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Die Erfindung betrifft ein optimiertes geräuscharmes Dichtsystem für umschaltbare Wasserventile zur Verwendung in Heizgeräten und Wasserboilern insbesondere für Zwei- oder Dreiwegewasserventile.
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Bei Hauhaltheizgeräten oder Wasserboilern, insbesondere im Bereich von gasgefeuerten Thermen, sind eine Vielzahl von verschiedenen Ventilarten bekannt, welche den Wasserfluss für Wasserkreise unterbrechen oder bei Bedarf umsteuern. In der Regel sind die Ventile vollständig offen oder vollständig geschlossen. Hier kommen dann bevorzugt elektromechanisch betätigte Zweiwegeventile oder Dreiwegeventile zum Einsatz. Diese Ventile müssen so konstruiert sein, dass in ihnen kein wesentlicher Druckabfall während des Wasserflusses erfolgt und dass Leckagen innerhalb der Wasserkreise über den gesamten Temperaturbereich in dem sie betrieben werden, im Ventilbereich zuverlässig ausgeschlossen werden können. Um Leckagen vermeiden zu können, werden elastisch verformbare Materialien als Dichtkörper eingesetzt, auf welche dann eine bestimmte Druckkraft ausgeübt werden muss, damit das Material sich in bestimmten Grenzen verformen kann um die geforderte Dichtheit über längere Zeiträume trotzt vielmaliger Schaltzyklen zu gewährleisten. Allerdings sollten die Kräfte, welche auf den Ventilkörper wirken andererseits nicht zu groß sein, weil damit ein hoher Energieverbrauch verbunden ist. Die elektromechanischen Antriebe sollten also nicht zu groß dimensioniert sein um kostensparende Antriebe einsetzen zu können. Da es sich hier um Massenprodukte handelt, bringen bereits geringe Einsparungen große wirtschaftliche Effekte. Grundsätzlich gibt es zwei Lösungsansätze. Zum einen gibt es Ventile mit einem hohlen zylindrischen Verschlusssystem oder mit sphärischen Ventilräumen und daran entsprechend angepasste sphärische Ventilkörper zur Abdichtung des Ventils. Im Moment des Abdichtens kommt es im Ventil zu einem Druckstoß, welcher ein lautes Geräusch verursacht, das wiederum über das angeschlossene Leitungssystem weitergeleitet und als störend betrachtet wird. Bekannt ist es aus der
DE 20 2011 004 433 U1 ein Mischventil nach dem Dreiwegeprinzip mit einem zylindrischen Ventilverschluss, welcher in einer Buchse linear beweglich geführt ist. Dabei ist der zylindrische Ventilköper in einer Mischkammer so angeordnet, dass dieser positionsabhängig unterschiedliche Anteile des Querschnitts von zwei Zuleitungen sperrt oder öffnet. Der Ventilschieber ist hier aus Edelstahl gefertigt und der Ventilkörper ist formschlüssig in einer Buchse aus einem Kohle-Graphit-Material geführt. Diese Ausführung ist kostenintensiv und nur schwer automatisch in großen Stückzahlen zu fertigen, da es hier auf eine genaue Passung der Ventileinzelteile zueinander und einen präzisen Sitz des Ventilschiebers ankommt.
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In der
DE 697 18 317 T2 ist zwar ein etwas sphärischer ausgebildeter Dichtkörper beschrieben, der eine verbesserte Ventilanordnung für Heizsysteme und Wasserheizgeräte mit einer höheren Leckagesicherheit bieten soll. Als Dichtkörper ist hier eine Art Dichtball aus einem zylindrischen Metallkörper beschrieben, der wiederum aber in zylindrische Dichtflächen verschoben werden muss. Zur Verhinderung der Leckage ist ein Seitenring (dieser wirkt als eigentlicher Dichtring) im Ventilkörper angeordnet, welcher jeweils radial zusammengedrückt werden muss, damit dieser für die Dichtheit sorgen kann. Durch diese Konstruktion sollen auch eventuelle Verunreinigungen oder Ablagerungen im Inneren des Ventilkörpers vermieden werden bzw. keinen Einfluss auf die Dichtheit des Ventils haben können. Nachteilig bei dieser Lösung ist ein relativ langer Stellweg für den Dichtkörper, da dieser ein ganzes Stück in die zylindrischen Dichtflächen der Ventilsitze so weit hinein verschoben werden muss bis der mittige Seitenring (Dichtring) seine Wirkung entfalten kann. Des Weiteren ist diese Lösung gekennzeichnet durch die Verwendung von teuren Materialien und die relativ aufwändige Herstellung des Dichtkörpers, d.h. schlecht automatisierbare Fertigung.
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Aus der
DE 10 2012 219 745 A1 ist ein elektromechanisch betriebenes Dreiwegeventil mit zwei Ventilsitzen bekannt, bei dem eine einzige Ventildichtung angeordnet ist, welche jeweils gegen einen flächig minimierten Ventilsitz gefahren werden kann und dann diesen entsprechend abdichtet. Die Dichtflächen des Ventilkörpers sind dabei so abgeschrägt ausgeführt, dass der Dichtkörper flächig an diesen anliegt. Das Ventilschaft-Schließelement ist in seinem Durchmesser kleiner als der mittlere Innendurchmesser des Ventilkörperabschnittes. Das hat den Vorteil, dass nur die jeweils an die Ventilflächen anliegenden Bereiche des Dichtkörpers beansprucht werden. Der Dichtkörper ist axial an zwei gegenüber liegenden Stellen im Inneren des Ventilkörpers geführt, damit er sich nicht im Inneren des Ventilkörpers verkannten kann oder außermittig, d. h. schräg am jeweils in Eingriff befindlichen Ventilsitz anliegen kann. Dadurch vergrößert sich aber der Strömungswiderstand auf das durchfließende Fluid. Nachteilig ist auch, dass eventuelle Verformungen des Dichtkörpers, z. B. wenn der Dichtkörper sehr lange auf einer Seite gegen einen der beiden Ventilsitze gedrückt worden ist, eventuell sich auf die Leckage in der Dichtstellung in der anderen Position auswirken kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es ein optimiertes besonders geräuscharmes Dichtsystem für umschaltbare Wasserventile zur Verwendung in Heizgeräten und Wasserboilern zu schaffen, welches konstruktiv einfach aufgebaut ist, aus sehr wenigen Einzelteilen mit geringstem Materialeinsatz besteht, sich schnell automatisiert montieren lässt, einen geringen Strömungswiderstand im geöffneten Zustand besitzt, keine Leckage in beiden Ventilstellungen aufweist und eine hohe Lebensdauer besitzt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren rückbezüglichen Unteransprüche. Der Vorteil des optimierten geräuscharmen Dichtsystems für umschaltbare Wasserventile zur Verwendung in Heizgeräten und Wasserboilern besteht darin, dass es konstruktiv sehr einfach aufgebaut ist und es aus sehr wenigen Einzelteilen besteht. Dadurch lässt es sich schnell und automatisiert herstellen. Zudem ist es so dichtend, dass bei solcherart Wasserventilen, welche dauerhaft mit Drücken bis zu 4 bar und darüber hinaus beaufschlagt werden, über einen langen Zeitraum betrachtet keinerlei Leckage beim Einsatz in einem Zwei- oder Dreiwegewasserventil 11 in den beiden Ventilstellungen entsteht. Zudem werden auf Grund der konstruktiven Gestaltung gegenüber bisherigen vergleichbaren Zwei- oder Dreiwegewasserventilen der Flusswiderstand und die Ventilgeräusche weiter verringert. Der Stellweg der Ventilstellstange 3 mit den beiden Dichtringen 1 kann gleichfalls verkürzt werden, da auch die axiale Quellung der Dichtringe 1 verringert werden konnte. Zudem reduziert sich der Materialeinsatz gegenüber anderen Dichtkörpern, so dass insgesamt die Ökonomie des Wasserventils steigt. Es ist auch möglich mit dem erfindungsgemäßen Dichtsystem mit gleichen oder höheren Anpressdrücken des Dichtkörpers 5 an die Dichtflächen 10 des Ventilkörpers 17 zu arbeiten. Zudem können unterschiedliche Dichtflächengeometrien in einfacher Art und Weise je nach speziellem Anwendungsfall im Ventilkörper realisiert werden. Das Dichtsystem für umschaltbare Wasserventile ist als Zwei- oder Dreiwegewasserventil 11 mit einem Antrieb durch einen Schrittmotor 7 ausgebildet. Dieser Schrittmotor 7 ist außen an einer Kartusche 6 angeordnet, welche in den Ventilkörper 17 eingeschoben und mit diesem dichtend verbunden ist. Mittels einer Ventilstellstange 3, welche durch die Kartusche 6 geführt ist, wird die lineare Verstellung des kompletten Dichtkörpers 5 bewirkt. Der Dichtkörper 5 ist direkt auf der Ventilstellstange 3 angeordnet und mit dieser verbunden. In der Regel ist er auf die Ventilstellstange 3 direkt aufgespritzt ausgebildet. Er kann aber auch als gesondertes Bauteil z. B. auf die Ventilstellstange 3 aufgeschrumpft werden oder anderweitig, beispielsweise mechanisch beweglich verbunden, angeordnet sein. Der Dichtkörper 5 auf der Ventilstellstange 3 besteht aus einem Dichtköpergrundteil 2 auf dem ein oder zwei oder mehrere scheibenförmige Mittelstege 12 angeordnet sind. Auf dem Dichtkörpergrundteil 2 sind zwei durch den bzw. die zwei Mittelsteg(e) 12 definiert voneinander beabstandete, speziell geformte nullringartige Dichtringe 1 eingepresst. Diese beiden Dichtringe 1 werden durch zwei jeweils außen am Dichtkörpergrundteil 2 ausgebildete umlaufende, teilweise im Bereich der Strömungsbypässe 21 durchbrochene oder durchgehende Bundstege 15 in ihrer Position fixiert. Da die nullringartigen, kleinteiligen Dichtringe 1 weniger aufquellen als die bisher bekannten größeren Dichtkörper, muss der Schrittmotor 7 im Anschlag weniger Schritte fahren um die Dichtigkeit zu gewährleisten.
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Die Dichtringe 1 sind dabei so geformt, dass im Rücken der Dichtringe 1 zwischen der rückseitigen Dichtfläche 8 der Dichtringe 1 und dem bzw. den beiden Mittelstegen 12 und der Dichtkörperoberfläche ein Hohlraum 4 ausgebildet ist. Durch diesen Hohlraum 4 kann sich der Dichtring 1 besser an die Dichtflächen des Dichtkörpergrundteils 2, d. h. an den Mittelsteg 12 anlegen. Dadurch lässt sich die Leckage entlang der rückseitigen hinteren Dichtpfade zwischen Dichtkörpergrundteil 2 und der rückseitigen Dichtfläche 8 (d.h. dessen rückseitiger Oberfläche) der Dichtringe 1 weitgehend ausschließen. Anstelle eines einzigen breiteren Mittelsteges 12 durch den die Dichtungen auf dem Dichtkörpergrundteil 2 voneinander beabstandet und fixiert werden, können bevorzugt auch zwei Mittelstege 12 auf dem Dichtkörpergrundteil 2 angeordnet und ausgebildet sein. Die Breite des Mittelsteges 12 bzw. der Abstand der beiden oder mehreren Mittelstege 12 voneinander bestimmt sich aus den Innenmaßen der jeweils abzudichtenden Ventilsitze, d. h. aus dem Abstand der jeweiligen Dichtflächen 10 des Ventilkörpers 17. Da die Strömungsrichtung der Flüssigkeit, welche durch das Wasserventil fließt vorteilhafterweise identisch mit der Ventilbewegungsrichtung ist, führt das beim Schließen zu einem Ansaugen des gesamten Dichtkörpers 5 an den Ventilsitz des Ventilkörpers 17. Es ist aber auch eine entgegengesetzte Strömungsrichtung möglich. Dieses Ansaugen bewirkt einen Druckstoß, der im hydraulischen Wassersystem zu einem deutlich hörbaren Geräusch führt. Dieses Geräusch wird verhindert, indem im Bereich der Dichtringe 1 unter diesen im Dichtkörperschaft 22 des Dichtkörpergrundteils 2 ein oder mehrere axiale Strömungsbypässe 21 ausgespart angeordnet sind. Es können aber anstelle der axialen Strömungsbypässe 21 im Dichtkörpergrundteil 2 diese axialen Strömungsbypässe auch im Dichtring 1 selbst angeordnet sein. Diese Strömungsbypässe 21 bewirken einen sich zeitlich verringernden Nachdurchfluss während des Schließvorganges, so dass das vollständige Schließen (Dichten) des Wasserventils zeitversetzt erfolgt, d. h. der Druckstoß und das zwangsläufig dabei entstehende Geräusch wird zuverlässig verhindert. Diese axialen nutenartigen Strömungsbypässe 21 sind im Querschnitt betrachtet vorteilhafterweise kreissegmentartig oder auch rechteckförmig ausgebildet. Damit die Strömungsbypässe zunächst noch offen und wirksam sind, sind auf dem Grundkörperschaft 22 am oder im unmittelbar nahe liegenden Bereich des/der Mittelsteg(e) 12 jeweils ein im Bereich der Strömungsbypässe 21 umlaufender durchbrochener oder durchgehend ausgebildeter Steg 23 angeordnet. Diese beabstanden die Dichtringe 1 von der Dichtfläche und ermöglichen einen Durchfluss des Wassers solange, bis die Dichtringe 1 an der Dichtfläche des Ventilkörpers 17 anliegen und durch die Bewegung des Dichtkörpergrundteils 2 den entsprechenden Dichtring 1 gegen die Dichtfläche des/der Mittelstegs(e) 12 gedrückt werden und endgültig in der jeweiligen Dichtstellung den einen oder anderen Ablauf 19 abdichten.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Dichtkörpergrundteil 2 des Dichtsystems im Bereich der Dichtringe 1 radial symmetrisch verteilt drei oder vier Strömungsbypässe 21 ausgespart angeordnet sind. Diese bewirken neben der Verhinderung des Druckstoßes ein zentriertes Anfahren des Dichtkörpers 5 an den Ventilsitz des Ventilkörpers 17, wobei das schlagartige Ansaugen der Dichtung vermieden wird, da zunächst noch über die Strömungsbypässe 21 Wasser durch das Wasserventil fließen kann, obwohl die vorderseitige Dichtfläche 13 bereits anliegt und dichtet, bevor dann auch die rückseitige Dichtfläche 8 durch die axiale Stellbewegung des Dichtköpergrundteils 2 gegen die Dichtfläche des Mittelstegs 12 gedrückt wird und abdichtet.
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In einer vorteilhaften Ausführung ist beim neuartigen Dichtsystem einseitig oder vorteilhafterweise beidseitig axial außen zusätzlich zu den angeordneten teilweise durchbrochenen oder durchgehenden Bundstegen 15 des Dichtkörpergrundteils 2 an diesen in Richtung der Dichtbereiche ein Reduzierring 24 stoffschlüssig ausgebildet oder gesondert angeordnet. Mit dem Reduzierring 24 kann die Flusscharakteristik des durchströmenden Wassers genau beeinflusst werden.
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Bei einer anderen weiteren Reduzierringausbildung kann beim Dichtsystem für umschaltbare Wasserventile einseitig oder beidseitig axial außen am Reduzierring 24 ein speziell geformter Reduzierringflansch oder -konus in Richtung der Dichtbereiche ausgebildet oder angeordnet sein. Dieser Reduzierringflansch oder -konus verbessert die Flusscharakteristik ebenfalls.
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Von erheblichem Vorteil ist es, wenn bei einem Dichtsystem für umschaltbare Wasserventile mit vorteilhafterweise zwei ausgebildeten und voneinander beabstandeten Mittelstegen 12 eine mittige Einformung 14 zwischen den beiden Mittelstegen 12 ausgebildet ist. Das reduziert sowohl den Materialeinsatz als auch die vom Schrittmotor 7 zu bewegende Masse. Außerdem hat dies Vorteile auf die Maßhaltigkeit des Dichtkörpergrundteils 2, wenn dieses beispielsweise bevorzugt als ein Spritzgussteil hergestellt werden soll.
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Insbesondere ist beim neuartigen Dichtsystem für umschaltbare Wasserventile das Dichtkörpergrundteil 2 mit den Mittelstegen 12, wenn es einteilig ausgeführt ist, als ein einziges in einem Arbeitsgang hergestelltes Kunststoffspritzgussteil ausgebildet.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn im Inneren des Dichtkörpergrundteils 2 des Dichtsystems zwei oder mehrere Ausformungen 18 ausgebildet sind. Dadurch wird sowohl die zu bewegende Masse des Dichtkörpergrundteils verringert als auch die verschiedenen Wandstärken einschließlich der damit verbundenen Maßhaltigkeit des Dichtkörpergrundteils 2 können genauer eingestellt werden.
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Es ist aber auch möglich für spezielle Ausführungen des Dichtsystems für umschaltbare Wasserventile das Dichtkörpergrundteil 2 mit einem Mittelsteg bzw. mit zwei oder mehreren Mittelstegen 12 oder dem Reduzierring 24 oder dem Reduzierringflansch oder -konus mehrteilig auszubilden. Das kann beispielsweise konstruktive oder fertigungstechnische Vorteile bieten.
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Auch von Vorteil ist es, wenn beim Dichtsystem für umschaltbare Wasserventile die nullringartigen Dichtringe 1 unter einer definierter Vorspannung im Dichtkörpergrundteil 2 eingelegt und eingepresst sind. Das kann auf einfache Art und Weise erreicht werden, indem der Innendurchmesser der Dichtringe 1 etwas kleiner als der Außendurchmesser des Grundkörperschaftes 22 des Dichtkörpergrundteils 2 im Bereich des Ventilsitzes ausgebildet ist. Des Weiteren können an den beiden Enden des Dichtkörpergrundteils 2 außen teilweise durchbrochene umlaufende Bundstege 15 zur Sicherung gegen ein Verschieben der Dichtringe auf der Oberfläche des Dichtkörpergrundteils 2 beim linearen Bewegen des Dichtkörpers 5 ausgebildet sein.
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Bevorzugt ist das Dichtsystem für umschaltbare Wasserventile aus Montage- und gegebenenfalls auch aus Reparaturgründen so ausgeführt, dass das Dichtkörpergrundteil 2 mit der Ventilstellstange 3 über eine gesonderte Koppelstelle 9 verbunden ist. Diese Koppelstelle 9 ist beispielsweise als ein Festkörpergelenk oder ein Kugelgelenk ausgebildet.
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Auch können die Konturen der nullringartigen Dichtringe 1 bei diesem universellen Dichtsystem an die Konturen der Dichtbereiche 10 des Ventilkörpers 17 des Zwei- oder Dreiwegewasserventils 11 angepasst ausgebildet und geformt sein. Diese Dichtbereiche können je nach Bedarf aus Dichtheitsgründen beispielsweise eckig, mit einem kleinen oder etwas größeren Radius, flächig oder flächig gerieft ausgebildet werden. Entsprechend sind dann die Konturen der Dichtringe 1 auf der vorderseitigen Dichtfläche 13 daran angepasst.
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Darüber hinaus können die beiden Dichtbereiche 10 des Ventilkörpers 17 oder auch deren Konturen beim Dichtsystem des Zwei- oder Dreiwegewasserventils 11 unterschiedlich ausgebildet sein.
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Die Erfindung soll nachstehend in einem Ausführungsbeispiel an Hand der 1 bis 3 näher erläutert werden.
- 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen kompletten Dichtkörper 5 mit einer eingespritzten Ventilstellstange 3
- 2 zeigt eine räumliche, teilweise aufgeschnittene Darstellung eines einteiligen umschaltbaren komplettes Dichtkörpergrundteils 5 mit vier Ausformungen 18
- 3 zeigt eine räumliche, teilweise aufgeschnittene Darstellung eines mehrteiligen umschaltbaren komplettes Dichtkörpergrundteils 5
- 4 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein umschaltbares, komplettes Wasserventil 11 mit dem eingebauten erfindungsgemäßen Dichtkörper 5
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In der 1 ist eine Schnittdarstellung durch einen kompletten Dichtkörper 5 mit einer damit verbundenen Ventilstellstange 3 dargestellt. Der komplette Dichtkörper 5 besteht aus einem Dichtkörpergrundteil 2 mit zwei eingepressten Dichtringen 1 und der verbundenen Ventilstellstange 3. Das Dichtkörpergrundteil 2 ist hier als ein einteiliges Spritzgussteil ausgeführt und es wird bereits beim Spritzgießen die Ventilstellstange 3 direkt mit umspritzt und damit in selben Arbeitsgang fest mit dem Dichtkörpergrundteil 2 verbunden. Das Dichtkörpergrundteil 2 kann mit der Ventilstellstange 3 aber auch über eine lösbare Verbindungsart in der Koppelstelle 20, beispielsweise mittels eines Kugelgelenkes, verbunden werden. Im Dichtkörpergrundteil 2 sind in diesem Ausführungsbeispiel radial symmetrisch verteilt Ausformungen 18 ausgebildet. Dadurch werden sowohl die zu bewegende Masse des Dichtkörpergrundteils 2 als auch die Wandstärken verringert, Zusätzlich kann die damit verbundene Maßhaltigkeit des Dichtkörpergrundteils 2 genauer eingestellt werden. In der Mitte des Dichtköpergrundteils 2 sind zwei scheibenförmige Mittelstege 12 voneinander beabstandet angeordnet. Zwischen den Mittelstegen 12 ist eine gesonderte Einformung 14 ausgebildet. Dadurch verringert sich die zu bewegende Masse, welche ein hier bevorzugt angekoppelter Linearschrittmotor 7 bei jedem Verfahrvorgang bewegen muss, was sich positiv auf seine Lebensdauer auswirkt. Auf dem Dichtkörpergrundteil 2 sind von außen her zwei, durch die zwei Mittelstege 12 definiert voneinander beabstandete, speziell geformte nullringartige Dichtringe 1 unter Vorspannung eingepresst. Diese beiden Dichtringe 1 werden durch zwei jeweils außen am Dichtkörpergrundteil 2 ausgebildete umlaufende Bundstege 15 in ihrer Position fest fixiert und gegen Verrutschen auf der Oberfläche des Dichtkörpergrundteils 2 gesichert. Da die nullringartigen, kleinteiligen Dichtringe 1 zudem weniger aufquellen als bisher bekannte Dichtkörper, muss der Linearschrittmotor 7 im Anschlag weniger Schritte fahren um die Dichtigkeit zu gewährleisten. Ganz außen sind als Abschluss noch zwei Reduzierringe 24 mit angespritzt, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der umlaufenden hier im Ausführungsbeispiel durchbrochen ausgeführten Bundstege 15. Mittels der Abmessung und der Form dieser Reduzierringe 24 kann die Flusscharakteristik innerhalb des Ventilkörpers 17 genau eingestellt werden. Der Antrieb, der an der Kartusche 6 angeordnet ist, besteht aus einem Linearschrittmotor 7 und einem Spindel-Muttersystem (nicht gezeichnet), welches selbsthemmend ausgelegt ist, so dass der erforderliche Anpressdruck der Dichtringe 1 an die Dichtbereiche 10 des Ventilkörpers 17 in Ruhestellung dauerhaft gewährleistet ist. Die beiden Dichtringe 1 sind dabei so geformt, dass im Rücken der Dichtringe 1 zwischen der rückseitigen Dichtfläche 8 der Dichtringe 1 und den Dichtflächen der beiden Mittelstege 12 und den Oberflächen des Dichtkörpergrundteiles 2 je ein Hohlraum 4 ausgebildet ist. Durch diesen Hohlraum 4 kann sich der Dichtring 1 besser an die Dichtflächen des Dichtkörpergrundteils 2 anlegen. Dadurch lässt sich die Leckage entlang der rückseitigen hinteren Dichtpfade zwischen Dichtkörpergrundteil 2 mit Mittelsteg 12 und der rückseitigen Dichtfläche 8 der Dichtringe 1 weitgehend ausschließen. Die Breite der Mittelstege 12 bzw. der Abstand der beiden Mittelstege 12 bestimmt sich aus den Innenmaßen der jeweils abzudichtenden Ventilsitze und dem Anpressdruck mit dem der Linearschrittmotor 7 die Dichtringe 1 gegen die Dichtbereiche 10 des Ventilkörpers 17 in geschlossener Stellung drückt, d. h. aus dem Abstand der jeweiligen Dichtbereiche 10 des Ventilkörpers 17. Obwohl die Vorspannung der Dichtringe 1 im Laufe der Zeit, insbesondere bei der Verwendung in Heizwasserkreisläufen temperaturbedingt nachlässt, kann die Dichtheit in dieser Ausführung eines Wasserventils über eine sehr langen Zeitraum beispielsweise durch die Selbsthemmung gewährleistet werden. Zudem ist es möglich bei Verschleiß das Zwei- oder Dreiwegeventil nach erfolgter Demontage wieder schnell zu reparieren, indem mit wenigen Handgriffen sehr schnell der Dichtkörper 5 durch Ausbauen der Kartusche 6 gewechselt werden kann um die geforderte Dichtheit des Wasserventils wieder herzustellen. Im Bereich der Dichtringe 1 unter diesen sind im Dichtkörperschaft 22 des Dichtkörpergrundteils 2 vier axiale Strömungsbypässe 21 ausgespart angeordnet. Diese Strömungsbypässe 21 bewirken einen sich zeitlich verringernden Nachdurchfluss während des Schließvorganges des Ventils, so dass das vollständige Schließen (Dichten) des Wasserventils zeitversetzt erfolgt, d. h. der Druckstoß und das zwangsläufig dabei entstehende Geräusch wird zuverlässig verhindert. Diese axialen nutenartigen Strömungsbypässe 21 sind im Querschnitt betrachtet hier als runde, nutartige Vertiefungen ausgebildet. Damit die Strömungsbypässe zunächst noch offen und wirksam sind, sind auf dem Grundkörperschaft 22 am oder im unmittelbar nahe liegenden Bereich der Mittelstege 12 jeweils ein im Bereich der Strömungsbypässe 21 durchbrochene umlaufende Stege 23 angeordnet. Diese beabstanden die Dichtringe 1 von der Dichtfläche und ermöglichen einen Durchfluss des Wassers über die Bypässe solange, bis die Dichtringe 1 an der Dichtfläche des Ventilkörpers 17 anliegen und durch die Bewegung des Dichtkörpergrundteils 2 die Dichtringe 1 gegen die Dichtfläche der Mittelstege 12 gedrückt werden und endgültig in der jeweiligen Dichtstellung den einen oder anderen Ablauf 19 abdichten.
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In der 2 ist eine räumliche, teilweise aufgeschnittene Darstellung eines einteiligen umschaltbaren kompletten Dichtkörpergrundteils 5 für ein Zwei- oder Dreiwegewasserventil 11 mit vier Ausformungen 18 zur möglichst großen Massereduzierung gezeigt. Die beiden Dichtringe 1 sind aufgeschnitten dargestellt um die runde nutartige Vertiefung der je vier Strömungsbypässe 21 zu zeigen. Diese erstrecken sich jeweils über die gesamte Länge der beiden Grundkörperschäfte 22, d. h. die beiden umlaufenden durchbrochenen Stege 23 und die umlaufenden durchbrochenen Bundstege 15 sind an diesen Stellen offen ausgeführt. Die umlaufenden offenen Stege 23 und die umlaufenden offen Bundstege 15 können aber auch im Bereich Strömungsbypässe 21 bei Bedarf auch durchgehend ausgeführt werden, d. h. diese sind dann als tunnelartige Öffnungen ausgeführt. Auf dem Grundkörperschaft 22 sind nahe der Dichtflächen der zwei Mittelstege 12, welche aus Gewichtsgründen durch eine zwischenliegende Einformung 14 definiert voneinander beabstandet sind, umlaufenden durchbrochene Stege 23 zur Beabstandung der Dichtringe 1 von den Dichtflächen der Mittelstege 12 ausgebildet. Der Abstand der durchbrochenen umlaufenden Stege 23 zu den Mittelstegen 12 kann je nach Baugröße einen bis mehrere Millimeter betragen. Dadurch wird gewährleistet, dass die Strömungsbypässe 21 solange offen sind, bis die Dichtringe 1 mit ihrer rückseitigen Dichtfläche 8 (Kontur mit umlaufenden Radius) durch Verfahren des kompletten Dichtköpers 5 nach dem Anlaufen der vorderseitigen Dichtfläche 13 (Kontur mit schräger (oder gering gewölbter, oder balliger) Kegelfläche) an die jeweilige sich im Eingriff befindliche Dichtfläche des Ventilkörpers 17 gegen die entsprechende plane Dichtfläche des betreffenden Mittelstegs 12 gedrückt werden und dann abdichten. Ganz außen sind als Abschluss noch zwei Reduzierringe 24 mit angespritzt, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der umlaufenden durchbrochenen Bundstege 15. Diese axial links und rechts außen angeordneten beiden Reduzierringe 24 dienen zur Einstellung der Flusscharakteristik innerhalb des Ventilkörpers 17 (hier einstückig ins Spritzgussteil integriert). An der Stelle wo die Dichtringe 1 auf den umlaufenden Stegen 23 aufliegen können die Dichtringe mit einer umlaufenden Vertiefung versehen sein
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In der 3 ist eine räumliche, teilweise aufgeschnittene Darstellung eines mehrteiligen massiveren umschaltbaren komplettes Dichtkörpergrundteils 5 ohne zusätzliche Einformungen 18 gezeigt. In dieser Abbildung sind sowohl die beiden Dichtringe 1 als auch die Reduzierringe 24 aufgeschnitten dargestellt, um die runden nutartigen Vertiefungen der je vier Strömungsbypässe 21 zu zeigen. Außerdem ist durch das Sichtbarmachen der Querschnittsfläche der Dichtringe 1 die Form der rückseitigen Dichtfläche 8 des Dichtringes 1 als eine Kontur mit umlaufenden Radius und auch die vorderseitige Dichtfläche 13 des Dichtringes 1 als eine Kontur mit schräger oder gering gewölbter oder balliger Kegelfläche so besser zu erkennen. Diese erstrecken sich jeweils über die gesamte Länge des Grundkörperschaftes 22, d. h der umlaufende Ring 23 und die umlaufenden Bundstege 15 sind jeweils an den Stellen, wo die Strömungsbypässe 21 angeordnet sind in ihrem Umfang durchbrochen. Dabei kann das Dichtkörpergrundteil 2 wahlweise einteilig oder auch mehrteilig ausgebildet sein. Am Dichtköpergrundteil 2 sind die Reduzierringe 24 gesondert in geeigneter Art und Weise befestigt.
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In der 4 ist in einer Schnittdarstellung ein umschaltbares, komplettes Dreiwegewasserventil 11 mit einem eingebauten erfindungsgemäßen Dichtkörper 5 und dessen gesamter Aufbau gezeigt. Der komplette Dichtkörper 5 besteht aus einem Dichtkörpergrundteil 2 mit zwei eingepressten Dichtringen 1 und der verbundenen Ventilstellstange 3. Das Dichtkörpergrundteil 2 ist vorzugsweise als ein einteiliges Spritzgussteil ausgeführt und es wird bereits beim Spritzgießen die Ventilstellstange 3 direkt mit umspritzt und damit im selben Arbeitsgang fest mit dem Dichtkörpergrundteil 2 verbunden. Im Dichtkörpergrundteil 2 sind in diesem Ausführungsbeispiel radial symmetrisch verteilt Ausformungen 18 ausgebildet (nicht gezeichnet). Dadurch wird sowohl die zu bewegende Masse des Dichtkörpergrundteils 2 verringert als auch die Wandstärken einschließlich die damit verbundene Maßhaltigkeit des Dichtkörpergrundteils 2 kann genauer eingestellt werden. In der Mitte des Dichtköpergrundteils 2 sind zwei scheibenförmige Mittelstege 12 voneinander beabstandet angeordnet. Zwischen den Mittelstegen 12 ist eine gesonderte Einformung 14 ausgebildet. Dadurch verringert sich die zu bewegende Masse, welche der angekoppelte Linearschrittmotor 7 bei jedem Verfahrvorgang bewegen muss, was sich positiv auf seine Lebensdauer auswirkt. Auf dem Dichtkörpergrundteil 2 sind von außen her zwei, durch die zwei Mittelstege 12 definiert voneinander beabstandete, speziell geformte nullringartige Dichtringe 1 unter Vorspannung eingepresst. Diese beiden Dichtringe 1 werden durch zwei jeweils außen am Dichtkörpergrundteil 2 ausgebildete umlaufende durchbrochene Bundstege 15 in ihrer Position fest fixiert und gegen Verrutschen auf der Oberfläche des Dichtkörpergrundteils 2 gesichert. Da die nullringartigen, kleinteiligen Dichtringe 1 zudem weniger aufquellen als bisher bekannte Dichtkörper, muss der Linearschrittmotor 7 im Anschlag weniger Schritte fahren um die Dichtigkeit zu gewährleisten. Ganz außen sind als Abschluss noch zwei Reduzierringe 24 mit angespritzt, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der umlaufenden Bundstege. Mittels der Abmessung und der Form dieser Reduzierringe 24 kann die Flusscharakteristik innerhalb des Ventilkörpers 17 genau eingestellt werden. Der Antrieb des Wasserventils, der an der Kartusche 6 angeordnet ist, besteht aus einem Linearschrittmotor 7 und einem Spindel-Muttersystem (nicht gezeichnet), welches selbsthemmend ausgelegt ist, so das der erforderliche Anpressdruck des Dichtringe 1 an die jeweiligen Dichtbereiche des Ventilkörpers 17 in Ruhestellung gewährleistet ist. Die beiden Dichtringe 1 sind dabei so geformt, dass im Rücken der Dichtringe 1 zwischen der rückseitigen Dichtfläche 8 der Dichtringe 1 und den beiden Mittelstegen 12 und den Oberflächen des Dichtkörpergrundteiles 2 je ein Hohlraum 4 ausgebildet ist. Durch diesen Hohlraum 4 kann sich der Dichtring 1 besser an die Dichtflächen der Mittelstege 12 anlegen. Dadurch lässt sich die Leckage entlang der rückseitigen hinteren Dichtpfade zwischen Dichtkörpergrundteil 2 mit Mittelsteg 12 und der rückseitigen Dichtfläche 8 der Dichtringe 1 weitgehend ausschließen. Die Breite der Mittelstege 12 bzw. der Abstand der beiden Mittelstege 12 bestimmt sich aus den Innenmaßen der jeweils abzudichtenden Ventilsitze und dem Anpressdruck mit dem der Linearschrittmotor 7 die Dichtringe 1 gegen die Dichtbereiche 10 des Ventilkörpers 17 in geschlossener Stellung drückt, d. h. aus dem Abstand der jeweiligen Dichtbereiche 10 des Ventilkörpers 17. Obwohl die Vorspannung der Dichtringe 1 im Laufe der Zeit, insbesondere bei der Verwendung in Heizwasserkreisläufen nachlässt, kann die Dichtheit in dieser Ausführung eines Wasserventils über eine sehr langen Zeitraum beispielsweise durch die Selbsthemmung gewährleistet werden. Zudem ist es möglich bei Verschleiß das Dreiwegewasserventil 11 nach erfolgter Demontage wieder schnell zu regenerieren, indem mit wenigen Handgriffen sehr schnell der komplette Dichtkörper 5 durch Ausbauen der Kartusche 6 gewechselt werden kann um die geforderte Dichtheit des Wasserventils wieder herzustellen. Im Bereich der Dichtringe 1 unter diesen sind im Dichtkörperschaft 22 des Dichtkörpergrundteils 2 vier axiale Strömungsbypässe 21 ausgespart angeordnet. Diese Strömungsbypässe 21 bewirken einen sich zeitlich verringernden Nachdurchfluss während des Schließvorganges des Wasserventils, so dass das vollständige Schließen (Dichten) des Wasserventils zeitversetzt erfolgt, d. h. der Druckstoß und das zwangsläufig dabei entstehende Geräusch wird zuverlässig verhindert. Diese axialen nutenartigen Strömungsbypässe 21 sind im Querschnitt betrachtet hier bevorzugt als runde nutartige Vertiefungen ausgebildet. Damit die Strömungsbypässe 21 zunächst noch offen und wirksam sind, sind auf dem Grundkörperschaft 22 am oder im unmittelbar nahe liegenden Bereich der Mittelstege 12 jeweils ein im Bereich der Strömungsbypässe 21 je ein durchbrochener umlaufender Steg 23 angeordnet. Diese beabstanden die Dichtringe 1 von der Dichtfläche des Mittelsteges und ermöglichen einen Durchfluss des Wassers solange, bis die Dichtringe 1 an der Dichtfläche des Ventilkörpers 17 anliegen und durch die Bewegung des Dichtkörpergrundteils 2 die Dichtringe 1 gegen die Dichtfläche der Mittelstege 12 gedrückt werden und endgültig in der jeweiligen Dichtstellung den nur einen oder beide Abäufe 19 abdichten. Der zweite Ablauf 19 ist nach hinten angeordnet. Die Kartusche 6 ist ebenfalls zuverlässig dichtend in den Ventilkörper 17 eingeschoben und mit einer Ringdichtung versehen montiert. Die Durchführung der Ventilstellstange 3 ist mit einer geeigneten Dichtkonstruktion sicher gegenüber dem wasserführenden Ventilraum abgedichtet. Zusätzlich ist hier zur Überwachung ein gesonderter Sensorzugang 25 angeordnet der je nach Einsatzfall mit verschiedenen Sensoren (beispielsweise Temperatur oder Drucksensoren) bestückt werden kann oder ansonsten nur dicht verschlossen ausgeführt ist.
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Diese vorstehend beschriebene technische Lösung ist in erster Linie einsetzbar als neuartiges sehr geräuscharmes ökonomisches Dichtsystem für umschaltbare Wasserventile zur Verwendung in Heizgeräten und Wasserboilern insbesondere für Zwei- oder Dreiwegewasserventile.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dichtring
- 2
- Dichtköpergrundteil
- 3
- Ventilstellstange
- 4
- Hohlraum
- 5
- Dichtkörper komplett
- 6
- Kartusche
- 7
- Linearschrittmotor
- 8
- rückseitige Dichtfläche (z. B. Kontur mit umlaufenden Radius)
- 9
- Koppelstelle zum Linearschrittmotor
- 10
- Dichtbereiche des Ventilkörpers (Leckage vorderer Dichtpfad)
- 11
- Zwei- oder Dreiwegewasserventil
- 12
- Mittel steg
- 13
- vorderseitige Dichtfläche (z. B. Kontur mit schräger oder gering gewölbter, oder balliger Kegelfläche
- 14
- Einformung
- 15
- umlaufender durchbrochener oder durchgehender Bundstege
- 16
- Zulauf
- 17
- Ventilkörper
- 18
- Ausformungen
- 19
- Abläufe
- 20
- Koppelstelle zwischen Dichtkörper und Ventilstellstange
- 21
- Strömungsbypass
- 22
- Grundkörperschaft
- 23
- umlaufender durchbrochener oder durchgehender Steg
- 24
- Reduzierring
- 25
- Sensorzugang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202011004433 U1 [0002]
- DE 69718317 T2 [0003]
- DE 102012219745 A1 [0004]
