DE1600866A1

DE1600866A1 - Mischventil

Info

Publication number: DE1600866A1
Application number: DE1967M0074302
Authority: DE
Inventors: Alex Manoogian
Original assignee: Masco Corp
Current assignee: Masco Corp
Priority date: 1966-06-07
Filing date: 1967-06-07
Publication date: 1970-04-02
Also published as: US3422849A; DK124279B; DE1600866B2; GB1184692A

Description

Dr. phil. G. B. HAGEN Patentanwalt

8000 MONCHEN-SOLLN

Franz-Hals-Straße 21

Telefon 796213

MAC 2113 München, den 5. Juni 1967

Dr.H./Dr.S./Gh.

Masco Corporation
2400 Buhl Building
Detroit, Michigan
U.S.A.

Mischventil

Priorität t 7. Juni 1966; TJ. S.A. | US Serial No. 555 832,

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mischventil der Kugelventilbauart und betrifft insbesondere ein Kugelventil zum Mischen von heißem und kaltem Wasser, in dem der Kugelteil gegenüber dem Ventilsitz durch eine flexible Membran so isoliert ist, daß er von dem durch das Ventil gelangenden Wasser isoliert ist«, Der Kugelteil trägt an seiner Oberfläche eine Ventilfläche, die so beschaffen ist, daß das Mischungsverhältnis und der Durchfluß des durch das Ventil gelangenden heißen und kalten Wassers unabhängig geändert werden können. Da der Kugelteil nicht den korrodierenden Effekten des durch das Ventil gelangenden Wassers ausgesetzt ist, hat das Ventil eine längere Benutzungslebenszeit und einen einfacheren

0098UM 1 10

Bayerische Veroinabaab Müadien 820 S93 _ ρ _

MAG 2113 - 2 -

Ventilbetrieb als übliche Mischventile, wo die Kugel dem Wasser ausgesetzt ist.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Mischventil der Kugelventilbauart zu schaffen und dabei insbesondere eine solche Bauweise vorzusehen, bei der eine Membran eine lange Lebensdauer des Ventils dadurch schafft, daß die Betriebsteile des Ventils, von dem durch das Ventil gelangenden Wasser isoliert v/erden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, an dem weitere Aufgabenstellung, Merkmale und Vorteile der Erfindung deutlich werden. Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt nach der Linie 1-1 von I¹Xg. 2 mit einer Darstellung des Ventilsitzes, von dem die Kugel und die Membran entfernt wurden;

Figuren 2 und 3 Schnitte des Ventils nach den Linien 2-2 bzw. 3-3 in Fig. 1;

Figur 4 eine Ansicht eines Teils von Fig. 2, wobei die Kugel in der vollen Durchflußstellung gezeigt ist}

Figuren 5 und 6 Veranschaulichungen für die Bewegung des Kugelventils auf seinem Sitz;

Figur 7 einen Seitenaufriß des Kugelventilteils nach der Erfindung;

Figur 8 eine Unter Seitenansicht des Kugelventilteils;

00 9 8 U/1110 _₃„

MG 2113 - 3 -

Figuren 9, 10 und 11 Schnitte nach den Linien 9-9, 10-10

bzw. 11-11 von Pig. 7; und

Figur 12 einen Schnitt nach der Linie 12-12 von Pig.

Wie in den Zeichnungen und insbesondere in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, weist das Ventil einen metallischen Vontilkörper 10 mit einem sphärischen Ventilsitz 12 an seinem einen Ende auf. Durch den Ventilkörper läuft ein Kaltwasser-Einlaßdurchgang 14 und ist mit einer Kaltwasserleitung 16 verbunden, von dem Kaltwasser dem Ventil zugeführt wird. Der Einlaßdurchgang 14 endet in einem Kaltwasser-Einlaß 18 im Ventilsitz 12. Ein Heißwasser-Einlaßdurchgang 20 ist mit einer Heißwasser-Leitung 22 verbunden und endet in einem Heißwasser-Einlaß 24» der in der Nähe vom Kaltwassereinlaß an einer Seite des Ventilsitzes 12 angeordnet ist, wie man am deutlichsten in Fig. 1 erkennen kann. Ein Auslaßkanal ist an der von den Heiß- und Kaltwasser-Einlässen 18 und abgewä\ndten anderen Seite des Sitzes 12 angeordnet und kommuniziert mit einer Ringkammer 28, die zwischen dem Ausgußkragen 30 und dem Ventilsitz 10 angeordnet ist. Der Ausguß 32 wird vom Kragen 30 getragen und dient als Auslaß des Mischventils. 0-fÖrmige Ringdichtungen 34 und 36 sind an beiden Enden der Kammer 28 vorgesehen, um einen Leckfluß zwischen dem Ventilkörper 10 und dem Kragen 30 zu verhindern.

bad 0098U/1110 _ __

MAC 2113 - 4 -

Eine ringförmige Mischnut 38 erstreckt sich rund um den Ventilsitz 12 und steht in kontinuierlicher Fluid-Durchflußverbindung mit dem Auslaßkanal 26. Wie in den Figuren 1 und 3 dargestellt ist, verläuft die Nut 38 in der Nähe von den Einlassen 18 und 24 und ist mit gleichem Abstand von diesen angeordnet.

Innerhalb des Ventilsitzes 12 ist eine flexible Ventilmembran 40 angebracht. Ein allgemein sphärisches Kugelventil 42 ist zwischen der Membran 40 und einem Nylon ^-Haltering 46 angebracht, der mit einem geeigneten ^ltekorb 48 versehen sein kann, welcher das Kugelventil 42 gegen den Sitz 12 hält.

Eine Ventilkappe 44 ist auf dem Ventilkörper 10 durch Schrauben befestigt und trägt einen aufgeschraubten Justierungsring 50, der am Ring 46 so angreift, daß der Druck eingestellt werden kann, unter dem die Kugel 42 gegen ihren Sitz gehalten wird. Der Ring 46 trägt einen Keil bzw. eine Feder 52, die in den Schlitz 54 in der Basis 10 gemäß Fig. 2 eingreift, um eine Rotation des NyloiT**-Rings 46 während des Niederspannens auf den Justierungsring 50 zu verhindern.

Das Kugelventil 42 ist mit einem radialen Schaft 56 versehen, der durch den Steuerschlitz 58 im Nylons-Ring 46 verläuft.

009814/1110

MAC 2113 - 5 -

Der »Schlitz 58 verläuft rechtwinklig zu einer Linie, welche die Zentren der Einlasse 18 und 24 verbindet, und besitzt gleichen Abstand von den Einlassen, so daß bei Drehung des Kugelventils mittels des Bewegungsschaftes 56 längs des Schlitzes 58 zwischen den in den Figuren 2 und 4 dargestellten Stellungen die Kugel um eine erste Achse gedreht wird, die parallel zu der Linie verläuft, welche die Zentren der Einlasse 18 und 24 verbindet.

Wie in !"ig. 6 dargestellt ist, kann das Kugelventil 42 auch in einer Fassung 12 um die Achse des Schaftes 56 unabhängig von der Stellung gedreht werden, die der Schaft im Schlitz einnimmt. Eine derartige Drehung der Kugel wird durch Anschläge 16 am Schaft 56 begrenzt, welche an den Seitenwänden des Schlitzes 58 angreifen. Ein Ventildeckel 62 kann am Schaft 56 angebracht werden, um eine geeignete Abdeckung für die Oberseite des Ventils zu schaffen· Der Deckel 62 weist einen Handbetätigungsabschnitt 63 auf, der bewegt werden kann, um das gewünschte Mischungsverhältnis und den gewünschten Durchfluß von heißem und kaltem Wasser durch das Ventil zu bewirken»

Ringförmige Dichtmanschetten 64 und 66 aus Gummi sind jeweils im Kaltwasser-Einlaß 18 und im Heißwasser-Einlaß gemäß Figo 5 sitsend angeordnet und wirken mit der Membran

Öß 9 SU/1119

MAC 2113 - 6 -

zur Verhinderung von Wasserfluß durch das Ventil zusammen, wenn die Kugel 42 in der geschlossenen Stellung der Figuren 2 und 3 angeordnet ist. Die Kugel 42 hält die Membran 40 ■ dicht gegen die Enden der Abdichtungskörbe 64 und 66, um einen Fluid-Durchfluß zu verhüten.

Das Kugelventil 42 ist mit einer ausgesparten rechteckigen Ventilfläche 67 an seiner allgemein in der Nähe von den Heiß- und Kaltwasser-Einlässen 18 und 24 angeordneten Oberfläche versehen. Die Ventilfläche 67 weist einen ausgenommenen Zentralabschnitt 68 auf, der einen kleineren Radius als den Radius des Kugelventils 42 hat und abrupte Seitenmnde 70, 72 und 74 mit glatten Konturen an seinen drei Seiten besitzt. Der ausgenommene Abschnitt 68 geht glatt bzw. geschmeidig in die Oberfläche des Kugelventils 42 so über, daß der Krümmungsradius einer durch den Schnitt einer Diametralebene durch den ausgenommenen Abschnitt 68 beschriebenen linie einen graduell abnehmenden Wert vom Rand 76 des Abschnittes 68 bis zur Seite 70 besitzt.

Wie man am besten in Fig. 3 erkennen kann, ist die Ventilfläche 67 um eine Diametralefoene symmetrisch,, die rechtwinklig zur ersten Rotationsachse des Kugelveatils 42

so
verläuft;, wenn der Schaft 56/im Schlitz 58 angeordnet ist,

daß die Anschläge 60 längs der Aetise des Schlitzes

MC 2113 - 7 -

ausgerichtet sind. Die Ventilfläche 67 ist auf dem Kugelventil 42 so angeordnet, daß die Achse des Schaftes 56 in deren öymmetrie-Ebene verläuft. Die Höhe ähnlicher Seitenwände 72 und 74 der Ventilfäche 67 nimmt von deren Enden in der ITähe der Seitenwand 70 in Richtung zum Rand 76 ab, wo sie glatt bzw. geschmeidig in die Kugelfläche der Kugel 42 übergehen.

Das beschriebene Kugelventil kann verwendet werden, um das Mischungsverhältnis und den Durchfluß des durch das Ventil gelangenden heißen und !alten Wassers unabhängig voneinander und geschmeidig zu variieren, indem man die Kurel 42 um eine ihrer beiden wechselseitig zueinander rechtwinkligen Drehachsen dreht; indem man den Schaft 56 längs des Schlitzes 58 hin- und lierschwenkt, wird das Kugelventil 42 um eine erste Achse gedreht, die parallel zu einer Linie orientiert ist, welche die'Zentren der durch die Axialbohrungen durch die Dj. ent manschetten 66 und 64 definierten Einlaßöffnungen 78 und 80 miteinander verbindet. Eine Drehung der Kugel um diese Achse verändert das Wasservolumen, das durch das Ventil gelangt, ohne daß eine wesentliche Änderung des Mischungsverhältnisses des Durchflusses erfolgt.

Die Kugel 42 kann auch um die Achse ihres Schaftes 56 gedreht werden, indem man den Handgriff 63 innerhalb des durch die Anschläge 60 begrenzten Bereiches verdreht, wie es

00981 A/1110

MAC 2113 - 8 -

in den ausgezogenen und gestrichelten Abschnitten des in Pig. 6 dargestellten Schaftes illustriert ist. Eine Drehung der Kugel um diese Achse variiert das Mischungsverhältnis des Wasserflusses durch das Ventil, ohne im wesentlichen die Durchflußmenge des durch das Ventil gelangenden Wassers zu ändern.

Wenn die Kugel in der in den Figuren 2 und 3 angezeigten Schließstellung angeordnet ist, befindet sich der Schaft in einer Lage, die in ausgezogenen Linien in JFig. 5 am Ende des Schlitzes 58 fern von den Einlaßöffnungen 78 und dargestellt ist. In dieser Stellung hält die sphärische Oberfläche des Kugelteils 42 die federn-nachgiebige Membran 40 in abdichtenden Kontakt mit den Enden beider Abdichtkörbe 64 und 66, so daß eine lluid-dichte Abdichtung dazwischen erhalten wird und verhindert wird, daß Wasser durch das Mischventil fließt. Indem man den Schaft 56 zum anderen Ende des Schlitzes 58 bewegt, wird das Kugelventil um die erste Achse so gedreht, daß die Seite 76 der Ventil*lache 67 graduell über die Einlaßöffnungen 78 und 80 streicht und es so möglich wird, daß der Wasserdruck von den Kaltwasaer-und Heißwasserleitungen 16 und 22 die Membran vom abdichtenden Eingriff an den Abdichtungsmanschetten und 66 fortdrückt und es erlaubt, daß ein WasBerdurohfluß durch die Dichtmanecne*fc$en in die ringförmige Hiaeimut 38 möglich wird« Durch diese Nut gelangendes Wauaer fließt

0 09014/111©

MAG 2113 '- 9 -

durch den Auslaßkanal 26 und die Eingkammer 28 in den Ausguß 32. Wenn die Yentilflache 67 gemäß Fig. 3 hinsichtlich der Einlaßöffnungen- 78 und 80 symmetrisch orientiert ist, führt eine Bewegung des Schaftes 56 längs des Schlitzes 58 dazu, daß gleiche Mengen heißen und kalten Wassers durch die Einlaßöffnungen 78 und 80 fließen₉ während die totale Durchflußmenge von der Stellung des Schaftes im Schlitz abhängt.

Wenn der Schaft 56 gegen das Ende des Schlitzes 58 in der Nähe von den Einlaßöffnungen angeordnet wird, befindet sich dann, wenn sich die Orientierung des Schaftes 56 in einer den gestrichelten Linien in fig, 5 entsprechenden Stellung befindet, der Abschnitt der Membran 40, der unmittelbar über jede Abdichtungsmanschette 64 und, 66 angeordnet ist, vom -totalen Eingriff mit den Abdichtmanschetten so angehoben wird, daß maximaler ]?lüssigkeitsdurchfluß durch beide Einlaßöffnungen zur Ringnut 38 erfolgen kann, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Semäß Fig.. 4 ist die sphärische Membran 40 teilweise in Kontakt mit den Abdichtmanschetten 64 und 66 durch die Kugel 42 gehalten, so daß verhindert wird, daß diese Manschetten aus den Einlassen 24 und 18 für heißes und kaltes Wasser herausgehoben werden und die

- 10 -

0 0 9 ε H / 1 11^f:

.MAC 2113 - 10 -

Strömung durch das Ventil einschnüren. Die Einlaßöffnungen 78 und 80 für heißes und kaltes Wasser sind jeweils mit gleichem Abstand von der Hingnut 38 angeordnet, so daß dann, wenn symmetrische Abschnitte der Ventilfläche 67 über jeder Einlaßöffnung angeordnet sind, ein ähnlicher Wasserfluß durch jede Öffnung in die Nut 38 zustande kommt.

Bei Drehung des Kugelventils um die Achse des ochaftes 56 überstreichen die Seitenwände 72 und 74 die ausgenommene Ventilfläche hinter den Einlaßöffnungen 78 und 80 so, daß das Mischungsverhältnis des Wasserflusses durch das/Ventil geändert wird, während die Durchflußmenge bei einem relativ konstanten Wert gehalten wird. Wenn der Schaft gegen das dem vollen Durchfluß entsprechende Ende des Schlitzes 58 angeordnet und um seine Achse in die volle Uhrzeiger- oder KaIt-Stellung gedreht wird, wie es mit ausgezogenen Linien in Mg. 6 dargestellt ist, wird die Heißwasser-Einlaßöffnung 78 durch die Membran 40 geschlossen und die Kaltwasser-Einlaßöffnung 80 wird zur vollen Durchströmungsstellung geöffnet, so daß nur kaltes Wasser durch das Ventil gelangen kann. Wenn der Schaft von dieser Stellung zum anderen Ende des Schlitzes 58 bewegt wird, wird die Kugel um die erste Achse gedreht und die Seite 76 der Ventilfläche 67 überstreicht die Kaltwasser-Einlaßöffnung 80 so, daß dazwischen graduell der Durchfluß reduziert wird, bis die geschlossene stellung •3.:rs;^:-jhb ,vird und die Kaltwasser strömung ■*?:, '■ \ ρΙ^ΙηΛί ·-. -"r-- <-

MAC 2113 . - 11 -

wird. Wenn, der Schaft 56 in seine volle Gegenuhrzeigeroder Heiß-Stellung gedreht wird, verändert eine entsprechende Bewegung des Schaftes 56 längs des Schlitzes 58 den Heißwasserfluß durch das Ventil von voller Strömung "bis zum geschlossenen Zustand. Der Schaft 56 kann im Schlitz 58 in jeder Stellung um seine Achse gedreht werden, um das Mischungsverhältnis des durch das Ventil gelangenden Wassers zu variieren, indem die Oberfläche 67 Ms hinter die Einlaßöffnungen 78 und 80 streicht.

Die schmiegsame Kontur der Seiten der Ventilfläche 67 stellt sicher, daß bei Bewegung des Kohleventils 42 in der Passung 12 die Membran 40 nicht durch die Kugel 42 verletzt oder zerschnitten wird. Indem nan die Kappe 44 uixlden Justierungsring 50 niederspannt, wird eine wasserdichte Abdichtung zwischen dem Rand 82 der Membran 40 und der Oberseite des Ventilkörpers erreicht. Die Membran 40 verhütet, daß überhaupt Wasser die Kugel 42 und andere Betriebsteile des Ventils erreicht, und "bje tet damit den Vorteil, diese Teile frei von den korrodierenden Einflüssen von Wasser zu halten, so daß eine längere Lebensdauer des Ventils und ein einfacherer Ventilbetrieb erreicht werden kann·

0098 U/1110 _{PatelrtansprUolle!}

Claims

Patentansprüche

1. Mischventil, gekennzeichnet durch einen Ventilkörper (10) mit zwei Einlaßdurchgangen (H, 20), einem Auslaßkanal (26) und einem allgemein sphärischen Ventilsitz (12), an dessen einer Seite die Einlaßdurchgänge in zwei mit gegenseitigem Abstand angeordneten Einlaßöffnungen (18, 24) münden und mit dem eine Hut (38) zur Schaffung einer Mischkammer kommuniziert, in Strömungsverbindung mit dem Auslaßkanal steht und rund um den Ventilsitz von dem Auslaß-r kanal in Richtung zu den Einlaßöffnungen verläuft, welche gleichen Abstand von der Hut haben, gekennzeichnet ferner durch eine sphärische flexible Membran (40), die in dem Ventilsitz angeordnet ist und gegenüber dem Ventilkörper an dessen Umfang abgedichtet ist und über den Einlaßöffnungen und der Hut zu liegen kommt, wobei ein innerhalb der Membran angeordnetes sphärisches Kugelventil (42) normalerweise die Membran gegen den Sitz hält und die Einlaßabschnitte und die Hut abdichtet und einen Fluid-Durchfluß durch das Ventil verhindert und auf seiner Oberfläche mit einer solchen schmiegsam ausgenommenen Ventilfläche (67) versehen ist, daß bei Bewegung des Kugelventils zu seiner offenen Stellung Fluid von wenigstens einer der Einlaßöffnungen die Membran von dem Sitz und gegen die Ventilfläche vorbiegt und dabei

0098 U/ 1110

- 13 -

MAC 2113 - 13 -

die Einlaßöffnung und die Nut öffnet und lluidstrom dazwischen ermöglicht, und schließlich gekennzeichnet durch solche Bewegungsbegrenzungen (56, 58, 60) des Kugelventils in dem Ventilsitz, daß das Kugelventil um zwei wechselseitig zueinander rechtwinklige Achsen eine solche Drehung ausführen kann, daß "bei Drehung des Kugelventils um die erste Achse die Ventilfläche über die Einlaßöffnungen in einer ersten Richtung längs einer Linie streicht, welche die Zentren der Einlaßöffnungen zum Jindern des Mischungsverhältnisses des durch das Mischventil gelangenden Fluids streicht, und daß bei Drehung des Kugelventils um die zweite Achse die Ventilfläche relativ zu den Einlaßöffnungen in einer zweiten Richtung streicht, die senkrecht zur ersten Richtung verläuft und die Durchströmmenge des durch das Mischventil gelangenden Fluids variierte

2. Mischventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j daß nachgiebige Abdichtmittel (80, 78) in den Einlaßöffnungen (18, 24) sitzen und an der Membran (40) in Schließstellung des Ventils angreifen und dazwischen einen Strömungsdurchfluß verhindern·

3. Mischventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventilfläche (67) einen gegenüber der Oberfläche des Kugelventils (42) ausgesparten zentralen Abschnitt (68) uad eine mit Kontur

0088 H/ 11 10

- 1 ■: -

MAO 2113 - 14 -

aufweist versehene Seitenwand (70, 72, 74K die teilweise den Zentralabschnitt umgibt, und daß der Zentralabsehnitt graduell in die Oberfläche des Kugelventils so übergeht, daß der Krümmungsradius einer linie, die durch den Schnitt einer · Diametralebene mit dem ausgenommenen Zentralabscnnitt der Ventilfläche definiert ist, einen schmiegsam oder glatt abnehmenden Wert von der Oberfläche des Kugelventils in Richtung zur Seitenwand besitzt.

4. Mischventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut eine ringförmige Ausnehmung (38) besitzt, die sich rund um den Ventilsitz (12) außerhalb der Einlaßöffnungen (18, 24) erstreckt,

5. Mischventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventilfläche (67) allgemein rechteckig geformt ist und daß die Seitenwände drei Seiten (70, 72, 74) der Oberfläche bilden, während der ausgenommene Zentralabscnnitt (68) der Oberfläche seine vierte Seite bildet.

6. Mischventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventilfläche (67) gegenüber einer Diametralebene symmetrisch ist, die sich rechtwinklig zur zweiten Achse erstreckt_s wenn das Kugelventil

MAC 2113 -15-

(4-2) sick in einer Stellung mit gleichem Durchfluß befindet.

7. Mischventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß sich die zweite Achse parallel zu einer Linie erstreckt, welche die Zentren der Einlaßöffnungen (18, 24) verbindet, und daß die erste Achse in der erwähnten Diametralerene liegt.

0Q98U/111O