CN111527270A - 缸-活塞单元 - Google Patents

Abstract

一种用于致动排水阀(21)的缸‑活塞单元(20)，包括可位移地安装在缸(1)中的活塞(5)和可操作地连接到排水阀(21)的活塞杆(6)，其中，所述缸‑活塞单元(20)还包括至少一个流体出口(22)，其在活塞(5)的下止动位置处或其下方通入缸(1)中，并且其中缸‑活塞单元(20)还包括至少一个流体出口(23)，其中，活塞(5)包括至少一个阀(24)，所述至少一个阀在下止动位置(L)密封活塞(5)，并且在上止动位置(U)打开至少一个通道开口(7)。

Description

缸-活塞单元

本发明涉及一种用于致动排水阀的缸-活塞单元，该缸-活塞单元包括可移位地安装在缸中的活塞，活塞的活塞杆与排水阀可操作地连接，并且该缸-活塞单元包括在活塞的下止动位置处或下止动位置下方通入缸中的至少一个流体入口并且包括至少一个流体出口。

这种缸-活塞单元在现有技术中是已知的。例如，DE 10 2014 019 290 A1描述了一种冲洗装置，其中，借助自来水的流入来触发水箱中的冲洗过程(排水过程)。在这种情况下，自来水由于管线压力而被引入到缸中，并且在缸中、在活塞下方流动。由于水压，活塞克服压缩弹簧的力被提升。因为活塞杆连接到排水阀，排水阀随着活塞的提升而抬离阀座，并且会发生冲洗过程。随着缸中的水压减小，活塞再次下降，直到它到达下止动位置为止，在该下止动位置中，排水阀同样关闭。

在EP 0 094 229 B1和EP 1 749 941 A1中也描述了原理上类似的解决方案，其中，同样由压缩弹簧施加反作用力，活塞克服该反作用力而被提升。

然而，这种解决方案导致的问题是，必须将压缩弹簧的弹簧常数选择为使得在冲洗过程开始时必须通过水压来对压缩弹簧加载，而在冲洗过程结束时又必须大到足以允许活塞返回到起始位置。在冲洗过程期间，活塞应或多或少地保持在其偏转位置中。

这当然可以实现，但是本领域技术人员将确定在这种情况下他/她必须考虑所施加的水压。然而，供水网络中的水压可以随地区不同程度地变化，并且甚至可以在不同国家中有很大程度地偏离。尽管包括压缩弹簧的解决方案也覆盖了一定的压力范围，但是它们没有覆盖标准所要求的压力范围。因此，这些解决方案在不同区域具有不同的特性，并且不能在任何地方都起作用，这导致必须首先进行检查以确定使用哪个压缩弹簧，从而确保最佳运行。然而，通常使用浮子，其缺点是浮子需要水箱内的大量空间，并且使得冲洗量(排水量)的确定变得非常复杂。

EP 3 048 207 A1的主题采用了略不同的方法，其提供了一种中空活塞，当水流入缸体时，该中空活塞可被稍微提升。为了终止冲洗过程，然后使中空活塞填充有水，因此活塞变得更重且下降回到其原始位置。

然而，这种解决方案需要非常复杂的设计，这种设计包括缸的第二水源，该第二水源具有活塞的可动的水源。

在这种背景下，本发明所解决的技术问题是：提供一种缸-活塞单元，该缸-活塞单元可靠地允许以结构简单且成本低廉的方式致动排水阀(flush valve，冲洗阀)，并且同时能够在大得多的压力范围内致动排水阀。

这通过根据权利要求1的各特征的缸-活塞单元来实现。

此外，这通过具有权利要求13的各步骤的、用于致动具有缸-活塞单元的排水阀的方法来实现。

这种缸-活塞单元的其它合理的实施例可以在从属权利要求中找到。

用于致动排水阀的缸-活塞单元包括可移位地安装在缸中的活塞。活塞的活塞杆优选地与活塞一体形成，该活塞杆可操作地连接到排水阀(待致动的排水阀)。缸-活塞单元还包括至少一个流体入口，并且包括至少一个流体出口，该至少一个流体入口在活塞的下止动位置处或下止动位置下方通入缸。所述至少一个流体出口(流体可通过其离开缸)优选地设置在活塞的上止动位置的区域中。活塞包括至少一个阀，该阀在(活塞的)下止动位置中密封活塞，并且在(活塞的)上止动位置中打开(在活塞中或穿过活塞的)至少一个通道开口。换言之，这可以被描述为使得活塞的至少一个阀构造为在活塞的下止动位置中(连续地)密封活塞(通过关闭至少一个通道开口)，并且在活塞的上止动位置(连续地)打开(在活塞中或穿过活塞的)至少一个通道开口。

根据本发明，与上述解决方案类似，首先规定，冲洗过程通过与排水阀连接的活塞来触发。活塞包括活塞杆，活塞杆可操作地连接到排水阀，并且当活塞被提升时释放来自水箱的水流。活塞可纵向移位地设置在缸中，缸通过缸基部和缸盖来限制其移动。活塞周向密封地抵靠于缸壁。流体入口通入缸，自来水可通过流体入口被引入缸中，其中，流体入口定位成使得流入的水在位于活塞的下止动位置的活塞下方流动。随后，活塞借助活塞下方的压力而被提升，由此，一体形成在活塞上的活塞杆打开立管，并因此触发冲洗过程。

然而，即使在达到缸盖区域中的上止动点位置之前，阀也被触发，阀打开活塞中的至少一个通道开口，并且因此目前为止位于活塞下方的水现在也能够穿过活塞(更准确地说，穿过(一个或多个)阀和/或活塞中的(一个或多个)通道开口)进入活塞上方的区域，并且活塞下方的水压降低。通过活塞的水可以经由上出口从缸中排出，上出口是缸的溢流口。因此，活塞下方的压力减小到这样的程度：由于水仍然流入，活塞可保持在其上末端位置(上极限位置)，但随着水流逐渐减少以关闭排水阀，活塞开始下降。当活塞接合到其下止动位置中时，活塞的阀及其通道开口关闭。

这种解决方案很大程度上与所施加的水压无关地起作用，这是因为所需要的只是活塞的重量以将活塞移回其起始位置。由于位移受控地触发该阀，活塞的特性根据其位置而改变到不需要更多的附加力的程度。

优选地，活塞包括多个阀(意味着存在至少一个阀中的至少两个阀)，其中每个阀在(活塞的)下止动位置中密封活塞，并且在(活塞的)上止动位置中打开至少一个通道开口，阀优选地在活塞上均匀地分布并且进一步优选地具有圆对称性。这可有助于在阀的打开位置中实现活塞更大的透过性。在阀在活塞上均匀的、特别是圆形分布的情况下，这也确保了活塞上均匀的压力分布，由此消除了倾斜的可能。

在第一且优选的实施例中，阀由一个或多个阀挺杆形成，阀挺杆连续地通过通道开口接合并且纵向可移动地被容纳在其中。有利地，这些阀挺杆在两侧上均包括止挡部，并且因此阀挺杆被约束地紧固在活塞上，且可以在冲洗过程的每个阶段中处于经定义的位置。

在这种情况下，单个阀挺杆提供了：通过阀挺杆被推过通道开口而触发阀挺杆。因此，阀挺杆例如可以包括宽的下部闭合段和与其相对而置的渐缩部，阀挺杆借助于该下部闭合段密封通道开口，而该渐缩部在打开状态下使得流体能流过。渐缩部可设置成使得：阀挺杆的塞住通道开口的圆形基部区域朝向中心腹板向上渐缩。

为了确保阀挺杆保持被约束，可将呈凸起形式的止挡部分配给阀挺杆。在这种情况下，有利地，中心腹板设有垂直凹口，从而能够将包括止挡部在内的阀挺杆旋入通道开口中。

为了在阀的打开位置中实现活塞更大的透过性，活塞可包括多个通道开口，每个通道开口包括阀挺杆，其中，这些阀挺杆可以特别有利地通过连接环相互连接。该连接环一方面用作阀挺杆的下止挡部，且另一方面，连接环在打开和关闭期间使阀挺杆的运动平稳且同步。在阀在活塞上均匀的、特别是圆形分布的情况下，这也确保了活塞上均匀的压力分布，由此消除了倾斜的可能。

根据材料选择的不同选项，在塑料材料太轻质的情况下，为了确保阀挺杆不会在活塞再次下降时被现有的水压推回到关闭位置，可将附加的下降配重分配给阀挺杆，或者优选地，连接环(如果存在的话)或者下降配重可以共同挤出或一体地形成于其上，由具有较大密度的材料制成，并且因此下降配重的重量在活塞下降时保持阀挺杆打开。

根据第二实施例，通道开口包括卡配闭合件，当活塞处于上止动位置时，卡配闭合件切换到打开位置，而当到达活塞的下止动位置时，卡配闭合件卡回到关闭位置。在这种情下，尤其必须确保，下降的活塞的重量或者要以任何其它方式施加的力足以确保卡配闭合件卡回到关闭位置。

流入缸中的水必须再次从缸中排出，因此在开始时也提到了流体出口。该流体出口一方面可以设计成渗流出口，该渗流出口围绕从缸中突出的活塞杆形成；然而，水将基本上在缸的上表面通过通入水箱的溢流口逸出。因此，渗流出口必须小于入口，从而能在缸中建立水压，该水压能提升活塞并且因此提升排水阀。通过以下方式可以实现合适的解决方案：活塞杆绕其周缘设有多个凹口，因此在活塞杆和穿过缸基部的通道之间形成迷宫密封件，该通道可以设计成套筒的形状。然而，在通道开口打开之后，活塞下方的压力很大程度地降低，这是因为入流可以通过溢流口逸出。

在活塞的周向边缘上也可实施有附加的密封件，该密封件沿着缸的内壁滑动。密封件可由具有U形横截面的密封环构成，其中，U形的开口朝下。因此，当在密封件下方存在压力时，密封件扩张，并且附加地堵塞流体经过活塞的外边缘的路径。然而，一旦活塞下方的压力减小，活塞上方的压力就增大，密封件就再次变平，并且在边界线的情况下，流体可以在外侧经过活塞的边缘向下流动。

为了确保在关闭状态下排水阀可靠落座，活塞的下止动位置应当选择为使得在该下止动位置中，活塞杆与排水阀脱开。这可以关于排水阀与活塞杆之间的连接、通过滑动轴承来实现，活塞杆的头部形成用于滑动轴承的止挡部，并且因此活塞的位移可以沿着滑动轴承进行。

因为活塞因此必须在没有与其相关联的排水阀的回复力和重量的情况下沿着最终范围再次可靠地回到下止动位置，所以也可以通过适当地选择材料而将附加的下降配重分配给活塞或活塞杆。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于致动具有缸-活塞单元的排水阀的方法，所述缸-活塞单元包括活塞，所述活塞可移位地安装在缸中，并且所述活塞的活塞杆可操作地连接到所述排水阀，并且所述缸-活塞单元包括至少一个流体入口，所述流体入口在所述活塞的下止动位置处或下止动位置下方通入所述缸，并且所述缸-活塞单元包括至少一个流体出口，所述方法包括以下步骤：

a)通过将流体通过所述至少一个流体入口引入所述缸中而将所述活塞从其下止动位置提升，其中，所述活塞包括至少一个阀，所述至少一个阀在其下止动位置中密封所述活塞，

b)当活塞到达其上止动位置时或在此之前，触发所述至少一个阀以打开活塞中的至少一个通道开口，使得目前为止位于活塞之下的流体现在也能穿过活塞进入活塞上方的区域，在该区域中，穿过活塞的流体能够经由所述至少一个流体出口离开所述缸，

c)当所述活塞接合到其下止动位置中时，触发所述至少一个阀以关闭所述活塞中的所述至少一个通道开口。

通常步骤a)、b)和c)以给定的顺序进行。优选地，执行该方法以致动具有本文所提出的缸-活塞单元的排水阀。此外，如本文所提出的缸-活塞单元可构造为用于执行本文所提出的方法。

根据该方法的一优选实施例，以位移受控的方式触发所述至少一个阀。这特别意味着，至少一个阀的状况或阀位置根据活塞的位移或位置而改变，例如根据活塞是处于其上止动位置还是下止动位置而改变。由此，至少一个阀的状况可以(仅)根据活塞的位移或位置而自动改变。在这方面，所述至少一个阀的状况包括至少一个或多个打开状况和一个关闭状况。

根据另一方面，提出了如本文所提出的缸-活塞单元用于致动排水阀的用途(使用方法)。因此，缸-活塞单元优选地用在水箱中(内)和/或将流体从水箱释放到坐便器中。

根据另一方面，可提出一种用于冲洗坐便器的水箱，该水箱包括如本文所提出的缸-活塞单元。因此，缸-活塞单元优选地放置在水箱中(内)。通常，连接到水箱的排水阀可以打开和关闭水箱的冲洗出口(排水出口)。此外，可以提出一种包括水箱和坐便器的结构或系统。

水箱可包括如本文所提出的缸-活塞单元，其优选地放置在水箱中(内)。

结合缸-活塞单元所描述的细节、特征和有利的实施例可据此也在上述方法、和/或用途的情况下发生；并且，反之亦然。在这方面，对于特征的更详细的表征，完全参考在那里进行的陈述。

在下文中参照一个示例性实施例，更详细地描述上述发明。其中：

图1示出了在下止动位置中从缸-活塞单元的侧面观察的剖视图，缸-活塞单元包括穿过活塞接合的多个阀挺杆，

图2示出从缸-活塞单元的侧面观察的处于提升位置的根据图1的缸-活塞单元的剖视图，

图3示出从缸-活塞单元的侧面观察的处于上止动位置的根据图1的缸-活塞单元的剖视图，

图4示出从缸-活塞单元的另一侧观察的处于提升位置的根据图2的缸-活塞单元的剖视图，

图5示出从缸-活塞单元的侧面观察的处于输出位置的根据图1的缸-活塞单元的剖视图，

图6示出从缸-活塞单元的侧面观察的缸-活塞单元的剖视图，该缸-活塞单元包括多个卡配闭合件，以及

图7示出具有水箱和排水阀的坐便器。

图1示出了包括缸1的缸-活塞单元，该缸在其内可纵向移位地容纳有活塞5。缸1借助缸盖2为活塞5提供上止挡(部)，并且借助缸基部3提供下止挡(部)(L)。扫掠体积(工作容积)在上下止挡部之间延伸，并且其尺寸设计为足够大，以使得立管15可以被提升到打开位置，该立管15连接到与活塞5成一体的活塞杆6，并且是排水阀的一部分。为了紧固的目的，活塞杆6包括头部和颈部，其中，颈部已经螺纹连接到立管的滑动轴承16中。将活塞5的下止动位置选择成：在该下止动位置中，立管15从活塞5脱开，并且因此头部不邻接滑动轴承，所以排水阀被可靠地关闭。

缸1在其缸基部3中包括套筒状通道4，活塞杆穿过该通道突出到缸1中。活塞杆6包括围绕其周缘的多个凹口，从而在该区域中形成迷宫密封件。套筒状通道4的底部悬于缸基部(之上)，因此缸的部分区域连续地填充有水。升高到其上方的水可通过迷宫密封件排出。为了从该位置致动排水阀并且因此提升立管15，允许管线压力下的水经由流体入口(这里未示出)流到活塞5下方，水的流入比水能够经由通道4的迷宫密封件再次从缸1中的排出更快。在活塞5下方建立过压，并且该过压向上推动活塞5。

沿着缸壁的环形密封件8设置在活塞5的边缘上，并且由于活塞5下方的过压，由于其倒U形的横截面而扩张，从而提供相对于缸壁良好的密封。然而，空气可从活塞5上方的空间中逸出，并且因此在那里没有形成反作用压力。

如图2所示，通过水压向上推动活塞5。尽管活塞5包括通道开口7，这些通道开口在该位置中被阀挺杆9(阀24)塞住。这些阀挺杆9包括密封通道开口7的闭合段10以及朝向顶部的渐缩部，其会保持通道开口7中的流动区域敞开。

在所示的位置中，三个通道开口7被阀挺杆9的闭合段10塞住，并且因此活塞5下方的水压可以再次增大。此外，在该位置中，立管15已经与活塞杆6一起被向上拉，并且开始释放排水阀。

当水压继续增大时，活塞到达图3所示的活塞5的上止动位置(U)。在该位置之前不久，阀挺杆9经由其上边缘已冲击缸盖2，因此活塞5可继续向上移动，但是阀挺杆不能向上移动了。因此，阀挺杆9可推过通道开口7，直到通过阀挺杆8的止挡部12能阻止阀挺杆继续下降。阀挺杆通过连接环13相互连接，该连接环阻止了不均匀的触发和倾斜。

现在，阀挺杆仅通过一个中心腹板11来堵塞通道开口7，该中心腹板是渐缩部11。水可穿其中到达活塞，并经由溢流口(溢流部)17流出到水箱中。这在图4中示出，图4显示了从另一个方向观察的截面，在该截面中示出了入口18以及溢流口17。最初继续通过入口18流入的水将向上推动活塞5，但是活塞5下方的压力将快速减小。如果通过入口18的入流最终通过关闭排水阀而结束，则活塞5下方的压力减小到活塞可再次下降的程度。在图5中示出冲洗过程(排水过程)的最后阶段。由于阀挺杆9和连接阀挺杆的连接环13由轻质塑料制成，因此连接环13配有周向的下降配重14，下降配重14用于防止阀挺杆9由于剩余的水压而被推回到其闭合位置。当剩余的水通过通道4和立管15从缸中逸出时，活塞5降低回到图1所示的位置，其中，由于下止挡部，阀挺杆9再次塞住通道开口7。在该位置中，立管15然后再次从活塞杆6脱开，从而能够一直降低回到下方最终位置，并且排水阀被完全关闭，因此水箱能够再次被填充。

图6示出了根据第二实施例的缸-活塞单元。分配给活塞5的至少一个通道开口7的是示例性的卡配闭合件27，该卡配闭合件在到达上止动位置(参见图6右侧的U)时卡到打开位置中，而在到达下止动位置(参见图6左侧的L)时卡回到关闭位置。

图7示出排水阀21，其中，借助自来水的流入(流体入口22)触发水箱28中的冲洗过程(排水过程)。在这种情况下，将自来水引入到缸-活塞单元20中。因为活塞杆连接到排水阀，排水阀随着活塞-缸单元20中活塞的提升而被抬离阀座，并且冲洗过程可以发生，例如水经由流体出口23释放到坐便器23中。

因此，上文中描述了这样的缸-活塞单元，其提供了包括阀的活塞，阀以位移受控的方式打开和关闭，并且因此能独立于普遍存在的水压而可靠地触发和终止冲洗过程

从现有技术中已知利用管线压力从而触发实际冲洗过程的许多排水阀这使得能够在很大程度上取消致动器，致动器在卫生领域中可能导致用电和用水之间的冲突。在这种情况下，在现有技术中，抵抗压缩弹簧的力推动活塞，因此随着压力下降，压缩弹簧能使活塞返回到起始位置。然而，这意味着，压缩弹簧必须适应于在区域中普遍存在的水压，并且因此在安装期间就必须初始地找到合适的压缩弹簧，从而确保最佳运行。该问题通过本发明这样解决：本发明向活塞添加了阀，该阀以位移受控的方式打开和关闭，并且因此能独立于普遍存在的水压而可靠地触发和终止其冲洗过程。

附图标记列表：

1 缸

2 缸盖

3 缸基部

4 通道

5 活塞

6 活塞杆

7 通道开口

8 密封环

9 阀挺杆

10 闭合段

11 渐缩部

12 止挡部

13 连接环

14 下降配重

15 立管

16 滑动轴承

17 溢流口

18 入口

20 缸-活塞单元

21 排水阀

22 流体入口

23 坐便器

24 阀

25 迷宫密封件

26 缸壁

27 卡配闭合件

28 水箱

L 下止动位置

U 上止动位置。

Claims (14)

1.一种用于致动排水阀(21)的缸-活塞单元(20)，所述缸-活塞单元包括可位移地安装在缸(1)中的活塞(5)和可操作地连接到所述排水阀(21)的活塞杆(6)，并且包括至少一个流体入口(22)，所述至少一个流体入口在所述活塞(5)的下止动位置处或下止动位置下方通入所述缸(1)中，并且所述缸-活塞单元包括至少一个流体出口，其中，所述活塞(5)包括至少一个阀(24)，所述至少一个阀在下止动位置(L)密封所述活塞(5)，并且在上止动位置(U)打开至少一个通道开口(7)。

2.如权利要求1所述的缸-活塞单元(20)，其特征在于，所述活塞(5)包括多个阀(24)，所述多个阀中的每个阀在所述下止动位置(L)密封所述活塞(5)，并且在所述上止动位置(U)打开所述至少一个通道开口(7)，所述阀(23)在所述活塞(5)上均匀地分布且具有圆形对称性。

3.如权利要求1或2所述的缸-活塞单元(20)，其特征在于，通过所述至少一个通道开口(7)接合的阀挺杆(9)能纵向移位地、并且约束地容纳在所述缸-活塞单元(20)中。

4.如权利要求3所述的缸-活塞单元(20)，其特征在于，所述阀挺杆(9)经由下部闭合段(10)完全密封所述通道开口(7)，并且沿向上的方向渐缩。

5.如权利要求3或4中任一项所述的活塞-缸单元(20)，其特征在于，分配给所述活塞(5)的是包括阀挺杆(9)的多个通道开口(7)，所述多个通道开口在所述活塞(5)上均匀地分布并且具有圆形对称性。

6.如权利要求5所述的缸-活塞单元(20)，其特征在于，所述阀挺杆(9)借助连接环(13)在下止动区域中彼此连接。

7.如权利要求3至6中任一项所述的缸-活塞单元(20)，其特征在于，所述阀挺杆(9)具有呈凸起形式的止挡部(12)，从而防止所述阀挺杆(9)进一步下降通过所述通道开口(7)。

8.如权利要求1或2所述的缸-活塞单元(20)，其特征在于，分配给所述活塞(5)的所述至少一个通道开口(7)的是卡配闭合件(27)，所述卡配闭合件在到达所述上止动位置时卡到打开位置中，而在到达下所述止动位置时卡回到关闭位置。

9.如前述权利要求中任一项所述的缸-活塞单元(20)，其特征在于，所述缸(1)包括作为流体出口的迷宫密封件(25)，所述迷宫密封件围绕所述活塞(5)的活塞杆(6)以允许被引入所述缸(1)中的流体渗出，和/或所述缸在上侧包括溢流口(17)。

10.如前述权利要求中任一项所述的缸-活塞单元(20)，其特征在于，所述活塞(5)由密封环(8)围绕抵靠缸壁(26)，所述密封环具有至少大致为U形的截面，其中，U形的开口向下。

11.如前述权利要求中任一项所述的缸-活塞单元(20)，其特征在于，所述活塞(5)的所述下止动位置是这样选择的，在所述下止动位置中，所述活塞杆(6)从所述排水阀(21)脱开。

12.一种用于致动具有缸-活塞单元的排水阀(21)的方法，所述缸-活塞单元(20)包括活塞(5)，所述活塞可移位地安装在缸(1)中，并且所述活塞的活塞杆(6)可操作地连接到所述排水阀(21)，并且所述缸-活塞单元包括至少一个流体入口，所述流体入口在所述活塞(5)的下止动位置处或下止动位置下方通入所述缸(1)，并且所述缸-活塞单元包括至少一个流体出口，所述方法包括以下步骤：

a)通过将流体通过所述至少一个流体入口引入所述缸(1)而将所述活塞(5)从其下止动位置(L)提升，其中，所述活塞(5)包括至少一个阀(24)，所述至少一个阀在其所述下止动位置(L)密封所述活塞(5)，

b)当所述活塞(5)到达其上止动位置(U)时或在此之前，触发所述至少一个阀(24)以打开所述活塞(5)中的至少一个通道开口(7)，使得目前为止位于所述活塞(5)之下的流体现在也能穿过所述活塞(5)进入所述活塞(5)上方的区域，在所述区域中，穿过所述活塞(5)的流体能够经由所述至少一个流体出口而离开所述缸(1)，

c)当所述活塞(5)接合到其所述下止动位置(L)时，触发所述至少一个阀(24)以关闭所述活塞(5)中的所述至少一个通道开口(7)。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，以位移受控的方式触发所述至少一个阀(24)。

14.一种如权利要求1至11中任一项所述的缸-活塞单元(20)在水箱(28)中用于致动排水阀(21)的用途，用以将流体从所述水箱(28)释放到坐便器(23)中。

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