DE1910064B2 - Absperrventil mit kugelförmigem Verschlußstück - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Absperrventil, dessen als Verschlußstück dienende Kugel in einem zylindrischen Führungsrohr angeordnet ist, das einen die Eintrittsöffnung für die Flüssigkeit bildenden Ventilsitz für die Ventilkugel umfaßt und in seiner Wand eine Austrittsöffnung aufweist, die unterhalb der Querschnittsebene des Führungsrohr*» angeordnet ist, die durch den Mittelpunkt der Kugel hindurchgeht, wenn diese in ihrer Schließstellung auf den Ventilsitz gedrückt ist. Kugelventile dieser Art eignen sich beispielsweise für einfache Hähne und für Mischhähne.

Die bekannten Kugelventile haben den Nachteil, daß im Ventilgehäuse Schwingungen verursacht werden. Die bisher durchgeführten Versuche, diesen Mangel mittels einer Dämpfervorrichtung zu beheben, führten zu einem aufwendigen Aufbau, ohne die Schwingungsursachen zu beseitigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kugelventil zu schaffen, bei dem diese Schwingungen vermieden sind.

Die Aufgabe ist bei einem Kugelventil der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Austrittsöffnung als Schlitz ausgebildet ist, der seitlich durch zwei Querschnittsebenen begrenzt ist, von denen die vom Sitz weiter entfernte Querschnittsebene durch das Zentrum der Kugel hindurchgeht, wenn diese durch eine Kurvenscheibe auf den Sitz gedrückt ist, und daß der Abstand dieser Querschnittsebene vom freien Ende des Führungsrohres im wesentlichen gleich ist dem l,5fachen des größten Hubes der Kugel.

Dadurch ist ein Kugelventil geschaffen, bei dem eine sehr einfache Bauweise mit einer sicheren und geräuscharmen Funktion vereinigt ist. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kugelventils wird erreicht, daß die Kugel nur einen translatorischen Freiheitsgrad besitzt, daß die Resultierende der auf die Kugel einwirkenden Kräfte stets auf die Kurvenscheibe hin gerichtet ist, an welche sich die Kugel anlegt, und daß diese Resultierende im wesentlichen immer gleich groß bleibt Diese im wesentlichen immer im konstanten Richtungssinn auf die Kugel einwirkende Resultierende der Strömungskräfte wird nämlich dadurch aufrecht erhalten, daß diejenige Kraft, die auf die im Inneren des zylindrischen Führungsrohres befindliche, dem Ventilsitz zugekehrte Hälfte der Kugel einwirkt, immer größer ist als die Kraft, die auf die andere Hälfte der Kugel einwirkt. Dieses Ergebnis wird erreicht, wenn in allen für die Kugel vorgesehenen Lagen der Druck im zylindrischen Führungsrohr zwischen der dem Ventilsitz zugekehrten Kugelfläche und dem Ventilsitz größer ist als der Druck, der auf die dem Ventilsitz abgekehrte Oberfläche der Kugel wirkt. Durch die Erfindung π wird erreicht, daß einerseits bei kleinen Durchflußmengen auf der dem Ventilsitz zugekehrten Oberfläche der Ventilkugel ein Druck aufrecht erhalten wird, der gleich dem Druckverlust ist, der vom Durchfluß der Flüssigkeit zwischen der Ventilkugel und dem Schlitz hervorgerufen wird, und daß andererseits bei großen Durchflußmengen eine instabile Reak tionskraft vermieden wird, die auf die Turbulenz beim Fließen auf die dem Ventilsitz abgekehrte Oberfläche der Kugel zurückzuführen ist, nämlich eine Turbulenz, die auf die große Geschwindigkeit beim Fließen im ringförmigen Zwischenraum zurückzuführen ist. der zwischen der Kugel und dem zylindrischen Führungsrohr eingeschlossen ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen von Kugelventilen gemäß der Erfindung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch die Symmetrieebene eines einfachen Kugelventils als erstes Ausführungsbeispiel;

F i g. 2 eine Rückansicht eines Mischventils bei abgenommenem Flanschdeckel mit zwei Kugeln als zweites Ausführungsbeispiel;

F i g. 3 eine Vorderansicht des Mischventils nach der Fig. 2 bei abgenommener Markierungsscheibe und teilweise abgebrochenem Betätigungsknopf;

Fig. 4 und 5 Querschnitte nach den Linien IV-IV in Fig. 2 bzw. V-V in Fig. 3;

F i g. 6 eine Draufsicht auf die Markierungsscheibe des Mischventils nach Fig. 2;

F i g. 7 eine schematische Ansicht von Kurvenscheiben für die Betätigung der Einlasse und Auslässe des Mischventils nach Fig. 2 und

F i g. 8 ein Schaubild der Ausströmmenge des kalten Wassers und des warmen Wassers in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Betätigungsknopfes des Mischventils nacli F i g. 2.

Der in Fig. 1 dargestellte einfache Hahn weist ein Kugelventil gemäß der Erfindung auf. 5 Ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 1 weist einerseits an einer seiner Stirnflächen eine Zuflußleitung la und andererseits seitlich eine Abflußleitung 3α Für ein Fluid auf. Die Leitung 2a endet innerhalb des Gehäuses 1 in einer Hohlkehle 2aa mit einer Rundschnurdichtung 26. Mittig zu dieser Dichtung ist in der Stirnwand des Gehäuses 1 ein Führungsrohr 2c eingeschraubt, in dem eine Kugel 2d gelagert und geführt ist. Das Führungsrohr 2c ist von einem durch zwei Querschnittsebenen des Führungsrohres begrenzten Schlitz 2ca durchbrochen. Diejenige dieser Ebenen, die von der Dichtung 2b am weitesten entfernt ist, geht durch den Mittelpunkt der Kugel, wenn diese auf ihrem Sitz ruht, und ihr Abstand bis

zu dem freien Rand des Führungsrohres 2c ist auf das l,5fache des größten Hubes der Kugel festgelegt, der seinerseits durch eine Kurvenscheibe 4c festgelegt wird. Der Schlitz erstreckt sich über einen Zentriwinkel, der wenig kleiner als 180 ° ist

Die andere Stirnseite des Gehäuses 1 ist üurch einen hohlgebohrten, außen im wesentlichen paraboloidförmigen und hohlgedrehten Deckel verschlossen, dessen konvexe Seite nach außen gekehrt ist und dessen Sohle offen ist Der Deckel la ist an seiner hochsten Stelle, die kugelig ist von einer mittigen, im allgemeinen gedrehten äußeren Bohrung Ib und inneren Bohrung Ic durchsetzt, die über einen Absatz Id miteinander verbunden sind. Die Bohrung Ic weist in der Symmetrieebene 5 des Ventils (entspricht der Zeichenebene der Fig. 1) eine gerade Nut Ie auf, die als Führung für die Nase Ae dient.

Ein Gelenkstück, das im wesentlichen ein Drehteil ist, weist eine Gelenkkugel 4a auf, an die sich auf der einen Seite ein Gewindestift Ab und auf der anderen Seite, mittig zu diesem Stift, ein Nocken 4c in Gestalt eines Kegelstumpfes mit geringerer Steigung anschließt. Der wirksame Teil des Gelenkstücks ist der Nocken, dessen Nockenfläche Ad eine Krümmung aufweist, deren Krümmungsmittelpunkte auf derselben Seite der Gelenkkugel liegen und deren Mantellinien auf der vorerwähnten Symmetrieebene 5 senkrecht stehen. Beim Schwenken des Nockens um den Winkel α, den sogenannten toten Winkel, von etwa 5 ° bleibt der Abstand zwischen diesen Mantellinien und dem Schwenkmittelpunkt zunächst konstant und gleich r und nimmt beim nachfolgenden Schwenken um einen Winkel von etwa 45 ° allmählich auf den Wert ;·—F ab. In der Symmetrieebene schließt sich an die Gelenkkugel Aa die Nase Ae an, die mit der Nut Ie zusammenwirkt, um die Nockenfläche Ad in dieser Symmetrieebene zu halten.

Das Gelenkstück bleibt auf der einen Seite über die Nockenfläche Ad mit der Kugel Id und auf der anderen Seite über seinen oberen Teil, das heißt die Gelenkkugel Aa, mit der Bohrung Ic und einer Rundschnurdichtung Af ständig in Berührung, welche sich eng in die Bohrung Ic einfügt und von dem Absatz \d gehalten wird. Das Gelenkstück ist mit einem Betätigungshebel 5 über eine kartenförmige Mutter 5a verbunden, deren hohlkugelige Fläche auf der entsprechend gewölbten Fläche des Deckels Ia des Hahnes aufliegt.

Das Ventil arbeitet auf folgende Weise:

Wenn der Hebel 5 in der in Fig. 1 gezeichneten so' Stellung steht, dann hört der Nocken 4c auf, die Kugel 2d weiter gegen ihren Ringsitz zu treiben, und zwar wenn der Hebel 5 bis zum Ende des toten Winkels α geschwenkt wird.

Wenn man den Hebel 5 in Pfeilrichtung beispiels weise um den Winkel β schwenkt, dann erhebt sich die Kugel Id zunehmend von ihrem Sitz und gibt die Zuleitung 2a frei. Die Ausströmmenge kann sich z. B. linear mit dem Schwenkwinkel des Hebels 5 ändern, falls der Nocken 4c dementsprechend gearbeitet (> <' ist.

In den Fig. 2 bis 5 ist ein Mischventil dargestellt der Kugeln gemäß der Erfindung aufweist In der Seitenwand eines im allgemeinen zylinderformigen Gehäuses 1/ sind an zwei einander gegenüberliegenden Stellen Rohrstutzen 2, und 2₂ für den Einlaß des kalten bzw. des warmen Wassers eingeschraubt. Jeder Rohrstutzen weist außen ein Rohrstück 2a auf. das innen in einer Hohlkehle 2αα endigt, die eine Rundschnurdichtung 2b trägt und festhält, und weist innen ein Führungsrohr 2c auf, das eine Kugel 2d lagert und führt Das Führungsrohr 2c ist von einem Schlitz 2ca durchbrochen, der von zwei Querschnittsebenen des Führungsrohres seitlich begrenzt ist, wobei die am weitesten vom Sitz der Kugel entfernte Ebene durch den Mittelpunkt der Kugel geht, wenn diese auf ihrem Sitz ruht und wobei der Abstand dieser Ebene vom freien Ende des Führungsrohres auf das l,5fache des Hubes der Kugel festgelegt ist, der seinerseits von einer Kurvenscheibe 21 bestimmt wir«. Der Schlitz erstreckt sich über einen Zentriwinkel von etwa 180 °.

In derselben Seitenwand des Gehäuses 1/ sind an einander gegenüberliegenden, um 90 ° gegenüber den Rohrstutzen 21, 22 gedrehten Stellen zwei Rohrstutzen 3, und 3 ₂ für zwei Auslässe des gemischten Wassers, z. B. für eine Badewanne und eine Brause eingeschraubt. Jeder Rohrstutzen weist ein Rohrstück 3a von gleichbleibender lichter Weite auf, das innen in einem Keaelsitz 3αα endigt. In dem Rohrstück 3a ist auf radialen Führungen ein bewegliches Element Zb gleitbar gelagert, das an seinem Fuß eine Hohlkehle 3ba aufweist, in der eine Rundschnurdichtung 3c sitzt. Das Element 36 ist an einem abgewinkelten Lappen 236 einer Exzenterscheibe 23 angeschraubt.

Schließlich weisen die Stirnseiten des Gehäuses 1/ einerseits einen aufgeschraubten einfachen Flanschdekkel Ig mit einer dazwischengelegten Rundschnurdichtung 1/; und andererseits einen mittels eines Schraub ringes Ai festgeschraubten Deckelflansch Ag mit einer zwischengelegten Rundschnurdichtung Ah auf. Der Deckelflansch Ag weist auf seiner Außenseite unweit seines äußeren Umfanges einen auf seiner Ebene senkrecht stehenden Stift Ak auf.

Der Deckelflansch Ag ist mit einem Lagerstuhl Al verbunden, der aus dem Gehäuse 1/ hervorsteht und der eine mittige glatte Lagerbohrung und außen ein Gewinde aufweist. In dem Lagerstuhl ist ein Zylinderschaft 5c einer Welle 5b frei drehbar hindurchgeführt. Die Abdichtung zwischen der Bohrung und dem Zylinderschaft wird durch eine Rundschnurdichtung Am gewährleistet.

Eine Kreisscheibe 6 ermöglicht eine Betätigung der Welle 5b in axialer Richtung. Die Kreisscheibe 6 weist einen über die Seitenwand des Gehäuses 1/ vorspringenden Flansch 6a mit eingekerbtem Außenrand und eine mittige Aussparung 6αα auf, die nur durch einen radialen Steg 6ab unterbrochen ist und in der sich der Stift Ak mit Ausnahme an dem Steg 6ab frei bewegen kann. Auf den Flansch 6a ist eine Flanschnabe 6b mittig aufgesetzt, die mit Innengewinde auf den Lagerstuhl Al aufgeschraubt ist. Die Flansch nabe 6b endet auf der dem Flansch 6a gegenüberliegenden Seite in einer eingezogenen Stirnscheibe 6a.

Die Welle 5b ist an ihrem dem Gehäuse 1/ abgewandten Ende um einen gegenüber dem Zylinderschaft 5c abgesetzten Vierkant 5d und um einen weiteren Zylinderschaft 5e verlängert. Auf den Vierkant 5d sind nacheinander aufgesteckt eine biegsame Unterlagsscheibe 7, die sich auf dem Absatz zwischen Vierkant 5d und Zylinderschaft 5c abstützt, sowie ein Knopf 8, durch den die Welle 5b gedreht wird.

Der Knopf 8 weist eine Flanschnabe 8a auf, die sich gegen die Unterlagsscheibe 7 abstützt und die eine scheibenförmige Aussparung aufweist, in welche die Stirnscheibe 6ba hineinDaßt Der Knoof 8 weist

außerdem einen Teller 86 mit einer Ringmulde 86a mit ebenem Boden und eine auf der Innenseite ausgehöhlte und auf der Außenseite gerippte kegelige Seitenwand 8c auf. Der Teller 86 ist längs einer Seitenwand der Mulde durch eine gerade Aussparung 866 durchbrochen, durch die ein festgeklemmter Riegel 9 hindurchführt. Der Riegel 9 hat im allgemeinen die Gestalt eines Streifenstückes, das um einen abgerundeten Scheitel in einem spitzen Winkel gefaltet ist. Der innere Flügel 9a dieses Riegels ragt in die Aus sparung 866 des Knopfes 8 hinein und endigt in einer mit dem Stift Ak zusammenwirkenden Nase 9aa. Zwei sich elastisch gegen den Boden der Mulde 86a abstützende Ohren 96 halten den Riegel in der in Fig. 5 gezeichneten Stellung, in welcher der äußere Flügel 9c von der Außenwand des Knopfes absteht und die Nase 9aa in der Lage ist, sich gegen den Stift Ak abzustützen. Man sieht sogleich, daß es ge nügt, auf den Flügel 9c des Riegels zu drücken, damit die Nase 9aa von dem Stift Ak zurückweicht und sie dadurch auf die andere Seite des Stiftes gelangen kann.

Auf das aus dem Knopf 8 herausragende und mit Gewinde versehene Ende der Welle 5b sind nacheinander aufgesteckt: Ein Federblatt 11 (siehe Fig. 3) von lyraförmiger Gestalt, an dessen äußeren Enden sich ein Segment Ma senkrecht anschließt, welches sich gegen den inneren Flügel 9a des Riegels 9 abstützt und federnd auf dessen Ohren 9b drückt, eine Markierungsscheibe 12 (siehe Fig. 6). welche die erforderlichen Bedienungshinweise für den Benutzer aufweist, eine durchsichtige Schutzplatte 13 und schließlich eine Mutter 14 in Gestalt einer Kugelkalotte mit einem Zweikant, welche die Teile 7, 8, 11, 12 und 13 zusammen gegen den Absatz des Zylinderschaftes 5c der Welle 5 b preßt.

Das freie Ende der Welle 5b ist innerhalb des Gehäuses l/mit der Kurvenscheibe 21 fest verbunden, deren Gestalt sich aus der Verbindung der beiden folgenden Einzelheiten ergibt:

Jeder zur Wellenachse senkrechte Schnitt (Fig. 2 uns 7) ist symmetrisch in bezug auf eine durch die Achse der Welle 5b hindurchgehende Ebene. Jede Hälfte dieses Schnittes weist, von einem Punkt A ausgehend, nacheinander auf:

auf einem Zentriwinkel von ungefähr 5 ° einen Kreisbogen AB mit einem Radius der Größe r;

auf einem Zentriwinkel von ungefähr 30° einen Kurvenast BC von der Art, daß der Abstand zwischen dem laufenden Punkt auf der Kurve und dem Drehpunkt der Kurvenscheibe in Abhängigkeit vom Drehwinkel linear von r auf r— ε abnimmt;

auf einem Zentriwinkel von ungefähr 110° einen Kurvenast CD von der Art, daß der genannte Abstand in Abhängigkeit vom Drehwinkel linear von r—'ε auf r zunimmt, wobei der Punkt D einen durch einen Anschlag festgelegten Endpunkt darstellt.

Außerdem hat die Kurvenscheibe 21 in einem Axialschnitt im wesentlichen die Gestalt eines Trapezes, dessen nichtparallele Seiten mit der Achse der Welle 56 einen kleinen Winkel in einem beliebigen Neigungssinne einschließen Qn den gewählten Beispielen wird die Kurvenscheibe gegen den Flanschdeckel Ig zu kleiner), wobei sich dieser Winkel einem Axialschnitt zum anderen ändern kann.

Jenseits der Kurvenscheibe 21 ist die Welle 56 schließlich mit einer zweiten Kurvenscheibe 22 fest verbunden, deren Mantellinien aber einen Zylinder bilden. Die Draufsicht der Kurvenscheibe 22 (siehe Fig. 2) ist symmetrisch in bezug auf dieselbe Ebene, die durch die Achse der Welle 56 geht, wie das bei der Kurvenscheibe 21 der Fall ist, und hat etwa die Gestalt eines von oben betrachteten Pferdesattels.

Die Kurvenscheibe 22 weist auf ihrer äußeren Stirnseite einen sich in Richtung des Strahles OA' erstreckenden, vorstehenden flachen Anschlagstift 22a auf.

ίο Die Kurvenscheibe 22 ist von einer kreisförmigen Exzenterscheibe 23 umgeben, die wie ein doppeltes Omega ausgeschnitten ist und die senkrecht auf ihrer äußeren Stirnfläche einen flachen Daumen 23a aufweist, der mit dem Anschlagstift 22a zusammenwirkt.

Die Exzenterscheibe 23 weist außerdem auf der dem Inneren des Gehäuses 1/zugewandten Seite zwei Lappen 236 auf. die einander gegenüberstehen und die Elemente 36 der Auslaßventile des Ventiles tragen.
Das Mischventil arbeitet auf folgende Weise:

Man geht von einer beliebigen Stellung der Kreisscheibe 6, beispielsweise von einer Mittelstellung, bei der der Steg 6a6 dem Stift Ak gegenübersteht, das heißt von der in Fig. 3 gezeigten Stellung aus.

Man geht außerdem davon aus, daß der Punkt F (Abkürzung für »ferme«) auf der Markierungsscheibe 12 vergleichsweise in der Stellung für 15 Uhr, das heißt in der in den F i g. 3 und 6 gezeigten Stellung, ist, wobei die Nase 9αα des Riegels 9 sich am Stift Ak, und zwar auf der Seite für »Bad« abstützt, dann stehen die Kurvenscheiben 21 und 22 und die Exzenterscheibe 23 in der in Fig. 2 gezeigten Stellung. Die zwei Kugeln sind alsdann auf ihren Ringsitz gedrückt, und die Exzenterscheibe steht in der Mittelstellung, in der die beiden Auslaßventile beide gleich weit offen stehen.

Wenn man den Knopf 8 und damit die Welle 56 im Uhrzeigersinne (auf die Fig. 3 und 6 gesehen) bzw. im entgegengesetzten Sinne (auf die Fig. 2 und 7 gesehen) dreht, erhält man die folgenden verschiedenen Bewegungsabläufe:

Während der ersten Drehung um 5 ° verändert die Kurvenscheibe 21 die Lage der Kugeln nicht, aber die Kurvenscheibe 22 schiebt die Exzenterscheibe 23 in der Fig. 2 nach oben, so daß s;ich das Auslaßventil für die »Dusche« vollständig schließt und das Auslaßventil für das »Bad« vollständig öffnet.

Während einer weiteren Drehung um 30°, während der die Kurvenscheibe 22 die Auslaßventile ir der vorerwähnten Stellung hält, öffnet die Kurven scheibe 21 allmählich das Einlaßventil für das kaltf Wasser, während sie dasjenige für das warme Wassei noch geschlossen hält.

Während einer weiteren Drehimg um 110°, wäh rend der die Kurvenscheibe 22 immer noch die Aus laßventüe in der vorerwähnten Stellung hält, schließ die Kurvenscheibe 21 allmählich das Einlaßventil fü das kalte Wasser, während sie nun allmählich dasje nige für das warme Wasser öffnet, wobei die Gesamt ausströmmenge konstant bleibt

Am Ende dieser Drehung um 110° stößt der Ar schlagstift 22a gegen den flachen Daumen 23a. Da Einlaßventil für das kalte Wasser ist vollständig g< schlossen und das Einlaßventil für das warme Was ser vollständig geöffnet

Die verschiedenen Ausströmmengen des kalte und des warmen Wassers im Verlauf der verschied nen Bewegungsabläufe sind in der rechten Hälfte di Schaubildes der Fig. 8 dargestellt.

Um die Stellung des Knopfes 8 nicht verändern zu müssen, verändert man die Gesamtausströmmenge im Sinne einer Vergrößerung oder einer Verkleinerung, indem man die Kreisscheibe 6 in dem entsprechenden Sinne verdreht, ohne daß man dabei das Mischungsverhältnis zwischen dem kalten und dem warmen Wasser verändert, solange man den Knopf 8 nicht verstellt. Die Änderungen der schrägen Neigung der Mantellinien der Kurvenscheibe 21 in bezug auf einen Achsschnitt sind auf diese Wirkung abge- ι ο stimmt.

In der Drehrichtung »Dusche« geschieht genau das gleiche wie vorher beschrieben. Um diese Stel-

lung zu erreichen, genügt es, den Riegel 9 umzuschalten, indem man auf seinen Flügel 9c drückt, sobalc die Nase 9aa den Stift 4k berührt, um sie auf die an dere Seite dieses Stiftes gelangen zu lassen.

Alle wichtigen Teile des soeben geschilderten Mischventiles bestehen aus verchromtem Messing mit Ausnahme der Kugeln, der Kurvenscheiben unc der Exzenterscheibe, die vorzugsweise aus Plastik ge gössen werden.

Die Kreisscheibe 6 kann durch eine Haube verdeckt, anstatt offen zugänglich sein, damit der Benut zer die Gesamtwassermenge nicht verändern kann wenn sie einmal für alle Zeit eingestellt worden ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 209542/1

Claims (1)

1310064

Patentanspruch:

Absperrventil, dessen als Verschlußstück dienende Kugel in einem zylindrischen Führungsrohr angeordnet ist, das einen die Eintrittsöffnung für die Flüssigkeit bildenden Ventilsitz für die Ventilkugel umfaßt und in seiner Wand eine AustrittsöfT-nung aufweist, die unterhalb der Querschnittsebene des Führungsrohres angeordnet ist, die durch den Mittelpunkt der Kugel hindurchgeht, wenn diese in ihrer Schließstellung auf den Ventilsitz gedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung als Schlitz (2ca) ausgebildet ist, der seitlich durch zwei Querschnittsebenen begrenzt ist, von denen die vom Sitz (2b) weiter ent fernte Querschnittsebene durch das Zentrum der Kugel (2rf) hindurchgeht, wenn diese durch eine Kurvenscheibe (4c) auf den Sitz (2b) gedrückt ist, und daß der Abstand dieser Querschnittsebene vom freien Ende des Führungsohres (2c) im wesentlichen gleich ist dem l,5fachen des größten Hubes der Kugel (2d).