DE2947229C3 - Steuerscheibenventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerscheibenventil nach dem Ober­ begriff des Hauptanspruches.

Ein derartiges Steuerscheibenventil ist in der US-PS 25 31 480 beschrieben. Hier ist in einer der beiden Steuerscheiben eine Durchtrittsöffnung vorgesehen, die sich über einen Bogen von etwa 180° erstreckt und dabei kontinuierlich verjüngt. Die so erreichte "Sichelform" hat den Zweck, einen sehr feinfühlig einstellbaren, variablen Durchströmungsquerschnitt insbesondere für kleine Flüssigkeitsmengen zu schaffen.

In der FR-PS 3 70 965 ist ein Steuerscheibenventil dargestellt, bei dem ebenfalls die radial innen liegende Begrenzungslinie der Durchtrittsöffnungen kein zum Mittelpunkt der Scheiben konzentrischer Kreisbogen ist. Hier geht es im wesentlichen darum, das Öffnen des Ventiles "sacht" vorzunehmen, also in der ersten Öffnungsphase nur sehr kleine Durchströmungsquer­ schnitte bereitzustellen, während bei größeren Öffnungsstel­ lungen dann der volle Durchströmungsquerschnitt zur Verfügung stehen soll.

Auch bei dem in der GB-PS 8 81 325 beschriebenen Ventil dient eine sichelförmige Durchtrittsöffnung in einer verdrehbaren Steuerscheibe dazu, einen sich langsam, kontinuierlich verän­ derbaren Durchströmungsquerschnitt zu schaffen. Ein bereichs­ weises Untertauchen der Durchtrittsöffnungen unterschiedlicher Steuerscheiben findet hier ebensowenig statt wie bei den Gegen­ ständen der obengenannten US-PS 25 31 480 und FR-PS 3 70 965.

Bei allen bekannten Steuerscheibenventilen der eingangs genann­ ten Art liegt die Summe der Winkel, die von allen Durchtritts­ öffnungen in beiden Steuerscheiben eingeschlossen werden, immer unter 360°. Dies hat einen doppelten Nachteil: Wenn zur Erzie­ lung einer bestimmten Funktion eine bestimmte Anzahl von Durch­ trittsöffnungen in den Steuerscheiben erforderlich ist, so läßt sich eine bestimmte Winkelerstreckung pro Durchtritts­ öffnung nicht übertreffen. Dies bedeutet, daß dann der Regel­ bereich verhältnismäßig klein wird. Zum anderen lassen sich große Durchströmungsquerschnitte nur bei verhältnismäßig großen Steuerscheiben erzielen.

Die DE-OS 28 03 663 beschreibt ein Steuerscheibenventil, welches in der ersten Steuerscheibe drei Durchschnittsöffnungen und in der zweiten Steuerscheibe eine pilzförmige Durchtrittsöffnung besitzt. Letztere bleibt in allen Stellungen der verdrehbaren Steuerscheibe in Überlappung mit einer der Durchtrittsöffnungen der feststehenden Steuerscheibe. Betrachtet man nur diejenigen Durchtrittsöffnungen des bekannten Ventiles, welche in der Schließstellung in keiner Überlappung miteinander stehen, so ist die Summe der von diesen Durchtrittsöffnungen eingeschlossenen Winkel erheblich unter 360°. Der Regelbereich zwischen der Schließstellung und der vollständigen Offenstellung ist dementsprechend klein, so daß eine feinfühlige Einstellung von Wassermenge und -temperatur mit diesem Ventil nicht möglich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuerscheiben­ ventil der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß bei kompakter Bauweise, also kleinen Radien der Steuerscheiben, große Regelbereiche bei großen Durchströmungsquerschnitten erzielt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs beschriebene Erfindung gelöst; eine vorteilhafte Ausführungsform ist im Anspruch 2 angegeben.

Durch die erfindungsgemäß ausgestalteten Durchtrittsöffnungen der Steuerscheiben läßt sich im Gegensatz zu den bekannten Ventilen auch die radiale Abmessung der Steuerscheiben zunutze machen. In der Schließstellung können auf diese Weise Durch­ trittsöffnungen der einen Steuerscheibe Durchtrittsöffnungen der anderen Steuerscheibe "untertauchen", wie es weiter unten noch deutlich wird. Regelbereiche und Durchströmungsquerschnitte derartiger Steuerscheiben lassen sich ohne Veränderung des Außenradius verglichen mit herkömmlichen Steuerscheiben erheb­ lich vergrößern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 die Draufsicht auf eine verdrehbare Steuerscheibe;

Fig. 2 die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße, festste­ hende Steuerscheibe,

Fig. 3 schematisch die Steuerscheiben von Fig. 1 und 2, in der Schließstellung übereinanderliegend;

Fig. 4a und 4b schematisch die Steuerscheiben von Fig. 1 und 2 in verschiedenen Offenstellungen übereinan­ derliegend.

Die in Fig. 1 dargestellte Steuerscheibe 1 wird an einem nicht dargestellten Stellschaft oder Führungsteil formschlüs­ sig so angeordnet, daß sie von Hand verdreht werden kann. Der Formschluß wird durch nicht gezeigte Vorsprünge bewirkt, welche in Umfangsrücksprünge 2 der verdrehbaren Steuerscheibe 1 eingrei­ fen. Die verdrehbare Steuerscheibe 1 besitzt drei Durchtrittsöffnungen 3, 4 und 5, deren Funktion weiter unten deutlich wird. Die erste Durchtrittsöffnung 3 ist im Querschnitt kreisförmig und konzentrisch zur verdrehbaren Steuerscheibe 1. Die beiden anderen Durchtrittsöffnungen 4 und 5, die beidseits des Mittelpunk­ tes angeordnet sind, zeichnen sich durch eine "sichelför­ mige" Gestalt aus. Das heißt, daß die Breite dieser Durchtritts­ öffnungen 4, 5 sich in Umfangsrichtung verändert, im dar­ gestellten Ausführungsbeispiel im Uhrzeigersinn wächst. Diese Form kann beispielsweise dadurch erhalten werden, daß eine der beiden in Umfangsrichtung (azimutal) verlaufenden Begrenzungslinien ein Kreisbogen ist, dessen Mittelpunkt mit dem Scheibenmittelpunkt zusammenfällt (bei der Öffnung 4 die radial außen liegende, bei der Öffnung 5 die radial innen liegende), während die andere azimutale Begrenzungs­ linie ein Kreisbogen ist, dessen Mittelpunkt gegenüber dem Scheibenmittelpunkt versetzt ist (bei Öffnung 5 die radial außen liegende Begrenzungslinie).

Selbstverständlich läßt sich die Sichelform der Öffnungen 4 und 5 auch durch andere als durch kreisbogenförmige Be­ grenzungslinien realisieren.

Die vom Betrachter abgewandte Seite der verdrehbaren Steuerscheibe 1 ist in bekannter Weise auf hohe Güte poliert und liegt im eingebauten Zustand auf einer entsprechend behandelten Flä­ che einer zweiten feststehenden Steuerscheibe 6 auf.

Die feststehende Steuerscheibe 6 ist in Fig. 2 in der Draufsicht darge­ stellt. Sie enthält im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Durchtrittsöffnungen 7, 8, 9 und 10. Die erste Durch­ trittsöffnung 7 ist wieder kreisförmig und konzentrisch zur feststehenden Steuerscheibe 6. Zwei Durchtrittsöffnungen 9, 10 sind im we­ sentlichen konventionell, d. h., als Kreisringsegmente aus­ gebildet. Ihre Breite ändert sich also in Umfangsrichtung nicht. Die Durchtrittsöffnung 9 erstreckt sich nur über ei­ nen verhältnismäßig kurzen Winkelbereich und ist dabei ver­ hältnismäßig breit. Die Durchtrittsöffnung 10 dagegen er­ streckt sich über einen recht großen Winkelbereich, ist da­ bei aber verhältnismäßig schmal. Die Flächen der beiden Durchtrittsöffnungen 9, 10 sind ungefähr gleich groß. Die radial äußeren Begrenzungslinien der Durchtrittsöffnungen 9, 10 liegen auf einem gemeinsamen, zur feststehenden Steuerscheibe 6 kon­ zentrischen Kreis.

Die Durchtrittsöffnung 8 ist wiederum sichelförmig ausge­ bildet. Ihre radial äußere Begrenzungslinie ist ein zum Mittelpunkt der feststehenden Steuerscheibe 6 exzentrischer Kreisbogen, ihre radial innere Begrenzungslinie dagegen ein mit der feststehenden Steuerscheibe 6 konzentrischer Kreisbogen. Auch hier ist es wieder mög­ lich, zur Erzielung der Sichelform andere als kreisbogenförmige Begrenzungslinien zu verwenden. Im Gegensatz zu den Durchtrittsöffnungen 4 und 5 der verdrehbaren Steuerscheibe 1 wird die Durchtrittsöffnung 8 der feststehenden Steuerscheibe 6 im Uhrzeigersinn schmäler.

Auch die feststehende Steuerscheibe 6 besitzt Umfangsrücksprünge 11, die zur Drehsicherung in Vorsprünge eines nicht dargestellten Armaturen- oder Kartuschengehäuses formschlüssig eingrei­ fen. Die polierte Fläche der feststehenden Steuerscheibe 6 in Fig. 2 ist dem Betrachter zugewandt.

In den Fig. 3, 4a und 4b ist die verdrehbare Steuerscheibe 1 von Fig. 1 über der feststehenden Steuerscheibe 6 von Fig. 2 liegend dargestellt, so, wie diese Steuerscheiben 1, 6 in eine Armatur einmontiert werden.

Fig. 3 zeigt die Schließstellung der Steuerscheiben 1, 6 bzw. der Armatur. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß - außer selbstverständlich den kreisförmigen, mittleren Durchtrittsöffnungen 3 und 7 - keine Durchtrittsöffnung 4, 5 der verdrehbaren Steuerscheibe 1 mit einer Durchtrittsöffnung 8, 9 oder 10 der feststehenden Steuerscheibe 6 überlappt. Trotz der verhältnismäßig großen Winkelerstreckung der einzelnen Öffnungen ist dies deshalb möglich, weil durch die sichelförmige Gestalt die radiale Dimension der Steuerscheiben 1, 6 zusätzlich er­ schlossen wird. So "untertaucht" das schmälere Ende der Durchtrittsöffnung 5 die Durch­ trittsöffnung 10; das schmälere Ende der Durchtrittsöffnung 8 "untertaucht" das schmälere Ende der Durchtrittsöffnung 4. Aus Fig. 3 wird deut­ lich, daß die Summe der von den verschiedenen Durchtritts­ öffnungen eingeschlossenen Winkel 360° erheblich übersteigt. Dies wäre überlappungsfrei nicht möglich, würde nur die azi­ mutale, also in Umfangsrichtung weisende Dimension der Steuerscheiben 1, 6 ausgenutzt.

Die weitere Beschreibung erfolgt nun unter Berücksichtigung des speziellen Einsatzgebietes, für welches die dargestell­ ten Steuerscheiben 1, 6 gedacht sind: Für eine Niederdruck- Sicherheitsmischbatterie.

Hierzu ist die feststehende Steuerscheibe 6 so in ein Kartuschen- bzw. Arma­ turengehäuse eingesetzt, daß folgende Kommunikationen be­ stehen: Die zentrale Öffnung 7 der feststehenden Steuerscheibe 6 steht mit der vom Niederdruckspeicher kommenden Heißwasserleitung in Verbindung. Außerdem kommuniziert sie über die zentrale Öffnung 3 der verdrehbaren Steuerscheibe 1 mit dem Auslauf der Armatur. Die Öffnung 9 kommuniziert ebenfalls mit dem Armaturenaus­ lauf, vorzugsweise dadurch, daß sie mit der zentralen Öffnung 7 über eine Vertiefung in dem Gehäuseboden verbunden ist, auf dem die feststehende Steuerscheibe 6 aufliegt.

Die Durchtrittsöffnung 10 steht mit einer Lei­ tung in Verbindung, über welche dem Niederdruck-Speicherge­ rät Kaltwasser zugeführt wird. Die Durchtritts­ öffnung 8 schließlich steht mit der Kaltwasser-Zuführlei­ tung (Hausleitung) in Verbindung.

Die Verhältnisse bei der verdrehbaren Steuerscheibe 1 sind wie folgt:
Die Durchtrittsöffnungen 4, 5 sind direkt miteinander ver­ bunden, beispielsweise durch eine entsprechende Vertiefung in einem Kunststoff-Führungsteil, welches auf die verdrehbare Steuer­ scheibe 1 unter Zwischenschaltung von Dichtungen aufge­ setzt wird, dabei in die Umfangsrücksprünge 2 der verdrehbaren Steuer­ scheibe 1 formschlüssig eingreift und an dem Stellschaft befestigt ist, über den die Steuerscheibe 1 verdreht wird. Oben wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Durchtrittsöffnung 3 einerseits mit dem Armaturenaus­ lauf und andererseits über die Durchtrittsöff­ nung 7 der feststehenden Steuerscheibe 6 mit der Warmwasserseite des Niederdruck-Speicherge­ rätes kommuniziert.

Aus den Fig. 3, 4a und 4b sind ferner folgende dimensions­ mäßige Beziehungen zu erkennen:

Die radial innere Begrenzungslinie der Durch­ trittsöffnung 5 liegt mit der radial inneren Begrenzungs­ linie der Durchtrittsöffnung 8 der feststehenden Steuerscheibe 6 auf einem gemeinsamen, zu den Steuerscheiben 1, 6 konzentrischen Kreis. Ebenso liegt die radial äußere Begrenzungslinie der Durchtrittsöffnung 4 der verdrehbaren Steuerscheibe 1 mit der radial äußeren Be­ grenzungslinie der Durchtrittsöffnung 9 der feststehenden Steuerscheibe 6 auf ei­ nem gemeinsamen, zu den Steuerscheiben 1, 6 konzentrischen Kreis. Die maximale Breite der Durchtritts­ öffnung 5 entspricht der maximalen Breite der Durchtrittsöffnung 8. Die maximale Breite der Durchtrittsöffnung 4 entspricht der (konstanten) Breite der Durchtrittsöffnung 9. Die Breite der Durchtrittsöffnung 10 schließlich ist etwa gleich der minimalen Breite der Durchtrittsöffnung 4.

Die Funktion der beschriebenen Steuerscheiben 1, 6, in der geschilderten Weise in eine Niederdruck-Sicherheitsmisch­ armatur eingebaut, ist wie folgt:

Fig. 3 stellt, wie schon oben erwähnt, die Schließstellung der Armatur dar. Abgesehen von den zentralen Öffnungen 3, 7 findet keine Überlappung zwischen Öffnungen der verdrehbaren Steuer­ scheibe 1 und Öffnungen der feststehenden Steuerscheibe 6 statt. Insbeson­ dere ist die mit der Kaltwasser-Zuführleitung kommunizie­ rende Durchtrittsöffnung 8 der feststehenden Steuerscheibe 6 von der verdrehbaren Steuerscheibe 1 abgedeckt.

Verdreht man nun die Steuerscheibe 1 aus der in Fig. 1 ge­ zeigten Stellung gegenüber der feststehenden Steuerscheibe 6 im Uhrzeiger­ sinn, so beginnt die Durchtrittsöffnung 5 die Durchtrittsöffnung 8 zu überlappen. Gleich­ zeitig beginnt die Regelscheiben-Durchtrittsöffnung 4 die Festscheiben-Durchtrittsöffnung 9 zu überlappen. Dies hat zur Folge, daß Kaltwasser aus der Durchtritts­ öffnung 8 der feststehenden Steuerscheibe 6 in die Durchtrittsöffnung 5 der verdrehbaren Steuerscheibe 1 ein- und aufgrund der Kommunikation mit der Durch­ trittsöffnung 4 zu letzterer übertritt und in die Fest- Durchtrittsöffnung 9 der feststehenden Steuerscheibe 6 einfließt. Da diese, wie oben erwähnt, mit dem Auslauf der Armatur in Verbindung steht, strömt aus der Armatur Kaltwasser aus. Bei weiterer Verdrehung der Steuerscheibe 1 im Uhrzeigersinn werden die Öffnungsquerschnitte erweitert. Die ausfließende Kaltwas­ sermenge nimmt zu, bis die in Fig. 4a dargestellte Posi­ tion erreicht ist. In dieser fließt die maximale Menge Kaltwasser.

Wird nun die Steuerscheibe 1 weiter gegenüber der feststehenden Steuerschei­ be 6 im Uhrzeigersinn verdreht, so beginnt ihre Durchtritts­ öffnung 4 auch die Durchtrittsöffnung 10 der feststehenden Steuerscheibe 6 zu überlappen. Dies bedeutet, daß Kaltwasser nun auch durch die Durchtrittsöffnung 10 fließen kann, von wo aus es, wie oben erwähnt, zum Niederdruck-Speichergerät gelangt. Dort drückt es eine äquivalente Menge Warmwasser heraus, das seinerseits durch die Öffnungen 3, 7 der Steuerscheiben 1, 6 zum Auslauf der Armatur fließt. Dabei vermischt es sich mit dem (zunächst noch) weiterhin über die Durchtrittsöffnung 9 der feststehenden Steuerscheibe 6 fließenden Kaltwasser: Es tritt also Mischwasser aus der Armatur aus.

Aus der Betrachtung der Fig. 4b wird deutlich: Im selben Maße, in dem bei der Drehung der Steuerscheibe 1 die eine Durchtrittsöffnung 10 freigegeben wird, wird die andere Durchtrittsöffnung 9 der feststehenden Steuerscheibe 6 verschlossen. Die Schließung der Durchtrittsöff­ nung 9 geschieht dabei zunächst dadurch, daß die Breite der vorbeiwandernden Durchtrittsöffnung 4 der verdrehbaren Steuer­ scheibe 1 kleiner wird. Der Effekt ist, daß nach voller Öffnung des Kaltwas­ serflusses eine weitere Verdrehung der Steuerscheibe 1 keine Änderung der Menge, sondern der Temperatur des aus der Arma­ tur ausfließenden Wassers bewirkt. Die Endstellung ist er­ reicht, wenn die Durchtrittsöffnung 9 der feststehenden Steuerscheibe 6 durch die verdrehbare Steuerscheibe 1 vollständig abgedeckt und die Durchtrittsöffnung 10 durch die Durch­ trittsöffnung 4 vollständig freigegeben ist: Nun fließt rei­ nes Heißwasser.

Falls gewünscht, kann trotz der unregelmäßigen Form der verschiedenen Durchtrittsöffnungen in den Steuerscheiben 1, 6 eine lineare Charakteristik erzielt werden. Darunter ist zu verstehen, daß einerseits beim Öffnen des Kaltwasserwegs gleiche Winkelverdrehungen der Steuerscheibe 1 zu gleichen Mengenänderungen führen und daß andererseits im Mischwasser­ bereich gleiche Winkelverdrehungen der Steuerscheibe 1 zu gleichen Veränderungen des Mischungsverhältnisses führen, wobei die Wassermenge konstant bleibt.

Dabei ist folgendes zu beachten: Die unregelmäßige Form der Durchtrittsöffnung 8 und der Durchtrittsöffnung 5 ist für die Charakteristik der Ar­ matur ohne Bedeutung, da hier keine entscheidende Mengen­ drosselung stattfindet.

Das Kaltwasser-Öffnungsverhalten wird durch die Überlap­ pung der Durchtrittsöffnungen 9 und 4 bestimmt. Wie aus Fig. 4a hervorgeht, ist die Sichelform der Durchtrittsöffnung 4 über die Winkelerstreckung der Durchtrittsöffnung 9 hinweg praktisch vernachläs­ sigbar. Es ist daher auch nicht notwendig - was an und für sich möglich wäre - die radial innere Begrenzungslinie der Durchtrittsöffnung 4 in dem Bereich, in dem sie in Fig. 4a die Durchtrittsöffnung 9 über­ lappt, zur radial äußeren Begrenzungslinie parallel zu füh­ ren. Dies würde eine exakt lineare Charakteristik ergeben.

Das Warmwasser-Öffnungsverhalten wird durch die Überlappung der Durchtrittsöffnungen 6 und 10 bestimmt. Aufgrund der regelmäßigen Form der Durchtrittsöffnung 10 spielt die unregelmäßige Form der Durchtrittsöffnung 4 offensichtlich keine Rolle.

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich: Durch die Er­ schließung der radialen Dimension der Steuerscheiben sind Winkelerstreckungen der Durchtrittsöffnungen in einer Größe möglich, die anders nicht realisierbar wäre. Große Winkel­ erstreckungen bedeuten aber großen Regelweg. Dies ist ins­ besondere bei der Einstellung des Mischungsverhältnisses bedeutsam, da hierdurch die Wahl der individuell angeneh­ men Temperatur erleichtert wird. Die "sichelförmige" Aus­ bildung der Durchtrittsöffnungen macht außerdem Durchfluß­ querschnitte möglich, die bei gleichem Scheibenradius in herkömmlicher Technik nicht zu erzielen wären.

Claims (2)

1. Steuerscheibenventil, insbesondere für den Sanitärbereich, mit zwei koaxialen, mit Durchtrittsöffnungen versehenen Steuerscheiben, wobei mindestens eine Durchtrittsöffnung an mindestens einer Steuerscheibe eine in Umfangsrichtung verlaufende (azimutale) Begrenzungslinie aufweist, deren radialer Abstand vom Mittelpunkt der Steuerscheiben variiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Winkel, die von denjenigen Durchtrittsöffnungen (4, 5, 8, 10) der beiden Steuerscheiben (1, 6) eingeschlossen wird, die zumindest in einem Bereich denselben radialen Abstand vom Mittelpunkt der Steuerscheiben (1, 6) aufweisen und einander in der Schließstellung nicht überlappen, größer als 360° ist und daß in der Schließstellung des Ventils ein Bereich von mindestens einer Durchtrittsöffnung (5, 8) der einen Steuerscheibe (1, 6) radial innerhalb eines Bereiches einer Durchtrittsöffnung (10, 4) der jeweils anderen Steuer­ scheibe (6, 1) liegt.

2. Steuerscheibenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß eine azimutal verlaufende Begrenzungslinie der Durchtrittsöffnung(en) (4, 5, 8) ein zum Mittelpunkt der Steuerscheiben (1, 6) konzentrischer Kreisbogen und die andere azimutal verlaufende Begrenzungslinie ein zum Mittel­ punkt der Steuerscheiben (1, 6) exzentrischer Kreisbogen ist.