DE2632476A1

DE2632476A1 - Stroemungsmitteldurchflussventil

Info

Publication number: DE2632476A1
Application number: DE19762632476
Authority: DE
Inventors: David Frederick Higgins
Original assignee: IMI OPELLA Ltd
Current assignee: IMI OPELLA Ltd
Priority date: 1976-07-19
Filing date: 1976-07-19
Publication date: 1978-01-26

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strömungsmitteldurchfluß-Steuerventil derjenigen Bauart, die einen
Ventilkörper aufweist, der um eine Achse innerhalb einer Kammer verdrehbar ist, die eine Oberfläche aufweist, von der jeglicher Schnitt normal zur Aohse auf einem Kreisbogen liegt» dessen Zentrum mit der Achse zusammenfällt, wobei in dieser Oberfläche eine mit dem Ventilkörper zusammenarbeitende öffnung zur Strömungsmitteldurchflußsteuerung zwischen der öffnung und der Kammer vorgesehen ist und sich in der Kammeroberfläche eine kontinuierliche,

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sich um die Öffnung erstreckende Vertiefung befin^det' in der sich eine kontinuierliche Dichtung befindet, die mit dem Ventilkörper in dichtender Arbeitsberührung steht. Bei solchen bekannten Strömungsmitteldurchfluß-Steuerventilen ist die Kammer häufig zylindrisch und sind mehrere Öffnungen für den Durchfluß eines Strömungsmittels in und aus der Kammer vorgesehen, die eine Verbindung durch die zylindrische Kammerwandung herstellen. Der Ventilkörper ist häufig ein Rotor, der um die Achse der zylindrischen Kammer drehbar ist, um den Strömungsmitteldurchfluß durch diese Öffnungen so zu steuern, daß in einer Stellung des Ventilkörpers eine der öffnungen geöffnet ist, um Strömungsmitteldurchfluß zu gestatten, und in einer anderen Stellung der Ventilkörper die öffnung blockiert und den Strömungsmitteldurchfluß verhindert. Der Ventilkörper wird häufig benutzt, um die Strömungsmitteldurchflußrate durch die Öffnung durch progressives Bedecken der Öffnung zu regulieren. Bei diesen bekannten Anordnungen ist es notwendig, eine Dichtung vorzusehen, um wirksame Dichtung zwischen dem Ventilkörper und der Öffnung zu bewirken. Es ist bekannt, eine kontinuierliche Dichtung, zum Beispiel einen 0-Ring zu verwenden, der in einer entsprechenden Nut im Ventilkörper sitzt; diese Ausgestaltung ist jedoch unbefriedigend, da die Bewegung des Ventilkörpers an der scharfen Kante der Öffnungsachse schnell die Dichtung ab-

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nutzt. Diese Ausgestaltung ist daher sowohl unökonomisch als auch nicht problemlos. Man könnte annehmen, daß dieser Nachteil dadurch ohne weiteres überkommen werden könnte, daß man um den Rand der Öffnung einen Übergangsradius vorsieht, um die scharfe Kante zu beseitigen, jedoch ergeben sich dabei erhebliche Probleme in der Herstellung eines solchen Übergangsradius, da radial in einen zylindrischen Ventilkörper führende Öffnungen von der Außenseite des Kammergehäuses in Richtung auf die Kammer eingearbeitet werden, so daß sich erhebliche Schwierigkeiten für die nachträgliche Ausbildung eines Übergangsradius von der Innenseite der zylindrischen Ventilkammer ergeben können. Selbst wenn ein solcher Übergangsradius vorgesehen wird, ergeben sich noch Schwierigkeiten, da der O-Ring im wesentlichen aus einem federnachgiebigem Material gebildet wird und aus seiner gewöhnlich ebenen Form zur Anpassung an die zylindrische Oberfläche des Ventilkörpers gebogen wird. Die verbogenen Abschnitte des O-Rings drängen daher jedesmal, wenn der Ventilkörper über den Übergangsradius bewegt wird, in die Öffnung, so daß sich unterschiedliche Abnutzung ergibt. Es wurde ferner vorgeschlagen, einen O-Ring in eine Nut einzubetten, die eine öffnung in einer zylindrischen Oberfläche einer Ventilkammer umgibt, so daß der Ventilkörper gegen den stationären 0-Ring abdichtet. Auch hier möchte der O-Ring in seinen

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ebenen Zustand zurückkehren; es ist sehr schwierig, den O-Ring in seiner Lage zu halten, wenn der Ventilkörper in die zylindrische Ventilkamin er eingesetzt wird. Außerdem ist diese Ausgestaltung für den Fall nicht brauchbar, bei dem der Ventilkörper nicht kontinuierlich gegen den O-Ring drückt.

Erfindungsgemäß besitzt ein Strömungsmitteldurchfluß-Steuerventil einen Ventilkörper, der um eine Achse innerhalb einer Kammer drehbar ist, die eine Oberfläche besitzt, bei der jeglicher Querschnitt normal zur Achse auf einem Kreisbogen liegt, dessen Mitte mit der Achse zusammenfällt, ferner eine in der Oberfläche vorgesehene Öffnung, die mit dem Ventilkörper zusammenarbeitet, um den Strömungsmitteldurchfluß zwischen der Öffnung und der Kammer zu steuern, eine kontinuierliche Vertiefung, die in der Olierflache vorgesehen ist und die Öffnung umgibt, eine kontinuierliche Dichtung, die in der Vertiefung sitzt und mit dem Ventilkörper in dichtender Anlage steht, wobei die Vertiefung innere und äußere Seiten besitzt, die in Richtung zur Kammer konvergieren und die Dichtung halten.

Gemäß einer Weiterbildung begrenzt ein Gehäuse die Kammer und ein Abschnitt der Oberfläche, der sich neben der Außenseite der Vertiefung befindet; an dem Gehäuse ist ein Einsatz befestigt und begrenzt die öffnung und

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einen Teil der Oberfläche zwischen der Innenseite der Vertiefung und der öffnung, wobei die Vertiefung zwischen dem Einsatz und dem Gehäuse gebildet ist. Der Einsatz bildet vorzugsweise eine Ringfläche, die die Innenseite der Vertiefung bildet, während das Gehäuse eine Ringfläche lie-.fert, die die Außenseite der Vertiefung bildet, wobei die kontinuierliche Dichtung ein Dichtungsring ist. Die Außenseite der Vertiefung kann allgemein stumpfkegelförmig sein.

Der Einsatz liefert vorzugsweise eine Basis für die Vertiefung; jeder Punkt auf der Basis der Vertiefung hat denselben radialen Abstand von der Oberfläche, wobei der Dichtungsring die Basis der Vertiefung erfaßt. Der Einsatz kann generell buchsenförmig sein und befindet sich in einer zylindrischen Bohrung des Gehäuses, wobei der Abstand zwischen der Basis der Vertiefung und der Oberfläche durch axiale Anlage zwischen dem Einsatz und dem Gehäuse bestimmt wird; es ist vorteilhaft eine Einrichtung vorgesehen, um den Einsatz in einer vorbestimmten Winkellage innerhalb der zylindrischen Bohrung zu lokalisieren. Der Einsatz ist vorzugsweise axial in der zylindrischen Bohrung durch eine Klemme festgelegt, die die zylindrische Bohrung erfaßt und an eine Oberfläche des Einsatzes anliegt. Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert, die einen Querschnitt durch ei-

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nen Teil eines Mischhahns zeigt.

Der Mischhahn besitzt ein Gehäuse 1 mit einer zylindrischen Fläche 2, die eine zylindrische Mischkammer 3 begrenzt, die in nichtgezeigten Endwänden endet, die in . jeglicher geeigneten Weise gebildet sein können. Ein Heißwassereinlaß 4 und ein Kaltwassereinlaß 5 liegen einander diametral gegenüber und offnen durch die zylindrische Oberfläche 2 in die Mischkammer 3. Zwei diametral einander gegenüberliegende Öffnungen 6 und 7 führen von der Mischkammer 3 durch die zylindrische Oberfläche 2 im rechten Winkel zu den Einläßen 4 und 5. Einbuchsenförmiger Einsatz 8 bildet eine Auslaßöffnung 9 für Mischwasser und sitzt mit engem Gleitsitz innerhalb der Öffnung 6, in der er durch einen ringförmigen Klemmkörper 10 oder Sprengring gehalten ist. Ein schalenförmiger Randabschnitt 11 des Sprengrings 10 erfaßt federnachgiebig gemäß Darstellung die Bohrung 6, wodurch jegliche Bewegung des Einsatzes 8 aus der Bohrung unter dem Wasserdruck innerhalb der Kammer 3 zu einer Abflachung des schalenförmigen Randabschnitts 11 und damit zu einer Erhöhung seines Griffs in der Öffnung 6 führt. Der buchsenf örmige Einsatz 8 hat eine teilzylindrische Oberfläche 12, die in Richtung zur Mischkammer 3 weist und in der dargestellten Axiallage und Winkelstellung festliegt, in der die teilzylindrische Oberfläche 12 mit der zylindri-

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sehen Oberfläche 2 der Mischkammer 3 bündig iat. Diese Lage wird durch Anlage einer Ringschulter 13 gewährleistet, die einstückig an dem Einsatz 8 ausgebildet ist und mit einer korrespondierenden Anlageschulter 14 zusammenarbeitet, die innerhalb der öffnung 6 ausgebildet ist. An dem Einsatz ist eine Nase 15 ausgebildet, die in eine entsprechende Nut 16 in der Öffnung 6 eingreift und Winkelbewe-■iung verhindert. Im Bedarfsfall kann jegliche andere geeignete Maßnahme vorgesehen werden, um den Einsatz 8 in dieser vorbestimmten Winkellage innerhalb der Bohrung zu verriegeln, die durch die Öffnung 6 gebildet ist.

In der zylindrischen Oberfläche der Mischkammer 3 ist eine kontinuierliche, das heißt nicht unterbrochene Vertiefung 17 ausgebildet, die sich rund um die Auslaßöffnung erstreckt. An dem buchs enf η rmigen Einsatz 8 ist einstückig ein zylindrischer Bund 18 angeformt, dessen äußere Ringfläche 19 die innere zylindrische Seite der Vertiefung 17 bildet. Die öffnung 6 endet in einer ringförmigen stumpfkegelförmigen Fläche 20, die die Außenseite der Vertiefung liefert. Der Einsatz 8 liefert zusätzlich eine Basis 21 für die Vertiefung, so daß jeglicher Punkt auf der Basis 21 denselben radialen Abstand von der zylindrischen Oberfläche und 12 hat, wodurch die Vertiefung 17 eine festgelegte Tiefe besitzt und der Abstand zwischen der Basis 21 und der zylindrischen Oberfläche 2 und 12 durch die Arbeitsberührung

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der Anlageschultern 13 und H bestimmt wird. Eine kontinuierliche Dichtung in Form eines O-Rings 22 sitzt in der Vertiefung 17 und wird durch die Konvergenz der inneren und äußeren Seite 19 und 20 der Vertiefung 17 in seiner Lage festgehalten. Man erkennt, daß das Gehäuse 1 neben der Außenseite der Vertiefung 17 einen Oberflächenabschnitt liefert und daß die teilzylindrische Fläche 12, die durch den Einsatz 8 geliefert wird, einen Oberflächenabschnitt enthält, der zwischen der Innenseite der Vertiefung 17 und der öffnung 9 liegt, wobei diese beiden Oberflächenabschnitte derart sind, daß jeder Schnitt normal zur Achse der Mischkammer 3 auf einem Kreisbogen liegt, dessen Mittelpunkt mit dieser Achse zusammenfällt.

Dies ergibt sich deswegen, weil der Oberflächenabschnitt 12 und der Abschnitt der zylindrischen Oberfläche 2, der unmittelbar neben der Außenseite der Vertiefung liegt, sich auf dem selben Zylinder befinden. Der O-Ring wird zweckmäßig in der Weise in die Vertiefung 17 eingesetzt, daß man ihn zunächst über den zylindrischen Bund setzt, so daß er auf der Basis 21 ruht, bevor der Einsatz in die Öffnung 6 eingesetzt wird. Der O-Ring 22 ragt normalerweise am Rand in das innere der Mischkammer, wie es durch den Pfeil 23 angedeutet ist, so daß er einen Ventilkörper in Form eines Rotors oder Drehkörpers 24 berührt, der um die Achse der Mischkammer 3 drehbar ist. Der Ventil-

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körper 24 hat im wesentlichen die Form eines Segments und besitzt eine Verschlußfläche 25, die allgemein mit der zylindrischen Oberfläche 2 und 12 beim Drehen des Ventilkörpers 24 innerhalb der Mischkammer 3 übereinstimmt« Wie man aus der Zeichnung ersieht, ist der Ventilkörper so angeordnet, daß er die Auslaßöffnung 9 überdeckt, wobei der O-Ring 22 radial nach außen in die dargestellte Lage gedrückt wird; im rechten Teil der Zeichnung ist der Ventilkörper 24 weggebrochen dargestellt, um den O-Ring im nichtkomprimierten Zustand zu verdeutlichen. Der Ventilkörper 24 ist mit zwei Übergangsflächen 26 versehen, von denen lediglich eine gezeigt ist, und zwar am Übergang zwischen seinen Seitenflächen 27 und seiner Verschlußfläche 25, um Abnutzung des O-Rings beim Überlauf der Verschlußfläche 25 zu verhindern.

Die Auslaßöffnung 7 am Kopfende des Gehäuses 1 kann einen zweiten, dem O-Ring 22 äquivalenten O-Ring sowie einen dem Einsatz 8 entsprechenden Einsatz aufnehmen. Der buchsenförmige Einsatz 8 wird dann jedoch nicht durch einen Sprengring 10 sondern stattdessen durch einen Duschadapter in seiner Lage festgelegt. Der Sprengring 10 ist für den unteren Einsatz vorgesehen, da dieser für die Wasserleitung zu einer Schwenktülle 28 benutzt wird, die sich in der Öffnung 6 in irgendeiner bekannten Weise befindet.

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Beim Einsatz wird heißes und kaltes Wasser durch die Wassereinläße 4 und 5 in die Mischkammer 3 eingeleitet, um vor dem Durchgang durch den Einsatz 8 zur Tülle oder durch den Einsatz in der Öffnung 7 zur Dusche eine Vermischung zu bewirken. Der Ventilkörper 24 sperrt in der dargestellten Stellung die Wasserzufuhr zur Tülle 28 und gestattet gemischtes heißes und kaltes Wasser zur Dusche. Der Ventilkörper 24 kann aus der dargestellten Lage um 180° gedreht werden, um den Mischwasserstrom zur Tülle 28 zu leiten und den Durchfluß zur Dusche über den Einsatz in der Öffnung 7 zu sperren. Der Anteil an durch die Einläße 4 und 5 gehendem heißen bzw. kalten Wasser kann durch jegliche bekannte Weise gesteuert werden.

Da der O-Ring 22 durch die konvergierenden Seiten 19 und 20 der Vertiefung 17 erfaßt wird, wird er innerhalb der Vertiefung 17 festgehalten, so daß jegliche Tendenz des O-Rings zur Rückkehr in seinen normalen ebenen Zustand verhindert wird. Die Erfindung liefert auf diese Weise eine erfolgreiche Methode zum Festhalten einer kontinuierlichen Dichtung, zum Beispiel einer O-Ring Dichtung in einem ringförmigen Spalt zwischen einem drehbaren Ventilkörper und einer Ventilkammer, so daß Schaden an dem O-Ring durch den Ventilkörper verhindert wird.

Abhängig von der Nachgiebigkeit des O-Rings 22 und der Gestalt der Vertiefung 17 kann der O-Ring im Bedarfs-

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fall von der Innenseite der Mischkammer 5 in die Vertiefung eingesetzt werden, nachdem der Einsatz 8 in der öffnung 6 festgelegt worden ist. Die Erfindung ist nicht nur "bei Mischventilen für Wasser mit einer zylindrischen Kammer anwendbar; sie läßt sich auch bei anderen Ventilarten und anderen Strömungsmitteln verwenden, wobei die Ventilkammer nicht zylindrisch sein muß. Nur der Teil der Oberfläche, der unmittelbar außerhalb der Vertiefung 17 liegt, kann zylindrisch sein. Auch kann die Mischkammer Jaßform haben, vorausgesetzt, daß die den O-Ring 22 umgebende Oberfläche derart ist, daß jeglicher normal zur Drehachse des Ventilkörpers 24 vorgenommene Schnitt auf einem Kreis liegt, dessen Mitte mit der Achse zusammenfällt.

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Claims

Patentansprüche;

Strömungsmitteldurchfluß-Steuerventil mit einem Yentilkörper, der um eine Achse innerhalb einer Ventilkammer drehbar ist, die eine Oberfläche besitzt, von der jeglicher normal zur Achse genommene Schnitt auf einem Kreis liegt, dessen Mitte mit der Achse zusammenfällt, um den Strömungsmitteldurchfluß zwischen der Kammer und einer Öffnung in der Oberfläche zu steuern, die von einer kontinuierlichen Vertiefung umschlossen ist, die eine kontinuierliche Dichtung für Dichtberührung mit dem Ventilkörper enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (17) innere und äußere Seiten (19, 20) aufweist, die in Richtung auf die Kammer (3) konvergieren und die Dichtung (22) festhalten.
2. Steuerventil nach Anspruch 1, bei der ein Gehäuse eine Ventilkammer und einen Abschnitt der Oberfläche neben der Außenseite der Vertiefung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (1) ein Einsatz (8) fixiert ist und die öffnung (9) und einen Teil (12) der Oberfläche zwischen der Innenseite (19) der Vertiefung und der öffnung (9) liefert, wobei die Vertiefung (17) zwischen dem Einsatz (8) und dem Gehäuse (1) gebildet wird.

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3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (8) eine Ringfläche (19) liefert, die die Innenseite der Vertiefung (17) bildet, und daß das Gehäuse (1) eine Ringfläche (20) liefert, die die Außenseite der Vertiefung (17) bildet.
4. Steuerventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite (20) der Vertiefung (17) allgemein stumpfkegelförmig ist.
5. Steuerventil nach Anspruch 3 oder 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (8) eine Basis (21) für die Vertiefung (17) bildet, wobei jeglicher Punkt der Basis denselben radialen Abstand von der Oberfläche (2) hat und den Dichtungsring (22) erfaßt.
6. Steuerventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eineatz (8) allgemein buchsenförmig ist und in einer zylindrischen Bohrung (6 oder 7) des Gehäuses (1) sitzt, wobei axiale Anlageflächen (13, H) den Abstand zwischen der Basis (21) der Vertiefung (17) und der Oberfläche (12) bestimmen, und wobei Einrichtungen (15* 16) vorgesehen sind, um den Einsatz (8) in einer vorbestimmten Winkelteilung innerhalb der zylindrischen Bohrung (6 oder 7) festzulegen.

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7. Steuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (8) in Axialrichtung in der zylindrischen Bohrung (6 oder 7) durch einen Sprengring (10) gesichert ist, der die zylindrische Bohrung erfaßt und an einer Oberfläche des Einsatzes anliegt.

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