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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil, beinhaltend einen Fluidweg, der einen Fluideinlass und einen Fluidauslass fluidleitend miteinander verbindet; wobei das Ventil
- a) ein zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass angeordneten Ventilsitz beinhaltet, und
- b) einen Steuerkolben beinhaltet, der dazu angeordnet und ausgebildet ist, eine Steuerbewegung so auf eine Membran zu übertragen, dass eine Breite eines Regelspalts zwischen dem Ventilsitz und der Membran veränderlich ist;
wobei das Ventil ferner eine Gewindespindel beinhaltet, die dazu angeordnet und ausgebildet ist, mittels eines Drehens der Gewindespindel so auf den Steuerkolben einzuwirken, dass der Steuerkolben die Steuerbewegung ausführt. Ferner betrifft die Erfindung eine Zuflussarmatur, beinhaltend das Ventil, und eine Verwendung des Ventils zu einem Regulieren eines Durchflusses durch eine Zuflussarmatur.
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Motorisch betriebene Ventile sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Hierbei weisen die Ventile des Stands der Technik häufig das Problem auf, eine relativ große Kraft bzw. ein relativ großes Drehmoment zum Betätigen des Ventils zu erfordern. Somit müssen diese Ventile mit einem relativ leistungsstarken und somit typischerweise auch großen Motor ausgestattet sein. Dem entgegen steht das bestehende Bedürfnis nach möglichst kompakten motorisch betriebenen Ventilen.
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Allgemein ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Nachteil, der sich aus dem Stand der Technik ergibt, zumindest teilweise zu überwinden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisch ansteuerbares Ventil für eine Zuflussarmatur, insbesondere eine Sanitärarmatur, bereitzustellen, das möglichst kompakt ausgebildet ist. Hierbei weist das Ventil vorzugsweise eine möglichst geringe Baulänge auf. Ferner ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, das vorgenannte vorteilhafte Ventil bereitzustellen, wobei dieses eine stufenlose Regulierung des Durchflusses ermöglicht. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, das vorgenannte vorteilhafte Ventil bereitzustellen, wobei dieses sich zu einem Regulieren eines möglichst großen Durchflusses eignet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine berührungslos bedienbare Zuflussarmatur möglichst kompakter Bauform bereitzustellen.
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Ein Beitrag zur mindestens teilweisen Erfüllung mindestens einer der zuvor genannten Aufgaben wird durch die unabhängigen Ansprüche geleistet. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen bereit, die zur mindestens teilweisen Erfüllung mindestens einer der Aufgaben beitragen.
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Einen Beitrag zur Erfüllung mindestens einer der erfindungsgemäßen Aufgaben leistet eine Ausführungsform 1 eines Ventils, beinhaltend einen Fluidweg, der einen Fluideinlass und einen Fluidauslass fluidleitend miteinander verbindet; wobei das Ventil
- a) ein zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass angeordneten Ventilsitz beinhaltet, und
- b) einen Steuerkolben beinhaltet, der dazu angeordnet und ausgebildet ist, eine Steuerbewegung so auf eine Membran zu übertragen, dass eine Breite eines Regelspalts zwischen dem Ventilsitz und der Membran veränderlich ist;
wobei das Ventil ferner eine Gewindespindel beinhaltet, die dazu angeordnet und ausgebildet ist, mittels eines Drehens der Gewindespindel so auf den Steuerkolben einzuwirken, dass der Steuerkolben die Steuerbewegung ausführt. Ein Ventil ist ein Bauteil zur Absperrung oder Regelung des Durchflusses von Fluiden. Ein bevorzugtes Fluid ist eine Flüssigkeit oder ein Gas oder eine Mischung aus beiden. Eine bevorzugte Flüssigkeit ist Wasser.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform 2 ist das Ventil nach der Ausführungsform 1 ausgestaltet, wobei das Ventil zum Einsatz in einer Zuflussarmatur ausgebildet ist.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform 3 ist das Ventil nach der Ausführungsform 1 oder 2 ausgestaltet, wobei die Gewindespindel kraftübertragend mit dem Steuerkolben verbunden ist. Vorzugsweise ist die Gewindespindel mittels eines Formschlusses oder eines Kraftschlusses oder beider kraftübertragend mit dem Steuerkolben verbunden. Ein bevorzugter Kraftschluss beinhaltet hierbei ein Federelement. Ein bevorzugter Formschluss ist als Kulissensteuerung ausgebildet.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform 4 ist das Ventil nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen ausgestaltet, wobei der Steuerkolben dazu angeordnet und ausgebildet ist, die Steuerbewegung so auf die Membran zu übertragen, dass die Breite des Regelspalt zwischen dem Ventilsitz und der Membran so weit verringert werden kann, dass der Fluidweg fluiddicht verschlossen ist.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform 5 ist das Ventil nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen ausgestaltet, wobei die Breite des Regelspalts mittels der Steuerbewegung stufenlos einstellbar ist. Hierdurch ist ein Durchfluss durch das Ventil vorzugsweise stufenlos regulierbar.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform 6 ist das Ventil nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen ausgestaltet, wobei die Steuerbewegung eine lineare Bewegung ist.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform 7 ist das Ventil nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen ausgestaltet, wobei das Ventil zusätzlich eine elektrische Antriebseinheit beinhaltet, wobei die elektrische Antriebseinheit einen Motor beinhaltet, der zu einem Antreiben des Drehens der Gewindespindel angeordnet und ausgebildet ist. Der Motor ist bevorzugt ein Elektromotor. Ein bevorzugter Elektromotor ist ein Gleichstrommotor. Eine bevorzugte elektrische Antriebseinheit wird auch als Ventilantrieb bezeichnet. Ein bevorzugter Ventilantrieb ist ein 3-Punkt-Antrieb oder ein elektrischer stetiger Antrieb oder beides. Bevorzugt beinhaltet die Antriebseinheit ferner eine Steuereinheit, welche zu einem Ansteuern des Motors ausgebildet ist.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform 8 ist das Ventil nach der Ausführungsform 7 ausgestaltet, wobei der Motor ein Linearmotor oder einer Rotationsmotor ist.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform 9 ist das Ventil nach der Ausführungsform 7 oder 8 ausgestaltet, wobei die elektrische Antriebseinheit ein Getriebe beinhaltet, das dazu angeordnet und ausgebildet ist, eine Antriebsbewegung des Motors in das Drehen der Gewindespindel zu überführen.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform 10 ist das Ventil nach einer der Ausführungsformen 7 bis 9 ausgestaltet, wobei der Motor ein Kraftübertragungselement aufweist, welches entlang einer Motorachse ausgerichtet ist, wobei die Gewindespindel und der Steuerkolben entlang einer Ventilachse ausgerichtet sind, wobei die Motorachse und die Ventilachse nicht auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Bevorzugt sind die Ventilachse und die Motorachse zueinander versetzt oder miteinander einen Winkel einschließend angeordnet. Sind die Ventilachse und die Motorachse zueinander versetzt angeordnet, sind sie bevorzugt zueinander parallel oder zueinander windschief angeordnet. Sind die Ventilachse und die Motorachse einen Winkel einschließend angeordnet, liegt der Winkel bevorzugt in einem Bereich von 70 bis 110°, bevorzugter von 80 bis 100°, am bevorzugtesten von 85 bis 95°. Ein bevorzugtes Kraftübertragungselement ist eine Welle oder ein Läufer oder beides. Im Fall einer Welle ist der Motor vorzugsweise ein Rotationsmotor. Im Fall eines Läufers ist der Motor vorzugsweise ein Linearmotor.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform 11 ist das Ventil nach einer der Ausführungsformen 7 bis 10 ausgestaltet, wobei das Ventil so ausgebildet ist, dass das Drehen der Gewindespindel wahlweise durch die elektrische Antriebseinheit oder durch ein manuelles Ausüben eines Drehmoments erfolgen kann. Hierzu weist die Antriebseinheit vorzugsweise einen Freilauf oder keine dynamische Selbsthemmung oder beides auf. Ferner weist das Ventil hierfür vorzugsweise ein manuelles Angriffselement aus, welches dazu angeordnet und ausgebildet ist, per Hand ein Drehmoment auf die Gewindespindel zu übertragen.
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Einen Beitrag zur Erfüllung mindestens einer der erfindungsgemäßen Aufgaben leistet eine Ausführungsform 1 einer Zuflussarmatur, beinhaltend das Ventil nach einer seiner Ausführungsformen 1 bis 11. Bevorzugt beinhaltet die Zuflussarmatur ein erstes Ventil und ein weitere Ventil, die beide nach einer der Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ventils ausgestaltet sind. Hierbei ist das erste Ventil vorzugsweise zu einem Regulieren eines Kaltwasserdurchflusses durch die Zuflussarmatur und das weitere Ventil zu einem Regulieren eines Heißwasserdurchflusses durch die Zuflussarmatur angeordnet und ausgebildet. Im Zusammenhang mit dieser Ausführungsform weist Heißwasser vorzugweise eine Temperatur in einem Bereich von 20 bis 99 °C, bevorzugt in einem Bereich von 25 bis 80 °C und besonders bevorzugt in einem Bereich von 40 bis 70 °C auf. Weiterhin gilt für diese Ausführungsform, dass Kaltwasser vorzugsweise eine Temperatur von weniger als 20 °C, bevorzugt von weniger als 15 °C und besonders bevorzugt von weniger als 10 °C aufweist. Das Kaltwasser liegt jedoch in einem flüssigen Zustand vor, so dass eine Temperatur von 0 °C in der Regel von dem Kaltwasser nicht unterschritten wird.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform 2 ist die Zuflussarmatur nach der Ausführungsform 1 ausgestaltet, wobei die Zuflussarmatur zusätzlich einen Sensor und eine Steuereinheit beinhaltet, wobei der Sensor signalübertragend mit der Steuereinheit verbunden ist, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, den Motor anzusteuern. Ein bevorzugter Sensor ist ein optischer Sensor. Ein bevorzugter optischer Sensor ist ein Infrarotsensor.
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Einen Beitrag zur Erfüllung mindestens einer der erfindungsgemäßen Aufgaben leistet eine Ausführungsform 1 einer Verwendung des Ventils nach einer seiner Ausführungsformen 1 bis 11 zu einem Regulieren eines Durchflusses durch eine Zuflussarmatur.
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Bevorzugte Komponenten und Bestandteile einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Kategorie der Erfindung sind auch in weiteren Ausführungsformen der anderen Kategorien der Erfindung für gleichnamige oder äquivalente Komponenten und Bestandteile bevorzugt. Ebenso sind bevorzugte Merkmale einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Kategorie der Erfindung auch in weiteren Ausführungsformen der anderen Kategorien der Erfindung entsprechend bevorzugt.
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Zuflussarmatur
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Hierin ist eine bevorzugte Zuflussarmatur eine Sanitärarmatur. Eine bevorzugte Sanitärarmatur wird auch als Wasserhahn bezeichnet. Eine weitere bevorzugte Zuflussarmatur ist eine Mischbatterie. Eine bevorzugte Mischbatterie ist ein Einhebelmischer. Besonders bevorzugt ist die Zuflussarmatur berührungslos bedienbar.
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Die Erfindung wird im Folgenden durch Beispiele und Zeichnungen genauer dargestellt, wobei die Beispiele und Zeichnungen keine Einschränkung der Erfindung bedeuten. Die Zeichnungen sind, sofern nicht anders angegeben, nicht maßstabsgetreu.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ventils im Querschnitt;
- 2 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Ventils in Perspektivansicht;
- 3 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Ventils in Perspektivansicht;
- 4 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Ventils in Perspektivansicht; und
- 5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Zuflussarmatur in Perspektivansicht.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ventils 100 im Querschnitt. Das Ventil weist einen Fluideinlass 101 und einen Fluidauslass 102, die fluidleitend durch einen Fluidweg miteinander verbunden sind. Das Fluid ist hier insbesondere Wasser. Das Ventil 100 beinhaltet ferner ein zwischen dem Fluideinlass 101 und dem Fluidauslass 102 angeordneten Ventilsitz 103. Zwischen dem Ventilsitz 103 und einer Membran 104 befindet sich ein Regelspalt. Eine Breite des Regelspalts ist in der 1 auf 0 reguliert - das Ventil 100 ist verschlossen und somit ein Durchfluss durch das Ventil 100 verhindert. Um ein stufenloses Regulieren des Durchflusses durch das Ventil 100 zu ermöglichen, beinhaltet das Ventil 100 weiter einen Steuerkolben 105, der dazu angeordnet und ausgebildet ist, eine Steuerbewegung 106, welche eine lineare Bewegung ist, so auf die Membran 104 zu übertragen, dass die Breite des Regelspalts zwischen dem Ventilsitz 103 und der Membran 104 veränderlich ist. Ferner beinhaltet das Ventil 100 eine Gewindespindel 107, die dazu angeordnet und ausgebildet ist, mittels eines Drehens der Gewindespindel 107 so kraftübertragend auf den Steuerkolben 105 einzuwirken, dass der Steuerkolben 105 die Steuerbewegung 106 ausführt. So kann der Steuerkolben 105 durch Drehen der Gewindespindel 107 in einer erste Drehrichtung in 1 nach unten verschoben werden, wodurch die Membran 104 die Breite des Regespalts verringert. Mittels einer Kulissensteuerung mit einem Kulissenstein 108 wird erreicht, dass der Steuerkolben 105 bei Drehen der Gewindespindel 107 in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung in der 1 nach oben verschoben wird, wodurch die Membran 104 die Breite des Regespalts vergrößert. Somit ist der Durchfluss durch das Ventil 100 durch Ausüben eines Drehmoments auf die Gewindespindel 107 stufenlos regulierbar. Eines Ausübens einer zusätzlichen linearen Kraft bedarf es hierfür nicht.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Ventils 100 in Perspektivansicht. Das Ventil 100 nach 2 ist ausgebildet wie das Ventil 100 nach 1, beinhaltet jedoch zusätzlich eine elektrische Antriebseinheit. Letztere weist einen Motor 201 auf, welcher als Rotationsmotor mit einer Motorwelle ausgebildet ist. Die Motorwelle ist entlang einer Motorachse 203 ausgerichtet. Die Gewindespindel 107 und der Steuerkolben 105 des Ventils 100 sind entlang einer Ventilachse 204 ausgerichtet. Die Motorachse 203 und die Ventilachse 204 liegen nicht auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Vielmehr sind sie parallel zueinander angeordnet. Hierdurch kann das Ventil 100 mit dem Motor 201 betrieben werden und ist dennoch besonders kompakt ausgebildet. Insbesondere weist das Ventil 100 eine geringe Baulänge auf. Zum Überführen einer Antriebsbewegung des Motors 201 in das Drehen der Gewindespindel 107 weist die elektrische Antriebseinheit ferner ein Getriebe 202 auf.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Ventils 100 in Perspektivansicht. Das Ventil 100 nach 3 ist ausgebildet wie das Ventil 100 nach 2, beinhaltet jedoch zusätzlich ein manuelles Angriffselement 301, durch welches es ermöglicht das Drehen der Gewindespindel 107 wahlweise durch die elektrische Antriebseinheit oder durch ein manuelles Ausüben eines Drehmoments auf die Gewindespindel 107 erfolgen zu lassen. Das Getriebe 202 weist hierfür zudem einen Freilauf auf. Somit bleibt das Ventil 100 auch bei einem Stromausfall verwendbar.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Ventils 100 in Perspektivansicht. Das Ventil 100 nach 4 ist ausgebildet wie das Ventil 100 nach 2, beinhaltet jedoch statt des Rotationsmotors einen Linearmotor 201 mit einem Läufer 401 (Verzahnung seitens des Läufers 401 nicht dargestellt). Der Läufer 401 ist entlang der Motorachse 301 ausgerichtet. Somit sind die Motorachse 203 und die Ventilachse 204 (beides nicht dargestellt) in 4 senkrecht und windschief zueinander angeordnet. Auch diese Anordnung ermöglicht ein motorbetriebenes Ventil 100 mit einer kompakten Bauform. Das Ventil 100 dieser Ausführungsform ermöglicht besonders kurze Ansprechzeiten und das Regeln möglichst eines möglichst großen Durchflusses. Alternativ kann der Motor 201 der 4 auch als Rotationsmotor 201 ausgebildet werden. In diesem Fall ist das Getriebe 202 als Schneckengetriebe auszubilden. Dazu muss das in der 4 als Läufer 401 bezeichnete Bauteil ein Schneckenrad aufweisen, welches mit dem auf der Ventilachse sitzenden Zahnrad eingreift.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Zuflussarmatur 500 in Perspektivansicht. Die Zuflussarmatur 500, hier eine Sanitärarmatur, beinhaltet ein Ventil 100 nach 2 sowie ferner einen Sensor 501, welcher als Infrarotsensor ausgebildet ist, und eine Steuereinheit (nicht dargestellt). Der Sensor 501 ist signalübertragend mit der Steuereinheit verbunden. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den Motor 201 anzusteuern. Sobald sich ein Gegenstand, beispielsweise eine menschliche Hand, in einem Erkennungsbereich des Sensors 501 befindet, überträgt dieser ein Signal an die Steuereinheit, welche den Motor 201 ansteuert, so dass dieser das Ventil 100 öffnet, wodurch die Zuflussarmatur 500 Wasser angibt. Somit kann die Zuflussarmatur 500 berührungslos bedient werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- erfindungsgemäßes Ventil
- 101
- Fluideinlass
- 102
- Fluidauslass
- 103
- Ventilsitz
- 104
- Membran
- 105
- Steuerkolben
- 106
- Steuerbewegung
- 107
- Gewindespindel
- 108
- Kulissenstein
- 201
- Motor
- 202
- Getriebe
- 203
- Motorachse
- 204
- Ventilachse
- 301
- manuelles Angriffselement
- 401
- Läufer
- 500
- Zuflussarmatur
- 501
- Sensor
