DE3524149A1 - Steuerscheibenventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerscheibenventil, insbesondere für den Sanitärbereich, mit einem Gehäuse, mit mindestens zwei Steuerscheiben, von denen eine zur Veränderung der Menge des zu regelnden Mediums gegenüber der anderen linear verschiebbar ist, mit einer Einrichtung, welche sich einer Linearbewegung der beweglichen Steuerscheibe widersetzt.

Ein derartiges Steuerscheibenventil ist aus der DE-OS 32 46 350 bekannt. Hier werden starke Druckstöße im Leitungssystem, wel­ che durch plötzliches Schließen der Sanitärarmatur hervorge­ rufen werden könnten, durch eine Bewegungsbremse verhindert, die mit der beweglichen Steuerscheibe gekoppelt ist. Diese Be­ wegungsbremse besteht aus einem Kolben, der mit der bewegli­ chen Steuerscheibe über eine Kolbenstange verbunden ist und sich in einem wassergefüllten Zylinder hin- und herbewegt. Bei einer Linearverschiebung der beweglichen Steuerscheibe wird so durch den Kolben Wasser aus den Teilräumen des Zylinders ver­ drängt, was zu der gewünschten Bremswirkung führt. Nachteilig bei dem bekannten Steuerscheibenventil ist, daß zusätzliche Teile benötigt werden, die nicht nur Kosten verursachen son­ dern auch räumlich schwierig unterzubringen sind. Die bereits im Handel befindlichen Ventile sowie die Armaturengehäuse, mit denen zusammen die Ventile benutzt werden sollen, müssen von Grund auf neu konstruiert werden, damit die in der DE-OS 32 46 350 gegebene Lehre befolgt werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuerscheiben­ ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, welches im we­ sentlichen ohne zusätzliche Teile für die Bewegungsbremse aus­ kommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die be­ wegliche Steuerscheibe in einem im wesentlichen abgeschlossenen Raum angeordnet ist, den sie kolbenartig in zwei Teilräume unterteilt, die über einen Verdrängungsweg miteinander in Verbindung stehen, und daß das von der beweglichen Steuer­ scheibe nicht eingenommene Volumen des geschlossenen Raumes mit einer fließfähigen Substanz geeigneter Viskosität ange­ füllt ist.

Die grundlegende Erkenntnis der Erfindung ist also, daß die linear bewegliche Steuerscheibe selbst als Kolben einer Be­ wegungsbremse genutzt werden kann, wenn die Steuerscheibe selbst in einem abgeschlossenen, zylinderähnlichen Raum an­ geordnet ist. Ein solcher abgeschlossener, zylinderähnlicher Raum steht bei vielen bekannten Konstruktionen bereits im we­ sentlichen zur Verfügung bzw. läßt sich ohne nennenswerten zu­ sätzlichen Aufwand herstellen. Durch geeignete Abstimmung der Viskosität der fließfähigen Substanz und des Querschnittes des Verdrängungsweges läßt sich die gewünschte Bremskraft in weiten Grenzen einstellen. Auffällige oder grundlegende Ände­ rungen am Grundaufbau des Steuerscheibenventiles sind nicht erforderlich, so daß im allgemeinen derartige Steuerscheiben­ ventile mit älteren Fabrikaten kompatibel gemacht werden kön­ nen, also als Ersatzteile einsetzbar sind.

Im allgemeinen bietet es sich an, daß der geschlossene Raum nach unten durch die feststehende Steuerscheibe begrenzt ist.

Nach oben kann der geschlossene Raum durch eine dritte Scheibe begrenzt werden, an welcher die nach oben weisende Fläche der beweglichen Steuerscheibe entlang gleitet. Dieser verhältnismäßig teure Weg wird regelmäßig dann eingesetzt werden, wenn eine verhältnismäßig dünnflüssige Substanz zur Bewegungsbremsung eingesetzt wird und eine verschleißfeste Abdichtung des abgeschlossenen Raumes nach oben angestrebt wird.

Der abgeschlossene Raum kann zur Seite hin durch eine Wand des Gehäuses begrenzt werden.

In der Praxis finden sich besonders häufig solche Steuerschei­ benventile, bei welchen die bewegliche Steuerscheibe eine kom­ binierte Rotations- und Linearbewegung ausführt, die von einem Stellschaft bewirkt wird, der in einem im Gehäuse drehbar ge­ führten Teil gelagert ist und mit einem Kopf in eine Mitnahme­ öffnung an der nach oben weisenden Fläche der Regelscheibe eingreift, wobei die bewegliche Steuerscheibe in einer nach unten offenen Aufnahmeöffnung des drehbar geführten Teiles angeordnet ist. Bei solchen "Einhebelmischern" bietet es sich an, daß der abgeschlossene Raum das Volumen des Aufnahmeraumes umfaßt.

In diesem Falle kann es ferner zur Erleichterung der Abdich­ tung des abgeschlossenen Raumes zweckmäßig sein, wenn der Aufnahmeraum für die bewegliche Steuerscheibe seitlich in allen Richtungen geschlossen ist. Es ist dann im wesentlichen nur noch für die Abdichtung des abgeschlossenen Raumes nach unten Sorge zu tragen, was verhältnismäßig einfach - wie oben erwähnt - durch die feststehende Steuerscheibe geschehen kann. Grundsätzlich ist es dabei gleichgültig, ob das drehbar ge­ führte Teil bei der Einleitung der Drehkräfte in die beweg­ liche Steuerscheibe eine aktive Rolle übernimmt oder nur pas­ siv "mitgeschleppt" wird.

Das drehbar geführte Teil kann dabei mit seiner nach unten zeigenden Fläche auf der feststehenden Steuerscheibe gleiten. Dies reicht in vielen Fällen, insbesondere bei Verwendung ver­ hältnismäßig zähflüssiger Substanzen, zur Abdichtung gegen die Festscheibe aus.

Alternativ kann der Verdrängungsweg, der die beiden Teilräume des geschlossenen Raumes miteinander verbindet, einen Spalt zwischen der nach unten zeigenden Fläche des drehbar geführ­ ten Teils und der feststehenden Steuerscheibe umfassen.

Schließlich wird sich in vielen Fällen auch diejenige Ausge­ staltung anbieten, bei welcher der Verdrängungsweg eine Nut in der Mantelfläche der beweglichen Steuerscheibe umfaßt.

Die fließfähige Substanz sollte im Bereich zwischen 10°C und 80°C eine im wesentlichen konstante Viskosität aufweisen, da dann in demjenigen Temperaturbereich, in dem Sanitärarma­ turen üblicherweise benutzt werden, keine nennenswerte Ver­ änderung der Bremskraft auftritt.

Im einfachsten Falle ist die fließfähige Substanz Wasser.

Von besonderem Vorteil ist jedoch, wenn die fließfähige Sub­ stanz schmierende Eigenschaft für die Steuerscheiben aufweist. In diesem Falle kommt es nämlich durch die Pumpwirkung, wel­ che mit der kolbenartigen Bewegung der Regelscheibe im abge­ schlossenen Raum verbunden ist, zu einer aktiven Schmierung der Gleitflächen der beiden Steuerscheiben, wobei das Schmier­ mittel ständig umgewälzt und erneuert wird.

Die fließfähige Substanz kann hierzu ein Silikonöl oder -fett sein. Derartige Silikonöle oder -fette sind mit nahezu jeder beliebigen Viskosität im Handel erhältlich und physiologisch unbedenklich.

Die fließfähige Substanz kann auch eine zähflüssige oder pa­ stöse Masse sein, der Gleitadditive zugefügt sind. Je zähflüs­ siger die fließfähige Substanz ist, desto geringer sind die Probleme, die sich aus der Abdichtung des abgeschlossenen Raumes ergeben. Selbstverständlich muß der Querschnitt des Verdrängungsweges, der die beiden Teilräume des abgeschlos­ senen Raumes miteinander verbindet, bei der Verwendung der­ artiger zähflüssiger oder pastöser Massen entsprechend groß sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Fig. 1: einen Axialschnitt durch ein kartuschenartiges Steuerscheiben-Mischventil (die Schnittebene ist in dem eingerahmten Teil der Figur parallel zu der Schnittebene in der restlichen Figur versetzt);

Fig. 2: die Unteransicht der Regelscheibe, die bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform verwendet wird;

Fig. 3: einen Schnitt gemäß Linie III-III von Fig. 1;

Fig. 4: einen Axialschnitt durch ein zweites Ausführungs­ beispiel eines kartuschenartigen Steuerscheiben- Mischventils, ähnlich der Fig. 1;

Fig. 5: einen Schnitt gemäß Linie V-V von Fig. 4;

Fig. 6: einen Schnitt gemäß Linie VI-VI von Fig. 4.

Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte, kartuschenartig auf­ gebaute Steuerscheiben-Mischventil umfaßt ein becherförmiges Gehäuse-Unterteil 1 und einen hierauf dicht befestigten, z.B. aufgeschweißten Gehäusedeckel 2.

Im Boden des Gehäuse-Unterteils 1 sind drei Öffnungen vorge­ sehen: zwei Einlauföffnungen 3 für Kalt- bzw. Warmwasser so­ wie eine Auslauföffnung 4 für Mischwasser. Die Einlauföff­ nungen 3 liegen nicht in der Schnittebene von Fig. 1. Um wenigstens eine von ihnen darstellen zu können, wurde in dem gestrichelt umrahmten Teil von Fig. 1 der Schnitt in eine Ebene gelegt, die parallel zur Schnittebene der restlichen Figur versetzt ist. Die Geometrie und Anordnung dieser Öff­ nungen ist als solche bekannt und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden.

Auf dem Boden des Gehäuse-Unterteils 1 liegt eine erste Steu­ erscheibe 5 aus einem Keramikmaterial, deren nach oben ge­ richtete Fläche in bekannter Weise fein poliert bzw. geläppt ist. Sie ist durch geeigneten formschlüssigen Eingriff in das Gehäuse-Unterteil 1 gegen Verdrehung gesichert und heißt da­ her nachfolgend Festscheibe. Die Festscheibe 5 enthält ihrer­ seits drei Durchtrittsöffnungen, die mit den Durchtrittsöff­ nungen 3, 4 des Gehäuse-Unterteils 1 kommunizieren: jeweils eine Durchtrittsöffnung 6 für Kalt- und Warmwasser sowie eine Durchtrittsöffnung 7 für rücklaufendes Mischwasser.

Der Spalt zwischen Festscheibe 5 und Gehäuse-Unterteil 1 wird durch (nicht dargestellte) als solche bekannte elastische Dich­ tungen abgedichtet. Diese können beispielsweise in Nuten in der nach oben zeigenden Bodenfläche des Gehäuse-Unterteils 1 derart eingelegt sein, daß sie die Durchtrittsöffnungen 3 und 4 des Gehäuse-Unterteils 1 umgeben.

In einer Axialbohrung 8 des Gehäusedeckels 2 ist der zylindri­ sche Hals 9 eines in der Außenkontur im wesentlichen rota­ tionssymmetrischen Mitnahmeteils 10 geführt. Durch den Hals 9 führt eine Mittelöffnung 11, von der ein Stellschaft 12 auf­ genommen wird. Der Stellschaft 12 ist im oberen Bereich des Halses 9 mittels eines Schwenkzapfens 13 angelenkt. Der Schwenk­ bereich des Stellschaftes 12 wird durch die nach unten diver­ gierenden Wände der Hals-Mittelöffnung 11 definiert.

In die Unterfläche des Mitnahmeteils 10 ist eine verhältnis­ mäßig breite und tiefe Nut 14 eingebracht, in welcher form­ schlüssig eine zweite, bewegliche Steuerscheibe 15 einsitzt, die nachfolgend Regelscheibe genannt wird.

Die Regelscheibe 15 besitzt, wie aus Fig. 2 hervorgeht, zwei parallele, einander gegenüberliegende Führungsflächen 16, die mit den Seitenflächen der Nut 14 im Mitnahmeteil 10 zusammen­ wirken. In die polierte Unterseite der Regelscheibe 15 ist eine Regelausnehmung 19 eingebracht, die durch Verschieben und/oder Verdrehen der Regelscheibe 15 in unterschiedliche Überlappung mit den Durchtrittsöffnungen 6, 7 gebracht werden kann; hierdurch lassen sich in bekannter Weise Menge und Tem­ peratur des auslaufenden Mischwassers einstellen.

Die Linearbewegung der Regelscheibe 15 wird direkt durch eine Verschwenkung des Stellschaftes 12 bewirkt, dessen unterer Kopf 18 in eine Mitnahmeöffnung 17 an der nach oben zeigenden Flä­ che der Regelscheibe 15 eingreift. Die Einleitung der zur Ver­ drehung der Regelscheibe 15 erforderlichen Kräfte erfolgt über die Seitenflächen der Nut 14 im Mitnahmeteil 10, das bei Ver­ drehung des Stellschafts 12 um die senkrechte Ventilachse mit verdreht wird.

Die Oberseite der Regelscheibe 15 liegt an der Bodenfläche der Nut 14 im Mitnahmeteil 10 dicht an. Aufgrund der dichten Ver­ bindung zwischen dem Gehäusedeckel 2 und dem Gehäuse-Unter­ teil 1 sowie aufgrund der erwähnten Dichtungen zwischen der oberen Bodenfläche des Gehäuse-Unterteils 1 und der Festschei­ be 5 entsteht so innerhalb der Gehäuseteile 1, 2 und unterhalb des Mitnahmeteils 10 ein abgeschlossener Raum 20, der im we­ sentlichen das von der Regelscheibe 15 nicht eingenommene Vo­ lumen der Nut 14 des Mitnahmeteils 10 sowie den Spalt 21 zwi­ schen der Unterseite des Mitnahmeteils 10 und der nach oben zeigenden Fläche der Festscheibe 5 umfaßt.

Der Raum 20 ist von einer viskosen, fließfähigen Substanz aus­ gefüllt. Er wird von der Regelscheibe 15 nach Art eines Kol­ bens in zwei Teilräume 20 a und 20 b unterteilt, die (nur) über den als Verdrängungsweg fungierenden Spalt 21 miteinander ver­ bunden sind. Jeder Linearbewegung der Regelscheibe 15, die einer Veränderung der Menge des auslaufenden Mischwassers entspricht, setzt sich somit eine Bremskraft entgegen, die aus der Verdrängung der Flüssigkeit aus dem einen Teilraum 20 a in den anderen Teilraum 20 b über den Spalt 21 resultiert. Die Größe dieser Bremskraft läßt sich durch die Wahl der Vis­ kosität sowie durch den Querschnitt des Verdrängungsweges nach Belieben in weiten Grenzen einstellen.

Die verwendete fließfähige Substanz weist im Temperaturbereich zwischen 10°C und 80°C konstante Viskosität auf. Daher ist auch die Bremskraft und somit die Stoßdämpferwirkung im übli­ chen Temperatur-Arbeitsbereich des Mischventils konstant. Im einfachsten Falle ist die fließfähige Substanz Wasser.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel finden jedoch als fließ­ fähige Substanz solche Stoffe Verwendung, die gleichzeitig eine Schmierung der Gleitflächen der beiden Steuerscheiben 5, 15 bewirken können. In Frage kommen hierzu in erster Linie Silikonöle und -fette bzw. -harze, die in einem sehr großen Viskositätsbereich zur Verfügung stehen und physiologisch unbedenklich sind. Auch zähflüssige, pastöse Massen sind bei geeigneter Dimensionierung des Verdrängungsweges geeignet, insbesondere dann, wenn ihnen Gleithilfezusätze wie Graphit oder Molybdänsulfid beigemengt sind. Die so bewirkte Schmie­ rung der Gleitflächen der beiden Steuerscheiben 5, 15 ist be­ sonders effektiv, dabei den Bewegungen der Regelscheibe 15 ein kontinuierlicher Austausch und eine ständige Durchmengung der als Verdrängungsmittel und Schmiermittel eingesetzten fließfähigen Substanz stattfindet.

Je niedriger die Viskosität der als Verdrängungsmittel ver­ wendeten fließfähigen Substanz ist, umso geringer sind die Anforderungen an die Abdichtung des Raumes 20. Bei hochvisko­ sen Flüssigkeiten wird ein nicht dargestelltes Ausführungs­ beispiel eingesetzt, bei dem die Oberseite der Regelscheibe 15 an einer dritten Scheibe aus Keramik entlang glei­ tet. Hierdurch wird bekanntlich eine besonders verschleißfeste, dynamische Dichtung bewirkt.

In den Fig. 4 bis 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Steuerscheiben-Mischventils dargestellt, das weitgehend mit demjenigen nach den Fig. 1 bis 3 übereinstimmt. Soweit Elemente in den Fig. 4 bis 6 solchen aus den Fig. 1 bis 3 entsprechen, sind sie mit demselben Bezugszeichen, zuzüglich 100, gekennzeichnet.

Das Steuerscheiben-Mischventil umfaßt wiederum ein Gehäuse- Unterteil 101 mit den Durchlaßöffnungen 103, 104, auf welches ein Gehäusedeckel 102 dicht aufgesetzt ist. Im Gehäuse-Unter­ teil 101 ist eine Festscheibe 105 mit den Durchtrittsöffnun­ gen 106, 107 raumfest angeordnet, auf welcher eine Regel­ scheibe 115 mit einer nach unten weisenden Regelausnehmung 119 verdreh- und verschiebbar ist.

Die Bewegungen der Regelscheibe 115 werden durch einen Stell­ schaft 112 bewirkt, der im Hals 109 eines drehbar geführten Teiles 110 mittels eines Schwenkzapfens 113 gelagert ist und mit einem zylindrischen Kopf 118 in eine Mitnahmeöffnung 117 an der nach oben zeigenden Fläche der Regelscheibe 115 ein­ greift.

In das drehbar geführte Teil 110, das mit seiner unteren Stirn­ seite auf der Festscheibe 105 gleitet, ist von unten her ein ovaler Aufnahmeraum 114 für die Regelscheibe 115 eingearbei­ tet, der genügend Raum für die erforderliche Linearbewegung der Regelscheibe 115 läßt. Letztere ist kreiszylindrisch (vergl. Fig. 5), kann also vom drehbar geführten Teil 110 keine Drehkräfte übertragen bekommen. Die Einleitung von Kräf­ ten in die Regelscheibe 115 erfolgt ausschließlich über den Kopf 118 des Stellschaftes 112.

Die Längsflächen des ovalen Aufnahmeraumes 114 bilden im we­ sentlichen Tangentialflächen an die Regelscheibe 115. Die nach oben zeigende Fläche der Regelscheibe 115 ist durch einen O- Ring 122 gegen die Deckenfläche des Aufnahmeraumes 114 abge­ dichtet.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 bis 6 stellt der Aufnahmeraum 114 für die Regelscheibe 115 im drehbar geführten Teil 110 praktisch einen abgeschlossenen Raum 120 dar, der von der Regelscheibe 115 nach Art eines Kolbens in zwei Teilräume 120 a und 120 b unterteilt wird. Diese stehen über eine als Ver­ drängungsweg fungierende Nut 121 in der Mantelfläche der zy­ lindrischen Regelscheibe 115 miteinander in Verbindung.

Der abgeschlossene Raum 120 ist wiederum mit einer fließfähi­ gen Substanz ausgefüllt, deren Viskosität in solcher Weise auf den Querschnitt der Nut 121 in der Mantelfläche der Regel­ scheibe 115 abgestimmt ist, daß sich die gewünschte Brems­ kraft bei Linearbewegungen der Regelscheibe 115 einstellt. Im übrigen gelten die obigen Ausführungen zum Ausführungs­ beispiel nach den Fig. 1 bis 3, insbesondere auch bezüg­ lich der möglichen Schmierwirkung der fließfähigen Substanz, hier entsprechend.

Claims (14)

1. Steuerscheibenventil, insbesondere für den Sanitärbereich, mit einem Gehäuse, mit mindestens zwei Steuerscheiben, von denen eine zur Veränderung der Menge des zu regelnden Me­ diums gegenüber der anderen linear verschiebbar ist, mit einer Einrichtung, welche sich einer Linearbewegung der be­ weglichen Steuerscheibe widersetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Steuerscheibe (15; 115) in einem im we­ sentlichen abgeschlossenen Raum (20; 120) angeordnet ist, den sie kolbenartig in zwei Teilräume (20 a, 20 b; 120 a, 120 b) unterteilt, die über einen Verdrängungsweg (21; 121) mitein­ ander in Verbindung stehen, und daß das von der beweglichen Steuerscheibe (15; 115) nicht eingenommene Volumen des ge­ schlossenen Raumes (20; 120) mit einer fließfähigen Sub­ stanz geeigneter Viskosität angefüllt ist.

2. Steuerscheibenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der geschlossene Raum (20; 120) nach unten durch die feststehende Steuerscheibe begrenzt ist.

3. Steuerscheibenventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der geschlossene Raum nach oben durch eine dritte Scheibe begrenzt ist, an welcher die nach oben weisende Fläche der beweglichen Steuerscheibe entlang glei­ tet.

4. Steuerscheibenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der abgeschlossene Raum (20) zur Seite durch eine Wand des Gehäuses (1) begrenzt wird.

5. Steuerscheibenventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die bewegliche Steuerscheibe eine kombinierte Rotations- und Linearbewegung ausführt, die von einem Stell­ schaft bewirkt wird, der in einem im Gehäuse drehbar geführ­ ten Teil gelagert ist und mit einem Kopf in eine Mitnahme­ öffnung an der nach oben weisenden Fläche der Regelscheibe eingreift, wobei die bewegliche Steuerscheibe in einer Auf­ nahmeöffnung des drehbar geführten Teiles angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeschlossene Raum (20; 120) das Volumen des Aufnahmeraumes (14; 114) umfaßt.

6. Steuerscheibenventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Aufnahmeraum (114) für die bewegliche Steuer­ scheibe (115) seitlich in allen Richtungen geschlossen ist.

7. Steuerscheibenventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das drehbar geführte Teil (110) mit seiner nach unten zeigenden Fläche auf der feststehenden Steuerscheibe (105) gleitet.

8. Steuerscheibenventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Verdrängungsweg einen Spalt (21) zwischen der nach unten zeigenden Fläche des drehbar geführten Teils (10) und der feststehenden Steuerscheibe (5) umfaßt.

9. Steuerscheibenventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungsweg eine Nut (121) in der Mantelfläche der beweglichen Steuerscheibe (115) umfaßt.

10. Steuerscheibenventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fließfähige Substanz im Be­ reich zwischen 10°C und 80°C eine im wesentlichen konstan­ te Viskosität aufweist.

11. Steuerscheibenventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fließfähige Substanz Wasser ist.

12. Steuerscheibenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die fließfähige Substanz schmierende Eigenschaft für die Steuerscheiben (5, 15; 105, 115) aufweist.

13. Steuerscheibenventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die fließfähige Substanz ein Silikonöl oder -fett ist.

14. Steuerscheibenventil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die fließfähige Substanz eine zähflüssi­ ge oder pastöse Masse ist, der Gleitadditive zugefügt sind.