DE19839248B4

DE19839248B4 - Spülventil

Info

Publication number: DE19839248B4
Application number: DE19839248A
Authority: DE
Inventors: John R. Wilson; Daniel J. Carroll
Original assignee: Sloan Valve Co
Current assignee: Sloan Valve Co
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2018-08-29
Also published as: DE19839248A1; CA2245450C; JPH11152779A; FR2768795A1; GB9820297D0; TW366374B; GB2329692B; CN1143926C; MXPA98007801A; CA2245450A1; JP3261103B2; FR2768795B1; US5881993A; GB2329692A; CN1214398A

Abstract

Spülventil mit einem einen Einlass (12) und einen Auslass (14) aufweisenden Körper (10), einem beim Auslass angeordneten Ventilsitz (20), einem in dem Körper zum Ventilsitz und vom Ventilsitz weg bewegbaren Kolben (36) zum Steuern der Strömung vom Einlass durch den Auslass, wobei der Kolben (36) einen Sitzbereich (39) aufweist, der so geformt und ausgebildet ist, dass er auf dem Ventilsitz (20) einen Abschluss herbeiführen kann, wobei der Kolben eine Kammer (42) und eine Nachfüllöffnung (40) im Kolben aufweist, die die Kammer mit dem Einlass des Körpers derart verbindet, dass Druck in dieser Kammer den Kolben in einer Schließstellung auf dem Ventilsitz hält, mit einem im Kolben vorgesehenen Ablassventil (50) zum Entlasten der Kammer (42) zum Auslass (14), und mit Mitteln zum Öffnen des Ablassventils zum Entlasten der Kammer, wodurch bewirkt wird, dass sich der Kolben (36) vom Ventilsitz (20) wegbewegt und einen Strömungsweg durch den Auslass (14) öffnet, wobei der...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Spülventile oder Spülmengenbegrenzer, wie man sie derzeit auch bezeichnet, welche verwendet werden, um eine gewünschte Wassermenge durch ein Urinal oder ein WC abzugeben. Unterschiedliche Behördenvertretungen haben Standards gesetzt bezüglich des zulässigen Wasservolumens, das bei einem einzigen Spülvorgang einer Toilettenvorrichtung verbraucht werden soll. Die vorliegende Erfindung ist spezifisch so ausgebildet, dass sie pro Spülvorgang ein Wasservolumen von 1,6 Gallonen bereitstellt, was ca. 6 l Spülwasser im metrischen System sind. Es ist ferner wünschenswert, dass das Wasser das Spülventil so schnell wie möglich durchströmt. Demzufolge ist die vorliegende Erfindung speziell auf eine Konstruktion gerichtet, mit der es möglich ist, die gewünschte Wassermenge mit einer hohen Strömungsrate auch bei geringem dynamischen Wasserdruck durch den Spülmengenbegrenzer durchgehen zu lassen. Es ist im besonderen gewünscht, dass das Spülventil ca. 6 l pro Spülvorgang bei einem dynamischen Wasserdruck im Bereich zwischen 8 bis 10 psig (ca. 0,7 kg/cm²) mit einer Strömungsrate von in etwa 23 Gallonen pro Minute (ca. 87 l pro Minute) durchlässt.
Die vorliegende Erfindung befasst sich besonders mit unterschiedlichen Modifikationen des Kolbens in einem Spülventil des Typs, wie er von der Fa. Sloan Valve Company, d. h. dem Anmelder, unter dem registrierten Warenzeichen ”GEM” vertrieben wird. Der Kolben für das ”GEM”-Spülventil ist so ausgebildet, dass er die vorerwähnten Parameter einhalten kann und auch jeden potentiellen Rückdruck reduziert, der anderenfalls den Schließvorgang entweder des Ablassventils oder des Kolbens verzögern könnte.
Aus der US 2,369,104 und der US 3,207,467 sind Spülventile aus dem Stand der Technik bekannt. Weiterhin ist aus der DE 23 49 237 B2 eine Überlaufsicherung bei Waschmaschinen mit einem Differenzialmembranventil bekannt. Den nächsten Stand der Technik zur vorliegenden Erfindung bildet die US 3,279,742 , die ein Spülventil offenbart.
Die vorliegende Erfindung betrifft Spülventile oder Spülmengenbegrenzer zum Durchlassen einer gewünschten Wassermenge zu einem Urinal oder WC und bezieht sich besonders auf eine Ausbildung des Spülventilkolbens, mit dem die Steuerung der Wasserströmung durch das Spülventil verbesserbar ist.
Ein Hauptzweck der vorliegenden Erfindung ist eine Ausbildung des Spülventilkolbens, bei der jegliche Hindernisse oder Restriktionen im Strömungsweg beseitigt sind, und die einen unbehinderten Strömungsweg für einen einwandfreien Wasserstrom durch den Spülventilauslass freigeben kann.
Dies wird durch ein Spülventil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 erreicht.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Spülventilkolben, der eine Vielzahl in Umfangsrichtung verteilter axialer Führungsrippen aufweist, die den Kolben bei der Bewegung zwischen seinen offenen und geschlossenen Positionen stabilisieren. Ferner ist erfindungsgemäß ein Spülventilkolben der beschriebenen Art vorgesehen, bei dem die Fläche zwischen den Führungsrippen durch eine Schürze geschlossen ist, um die Strömung zu steuern, und um eine einwandfreiere Passage des Wassers durch den Auslaß des Spülventils zu erreichen.
Erfindungsgemäß sind weiterhin bei dem beschriebenen Spülventilkolben die Kolbenrippen und die zugehörige Schürze so geformt, daß mit ihnen der Rückdruck oder Staudruck auf das Ablaßventil und den Kolben verringert wird.
Ferner weist erfindungsgemäß der Spülventilkolben einen Drosselring auf, der direkt benachbart zum Sitzabschnitt des Kolbens vorgesehen ist und die Strömung gerade vor einer vollständigen Sperrung verlangsamt, um einen Wasser- oder Druckschlag zu vermeiden oder zu reduzieren, der ansonsten beim Aufsetzen des Kolbens auf seinen Ventilsitz auftreten könnte.
Anhand der Zeichnung wird eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:
1 einen Vertikalschnitt durch einen Spülmengenbegrenzer unter Verdeutlichung der Ausbildung des Kolbens gemäß der Erfindung,
2 eine vergrößerte Seitenansicht des Kolbens;
3 einen Schnitt in der Ebene 3-3 von 2; und
4 eine Druntersicht des Kolbens der 2 und 3.
Das Spülventil gemäß vorliegender Erfindung wird konventionell verwendet bei Urinalen oder Wcs. Der Spülventilkolben ist so ausgebildet, daß er die Strömung des Wassers durch das Spülventil so steuert, daß für jeden Spülvorgang eine spezifische Wassermenge verbraucht wird, wobei das Wasser das Spülventil auch dann mit einer hohen Strömungsrate durchsetzt, wenn der Wasserdruck an der niedrigen Seite des Wasserdruckbereiches liegt, wie er allgemein beispielsweise in den Vereinigten Staaten von Amerika gegeben ist. Obwohl die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert wird, bei dem das gewünschte Spülvolumen ca. 1,6 Gallonen oder ca. 6 l beträgt, ist darauf hinzuweisen, daß die Abmessungen der unterschiedlichen Teile modifziert werden können, um ein anderes Wasservolumen pro Spülvorgang zu verbrauchen.
Das Spülventil hat, wie gezeigt, einen allgemein hohlen Ventilkörper 10, der eine Einlaßverbindung 12, eine Auslaßverbindung 14 und eine Handgriffs-Kupplungs-Verbindung 16 aufweist. Das obere Ende des Ventilkörpers wird durch eine Abdeckung 18 verschlossen. Zwischen dem Körper und der Abdeckung kann ein Dichtelement 19 vorgesehen sein. An den Innenwänden des Körpers 10 ist ein Hauptventilsitz 20 geformt. Das Ventil läßt sich betätigen durch einen Betätigungshandgriff 22, der mittels einer Kupplungsmutter 24 am Ventilkörper 10 befestigt ist. Der Handgriff ist mit einem Plunger 26 in Verbindung, der sich zu einem Innenbereich des Ventilkörpers erstreckt. Der Plunger 26 wird durch eine Buchse geführt und abgestützt und rückgestellt durch eine Feder 30. Auf das Ende der Hülse 28 ist eine Gummi-Dichtkappe oder eine Packung 32 aufgeknüpft, die eine Leckage durch die Handgriffsöffnung nach außen verhindert. Das gezeigte Spülventil hat zu seiner Betätigung einen manuell betätigbaren Handgriff 22. Das Ventil läßt sich jedoch auch so konzipieren, daß es automatisch betätigbar ist, beispielsweise durch einen Magneten. Eine Kolbenanordnung 34 ist so ausgebildet, daß sie innerhalb des Körpers 10 hin- und herbewegbar ist. Die Kolbenanordnung 34 umfaßt einen hohlen, im allgemeinen zylindrischen Kolben 36. Diese Kolben 36 besitzt eine untere zylindrische Verlängerung 38, die direkt benachbart ist zu einer Kolbensitzfläche 39. Die Sitzfläche 39 wird normalerweise aufgesetzt auf ein Dichtglied 41, beim Hauptventilsitz 20, damit der Hauptventilsitz 20 zu schließen und die Wasserströmung durch das Spülventil steuerbar ist. Im Kolben 36 ist eine Beipaßöffnung 40 vorgesehen, die durch einen Filterring 42 gesteuert wird, so wie dies in US-A-4 261 545 offenbart ist. Die Beipaßöffnung 40 verbindet die Einlaßseite des Spülventils mit der inneren Kammer 42 des Kolbens. Die Beipaßöffnung hat eine kleine Größe oder einen kleinen Durchmesser in einem Bereich von ca. 0,020 Zoll bis zu einer Größe von 0,0245 Zoll (5,0 mm bis 6,3 mm). Mit dieser Durchmessergröße wird die Rate gesteuert, mit welcher sich die Kammer 42 füllt, um den Schließvorgang des Spülventils zu bewirken.
Die Innenkammer 42 des Kolbens 36 enthält eine ringförmige Rippe 44 zum Abstützen einer Dichtung 46. Die Rippe und die Dichtung befinden sich oben bei einem zentralen Durchgang 48, der die Innenkammer 42 mit der Auslaßseite des Spülventils verbindet.
Die Kolbenanordnung 34 weist ferner ein Ablaßventil 50 auf, das normalerweise den Durchgang 48 des Kolbens 36 verschließt. Das Ablaßventil 50 besitzt einen Kragen 49, der an der auf der Rippe des Kolbens angeordneten Dichtung 46 angreift. Ein Betätigungsschaft 52 ist in dem zentralen hohlen Bereich des Ablaßventils 50 verschiebbar und erstreckt sich bis zu einer Stelle benachbart zum Plunger 26. Eine Feder 54 assistiert zum Halten des Ablaßventils 50 in seiner Stellung zum Schließen und Abdichten der Innenkammer 42.
Die Kolbenanordnung 34 umfaßt ferner einen Einsatz 56, der mit der oberen Wand des Kolbens 36 in Schraubeingriff steht. Der Einsatz 56 besitzt einen zentralen Anschlag 58, an dem die Feder 54 anliegt. Im Anschlag sind Löcher 60 vorgesehen, die eine Strömungsverbindung zwischen der Innenkammer 42 des Kolbens und einer oberen Druckkammer 62 herstellen. Zwischen dem Einsatz 56 und dem Kolben 36 ist ein Packungsglied oder Dichtglied 64 gehalten, das als Gleitdichtung die Druckkammer 62 vom Einlaß-Wasserdruck trennt.
Der Kolben 36 ist mit einer zylindrischen Wand 70 ausgebildet, die glatt und hindernisfrei ist, im Gegensatz zu Ausbildungen bei bekannten Kolben für ähnliche Spülventile. Direkt benachbart zur zylindrischen Wand 70 ist eine kegelige Kolbenfläche 72 vorgesehen, die eine Konizität in der Größenordnung von ca. 10° hat. Diese Konizität bewirkt einen unbehinderten und klaren Strömungsweg über den Kolben, sobald dieser vom Ventilsitz 20 abgehoben ist. Direkt benachbart zu dem kegeligen Bereich 72 befindet sich die Kolbensitzfläche 39, die auf dem Ventilsitz 20 bzw. dessen Dichtglied 41 sperrt, sobald sich das Spülventil in seiner Schließstellung befindet. Direkt stromab der Kolbensitzfläche 39 ist ein Ring 74 vorgesehen, dessen Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Ventilauslasses benachbart zum Sitz 20, so daß eine Ringfläche 74 im Inneren des Ventilsitzes vorliegt, sobald der Kolben in seiner Schließstellung ist. Die Ringfläche 74 fungiert als eine Drossel, d. h., daß sie die Strömung durch den Ventilauslaß unmittelbar vor einer vollständigen Ventilschließstellung erheblich verringert.
Direkt benachbart zu der drosselnden Ringfläche 74 liegt ein Kolbenabschnitt 38 vor, der eine Vielzahl von Rippen 76 besitzt, die sich radial und axial erstrecken. Der Außendurchmesser der Rippen ist kleiner als der Außendurchmesser der Wand 70 und ist geringfügig kleiner als der Durchgang durch den Sitz 20. Die Rippen befinden sich demzufolge innerhalb des Hauptabschnittes des Kolbens, damit sie die Strömung nicht drosseln. Die Anzahl der Rippen ist wichtig. Es müssen genügend viele Rippen sein, damit es die notwendige Stabilität und Führung für den Kolben gibt, wenn sich dieser zum Ventil hin und von diesem weg bewegt. Jedoch darf die Anzahl der Rippen nicht so groß sein, daß sie irgendeine Verminderung oder eine Störung des Wasserstroms entlang des Kolbens erzeugen, wenn sich der Kolben in der Ventilöffnungsstellung befindet. Fünf wurde als zufriedenstellende Anzahl für diese Rippen bestimmt, d. h., es sollten nicht weniger als vier oder nicht mehr als sechs Rippen vorhanden sein. Am unteren Ende jedes der sich axial erstreckenden Rippen ist ein abgefaster, z. B. kegeliger, Bereich 48 geformt, der beim Einbauen des Kolbens in die Spülventilanordnung hilfreich ist.
Die Fläche zwischen den mit gleichmäßigen Umfangsumständen beabstandeten Rippen 76 ist durch eine Schürze 80 geschlossen. Wie gezeigt, besitzt die Schürze 80 einen Radius, der geringfügig kleiner ist als der der Außenoberflächen der Rippen 76. Was jedoch wichtig ist, ist daß die Schürze im Bereich zwischen den Rippen schließt, um eine Steuerung des Wasserstroms stromab des Kolbens zu ermöglichen, was wiederum zu einer einwandfreien Operation des Spülventils beiträgt. Die Schürze verbessert das Strömungsverhalten dadurch, daß sie den Strömungsweg in axialer Richtung und in Umfangsrichtung um den Kolbenbereich 38 bewegt bzw. formt. Da die Schürze 80 einen Wassereintritt in den Wasserdurchgang 48 verhindert, vermeidet die Schürze jeglichen Rückdruck oder Staudruck, der die Schließbewegung des Ablaßventils verzögern könnte. Der Schürzenbereich 80 endetkurz vor dem stromabliegenden Ende der Rippen 76. Dies ist wichtig, da diese Maßnahme verhindert, daß stromab des Kolbens ein Rückdruck entsteht, der seinerseits die Schließbewegung des Kolbens verzögern könnte. Je länger der Kolben in einer offenen Stellung gehalten wird, desto starker ist die Wasserströmung durch das Spülventil. Der Auslauf der Schürze kurz vor dem axial stromabliegenden Enden der Rippen reduziert den Rückdruck, der die Schließbewegung des Kolbens verzögern könnte, während die Anwesenheit der Schürze den Rückdruck reduziert, der die Schließbewegung des Ablaßventils verzögern könnte.
Erfindungsgemäß ist auch die spezielle Ausbildung des Bereiches des Kolbens wichtig, der die Wasserströmung steuert, wenn sich der Kolben in der abgehobenen Stellung befindet. Der hauptsächliche zylindrische Bereich des Kolbens, wie bei 70 angedeutet, bietet keinerlei Strömungshindernisse, wie sie bei bekannten Spülventilen gegeben waren. Es gibt deshalb dort keine Hindernisse für die Wasserströmung. Die sich verjüngende Flache 72 vergrößert die Größe des Strömungsweges, indem sie eine stärkere Wasserströmung zuläßt, als sie aufträte, wenn der Kolbendurchmesser dort kontinuierlich bliebe. Die Rippen geben dem Kolben Stabilität, während er sich zwischen seinen Stellungen hin- und herbewegt. Die Schürzenabschlußflächen zwischen den Rippen definieren weiterhin den Strömungsweg entlang der Außenseite des Kolbens und ermöglichen eine einwandfreiere Ventiloperation. Das Vorliegen der Schürze und die Tatsache, daß diese eine axiale Länge kürzer als die der Rippen hat, reduziert den Druckabfall über den Kolben. Die Schürze verhindert ferner, daß Rückdruck die Schließbewegung des Ablaßventils verlangsamt und/oder die Schließbewegung des Kolbens verlangsamt. Der drosselnde Ring 74 führt zu einem Drosseleffekt gerade dann, wenn der Kolben im Begriff ist, seine Schließstellung zu erreichen. Dadurch werden Wasserschläge vermieden oder reduziert.
Obwohl nur eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutert wurde, ist darauf hinzuweisen, daß es innerhalb des Schutzbereiches der Ansprüche durchaus viele Modifikationen, Austausche oder Abänderungen geben kann.

Claims

Spülventil mit einem einen Einlass (12) und einen Auslass (14) aufweisenden Körper (10), einem beim Auslass angeordneten Ventilsitz (20), einem in dem Körper zum Ventilsitz und vom Ventilsitz weg bewegbaren Kolben (36) zum Steuern der Strömung vom Einlass durch den Auslass, wobei der Kolben (36) einen Sitzbereich (39) aufweist, der so geformt und ausgebildet ist, dass er auf dem Ventilsitz (20) einen Abschluss herbeiführen kann, wobei der Kolben eine Kammer (42) und eine Nachfüllöffnung (40) im Kolben aufweist, die die Kammer mit dem Einlass des Körpers derart verbindet, dass Druck in dieser Kammer den Kolben in einer Schließstellung auf dem Ventilsitz hält, mit einem im Kolben vorgesehenen Ablassventil (50) zum Entlasten der Kammer (42) zum Auslass (14), und mit Mitteln zum Öffnen des Ablassventils zum Entlasten der Kammer, wodurch bewirkt wird, dass sich der Kolben (36) vom Ventilsitz (20) wegbewegt und einen Strömungsweg durch den Auslass (14) öffnet, wobei der Kolben (36) an seinem unteren Ende einen Führungsbereich besitzt, der sich zur stromabliegenden Seite des Ventilsitzes (20) erstreckt und eine Vielzahl nach außen gerichteter, axialer Rippen (76) aufweist, deren äußere Oberflächen radial ausgerichtet sind mit dem Strömungsweg durch den Ventilsitz (20), und dass der Führungsbereich des Kolbens (36) zwischen den Rippen (76) durch eine Schürze (80) geschlossen ist, um den Strömungsweg an der Außenseite des Führungsbereiches zu begrenzen und einen definierten Strömungsweg durch den Ventilsitz (20) zu definieren, der sich vom Einlass zum Auslass erstreckt, wobei die Schürze (80) den Rückdruck auf das Ablassventil (50) reduziert und das freie Ende der Schürze (80) kurz vor den stromab liegenden Enden der axialen Rippen (76) endet, um den Druckabfall über den Kolben (36) zu reduzieren und die Strömungsrate zu erhöhen.
Spülventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (76) in Umfangsrichtung im wesentlichen gleichförmig beabstandet sind, und dass wenigstens vier Rippen (76) vorgesehen sind.
Spülventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende jeder axialen Rippe (76) eine nach innen schräg geneigte Fläche (78) vorgesehen ist.
Spülventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (36) stromauf des Sitzbereiches (39) eine sich nach innen verjüngende, vorzugsweise kegelförmige, Fläche (72) besitzt, die die Wasserströmung am Kolben (36) vorbei verstärkt, sobald der Kolben (36) vom Ventilsitz (20) abgehoben ist.
Spülventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen am Kolben (36) direkt stromab des Sitzbereiches (39) befindlichen Drosselring (38), mit welchem Drosselring (38) die Strömung durch den Auslass unmittelbar vor dem Erreichen der Schließstellung des Kolbens (36) auf den Ventilsitz (20) drosselbar ist.
Spülventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Drosselring (38) direkt stromauf der axialen Rippen (76) befindet.