DE2614063A1

DE2614063A1 - Stroemungssteuernocken fuer mischventile

Info

Publication number: DE2614063A1
Application number: DE19762614063
Authority: DE
Inventors: Thomas G Barnum
Original assignee: Bradley Corp
Current assignee: Federal-Huber Inc Ann Arbor Mich Us
Priority date: 1975-08-04
Filing date: 1976-03-30
Publication date: 1977-02-10
Also published as: SE422358B; DE2614063B2; FR2320487B1; DE2614063C3; AU1307276A; CA1031654A; GB1504455A; FR2320487A1; US3978890A; JPS5219329A; DK151476A; SE7604986L; JPS5810625B2; IT1058239B

Description

Bradley Corporation, Menomonee Falla, Wisconsin, V/.St.A.

Strömungssteuernacken für Mischventile

Die vorliegende Erfindung betrifft Mischventile für Strömungsmittel.

Mischventile für Strömungsmittel sind in den US-Patentschriften 3.519.o13
und 3.648.98B gezeigt. Bei Ventilen dieser Art ist ein Uentilkörper mit einer inneren, allgemein zylindrischen Ausnehmung mit einem Paar diametral gegenüberliegenden Einlaßöffnungen in dsr Seitenwand versehen. In diese Ausnehmung ist eine Hülse eingesetzt, die vor jeder Einlaßöffnung ein elastisches Dichtkissen aufuieist, das als Dffnungs- und Schließventil wirkt. Zur Steuerung der Beilegung dieser Hissen ist ein Steuerstangennocken ("control rod cam") in die Hülse eingesetzt, der einen zylindrischen Teil, der mit den Einlaßöffnungen
ausgerichtet werden kann, um die hissen fest an die Einlaßöffnungen zu drükken und sie zu schließen, und einen sich verjüngenden Teil aufweist, der vom

609886/071 5

zylindrischen Teil hsr vorsteht und sich mit den Einlaßöffnungen ausrichten läßt, um die Strömungsmittelströmung durch die Öffnungen zu steuern. Ein Varsprung entlang einer Seite des sich verjüngenden Teils, der die Schließfunktion der Steuerstange verbessert, kennzeichnet den Aufbau der US-Patentschrift 3.648.986, und es uiar der Zweck dieses Vorsprungs, Schwierigkeiten mit dem Spiel auszuräumen, das zuweilen bei der Massenherstellung von Mischventilen auftrat.

Insbesondere sollte nach diesem Patent das eine Ventil fest geschlossen gehalten uierden, mährend das andere auf maximale Strömung gestellt war. Die Steuerstangennocken nach dem Stand der Technik erteilen jedoch einem Mischventil die erwünschten Strömungseigenschaften nicht vollständig und sind nicht so feinfühlig einstellbar, wie es heute erwünscht ist.

Folglich ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Steuernacken für ein Mischventil der Hülsenbauart anzugeben, der eine verbesserte Einstellempfindlichkeit ergibt - insbesondere, wenn beide Einlaßöffnungen bei starker Strömung dosiert werden.

Dieses Ziel wird nach der vorliegenden Erfindung erreicht durch einen Steuerstangennacken zur Steuerungder Strömung durch ein Paar Ventileinlaßöffnungen, der einen Ventilschließteil mit Schließflächen zum gleichzeitigen Schliessen beider Einlaßöffnungen sowie einen sich verjüngenden Teil aufweist, dessen Querschnitt zum entferntliegenden Ende hin abnimmt und entlang einer Rückenlinie eine erste Neigung, die das Öffnen einer Ventiläffnung erlaubt, eine Schließfläche auf der entgegengesetzten Seite, die radial auswärts geneigt ist, und eine rückweichende Fläche aufweist, die sich von der ersten

609888/0715

-³- 26H0G3

Steigung her zum entferntliEgenden Ende des Nockens hin erstreckt.

Der Steuernacken nach der vorliegenden Erfindung ist zwischen zwei flexible Schließkissen eingefügt, die über den Einlaßöffnungen eines Mischventils liegen, und er ist relativ zu diesen Kissen in Axial- und in Umfangsrichtung bewegbar. Der Nacken kann abwärts in die l/ollschließstellung bewegt werden, in der ein zylindrischer Teil beide Dichtkissen fest gegen die Einlaßöffnungen drückt, oder kann allmählich angehaben werden, um einen verjüngten Bereich mit den Dichtkissen auszurichten, damit diese sich van den Einlaßöffnungen wegbiegen und eine zunehmende Strömunqsmittelströmung in das Ventil einlassen können.

Die Konturen des verjüngten Bereiches sind speziell ausgebildet, um einen festen Abschluß einer Einlaßöffnung aufrechtzuerhalten, wenn Strömungsmittel aus nur einer Einlaßöffnung zufließen soll, und auch um größere Strömungsmittelmengen aus beiden Öffnungen einzulassen, wenn eine volle Strömung einer Strömungsmittelmischung gewünscht ist. Weiterhin ist der Nacken so konturiert, daß sich eine verbesserte Feinfühligkeit der Mischeinstellung für die Strömungsmittel ergibt, so daß der Benutzer nicht so geschickt zu sein braucht, utie bei den Ventilen nach dem Stand der Technik.

Der Steuernocken nach der vorliegenden Erfindung ergibt eine empfindlichere Einstellung des Mischungsverhältnisses und auch eine erhöhte Strömung unter den Bedingungen des maximalen Durchsatzes, d.h. wenn der Steuerstangennocken in die oberste Stellung gebracht wird. Der Steuernocken nach der vorliegenden Erfindung läßt sich auch.mit Leichtigkeit in vorliegende Mischventile einsetzen. .,

609886/0715

"'■ 26H063

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezud auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Strömunnsmittel-Mischventils nach der vorliegenden Erfindung;

Fiq. 2 ist eine geschnittene Teildarstellung des Ventils nach Fig. 1 in der Ebene 2-2 und zeigt einen Strömungssteuernacken des Uentils in der angehobenen Stellung;

Fig. 3 ist eine geschnittene Teilansicht ebenfalls in der Ebene 2-2, die jedoch den Strömungssteuernacken um 9a gedreht zeigt, um eine Einlaßöffnung des Uentils zu verschließen;

Fig. h zeigt eine Schnittansicht in der Ebene k-k der Fig. 2; Fig. 5 ist eine Schnittansicht in der Ebene 5-5 der Fig. 3; Fig. G ist eine Endansicht des Strömungssteuernockens;

Fig. 7 ist ein Aufriß des StrömungssteuernDckens nach Fig. 2, aber um 1Bo gedreht; und

Fig. a ist ein Diagramm, das die Mischtemperatur über der Drehstellung des Siaiernockens zeigt.

liJie die Fig. 1 zeigt, uieist ein Strömungsmittelmischventil einen Körper 1 aus zwei Hauptbestandteilen auf, nämlich einen unteren Teil 2, der eine Auslaßäff nung 3 aufweist, und einen oberen Teil k, der unmittelbar auf dem unteren Teil 2 sitzt. Die Strömunqsmitteleinlaßrahre 5 speisen die Einlaßkanäle 6 und 7 (Fig. 2 bis 5), die durch den unteren Teil 2 aufwärts in den oberen

SQ9886/Q7 1 5

Teil k verlaufen und sich dann radial einwärts wenden und in eine innere, allgemein zylindrische Ausnehmung 8 münden.

Die Kanäle 6 und 7 bilden an den Punkten, ωα sie in die Ausnehmunq 8 münden, ein Paar diametral gegenüberliegende Einlaßöffnungen 9 und 1a. Die Ausnehmung 8 verläuft vollständig durch den oberen Teil k und setzt sich abujärts in den unteren Teil 2 als Hohlraum fort, dessen Boden abgeschlossen ist und in Strömungsverbindung mit der Auslaßäffnung 3 und einem Schuenkhahn 11 steht. Der Hohlraum bildet eine Mischkammer für ungleiche Strömungsmittel wie beispielsweise heißes und kaltes lüasser, die durch die Einlaßöffnungen 9, 1o eintreten.

Eine flexible Hülse 12 mit geschlossenem Boden ist in die Ausnehmung 8 eingesetzt und an der Oberkante mit einem Flansch versehen, der auf dem Rand des

oberen Teils k aufliegt. Die Hülse 12 ist geennzeichnet durch zwei Kissen 13, 14, die die Einlaßöffnungen verschließen sollen und einwärts von diesen Einlaßöffnungen 9, 1o angeordnet sind, wie es die Fiq. 2 bis 5 zeigen. Eine zweite l/ersteifungshülse 15 aus steiferem Kunststoffmaterial ist in die Hülse 12 eingesetzt und weist diametral gegenüberliegende Öffnungen auf, durch die die Kissen 13, 14 hindurchstehen. Folglich wirkt die zweite Hülse 15 als Versteifungselement für die flexible Hülse 12 - außer an den Orten der Schlisßkissen 13, 1ifo

Als Ergebnis dieses Aufbaus lassen die Kissen 13, 14 sich frei auf die Einlaßöffnungen 9, 1o hinzu und von diesen weg bewegen, so daß sie mit diesen Ventile bilden, wobei der Rest der Hülse 12 verstärkt und im wesentlichen nicht verformbar ist, damit die Hülse 12 unter dem iiiasssrdruck nicht zusammengedrückt wird ο

609886/0715

26H063

Auf das obere Ende des Ventilkörpers 1 ist ein Lagerelement 16 (Fig. 1) aufgesetzt, das die Hülsen 12 und 15 festhält; es weist einen langgestreckten rohrförmigen Teil 17 auf, der VDn der Ausnehmung θ her aufwärts vorsteht.

In das Lagerelement 16 und die Hülsen 12, 15 ist ein langer dünner Steuerstangennocken 18 eingesetzt, dessen oberes Ende über eire Feder- Nut-Verbindung fest mit einem Griff 19 verbunden ist. Der Griff 19 und der Nacken 18 lassen sich nach oben ziehen, wie mit dem gestrichelten Umriß angedeutet, Dder nach unten schieben und auch drehen, um die Strämungsmittelströmung zu steuern.

Der Steuerstangennocken 18 ueist einen im wesentlichen zylindrischen l/entilschließteil 2o auf, der in der Mitte etwas unterhalb des Längsmittelpunktes liegt. Dieser zylindrische Teil 2o ist mit den Einlaßöffnungen 9, 1o axial ausgerichtet und konzentrisch, wenn der Nocken 18 sich in der unteren Stellung befindet (Fig. 1). In dieser Stellung sitzt der zylindrische Teil 2o stramm zwischen den beiden Hissen 13, 14 und preßt diese auf die Öffnungen 9, 1o, um die Strömungsmittelströmung durch das Ventil abzusperren.

Der Steuerstangennocken 18 weist auch einen verjüngten Teil 21 auf, der sich vom zylindrischen Teil 2o abwärts zu einem unteren, entferntliegenden Ende 22 hin verjüngt. Uie in Fig. 2-5 gezeigt, läßt der verjüngte Teil 21 sich den Einlaßöffnungen 9, 1d gegenüberstellen, indem man den Nocken 18 anhebt.

Wie insbesondere in der Fig. 3 ersichtlich, liegt der verjüngte Teil 21 schräg zur Achse des zylindrischen Teils 2d, und in die Fig. 3 ist der Winkel 0 singezsichnat warden, um diese Neigung darzustellen. Der verjüngte Bereich weist eins komplexe Dberflächenkonfiguratian auf, die ihm eine spezielle Er-

60S886/0715 -

26H063

schEinungsfarm verleiht; wie in Fig. 3 Ersichtlich läßt das Profil sich als εϊπεγ gebogenen Figur ähnElnd beschreiben.

Wie LJEitErhin in Fig. 3 dargestellt, ist in der Nähe 28 der Rückenfläche des vsrjungten Teils 21 είπε Anfangsneigung β vorgesehen. Dieser klinkEl 8 öffnet sich einwärts von einer Fortsetzung der zylindrischen Fläche des l/Bntilschließteils 2o. Der Winkel θ stellt die maximale Neigung des oberen Teils des verjüngten Bereichs 21 dar, d.h. in derjenigen Höhe, in der der verjüngte Teil 21 vom zylindrischen Teil 2o abgeht. Dieser obere Teil des verjüngten Bereichs 21 steuert die kleineren Durchflußraten des Strömungsmittels, und wenn der Steuerstangennocken 18 in eine Höhe gestellt wird, in der der Bereich 28 mit den Öffnungen 9, 1o ausgerichtet ist, läßt sich eine maximale Öffnung für geringe Durchflußraten aus den beiden Öffnungen erreichen, indem man den Bereich 28 in Frontalstellung zur gewählten Öffnung 9, 1a bringt.

Wie weiter in Fig. 3 ersichtlich, verläuft eine gerade, die Öffnungen verschließende Fläche 25 über die gesamte der Rückenseite entgegengesetzte Bauchseite des verjüngten Bereichs 21. Diase Schließfläche 25 geht an ihrem oberen Ende in die Schließfläche des zylindrischen Teils 2o über und verläuft dann unter einem Winkel abwärts, um am entferntliegenden Ende 22 radial auswärts über eine Fortsetzung der Mantelfläche des zylindrischen Teils 2o hinaus vorzustehen. Diese Schließfläche 25 kann ein Zylindersegment sein, das unter einem Winkel zum Teil 2o liegt, wobei dieser Winkel kennzeichnend für die Neigung des verjüngten Teils 21 ist.

Auf der Höhe des Bereiches 28 kann die Oberfläche des verjüngten Teils 21 fast konisch ausgeführt sein, wobei der Honus zur Achse geneigt ist. Dann bestimmt

609886/0715

"⁶" 26H063

der liiinkel 8 im Bereich 28 die maximale Schwachströmung; bei einer Drehunn des Steuerstangennackens 18 werden dann die Zuflüsse aus den beiden öffnungen 9, 1a so dosiert, daß sich das gewünschte Mischen der Strömungsmittel ergibt.

Der verjüngte Bereich 21 weist auf der Rückenseite einen rückweichenden Teil 26 auf, der vc-m Bereich 28 her zum Ende 22 in einem Winkel abfällt, der in eine Fortsetzung des anfänalichen Neigunoswinkels 8 fällt. Diese Formgebung führt zu der charakteristischen Erscheinungsform der Rückenseite, wie die Fig. 3 sie im Profil zeigt.

Einwärts schalenartig ausgenommende Konturen 27 sind auf den Flächen des verjüngten Bereichs 21 zwischen der Rückenseite und der Bauchseite vorgesehen. Die Gestalt dieser Konturen 27 ist am besten in den Fig. 2 und 7 zu ersehen, und die Konturen 27 schränken die Umfangsahmessung der Schließfläche 25 auf einen Ulert ein, der im wesentlichen der Umfangsabmessunn einer Einlaßöffnung 9, 1o entspricht. Diese Einschränkung ist am klarsten in den Fig. k und 5 dargestellt. Vorzugsweise beginnen die Konturen 27 auch an ihren oberen Enden etwas unterhalb des Übergangs des verjüngten Bereiches 21 in den zylindrischen Bereich 2o.

Ein wesentliches Merkmal der komplexen Konfiguration des verjüngten Teils ist, daß er verbesserte volumetrische Strömungseigenschaften erzeugt, wenn der Nocken 18 angehoben wird, damit sein Teil 21 in Wechselwirkung mit den Einlaßöffnungen 9, 1o tritt. Weiterhin bietet der verjüngte Bereich 21 eine verbesserte Steuerung des Mischens der durch die üffnunqen 9, 1d beim Drehen des Griffs eingelassenen Flüssigkeit.

609886/07 15

26U063

UJIe in den Fig. 2 und k Ersichtlich, bsudrkt sin AnhebEn DdEr Absenken dES IMockEns 18, wenn die SchÜEßf lache 25 die gleiche Erstreckung aufwEist, wis είπε Ssite dEr zweiten HülsE 15, das Einfließen gleicher Mengen das Strömunqsmittels durch JEdEr der öffnungen 9, 1d.

idenn man andererseits den Nocken 18 drEht, um dis SchiisSflache 25 sich voll an Eins dEr ÜffnunqEn - beispielsweise dis Öffnung 9 - anlsgsn zu lasssn, ujie es die Fig. 3 und 5 zeigen, uird sine geringere StromunqsmittelmenqE durch diE Öffnung 9 als durch dia Öffnung 1o Einqelasssn. Auf dissE Weise erhält man durch DrEhEinstellung eine Steuerung des Mischungsverhältnisses, klü die Schließfläche 25 eine Öffnung - beispielsweise die Öffnung 9 - vollständig abschließt, ist dies Ersichtlich die Wirkung der TatsachE, daß die Fläche gleichermaßen uie der Öffnungsdurchmesser verläuft.

Einer dEr Faktoren, die zu einem verbEssErtsn StrömungsverhaltEn beitragsn, ist die Beschränkung der anfänglichen allmählichen Neigung θ auf eine kurze Länge (zuecks feinfühliger Einstellung geringerer Strömungsmengen) zusammen mit der rückuieichenden Fläche 26, die eine wesentlich stärkere Strömung zuläßt als Konstruktionen nach dem Stand der Technik. Die rückueichende Fläche 26 kann so scharf zur Schließfläche 25 hin abfallen, ujie es dis Dicke des Stangenmaterials erlaubt, solange dis Stange sich nicht axial biegen kann. Die einwärts ausqenommenen Konturen 27 erlauben den Uerschlußkissen 13, 14 auch, sich weiter von dsn Öffnungen 9, 1o hinwegzubewegen, um eine volle Strömung zu erreichen bzw. aufrechtzuEr=halten, wsnn die eintretenden Strömungsmittel sich vermischen.

Wie in dem Diagramm der Fig. 8 gezeigt, bietet der StEuerstangennocken 18

609886/071 5

"^1D" 26H063

nach der vorliegenden Erfindunn eins verbessertE FEinfühligksit dar Einstellung für dan mittleren DrEhbsrEich, wenn die Öffnungen 9, 1o bEids einen wesentlichen Anteil der Gesamtströmung einlassen. Die vertikale Achse des Diagramms entspricht der Temperatur in F, während auf dar ujaagerechten Achse die Drehbewegung des SteuerstangEnnockens 18 in Idinkslgraden aufgetragen ist.

Die durchpEzariEne Kurve Ergibt sich bsi der Anwendung des vorliegenden Steuerstangennacken 18, die gestrichelte Kurve stellt die Meßergebnisse an einer Steuerstange nach dem Stand der Technik dar. Eine Analyse des Diagramms zeigt, daß der vorliegende Steuerstangennocken 18 eine feinfühligere Prnportionierung der Strömunasmittel innerhalb 'Eines DrehwinkelbEreichs von 3o links bis 3a rechts ergibt. Beispielsweise erreicht man mit dem vorliegenden Nocken für jeweils 3 Drehung eine Temperaturveränderung von 5/9 C (1 F).

Im Gegensatz hierzu erzsugte die Steuerstange nach dem Stand der Technik eine Änderung von 1,3 C (2,35 F) für jeweils 3 Drehung. Es ist also mit der vorliegenden Erfindung leichter, die Auslaßtemperatur einzustellen, da für eine vorgegebene Temperaturänderung eine größere Drehung erforderlich ist. Die Resultate der Fig. 8 wurden für Einlaßtemperatursn von 1o C (5o F) und 71^GC (1So⁰F) am Kalt- bzw. Heißwassereinlaß erhalten.

Die VDrliegEnde Erfindung verbessert Ein Mischventil dsr Hülssnbauart, indEm sie eins bessere volumetrische Strömung,eine leichtere Einstellbarkeit der Temperatur infolge neuer Oberflächenkonturen für den Steuerstangennacken gestattet. Ein verjüngtes Ende ist abgebogen, und dieses Ende ist in seiner Konfiguration dahingehend modifiziert, daß es eine scharf zurückweichende Rückenfläche und ausgenommene Seitenflächenkonturen aufweist. Die Abbiegung

609886/071 5

bewirkt, daß die bauchseitige V/erschlußf lache sich radial auswärts verjüngt und SD eine bessere Schließwirkung erzeugt, während die anderen speziellen Konturen eine verbesserte Steuerung der Strörnunnsmittelströmunq durch das Hülsenventil ergeben. Der in den Zeichnungen darnestellte Steuerstanqennacken weist Oberflächenunstetigkeiten zwischen verschiedenen Teilen des verjüngten Bereiches auf. Dies ist nicht erforderlich, und die üJirkung der Erfindung läßt sich auch erreichen, wenn die OberflächenbereichE glatt und stetig ineinander übergehen.

609886/0715

Claims

-12- 26H063

Patentansprüche

Li SteuErstangEnnockEn für Ein Mischventil

der HülsEnbauart, der axial bewegt wird, um das durch Einlaßöffnunaen tretende Strömungsvolumen zu steuern, und den man dreht, um das Vermischen der durch die Öffnungen tretenden Strömung zu steuern, mit einem Ventilschließteil mit die öffnungen schließenden Flächenteilen, und einem verjüngten Bersich, der vom VentilschließbEreich hEr verläuft, zu einem entferntliegenden Ende hin sich verjüngt und aus der Achse des Ventilschließteils abgeboqEn ist, dadurch gskEnnzeichnet, daß der verjünnte Teil entlang einer RückEnseite des verjüngten Teils eine anfängliche Nsigung, die ein Öffnen einer Uentilöffnung erlaubt, und eine Schließfläche entlang der Bauchseite des verjüngten Bereiches aufweist, die radial auswärts über die Fläche des Ventilschließteils hinaus abgebogen ist, wobei eine rückweichende Fläche auf der Rück-enseite von der anfänglichen Neigung her unter einem größeren LJinkel als diese zum entfEmtliegenden Ende verläuft.
2. Steuerstangennocken nach Anspruch 1, bei

dem die Öffnungen schließende Flächen sich auf einem im wesentlichen zylindrischen Teil befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließfläche eine zylindrische Fläche der Öffnunnsbreite aufweist, die unter einem Winkel vom im we-

609886/0715

-¹³- 26U063

SEntlichsn zylindrischsn Teil abnebopen ist.
3. SteusrstannEnnockEn nach Anspruch 1 oder

Z, nekennzBichnet durch schalenartiq einwärts ausaenommEne HDnturen auf gegEnüberliEgEnden Seitsn ziülschsn dar RückEnsEXtE und der SchlieBflache, ωα-bei die Einuärts ausqEnomniEnHn HonturEn dis UmfangsabmEssunn der SchlisBflMchE auf εϊηεπ üJert begranzen, mit dam sie im UESEntlichsn dar Einlaßöffnung entspricht.

609886/0715

1Ϋ

Leerseite