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Automatisches Auslaßventil.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein automatisches Auslaßventil
für den Spülkasten einer Klosetteinrichtung.
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Es sind bereits Spülkästen bekannt, bei denen der Ausgang des pülkastens,
der den Sitz für das Auslaßventil bildet, mit der Klosettschüssel verbunden ist
und bei dem die Abdichtung auf diesem Ventilsitz durch einen Ventilkörper gebildet
wird, der an einer iEhIungsstange befestigt ist, über die er mit Hilfe einer Gelenkverbindung
und eines Druckknopfes aus seiner Verschlußstellung angehoben werden kann. Solche
bekannten Auslaßventile in Spülkästen weisen jedoch den Nachteil auf, daß das Abschlußventil
häufig nur fehlerhaft funktioniert und den Spülkasten somit nicht richtig abschließt.
Der Hauptgrund für diese fehlerhafte Abdichtung liegt gewöhnlich in der schlechten
Abdichtung des Ventilkörpers gegen den Ventilsitz.
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Sin solcher Fehler kann auch dann eintreten oder sich noch vergrößern,
wenn der Ventilsitz durch Abnutzungserscheinungen
oder durch eine
andere Einwirkung eine Deformation erfährt, die sowohl darin liegen kann, daß sich
der Durchmesser des Ventilsitzes oder seine Lage in einer Ebene ändert Die vorliegende
Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, die oben genannten Nachteile zu
beseitigen.
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Dies wird bei einem selbstschließenden Auslaßventil für Spülkästen
in Klosetteinrichtungen mit einem gegen den Ventilsitz bewegbaren Auslaßventilkörper
erfindungsgemäß erreicht durch eine an der Unterseite des Auslaßventilkörpers befestigte,
aus einem elastischen Material bestehende Verschlußfedermembran.
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Eine solche Ausbildung weist den Vorteil auf, daß die an dem Auslaßventilkörper
befestigte Verschlußfedermembran sich genau der Form des Ventilsitzes anpaßt, selbst
wenn der Ventilsitz keinen genau kreisförmigen Durchmesser aufweisen oder nicht
genau eben sein sollte. Durch diese Ausbildung wird auch selbst dann eine vollständige
Abdichtung gewährleistet, wenn sich die Längsachse des Ventilkörpers nicht genau
in der Senkrechten befindet, sondern gegen diese um einen bestimmten Winkel geneigt
ist.
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Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand von in der Zeichnung
dargestellten vorzugsweisen Ausführungsformen erläutert werden. In der Zeichnung
zeigt Fig. 1 das gemäß der Erfindung ausgebildete Auslaßventil in einem Schnitt
entlang der Längsachse0 Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 1 dargestellten
Auslaßventils, wobei die auf die Verschlußfedermembran wirkenden Kräfte in der Verschlußstellung
eingezeichnet sind.
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Fig. 3 eine Ansicht ähnlich der in Fig. 2, wobei die Iangsachse des
Ventilkörpers gegen die Senkrechte um einen Winkel t geneigt ist.
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Fig. 4 schematisch eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Verschlußfedermembran,
wobei durch die Pfeile die Richtung der auf diese Membran wirkenden Kräfte in der
Verschlußstellung angezeigt werden.
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Fig. 5a bis 5e verschiedene Stellungen eines erfindungsgemäßen Auslaßventils
in einem herkömmlichen Spülkasten, Fig. 6 und 7 eine fehlerhafte Ausbildung des
Ventilsitzes, die bei herkömmlichen Auslaßventilen zu einer Undichtigkeit führt,
Fig0 8 und 9 schematisch die Druckkräfte, die auf den Ventilkörper wirken, und Fig.
10 und 11 das Verhalten von herkömmlichen Ventilkörpern, wenn deren Längsachse um
einen Winkel cl gegen die Senkrechte geneigt ist.
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Das in den Fig. 1 bis 5 gezeigte, allgemein mit 10 bezeichnete Auslaßventil
ist als Schwimmkörper 11 ausgebildet, an dessen Unterseite ein Fuhrungs- bzw. Einführansatz
12 befestigt ist.
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Das Auslaßventil 10 kann zur Abdichtung eines Spülkastens 15 gegen
einen Ventilsitz 13 gepreßt werden, der in einem Ansatzstück 14 für eine Auslaßleitung
21 angebracht ist. Das Ansatzstück 14 ist dabei in den Boden eines herkömmlichen
Spülkastens 15, wie er bei Klosettanlagen benutzt wird, eingebaute An dem Ventilkörper
10 ist eine Führungsstange 16 befestigt, die an dem dem Ventilkörper abgewandten
Ende einen Haken 17 besitzt,
mit dem sie in einen Gelenkarm 18 eingreift,
der schwenkbar an dem oberen Teil des Spülkastens befestigt ist. Der Gelenkarm 18
kann durch Betätigung eines Druckknopfes 10 verschwenkt werden, so daß die Fihrungsstange
16 mit dem daran befestigten Ventilkörper 10 in senkrechter Richtung angehoben wird0
Gemäß der Erfindung ist an dem Ventilkörper eine Federmembran 20 befestigt, die
vorzugsweise aus einer aus elastischem Material hergestellten dünnwandigen Kugelkalotte
besteht.
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Diese Federmembran ist mit ihrem Mittelteil oder in ihrer Mittelachse
an dem unteren Teil des Ventilkörpers 11, vorzugsweise mit Hilfe des Puhrungsansatzes
12 befestigt. Die Kugelkalotte 20 kann gegebenenfalls auch auf eine andere Weise
an dem Ventilkörper befestigt werden, solange dadurch nicht die Elastizität und
die Beweglichkeit der elastischen Federmembran 20 verlorengeht. Da die Federmembran
elastisch ist, paßt sich diese, wenn sich das Auslaßventil 10 in seiner Schließstellung
befindet, dem Ventilsitz 13 dichtend an. Durch den hydrostatischen Druck in dem
Spülkasten wird so ein vollständiger Verschluß garantiert.
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Das erfindungsgemäße Auslaßventil arbeitet folgendermaßen: Durch einen
Druck auf den Druckknopf 19 wird die Führungsstange 16 zu Anfang um etwa einen Abstand
von 3 cm in senkrechter Richtung angehoben. Hierdurch kann Wasser aus dem Spülkasten
15 durch das Ansatzstück 14 in die Auslaßleitung 21 abfließen. Dadurch daß das Auslaßventil
im wesentlichen um einen Abstand SE1 angehoben worden ist, entsteht unter dem Ventilkörper
und über dem Abflußrohr ein Wasservolumen, das einem Hochzylinder mit der Höhe SE1
und einem Durchmesser SE gleicht, wobei SE dem Durchmesser der Auslaßleitung 21
entspricht und SE1 größer als SE ist (siehe Fig. 5a). Während des Abflusses des
Wassers aus dem Spülkasten tritt zu Anfang somit keine wesentliche Verengung zwischen
dem Dichtungskörper und
der Abflußleitung auf, so daß lediglich
eine geringe Saugkraft auf den Dichtungskörper in Richtung des Ventilsitzes wirkt.
Diese Saugkraft wird jedoch in dieser Stellung des Ventilkörpers durch den Auftrieb
mehr als ausgeglichen, den der geleerte, mit Luft gefüllte und aus leichtem Stoff
gebaute Ventilkörper in dem Wasser des Spülkastens nach der Anhebung des Ventilkörpers
erfährt. Hierdurch bewegt sich der Ventilkörper in eine maximale obere Stellung.
Diese oberste Stellung wird durch die kE rungßstange 16 in Verbindung mit dem Gelenkarm
18 bestimmt, wie es aus Fig. 5b zu ersehen ist.
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Mit der Anhebung des Ventilkörpers beginnt Wasser aus dem Spülkasten
abzufließen und damit die Wasserhöhe in dem Spülkasten zu sinken, (siehe Fig 5c).
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Sobald der Ventilkörper durch die sich erniedrigende Wasserhöhe unter
den Abstand SE1 über dem Ventilsitz, wie es in Fig. 5a angezeichnet ist, absinkt,
tritt eine zunehmende Verengung des Wasserabflusses ein und dadurch wird eine zunehmende
Saugkraft auf den Ventilkörper in Richtung auf die Auslaßleitung hin ausgeübt. Bei
weiterer Absenkung des Ventilkörpers wird durch den über dem Ventilsitz entstehenden
Wirbel in dem Teil V in Fig. 5d ein luftleerer Raum erzeugt, der das Auslaßventil
10 in seine Verschlußstellung in Fig. 5e zieht. Wenn das Auslaßventil dichtend auf
seinem Ventilsitz anliegt, ist in dem Spülkasten noch ein Wasserstand der Höhe zurückgeblieben,
Während des Ablaufens des Wassers aus dem Spülkasten bei geöffnetemAuslaßventil
wird über dem Ventilsitz ein schneller Fallwirbel erzeugt. Die Achse des Fallwirbels
muß aber nicht nötigerweise mit der Achse zusammenfallen, die durch den Ventilsitz
bzw. die Auslaßleitung gegeben wird. Die Achse des Fallwirbels weist im Gegenteil
eine Neigung in Bezug auf die Achse des Ventilsitzes auf und diese Neigung wechselt
häufig, wenn nicht sogar ständig. Die Achsen stimmen lediglich erst
ganz
nahe all der Ausgangsöffnung miteinander überein.
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Die an einer Ausgangsöffnung auftretenden Wirbel erscheinungen, die
im Falle des Spülkastens von besonderer Wichtigkeit sind, sind bereits eingehend
untersucht worden. Wie P. Forschheimer in seinen Vorlesungen über Hydraulik ausführt,
erscheint entsprechend dem Verhältnis der Wasserhöhe in dem Spülkasten und dem Durchmesser
der Ausgangsöffnung für den Abfluß des Wassers an der Wasseroberfläche ein Trichter,
in den das Wasser in schnellem Wirbel hineingezogen wird, und der eine starke 5aug
wirkung ausübt.
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Beim Schließen des Ventilkörpers bleibt noch ein bestimmter Wasserrest
in dem Spülkasten 15, wie es aus Fig. 5e zu ersehen ist. Die Höhe des Wasserstandes
hängt von dem Gewicht und der Körpergröße des Schwimmventilkörpers 11 sowie von
dem Sog ab, der durch die Verringerung der Wasserschichten unterhalb des Ventilkörpers
und den beim Austritt entstehenden Wirbel erzeugt wird0 Auf den Schwimmkörper wikt
deshalb nach dem Schließen des Ventils, wie es aus Fig. 8 hervorgeht, ein bestimmter
Druck PoO Im Moment des Schließens des Ventils wird auf den Schwimmkörper eine dem
Auftieb E entgegengesetzt gerichtete Saugkraft Fo ausgeübt, so daß das Gleichgewicht
zwischen dem Gewicht des Körpers Pp und seinem Auftrieb E gestört wird0 Würde diese
Saugkraft Fo nicht auftreten, so wurde das System dann schließen, wenn der Wasserstand
so weit abgefallen wäre, bis der Schwimmkörper in seinem Gleichgewichtszustand,
d. h. dem Zustand, in dem der Auftrieb E gleich dem Schwinunkörpergewicht Pp ist,
auf dem Ventilsitz aufsitzen würde. Bei diesem Zustand E r Pp würde die Wasserhöhe
h1 betragen. Durch die auftretende Saugkraft Fo wird das System jedoch zu einem
früherem Zeitpunkt, do h. dann, wenn die Höhe des Wasserstandes noch h2 beträgt
in seine Verschluß stellung gebracht0 Unter der Berücksichtigung, daß
F0
S h2 -ist, kann aus Fig. 8 leicht abgeleitet werden, daß die beim Schließen des
Ventilkörpers auf diesen wirkende Kraft P0 Po " h2 h, zu + F1 Ei beträgt. Dieser
Po-Druck wird direkt auf die in den Fig. 2 und 4 gezeigte Verschlußfedermembran
2D ausgeübt. Hierdurch wird ein besseres Gleichgewicht des Auslaßventiles erreicht,
da die P0-Kraft senkrecht wirkt. D. h. die Kraft wirkt somit in Richtung des Biegeradius
auf die Außenwände bzw. die Verschlußf edermembran.
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Dieser Druck erzeugt an der Verschlußfedermembran 20 eine solche Veränderung,
daß diese der Form des Ventil sitzes 13 an dem Ansatzstück 14 angepaßt wird.
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Wie bereits oben erwähnt wurde, beruht eine fehlerhafte Dichtung des
Auslaßventiles in den herkömmlichen Spülkästen hauptsächlich auf einer fehlerhaften
Anordnung oder Ausbildung des Ventilsitzes an dem Ansatzstück 14. Ein solcher Fehler
vergrößert sich, wenn der Ventilsitz irgendeine Deformation aufweist, die darin
bestehen kann, daß seine Abschlußfläche nicht vollständig eben ist (siehe Fig. 6)
oder daß eine Ungleichmäßigkeit an seinem Umfang vorhanden ist (siehe Fig. 7).
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Bei der erfindungsgemäßen Verschlußfedermembran 20 wirkt der hydraulische
Druck in senkrechter Richtung auf die Wände des Ventil sitzes. Durch seine Elastizität
strebt die Verschlußfedermembran 20 danach, sich der Form des Ventilsitzes anzupassen.
Die Dicke der Verschlußfedermembran sowie das elastische Material, aus demidiese
besteht, werden jeweils in Abhängie;keit von der Größe des Ventilsitzes sowie dem
herrschenden Druck gewahlt,
Durch die Erfindung wird gleichzeitig
eine Verbesserung derart erreicht daß nunmehr auch dann immer eine vollständige
Abdichtung erreicht wird, wenn die Längsachse des Auslaßventilkörpers 10 gegen die
Achse des Ventilsitzes 13 geneigt ist.
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Auch entsteht bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Auslaßventiles
keine Undichtigkeit dadurch, daß der Ventilkörper 11, nachdem eine Abdichtung dadurch
bewirkt worden ist, daß die Verschlußfedermembran auf dem Ventilsitz aufliegt, aus
seiner ursprünglichen Lage gegen die Senkrechte geneigt oder gedreht wird. In Fig.
3 ist eine solche Neigung der Längsachse des Ventilkörpers 11 gegen die Senkrechte
um einen Winkel X dargestellt0 Daraus wird deutlich, daß das erfindungsgemäße Auslaßventil
mit der am unteren Lande des Ventilkörpers angeordneten Verschlußfedermembran einen
wesentlichen technischen Fortschritt gegenüber den bisher benutzten Auslaßventilen
in Spülkasten mifweist, bei denen der Schwimmkörper und das Schließelement lediglich
durch einen llartkörper gebildet werden9 der in keiner Weise biegsam ist. Außerdem
wirkt bei den bisher bekannten Auslaßventilen für Spülkästen im Gegensatz zu der
vorliegenden Erfindung der hydrostatische Druck nicht derart auf das Verschlußelement,
daß der Druck senkrecht auf dessen Außenseiten wirkt. Aus den Fig0 10 und 11 wird
darüberhinaus deutlich, daß bei den bisher benutzten Auslaßventilen sogleich eine
Undichtigkeit auftritt, wenn die Achse des Ventilkörpers in irgendeiner Weise gegen
die Achsrichtung in der Verschlußstellung geneigt wird. In den Fig0 10 und 11 ist
gezeigt, daß bei einer solchen Neigung der Achse des Dichtungskörpers um den Winkel
r sogleich eine oeffnung gebildet wird, durch die das Wasser in Richtung der Pfeile
V auslaufen kann.