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Die
vorliegende Erfindung betrifft Linearführungen für
Ablaufarmaturen und Betätigungsvorrichtungen gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ablaufarmaturen
werden üblicherweise aus Kunststoff hergestellt. Diese
befinden sich in einem Spülkasten, der mit Wasser gefüllt
ist. Eine Ablaufarmatur umfasst dabei ein Ablaufventil, ein Überlaufrohr
und ein Spülkastenverschlussglied sowie eine Betätigungsvorrichtung.
Zum Abspülen von Teil- oder Gesamtspülmengen wird
das Spülkastenverschlussglied durch eine Aushebevorrichtung
in einer Linearführung vom Ventilsitz fortbewegt. Häufig
ist dabei das Spülkastenverschlussglied mit dem Überlaufrohr verbunden. Über
die Betätigungseinrichtung kann das Ablaufventil so gesteuert
werden, dass es wahlweise zum Teilspülungsvorgang oder
zum Vollspülungsvorgang kommt. Zum Verschließen
der unteren Spülkastenöffnung muss das Spülkastenverschlussglied
exakt an seine Ausgangsstelle zurückgeführt werden,
damit nicht fortwährend Spülwasser entweicht.
Durch Druck auf die Betätigungsvorrichtung wird die Aushebevorrichtung
aktiviert, so dass das Spülkastenverschlussglied gegebenenfalls
zusammen mit dem Überlaufrohr in einer Linearführung
bewegt wird.
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Linearführungen
bestehen aus wenigstens zwei Führungselementen, deren Oberflächen
bei der Relativbewegung der Führungselemente aufeinander
einwirken, so dass Reibung und Verschleiß eine große
Rolle spielen. Reibung und Verschleiß hängen dabei
von einer Fülle von Einflussgrößen ab:
unter anderem von den Bewegungsarten und dem Bewegungsablauf der
Führungselemente. Insgesamt wirken die Reibungskräfte
der Relativbewegung der Führungselemente entgegen.
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Da
in Ablaufarmaturen aufgrund des anstehenden Wassers keine Schmierung
möglich ist, ist es nicht möglich, die Führungskörper
vollständig voneinander zu trennen (Flüssigkeitsreibung).
Hervorgerufen durch den Kontakt und die Relativbewegung der Führungskörper
zueinander tritt Verschleiß auf, der sich durch fortschreitenden
Materialverlust an der Oberfläche der Führungskörper
bemerkbar macht. Riefenbildung an den Oberflächen verschlechtern
die Eigenschaften der Linearführung über deren
Lebensdauer.
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Die
Kraft zur Betätigung der Aushebevorrichtung und damit der
Linearführung ist nach internationaler Normung begrenzt.
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Üblicherweise
wird versucht, Reibkräfte durch große Führungslängen
und große Führungsdurchmesser zu minimieren. Reibung
und Verschleiß in Kunststoffführungen setzen sich
aus deformativen und adhäsiven Komponenten zusammen. Die
deformative Reibkraft ändert sich in Abhängigkeit
von E-Modul des Kunststoffs degressiv oder progressiv mit zunehmender
Oberflächenrauheit. Die Adhäsion beruht auf der
van-der-Waalschen-Wechselwirkung der beteiligten Gleitpartner. Da
diese Kräfte je nach Material und Führungsfläche
große Reibkräfte und auch Stoffübertragung
verursachen, müssen diese Hindernisse von der Betätigungsvorrichtung
bzw. der Aushebevorrichtung insbesondere bei Bewegungsbeginn überwunden
werden.
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Aufgrund
des hohen Adhäsionsanteils in der Reibung bedürfen
Linearführungen an Spülkastenverschlussgliedern
bzw. Überlaufrohren großer Führungslängen,
um die Normalkräfte in Führungen unterhalb der
Verschleißgrenze klein zu halten. Daraus wird die Baugröße
des Ventils und somit der Materialeinsatz erhöht.
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Aus
der
DE 10 2005
020 747 A1 ist eine Ablaufarmatur für einen Spülkasten
offenbart. Im Boden des Spülkastens ist über einer Öffnung
ein Ablaufventil mit einem Überlaufrohr und einem am Ende des Überlaufrohrs
ausgebildeten Spülkastenverschlussglied angeordnet. Das Überlaufrohr
ist in einem Ablaufventilgehäuse geführt. Die
Kraft zum Ausheben des Spülkastenverschlussglieds wird
von einer Betätigungsvorrichtung über die Aushebevorrichtung
auf das Überlaufrohr übertragen. Das Überlaufrohr
ist als bewegliches Führungselement in dem Ablaufventilgehäuse
geführt, in welchem wiederum die Gegenführungselemente
angeordnet sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Linearführungen
in Ablaufarmaturen zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Linearführung mit den Merkmalen
des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen
und in der Beschreibung enthalten.
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Demzufolge
ist bei einer Linearführung für Ablaufarmaturen
mit einem feststehenden Führungselement, das eine erste
definierte Führungsfläche aufweist und mit einem
beweglichen Führungselement, das eine zweite Führungsfläche
aufweist, die größer ist als die Führungsfläche
des feststehenden Führungselements, wobei sich bei der
Relativbewegung der Führungselemente die Stoffbereiche
des feststehenden Führungselements und des beweglichen
Führungselementes berühren, vorgesehen, dass die
Führungsfläche des beweglichen Führungselements
Unterbrechungen aufweist, derart, dass die Kontaktfläche
der sich berührenden Stoffbereiche der Führungselemente
kleiner ist als die Führungsfläche des feststehenden
Führungselements.
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Das
feststehende Führungselement – oder auch Grundkörper
genannt – ist ein Festkörper, an dem das bewegliche
Führungselement – oder auch Gegenkörper
genannt – entlang gleitet. Dort, wo sich die Stoffbereiche
der beiden Festkörper berühren, kommt es zur Reibung,
die der Relativbewegung entgegenwirkt. Bei der vorliegenden Erfindung
weist das bewegliche Führungselement an seiner Führungsfläche
Unterbrechungen auf, durch die der Kontakt der sich berührenden
Stoffbereiche der beiden Führungselemente bei der Relativbewegung
immer wieder getrennt wird. Weiterhin wird die Kontaktfläche, innerhalb
der es zur Wechselwirkung zwischen sich berührenden Stoffbereichen
der beiden Führungselemente kommen kann, reduziert.
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Der
Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde, eine Verwendung
einer Linearführung anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Verwendung mit den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind
Gegenstand von abhängigen Ansprüchen und in der
Beschreibung angegeben.
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Demzufolge
ist die Verwendung einer Linearführung mit vorgenannten
Merkmalen in einer sanitären Ablaufarmatur vorgesehen.
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Die
im Folgenden beschriebenen Weiterbildungen beziehen sich sowohl
auf die Linearführung, als auch auf die Verwendung der
Linearführung.
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Fertigungstoleranzen
und fertigungsbedingte Verformungen bei Führungselementen,
die sich sowohl in Unterschieden in der Materialdicke als auch im
Schwindmaß bemerkbar machen, müssen bei der Konstruktion
von Linearführungen berücksichtigt werden. Weiterhin
soll die Linearführung auch über ihre gesamte
Lebensdauer einwandfrei funktionieren, auch wenn Verschleiß aufgetreten
ist. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Führungselemente mit
einem gewissen Spiel oder Abstand zueinander angeordnet sind. Dieser
Abstand kann im mikroskopischen oder messbaren Millimeter-Bereich
liegen. Dies bedeutet, dass es bei der Unterbrechung des Kontakts
der Führungselemente gleichzeitig zu einem Abheben senkrecht
zur Bewegungsrichtung kommt. Dadurch bewegt sich das bewegliche
Führungselement ratternd bzw. holpernd über die
Führungsfläche mit Unterbrechungen, wodurch Reibungskräfte
ebenfalls vermindert werden.
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Vorzugsweise
sind die Unterbrechungen in der Führungsfläche
derart angeordnet, dass eine kontinuierliche Berührung
der Stoffbereiche der beiden Führungselemente gewährleistet
ist. Dies bedeutet, dass wenn eine Kante der definierten Führungsfläche
eine Unterbrechung erreicht oder überfährt, ein
anderer Teil dieser Kante dennoch in einem Bereich geführt
ist, wo eine Berührung im Stoffbereich der Führungselemente
gewährleistet ist. Dadurch wird verhindert, dass die Führung
insgesamt unterbrochen wird oder sich die Führungselemente verkanten.
In vorteilhaften Ausgestaltungsvarianten sind die Unterbrechungen
als Kerben oder als konkave Vertiefungen vorgesehen. Vorzugsweise
sind die Unterbrechungen dabei als Nuten vorgesehen, die sich linienförmig über
die Führungsfläche eines Führungselements
erstrecken. Hierbei sind die Unterbrechungen mit Abständen
zueinander in Richtung der Relativbewegung angeordnet, die auf die
Größe bzw. Länge der definierten Führungsfläche
abgestimmt sind.
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Bevorzugt
verlaufen die Unterbrechungen dabei unter einem Winkel α gegenüber
der Richtung der Relativbewegung.
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Weitere
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Linearführung
weisen Unterbrechungen auf, die oval, elliptisch oder kreisförmig
sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Führungselemente
aus Kunststoff hergestellt.
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Hierbei
erfolgt die Relativbewegung der Führungselemente sowohl
in einem gasförmigen als auch flüssigen Umgebungsmedium,
insbesondere in Wasser.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist eine Verwendung der erfindungsgemäßen
Linearführung in einer sanitären Ablaufarmatur
vorgesehen, wobei das feste Führungselement ein Fortsatz
an einem Ablaufventilgehäuse (6) und das bewegliche Führungselement
in Form eines Überlaufrohrs bzw. Spülkastenverschlussglied
(5.1) vorgesehen ist.
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Vorzugsweise
ist das Überlaufrohr durch mehrere über den Umfang
des Überlaufrohrs verteilte Fortsätze der Aushebevorrichtung
geführt.
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Die
zuvor beschriebenen Weiterbildungsvarianten sind sowohl einzeln
als auch in Kombination besonders vorteilhaft. Dabei können
sämtliche Weiterbildungsvarianten untereinander kombiniert
werden. Einige mögliche Kombinationen sind in der Beschreibung
der Ausführungsbeispiele der Figuren erläutert.
Diese dort dargestellten Möglichkeiten von Kombinationen
der Weiterbildungsvarianten sind jedoch nicht abschließend.
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Im
Folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele
anhand zeichnerischer Darstellungen näher erläutert.
Dabei zeigen
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1 eine
explosionsartige Ansicht einer sanitären Ablaufarmatur
mit einer erfindungsgemäßen Linearführung
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2 einen
Schnitt durch eine erfindungemäße Führungsbahn
im Detail
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3 einen
Schnitt entlang der Linie III-III in 2
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausgestaltungsvarianten
der 1 bis 3 beschränkt.
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1 zeigt
einen Teil einer Ablaufarmatur 4 aus Kunststoff, die in
einen Spülkasten (nicht dargestellt), der mit Wasser gefüllt
ist, eingesetzt wird. Dabei sind die Einzelteile explosionsartig
dargestellt. Die Ablaufarmatur 4 umfasst dabei ein Überlaufrohr 5 mit
einem Spülkastenverschlussglied 51 sowie eine Betätigungsvorrichtung
(nicht dargestellt) und eine Aushebevorrichtung 61, die
zum Öffnen des Ablaufventils dient. Der Spülkasten
weist üblicherweise an seinem unteren Ende eine Ablauföffnung
auf, die von dem Spülkastenverschlussglied 51 verschlossen wird,
welches mit einem dort vorgesehenen Ventilsitz zusammenwirkt.
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Zum
Abspülen von bestimmten Wassermengen wird das Überlaufrohr 5 mit
dem Spülkastenverschlussglied 51 durch einen Kolben 61,
der im Ablaufventilgehäuse 6 geführt
ist, mittels einer Linearführung vom Ventilsitz fortbewegt.
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Die
Linearführung umfasst mehrere feststehende Führungselemente 1 und
ein bewegliches Führungselement 2, wobei das bewegliche
Führungselement dem Überlaufrohr 5 entspricht.
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Das
feststehende Führungselement 1 wird zum einen
von einer Kunststoffhalbschale 7, die im Gebrauchszustand
fest mit dem Ablaufventilgehäuse 6 verbunden ist,
und zum anderen von dem Ablaufventilgehäuse 6 selbst
gebildet. Insgesamt sind an den feststehenden Führungselementen 1 vier
Führungsflächen 11 vorgesehen, die in
Umfangsrichtung in unterschiedlichen Abständen zu dem beweglichen Führungselement 2 angeordnet
sind. Das bewegliche Führungselement 1 weist wiederum
in Umfangsrichtung an mehreren Stellen erhabene Führungsflächen 21 auf,
die mit den Führungsflächen 11 der feststehenden
Führungselemente 1 korrespondieren.
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Im
Spülkasten findet die Relativbewegung der beiden Führungselemente 1, 2 üblicherweise
im Wasser statt. Da somit kein Schmiermittel vorhanden ist, das
die beiden Gleitpartner voneinander trennt, kommt es zu einer Wechselwirkung
der beiden Stoffbereiche der Führungselemente 1, 2,
die der Relativbewegung entgegenwirkt. Zusätzlich können
aufgrund atomarer Bindungen zusätzliche adhäsive Kräfte
zwischen den Führungselementen 1 und 2 wirken.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Führungsfläche 21 des Überlaufrohrs 5 und
den damit einhergehenden Unterbrechungen 3 wird die Kontaktfläche,
innerhalb der es zu Wechselwirkungen zwischen den Stoffbereichen
der Führungselemente 1, 2 kommen kann,
zunächst reduziert. Weiterhin entfernen sich die Führungselemente 1, 2 im
Bereich der Unterbrechungen 3 voneinander, so dass auch
adhäsive Kräfte, die auf atomarer Ebene zwischen
den Führungselementen 1, 2 auftreten, überproportional
mit dem Abstand abnehmen.
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Da
das anstehende Wasser in die Unterbrechungen 3 bzw. Kerben
eindringt, werden die Stoffbereiche, an denen es zur Wechselwirkung
kommt, gekühlt und mit Wasser benetzt, so dass es auch durch
Veränderung der Grenzflächenspannung der beteiligten
Reibpartner zur Adhäsionsminderung kommt.
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Insgesamt
lassen sich dadurch Reibung und Verscheiß minimieren, so
dass der Lebenszyklus der Linearführung erheblich verlängert
werden kann.
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2 und 3 zeigen
Details der Linearführung. Das feststehende Führungselement 1 ist Teil
der Kunststoffhalbschale 7. Durch einen Fortsatz an der
Kunststoffhalbschale 7 ist eine bestimmte Führungsfläche 11 definiert.
Das bewegliche Führungselement 2 ist Teil des Überlaufrohres 5.
In der Oberfläche 21 des Führungselements 2 sind
Unterbrechungen 3 angeordnet, die eine Kerbform aufweisen.
Aus 3 wird deutlich, dass die Unterbrechungen 3 nicht
senkrecht zur Bewegungsrichtung, sondern in einem Winkel α zur
Bewegungsrichtung geneigt verlaufen. Die Abmessungen der Kontaktfläche 11,
der Unterbrechungen 3 und der Abstände zwischen
den Unterbrechungen 3 sind so gewählt, dass es
nicht zum Verhaken der Führungsfläche 11 an
den Unterbrechungen 3 kommen kann. Dazu sind die Abmessungen
h und b der Kontaktfläche 11 so gewählt, dass
der größte Teil der Kontaktfläche 11 während des
Bewegungsvorgangs an der Oberfläche 21 des beweglichen
Führungselements 2 geführt ist, während
jeweils nur Teilbereiche einer Kante der Kontaktfläche 11 in
den Bereich einer weiteren Unterbrechung 3 gelangen. Somit
erfolgt im Bewegungsvorgang ein leichtes Rattern, welches den Flächenkontakt
zeitweise und damit die Adhäsion reduziert. Insgesamt lassen
sich durch die gewählte Konstruktion der Führungselemente 1, 2 die
Reibungskräfte und der Verschleiß derart reduzieren,
dass vorgegebene Aushebekräfte während der gesamten
Lebensdauer eingehalten werden können und lange Lebenszyklen trotz
Wechselwirkung der Oberflächen und Materialien erzielt
werden.
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- 1
- Feststehendes
Führungselement
- 11
- Führungsfläche
- 2
- Bewegliches
Führungselement
- 21
- Führungsfläche
- 3
- Unterbrechung
- 4
- Ablaufarmatur
- 5
- Überlaufrohr
- 51
- Spülkastenverschlussglied
- 6
- Ablaufventilgehäuse
- 61
- Kolben,
Aushebevorrichtung
- 7
- Kunststoffhalbschale
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005020747
A1 [0008]