DE102022122545A1

DE102022122545A1 - Ventil

Info

Publication number: DE102022122545A1
Application number: DE102022122545.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Fangmeier; Philipp Oehler; Matthias Hauth; Burkhard Meyer
Original assignee: Neoperl GmbH
Current assignee: Neoperl GmbH
Priority date: 2022-09-06
Filing date: 2022-09-06
Publication date: 2024-03-07

Abstract

Es wird vorgeschlagen, dass bei einem Ventil (1), wobei das Ventil (1) einen axial beweglichen Kolben (2) aufweist, wobei der Kolben (2) in einem Ventilsitz (3) angeordnet ist, wobei der Kolben (2) eine umlaufende Nut (6) mit einem Nutgrund (7) aufweist, in welcher ein Dichtring (12) angeordnet ist, zumindest in einer axialen Schnittebene ein Abstand zwischen einer Kolbenachse (10) und dem Nutgrund (7) in einem Axialbereich (21) um einen Kontaktpunkt (13) zwischen dem Dichtring (12) und dem Nutgrund (7) mindestens zwei verschiedene Werte einnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil, wobei das Ventil einen axial beweglichen Kolben aufweist, wobei der Kolben in einem Ventilsitz angeordnet ist, wobei der Kolben eine umlaufende Nut mit einem Nutgrund aufweist, in welcher ein Dichtring angeordnet ist. Ein derartiges Ventil findet in der Praxis vielfach Anwendung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil mit verbesserten Gebrauchseigenschaften und Dichteigenschaften zu schaffen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Zur Lösung der genannten Aufgabe sind erfindungsgemäß die Merkmale von Anspruch 1 vorgesehen. Insbesondere wird somit zur Lösung der genannten Aufgabe bei einem Ventil der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zumindest in einer axialen Schnittebene ein Abstand zwischen einer Kolbenachse und dem Nutgrund in einem Axialbereich um einen zwischen dem Dichtring und dem Nutgrund ausgebildeten Kontaktpunkt mindestens zwei verschiedene Werte einnimmt. Somit können die Dichteigenschaften des Ventils verbessert werden. Somit ist auch eine indifferente Gleichgewichtslage des Dichtrings am Nutgrund, die mehrere gleichberechtigte Positionierungen des Dichtrings zulässt, vermeidbar.
Insbesondere lassen sich somit sehr kleine lokale Verschiebungen des Dichtrings vermeiden, die eine Minderung der Dichtigkeit zur Folge hätten.
Das Ventil ist bevorzugt als Sanitärventil ausgebildet und findet Anwendung im Sanitärbereich, beispielsweise in einer Küche, einer Toilette und/oder einem Badezimmer.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zwei verschiedenen Werte auf unterschiedlichen Seiten des Kontaktpunkts liegen. Somit kann die Lebensdauer des Dichtrings erhöht werden, da der Kontakt zwischen dem Nutgrund und möglichen Fehlstellen des Dichtrings minimiert wird. Die zwei verschiedenen Werte können alternativ auf der gleichen Seite des Kontaktpunkts liegen. Derartige Fehlstellen können sich beispielsweise an einem Äquator ergeben, insbesondere bei einer Ausbildung des Dichtrings als O-Ring. Es hat sich herausgestellt, dass am Äquator, der häufig mit einer Werkzeugtrennlinie zusammenfällt, bei einem Entfernen von Überständen Teile oder Stückchen ausbrechen können. Durch derartige Ausbrüche kann eine Dichtwirkung gemindert sein. Die Ausgestaltung macht es möglich, dass der Dichtring jenseits seines Äquators aufliegt. Somit kann erreicht werden, dass Fehlstellen auf eine Dichtigkeit keine oder nur eine geringe Auswirkung haben.
Bei einem Ventil der eingangs beschriebenen Art kann alternativ oder zusätzlich zur der vorangehenden Lösung erfindungsgemäß zur Lösung der genannten Aufgabe vorgesehen sein, dass eine Kontur des Nutgrunds in einem, beispielsweise dem bereits erwähnten, Axialbereich eine eindeutige Ruhelage des Dichtrings an dem Nutgrund definiert. Somit kann die Zuverlässigkeit der Dichtleistung des Dichtrings erhöht werden. Bevorzugt ist der Axialbereich ein zweiter Kontaktpunkt.
Als Axialbereich kann beispielsweise ein Bereich verstanden werden, welcher um einen, beispielsweise den bereits erwähnten, Kontaktpunkt zwischen dem Dichtring und dem Nutgrund in axialer Richtung aufgespannt wird.
Bevorzugt ist die Ruhelage entlang eines vollständigen Umlaufs des Dichtrings um den Kolben ausgebildet. Somit kann die mechanische Herstellung des Kolbens samt Nut verbessert werden.
Bei einem Ventil der eingangs beschriebenen Art kann alternativ oder zusätzlich zu den vorangehenden Lösungen erfindungsgemäß zur Lösung der genannten Aufgabe vorgesehen sein, dass zumindest in einer axialen Schnittebene eine Verbindungslinie zwischen einem, beispielsweise dem bereits erwähnten, Kontaktpunkt und einem Berührungspunkt, wobei der Kontaktpunkt zwischen dem Nutgrund und dem Dichtring ausgebildet ist und der Berührungspunkt zwischen dem Dichtring und dem Ventilsitz ausgebildet ist, eine Gerade bildet, welche durch ein Zentrum einer Schnur des Dichtrings verläuft. Somit kann die Positionierung des Dichtrings bei einer statischen oder einer dynamischen Beanspruchung verbessert werden, und die Dichtleistung kann sich erhöhen.
Hierbei kann das Zentrum beispielsweise durch ein Gebiet charakterisiert sein, dass sich mit einem Radius von nicht mehr als 10%, insbesondere nicht mehr als 5%, einer Schnurstärke des Dichtrings und/oder mit einem Radius von höchstens einem Fünffachen, insbesondere höchstens einem Doppelten, einer Fertigungstoleranz des Dichtrings um einen Schnurmittelpunkt des Dichtrings erstreckt. Eine derartige Ausbildung des Zentrums und Anordnung des Kontaktpunktes und des Berührungspunktes hat sich als besonders vorteilhaft für die Dichtleistung des Dichtrings erwiesen. Es ist somit auch eine Führung einer Kraftlinie zwischen den Punkten, an denen der Dichtring beim Dichten eingespannt ist, nahebei des Mittelpunkts oder durch den Mittelpunkt erreichbar. Dies kann eine Abstützung verbessern.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Axialbereich nicht größer ist als ein Viertel einer axialen Erstreckung des Dichtrings und zusätzlich oder alternativ, dass der Axialbereich beliebig klein wählbar ist. Bevorzugt ist der Axialbereich nicht größer als ein Achtel einer axialen Erstreckung des Dichtrings. Somit können Vorspannungen auf den Dichtring besser kontrolliert und eingestellt werden. Es sind somit auch ausreichend kleine Strukturen bereitstellbar, welche eine Lage des Dichtrings definieren.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Rückstellelement auf den Kolben wirkt. Bevorzugt ist das Rückstellelement eine Feder. Somit kann das Ventil als Rückflussverhinderer, beispielsweise als RV-Patrone, verwendet werden. Rückflussverhinderer werden verwendet um ungewollten Rückfluss, beispielsweise von verbrauchtem Wasser, zu verhindern oder druckempfindliche Anlagen bei schwankendem Systemdruck zu schützen. Die Öffnungs- und Schließrichtung des Kolbens kann entlang einer Kolbenachse verlaufen. Die Kolbenachse kann parallel zu Strömungslinien eines Wasserdurchflusses verlaufen, insbesondere der Strömungsrichtung.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Ventilsitz eine Gegenkontaktfläche aufweist, an welcher der Dichtring anliegt. Bevorzugt liegt der Dichtring an der Gegenkontaktfläche dicht an. Somit kann die Dichtleistung des Dichtrings erhöht werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Gegenkontaktfläche schräg und zusätzlich oder alternativ gekrümmt zu der Kolbenachse angeordnet ist. Somit kann eine mechanische Belastung auf den Dichtring verringert und die Lebensdauer des Dichtrings erhöht werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Nutgrund eine Zone aufweist, welche mit der Gegenkontaktfläche einen Winkel nicht größer als 20° einschließt. Bevorzugt ist der Winkel nicht größer als 10°. Besonders bevorzugt ist der Winkel nicht größer als 5°. Somit kann die Positionierung des Dichtrings eingestellt werden. Die Erfindung hat hier erstmals erkannt, dass eine derartige Ausbildung des Winkels besonders vorteilhaft ist. Es ist somit auch ein Einspannen des Dichtrings zwischen parallelen oder annähernd parallelen Flächen erreichbar. Dies kann materialschonend sein.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Nutgrund über eine Ausnehmung verfügt, sodass ein Äquator der Schnur des Dichtrings kontaktfrei bleibt. Als Schnur des Dichtrings kann der runde oder ovale Querschnitt des Dichtrings bezeichnet werden. Die Ausnehmung kann beispielsweise als Kontakt zweier Ebenen ausgebildet sein, wobei die Normalvektoren der Ebenen in einem stumpfen oder einem spitzen Winkel zulaufen. Ein spitzer Winkel ist definiert als Winkel zwischen 0° und 90°. Ein stumpfer Winkel ist definiert als Winkel zwischen 90° und 180°. Die Ausnehmung kann alternativ als Nut ausgebildet sein, wobei die Nuttiefe konstant ist. Die Ausnehmung kann alternativ als Nut ausgebildet sein, wobei die Nuttiefe nicht-konstant, insbesondere variabel, ist. Somit kann durch die konstruktive Ausgestaltung der Ausnehmung erreicht werden, dass der Äquator der Schnur des Dichtrings kontaktfrei bleibt und keine Belastungen auf eventuelle Fehlstellen des Dichtrings auftreten. Es ist im Stand der Technik nämlich häufig so, dass durch den Fertigungsprozess eines Dichtrings Fehlstellen oder Stellen mit verminderter mechanischer Stabilität im Bereich des Äquators der Schnur des Dichtrings auftreten. Die hier vorgeschlagene Konstruktion soll die Belastung auf derartige Fehlstellen verringern oder gänzlich verhindern.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Nutgrund über mindestens eine Stufe verfügt, welche den Dichtring kontaktiert. Bevorzugt ist die Stufe abgerundet. Somit kann eine verbesserte Positionierung des Dichtrings innerhalb der Nut erreicht werden.
Die Stufe kann an einer der beiden Kontaktstellen zwischen einer Nutwand und dem Nutgrund ausgebildet sein. Als Nutwand wird der Bereich der Nut bezeichnet, welcher orthogonal zu der obig definierten Kolbenachse ausgebildet ist. Als Nutgrund wird der Bereich der Nut definiert, welcher durch die Nutwände begrenzt wird. Die Nutwände sind der letzte Konturabschnitt vor dem Äußeren des Kolbens.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Nutgrund einen Krümmungsradius aufweist, welcher größer ist als ein Krümmungsradius der Schnur des Dichtrings. Somit kann ein belastungsarmes Abrollen oder Abgleiten des Dichtrings entlang des Nutgrunds erreicht werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Nutgrund eine Schräge aufweist, welche mit der Kolbenachse einen Winkel kleiner als 45° und zusätzlich oder alternativ einen Winkel größer als 0° einschließt. Bevorzugt ist der Winkel größer als 5°. Somit kann die mechanische Belastung des Dichtrings verringert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Antrieb des Kolbens über eine Antriebsvorrichtung erreicht wird. Bevorzugt ist die Antriebsvorrichtung ein Schraubantrieb und zusätzlich oder alternativ ein hydraulischer Antrieb. Somit kann ein zuverlässiger und wartungsarmer Antrieb des Kolbens bereitgestellt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmung muldenförmig oder in einem Winkel zulaufend ist, insbesondere wobei der Winkel kleiner als 180° ist. Bevorzugt ist der Winkel kleiner als 175°. Somit kann eine mechanische Konstruktion bereitgestellt werden, die einfach und günstig in der Herstellung ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Dichtring als Rund- und zusätzlich oder alternativ als Ovalschnurring ausgebildet ist. Bevorzugt ist der Dichtring als O-Ring ausgebildet. Somit kann ein Dichtring bereitgestellt werden, welche kostengünstig herstellbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Dichtring an mindestens einer Nutwand kontaktfrei bleibt. Bevorzugt ist die Nutwand orthogonal zu der Kolbenachse angeordnet. Die Nutwand kann als letzter Konturabschnitt vor dem Außenbereich der Nut angesehen werden. Somit kann eine verbesserte Dichtleistung, insbesondere in dynamischen Anwendungen, erreicht werden.
Bei einem Ventil der eingangs beschriebenen Art kann alternativ oder zusätzlich zu den vorangehenden Lösungen erfindungsgemäß zur Lösung der genannten Aufgabe vorgesehen sein, dass zumindest im geschlossenen Zustand des Ventils ein Kontaktpunkt zwischen dem Dichtring und dem Nutgrund beabstandet zu einem Äquator des Dichtrings angeordnet ist. Als Äquator wird die Linie der Schnur des Dichtrings bezeichnet, welche durch den Mittelpunkt der Schnur des Dichtrings verläuft und orthogonal zu der Kolbenachse des Kolbens angeordnet ist. Somit kann die Belastung auf mögliche Fehlstellen des Dichtrings, welche durch den Herstellungsprozess bedingt sind und häufig am Äquator vorkommen, reduziert werden.
Die Erfindung wird nun anhand einiger weniger Ausführungsbeispiele näher beschrieben, ist jedoch nicht auf diese wenigen Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Erfindungsvarianten und Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination der Merkmale einzelner oder mehrerer Schutzansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen der Ausführungsbeispiele und/oder der zuvor beschriebenen Varianten erfindungsgemäßer Vorrichtungen.
Es zeigt:

1 ein Ventil in einer perspektivischen Ansicht und
2 ein Ventil aus dem Stand der Technik in einer Schnittdarstellung und
3 ein erfindungsgemäßes Ventil in einer Schnittdarstellung und dazugehörende vergrößerte Detailansicht und
4 das Ventil aus 3 in einer Schnittdarstellung ohne dargestellten Antrieb und
5 eine Detailansicht einer Nutgeometrie eines erfindungsgemäßen Ventils in einer Schnittdarstellung und
6 eine Detailansicht einer weiteren Nutgeometrie eines erfindungsgemäßen Ventils in einer Schnittdarstellung und
7 eine Detailansicht einer weiteren Nutgeometrie eines erfindungsgemäßen Ventils in einer Schnittdarstellung und
8 eine Detailansicht einer weiteren Nutgeometrie eines erfindungsgemäßen Ventils in einer Schnittdarstellung und
9 eine Detailansicht der Nutgeometrie des Ventils aus 7 in einer Schnittdarstellung und mit einem vorherrschenden Rückdruck.

Bei der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung erhalten in ihrer Funktion übereinstimmende Elemente auch bei abweichender Gestaltung oder Formgebung übereinstimmende Bezugszahlen.
Zur besseren Übersicht sind in den Figuren nicht alle Bezugszeichen gesetzt, obwohl die Elemente sehr wohl in den Figuren vorhanden sein können. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen jedoch funktionell und/oder konstruktiv gleiche Bauteile und Funktionseinheiten.
1 zeigt ein Ventil 1 in einer perspektivischen Ansicht.
Das Ventil 1 verfügt über einen axial beweglichen Kolben 2, wobei der Kolben 2 in einem Ventilsitz 3 angeordnet ist. Das Ventil 1 verfügt des Weiteren über einen Ventilkörper 4. Ein Rückstellelement 5 wirkt auf den Kolben 2. Das Ventil 1 ist bevorzugt als Sanitärventil im Sanitärbereich ausgebildet. Das Rückstellelement 5 ist bevorzugt als Feder ausgebildet.
2 zeigt ein Ventil 1 aus dem Stand der Technik in einer Schnittdarstellung.
Das Ventil 1 verfügt über einen axial beweglichen Kolben 2, wobei der Kolben 2 in einem Ventilsitz 3 angeordnet ist. Das Ventil 1 verfügt des Weiteren über einen Ventilkörper 4. Ein Rückstellelement 5 wirkt auf den Kolben 2. Der Kolben 2 weist eine umlaufende Nut 6 auf, welche über einen Nutgrund 7 verfügt. Der Nutgrund 7 wird durch Nutwände 8, 9 begrenzt. Die Nutwände 8, 9 sind orthogonal zu einer Kolbenachse 10 angeordnet. Die Kolbenachse 10 ist parallel zu einer Strömungsrichtung 11 angeordnet. Die Strömungsrichtung 11 wird durch einen Pfeil dargestellt. Als axiale Richtung wird die Richtung entlang der Strömungsrichtung 11 bezeichnet. Als radiale Richtung wird die Richtung orthogonal zur Strömungsrichtung 11 bezeichnet. In der Nut 6 ist ein Dichtring 12 angeordnet. Der Dichtring 12 berührt den Nutgrund 7 in einem Kontaktpunkt 13. Im Stand der Technik ist es so, dass die Nut 6 typischerweise eine rechteckförmige Geometrie aufweist; das heißt, dass der Abstand zwischen dem Nutgrund 7 und der Kolbenachse 10 konstant ist. Dies kann zu ungewollten Belastungen auf den Dichtring 12 führen und zu Problemen bei der Einstellbarkeit des Öffnungs- und Schließdruckes des Ventils 1 führen. Die Erfindung setzt hier an und möchte die Nachteile aus dem Stand der Technik umgehen beziehungsweise beheben.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Ventil 1 in einer Schnittdarstellung und eine dazugehörende vergrößerte Detailansicht.
Das Ventil 1 hat hier ähnliche Elemente wie das Ventil 1 der 2, wobei 2 den Stand der Technik darstellt, und werden hier nicht gesondert beschrieben.
Der Kolben 2 ist in dem Ventilsitz 3 angeordnet. Der Dichtring 12 wird von außen von einer Gegenkontaktfläche 13a an einem Berührungspunkt 20 kontaktiert, wobei die Gegenkontaktfläche 13a zum Ventilsitz 3 gehört und schräg zu der Kolbenachse 10 angeordnet ist. Alternativ kann die Gegenkontaktfläche 13a gekrümmt sein. 3 unterscheidet sich von 2 dadurch, dass die Nut 6 über eine alternative Nutgeometrie verfügt. Der Nutgrund 7 umfasst zwei Flächen, welche in einem Winkel einander zulaufen. Bevorzugt ist der Winkel kleiner als 180°, besonders bevorzugt kleiner als 175°. Im Kontaktbereich der zwei Flächen und zwischen dem Kontaktbereich der zwei Flächen um dem Dichtring 12 wird eine Ausnehmung 14 geformt. Der Dichtring 12 kontaktiert den Nutgrund 7 an zwei Kontaktpunkten 13, welche sich jeweils oberhalb und unterhalb der Ausnehmung 14 befinden. Die Begriffe oberhalb und unterhalb sind in Bezug zur Strömungsrichtung zu verstehen. Der Dichtring 12 kontaktiert hierbei nicht die Nutwände 8, 9. Der Dichtring 12 kontaktiert des Weiteren die Gegenkontaktfläche 13a des Ventilsitzes 3 am Berührungspunkt 20. Der Dichtring 12 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Rundschnurring, vorzugsweise als O-Ring, ausgebildet. Durch die Ausbildung der Ausnehmung 14, welche in dem oben genannten Winkel zulaufend ist, wird gewährleistet, dass kein Kontakt zwischen dem Nutgrund 7 und dem Dichtring 12 in einem Bereich des Äquators der Schnur des Dichtrings 12 besteht, wobei in dem Bereich des Äquators der Schnur des Dichtrings 12 sich häufig Fehlstellen aufgrund des Herstellprozesses von Dichtringen 12 befinden. Die Erfindung schafft hier somit eine Abhilfe.
Der Nutgrund 7 weist eine Zone auf, welche mit der Gegenkontaktfläche 13a einen Winkel nicht größer als 20°, bevorzugt einen Winkel nicht größer als 10°, besonders bevorzugt einen Winkel nicht größer als 5°, einschließt.
4 zeigt das Ventil 1 aus 3 in einer Schnittdarstellung ohne explizit dargestellten Antrieb 15.
Der Antrieb 15 des Kolbens 2 kann beispielsweise ein Schraubantrieb und zusätzlich oder alternativ ein hydraulischer Antrieb sein. Der Schraubantrieb kann mechanisch und zusätzlich oder alternativ elektrisch anfahrbar sein und die Position des Kolbens 2 verstellen. Der hydraulische Antrieb kann durch eine hydraulische Kraft charakterisiert sein, welche den Kolben 2 verstellen kann. Es sind auch alternative Antriebe 15 denkbar.
5 zeigt eine Detailansicht einer Nutgeometrie eines erfindungsgemäßen Ventils 1 in einer Schnittdarstellung.
Der Abstand zwischen dem Nutgrund 7 und der Kolbenachse 10 ist hier variabel. Der Nutgrund 7 umfasst hier drei Bereiche: ein Schrägbereich 16, in welchem der Nutgrund 7 schräg zur Kolbenachse 10 angeordnet ist, ein Konstantbereich 17, in welchem der Nutgrund 7 parallel zur Kolbenachse 10 angeordnet ist, und ein Stufenbereich 18, in welchem eine Stufe 19 ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Stufe 19 abgerundet. In Strömungsrichtung 11 ist die Abfolge der Bereiche folgend: Schrägbereich 16, Konstantbereich 17, Stufenbereich 18. Der Dichtring 12 kontaktiert den Nutgrund 7 an zwei Kontaktpunkten 13, wobei einer der zwei Kontaktpunkte 13 sich im Schrägbereich 16 befindet und der andere der zwei Kontaktpunkte 13 sich im Stufenbereich 18 befindet. Der Dichtring 12 kontaktiert den Ventilsitz 3 an der Gegenkontaktfläche 13a in dem Berührungspunkt 20. Die Gegenkontaktfläche 13a ist schräg zur Kolbenachse 10 angeordnet. Die Gegenkontaktfläche 13a kann alternativ gekrümmt sein.
Im Schrägbereich 16 weist der Nutgrund 7 eine Schräge auf, welche mit der Kolbenachse 10 einen Winkel kleiner 45° und zusätzlich oder alternativ einen Winkel größer 0°, bevorzugt einen Winkel größer als 5°, einschließt.
Die Normalvektoren des Nutgrundes 7 im Schrägbereich 16 und der Gegenkontaktfläche 13a schließen einen Winkel ein, welcher stumpf ist.
Die Nutwände 8, 9 sind im Bezug zu dem Dichtring 12 kontaktfrei. Die Anordnung der Kontaktpunkte 13 sorgt dafür, dass die mechanische Belastung des Dichtrings 12 relativ gering ist.
6 zeigt eine Detailansicht einer weiteren Nutgeometrie eines erfindungsgemäßen Ventils 1 in einer Schnittdarstellung.
Die Nut 6 verfügt über die Nutwände 8, 9 und den Nutgrund 7. Der Nutgrund 7 umfasst hier drei Bereiche: den Stufenbereich 18, in welchem die Stufe 19 ausgebildet ist, welche bevorzugt abgerundet ist, den Konstantbereich 17, in welchem der Nutgrund 7 parallel zur Kolbenachse 10 angeordnet ist, und den Schrägbereich 16, in welchem der Nutgrund 7 schräg zur Kolbenachse 10 angeordnet ist. Der Nutgrund 7 weist eine Zone (in vorliegenden Fall den Schrägbereich 16) auf, welche mit der Gegenkontaktfläche 13a einen Winkel nicht größer als 20°, bevorzugt einen Winkel nicht größer als 10°, besonders bevorzugt einen Winkel nicht größer als 5°, einschließt. Die Gegenkontaktfläche 13a ist schräg zur Kolbenachse 10 angeordnet. Die Gegenkontaktfläche 13a kann alternativ gekrümmt sein. In Strömungsrichtung 11 ist die Abfolge der Bereiche folgend: Stufenbereich 18, Konstantbereich 17, Schrägbereich 16. Der Dichtring 12 kontaktiert den Nutgrund 7 an zwei Kontaktpunkten 13, wobei der eine Kontaktpunkt 13 im Stufenbereich 18 und der andere Kontaktpunkt 13 im Schrägbereich 16 ist.
Der Dichtring 12 kontaktiert den Ventilsitz 3 an der Gegenkontaktfläche 13a im Berührungspunkt 20. Die Normalvektoren des Nutgrundes 7 im Schrägbereich 16 und der Gegenkontaktfläche 13a schließen einen Winkel ein, welcher spitz ist. Ein spitzer Winkel definiert einen Winkel zwischen 0° und 90°. Ein stumpfer Winkel definiert einen Winkel zwischen 90° und 180°.
Eine Verbindungslinie zwischen dem Kontaktpunkt 13, welcher im Schrägbereich 16 liegt und zwischen dem Nutgrund 7 und dem Dichtring 12 ausgebildet ist, und dem Berührungspunkt 20 bildet eine Gerade welche durch ein Zentrum der Schnur des Dichtrings 12 verläuft.
Hierbei kann das Zentrum beispielsweise durch ein Gebiet charakterisiert sein, dass sich mit einem Radius von nicht mehr als 10%, insbesondere nicht mehr als 5%, einer Schnurstärke des Dichtrings 12 und/oder mit einem Radius von höchstens einem Fünffachen, insbesondere höchstens einem Doppelten, einer Fertigungstoleranz des Dichtrings 12 um einen Schnurmittelpunkt des Dichtrings 12 erstreckt.
Die Nutwände 8, 9 sind im Bezug zu dem Dichtring 12 kontaktfrei. Die Anordnung der Kontaktpunkte 13 sorgt dafür, dass die mechanische Belastung des Dichtrings 12 relativ gering ist.
7 zeigt eine Detailansicht einer weiteren Nutgeometrie eines erfindungsgemäßen Ventils 1 in einer Schnittdarstellung.
Der Abstand zwischen dem Nutgrund 7 und der Kolbenachse 10 (nur schematisch dargestellt) ist variabel. Der Dichtring 12 kontaktiert den Nutgrund 7 in dem Kontaktpunkt 13. Ein Krümmungsradius des Nutgrundes 7 ist größer als ein Krümmungsradius der Schnur des Dichtrings 12. Der Dichtring 12 kontaktiert zusätzlich die Gegenkontaktfläche 13a des Ventilsitzes 3. Die Gegenkontaktfläche 13a ist schräg zur Kolbenachse 10 angeordnet. Die Gegenkontaktfläche 13a kann alternativ gekrümmt ausgebildet sein. Die Nutwände 8, 9 sind im Bezug zum Dichtring 12 kontaktfrei. Der Dichtring 12 kann in einem dynamisch belasteten Zustand an dem gekrümmten Nutgrund 7 abgleiten. Die spezielle hier beschriebene Konstruktion der Nutgeometrie hat den Vorteil, dass der Dichtring 12 nur geringfügig belastet wird, was seine Lebensdauer erhöhen kann. Um den Kontaktpunkt 13 kann ein Axialbereich 21 definiert werden, in welchem der Abstand zwischen der Kolbenachse 10 und dem Nutgrund 7 mindestens zwei verschiedene Werte einnimmt. Der Axialbereich 21 kann beliebig um den Kontaktpunkt 13 gelegt werden, sowohl symmetrische Anordnungen zum Kontaktpunkt 13 als auch nicht-symmetrische Anordnungen zum Kontaktpunkt 13 sind möglich.
Die Nut 6 verfügt über einen gekrümmten Bereich 19a.
8 zeigt eine Detailansicht einer weiteren Nutgeometrie eines erfindungsgemäßen Ventils 1 in einer Schnittdarstellung. 8 zeigt eine annähernd ähnliche Nutgeometrie wie 7.
Der Abstand zwischen dem Nutgrund 7 und der Kolbenachse 10 (hier schematisch dargestellt) ist variabel. Der Nutgrund 7 umfasst zwei gekrümmte Bereiche 19a, 19b. Die Krümmungsradien des gekrümmten Bereichs 19a und des gekrümmten Bereichs 19b sind gleich groß. Der Krümmungsradius der gekrümmten Bereiche 19a, 19b ist größer als der Krümmungsradius der Schnur des Dichtrings 12.
Der Nutgrund 7 verfügt über eine Ausnehmung 14, an welcher der Äquator der Schnur des Dichtrings 12 kontaktfrei bleibt. Dies ist der Hauptunterschied zwischen 7 und 8. Die Ausnehmung 14 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel muldenförmig ausgebildet. Die Ausnehmung 14 kann alternativ keilförmig oder winkelig ausgebildet sein. Die Ausnehmung 14 kann alternativ teilkreisförmig sein. Die Ausnehmung 14 ist zwischen dem gekrümmten Bereich 19a und dem gekrümmten Bereich 19b angeordnet.
Der Dichtring 12 kontaktiert den Nutgrund 7 am gekrümmten Bereich 19a und dem gekrümmten Bereich 19b. Der Dichtring 12 kontaktiert zusätzlich am Berührungspunkt 20 die Gegenkontaktfläche 13a, welche schräg zur Kolbenachse 10 angeordnet ist. Die Gegenkontaktfläche 13a kann alternativ gekrümmt ausgebildet sein. Die Nutwände 8, 9 bleiben im Bezug zum Dichtring 12 kontaktfrei.
Das Design der Nutgeometrie im vorliegenden Ausführungsbeispiel sorgt dafür, dass die mechanischen Belastungen auf den Dichtring 12 in statischen oder dynamischen Zuständen minimiert werden.
9 zeigt eine Detailansicht der Nutgeometrie des Ventils 1 aus 7 in einer Schnittdarstellung.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel herrscht ein Rückdruck vor. Der Dichtring 12 kontaktiert hierbei den Nutgrund 7 in dem Kontaktpunkt 13 und die Nutwand 9. Die andere Nutwand 8 bleibt im Bezug zum Dichtring 12 kontaktfrei. Der Dichtring 12 kontaktiert zusätzlich die Gegenkontaktfläche 13a an dem Berührungspunkt 20. Die Gegenkontaktfläche 13a ist schräg zur Kolbenachse 10 (schematisch dargestellt) ausgebildet. Die Gegenkontaktfläche 13a kann alternativ gekrümmt ausgebildet sein. Der Rückdruck ist charakterisiert durch einen Druck welcher entgegen dem typischerweise vorherrschenden Strömungsdruck wirkt. Dies kann beispielsweise in einem Rückflussverhinderer der Fall sein.
Die Nut 6 verfügt über den gekrümmten Bereich 19a.
Es wird vorgeschlagen, dass bei einem Ventil 1, wobei das Ventil 1 einen axial beweglichen Kolben 2 aufweist, wobei der Kolben 2 in einem Ventilsitz 3 angeordnet ist, wobei der Kolben eine umlaufende Nut 6 mit einem Nutgrund 7 aufweist, in welcher ein Dichtring 12 angeordnet ist, zumindest in einer axialen Schnittebene ein (ortsabhängiger) Abstand zwischen einer Kolbenachse 10 und dem Nutgrund 7 in einem Axialbereich 21 um einen Kontaktpunkt 13 zwischen dem Dichtring 12 und dem Nutgrund 7 mindestens zwei verschiedene Werte (an zwei verschiedenen Axialpositionen) einnimmt.
Bezugszeichenliste

1: Ventil
2: Kolben
3: Ventilsitz
4: Ventilkörper
5: Rückstellelement
6: Nut
7: Nutgrund
8: Nutwand
9: (andere) Nutwand
10: Kolbenachse
11: Strömungsrichtung
12: Dichtring
13: Kontaktpunkt, Kontaktpunkte
13a: Gegenkontaktfläche
14: Ausnehmung
15: Antrieb
16: Schrägbereich
17: Konstantbereich
18: Stufenbereich
19: Stufe
19a: gekrümmter Bereich
19b: (anderer) gekrümmter Bereich
20: Berührungspunkt
21: Axialbereich

Claims

Ventil (1), insbesondere Sanitärventil, wobei das Ventil (1) einen axial beweglichen Kolben (2) aufweist, wobei der Kolben (2) in einem Ventilsitz (3) angeordnet ist, wobei der Kolben (2) eine umlaufende Nut (6) mit einem Nutgrund (7) aufweist, in welcher ein Dichtring (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einer axialen Schnittebene ein Abstand zwischen einer Kolbenachse (10) und dem Nutgrund (7) in einem Axialbereich (21) um einen zwischen dem Dichtring (12) und dem Nutgrund (7) ausgebildeten Kontaktpunkt (13) mindestens zwei verschiedene Werte einnimmt.
Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei verschiedenen Werte auf unterschiedlichen Seiten des Kontaktpunkts (13) liegen.
Ventil (1) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontur des Nutgrunds (7) in dem oder einem Axialbereich (21), insbesondere ein zweiter Kontaktpunkt (13), eine eindeutige Ruhelage des Dichtrings (12) an dem Nutgrund (7), vorzugsweise entlang eines vollständigen Umlaufs des Dichtrings (12) um den Kolben (2), definiert.
Ventil (1) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einer axialen Schnittebene eine Verbindungslinie zwischen einem oder dem Kontaktpunkt (13) und einem Berührungspunkt (20), wobei der Kontaktpunkt (13) zwischen dem Nutgrund (7) und dem Dichtring (12) ausgebildet ist und der Berührungspunkt (20) zwischen dem Dichtring (12) und dem Ventilsitz (3) ausgebildet ist, eine Gerade bildet, welche durch ein Zentrum einer Schnur des Dichtrings (12) verläuft.
Ventil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialbereich (21) nicht größer ist als ein Viertel, insbesondere nicht größer als ein Achtel, einer axialen Erstreckung des Dichtrings (12) und/oder dass der Axialbereich (21) beliebig klein wählbar ist.
Ventil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückstellelement (5), insbesondere eine Feder, auf den Kolben (2) wirkt.
Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (3) eine Gegenkontaktfläche (13a) aufweist, an welcher der Dichtring (12) vorzugsweise dicht anliegt.
Ventil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkontaktfläche (13a) schräg und/oder gekrümmt zu der Kolbenachse (10) angeordnet ist.
Ventil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (7) eine Zone aufweist, welche mit der Gegenkontaktfläche (13a) einen Winkel nicht größer als 20°, bevorzugt einen Winkel nicht größer als 10°, besonders bevorzugt einen Winkel nicht größer als 5°, einschließt.
Ventil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (7) über eine Ausnehmung (14) verfügt, sodass ein Äquator der Schnur des Dichtrings (12) kontaktfrei bleibt.
Ventil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (7) über mindestens eine, insbesondere abgerundete, Stufe (19) verfügt, welche den Dichtring (12) kontaktiert.
Ventil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (7) einen Krümmungsradius aufweist, welcher größer ist als ein Krümmungsradius der Schnur des Dichtrings (12).
Ventil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (7) eine Schräge aufweist, welche mit der Kolbenachse (10) einen Winkel kleiner als 45° und/oder größer als 0°, insbesondere größer als 5°, einschließt.
Ventil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb (15) des Kolbens (2) über eine Antriebsvorrichtung, insbesondere einen Schraubantrieb und/oder einen hydraulischen Antrieb, erreicht wird.
Ventil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (14) muldenförmig oder in einem Winkel zulaufend ist, insbesondere wobei der Winkel kleiner als 180°, insbesondere kleiner als 175°, ist.
Ventil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (12) als Rund- und/oder Ovalschnurring, insbesondere als O-Ring, ausgebildet ist.
Ventil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (12) an mindestens einer Nutwand (8, 9) kontaktfrei bleibt, insbesondere wobei die Nutwand (8, 9) orthogonal zu der Kolbenachse angeordnet ist.
Ventil (1) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im geschlossenen Zustand des Ventils (1) ein Kontaktpunkt (13) zwischen dem Dichtring (12) und dem Nutgrund (7) beabstandet zu einem Äquator des Dichtrings (12) angeordnet ist.