DE102020201882A1

DE102020201882A1 - Fluidsteuerventil

Info

Publication number: DE102020201882A1
Application number: DE102020201882.0A
Authority: DE
Inventors: Sven Kleinwächter; Fabian Melle; Sebastian Mink
Original assignee: Hansgrohe SE
Current assignee: Hansgrohe SE
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2021-08-19

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fluidsteuerventil mit einem Ventilgehäuse (1) mit mindestens drei Fluidanschlüssen (2), einer Verteilerkammer (3) im Ventilgehäuse, einem Ventilsitz (4), der sich angrenzend an die Verteilerkammer im Ventilgehäuse befindet und Mündungsöffnungen (8) zur Verteilerkammer für eine Mehrzahl der Fluidanschlüsse aufweist, einem Ventilschließkörper (5) im Ventilgehäuse, der eine taumelbeweglich zwischen mehreren Ventilfunktionsstellungen in der Verteilerkammer angeordnete Taumelscheibe (9) und an der Taumelscheibe angeordnete Absperrelemente () umfasst, mit denen sie in ihren verschiedenen Ventilfunktionsstellungen die Mündungsöffnungen unterschiedlich freigibt und/oder absperrt, und einem um eine Drehachse (D) drehbeweglichen Scheibenanlageelement (6) mit einer zur Drehachse schrägen Scheibenanlagefläche (), gegen welche die Taumelscheibe anliegt.Erfindungsgemäß beinhaltet das Fluidsteuerventil einen nutzerbetätigt aktivierbaren elektrischen Antriebsmotor (7), der als Drehantrieb für das Scheibenanlageelement (6) eingerichtet und in einer von der Verteilerkammer (3) fluiddicht getrennten Antriebskammer (12) im Ventilgehäuse angeordnet ist.Verwendung z.B. als Fluidsteuerventil in Sanitärbrausen mit mehreren wählbaren Strahlarten.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fluidsteuerventil mit einem Ventilgehäuse mit mindestens drei Fluidanschlüssen, einer Verteilerkammer im Ventilgehäuse, einem Ventilsitz, der sich angrenzend an die Verteilerkammer im Ventilgehäuse befindet und Mündungsöffnungen zur Verteilerkammer für eine Mehrzahl der Fluidanschlüsse aufweist, einem Ventilschließkörper im Ventilgehäuse, der eine taumelbeweglich zwischen mehreren Ventilfunktionsstellungen in der Verteilerkammer angeordnete Taumelscheibe und an der Taumelscheibe angeordnete Absperrelemente umfasst, mit denen sie in ihren verschiedenen Ventilfunktionsstellungen die Mündungsöffnungen unterschiedlich freigibt und/oder absperrt, und einem um eine Drehachse drehbeweglichen Scheibenanlageelement mit einer zur Drehachse schrägen Scheibenanlagefläche, gegen welche die Taumelscheibe anliegt.
Die Charakterisierung schräg bedeutet hierbei, dass die Ebene der Scheibenauflagefläche und damit auch eine Scheibenebene der Taumelscheibe nicht senkrecht zur Drehachse orientiert ist, sondern mit dieser einen spitzen Winkel kleiner als 90° und größer als 0° einschließt. Die drei oder mehr Fluidanschlüsse am Ventilgehäuse können je nach Bedarf und Anforderung als ein oder mehrere Fluideinlässe und ein oder mehrere Fluidauslässe konfiguriert sein, z.B. in Konfigurationen mit einem Fluideinlass und zwei, drei oder mehr Fluidauslässen oder mit zwei oder drei Fluideinlässen und einem, zwei oder mehr Fluidauslässen.
Durch das schräge Anliegen gegen die Scheibenauflagefläche führt die Taumelscheibe, wenn sich das Scheibenanlageelement um seine Drehachse dreht, eine entsprechende Taumelbewegung relativ zum stationär bleibenden Ventilsitz aus. Durch die Taumelbewegung seiner Taumelscheibe ist der Ventilschließkörper wie gewünscht in der Lage, in seinen verschiedenen Ventilfunktionsstellungen mit seinen an der Taumelscheibe befindlichen Absperrbereichen die Mündungsöffnungen unterschiedlich freizugeben und/oder abzusperren, d.h. unterschiedliche Freigabe-/Absperrmuster für die Mündungsöffnungen bereitzustellen, die im Ventilsitz für die zugehörigen Fluidanschlüsse vorgesehen sind. Die Taumelbewegung vermeidet Reibungseffekte zwischen dem sich bewegenden Ventilschließkörper und dem stationär bleibenden Ventilsitz, wie sie bei konventionellen Ventilen auftreten können, bei denen sich eine Ventilscheibe als Ventilschließkörper auf dem Ventilsitz dreht. Zudem kann der fluiddruckbedingte Betätigungswiderstand für die Taumelbewegung in der Regel deutlich niedriger gehalten werden als bei konventionellen Ventilen, bei denen der Ventilschließkörper vollflächig gegen den Fluiddruck axial vom Ventilsitz abgehoben wird.
Vorzugsweise sind die Mündungsöffnungen in einer planen Sitzfläche, d.h. einer Sitzebene, des Ventilsitzes angeordnet, die senkrecht zur Drehachse des Scheibenanlageelements liegt. In diesem Fall kann sich die Taumelscheibe schräg gegen die Sitzfläche anlegen, so dass sie nicht mit ihrer gesamten Scheibenfläche gegen den Ventilsitz anliegt. Dadurch kann in entsprechenden Ausführungen dafür gesorgt sein, dass in der Verteilerkammer anstehender Fluiddruck nicht ausschließlich auf eine Seite der Taumelscheibe einwirkt, sondern mindestens partiell auch auf deren gegenüberliegende Seite. Dies kann den Fluiddruckwiderstand gegen die Taumelbewegung der Taumelscheibe und somit gegen das Weiterbewegen des Ventilschließkörpers in eine nächste Ventilfunktionsstellung vergleichsweise gering halten.
In entsprechenden Ausführungen weisen alle Fluidanschlüsse, die am Ventilgehäuse vorgesehen sind, Mündungsöffnungen zur Verteilerkammer im Ventilsitz auf, die in den verschiedenen Ventilfunktionsstellungen des Ventilschließkörpers unterschiedlich freigegeben und/oder abgesperrt werden. In alternativen Ausführungen ist dies nicht für alle Fluidanschlüsse der Fall. So kann z.B. in entsprechenden Ausführungsformen ein Fluidanschluss als Fluideinlass oder Fluidauslass derart konfiguriert sein, dass er über eine Mündungsöffnung außerhalb des Ventilsitzes in die Verteilerkammer mündet, so dass diese Mündungsöffnung dann unabhängig von der Stellung des Ventilschließkörpers stets offen bleibt, ohne je nach Stellung des Ventilschließkörpers freigegeben oder abgesperrt zu werden. Analog können in entsprechenden Ausführungsformen der Erfindung mehr als ein Fluideinlass außerhalb des Ventilsitzes ständig geöffnet in die Verteilkammer münden und/oder ein oder mehrere Fluidauslässe außerhalb des Ventilsitzes und damit ständig offen aus der Verteilerkammer ausmünden.
Ein derartiges Fluidsteuerventil lässt sich allgemein dazu benutzen, ein oder mehrere Fluide, die über einen jeweiligen Einlass zugeführt werden, in steuerbarer Weise variabel, im Fall mehrerer Fluide gemischt oder ungemischt, an einen oder mehrere Auslässe weiterzuleiten, wozu entsprechend einer oder mehrere der Fluidanschlüsse als Einlässe und der oder die übrigen Fluidanschlüsse als Auslässe konfiguriert sind. Beispielsweise kann das Fluidsteuerventil in der Sanitärtechnik als Umstellventil, Mischventil oder Absperrventil eingesetzt werden. Bei Verwendung in sanitären Mischerarmaturen können z.B. zwei Fluidanschlüsse als Kaltwassereinlass und Warmwassereinlass und ein Fluidanschluss als Mischwasserauslass konfiguriert sein. In Brausearmaturen, die für eine wahlweise Auswahl zwischen unterschiedlichen Brausestrahlarten ausgelegt sind, können Fluidsteuerventile dieser Art zum Einsatz kommen, bei denen ein Fluidanschluss als Brausefluideinlass und mehrere andere Fluidanschlüsse als Fluidauslässe konfiguriert sind. Der Benutzer kann damit wahlweise eine jeweils gewünschte Brausestrahlart einstellen, wozu das zugeführte Fluid, wie Wasser, gezielt an diejenigen Brauseaustrittsöffnungen weitergeleitet wird, die der gewünschten Brausestrahlart zugeordnet sind.
Die Patentschrift DE 10 2017 223 395 B3 offenbart ein Fluidsteuerventil der eingangs genannten Art, bei dem das Scheibenanlageelement von einem Drehteller gebildet ist, der vom Nutzer durch eine Betätigungsmechanik betätigbar ist, die einen Axialbetätigungsstift und eine Kulissenmechanik zur Umsetzung einer Axialbewegung des Axialbetätigungsstifts in eine Drehbewegung des Drehtellers umfasst. Speziell ist als Kulissenmechanik eine solche nach Art einer Kugelschreiber-Kulissenmechanik gezeigt, durch die der Benutzer mit einem jeweiligen Betätigungsvorgang eine kombinierte Axial- und Drehbewegung von Drehteller und Taumelscheibe bewirken kann, durch welche der Ventilschließkörper jeweils von der momentanen in eine positionell benachbarte, d.h. in Drehrichtung des Drehtellers nächstfolgende, Ventilfunktionsstellung umgeschaltet wird.
Die Auslegeschrift DE 1 205 786 A offenbart ein Fluidsteuerventil, bei der eine Taumelscheibe auf Anlagepunkten mehrerer, in einer Ebene versetzt angeordneter Ventiltellerkörper aufliegt, die mit korrespondierenden Ventilsitzen zusammenwirken und federelastisch in Richtung Öffnungsstellung gegen die Taumelscheibe andrückend vorgespannt sind. Die Taumelscheibe stützt sich ihrerseits mittig gegen eine plane oder konkave Stirnfläche eines vom Benutzer über eine Drehspindel geringfügig axial bewegbaren Kolbens und außermittig gegen eine geradlinige Schneide ab, die an einem Stirnendflansch eines vom Benutzer verschwenkbaren Rohrkörpers ausgebildet ist, der mit der Drehspindel zusammen einen nutzerbetätigbaren Bedienhebel bildet. Die Schneide fungiert als verdrehbares Widerlager, um das die Taumelscheibe kippen kann, so dass sich die Ventiltellerkörper individuell in steuerbarem Maß von ihrem Ventilsitz abheben können oder von der Taumelscheibe gegen ihren Ventilsitz angedrückt werden.
In der Offenlegungsschrift DE 10 2017 101 787 A1 ist eine Handbrause offenbart, die dem Benutzer eine Umschaltung zwischen unterschiedlichen Strahlarten über eine Mehrzahl von berührungsempfindlichen Tasten ermöglicht, die an einer Steuerleiterplatte angebracht sind, welche sich zusammen mit einem elektrisch betriebenen Umschaltmechanismus in einem Hohlraum eines Grundkörpers der Handbrause befindet. Der Umschaltmechanismus umfasst einen Getriebemotor mit einem zylindrischen Gehäuse, von dem stirnseitig ein Achsstummel absteht, an den eine zentrische Welle koaxial angekoppelt ist. Die Welle ist seitlich mit Pfropfen versehen, die zusammen mit gummiumhüllten Verschlussscheiben, die jeweils in Wasseraustrittslöchern eines Wasserverteilelements angeordnet sind, als Ventilelemente zum wahlweisen Freigeben oder Absperren eines jeweils zugehörigen Wasserführungskanals fungieren.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Fluidsteuerventils der eingangs genannten Art zugrunde, das gegenüber dem oben erwähnten Stand der Technik Vorteile z.B. hinsichtlich seines Nutzerbedienkomforts und seiner Ventilsteuerungsfunktionalität bietet.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Fluidsteuerventils mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses Fluidsteuerventil beinhaltet einen nutzerbetätigt aktivierbaren elektrischen Antriebsmotor, der als Drehantrieb für das Scheibenanlageelement eingerichtet und in einer von der Verteilerkammer fluiddicht getrennten Antriebskammer im Ventilgehäuse angeordnet ist.
Erfindungsgemäß wird somit die Drehbewegung des Scheibenanlageelements durch den Antriebsmotor bewirkt, der dazu vom Benutzer aktiviert werden kann. Für diese nutzerbetätigte Motoraktivierung ist eine beliebige herkömmliche Motoraktivierungsschnittstelle verwendbar, z.B. ein berührungsempfindliches Tast- bzw. Sensorelement, das im Ventilgehäuse nahe an einer Außenwandung angeordnet ist und vom Benutzer durch Tastberührung des betreffenden Gehäusewandbereichs von außen angesprochen werden kann, oder eine durch eine Öffnung im Ventilgehäuse herausgeführte oder in einer solchen Öffnung angeordnete Bedientaste oder ein über Funk oder in anderer Weise drahtlos ansprechbares Motorschaltelement. Der Benutzer braucht keine Betätigungskraft zum Bewegen des Scheibenanlageelements aufwenden, diese wird vom Antriebsmotor bereitgestellt. Durch die fluiddichte Trennung von Verteilerkammer und Antriebskammer kann die Arbeitskammer von in der Verteilerkammer befindlichem Fluid freigehalten werden, so dass der Antriebsmotor vor dem durch das Ventilsteuerventil zu steuernde Fluid geschützt in der Antriebskammer untergebracht ist.
Der motorische Antrieb des Scheibenanlageelements ermöglicht es, ein jeweils gewünschtes Ventilschaltverhalten in einfacher Weise durch entsprechende Ausführung der Motorsteuerung zu realisieren. Insbesondere ist die damit erzielbare Schaltcharakteristik nicht auf eine sukzessive Umschaltung bzw. Weiterschaltung des Ventilschließkörpers bzw. der Taumelscheibe von einer jeweils momentanen Ventilfunktionsstellung in eine in einer zugehörigen Ventilschaltrichtung nächstbenachbarte Ventilfunktionsstellung beschränkt. Vielmehr kann bei Bedarf auch eine Umschaltung bzw. Weiterschaltung zu einer in der Ventilschaltrichtung nicht direkt benachbarten, sondern übernächsten oder noch weiter entfernten Ventilfunktionsstellung erfolgen. Dabei korrespondiert die Ventilschaltrichtung der mehreren Ventilfunktionsstellungen mit der Drehrichtung des Scheibenanlageelements um seine Drehachse.
Das erfindungsgemäße Fluidsteuerventil stellt auf diese Weise mit dem motorisch betätigbaren Taumelscheiben-Ventilschließkörper einen hohen Nutzerbedienkomfort und eine zuverlässige Ventilsteuerungsfunktionalität zur Verfügung, die überdies bei Bedarf über entsprechende Änderung von Vorgaben für die Steuerung des Antriebsmotors mit geringem Aufwand verändert werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung beinhaltet das Fluidsteuerventil ein Getriebe, über das eine Drehwelle des Scheibenanlageelements an den Antriebsmotor gekoppelt ist. Durch entsprechende Wahl des Getriebes kann eine gewünschte Übersetzung bzw. Untersetzung der Drehbewegung des Scheibenanlageelements im Vergleich zur Drehgeschwindigkeit einer Motorwelle des Antriebsmotors realisiert werden. In alternativen Ausführungen der Erfindung kann das Scheibenanlageelement ohne zwischengeschaltetes Getriebe direkt an den Antriebsmotor gekoppelt sein.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Getriebe ein motorseitiges erstes Zahnrad mit Außenzahnkranz und ein drehfest auf der Drehwelle des Scheibenanlageelements sitzendes, mit dem ersten Zahnrad kämmendes zweites Zahnrad mit Außenzahnkranz, wobei das erste und das zweite Zahnrad mit zueinander parallelen Drehachsen angeordnet sind. Dies stellt eine hinsichtlich kompaktem Aufbau des Getriebes vorteilhafte Getrieberealisierung dar, was es ermöglicht, mit relativ wenig Bauraum zur Unterbringung des Getriebes im Ventilgehäuse auszukommen. In alternativen Ausführungen der Erfindung kann das Getriebe einen andersartigen Aufbau unter Verwendung andersartiger Getriebekomponenten, wie Zahnräder mit Innenzahnkranz, Schneckenräder etc., besitzen.
In einer Weiterbildung der Erfindung beinhaltet das Fluidsteuerventil eine Wellendurchführungsdichtung, durch welche sich eine Drehwelle des Scheibenanlageelements hindurch erstreckt und welche die Antriebskammer gegenüber der Verteilerkammer abdichtet. Dies ermöglicht eine Anordnung der Antriebskammer in enger Nachbarschaft zur Verteilerkammer und eine zuverlässige Abdichtung einer Durchführung der Drehwelle des Scheibenanlageelements von der Verteilerkammer in die Antriebskammer, so dass die Drehwelle in der Antriebskammer frei von in der Verteilerkammer befindlichem Fluid direkt oder über ein Getriebe an den Antriebsmotor angekoppelt werden kann. In alternativen Ausführungen der Erfindung kann z.B. eine magnetische Kopplung des Scheibenanlagenelements an eine Welle des Antriebsmotors durch eine geschlossene Trennwand zwischen Antriebskammer und Verteilerkammer hindurch vorgesehen sein, so dass keine abzudichtende Durchführungsöffnung zwischen Antriebskammer und Verteilerkammer notwendig ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind der Antriebsmotor und die Drehwelle mit parallelen oder einen spitzen Winkel kleiner als 30° einschließenden Längsachsen angeordnet. Dies ermöglicht beispielsweise eine quer zu diesen Längsachsen versetzte Anordnung des Antriebsmotors einerseits und des Scheibenanlageelements mit seiner Drehwelle andererseits, wodurch sich der Bauraumbedarf zur Unterbringung dieser Komponenten im Ventilgehäuse in Längsrichtung vergleichsweise gering halten lässt. In alternativen Ausführungen der Erfindung sind der Antriebsmotor und die Drehwelle des Scheibenanlageelements so angeordnet, dass ihre Längsachsen einen Winkel größer als 30° einschließen, z.B. senkrecht zueinander sind.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Taumelscheibe eine Durchführungsöffnung auf, durch die sich die Drehwelle hindurch erstreckt. Das Scheibenanlageelement umfasst einen Taumelscheibenführungsabschnitt mit einer um die Drehachse umlaufenden Führungsschrägnut, in der die Taumelscheibe mit einem Berandungsbereich der Durchführungsöffnung unter beidseitiger axialer Begrenzung geführt ist, wobei die zur Drehachse schräge Scheibenanlagefläche eine axiale Begrenzungsfläche der Führungsschrägnut für die Taumelscheibe bildet. Dies stellt eine konstruktiv vorteilhafte Realisierung für die Ankopplung der Taumelscheibe an das Scheibenanlageelement dar. Bei Bedarf können beide gegenüberliegende axiale Begrenzungsflächen der Führungsschrägnut als zur Drehachse schräge Scheibenanlagefläche für die Taumelscheibe fungieren. In alternativen Ausführungen der Erfindung kann die Taumelscheibe auch nur auf einer Seite axial durch das Scheibenanlageelement geführt sein, z.B. durch Bildung des Scheibenanlageelements als ein Drehteller, auf dem die Taumelscheibe aufliegt.
In einer Weiterbildung der Erfindung beinhaltet das Fluidsteuerventil eine Drehstellungserfassungseinheit zur Erfassung der Drehstellung des Scheibenanlageelements. Dies kann z.B. dafür genutzt werden, nach einer Betätigungsaktivierung des Antriebsmotors die erreichte Ist-Drehstellung des Scheibenanlageelements zu erfassen und mit einer gewünschten Soll-Drehstellung zu vergleichen, um ggf. eine Nachverstellung bzw. Nachjustierung der erfassten Ist-Drehstellung in die gewünschte Soll-Drehstellung im Rahmen einer Einregelung der Drehstellung des Scheibenanlageelements zu veranlassen. Die Drehstellungserfassung kann durch einen beliebigen, für diese Anwendung geeigneten herkömmlichen Drehstellungssensor realisiert sein.
Alternativen Ausführungen der Erfindung kommen ohne eine solche Drehstellungserfassungseinheit aus und geben stattdessen die gewünschte Drehstellung des Scheibenanlageelements rein steuernd vor.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Ventilgehäuse von zylindrischer Form und die Fluidanschlüsse sind umfangsseitig am Ventilgehäuse ausgebildet. Die Drehachse des Scheibenanlageelements ist parallel zu einer Zylinderlängsachse des Ventilgehäuses orientiert. Dies stellt eine hinsichtlich kompakter Bauform vorteilhafte Realisierung des Fluidsteuerventils dar, die sich beispielsweise besonders für Einbausituationen eignet, bei denen wenig Einbauraum in Längsrichtung des zylindrischen Ventilgehäuses vorhanden ist. Alternativ sind erfindungsgemäß andere konstruktive Ausführungen für das Fluidsteuerventil möglich, z.B. solche, bei denen ein oder mehrere der Fluidanschlüsse stirnseitig am Ventilgehäuse ausgebildet sind und/oder die Drehachse des Scheibenanlageelements nicht-parallel zu einer Zylinderlängsachse des Ventilgehäuses orientiert ist und/oder das Ventilgehäuse keine zylindrische Form besitzt, sondern z.B. eine Quaderform.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Antriebsmotor quer zur Zylinderlängsachse des Ventilgehäuses gegenüber dem Scheibenanlageelement und der Taumelscheibe versetzt angeordnet, und das Getriebe einerseits und die Taumelscheibe andererseits sind in zwei einander bezüglich einer Quermittenebene des Ventilgehäuses axial gegenüberliegenden Zylinderhalbräumen des Ventilgehäuses angeordnet. Diese Ausführung des Fluidsteuerventils trägt weitergehend zu einer kompakten Bauform bei. Alternativ können erfindungsgemäß Getriebe und Taumelscheibe auf einer gleichen Seite einer Quermittenebene des Ventilgehäuses angeordnet sein, und/oder der Antriebsmotor kann in Richtung der Zylinderlängsachse des Ventilgehäuses gegenüber dem Scheibenanlageelement und der Taumelscheibe versetzt angeordnet sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung beinhaltet die Taumelscheibe einen Aussparungsbereich, in dem sie gegenüber einem Außendurchmesser radial zurückspringend gebildet ist. Ein Aufnahmebereich der Antriebskammer, in dem der Antriebsmotor aufgenommen ist, überlappt mit dem Außendurchmesser der Taumelscheibe in dem Aussparungsbereich. Durch diese Maßnahme lässt sich der Antriebsmotor vergleichsweise nahe neben der Taumelscheibe anordnen, was zur Erzielung einer kompakten Bauform für das Fluidsteuerventil beitragen kann. Der Aussparungsbereich der Taumelscheibe kann bei Bedarf auch dazu genutzt werden, in diesem Bereich eine Verdrehsicherung für die Taumelscheibe anzubringen, die ein Mitdrehen der Taumelscheibe mit dem Scheibenanlageelement verhindert. Alternativ kann eine andere, herkömmliche Verdrehsicherung für die Taumelscheibe vorgesehen sein. Weiter kann in alternativen Ausführungen der Erfindung der Antriebsmotor außerhalb des von einem Außendurchmesser der Taumelscheibe umschriebenen Bereichs angeordnet sein.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Diese und weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend näher beschrieben. Hierbei zeigen:

1 eine perspektivische Draufsicht von oben auf ein Fluidsteuerventil bei abgenommenem oberem Deckel,
2 eine perspektivische Draufsicht von unten auf das Fluidsteuerventil bei abgenommenem unterem Deckel,
3 eine Längsschnittansicht durch das Fluidsteuerventil der 1 und 2,
4 eine Detailansicht eines Bereichs IV in 3 ohne unteren Deckel und
5 eine Perspektivansicht eines im Fluidsteuerventil der 1 bis 4 verwendeten Ventilschließkörpers nebst Komponenten für dessen Betätigung.

Das gezeigte Fluidsteuerventil beinhaltet ein Ventilgehäuse 1 mit mindestens drei Fluidanschlüssen 2, eine Verteilerkammer 3 im Ventilgehäuse 1, einen Ventilsitz 4 angrenzend an die Verteilerkammer 3 im Ventilgehäuse 1, einen Ventilschließkörper 5 im Ventilgehäuse 1, ein um eine Drehachse D drehbewegliches Schreibenanlageelement 6 und einen nutzerbetätigt aktivierbaren elektrischen Antriebsmotor 7.
Der Ventilsitz 4 weist Mündungsöffnungen 8 zur Verteilerkammer 3 für eine Mehrzahl der Fluidanschlüsse 2 auf. Der Ventilschließkörper 5 beinhaltet eine taumelbeweglich zwischen mehreren Ventilfunktionsstellungen in der Verteilerkammer 3 angeordnete Taumelscheibe 9 und an der Taumelscheibe 9 angeordnete Absperrelemente 10, mit denen die Taumelscheibe 9 in ihren verschiedenen Ventilfunktionsstellungen die Mündungsöffnungen 8 unterschiedlich freigibt und/oder absperrt. Das Scheibenanlageelement 6 weist eine zur Drehachse D schräge Scheibenanlagefläche 11 auf, gegen welche die Taumelscheibe 9 anliegt. Der Antriebsmotor 7 ist als Drehantrieb für das Scheibenanlageelement 6 eingerichtet und in einer von der Verteilerkammer 3 fluiddicht getrennten Antriebskammer 12 im Ventilgehäuse 1 angeordnet.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Fluidanschlüsse 2₁ bis 2₄ vorgesehen, wobei ein erster Fluidanschluss 2₁ einen Fluideinlass bildet, der über eine bleibend freigegebene Mündungsöffnung 8₁ in die Verteilerkammer 3 mündet. Die drei anderen Fluidanschlüsse 2₂ , 2₃ , 2₄ bilden Fluidauslässe, die mit jeweils zugehörigen der Mündungsöffnungen 8 aus der Verteilerkammer 3 ausmünden. In alternativen Ausführungen bildet der Fluidanschluss 2₁ einen Fluidauslass, und die Fluidanschlüsse 2₂ , 2₃ , 2₄ bilden Fluideinlässe, oder von den drei Fluidanschlüssen 2₂ , 2₃ , 2₄ fungieren einer oder zwei als Fluideinlass und zwei bzw. einer als Fluidauslass, und der Fluidanschluss 2₁ fungiert dann als Fluideinlass oder Fluidauslass. In weiteren alternativen Ausführungen besitzt das Fluidsteuerventil nur drei Fluidanschlüsse oder mehr als vier Fluidanschlüsse.
Die Ventilfunktionsstellungen, zwischen denen die Taumelscheibe durch ihre Taumelbewegung umgestellt werden kann, können je nach Bedarf und Anwendungsfall in jeweils gewünschter Weise vorgegeben werden. In einer von mehreren möglichen Systemausführungen, die für das gezeigte Ausführungsbeispiel anwendbar sind, besitzt die Taumelscheibe 9 drei Ventilfunktionsstellungen, die mit drei um jeweils 120° gegeneinander versetzten Drehstellungen des Scheibenanlageelements 6 korrespondieren, wobei die Taumelscheibe 9 mit ihren im gezeigten Beispiel drei Absperrelementen 10 in jeder dieser drei Ventilfunktionsstellungen jeweils die zu einer der drei Fluidauslässe 2₂ , 2₃ , 2₄ gehörige Mündungsöffnung freigibt und die zu den beiden anderen Fluidauslässen gehörigen Mündungsöffnungen absperrt, so dass sie in jeder der drei Ventilfunktionsstellungen eine Fluidverbindung vom Fluideinlass 2₁ selektiv nur zu je einem der drei Fluidauslässe 2₂ , 2₃ , 2₄ freigibt.
Hierbei versteht sich, dass die Taumelscheibe 9 bei Bedarf auch in weiteren Ventilfunktionsstellungen eingestellt werden kann, die Zwischenpositionen zwischen den drei genannten Ventilfunktionsstellungen entsprechen und in denen der Ventilschließkörper 5 mit seiner Taumelscheibe 9 und deren Absperrelementen 10 dann beispielsweise eine Fluidverbindung vom Fluideinlass 2₁ bzw. der Verteilerkammer 3 zu zwei oder allen drei Fluidauslässen 2₂ , 2₃ , 2₄ freigibt oder alle drei Fluidauslässe 2₂ , 2₃ , 2₄ gegenüber der Verteilerkammer 3 absperrt.
Die jeweils getroffene Systemauslegung ergibt je nach Bedarf ein reines Umstellventil, mit dem zugeführtes Fluid zwischen mehreren Fluidauslässen umgeschaltet werden kann, ein reines Absperrventil, mit dem der oder die vorhandenen Fluidauslässe wahlweise freigegeben oder vollständig abgesperrt werden können, oder ein Mischventil, mit dem zwei oder mehr verschiedene zugeführte Fluide in einem jeweils gewünschten Maß gemischt werden, wobei auch Mischformen dieser drei Ventilarten realisierbar sind.
Um den Ventilschließkörper 5 mit seiner Taumelscheibe 9 in eine jeweils gewünschte Ventilfunktionsstellung zu verbringen, kann der Benutzer den elektrischen Antriebsmotor 7 zur Durchführung einer entsprechenden Einstellaktivität betätigen. Dazu verfügt das Fluidsteuerventil über eine entsprechende, nutzerbetätigbare Motoraktivierungsschnittstelle einer beliebigen herkömmlichen und daher vorliegend nicht weiter gezeigten Art, z.B. eine berührungsempfindliche Bedientastereinheit oder eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle zwischen dem Antriebsmotor 7 einerseits und einem nutzerseitigen Kommunikationsendgerät, wie einer Fernsteuerung, einem Smartphone oder dergleichen, andererseits. Der Antriebsmotor 7 kann je nach Bedarf dafür ausgelegt sein, das Scheibenanlageelement 6 stufenlos in beliebige Drehstellungen oder gestuft in eine vorgebbare Anzahl unterschiedlicher Drehstellungen verbringen und dort halten zu können, was dementsprechend eine stufenlose oder gestufte Einstellung der Taumelscheibe 9 in ihre jeweiligen Taumel- bzw. Kippstellung und damit in ihre jeweilige Ventilfunktionsstellung bedeutet. Für den Antriebsmotor 7 ist beispielsweise ein Schrittmotor oder Servomotor konventioneller Bauart verwendbar.
Zur fluiddichten Trennung von Antriebskammer 12 und Verteilerkammer 3 dient vorliegend eine mit einer Außenwandung des Ventilgehäuses 1 einteilige Trennwand 13. Alternativ kann zu diesem Zweck eine eigenständige Zwischenwand vorgesehen sein, die lösbar oder unlösbar mit dem Ventilgehäuse 1 verbunden ist.
In vorteilhaften Ausführungsformen beinhaltet das Fluidsteuerventil, wie beim gezeigten Ausführungsbeispiel, ein Getriebe 14, das über eine Drehwelle 15 des Scheibenanlageelements 6 an den Antriebsmotor 7 gekoppelt ist. Im gezeigten Beispiel ist das Getriebe 14 ein Untersetzungsgetriebe, in alternativen Ausführungen kann es ein Übersetzungsgetriebe sein.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel beinhaltet das Getriebe 14 ein motorseitiges erstes Zahnrad 16 mit Außenzahnkranz und ein drehfest auf der Drehwelle 15 des Scheibenanlageelements 6 sitzendes, mit dem ersten Zahnrad 16 kämmendes zweites Zahnrad 17 mit Außenzahnkranz, wobei die beiden Zahnräder 16, 17 mit zueinander parallelen Drehachsen angeordnet sind. In alternativen Ausführungen ist das Getriebe 14 in einer anderen an sich bekannten Weise unter Verwendung anderer Zahnräder und/oder von mehr als zwei Zahnrädern aufgebaut.
In entsprechenden Ausführungen beinhaltet das Fluidsteuerventil, wie beim gezeigten Beispiel, eine Wellendurchführungsdichtung 18, durch welche sich die Drehwelle 15 des Scheibenanlageelements 6 hindurch erstreckt und welche die Antriebskammer 12 gegenüber der Verteilerkammer 3 abdichtet. Auf diese Weise wird einerseits die Antriebskammer 12 von in der Verteilerkammer 3 befindlichem Fluid freigehalten und andererseits durch die Drehwelle 15 für die benötigte Kraftübertragung vom Antriebsmotor 7 in der Antriebskammer 12 zur Taumelscheibe 9 in der Verteilerkammer 3 gesorgt. In alternativen Ausführungen kann eine berührungslose, nicht-mechanische Kraftübertragung, z.B. über Magnetkräfte, durch eine geschlossene Trennwand zwischen Antriebskammer 12 und Verteilerkammer 3 hindurch vorgesehen sein, oder der Antriebsmotor 7 bildet mit seinem Motorgehäuse selbst die Antriebskammer 12 und ragt dann mit einer Abtriebswelle in die Verteilerkammer 3, in der sich dann auch das optionale Getriebe 14 befinden kann.
In insbesondere hinsichtlich Erzielung einer kompakten Bauform für das Fluidsteuerventil vorteilhaften Ausführungen sind, wie beim gezeigten Beispiel, eine Längsachse L_M des Antriebsmotors 7 und eine Längsachse L_w der Drehwelle 15, d.h. die Drehachse D, parallel angeordnet, alternativ schließen die beiden Längsachsen L_M , L_w einen spitzen Winkel kleiner als 30° ein. In anderweitigen Ausführungen sind Antriebsmotor 7 und Drehwelle 15 unter einem größeren Winkel zwischen ihren Längsachsen L_M , L_w angeordnet.
In vorteilhaften Ausführungen weist die Taumelscheibe 9, wie im gezeigten Beispiel, eine Durchführungsöffnung 19 auf, durch die sich die Drehwelle 15 hindurch erstreckt, und das Scheibenanlageelement 6 beinhaltet einen Taumelscheibenführungsabschnitt 6a. In einer optionalen Realisierung ist, wie in 4 gezeigt, der Taumelscheibenführungsabschnitt 6a mit einer um die Drehachse D umlaufenden Führungsschrägnut 20 versehen, in der die Taumelscheibe 9 mit einem Berandungsbereich 9a der Durchführungsöffnung 19 unter beidseitiger axialer Begrenzung geführt ist. Dabei bildet die zur Drehachse D schräge Scheibenanlagefläche 11 eine axiale Begrenzungsfläche der Führungsschrägnut 20 für die Taumelscheibe 9. Der Berandungsbereich 9a ist hierbei an seiner die Durchführungsöffnung 19 berandenden, radial nach innen gewandten Seite vorzugsweise wie gezeigt kegelstumpfförmig ausgebildet, um ausreichend Spielraum für die Taumelbewegung der Taumelscheibe 9 zu belassen.
Dies ist als eine insoweit gegenüber einer in 3 gezeigten Gestaltung modifizierte Gestaltung des Scheibenanlageelements 6, bei welcher der Taumelscheibenführungsabschnitt 6a, der einen gegenüber dem axial anschließenden Drehwellenabschnitt des Scheibenanlageelements 6 radial verbreiterten Bereich des Scheibenanlageelements 6 bildet, gegenüber der in 3 gezeigten Realisierung um einen in 4 gestrichelt wiedergegebenen Zusatzbeitrag 6b axial verlängert ausgeführt ist und in einem axial mittleren Bereich die umlaufende Führungsnut 20 aufweist. Dadurch kann neben der auch im Ausführungsbeispiel von 3 vorhandenen schrägen Scheibenanlagefläche 11 hier auch eine in der Führungsnut 20 axial gegenüberliegende Schrägfläche 11a als zur Drehachse D schräge Scheibenanlagefläche 11 fungieren, gegen welche die Taumelscheibe 9 zur Anlage kommen kann. Damit kann die in 4 untere Scheibenanlagefläche 11 ein axiales Wegbewegen der Taumelscheibe 9 in 4 nach unten verhindern. In beiden Fällen drückt ein von Fluid in der Verteilerkammer 3 ausgeübter Fluiddruck die Taumelscheibe 9 gegen die in den 3 und 4 obere schräge Scheibenanlagefläche 11 des Scheibenanlageelements 6 an, d.h. der Fluiddruck wirkt in den 3 und 4 axial nach oben, wodurch auch das oder die Absperrelemente 10, wenn sie sich in ihrer Absperrposition befinden, fluiddicht gegen die betreffende Mündungsöffnung 8 angedrückt werden.
In vorteilhaften Ausführungsformen beinhaltet das Fluidsteuerventil des Weiteren, wie im gezeigten Ausführungsbeispiel, eine Drehstellungserfassungseinheit 21 zur Erfassung der Drehstellung des Scheibenanlageelements 6. Die Drehstellungserfassungseinheit 21 ist von einer üblichen und daher hier nicht weiter erläuterten Bauart, z.B. unter Verwendung einer Gabellichtschranke, eines inkrementalen Drehgebers etc. Dies bietet die Möglichkeit, statt einer reinen Steuerung zur Einstellung der Drehwinkelstellung des Scheibenanlageelements 6 und damit der Taumelstellung bzw. Ventilfunktionsstellung der Taumelscheibe 9 eine Regelung vorzusehen, bei der die Ist-Drehstellung des Antriebsmotors 7 bzw. des Scheibenanlageelements 6 von der Drehstellungserfassungseinheit 21 erfasst und als Ist-Wert einer Motorregeleinheit rückgemeldet wird, die dann bei Bedarf durch entsprechende Ansteuerung des Antriebsmotors 7 eine Nachregelung auf einen vorgegebenen Sollwert vornimmt.
In entsprechenden Ausführungen ist das Ventilgehäuse 1, wie im gezeigten Beispiel, von zylindrischer Form, worunter vorliegend allgemein eine Form mit zwei gegenüberliegenden, im Wesentlichen planen Stirnseiten und einer zwischenliegenden, geschlossen um 360° umlaufenden Mantelfläche beliebigen Querschnitts zu verstehen ist. Die Fluidanschlüsse 2 sind umfangsseitig am Ventilgehäuse 1, d.h. an dessen Mantelfläche, ausgebildet Im gezeigten Beispiel sind spezieller die drei Fluidauslässe 2₂ , 2₃ , 2₄ auf einer ersten, in 1 linken Umfangshälfte angeordnet, und der Fluideinlass 2₁ ist auf der gegenüberliegenden, in 1 rechten Umfangshälfte angeordnet. Die Drehachse D des Scheibenanlageelements 6 ist hierbei vorzugsweise parallel zu einer Zylinderlängsachse L_V des Ventilgehäuses 1 orientiert. Stirnseitig schließt das Ventilgehäuse mit einem in 3 unteren Gehäusedeckel 1a und einem in 3 oberen Gehäusedeckel 1 b ab.
In vorteilhaften Realisierungen ist der Antriebsmotor 7, wie im gezeigten Ausführungsbeispiel, quer zur Zylinderachse L_V des Ventilgehäuses 1 gegenüber dem Scheibenanlageelement 6 und der Taumelscheibe 9 versetzt angeordnet, wie in 3 anhand des Querversatzes zwischen der Längsachse L_M des Antriebsmotors 7 und der Drehachse D des Scheibenanlageelements 6 zu erkennen. Des Weiteren sind das Getriebe 14 einerseits und die Taumelscheibe 9 andererseits vorzugsweise in zwei einander bezüglich einer Quermittenebene E_Q des Ventilgehäuses 1 axial gegenüberliegenden Zylinderhalbräumen des Ventilgehäuses 1 angeordnet.
Die oben erläuterten konstruktiven Anordnungsmaßnahmen ermöglichen eine sehr kompakte Bauform für das Fluidsteuerventil, insbesondere auch eine vergleichsweise kurze axiale Länge zwischen dem unteren Gehäusedeckel 1a und dem oberen Gehäusedeckel 1b.
In vorteilhaften Ausführungsformen weist die Taumelscheibe 9, wie im gezeigten Beispiel, einen Aussparungsbereich 9b auf, in dem sie gegenüber einem Außendurchmesser d_T radial zurückspringend gebildet ist. Dabei überlappt ein Aufnahmebereich 12a der Antriebskammer 12, in dem der Antriebsmotor 7 aufgenommen ist, in diesem Aussparungsbereich 9b der Taumelscheibe 9 mit deren Außendurchmesser d_T . Dies trägt ergänzend zur Erzielung einer kompakten Bauform des Fluidsteuerventils bei. Außerdem kann dadurch dieser durch die Trennwand 13 von der Verteilerkammer 3 getrennte Aufnahmebereich 12a der Antriebskammer 12 bei Bedarf als Verdrehsicherung für die an der Drehwelle 15 des Scheibenanlageelements 6 gehaltene bzw. geführte Taumelscheibe 9 dienen.
Im gezeigten Beispiel ist die Taumelscheibe 9 dreizackförmig gebildet und weist dadurch drei derartige Aussparungsbereiche auf, wobei in die beiden anderen Aussparungsbereiche im Wesentlichen konform zu diesen gestaltete Wandungsteile 22 verdrehsichernd eingreifen, die von der umfangsseitigen Außenwandung des Ventilgehäuses 1 nach innen in die Verteilerkammer 3 hinein vorstehen und bei Bedarf zusätzliche Funktionen erfüllen können, z.B. zum Befestigen des unteren Gehäusedeckels 1a.
Wie die gezeigten und die weiteren oben erläuterten Ausführungsbeispiele deutlich machen, stellt die Erfindung ein vorteilhaftes Fluidsteuerventil zur Verfügung, das einen hohen Nutzerbedienkomfort und eine flexible und zuverlässige Ventilsteuerungsfunktionalität bietet. Das Fluidsteuerventil ist in vielfältiger Weise für sanitäre und nichtsanitäre Anwendungen einsetzbar, z.B. als Umstellventil, Mischventil oder Absperrventil in Sanitärarmaturen und Sanitärbrausen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102017223395 B3 [0007]
DE 1205786 A [0008]
DE 102017101787 A1 [0009]

Claims

Fluidsteuerventil mit - einem Ventilgehäuse (1) mit mindestens drei Fluidanschlüssen (2), - einer Verteilerkammer (3) im Ventilgehäuse, - einem Ventilsitz (4), der sich angrenzend an die Verteilerkammer im Ventilgehäuse befindet und Mündungsöffnungen (8) zur Verteilerkammer für eine Mehrzahl der Fluidanschlüsse aufweist, und - einem Ventilschließkörper (5) im Ventilgehäuse, der eine taumelbeweglich zwischen mehreren Ventilfunktionsstellungen in der Verteilerkammer angeordnete Taumelscheibe (9) und an der Taumelscheibe angeordnete Absperrelemente (10) umfasst, mit denen sie in ihren verschiedenen Ventilfunktionsstellungen die Mündungsöffnungen unterschiedlich freigibt und/oder absperrt, und - einem um eine Drehachse (D) drehbeweglichen Scheibenanlageelement (6) mit einer zur Drehachse schrägen Scheibenanlagefläche (11), gegen welche die Taumelscheibe anliegt, gekennzeichnet durch - einen nutzerbetätigt aktivierbaren elektrischen Antriebsmotor (7), der als Drehantrieb für das Scheibenanlageelement (6) eingerichtet und in einer von der Verteilerkammer (3) fluiddicht getrennten Antriebskammer (12) im Ventilgehäuse angeordnet ist.
Fluidsteuerventil nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch ein Getriebe (14), über das eine Drehwelle (15) des Scheibenanlageelements an den Antriebsmotor gekoppelt ist.
Fluidsteuerventil nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein motorseitiges erstes Zahnrad (16) mit Außenzahnkranz und ein drehfest auf der Drehwelle des Scheibenanlageelements sitzendes, mit dem ersten Zahnrad kämmendes zweites Zahnrad (17) mit Außenzahnkranz aufweist, wobei das erste und das zweite Zahnrad mit zueinander parallelen Drehachsen angeordnet sind.
Fluidsteuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter gekennzeichnet durch eine Wellendurchführungsdichtung (18), durch welche sich eine Drehwelle (15) des Scheibenanlageelements hindurch erstreckt und welche die Antriebskammer gegenüber der Verteilerkammer abdichtet.
Fluidsteuerventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor und die Drehwelle mit parallelen oder einen spitzen Winkel kleiner als 30° einschließenden Längsachsen (L_M, L_W) angeordnet sind.
Fluidsteuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelscheibe eine Durchführungsöffnung (19) aufweist, durch die sich die Drehwelle hindurch erstreckt, und das Scheibenanlageelement einen Taumelscheibenführungsabschnitt (6a) mit einer um die Drehachse umlaufenden Führungsschrägnut (20) aufweist, in der die Taumelscheibe mit einem Berandungsbereich (9a) der Durchführungsöffnung unter beidseitiger axialer Begrenzung geführt ist, wobei die zur Drehachse schräge Scheibenanlagefläche eine axiale Begrenzungsfläche der Führungsschrägnut für die Taumelscheibe bildet.
Fluidsteuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter gekennzeichnet durch eine Drehstellungserfassungseinheit (21) zur Erfassung der Drehstellung des Scheibenanlageelements.
Fluidsteuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse von zylindrischer Form ist, die Fluidanschlüsse umfangsseitig am Ventilgehäuse ausgebildet sind und die Drehachse des Scheibenanlageelements parallel zu einer Zylinderlängsachse (L_V) des Ventilgehäuses orientiert ist.
Fluidsteuerventil nach Anspruch 8, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor quer zur Zylinderlängsachse des Ventilgehäuses gegenüber dem Scheibenanlageelement und der Taumelscheibe versetzt angeordnet ist und das Getriebe einerseits und die Taumelscheibe andererseits in zwei einander bezüglich einer Quermittenebene (E_Q) des Ventilgehäuses axial gegenüberliegenden Zylinderhalbräumen des Ventilgehäuses angeordnet sind.
Fluidsteuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelscheibe einen Aussparungsbereich (9b) aufweist, in dem sie gegenüber einem Außendurchmesser (d_T) radial zurückspringend gebildet ist, und ein Aufnahmebereich (12a) der Antriebskammer, in dem der Antriebsmotor aufgenommen ist, mit dem Außendurchmesser der Taumelscheibe in dem Aussparungsbereich überlappt.