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Die Erfindung betrifft ein Selbstschlussventil mit einem Kartuschenmantel, in dem ein Kopfstück und ein Kolben, die von einer Spindel durchsetzt sind, und ein Ventilsitz angeordnet sind, und in dem Kartuschenmantel eine Druckkammer und eine Ventilkammer ausgebildet sind, die durch den Kolben voneinander getrennt sind.
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Selbstschlussventile der hier betrachteten Art finden Anwendung für hydraulisch gesteuerte automatisch schließende Armaturen, wie sie beispielsweise bei Toiletten, Urinalen, Waschtischen oder öffentlichen Duschen zur Anwendung kommen. Diese Selbstschlussventile sind servogesteuert und sind beispielsweise aus der
DE 28 52 006 C3 und der
DE 29 46 558 A1 bekannt. Dabei ist ein wasserdruckbeaufschlagter Ventilteil durch einen Kolben oder bei Verwendung von Magnetventilen durch eine Membran in eine Ventilkammer und eine Druckkammer unterteilt. Durch die größere druckbeaufschlagte Kolbenfläche auf der Druckkammerseite ist das Ventil geschlossen. In der Druckkammer ist ein Entlastungsventil angeordnet, welches bei Betätigung der Armatur öffnet, wodurch die Druckkammer entlastet wird, was zu einer teilweisen oder vollständig Entleerung führt. Der Kolben hebt dadurch von seinem Ventilsitz ab, was eine Öffnung des Ventils zur Folge hat. Nach Betätigung der Armatur schließt das Servoventil automatisch und die Druckkammer wird über eine Düse mit Wasser aufgefüllt, bis der Wasserdruck entsprechend seiner Ausgangsposition vollständig am Kolben ansteht, wodurch das Ventil schließt. Bei der Düse kann es sich um eine feste Bohrung mit einer sogenannten Reinigungsnadel oder ein einstellbares Nadelventil handeln.
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Die Spülmenge bzw. die Laufzeit derartiger Selbstschlussventile ist abhängig von der Dauer der Wiederbefüllung der Druckkammer nach einem Spülvorgang. Diese Dauer ist unter anderem vom Druckkammervolumen und damit vom Öffnungsweg des Kolbens abhängig. Der Öffnungsweg des Kolbens ist dabei durch die Ventilbauart auf verschiedene Weise beeinflussbar.
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Eine Beeinflussung des Öffnungswegs ist einerseits dadurch möglich, dass der Auslösemechanismus der Armatur, bei dem es üblicherweise um einen Druckknopf handelt, über eine Ventilspindel fest mit dem Servoventil und dem Kolben verbunden ist. Der Kolbenweg ist in diesem Falle unmittelbar durch den Hub des Auslösemechanismus bestimmt. Um eine Verkürzung der Dauer der Wiederbefüllung zu bewirken, wird üblicherweise der Hub des Auslösemechanismus begrenzt. Alternativ ist der Öffnungsweg dadurch beeinflussbar, dass der Auslösemechanismus der Armatur lediglich mit dem Servoventil verbunden ist und der Kolben frei beweglich ist. Der Kolbenweg ist in diesem Falle variabel und ergibt sich in Abhängigkeit des in der Ventilkammer anstehenden Schließdrucks. Zur Laufzeitverkürzung wird entweder der Hub des Kolbens begrenzt oder durch ein Nadelventil eingestellt. Vorteilhaft bei der zweitgenannten Bauart ist der relativ kurze Auslöseweg der Armatur. Die Bauart weist jedoch den Nachteil auf, dass der Kolbenweg von dem in der Ventilkammer anstehenden Fließdruck abhängig ist, da der Fließdruck von verschiedenen Größen abhängig ist, beispielsweise vom Wasserdruck im jeweiligen Wassernetz, aber insbesondere auch von den Strömungswiderständen auf der Ventilaustrittsseite abhängig ist. Diese Widerstände sind anwendungsspezifisch variabel und können im ungünstigsten Fall eine erhebliche Reduzierung des Kolbenwegs verursachen. Insbesondere bei längeren Laufzeiten der jeweiligen Armatur, beispielsweise bei Duschen, ist die Einstellbarkeit und damit die Laufzeitstabilität negativ beeinflusst.
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Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Selbstschlussventil zu schaffen, bei dem unter Beibehaltung eines kurzen Auslöseweges und unabhängig von nachgeschalteten Strömungswiderständen ein maximaler Kolbenweg erreichbar ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass an dem Kolben auf seiner dem Ventilsitz zugewandten Seite ein Staudruckkolben vorgesehen ist, dessen Abmessungen ein Eintauchen in den Ventilsitz über den genannten Kolbenweg ermöglichen und der mindestens mit seinem freien Ende in den Ventilsitz ragt.
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Mit der Erfindung ist ein Selbstschlussventil für hydraulisch gesteuerte automatisch schließende Armaturen geschaffen, die einen kurzen Auslöseweg ermöglicht und gleichzeitig unabhängig von nachgeschalteten Strömungswiderständen einen maximalen Kolbenweg bereitstellt. Durch das Hineinragen des Staudruckkolbens in den Ventilsitz in jedem Betriebszustand des Selbstschlussventils ist in jedem Betriebszustand ein gleichbleibend großer Spalt zwischen Staudruckkörper und Ventilsitz vorhanden, wodurch die Strömungswiderstände auf der Wasseraustrittsseite immer gleich sind.
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Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1 einen Axialschnitt durch ein Selbstschlussventil in geschlossener Stellung;
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2 das in 1 dargestellte Selbstschlussventil in geöffneter Stellung;
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3 einen Axialschnitt durch einen Ventilkolben und
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4 einen Axialschnitt durch einen Ventilsitz.
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Das als Ausführungsbeispiel gewählte Selbstschlussventil besteht aus einem Kartuschenmantel 1, in dem ein Kopfstück 2 und ein beweglicher Kolben 3 angeordnet sind. An dem Kolben 3 ist ein Staudruckkolben 4 vorgesehen. An dem dem Kopfstück 2 abgewandten Ende ist in dem Kartuschenmantel 1 ein Ventilsitz 5 angeordnet. In dem Ventilsitz 5 endet eine Spindel 6, die das Kopfstück 2, den Kolben 3 und den Staudruckkolben 4 durchsetzt. Die Spindel 6 ist im Bereich des Ventilsitzes 5 mit einem Mischteller 7 formschlüssig verbunden.
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Der Kartuschenmantel 1 ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Auf seiner Innenseite weist der Kartuschenmantel 1 eine Innenfläche 12 auf, die im Bereich des Kopfstücks 2 von einer abgesetzten Gewindebohrung 13 und an ihrem dem Kopfstück 2 abgewandten Ende von einem Absatz 14 begrenzt ist. Entlang der Innenfläche 12 gleitet in montiertem Zustand der Kolben 3. Zwischen dem Kolben 3 und dem Kopfstück 2 ist daher eine Druckkammer 11 ausgebildet; zwischen Kolben 3 und Ventilsitz 5 ist eine Ventilkammer 17 ausgebildet. Auf seiner Außenseite ist der Kartuschenmantel 2 einerseits mit einem Gewinde 15 versehen, mit dem das Selbstschlussventil in ein – nicht dargestelltes – Gehäuse bzw. Armatur einschraubbar ist. Zur Abdichtung gegen das Gehäuse/die Armatur ist der Kartuschenmantel 1 zudem außen mit einer Dichtung 16 versehen.
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In den Kartuschenmantel 1 ist das Kopfstück 2 eingeschraubt. Hierzu weist das Kopfstück 2 ein Gewinde 23 auf, welches mit der Gewindebohrung 13 des Kartuschenmantels 1 korrespondiert. Das Kopfstück 2 ist von einer axialen Bohrung durchsetzt, die auf ihrer dem Staudruckkolben 4 zugewandten Seite einen Ventilsitz 21 ausbildet, und im Anschluss an den Ventilsitz in eine Eintrittsbohrung 22 in Form einer Durchmessererweiterung übergeht. In dem Kopfstück 2 ist in Axialrichtung verlaufend, jedoch gegenüber der Mittelachse versetzt, eine Gewindebohrung 24 vorgesehen, die der Aufnahme einer Stellschraube 25 dient. Die Stellschraube 25 ist im Bereich ihres kopfseitigen Endes mit einer Dichtung 251 versehen sowie daran anschließend mit einem Gewinde 252, welches mit der Gewindebohrung 24 korrespondiert. Auf der dem kopfseitigen Ende der Stellschraube 25 abgewandten Seite ist eine Anschlagfläche 26 für den Kolben 3 vorgesehen.
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Der Kolben 3 ist axial beweglich in dem Kartuschenmantel 1 angeordnet. Mit seinem radialen Umfang ist der Kolben von der Innenfläche 12 des Kartuschenmantels 1 geführt. Zur Abdichtung gegen den Kartuschenmantel 1 ist der Kolben 3 mit einer umlaufenden Dichtlippe 31 versehen. In Axialrichtung verlaufend, jedoch gegenüber der Mittelachse versetzt ist in dem Kolben 3 eine Düsenbohrung 34 ausgebildet, die in eine Aufnahmebohrung 35 für eine Reinigungsnadel 37 übergeht. Die Reinigungsnadel 37 ist gebildet von einer Druckfeder 371 sowie einer Nadel 372. Der Kolben 3 ist auf seiner Mittelachse von einer axial ausgerichteten Durchtrittsbohrung 36 für die Spindel 6 durchsetzt. An dem dem Ventilsitz 5 zugewandten Ende der Durchtrittsbohrung 36 ist eine weitere Dichtlippe 32 vorgesehen, zu der benachbart eine Anschlagfläche 33 für den Staudruckkolben 5 ausgebildet ist. Von der Anschlagfläche 33 ausgehend erstreckt sich eine Gewindebohrung 38.
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Der Staudruckkolben 4 ist rotationssymmetrisch nach Art eines Hohlzylinders ausgeführt. Er ist im Ausführungsbeispiel aus Kunststoff hergestellt; der Kolben 4 kann in Abwandlung auch aus Metall hergestellt sein. Der Staudruckkolben 4 weist ein Gewinde 41 auf, das mit der Gewindebohrung 38 des Kolbens 3 korrespondiert. Staudruckkolben 4 und Kolben 3 sind daher zweiteilig ausgebildet. In Abwandlung des Ausführungsbeispiels kann der Staudruckkolben 4 auch Bestandteil des Kolbens 3 sein, sodass Staudruckkolben 4 und Kolben 3 einteilig ausgebildet sind.
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An das Gewinde 41 schließt sich eine Anschlagfläche 42 an, mit der der Staudruckkolben 4 an der Anschlagfläche 33 des Kolbens 3 in montiertem Zustand anliegt. Der Staudruckkolben 4 ist mit einer Durchtrittsbohrung 43 für die Spindel 6 versehen, an die sich auf der dem Ventilsitz 5 zugewandten Seite eine Aufnahmebohrung 44 anschließt. Der die Aufnahmebohrung 44 umgebende Kolbenmantel 46 ist im Ausführungsbeispiel aus Vollmaterial hergestellt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Kolbenmantel 46 ganz oder teilweise als Sieb oder Kamm auszubilden. In miteinander verschraubtem Zustand von Kolben 3 und Staudruckkolben 4 ist zwischen der Durchtrittsbohrung 36 sowie der Durchtrittsbohrung 43 eine Dichtung 45 vorgesehen. Mit Hilfe der Dichtung 45 sind Kolben 3 und Staudruckkolben 4 gegen die Spindel 6 abgedichtet.
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Der Ventilsitz 5 weist eine axial ausgerichtete Ventilsitzbohrung 53 auf, die auf ihrer dem Kopfstück 2 zugewandten Seite mit einer Ventilsitzfläche 51 versehen ist. Die lichte Weite der Ventilsitzbohrung 53 ist größer als der Außendurchmesser des Kolbenmantels 46; sodass der Staudruckkörper 4 die Möglichkeit hat, abschnittsweise über den maximalen Hub bzw. den genannten Weg des Kolbens 3 in den Ventilsitz 5 einzutauchen; der Staudruckkörper 4 ermöglicht aufgrund seiner Abmessungen ein bereichsweises Eintauchen in den Ventilsitz 5.
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Die Ventilsitzbohrung 53 geht an ihrem der Ventilsitzfläche 51 abgewandten Ende in eine Durchtrittsbohrung 59 für den Mischteller 7 über. Der Ventilsitz 5 ist mit einer radial ausgerichteten Ausgangsbohrung 54 versehen, die in die Ventilsitzbohrung 53 mündet. Auf ihrer dem Kopfstück 2 zugewandten Seite ist eine Verrastung 55 angeordnet, die von einer Rastnase 551 und einer sich daran anschließenden Schräge 552 gebildet ist. Mit der Verrastung 55 erfolgt die Befestigung des Ventilsitzes 5 am Absatz 14 des Kartuschenmantels 1.
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Im Anschluss an die Verrastung 55 ist der Ventilsitz 5 mit einer Dichtung 57 versehen, die in montiertem Zustand den Ventilsitz 5 gegen den Kartuschenmantel 1 abdichtet. Zudem ist an dem der Verrastung 55 abgewandten Ende eine Dichtung 58 vorgesehen, mit der eine Abdichtung gegen das Gehäuse der Armatur ermöglicht ist. Auf seiner der Verrastung 55 abgewandten Stirnseite ist der Ventilsitz 5 mit einem Ringkanal 56 ausgestattet. In den Ringkanal 56 mündet ein in Axialrichtung verlaufender, jedoch gegenüber der Mittelachse versetzter Zulaufkanal 52.
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Die Spindel 6 weist auf ihrer dem Mischteller 7 zugewandten Seite einen Führungszapfen 64 auf. Im Anschluss an den Führungszapfen 64 ist eine radial ausgerichtete Entlastungsbohrung 63 vorgesehen. Zudem ist eine weitere Entlastungsbohrung 61 im kopfseitigen Bereich der Spindel 6 vorgesehen. In der Entlastungsbohrung 61 endet ein Entlastungskanal 62, der von der Seite des Führungszapfens 63 in axialer Richtung in die Spindel 6 eingebracht ist. Benachbart zu der Entlastungsbohrung 61 ist auf der Spindel 6 eine Dichtung 65 vorgesehen, die zur Abdichtung der Spindel 6 gegen den Ventilsitz 21 dient. Die Spindel 6 ist bereichsweise von einer Druckfeder 66 umgeben, die sich einerseits an der Spindel selbst, andererseits am Kolben 3 abstützt. Im Kopfbereich der Spindel 6 sind zudem Dichtungen 69 angeordnet, die die Spindel 6 gegen das Kopfstück 2 abdichten. Weiterhin ist am kopfseitigen Ende der Spindel 6 eine Führungsfläche 68 für einen – nicht dargestellten – Betätigungsgriff vorgesehen, welcher mit einer Nut 67 zur Befestigung des Griffs korrespondiert.
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Der Führungszapfen 64 der Spindel 6 taucht in montiertem Zustand in eine Führungsbohrung 78 des Mischtellers 7 ein. Die Führungsbohrung 78 ist in einem Zapfen 71 vorgesehen, der axial ausgerichtet ist und der etwa auf der Hälfte seiner Länge eine radial ausgerichtete Ausgleichsbohrung 72 aufweist. An seinem bodenseitigen Ende ist an dem Zapfen 71 eine Dichtung 76 vorgesehen, mit der der Mischteller 7 gegen den Ventilsitz 5 abgedichtet ist. Benachbart zu der Dichtung 76 ist ein Sicherungsring 77 an dem Zapfen 71 angeordnet. Auf seiner dem Zapfen 71 abgewandten Seite weist der Mischteller 7 eine Dichtfläche 75 auf, in der sich eine aus der Mitte versetzte Mischkammer 73 befindet, in die im Bereich des Wassereintritts der Armatur positioniert ist. Von der Mischkammer 73 geht eine Austrittsbohrung 74 aus, die in montiertem Zustand mindestens bereichsweise mit dem Ringkanal 56 fluchtet.
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Im Ruhezustand des erfindungsgemäßen Selbstschlussventils (1) ist das Ventil geschlossen, da die Dichtlippe 32 an der Ventilsitzfläche 51 anliegt und somit ein Fließen des am Ringkanal 56 und des Zulaufkanals 52 anstehenden Wassers in Richtung der Ausgangsbohrung 54 verhindert ist. In diesem Zustand steht in der Druckkammer 11 der gleiche statische Druck an wie in der Ventilkammer 17. Aufgrund der größeren Fläche der Druckkammer 11 wird aber von dieser Seite eine größere Kraft auf den Kolben 3 ausgeübt, die den Kolben 3 und damit die Dichtlippe 32 in geschlossener Position hält.
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Bei Betätigen des Ventils durch Drücken auf den mit der Spindel 6 verbundenen Griff, bewegt sich die Spindel 6 in Richtung des Mischtellers 7. Hierdurch bewegt sich die Dichtung 65 vom Ventilsitz 21, sodass Wasser aus der Druckkammer 11 in die Entlastungsbohrung 61 eintritt und entlang des Entlastungskanals 62 in Richtung Austrittsbohrung 74 strömt. Durch das Öffnen des Ventilsitzes 21 tritt ein Druckverlust in der Druckkammer 11 auf, während der Druck in der Ventilkammer 17 unverändert bleibt. Dadurch ist ein Ungleichgewicht zugunsten der Ventilkammer 17 hervorgerufen, worauf der in dieser Kammer anstehende Wasserdruck nun eine größere Kraft auf den Kolben 3 ausübt, wodurch dieser seine Ruheposition verlässt und sich in Richtung Kopfstück 2 bewegt. Dadurch verlässt die Dichtlippe 32 die Ventilsitzfläche 51, sodass Wasser aus dem Leitungssystem über die Mischkammer 73, die Austrittsbohrung 74, den Ringkanal 56 und den Zulaufkanal 52 in die Ventilkammer 17 einströmt und von dort durch den zwischen dem Kolbenmantel 46 und der Ventilsitzfläche 51 bzw. der Wandung der Ventilsitzbohrung 53 in Richtung Ausgangsbohrung 54 fließt.
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Wie 1 zu entnehmen ist, ragt der Staudruckkörper 4 mit seinem freien Ende auch in der äußersten Position des Kolbens 3, also in geschlossener Position des Selbstschlussventils, in den Ventilsitz 5, wodurch auch in diesem Betriebszustand ein Spalt zwischen Staudruckkörper 4 und Ventilsitz 5 hervorgerufen ist. Dieser Spalt, durch den das Wasser zur Austrittsseite des Ventils fließt, ist gleichbleibend groß über den gesamten Verfahrweg des Kolbens 3 vorhanden. Wie 2 zu entnehmen ist, ist der Spalt zwischen Staudruckkörper 4 und Ventilsitz 5 auch in der entgegengesetzten äußersten Position, also in geöffneter Position des Selbstschlussventils, unverändert groß, wobei der Spalt in dieser Position auch als Ringkanal bezeichnet werden kann. Dadurch sind die Strömungswiderstände auf der Wasseraustrittsseite immer gleich groß.
