DE2522714A1 - Hebelbetaetigtes steuerventil - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE ZO Δ Z f 1

Dr. - Ing. HANS RUSCHKE Dip!.-Ing. OLAF RUSCHKE Dipi.-lng.HANS E. RUSCHKE

1 BERLIN 33 Auguste-Viktoria-Straße 65

Bradley Corporation, Μεπογποπεε Falla, Wisconsin, V.St.A.

HEbElbEtätigtea StEUErvsntil

Die uorliEgsnde Erfindung bstrifft Steuerventile für StrömungamittEl und inabeaondErE sin verbessertES Usntil, das sich schriEll öffnen läßt, aber είπε langsame kontrolliartE Schließwirkung hat. DiE beuorzugts Ausführungafarm ist bEsondsrs nützlich für Uaschfontänsn; die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt und kann in andsren Anlagen eingesetzt werden, in densn die gleichen BetriebsEigEnschaften erwünscht sind.

Typische Waschfontänsnanordnupgen mit fußbetätigten Ventilen und einstellba-SchliEßintErvall sind bapw. in den US-PatEntschriftsn 2.243.957, 2.398. und 2.836.oBo offenbart.

DiesE StrömungsstEUErvEntilE des Standes der Tschnik sind gskEnnzeichnet durch einen hin- und herbeuegbaren Halben, der in εϊπεπ StBUErzylinder läuft. Die FunktionsueisE ist diE eines Stoßdämpfers, bei dem eine Strömungsmittel in dem Raum bzw. der Druckkammer, der bzu. die von dem Holben und den Zylindertüänden gebildet wird, entweichen muß, damit der Holbsn sich in die OffenBtel-

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lung des Ventils bewegen kann; das Strömungsmittel muß in diesen Hohlraum zurückströmen, damit der Halben in die Schließstsllung des Ventils zurückkehren kann.

Insbesondere weist jedes deser Ventile nach dem Stand der Technik ein Gehäuse auf, das einen Strömungskanal zwischen einem EinIaB und einem Auslaß aufweist, zwischen denen sich eine Ventilöffnung befindet. Ein hin- und herbewegbarer Kolben weist einen Schaft auf, an den ein Betätigungselement angreift, und einen dem Schaft entgegengesetzt liegenden Hohlkolben, der reifeschlüssig in der zylindrischen Öffnung einer sich verjüngenden Führungskappe sitzt.

Der Kolben hat einen Ventilkopf, der normalerweise mittels einer Feder, die zwischen einem Hilfsventil innerhalb des Hohlkolbens und dem Ende der Führungskappe gelagert ist, gegen den Ventilsitz geschlossen gehalten wird. Das Ventil wird geöffnet durch Betätigung des Betätigungselements, und man variiert das Arbäitsintervall des Ventils durch Einstellen des Spiels bzw. der Passung zwischen der Außenfläche des Hohlkolbens und der Innenfläche der Führungskappe. Durch diesen freien Raum muß Wasser in die Führungskappe einfließen, damit der Kolben in die Schließstellung des Ventils zurücklaufen kann. Die UasserzutrittsgeBchwindigksit wird durch Anziehen der Einstellhülse reduziert, durch die ein sich verjüngender Teil der Führungskappe keilar%±§--ift einerv festeren in eine sich verjüngende Bohrung eintritt; auf diese Weise wird die Führungskappe keilartig in einen festeren Sitz auf dem Kolben gebracht.

Der Kolben nimmt dann eine geringere Aschließgeschwindigkeit an, da das re-

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duzierte Spiel den Zufluß des Hassers auf der Rückseite des Holbens zur Unterstützung des Schließvorganges verzögert. Wenn das Arbaitselement den HoI-

ben in die Offenstellung des Ventils bewegt, öffnet auch das Hilfsventil und nimmt sofort den Strömungsmitteldruck vom Raum hinter dem Holben ab, so daß der Holben das Ventil schnell öffnet und eine Strömung durch das Uentil ■ zum Auslaß zuläßt.

Diese Ventile nach dem Stand der Technik uiaren nur mit Schwierigkeiten genau einzustellen und arbeiteten nach einiger Betriebszeit infolge von Harrosion und mineralischen Ablagerungen nicht mehr zuverlässig.

Es ist daB Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Strömungssteuerventil anzugeben, das sich leicht öffnen läßt, eine längeres SchließIntervall aufweist und die früheren Schwierigkeiten mit der Horrosion und mineralischen Ablagerungen vermeidet.

Un das schnelle Öffnen des Ventils zu erreichen, muß daB in dem Raum, der vom Steuerzylinder und dem Holben gebildet wird, eingeschlossene Strömungsmittel sehr schnell abgelassen werden. In der vorliegenden Erfindung ist dieses Ziel auf neuartige Weise erreicht, indem im Holben mindestens eine EntlaBtungsöffnung vorgesehen ist, die eine Strömungsverbindung zwischen dem Steuerzylinder uril dem Ventileinlaß herstellt.

Die Entlastungsöffnung ist normalerweise von einem flexiblen Ring verschlossen, der außen um den Holben herumliegt. Der flexible Ring arbeitet als Einwegventil für die Entlastungsöffnung und erlaubt ein schnelles Ablassen des Strömungsmittels, verhindert aber eine RUckströmung in den Halben und den

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Steuerzylinder hinein. Zur Steuerung der Rückströmung kann man einen Beipaes zwischen den Einlass und das Innere des SteuerZylinders legen. In diesem Beipaaa kann ein Nadelventil angeordnet sein, das die verhältnismäßig langsame Rückströmung steuert, wenn der Kolben in die Schließstellung gedruckt wird.

Die Fig. 1 ist ein Seitenriß einer halbkreisförmigen Waschfontäne mit einem hebenbetätigten Steuerventil nach der vorliegenden Erfindung, wobei bestimmte Teile geschnitten dargestellt sind, um den Unterbau der UteschfontSne zu zeigen;

Die Fig. 2 ist eine vergrößerte geschnittene Darstellung des in Fig. 1 gezeigten hebelbetätigten Steuerventils;

Die Fig. 3 ist eine vergrößerte Darstellung einer Einstellnadel, wie sie in dem hebenbetätigten Ventil nach Fig. 2 eingesetzt ist;

Die Fig. k ist eine vergrößerte Ansicht, die die Entlastungsöffnungen im Arbeitskalben des Ventils zeigt.

ülie in der Fig. 1 dargestellt, weist eine ülaBchfontäne ein halbkreisförmiges Becken 1 auf, dae über dem Fußboden durch eine Reihe radial auf Abstand stehender Beine 3 (von denen nur eines dargestellt ist) getragen wird, die auf einer halbkreisförmigen Podestplatte k festgelegt sind.

Die ülarm- und Haltwasserrohre 5, 6 verlaufen vom Fußboden 2 aufwärts zu einer Mischbatterie 7, die an einem Durchflußreglsr ("volume regulator")befestigt ist. Dem Durchflußregler θ ist das untere Ende eines hebelbetätigten

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Ventils 9 zugeordnet, dessen oberes Ende an ein Speiserahr 1o angeschlossen ist, das Wasser zu einem Sprühkopfring 11 führt.

Dieser ist an einem aufrechtstehenden rohrförmigen Träger 12 befestigt, der sich hinter dem Becken 1 erhebt. Der obere Teil des rohrförmigen Trägers 12 trägt einen Seifenspender 13, der hauptsächlich mittels eines Winkels 1^ gehaltert ist. Dessen anderes Ende ist in der Wand 15 verankert, an der die üteschfontäne angebracht ist.

In der Wand 15 befindet sich ein Dosierventil 16, das die durch das Speiserahr 1o fließende Utessermenge dosiert und mittels der Rohre 17 über und unter dem Steuerventil 9 angeschlossen ist. Dae Becken 1 ist mit einem Abflußrohr 18 vereehen, das lule gezeigt durch die Wand verläuft; alternativ kann es abwärts durch den Fußboden 2 verlegt sein.

Das hebelbetätigte Steuerventil 9, das nach der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist, ist betrieblich mit einer Fußbetätigungseinrichtung uiie der der US-Patentschrift 2.B36.oBo verbunden und meist eine durch eine Fedeninrichtung vorgespannte Stange 19 auf, die an einen langgestreckten Pedalhebel angelenkt ist, der auf einem hochstehenden, mit Öffnungen versehenen Ulinkel 21 des Beines 3 schwenkbar gelagert ist.

Ein halbmondförmiger Trittring 22 liegt in dem hakenförmig gebogenen Ende des Pedalhebels 2o, so daß mit dem Fuß irgendwo auf dem"Rittring 22 aufgebrachter Druck den Wnel 2o und die zugehörige Betätigungsstange 19 nach oben auslenkt, um das Ventil 9 zu betätigen. Das hebelbetätigte Steuerventil 9 führt dem Becken 1 über den Sprühkopfring 11 temperiertes Wasser zu.

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üJie in der Fig. 2 dargestellt, meist das verbesserte Steuerventil 9 einen vorzugsweise aus Messingguß bestehenden - Hörper 2k mit einem Einlaßkanal 25, einem Auslaßkanal 26 sowie einer Öffnung 27 auf, die diese Kanäle 25, 26 verbindet.

In der Öffnung 27 befindet sich ein auswechselbarer Ventilsitz 28. Der Einlaßkanal 25 enthalt einen Ringräum 29 mit einer auswärts verlaufenden, mit der Öffnung 27 fluchtenden und in Strömungsverbindung stehenden Bohrung 3d.

Der Auslaßkanal 26 ist mit einer verjüngten Bahrung 31 versehen, die entsprechend mit der Öffnung 27 fluchtet. Eine federnd nachgiebige Membran 32 verschließt die Bohrung 31, und eine Scheibe aus Fibermaterial 33 liegt dichtend an der Membran 32 an, an der sie mittels einer Überuurfmutter 3k festgehalten ist, die in den Hörper 2k eingeschraubt ist.

Ein Stößel 35, der an einem Ende an der Mebran 32 anliegt, ist gelitend verschiebbar in der Mittelöffnung eines Führungsrings 36 gelagert, der sich innerhalb des größeren Teils einer abgesetzten Bohrung 37 in der Überwurfmutter 34 befindet. Das andere Ende deB Stößels 35 liegt am Scheibenkopf 38 eines kippbaren Betätigungshebels 39, an, der sich aus einer aufgeweiteten Öffnung ka in der äußeren Endwand der Überwurfmutter 3k heraus nach unten krümmt. Der in Fig. 1 gezeigte Betätigungshebel gEeift in einen Hakenteil 41 am Ende des HebelB 39 ein.

Ein Steuergehäuse k2 mit einem Zylinder k, der mit der Ringkammer 29 fluchtet und sich in diese öffnet, ist auf den Hörper 2k aufgeschraubt. Eine kleine Hammer kk liegt hinter dem Zylinder k3 und steht mit ihm in Strömungs-

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verbindung, und ein Beipasa k5 tritt in den Baden der Kammer kk ein.

Ein Dichtring kB iat zwischen dem Gehäuae k2 und dem Ventilkörper 2k angeordnet und hat eine Mittelöffnung kl, durch die die Bohrung 3o in Strömungaverbindung mit dem Beipass k5 Bteht. Eine Steuernadel kB mit Gewinde ist einstellbar in der Katüer kk gelagert.und wird von einem D-Ring kB umgeben, der für einen dichten Abschluß am oberen Ende der Kammer kk sargt. Die Nadel kB verläuft über die Länge der Kammer kk abwärts und in den Kanal k5 hinein; auf diese Weise entsteht ein Nadelventil.

Die Einstellnadel kB weist, wie es am basten in Fig. 3 zu erkennen ist, einen vergrößerten Zylinderkopf 5o, der oben gerädelt ist, sowie einen in der Mitte gelegenen Veratärkungsteil 51 mit einem geeigneten Gewinde, einen abgesetzten Hals 52, auf dem der Ü-Ring kB sitzt, und einen dünnen konischen Nadelschaft 53 auf, der sich abwarte verjüngt.

Der vergrößerte Kopf 5o weist eine Unterseite auf, die sich auf das Gehäuse k2 auflegt, wenn die Nadel *tB zum Schließen des Ventils eingedreht wird· Auf diese liteise kann die Einatellnadel ^B nicht ao weit in dm Kanal k5 vorgetrieben werden, daß der konische Nadelschaft 53 beschäfigt .wird und die Dosierfunktion des Ventils beeinträchtigt.

Ein hohler Kalben 5k sitzt geweglich im Ventilkörper 2k und weiet einen Schaft 55 auf, der durch den Ventilaitz 2B verläuft. Der Schaft 55 stößt mit seinem rechten Ende an die Membran 52 an, so daß sich durch Betätigen dee Hebels 39 eine translatorische Bewegung auf den Kolben 5k übertragen läßt.

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EdeiterMn meist der Kolben 54 einen zwischen den Enden gelegenen Ventilkopf 56, den der Dichtring 57 umgibt, und einen Hohlkolbenteil 58 auf, der sich im Zylinder 43 hin- und herbewegen kann·

Auf dem Kolben 58 sitzt ein Paar Q-Ringe 59, die die Außenfläche des Kolbens 5S strämungsmitteldicht gegen die utBoebenden Wände des Zylinders auf diesen Dberf!Sehen abdichten; zusätzlich erzeugen sie während der gleitenden Relativbewegung eine Reibwirkung auf diesen Oberflächen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.

tilie die Fig. 4 zeigt, ist der Hohlkolben 58 mit einer Reihe von in ümfangsrichtung auf Abstand liegenden Entlastungsöffnungen 6o versehen, die radial eine Strömungsverbindung zwischen dem hohlen Innenraum und einer schmalen Nut 63 herstellen, die außen um das rechte Ende des Külbenteils herumläuft.

Diese Öffnungen 6o bewegen sich in den Ringraum 29, der Teil der Strömungsmittelleitung durch den Ventilkörper 24 ist. Ein flexibler Gummiring 61 sitzt in der Nut 63, legt sich über die Öffnungen 6o und verschließt sie.

Normalerweise werden der Ventilkapf 56 und der Dichtring 57 auf dem Ventilsitz 28 durch eine Schraubfeder 62 festgehalten, die sich zwischen dem Kolben 58 und einer Endwand des Zylinders 5 43 befindet.

Zunächst fließt lüasser zum Einlaß 25 und der Ringkammer 29 des Steuerventils 9 und es findet durch den Beipass 45 und das verengte Nadelventil eine Strömung in die vom Zylinder43 und dem Hohlkolben 54 gebildete Druckkammer statt. Der Wasserdruck nimmt im Kolben54 zu und unterstützt die SchlieBkraft der

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Feder 62, die das Ventil geschlossen hilt.

Beim Heruntertreten des Trittrings 22 schwingt der Pedalhsbel 2o aufwärts und bewirkt, daß die Betätigμπgsstaπge 19 entsprechend in der Herbe im Betätigungshebel 39 ausgelenkt wird.

Diese Bewegung zwingt den Scheibenkopf 38, einen einwärts gerichteten Schub auf den Betätigungshebel 35 auszuüben, der die Membran 32 gegen den Schaft 55 des Holbens durchbiegt. Als Resultat bewegt die Scheibe 57 sich vom Sitz 28 des Ventils hinweg und läßt Wasser durch das Ventil 9 zum Auslaß 26 und dem Versorgungsrohr 1o fließen. Während dieser Öffnungsbewegung bewegt der Holben 5k sich nach links, so daß der Hohlkolben 58 die Feder 62 zusammendrückt.

Diese Linksbewegung kann jedoch nicht auftreten, wenn sich ein Strömungsmitteldruck in der Druckkamer des Zylinders k3 aufbauen kann. LJm diesen Druck abzunehmen, wird Wasser durch die Entlastungsöffnungen 6o nach außen gegen die den federnd nachgiebigen Ring 61 gedrückt, der sich ausdehnt und Wasser in die Hammer 29 fließen läßt.

Auf dieBe Weise wird das ansonsten innerhalb des Zylinders k3 und des Hohlkolbens k3 eingeschlossene Wasser sehr schnell abgelassen, so daß der Halben 5k bei einer Öffnungsbewegung des Hebels 39 sich schnell nach links bewegen kann.

Wie einzusehen' ist, würde die kleine Öffnung des Nadelventils nicht ausreichen, um die jftfi? ein schnelles Öffnen des Ventils genügende Wassermenge durch-

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- 1α zulassen.

Gibt man den Betätigungshebel 39 sodann frei, läuft der Halben 5k unter der Schließkraft der Feder 52 in die Schließstellung zurück. Diese Bewegung würde jedoch von einem Unterdruck behindert werden, der sich in dem vom Hohlraumkolben 58 und den Wänden des Zylinders k3 gebildeten Raum einstellt, wenn kein Wasser durch diesem Raum fließen kann. Es fließt jedoch Wasser durch den Beipass k5 und die verengte Öffnung des Nadelventils und füllt diesen Raum aus.

Diese Strömung ist langsam, so daß die Rückbewegung des Holbens und des Ventilskapfes 56 in die Ventilschließstellung im Vergleich zum Öffnen des Ventils gleichermaßen langsam ist. Während dieser gesamten Rücklaufstufe liegt der flexible Gummiring 61 stramm auf dem Hohlkolben 58 auf, um eine Rückströmung durch die Ehtlastungsöffnungen 6o zu verhindern, die die langsame Schließuirkung des Kolbens 5k behindern würde. Die Außenfläche des Rings 61 ist mit dem Wasslreinlaßdruck beaufschlagt, so daß er als Einweg-Rückschlagventil für jede Öffnung 6o wirkt.

Es ist ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß sich ein kontrolliertes Schließen des Haibens 54 so weit aufrechterhalten läßt, daß man den Wasserschlag ("water hammer") verhindern kann. Um dies zu erreichen, wird die Einstellnadel kB verwendet, die die Wassermenge bestimmt, die durch die verengte Öffnung in der Hammer kk strömen kann.

Die Einstellnadel k8 bewirkt ein zunehmend langsameres Schließverhalten des Kolbens 5k, wenn man den Hals 51 eindreht, so daß der konische Schaft 53 in

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den unteren bzui. verengten Bereich der Hammer kk hineinlauft. Auf dem Nadelventil kB IBt ein vergrößerter Kopf 5o vargeaehBn, der sin völliges Eindrehen verhindert.

Ein vollständiges Eindrehen würde den im Durchmesser größeren Teil des Schaftes 53 festklemmen. Dieser Zustand muß vermieden werden, da dann die wasserströmung zum Zylinder Wi vollständig unterbrachen ist, was ein Schliessen des Holbens 5k verhindert. Vom konstruktiven Standpunkt aus ISSt sich die Empfindlichkeit des konischen Schaftes 53 der Einstellnadel gegenüber Beschädigung ader gar Bruch mittels des KopfES 5d erheblich reduzieren.

Das SteuergehSuse k2, die Einstellnadel ^B und der Holben sind vorzugsweise auB einem als "Celcon (R.T.M.)" bekannten Kunststoff geformt, d.h. einem Acetalmischpolymerisat, das die Fa. Celanese Company herstsllt. Diess Kunststoff besitzt sine Blatte und LubrizitMt, die minderalischen Ablagerungen entgegenwirken und einen chemischen Angriff auf die Bestandteile des Ventils 9 verhindern.

Celcon (R.T.M.) weist unter unterschiEdlichBn Temperaturen eine hohe Lei-. stungsfaMgkeit auf und bleibt auch unter hohem Druck stabil. Für den Holben 5k Bind im Gegensatz zum Stand der Technik keine engen Fertigungstoleranzen erforderlich; vielmehr ergibt ein Holben 5^ aus dem Formkunststoff Celcon (R.T.M.) in Kombination mit den D-Ringen 59 ein wesentlich empfindlicheres Steuerventil 9.

ülie außerdem einzusehen ist, lassen das Einstellgehause k2, die Einstellnadel ^B und der Holben 5k sich leicht in Ventilkörper nach dem .Stand der

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Technik einbauen und wirken mit bestehenden Hebelbetätigungsmechanismen zusammen.

Die Entlastungsöffnungen Sa im Hülben 5k eliminieren die Notwendigkeit eines Hilfsventils, wie es nach dem Stand der Technik eingesetzt wurde, und erleichtern eine schnelle Öffnungsbewegung, die von dem auf dem Halben 5k lastenden Wasserdruck nicht behindert wird. Die Verwendung der Einstellnadel kB umgeht die im Stand der Technik bestehende Notwendigkeit für eine reibschlüssige Einstellung zwischen einem Halben und einer Einstellkappe und bewirkt auf zuverlässige lüeise eine langsame Schließwirkung des Holbens 5^, bei der wasserschlag vermieden wird.

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Claims (4)

Patentansprüche

1.J Strömungssteuerventil mit einem Ventilkörper mit

einem Einlaß, einem Auslaß und einem Ventilsitz zwischen Ein- und Auslass, einem sich zum Einlass öffnenden Steuerzylinder, der dem Ventilsitz zugewandt ist, einem Halben mit einem dem Ventilsitz zugewandten Hopf und einem Hohlkolben, der sich vom Ventilkopf in den Steuerzylinder erstreckt und in ihm hin- und herbewegen kann, wobei ein Teil des Holbens zum Einlass offenliegt, und mit einem Betätigungselement, mit dem der Holben in eine Ventiloffenstellung bewegt werden kann, gekennzeichnet durch mindestens eine Entlastungsöffnung (60) im Holben (54), die radial eine Strömungsverbindung zwischen dem Innenraum des Hohlkolbens (58) und dem Einlass (25) herstellt und durch einen flexiblen Ring (61), der außen um den Hohlkolben herumliegt, die Entlastungsöffnung abdeckt, um ein Rückschlagventil zu bilden, und sich ansprechend auf den Druck im Hohlkolben radial aufwärts aufweitet.

2. Ventil nach Anspruch 1, mit einem SteuergshHuse, das den Steuerzylinder enthalt, gekennzeichnet durch einen Beipaae (45) in dem SteuergehMuse (42), der eine Strömungsverbindung zwischen dem Einlass (25) und demjenigen Ende des Zylinders herstellt, das demjenigen entgegengesetzt liegt, von dem her sich der Hohlkolben (58) erstreckt.

3. Ventil nach Anspruch 2, gekennzeichnet, durch ein

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Einstellventil (48) im Beipass (45).

4. Ventil nach Anspruch 1, 2 ader 3, gekennzeichnet ä

durch eine Umfangsnut (63) im Hohlkolben (5ö), die sich zum Einlass (25) öffnet, wobei die Entlastungsöffnung'sich in die Wut (63) öffnet und der flexible Ring (61) in der Wut (63) sitzt und sich radial in ihr versetzen kann.

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