DE10011291A1 - Dichtungseinrichtung für ein Ventiloberteil, insbesondere für Wasserarmaturen - Google Patents

Abstract

Dichtungseinrichtung für ein aus einem Ventilgehäuse (20) und einer darin zwischen Anschlagstellen drehbaren Spindel (22) bestehendes Ventiloberteil (18), insbesondere für Wasserarmaturen. Die Dichtungseinrichtung besteht aus einer mit dem Ventilgehäuse (20) fest verbundenen Grundscheibe (32) und einer an der Grundscheibe mit Reibung anliegenden, den Wasserdurchfluß durch das Ventiloberteil (18) steuernden Steuerscheibe (34). Grundscheibe (32) und Steuerscheibe (34) sind aus Keramik oder keramikartigem Werkstoff hergestellt. Die Grundscheibe (32) ist längs einer von der Steuerscheibe (34) wegweisenden Dichtungsfläche an einem Dichtungsring (36) aus Gummi oder gummiartigem Werkstoff in fester Anlage gehalten. Die Dichtungsfläche ist von einem ringförmigen, vorspringenden Kantenteil (38) an der Grundscheibe (32) bzw. am Dichtungsring (36) und einer den Kantenteil (38) entstehenden Rille (40) am Dichtungsring (36) bzw. aufnehmenden Rille (64) an der Grundscheibe (32') am Dichtungsring (36') gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungseinrichtung für ein Ventiloberteil, insbesondere für Wasserarmaturen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Ventiloberteil ist besonders zweckmäßig für Wasser anwendbar, kann aber grundsätzlich auch für andere Flüssigkeiten benutzt werden. Wenn daher im Folgenden und in den Ansprüchen von Wasser gesprochen wird, sind mit diesem Begriff immer auch andere Flüssigkeiten gemeint, für die das Ventiloberteil benutzbar ist.

Eine solche Dichtungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird beispielsweise dazu benützt, in Sanitärarmaturen mittels Axialverstellung von Steuerscheibe zu feststehender Grundscheibe den Wasserdurchfluß in geschlossenem Zustand des von diesen Scheiben gebildeten Ventils zu verhindern und im teil- oder vollgeöffnetem Zustand des Ventils den Wasserdurchfluß freizugeben bzw. zu dosieren.

Grundscheibe und Steuerscheibe bestehen bei bekannten Ventiloberteilen, z. B. bei dem aus US 5 174 324 bekannten Ventiloberteil, aus Keramik, was den Vorteil hat, daß dieses Material nahezu verschleißfrei ist, so daß zumindest diese dem Verschleiß besonders stark unterworfenen Teile des Ventiloberteils eine nahezu unbeschränkte Lebensdauer besitzen. Statt Keramik kann natürlich auch eine Reihe von anderen harten und verschleißfesten Werkstoffen verwendet werden. Die Grundscheibe ist in bekannter Weise durch geeignete Einrichtungen im Ventilgehäuse undrehbar arretiert, während die frei drehbar auf die Grundscheibe aufgesetzte Steuerscheibe mit der Spindel drehfest verbunden ist. Das von Grundscheibe und Steuerscheibe gebildete Ventil wird durch die Drehbewegung der Spindel bzw. damit verbundener Handgriffe oder dergl. betätigt.

Die Abdichtung zwischen dem Sitz des Armaturenkörpers und dem Ventiloberteil erfolgt mittels eines Gummirings, der im Kopfstück des Ventiloberteils fixiert ist und auf der Grundscheibe bzw. dem Sitz des Armaturenkörpers durch Verpressung abdichtet.

Solange das Ventiloberteil nicht in den Armaturenkörper eingebaut ist, hat der Reibungswiderstand zwischen Grundscheibe und Steuerscheibe keine große Bedeutung, da das Ventil mehr oder weniger leichtgängig ist. Erst nach dem Einschrauben des Ventiloberteils in den Armaturenkörper wird durch Axialverpressung der Widerstand beim Verdrehen der Steuerscheibe deutlich spürbar. Einen wesentlichen Einfluß auf die Bedienungsfreundlichkeit der Armatur haben die Betätigungskräfte bzw. Torsionskräfte beim Öffnen und Schließen des Ventils. Einerseits soll das Ventil leichtgängig sein, um auch mit nassen Händen und bei runden Handgriffen das Ventil öffnen und schließen zu können, auf der anderen Seite soll ein gewisser Widerstand vorhanden sein, um eine exakte Wasserdosierung vornehmen zu können. Bei einer Wandinstallation in Verbindung mit Hebelgriffen ist sogar ein gewisser Widerstand zwingend erforderlich, damit sich das Ventil nicht selbständig öffnen kann. Ein auf die jeweilige Armatur abgestimmter Widerstand bzw. eine definierte Axialkraft ist außerdem deswegen von Vorteil, da dieser Widerstand auch Einfluß auf die aufeinander reibenden Keramikscheiben und im Übrigen auch auf die einen in solchen Ventiloberteilen vorhandenen Axialgleitring nimmt, wodurch ein eventueller Verschleiß minimiert wird. Dies trägt ebenfalls zur Verlängerung der Lebensdauer und zur Produktsicherheit bei.

Gefordert werden heute für Armaturen bzw. Ventile dieser Art 200000 bis 500000 Lastwechsel bei annähernd gleichbleibender Betätigungskraft und ruckfreiem Bewegungsablauf. In der Vergangenheit wurde versucht, die Bewegungskräfte durch unterschiedliche Form, Härte und Materialqualität der Dichtungseinrichtung zu beeinflussen, um einerseits die Dichtigkeit zu gewährleisten und andererseits die optimalen Torsionskräfte zu erreichen. Die Praxis zeigt jedoch, daß dies nicht oder nur bedingt möglich ist. Der Sitz des Armaturenkörpers wie auch die aus mehreren Bauteilen bestehenden Ventiloberteile haben Toleranzen, die zusammengenommen die an der Dichtungseinrichtung auftretende Axialverpressung beeinflussen. Wählt man eine weiche bzw. filigrangeformte Dichtung, so hat man einen geringen Reibungswiderstand in der Radialebene, jedoch besteht die Gefahr, der Undichtigkeit des Ventils. Diese Gefahr tritt insbesondere bei sehr unterschiedlichen Wasserdrücken auf. Besonders bei kleinen Drücken und bei den bereits erwähnten filigrangeformten Dichtungen besteht die Gefahr, daß durch zu geringe Eigenverpressung Undichtigkeit droht. Es gibt unterschiedliche Sitzformen, wie z. B. den Stufensitz, der einen negativen Einfluß auf obengenannte Dichtungskombination ausübt. Außerdem kann es zu Druckstößen kommen, denen eine weiche Dichtung nur bedingt standhält. Wählt man härteres Material für die Dichtungseinrichtung, erhält man zwar eine optimale Verpressung, jedoch wird bedingt durch mögliche Toleranzakkumulation soviel Druck auf die harten Scheiben, insbesondere Keramikscheiben, ausgeübt, daß sich die Torsionskräfte drastisch erhöhen. Ein wesentlicher Grund dafür liegt in der Tatsache, daß sich die Axialverpressung über den Dichtring flächig direkt auf die Grundscheibe und damit auch auf die Steuerscheibe und den Gleitring überträgt.

Bei diesem Problem setzt die Erfindung an. Sie sucht eine Dichteinrichtung für ein derartiges Ventiloberteil zu schaffen, die so ausgebildet ist, daß auch bei ungünstigen Toleranzlagen (Größtmaße/Kleinstmaße) eine ausreichende Axialverpressung erreicht werden kann, um die Dichtheit des Ventils zu gewährleisten, und gleichzeitig eine für die Betätigung angenehme Torsionsreibung zwischen den Ventilscheiben vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Dichtungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 gelöst.

Wird das mit dieser Dichtungseinrichtung versehene Ventiloberteil in den Armaturenkörper eingeschraubt, so dringt der Kantenteil der Grundscheibe in den weichen Gummi oder dergl. des Dichtungsrings ein, wobei die sich im Gummi bildende Rille an den Flanken des Kantenteils anliegt. Wenn die Grundscheibe aus Keramik oder dergleichen dagegen eine Rille besitzt, ist der Gummiring mit dem vorspringenden Kantenteil versehen, der beim Einschrauben des Ventiloberteils in den Armaturenkörper in die Rille dichtend eingepreßt wird.

Die Axialverpressung wirkt somit nicht flächig direkt auf den aufeinanderliegenden Keramikscheiben, sondern über den in einer Kante endenden vorspringenden Kantenteil und dessen Flanken. Selbst ungünstigste Toleranzlagen können damit ausgeglichen werden. Durch die dreiecksförmige Ausbildung des Kantenteils findet eine Aufteilung der Axialdruckübertragung statt. Aufgrund der Axialdruckübertragung mittels des Kantenteils läßt sich jederzeit die Dichtigkeit des Ventils gewährleisten, ohne dabei den Axialdruck und dadurch die für die Betätigung des Ventils zu überwindenden Reibungskräfte nennenswert zu erhöhen. Gleichzeitig läßt sich durch diese Gummi-/Keramikverbindung eine zusätzliche Stabilisierung der Keramikgrundscheibe erreichen.

Die Unteransprüche 2 und 3 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Dichteinrichtung, während Anspruch 4 auf die Verstellbarkeit der Reibungskraft zwischen Grundscheibe und Steuerscheibe durch verschieden weites Eintauchen des Kantenteils in den Dichtring gerichtet ist.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform gemäß Anspruch 5 läßt sich mittels eines in den Gummiring eingebetteten Stützrings in einfacher Weise ein definiertes Eindringen des Kantenteils in die gegenüberliegende Rille einstellen.

Anhand der Figuren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein in einen Armaturenkörper eingebautes Ventiloberteil mit der erfindungsgemäßen Dichteinrichtung,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Ventiloberteil in ausgebautem Zustand,

Fig. 3 bis 5 Vergrößerungen des im Kreis III in Fig. 2 dargestellten Teils bei unterschiedlich dargestellter Eindringtiefe des Kantenteils in den gegenüberliegenden Dichtungsring,

Fig. 6 eine Ansicht der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Keramikgrundscheibe mit daran ausgebildetem Kantenteil,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 6,

Fig. 8 eine Ansicht einer anderen Ausführungsform der Keramikgrundscheibe mit Rille,

Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie IX-IX in Fig. 8 und

Fig. 10 einen Axialschnitt durch den zur Grundscheibe gemäß Fig. 8 und 9 gehörigen Gummiring mit vorspringendem Kantenteil.

Ein allgemein mit 10 bezeichneter Armaturenkörper mit Wasserzulauf 14 und Wasserablauf 12 enthält einen Hohlraum 16, in welchem das untere Ende eines allgemein mit 18 bezeichneten Ventiloberteils gemäß Fig. 1 eingesetzt ist. Das Ventiloberteil weist ein allgemein mit 20 bezeichnetes Ventilgehäuse und eine in diesem drehbar gelagerte, allgemein mit 22 bezeichnete Spindel auf. Armaturenkörper 10, Ventilgehäuse 20 und Spindel 22 sind in bekannter Weise durch O-Ringe 24, 26 und 28 gegeneinander abgedichtet.

Das Ventilgehäuse 20 ist mittels eines Schraubgewindes 30 in den Hohlraum 16 eingeschraubt. Im unteren Abschnitt des Ventiloberteils 18 ist ein aus Keramikgrundscheibe 32 und an dieser plan anliegenden Steuerscheibe 34 bestehendes Ventil angeordnet. Durch Verdrehen der Spindel 22 im Ventilgehäuse 20 ist wahlweise eine mehr oder weniger große Öffnung zwischen der Steuerscheibe 34 und der mit dem Ventilgehäuse 20 verbundenen und daher feststehenden Grundscheibe 32 einstellbar und damit ein mehr oder weniger großer Wasserdurchsatz durch das Ventil erzielbar. Bei dieser Ausführungsform bestehen Grundscheibe 32 und Steuerscheibe 34 vorzugsweise aus Keramik.

An der von der Steuerscheibe 34 wegweisenden Unterseite der Grundscheibe 32 liegt ein Dichtungsring 36 mit grundsätzlich etwa trapezförmigem Querschnitt dichtend an. Diese Unterseite der Grundscheibe 32 ist bei der in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsform von einem nach unten vorstehenden Kantenteil 38 mit etwa dreieckigem Querschnitt gebildet. Durch mehr oder weniger starkes Einschrauben des Ventiloberteils 18 in den Hohlraum 16 des Armaturenkörpers 10 wird der Dichtungsring 36 im Hohlraum 16 mehr oder weniger stark zusammengepreßt, wodurch der Kantenteil 38 sich mehr oder weniger weit unter Bildung einer mehr oder weniger tiefen Rille 40 in den weichen Gummi-Dichtungsring 36 eindrückt. Der hauptsächliche Anpreßdruck zwischen Grundscheibe 32 und Dichtungsring 36 verteilt sich dabei im wesentlichen in der Kante 42 und in den Flanken des Kantenteils 38, so daß sich eine zwar grundsätzlich einstellbare, jedoch mehr oder weniger weich nachgiebige Anpressung zwischen Grundscheibe 32 und Dichtungsring 36 ergibt.

Die im wesentlichen ebenen Flanken 44 und 46 des Kantenteils 38 bilden zusammen mit der im Dichtungsring 36 gebildeten Rille 40 eine Dichtungsfläche, die für eine hervorragende Abdichtung zwischen Grundscheibe 32 und Dichtungsring 36 sorgt.

In Fig. 3 ist eine Situation der aus Steuerscheibe 34, Grundscheibe 32 und Dichtungsring 36 gebildeten erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung bei mittlerem Axialpreßdruck dargestellt, bei welchem die Kante 42 des Kantenteils 38 bis zu einer Grenzlinie 48 in den Dichtungsring 36 eintaucht. Bei der in Fig. 4 dargestellten Situation ist der eingestellte Axialpreßdruck etwas geringer, so daß die Kante 42 des Kantenteils 38 nur bis zu einer Grenzlinie 50 in den Dichtungsring 36 eindringt. Ein etwas stärkerer Axialpreßdruck ist dagegen in der Situation gemäß Fig. 5 eingestellt, wodurch die Kante 42 des Kantenteils 38 bis zu einer unter der Grenzlinie 48 liegenden Grenzlinie 52 in den weichen Dichtungsring 36 eindringt. In den gezeigten Einbausituationen gemäß Fig. 3/4/5, läßt sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kantenteils 38 der Axialpreßdruck zwischen Dichtungsring 36 und Grundscheibe 32 und somit auch zwischen Grundscheibe 32 und Steuerscheibe 34 neutralisieren, da der entstehende Axialpreßdruck über die Flanken des Kantenteils 38 aufgeteilt wird.

Aus den Fig. 3 bis 5 ist ferner ersichtlich, daß ein Stützring 54 aus steifem Material, vorzugsweise Metall, mit abgewinkeltem Profil so in den Gummiring 36 eingebettet ist, daß eine nach oben stehende Stützfläche 56 gebildet wird, die an einer nach unten stehenden Schulter 58 des Ventilgehäuses 20 abgestützt ist. Dadurch ist ein definiertes Eindringen der Kante 42 des Kantenteils 38 in den Gummi-Dichtungsring 36 gewährleistet, da der Dichtungsring 36 im Ventilgehäuse 20 fixiert ist.

Aus den Fig. 6 und 7 ist die Form der Grundscheibe 32 mit zwei diametral gegenüberliegenden Öffnungen 60 und 62 zum wahlweisen Durchtritt von Wasser bei bestimmten Drehstellungen der Steuerscheibe 34 zu ersehen. Am Umfangsrand der Grundscheibe 32 ist der Kantenteil 38 mit seiner Kante 42 zu sehen.

Eine alternative Ausführungsform von Grundscheibe und Dichtungsring ist in den Fig. 8 bis 10 dargestellt. Die Grundscheibe 32' ist bei dieser Ausführungsform an ihrem Umfang mit einer in den Keramikwerkstoff eingearbeiteten kreisförmigen Rille 64 versehen, während die Gummiringdichtung 36', wie in Fig. 10 dargestellt, bei dieser Ausführungsform einen nach oben vorspringenden Kantenteil 38', ebenfalls mit etwa dreieckigem Querschnitt, aufweist, der beim Einschrauben des Ventiloberteils 18 in den Hohlraum 16 des Armaturenkörpers 10 derart in die einen ähnlichen Querschnitt aufweisende Rille 64 eingepreßt wird, daß sich eine hervorragende Abdichtung zwischen Grundscheibe 32' und Dichtungsring 36' und ein einstellbarer, jedoch federnd nachgiebiger Axialpreßdruck zwischen Grundscheibe 32' und Dichtungsring 36' ergibt.

Claims (5)

1. Dichtungseinrichtung für ein aus einem Ventilgehäuse und einer darin zwischen Anschlagstellungen drehbaren Spindel bestehendes Ventiloberteil, insbesondere für Wasserarmaturen, wobei die Dichtungseinrichtung aus einer mit dem Ventiloberteil fest verbundenen Grundscheibe und einer an der Grundscheibe mit Reibung anliegenden, den Wasserdurchfluß durch das Ventiloberteil steuernden Steuerscheibe besteht, Grundscheibe und Steuerscheibe aus Keramik oder keramikartigem Werkstoff hergestellt sind, und die Grundscheibe längs einer von der Steuerscheibe wegweisenden Dichtungsfläche an einem Dichtungsring aus Gummi oder gummiartigem Werkstoff in fester Anlage gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsfläche (40, 42, 44, 46) von einem ringförmigen, vorspringenden Kantenteil (38, 38') an der Grundscheibe (32) bzw. am Dichtungsring (36') und einer den Kantenteil (38, 38') aufnehmenden Rille (40, 64) am Dichtungsring (36) bzw. an der Grundscheibe (32') gebildet ist.

2. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenteil (38, 38') etwa dreieckigen Querschnitt besitzt.

3. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenteil (38) an der Grundscheibe (32) vorgesehen ist und die Rille (40) durch das durch Axialpreßdruck verursachte Eindringen des Kantenteils (38) in den Dichtungsring (36) gebildet ist.

4. Dichtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungskraft zwischen Grundscheibe (32) und Steuerscheibe (34) durch Einstellung des Axialpreßdrucks zwischen Grundscheibe (32, 32') und Dichtungsring (36, 36') federnd nachgiebig ist.

5. Dichtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Dichtungsring (36, 36') ein aus demselben vorstehender Stützring (54) zum Abstützen an einer Schulter (58) des Ventilgehäuses (20) eingebettet ist.