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Die
Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung für den frostsicheren Außenbetrieb,
umfassend:
- – eine Zulauföffnung,
- – eine
Abgabeöffnung,
- – einen
Verbindungskanal, welcher die Zulauföffnung mit der Abgabeöffnung verbindet,
- – ein
erstes Ventil, welches ausgebildet ist, um die Fluidverbindung durch
den Verbindungskanal in einer offenen Funktionsstellung freizugeben
und in einer geschlossenen Funktionsstellung zu verschließen,
- – eine
Betätigungsvorrichtung
zum Betätigen
des ersten Ventils, und
- – Mittel
zum Entleeren der Ventilvorrichtung in der geschlossenen Funktionsstellung.
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Ein
Ventilvorrichtung dieser Art, die für den Einbau in einer Außenwand
eines Gebäudes
ausgebildet ist und einen frostsicheren Betrieb ermöglicht, ist
aus
DE 202 19 008 bekannt.
Diese vorbekannte Wasserarmatur erlaubt einen frostsicheren und
gegenüber
Verschmutzungen unempfindlichen Betrieb, indem die Armatur im geschlossenen
Zustand entleert wird, um das darin befindliche Wasser, das bei Temperaturen
unter dem Gefrierpunkt Beschädigungen
der Armatur verursachen könnte,
durch Luft zu ersetzen. Zu diesem Zweck weist die Wasserarmatur ein
Belüftungsventil
auf.
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Eine
weitere frostsichere Ventilvorrichtung der eingangs beschriebenen
Art ist aus DE 20 2005 007 628.7 bekannt. Hierbei handelt es sich
um eine im Außenbereich
einsetzbare, frostsichere Ventilvorrichtung, die als Standventil
im Erdboden befestigt wird. Bei dieser Ventilvorrichtung erfolgt
eine Entleerung des darin befindlichen Wassers im geschlossenen
Zustand über
eine separate Ablassöffnung
in das umgebende Erdreich, um so wiederum das Innere der Ventilvorrichtung
zu belüften
und auf diese Weise einen frostsicheren Betrieb sicherzustellen.
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Die
beiden vorbekannten Ventile haben sich bei bestimmungsgemäßem Gebrauch
bewährt
und ermöglichen
einen frostsicheren Außenbetrieb
bei horizontaler bzw. vertikaler Einbaulage. Die bekannten Ventilvorrichtungen
sind jedoch noch weiter verbesserungsfähig.
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Beide
bekannte Ventilvorrichtungen beziehen ihre frostsichere Betriebsfunktion
daraus, dass sich im geschlossenen Zustand kein Wasser im Inneren
der Ventilvorrichtung bzw. Armatur befindet, indem dieses Wasser
durch die Abgabeöffnung
oder eine separate Ablassöffnung
entleert wird. Beim horizontal eingebauten Ventil der
DE 202 19 008 tritt daher nach Verschluss
der Ventilvorrichtung aus der Abgabeöffnung eine bestimmte Menge
Wasser aus, nämlich
das im Inneren der Armatur befindliche Wasser.
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Auch
bei der aus DE 20 2005 007 628.7 bekannten Ventilvorrichtung tritt
regelmäßig nach
Verschließen
des ersten Ventils eine bestimmte Menge Wasser aus der Abgabeöffnung aus,
nämlich
das im oberen Teil der Ventilvorrichtung befindliche Wasser.
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Dieser
Effekt führt
in manchen Fällen
dazu, dass ein Benutzer der Ventilvorrichtungen annimmt, die Ventilvorrichtung
sei nicht ordnungsgemäß geschlossen.
Hieraus folgend neigen Benutzer in solchen Fällen dazu, die Betätigungsvorrichtung
mit großer
Kraft zu verschließen,
um auf diese Weise das vermeintlich noch teilweise offene Ventil
vollständig
zu verschließen.
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Tatsächlich ist
die Ventilvorrichtung jedoch geschlossen und die zusätzliche,
kraftvolle Betätigung
presst den Ventilkörper
der bekannten Ventilvorrichtungen mit einer erheblichen Kraft auf
den Ventildichtsitz, was nach mehrmaliger solcher kraftvoller Betätigung zu
einer Beschädigung
der Dichtungselemente führt.
Infolge dieser Beschädigung
ist eine vollständige
Abdichtung dann nicht mehr gewährleistet.
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Die
Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, diesem Nachteil der bekannten
Vorrichtungen abzuhelfen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst,
indem das erste Ventil als Schieberventil, insbesondere als Drehschieberventil
ausgebildet ist.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein gewisser Austritt
von Wasser aus der Abgabeöffnung
bzw. dem Abfluss bei frostsicheren Ventilen unvermeidbar ist und
folglich andere Wege gefunden werden müssen, um eine Fehlbedienung
auszuschließen.
Dies wird erreicht, indem dem Benutzer eine vollkommen andere Haptik
bei der Betätigung der
Ventilvorrichtung bereitgestellt wird. Durch die Ausführung des
Ventils als Schieberventil wird dem Benutzer vermittelt, dass in
einer exakt definierten Verschlussposition das Ventil geschlossen
ist und auch nicht durch weitere Krafteinwirkung weiter geschlossen
werden kann. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Benutzer
sich veranlasst sieht, die Ventilvorrichtung mit einer unzulässig hohen
Kraft zu bedienen.
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Insbesondere
ist es bevorzugt, das erste Ventil als Drehschieberventil auszubilden.
Diese Ausführungsform
ist für
die Konstruktion der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtungen von
besonderem Vorteil, da auf diese Weise eine einfache und zuverlässige Übertragung
der Betätigungskräfte von
der Betätigungsvorrichtung
auf das erste Ventil möglich ist.
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Darüber hinaus
bietet die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung
den Vorteil, dass der Benutzer bei einem Schieberventil die Dichtungsflächen nicht durch übermäßige Kraftanwendung
aufeinander pressen kann. Ein Schieberventil ist grundsätzlich dadurch
gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnung(en) geschlossen werden,
indem eine Scherbewegung zwischen Verschlusskörper und Durchlassöffnung stattfindet,
in der Regel eine quer zur Durchflussrichtung liegende Schiebe-
oder Drehbewegung. Die Dichtungsflächen werden dadurch in der
Regel nicht senkrecht aufeinander zubewegt und eine erhöhte Betätigungskraft
kann nicht zu einer erhöhten Anpresskraft
zwischen den Dichtungsflächen
führen. Auf
diese Weise wird eine Beschädigung
der Dichtungsflächen
durch eine solche Fehlbedienung ausgeschlossen.
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Es
ist besonders bevorzugt, wenn das erste Ventil ein erstes Ventilelement
mit mindestens einer Durchflussöffnung
und ein zweites Ventilelement umfasst , das um eine Achse drehbar
ist und mindestens eine exzentrische Dichtungsfläche aufweist, welche die Durchflussöffnung(en)
des ersten Ventilelements in der geschlossenen Funktionsstellung
verschließt (verschließen). Diese
Ausführungsform
erlaubt eine robuste Konstruktion und eine sichere Abdichtung des
ersten Ventils der Ventilvorrichtung.
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Dabei
ist es insbesondere bevorzugt, wenn das erste Ventilelement und
das zweite Ventilelement in offener und geschlossener Funktionsstellung
den gleichen axialen Abstand zueinander aufweisen. Auf diese Weise
wird die Bewegung des ersten und zweiten Ventilkörpers zueinander weitestgehend
vereinfacht und eine robuste Konstruktion der Ventilvorrichtung
erzielt.
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Insbesondere
ist es dabei vorteilhaft, wenn das erste Ventilelement als Scheibe
mit zwei exzentrischen Öffnungen
ausgebildet ist. Durch die zwei exzentrischen Öffnungen wird ein ausreichender Durchflussquerschnitt
durch das erste Ventilelement bereitgestellt, wobei die Öffnungen
dennoch eine ausreichende Größe aufweisen,
um unempfindlich gegenüber
Verschmutzungen oder Verkalkungen zu sein. In diesem Fall ist das
zweite Ventilelement vorzugsweise mit zwei Dichtungsflächen versehen,
die ebenso exzentrisch angeordnet sind wie die Öffnungen im ersten Ventilkörper. Vorzugsweise
sind diese Öffnungen
um 180° zueinander
versetzt und erstrecken sich jeweils über einen Winkelbereich von
etwa 90°.
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Es
ist insbesondere bevorzugt, dass das erste Ventil zumindest ein
Ventilelement aus einem keramischen Material aufweist, vorzugsweise
zwei Ventilelemente aus einem keramischen Material. Keramische Materialien
sind für
die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung
besonders gut geeignet, da sie einen nahezu verschleißfreien
Betrieb erlauben und die in einem Schiebeventil auftretenden Belastungen eine
werkstoffgerechte Beanspruchung keramischer Materialien erlauben
und somit ein zuverlässiger
Betrieb über
die Lebensdauer der Ventilvorrichtung erzielt werden kann, ohne
dass Wartungsmaßnahmen am
ersten Ventil erforderlich wären.
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Weiterhin
ist bevorzugt, dass die Betätigungsvorrichtung
um etwa 90° verschwenkt
werden muss, um von der ersten in die zweite Funktionsstellung zu
gelangen. Auf diese Weise wird dem Benutzer der Ventilvorrichtung
eine eindeutige optische und haptische Rückmeldung gegeben, ob die offene Funktionsstellung
bzw. die geschlossene Funktionsstellung erreicht ist. Diese Ausführungsform
ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Betätigungsvorrichtung als Schwenkhebel
oder Drehgriff ausgeführt ist.
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Vorzugsweise
ist das Ventil zum horizontalen Einbau in eine Außenwand
ausgebildet. Diese Ausführungsform
ist insbesondere dann für
die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung
vorteilhaft, wenn die Belüftung
durch Abfluss des Wassers zu einem großen Teil aus der Abgabeöffnung erzielt
wird und folglich die erfindungsgemäßen Vorteile in besonders starkem
Maße Bedeutung
erlangen.
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Es
ist besonders bevorzugt, wenn die Betätigungsvorrichtung ein manuell
betätigbares
Griffelement aufweist, das mittels einer Verbindungsstange, die
sich durch einen Teil des Verbindungskanals erstreckt, mit dem Hauptventil
verbunden ist. Auf diese Weise wird ermöglicht, eine Betätigung im äußeren, frostgefährdeten
Bereich vorzunehmen und das Hauptventil im inneren, frostgeschützten Bereich
anzuordnen, was die Frostsicherheit weiter erhöht. Zudem wird ein schlanker
und robuster Aufbau erreicht.
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Weiterhin
ist es bevorzugt, dass im außenliegenden
Bereich der Ventilvorrichtung eine Belüftungsöffnung vorhanden ist, die einen
Zutritt von Umgebungsluft in den Verbindungskanal zwecks Entleerung
der Flüssigkeit
aus dem Verbindungskanal erlaubt, vorzugsweise durch die Abgabeöffnung.
Durch diese Forbildung wird die Flüssigkeitsentleerung der Ventilvorrichtung
durch verbesserte Belüftung
weiter beschleunigt und kann vollständig ablaufen.
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Dabei
ist es besonders bevorzugt, wenn die Belüftungsöffnung mit einem Belüftungsventil
zusammenwirkt, welches die Belüftungsöffnung bei Vorhandensein
eines Überdrucks
im Verbindungskanal verschließt.
So wird verhindert, dass Flüssigkeit aus
dem Inneren der Ventilvorrichtung durch das Belüftungsventil nach außen tritt.
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Bei
den beiden vorgenannten Ausführungsformen
ist es bevorzugt, wenn das Belüftungsventil einen
Ventilsitz und eine Ventilkörper
umfasst und mittels eines elastischen Elements in die Offen-Stellung
gedrückt
wird. Vorzugsweise wirkt der Wasserdruck im Inneren der Ventilvorrichtung
gegen diese Federkraft und schließt das Belüftungsventil.
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Insbesondere
kann dabei vorzugsweise das Belüftungsventil
in die Betätigungsvorrichtung
integriert sein. Hierdurch wird einerseits ein kompakter Aufbau
erreicht und zudem ein Schutz des Belüftungsventils vor mechanischen
Beschädigungen
und Verscmutzungen erzielt.
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Schließlich ist
es bei den Ausführungsformen
mit Belüftungsventil
besonders vorteilhaft, wenn das Belüftungsventil in einem Hohlraum
eines Griffelements der Betätigungsvorrichtung
angeordnet ist. Diese Ausführungsform
erlaubt eine besonders platzsparende Anordnung des Belüftungsventils
und zudem einen Schutz vor dem Zutritt von Luftverunreinigungen
und Schmutz.
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Eine
weitere Fortbildung ist durch eine erste Rückflussverhinderungsvorrichtung
die zwischen Zuflussöffnung
und Hauptventil angeordnet ist, gekennzeichnet, zur Verhinderung
des Zutritts von Schmutzwasser aus der Ventilvorrichtung durch die
Zuflussöffnung.
Dies Ausführungsform
ist für
die Anwendung der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung
in Trinkwassernetzen vorteilhaft, um hierdurch den Vorschriften
für Armaturen
in solchen Netzen nachzukommen und zu verhindern, dass bei Überdruck
in der Ventilvorrichtung Wasser aus der Ventilvorrichtung in das
Trinkwassernetz gelangt.
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Die
erfindungsgemäße Ventilvorrichtung wird
vorzugsweise nach einem Verfahren zum frostsicheren Betreiben einer
Ventilvorrichtung betrieben, mit den Schritten:
- – Zuführen von
Wasser über
eine Zulauföffnung,
- – Weiterleiten
des Wassers durch einen Verbindungskanal, welcher die Zulauföffnung mit
einer Abgabeöffnung
verbindet
- – Abgeben
von Wasser aus der Abgabeöffnung,
- – wahlweises
Unterbrechen oder Freigeben der Fluidverbindung durch den Verbindungskanal
mittels eines Hauptventil, das mit einer Betätigungsvorrichtung betätigt werden
kann, und
- – Entleeren
der Ventilvorrichtung bei unterbrochener Fluidverbindung durch den
Verbindungskanal,
dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptventil
als Schieberventil, ausgeführt
ist und die Fluidverbindung durch den Verbindungskanal durch Betätigen dieses
Schieberventils wahlweise unterbrochen oder freigegeben wird.
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Das
Verfahren kann fortgebildet werden, indem das Hauptventil als Drehschieberventil,
ausgeführt
ist und die Fluidverbindung durch den Verbindungskanal durch Betätigen dieses
Drehschieberventils wahlweise unterbrochen oder freigegeben wird,
vorzugsweise durch Verschwenken eines Betätigungselements um nicht mehr
als 90°.
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Insbesondere
ist es bei dem Verfahren bevorzugt, wenn die Ventilvorrichtung über eine
im außenliegenden
Bereich der Ventilvorrichtung angeordnete Belüftungsöffnung, die einen Zutritt von
Umgebungsluft in den Verbindungskanal erlaubt, belüftet wird.
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Dabei
wird die Belüftungsöffnung vorzugsweise
mittels eines Belüftungsventils,
welches vorzugsweise in die Betätigungsvorrichtung
integriert ist, bei Vorhandensein eines Überdrucks im Verbindungskanal
verschlossen.
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Schließlich ist
es bevorzugt, wenn das Belüftungsventil
mittels eines elastischen Elements in die Offen-Stellung gedrückt wird.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
wird anhand der anhängenden
Figuren beschrieben. Es zeigen:
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1a:
den außenliegenden
Abschnitt der Ventilvorrichtung im vertikalen Längsschnitt in geöffneter
Ventilstellung,
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1b.
den außenliegenden
Abschnitt der Ventilvorrichtung im horizontalen Längsschnitt
in geöffneter
Ventilstellung,
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2a:
den innenliegenden Abschnitt der Ventilvorrichtung im vertikalen
Längsschnitt
in geöffneter
Stellung,
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2b:
den innenliegenden Abschnitt der Ventilvorrichtung im horizontalen
Längsschnitt
in geöffneter
Stellung,
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3a:
den außenliegenden
Abschnitt der Ventilvorrichtung im vertikalen Längsschnitt in geschlossener
Stellung,
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3b:
den außenliegenden
Abschnitt der Ventilvorrichtung im horizontalen Längsschnitt
in geschlossener Stellung,
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4a:
den innenliegenden Abschnitt der Ventilvorrichtung im horizontalen
Längsschnitt
in geschlossener Stellung, und
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4b:
den innenliegenden Abschnitt der Ventilvorrichtung im horizontalen
Längsschnitt
in geschlossener Stellung.
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5:
eine perspektivische Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung,
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6a eine
perspektivische Explosionsdarstellung des außenliegenden Abschnitts der
erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung,
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6b eine
perspektivische Explosionsdarstellung des innenliegenden Abschnitts
der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung,
und
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7 einen
horizontalen Längsschnitt
durch die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung
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Bezugnehmend
zunächst
auf die 5, 6a, 6b und 7 umfasst
die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung
einen äußeren Abschnitt 1 und
einen inneren Abschnitt 2.
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Im äußeren Ventilvorrichtungsabschnitt 1 ist eine
Abgabeöffnung 20,
und eine Betätigungsvorrichtung 50 sowie
ein Verbindungskanal 30 mit äußeren Verbindungskanalabschnitten 31–33 angeordnet.
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Im
inneren Ventilvorrichtungsabschnitt 2 ist eine Zulauföffnung 10,
ein Hauptventil 40 sowie untere Verbindungskanalabschnitte 34–36 des
Verbindungskanals 30 angeordnet.
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In
den 1a und 1b sowie 2a und 2b ist
die Ventilvorrichtung in einer offenen Funktionsstellung abgebildet,
in der Wasser von der Zulauföffnung
durch den Verbindungskanal 30 fließen kann und aus der Abgabeöffnung 20 ausgegeben
werden kann.
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Das
Wasser strömt
hierzu durch die Zulauföffnung 10 in
horizontaler Richtung in die Ventilvorrichtung ein. Es passiert
dann ein Rückschlagventil 80,
das hinter der Zulauföffnung
angeordnet ist. Das Rückschlagventil 80 umfasst
einen Ventilsitz 81, in den ein Ventilkörper 82 mittels einer
Druckfeder 83 gedrückt
wird. Der Wasserdruck übt
eine gegen die Druckfeder 83 wirkende Kraft auf die Ventilkörperfläche 84 aus
und hebt dadurch den Ventilkörper 82 von dem
Ventilkörpersitz 81 ab,
wodurch ein Zulauf von Wasser ermöglicht wird.
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Das
Wasser strömt
dann weiter, wie mit Pfeil B gekennzeichnet, in Richtung des Hauptventils 40.
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Das
Hauptventil 40 umfasst ein erstes Ventilelement 41,
das als keramische Scheibe ausgebildet ist und zwei exzentrische
Bohrungen 41a, b aufweist. Weiterhin umfasst das Hauptventil 40 ein
zweites Ventilelement 42, das einen Querschnitt in Gestalt zweier
mit ihren Spitzen aufeinanderstoßender Dreiecke aufweist, die
gegenüberliegend
zu diesen Spitzen halbrund ausgeformt sind. Die Dreiecksflächen des
zweiten Ventilelements 42 bilden zwei Ventildichtungsflächen 42a,
b aus, welche so bemessen sind, dass sie die erste und zweite Öffnung im
ersten Ventilelement 41 verschließen können.
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Das
zweite Ventilelement 42 ist drehmomentfest mit einem Kupplungsstücks 51 verbunden, die
ihrerseits mittels einer Feder-Nutverbindung mit einem ersten Ende
einer kurzen Betätigungsstange 52 drehmomentfest
verbunden ist. Die kurze Betätigungsstange 52 ist
an ihrem anderen Ende als Sechskant ausgebildet und ihrerseits mittels
einer Innensechskanthülse 53 mit
einer langen Betätigungsstange 54,
die ebenfalls einen Sechskantquerschnitt aufweist, drehmomentfest
verbunden.
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Die
lange Betätigungsstange
ist an ihrem anderen Ende mittels eines Adapterstücks 55 mit
einer Ventilhülse 56 verbunden,
die ihrerseits drehmomentfest mit einer Betätigungskappe 57 verbunden ist.
Auf diese Weise kann ein in die Betätigungskappe 57 eingeleitetes
Drehmoment auf das zweite Ventilelement 42 übertragen
werden, um diesen entsprechend zu verdrehen und das Hauptventil
auf diese Weise von der geschlossenen Funktionsstellung in die offene
Funktionsstellung zu bringen und umgekehrt.
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Das
Hauptventil 40 ist in einem Rohrkanalabschnitt 35 angeordnet,
der mit einem Rohrkanalabschnitt 33,34 verschraubt
ist. Durch den Rohrkanalabschnitt 33,34 erstrecken
sich die kurze und lange Betätigungsstange 52, 54 und
verbinden das Hauptventil 40 mit der an einem Rohrstück angeordneten Betätigungskappe 57.
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Der
Rohrabschnitt 35 und der Rohrabschnitt 33,34 sind
mittels einer Zwischenhülse 60 miteinander
verbunden, indem die Rohrabschnitte 35 und 33,34 jeweils
mit einem Innengewinde auf ein entsprechendes Außengewinde der Zwischenhülse 60 aufgeschraubt
sind. Die Zwischenhülse 60 wirkt
mit einem Anschlagstück 61 zusammen,
welches auf den Sechskantabschnitt der kurzen Betätigungsstange 52 drehmomentfest
mittels eines Innensechskants aufgeschoben ist und welches zwei
sich radial erstreckende Anschlagarme 61a, b aufweist.
Die Anschlagarme 61a, b wirken mit Anschlägen 62a,
b und 63a, b an der Zwischenhülse 60 zusammen und
beschränken
auf diese Weise den Schwenkwinkel der kurzen Betätigungsstange 52 und
folglich der gesamten Betätigungsvorrichtung
auf 90°.
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Das
Anschlagelement 61 ist so zum zweiten Ventilelement 42 ausgerichtet,
dass hierdurch in Zusammenwirkung mit einer entsprechenden Ausrichtung
der Zwischenhülse 60 zum
ersten Ventilelement 41 das Hauptventil 40 in
der in 3a und 3b sowie 4a und 4b dargestellten
Anschlagstellung geschlossen ist und in der in den 1a und 1b sowie 2a und 2b dargestellten
anderen Anschlagstellung geöffnet
ist.
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Innerhalb
der Betätigungskappe 57 ist
ein Belüftungsventil 70 angeordnet,
welches dazu dient, das Innere der Ventilvorrichtung zu belüften. Das
Belüftungsventil 70 umfasst
einen Ventilsitz 71 und einen Ventilkörper 72 sowie eine
Druckfeder 73, die den Ventilkörper in die Offenstellung drückt. Der
in der Ventilvorrichtung herrschende Wasserdruck wirkt über Bohrungen 77, 78 auf
eine Fläche 76 des
Ventilkörpers 72 und
drückt
diesen Ventilkörper
dadurch in die Geschlossen-Stellung. Auf diese Weise kann bei Durchströmung der
Ventilvorrichtung kein Wasser durch das Belüftungsventil 70 austreten.
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Wird
das Hauptventil 40 geschlossen, so entspricht der Wasserdruck
im Innern der Ventilvorrichtung dem Außendruck und das Belüftungsventil 70 wird
durch die Druckfeder 73 in die Offen-Stellung gedrückt. Auf
diese Weise kann Luft in das Innere der Ventilvorrichtung eintreten
und das in der Ventilvorrichtung befindliche Wasser kann über die
Abgabeöffnung 20 ablaufen.
Die Luft tritt über
Luftzutrittsbohrungen 74, 75 zu, die innerhalb
der Betätigungskappe
liegen und dadurch eine Verschmutzung des Belüftungsventils 70 und
einen Zutritt von Verschmutzungen in das Innere der Ventilvorrichtung
verhindern.