DE1600866B2

DE1600866B2 - Mischventil

Info

Publication number: DE1600866B2
Application number: DE1967M0074302
Authority: DE
Inventors: Alex Detroit Mich. Manoogian (V.StA.)
Original assignee: Masco Corp
Current assignee: Masco Corp
Priority date: 1966-06-07
Filing date: 1967-06-07
Publication date: 1976-10-14
Also published as: GB1184692A; DE1600866A1; DK124279B; US3422849A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mischventil der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Art. Das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Verwendung des Mischventils zum Mischen von heißem und kaltem Wasser derart, daß das Mischungsverhältnis und der Gesamtdurchfluß unabhängig voneinander reguliert werden können. Die bei derartigen Ventilen vorgesehene Membran hat die Wirkung, daß das Strömungsmedium nicht in Kontakt mit der Ventilkugel und anderen bewegten Teilen des Mischventils gelangen kann, so daß diese Teile des Ventils hinsichtlich

Korrosion geschützt sind.

Bei einem bekannten Mischventil der vorgenannten Art (US-PS 25 92 062) besteht die Steuerfläche aus einer Ausnehmung der Ventilkugel, die durch Einschneiden in zwei zueinander senkrechten Ebenen in die Ventilkugel gebildet worden ist. Diese ebenen Wandflächen der Ausnehmung gehen relativ scharfkantig in die Oberfläche der Ventilkugel über.

Es ist ferner ein Mischventil bekannt (US-PS 31 95 573), bei dem das Ventilküken mit einer Dichtungsmembran überzogen ist und eine solche Form aufweist, daß beim Drehen des Ventilkükens ein ganz allmähliches Anlegen der Dichtungsmembran an die zu verschließenden Öffnungen bzw. ein allmähliches Abheben von denselben erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Mischventil der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Art eine möglichst geringe Beanspruchung der Innenfläche der Membran bei der Steuerbewegung der Ventilkugel zu erhalten, ohne dabei den Vorteil der guten Dosierbarkeit der Ausflußmenge zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die weitere Ausbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 hat den Vorteil, daß die die Einlaßöffnungen überdeckenden Membranbereiche überwiegend von dem besonders sanft in die Kugeloberfläche übergehenden unteren Rand der Steuerfläche bei Bewegung der Ventilkugel überstrichen werden und somit diese dem Druck der einströmenden Flüssigkeit ausgesetzten Membranbereiche besonders geschont werden. Dabei wird von dem an sich bekannten Merkmal Gebrauch gemacht, die Auslaßöffnung als Ringnut oberhalb der Einlaßöffnungen auszubilden (GB-PS 9 96 454).

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

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

F i g. 2 und 3 Schnitte des Ventils nach den Linien 2-2 bzw. 3-3 in Fi g. 1,

F i g. 4 eine Ansicht eines Teils von F i g. 2, wobei die Kugel in der vollen Durchflußstellung gezeigt ist,

F i g. 5 und 6 Veranschaulichungen für die Bewegung der Ventilkugel auf seinem Sitz,

Fig. 7 einen Seitenaufriß der Ventilkugel nach der Erfindung,

F i g. 8 eine Unterseitenansicht der Ventilkugel,

F i g. 9, 10 und 11 Schnitte nach den Linien 9-9, 10-10 bzw. 11-11 von Fig. 7,und

F i g. 12 einen Schnitt nach der Linie 12-12 von F i g. 8. Wie in den Zeichnungen und insbesondere in den F i g. 2 und 3 dargestellt ist weist das Ventil ein metallisches Ventilgehäuse 10 mit einem sphärischen Ventilsitz 12 an seinem einen Ende auf. Durch das Ventilgehäuse 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 18 an einer Seite des Ventilsitzes 12 angeordnet ist, wie man am deutlichsten in F i g. 1 erkennen kann. Ein Auslaßkanal 26 ist an der von den Heiß- und Kaltwasser-Einlässen 18 und 24 abgewandten

anderen Seite des Sitzes 12 angeordnet und kommuniziert mit einer Ringkammer 28, die zwischen dem Ausgußkragen 30 und dem Ventilgehäuse 10 angeordnet ist, Der Ausguß 32 wird vom Kragen 30 getragen und dient als Auslaß des Mischventils. O-förmige Ringdichtungen 34 und 36 sind an beiden Enden der Kammer 28 vorgesehen, um einen Leckfluß zwischen dem Ventilgehäuse 10 und dem Kragen 30 zu verhindern.

Eine ringförmige Mischnut 38 erstreckt sich rund um den Ventilsitz 12 und steht in kontinuierlicher Fluid-Durchflußverbindung mit dem Auslaßkanal 26. Wie in den F i g. 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. Eine Ventilkugel 42 ist zwischen der Membran 40 und einem Haltering 46 aus Polyamid angebracht, der mit einem geeigneten Haltekorb 48 versehen sein kann, welcher die Ventilkugel 42 gegen den Sitz 12 hält.

Eine Ventilkappe 44 ist auf dem Ventilgehäuse 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 dem Gehäuse 10 gemäß Fig. 2 eingreift, um eine Drehung des Ringes 46 während des Niederspannens auf den Justierungsring 50 zu verhindem.

Die Ventilkugel 42 ist mit einem radialen Schaft 56 versehen, der durch den Steuerschlitz 58 im Haltering 46 verläuft. 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 der Ventilkugel mittels des Bewegungsschaftes 56 längs des Schlitzes 58 zwischen den in den Fig. 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 Fig.6 dargestellt ist, kann die Ventilkugel 42 auch in ihrer Fassung 12 um die Achse des Schaftes 56 unabhängig von der Stellung gedreht werden, die der Schaft im Schlitz 58 einnimmt. Eine derartige Drehung der Kugel wird durch Anschläge 60 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 die gewünschte Durchflußmenge 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 24 gemäß Fig.3 sitzend angeordnet und wirken mit der Membran 40 zur Verhinderung von Wasserfluß durch das Ventil zusammen, wenn sich die Kugel 42 in der geschlossenen Stellung der F i g. 2 und 3 befindet. Die Kugel 42 hält die Membran 40 dicht gegen die Enden der Abdichtungsmanschetten 64 und 66, um einen Fluid-Durchfluß zu verhüten.

Die Ventilkugel 42 ist an ihrer Oberfläche in der Nähe von den Heiß- und Kaltwasser-Einlässen 18 und 24 mit einer ausgesparten rechteckigen Ventilfläche 67 versehen. Die Ventilfläche 67 weist einen über Seitenwände 70, 72 und 74 mit glatten Konturen an drei Seiten abgesetzten bzw. ausgenommenen Zentralabschnitt 68 auf, der einen kleineren Radius als den Radius der Ventilkugel 42 hat. Der ausgenommene Abschnitt 68 geht glatt bzw. geschmeidig in die Oberfläche der Ventilkugel 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 Diametralebene symmetrisch, die rechtwinklig zur ersten Drehachse der Ventilkugel 42 verläuft, wenn der Schaft 56 so im Schlitz 58 angeordnet ist, daß die Anschläge 60 längs der Achse des Schlitzes ausgerichtet sind. Die Ventilfläche 67 ist auf der Ventilkugel 42 angeordnet, daß die Achse des Schaftes 56 in deren Symmetrie-Ebene verläuft. Die Höhe der einander ähnlichen Seitenwände 72 und 74 der Ventilfläche 67 nimmt von deren Enden in der Nähe 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 kalten Wassers unabhängig voneinander und geschmeidig zu variieren, indem man die Kugel 42 um eine ihrer beiden wechselseitig zueinander rechtwinkligen Drehachsen dreht; indem man den Schaft 56 längs des Schlitzes 58 hin- und herschwenkt, wird die Ventilkugel 42 um eine erste Achse gedreht, die parallel zu einer Linie orientiert ist, welche die Zentren der durch die Axialbohrungen durch die Dichtmanschetten 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 in den ausgezogenen und gestrichtelten Abschnitten des in F i g. 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 F i g. 2 und 3 angezeigten Schließstellung steht, befindet sich der Schaft 56 in einer Lage, die in ausgezogenen Linien in F i g. 5 am Ende des Schlitzes 58 fern von den Einlaßöffnungen 78 und 80 dargestellt ist. In dieser Stellung hält die sphärische Oberfläche des Kugelteils 42 die federn-nachgiebige Membran 40 in abdichtenden Kontakt mit den Enden beider Abdichtmanschetten 64 und 66, so daß eine fluiddichte Abdichtung dazwischen aufrechterhalten und verhindert wird, daß Wasser durch das Mischventil fließt. Indem man den Schaft 56 zum anderen Ende des Schlitzes 58 bewegt, wird die Ventilkugel um die erste Achse so gedreht, daß die Seite 76 der Ventilfläche 67 graduell über die Einlaßöffnungen 78 und 80 streicht und es so möglich wird, daß der Wasserdruck von den Kaltwasser- und Heißwasserleitungen 16 und 22 die Membran 40 vom abdichtenden Eingriff an den Abdichtungsmanschetten 64 und 66

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fortdrückt und es erlaubt, daß ein Wasserdurchfluß durch die Dichtmanschetten in die ringförmige Mischnut 38 möglich wird. Durch diese Nut gelangendes Wasser fließt durch den Auslaßkanal 26 und die Ringkammer 28 in den Ausguß 32. Wenn die Ventilfläche 67 gemäß F i g. 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 fließen, während die Gesamtdurchflußmenge von der Stellung des Schaftes im Schlitz abhängt.

Wenn der Schaft 56 gegen das Ende des Schlitzes 58 in der Nähe von den Einlaßöffnungen anliegt und die Orientierung des Schaftes 56 einer den gestrichelten Linien in F i g. 5 entsprechenden Stellung entspricht, wird der Abschnitt der Membran 40, der unmittelbar über jeder Abdichtungsmanschette 64 und 66 liegt, vom totalen Eingriff mit den Abdichtmanschetten so angehoben, daß maximaler Flüssigkeitsdurchfluß durch beide Einlaßöffnungen zur Ringnut 38 erfolgen kann, wie es in Fig.4 dargestellt ist. Gemäß 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 Strömung durch das Ventil einschnüren. Die Einlaßöffnungen 78 und 80 für heißes und kaltes Wasser sind jeweils mit gleichem Abstand von der Ringnut 38 angeordnet, so daß dann, wenn symmetrische Abschnitte der Ventilfläche 67 über jeder Einlaßöffnung liegen, ein ähnlicher Wasserfluß durch jede Öffnung in die Nut 38 zustandekommt.

Bei Drehung der Ventilkugel um die Achse des Schaftes 56 überstreichen die Seitenwände 72 und 74 der ausgenommenen Ventilfläche die 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 anliegt und um seine Achse im Uhrzeigersinn in die Kalt-Stcllung gedreht wird, wie es mit ausgezogenen Linien in F i g. 6 dargestellt ist, wird die Heißwasser-Einlaßöffnung 78 durch die Membran 40 geschlossen und die Kaltwasser-Einlaßöffnung 80 wird zur vollen Durchströmungsstcllung geöffnet, so daß nur kaltes Wasser durch das Ventil gelangen kann. Wenn der

ίο 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 erreicht wird und die Kaltwasserströmung vollständig gestoppt wird. Wenn der Schaft 56 gegen den Uhrzeigersinn in seine volle 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 bis hinter die Einlaßöffnungen 78 und 80 streicht.

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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

16 OO 866 Patentansprüche:

1. Mischventil mit einem Ventilgehäuse, in dem ein allgemein sphärischer Ventilsitz ausgebildet ist, der eine Auslaßöffnung und zwei mit gegenseitigem Abstand und in gleichem Abstand von der Auslaßöffnung angeordnete Einlaßöffnungen aufweist, und mit einer sphärischen flexiblen Membran, die in den Ventilsitz eingepaßt ist und gegenüber dem Ventilgehäuse an ihrem Umfang abgedichtet ist und über den Einlaß- und Auslaßöffnungen liegt, und mit einer innerhalb der Membran angeordneten, die Membran gegen den Ventilsitz haltenden Ventilkugel, die in der Schließstellung die Ein- und Auslaßöffnungen abdichtet und auf ihrer Oberfläche mit einer eine Steuerfläche bildenden Ausnehmung versehen ist, die in der Offen-Stellung der Ventilkugel es ermöglicht, daß das von wenigstens einer der Einlaßöffnungen kommende Strömungsmedium den betreffenden Membranabschnitt von dem Ventilsitz in Richtung gegen die Steuerfläche abhebt und dadurch diese Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung öffnet und eine Strömung zwischen diesen Öffnungen ermöglicht, wobei die Ventilkugel um eine erste parallel zur Verbindungslinie der Mittelpunkte der Einlaßöffnungen verlaufende Achse zwecks Dosierung der Gesamtdurchflußrate und um eine zur ersten Achse senkrechte zweite Achse zwecks Dosierung des Mischungsverhältnisses drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfläche (67) einen gegenüber der Oberfläche der Ventilkugel (42) vertieften zentralen Abschnitt (68) und eine ohne Knick in die Kugeloberfläche übergehende, den zentralen Abschnitt (68) teilweise umgebende Seitenwand (70,72,74) aufweist und daß der zentrale Abschnitt (68) allmählich in die Oberfläche der Ventilkugel (42) so übergeht, daß der Krümmungsradius einer Linie, die durch den Schnitt einer Diametralebene mit dem zentralen Abschnitt (68) definiert ist, einen stetig abnehmenden Wert von der Oberfläche der Ventilkugel (42) in Richtung zu der Seitenwand (70,72,74) besitzt.

2. Mischventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung als eine oberhalb der beiden Einlaßöffnungen (18, 24) befindliche Ringnut (38) ausgebildet ist, daß die Steuerfläche (67) allgemein rechteckig geformt ist und daß die konkav von dem zentralen Abschnitt (68) ausgehende Seitenwand (70, 72, 74) drei Seiten der rechteckigen Ausnehmung und der konvex gewölbte zentrale Abschnitt (68) mit seinem in die Kugeloberfläche übergehenden Rand (76) die vierte Seite der rechteckigen Ausnehmung bildet.