DE2947229A1 - Steuerscheibenventil, insbesondere fuer den sanitaerbereich - Google Patents

Steuerscheibenventil, insbesondere fuer den sanitaerbereich

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DE2947229A1 DE19792947229 DE2947229A DE2947229A1 DE 2947229 A1 DE2947229 A1 DE 2947229A1 DE 19792947229 DE19792947229 DE 19792947229 DE 2947229 A DE2947229 A DE 2947229A DE 2947229 A1 DE2947229 A1 DE 2947229A1
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    • F16K3/08—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing with flat sealing faces; Packings therefor with pivoted closure members in the form of closure plates arranged between supply and discharge passages with circular plates rotatable around their centres

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Description

PATENTANWÄLTE
DR. ULRICH OSTERTAG DR. REINHARD OSTERTAQ
ElBENWEQ 1O, 700O STUTTGART 7O. TELEFON 07 11/76 08 40, KABEL: OSPAT
Steuerscheibenventil, insbesondere für den Sanitärbereich
Anmelderin:
Hansa Metallwerke AG Sigmaringerstr. 107
7000 Stuttgart 81
Anwaltsakte:
840
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Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Steuerscheibenventil, insbesondere für den Sanitärbereich, mit zwei koaxialen, mit Durchtrittsöffnungen versehenen Steuerscheiben.
Derartige Ventile, bei denen also eine der beiden Steuerscheiben gegenüber der anderen eine reine koaxiale Verdrehung erfährt, sind in zwei Arten bekannt bzw. vorgeschlagen worden:
Bei der ersten Art, wie sie beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 23 49 772 beschrieben ist, handelt es sich um ein reines Absperrventil. Die andere Art, die in der älteren Patentanmeldung P 29 12 909.7 vorgeschlagen wurde, betrifft eine Sicherheitsmischbatterie für Niederdruckspeicher. Während die erste Ventilart, wie der Name bereits zum Ausdruck bringt, nur den Durchströmungsquerschnitt für Flüssigkeit, insbesondere Wasser, je nach der Relativstellung der beiden Scheiben verändert, zeichnet sich die zweite Ventilart durch die folgende Eigenheit aus: bei Drehen der beweglichen Steuerscheibe wird zunächst das Kaltwasser bis zur Maximalmenge aufgeregelt; hiernach wird unter Beibehaltung der Gesamtmenge progressiv Warmwasser beigemischt.
Die bekannten Ventile beider Bauweisen besitzen in ihren Steuerscheiben Durchtrittsöffnungen, die man entweder als kreisbogenförmig oder als kreisförmig bezeichnen kann. Dabei liegen die radial inneren und radial äußeren Begrenzungslinien aller Durchtrittsöffnungen auf zwei konzentrischen Kreisen, deren Mittelpunkt mit dem Steuerscheibenmittelpunkt zusammenfällt. Bedenkt man, daß zur Erzielung einer bestimmten Funktion eine bestimmte Anzahl von Durchtrittsöffnungen in den Steuerscheiben erforderlich ist, so
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erkennt man folgendes: bei einer vorgegebenen Funktionsart des Ventils ist eine bestimmte Winkelerstreckung pro Durchtrittsöffnung nicht zu übertreffen. Die Summe der Winkel, die von allen Durchtrittsöffnungen in beiden Steuerscheiben eingeschlossen werden, liegt immer unter 360°. Dies hat einen doppelten Nachteil: zum einen ist der Regelbereich, also der Winkelbereich, in dem das Ventil auf- bzw. auf ein anderes Mischungsverhältnis umsteuert, verhältnismäßig klein. Zum anderen lassen sich große Durchströmungsquerschnitte nur bei verhältnismäßig großen Steuerscheiben erzielen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuerscheibenventil der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß bei kompakter Bauweise, also kleinen Radien der Steuerscheiben, große Regelbereiche erzielt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine Durchtrittsöffnung an einer Steuerscheibe eine in Umfangsrichtung (azimutal) verlaufende Begrenzungslinie aufweist, deren radialer Abstand vom Mittelpunkt der Steuerscheiben variiert.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Steuerscheibenventils sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die erfindungsgemäß ausgestalteten Durchtrittsöffnungen der Steuerscheiben läßt sich im Gegensatz zu den bekannten Ventilen auch die radiale Abmessung der Steuerscheiben zunutze machen. In der Schließstellung können auf diese Weise Durchtrittsöffnungen der einen Steuerscheibe Durchtrittsöffnungen der anderen Steuerscheibe "untertauchen" , wie es weiter unten noch deutlich wird. Die Summe der Winkel, die von den Steuerscheiben-Durchtrittsöffnungen eingeschlossen werden, kann mehr als 360° betragen.
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Regelbereiche und Durchströmungsquerschnitte derartiger Steuerscheiben lassen sich ohne Veränderung des Außenradius verglichen mit herkömmliehen Steuerscheiben erheblich vergrößern. 5
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen
Fig. 1 die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße, feststehende Steuerscheibe (Festscheibe);
Fig. 2 die Draufsicht auf eine verdrehbare Steuerscheibe (Regelscheibe);
Fig. 3 schematisch die Steuerscheiben von Fign. 1 und 2, in der Schließstellung übereinanderliegend;
Fign. 4a und 4b schematisch die Steuerscheiben von Fig. 1 und 2 in verschiedenen Offenstellungen übereinanderliegend.
Die in Fig. 1 dargestellte Steuerscheibe 1 wird an einem nicht dargestellten Stellschaft oder Führungsteil formschlüssig so angeordnet, daß sie von Hand verdreht werden kann. Sie wird daher nachfolgend auch Regelscheibe genannt. Der Formschluß wird durch nicht gezeigte Vorsprünge bewirkt, welche in Umfangsrücksprünge 2 der Regelscheibe 1 eingreifen. Die Regelscheibe 1 besitzt drei Durchtrittsöffnungen 3, 4 und 5, deren Funktion weiter unten deutlich wird. Die erste Durchtrittsöffnung 3 ist im Querschnitt kreisförmig und konzentrisch zur Regelscheibe 2. Die beiden anderen Durchtrittsöffnungen 4 und 5, die beidseits des Mittelpunktes angeordnet sind, zeichnen sich durch eine "sichelförmige" Gestalt aus. D.h., daß die Breite dieser Durchtrittsöffnungen 4, 5 sich in Umfangsrichtung verändert, im dargestellten Ausführungsbeispiel im Uhrzeigersinn wächst. Diese Form kann beispielsweise dadurch erhalten werden, daß eine der beiden in Umfangsrichtung (azimutal) verlaufenden Begrenzungslinien ein Kreisbogen ist, dessen Mittelpunkt mit dem Scheibenmittelpunkt zusammenfällt (bei der öffnung
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4 die radial außen liegende, bei der öffnung 5 die radial innen liegende), während die andere azimutale Begrenzungslinie ein Kreisbogen ist, dessen Mittelpunkt gegenüber dem Scheibenmittelpunkt versetzt ist (bei öffnung 5 die radial außen liegende Begrenzungslinie.)
Selbstverständlich läßt sich die Sichelform der öffnungen 4 und 5 auch durch andere als durch kreisbogenförmige Begrenzungslinien realisieren.
Die vom Betrachter abgewandte Seite der Regelscheibe 1 ist in bekannter Weise auf hohe Güte poliert und liegt im eingebauten Zustand auf einer entsprechend behandelten Fläehe einer zweiten, unverdrehbaren Steuerscheibe 6, nachfolgend Festscheibe genannt/ auf.
Die Festscheibe 6 ist in Fig. 2 in der Draufsicht dargestellt. Sie enthält im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Durchtrittsöffnungen 7,8,9 und 10. Die erste Durchtrittsöffnung 7 ist wieder kreisförmig und konzentrisch zur Festscheibe 6. Zwei Durchtrittsöffnungen 9, 10 sind im wesentlichen konventionell, d.h., als Kreisringsegmente ausgebildet. Ihre Breite ändert sich also in Umfangsrichtung nicht. Die Durchtrittsöffnung 9 erstreckt sich nur über einen verhältnismäßig kurzen Winkelbereich und ist dabei verhältnismäßig breit. Die Durchtrittsöffnung 10 dagegen erstreckt sich über einen recht großen Winkelbereich, ist dabei aber verhältnismäßig schmal. Die Flächen der beiden Durchtrittsöffnungen 9, 10 sind ungefähr gleich groß. Die radial äußeren Begrenzungslinien der Durchtrittsöffnungen 9, 10 liegen auf einem gemeinsamen, zur Festscheibe 6 konzentrischen Kreis.
Die Durchtrittsöffnung 8 ist wiederum sichelförmig ausge-
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bildet. Ihre radial äußere Begrenzungslinie ist ein zum Mittelpunkt der Festscheibe 6 exzentrischer Kreisbogen, ihre radial innere Begrenzungslinie dagegen ein mit der Pestscheibe 6 konzentrischer Kreisbogen. Auch hier ist es wieder möglieh, zur Erzielung der Sichelforro andere als kreisbogenförmige Begrenzungslinien zu verwenden. Im Gegensatz zu den Durchtrittsöffnungen 4 und 5 der Regelscheibe 1 wird die Durchtrittsöffnung 8 der Festscheibe 6 im Uhrzeigersinn schmäler.
Auch die Festscheibe 6 besitzt Umfangsrücksprünge 11, die zur Drehsicherung in Vorsprünge eines nicht dargestellten Armaturen- oder Kartuschengehäuses formschlüssig eingreifen. Die polierte Fläche der Festscheibe 6 in Fig. 2 ist dem Betrachter zugewandt.
In den Fign. 3, 4a und 4b ist die Regelscheibe 1 von Fig.1 über der Festscheibe 6 von Fig. 2 liegend dargestellt, so, wie diese Steuerscheiben 1, 6 in eine Armatur einmontiert werden.
Fig. 3 zeigt die Schließstellung der Steuerscheiben 1, 6 bzw. der Armatur. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß außer selbstverständlich den kreisförmigen, mittleren Durchtrittsöffnungen 3 und 7 - keine Durchtrittsöffnung 4, 5 der Regelscheibe 1 mit einer Durchtrittsöffnung 8, 9 oder 10 der Festscheibe 6 überlappt. Trotz der verhältnismäßig großen Winkelerstreckung der einzelnen öffnungen ist dies deshalb möglich, weil durch die sichelförmige Gestalt die radiale Dimension der Steuerscheiben 1, 6 zusätzlich erschlossen wird. So "untertaucht" das schmälere Ende der Regelscheiben-Durchtrittsöffnung 5 die Festscheiben-Durchtrittsöffnung 10; das schmälere Ende der Festscheiben-Durchtrittsöffnung 8 "untertaucht" das schmälere Ende der Regelscheiben-Durchtrittsöffnung 4. Aus Fig. 3 wird deut-
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lieh, daß die Summe der von den verschiedenen Durchtrittsöffnungen eingeschlossenen Winkel 360° erheblich übersteigt. Dies wäre überlappungsfrei nicht möglich, würde nur die azimutale, also in Umfangsrichtung weisende Dimension der Steuerscheiben 1, 6 ausgenutzt.
Die weitere Beschreibung erfolgt nun unter Berücksichtigung des speziellen Einsatzgebietes, für welches die dargestellten Steuerscheiben 1, 6 gedacht sind: für eine Niederdruck-Sicherheitsmischbatterie.
Hierzu ist die Festscheibe so in ein Kartuschen- bzw. Armaturengehäuse eingesetzt, daß folgende Kommunikationen bestehen: die zentrale öffnung 7 der Festscheibe 6 steht mit der vom Niederdruckspeicher kommenden Heißwasserleitung in Verbindung. Außerdem kommuniziert sie über die zentrale öffnung 3 der Regelscheibe 1 mit dem Auslauf der Armatur. Die öffnung 9 kommuniziert ebenfalls mit dem Armaturenauslauf, vorzugsweise dadurch, daß sie mit der zentralen Fest-Scheibenöffnung 7 über eine Vertiefung in dem Gehäuseboden verbunden ist, auf dem die Festscheibe 6 aufliegt.
Die Festscheiben-Durchtrittsöffnung 10 steht mit einer Leitung in Verbindung, über welche dem Niederdruck-Speichergerät Kaltwasser zugeführt wird. Die Festscheiben-Durchtrittsöffnung 9 schließlich steht mit der Kaltwasser-Zuführleitung (Hausleitung) in Verbindung.
Die Verhältnisse bei der Regelscheibe 1 sind wie folgt: die Durchtrittsöffnungen 4, 5 sind direkt miteinander verbunden, beispielsweise durch eine entsprechende Vertiefung in einem Kunststoff-Führungsteil, welches auf die Regelscheibe 1 unter Zwischenschaltung von Dichtungen aufgesetzt wird, dabei in die Umfangsrücksprünge 2 der Regelscheibe 1 formschlüssig eingreift und an dem Stellschaft
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befestigt ist, über den die Regelscheibe 1 verdreht wird. Oben wurde bereits darauf hingewiesen» daß die Regelscheiben-Durchtrittsöffnung 3 einerseits mit dem Armaturenauslauf und andererseits über die Festscheiben-Durchtrittsöffnung 7 mit der Warmwasserseite des Niederdruck-Speichergerätes kommuniziert.
Aus den Fign. 3, 4a und 4b sind ferner folgende dimensionsmäßige Beziehungen zu erkennen:
Die radial innere Begrenzungslinie der Regelscheiben-Durchtrittsöffnung 5 liegt mit der radial inneren Begrenzungslinie der Durchtrittsöffnung 8 der Festscheibe 6 auf einem gemeinsamen, zu den Steuerscheiben 1,6 konzentrischen Kreis.
Ebenso liegt die radial äußere Begrenzungslinie der Regelscheiben-Durchtrittsöffnung 4 mit der radial äußeren Begrenzungslinie der Festscheiben-Durchtrittsöffnung 9 auf einem gemeinsamen, zu den Steuerscheiben 1,6 konzentrischen Kreis. Die maximale Breite der Regelscheiben-Durchtritts-Öffnung 5 entspricht der maximalen Breite der Festscheiben-Durchtrittsöffnung 8. Die maximale Breite der Regelscheiben-Durchtrittsöffnung 4 entspricht der (konstanten) Breite der Festscheiben-Durchtrittsöffnung 9. Die Breite der Festscheiben-Durchtrittsöffnung 10 schließlich ist etwa gleich der minimalen Breite der Regelscheiben-Durchtrittsöffnung
Die Funktion der beschriebenen Steuerscheiben 1, 6,in der geschilderten Weise in eine Niederdruck-Sicherheitsmischarmatur eingebaut, ist wie folgt:
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Fig. 3 stellt, wie schon oben erwähnt, die Schließstellung der Armatur dar. Abgesehen von den zentralen Öffnungen 3, 7 findet keine Überlappung zwischen Öffnungen der Regelscheibe 1 und Öffnungen der Festscheibe 6 statt. Insbespndere ist die mit der Kaltwasser-Zuführleitung kommunizie-
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rende Festscheiben-Durchtrittsöffnung 8 von der Regelscheibe 1 abgedeckt.
Verdreht man nun die Regelscheibe 1 aus der in Fig. 1 gezeigten Stellung gegenüber der Festscheibe 6 im Uhrzeigersinn, so beginnt die Regelscheiben- Durchtrittsöffnung 5 die Festscheiben-Durchtrittsöffnung 8 zu überlappen. Gleichzeitig beginnt die Regelscheiben- Durchtrittsöffnung 4 die Festscheiben-Durchtrittsöffnung 9 zu überlappen. Dies hat zur Folge, daß Kaltwasser aus der Festscheiben-Durchtrittsöffnung 8 in die Regelscheiben-Durchtrittsöffnung 5 ein und aufgrund der Kommunikation mit der Regelscheiben-Durchtrittsöffnung 4 zu letzterer übertritt und in die Festscheiben-Durchtrittsöffnung 9 einfließt. Da diese, wie oben erwähnt, mit dem Auslauf der Armatur in Verbindung steht, strömt aus der Armatur Kaltwasser aus. Bei weiterer Verdrehung der Regelscheibe 1 im Uhrzeigersinn werden die Öffnungsquerschnitte erweitert. Die ausfließende Kaltwassermenge nimmt zu, bis die in Fig. 4a dargestellte Position erreicht ist. In dieser fließt die maximale Menge Kaltwasser.
Wird nun die Regelscheibe 1 weiter gegenüber der Festscheibe 6 im Uhrzeigersinn verdreht, so beginnt die Regelscheibenöffnung 4 auch die Festscheibenöffnung 10 zu überlappen. Dies bedeutet, daß Kaltwasser nun auch durch die Festscheiben-Durchtrittsöffnung 10 fließen kann, von wo aus es, wie oben erwähnt, zum Niederdruck-Speichergerät gelangt. Dort drückt es eine äquivalente Menge Warmwasser heraus, das seinerseits durch die öffnungen 3,7 der Steuerscheiben 1, 6 zum Auslauf der Armatur fließt. Dabei vermischt es sich mit dem (zunächst noch) weiterhin über die Festscheiben-Durchtrittsöffnung 9 fließenden Kaltwasser: es tritt also Mischwasser aus der Armatur aus.
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Aus der Betrachtung der Fig. 4b wird deutlich: im selben Maße, in dem bei der Drehung der Regelscheibe 1 die eine Festscheiben-Öffnung 10 freigegeben wird, wird die andere Festscheiben-Öffnung 9 verschlossen. Die Schließung der öff nung 9 geschieht dabei zunächst dadurch, daß die Breite der vorbeiwandernden Regelscheiben-Durchtrittsöffnung 9 kleiner wird. Der Effekt ist, daß nach voller öffnung des Kaltwasserflusses eine weitere Verdrehung der Regelscheibe 1 keine Änderung der Menge, sondern der Temperatur des aus der Arma tür ausfließenden Wassers bewirkt. Die Endstellung ist erreicht, wenn die Festscheiben-Durchtrittsöffnung 9 durch die Regelscheibe 1 vollständig abgedeckt und die Festscheiben-Durchtrittsöffnung 10 durch die Regelscheiben-Durchtrittsöffnung 4 vollständig freigegeben ist: nun fließt rei nes Heißwasser.
Falls gewünscht, kann trotz der unregelmäßigen Form der verschiedenen Durchtrittsöffnungen in den Steuerscheiben 1, 6 eine lineare Charakteristik erzielt werden. Darunter ist zu verstehen, daß einerseits beim öffnen des Kaltwasserwegs gleiche Winkelverdrehungen der Regelscheibe 1 zu gleichen Mengenänderungen führen und daß andererseits im Mischwasserbereich gleiche Winkelverdrehungen der Regelscheibe 1 zu gleichen Veränderungen des Mischungsverhältnisses führen , wobei die Wassermenge konstant bleibt.
Dabei ist folgendes zu beachten: die unregelmäßige Form der Festscheiben-Durchtrittsöffnung 8 und der Re-gelscheiben-Durchtrittsöffnung 5 ist für die Charakteristik der Armatur ohne Bedeutung, da hier keine entscheidende Mengendrosselung stattfindet.
Das .Kaltwasser-Öffnungsverhalten wird durch die Überlappung der Durchtrittsöffnungen 9 und 4 bestimmt. Wie aus Fig. 4a hervorgeht, ist die Sichelform der Regelscheiben-Durchtrittsöffnung 4 über die Winkelerstreckung der Fest-
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scheiben-Durchtrittsöffnung 9 hinweg praktisch vernachlässigbar. Es ist daher auch nicht notwendig - was an und für sich möglich wäre - die radial innere Begrenzungslinie der Regelscheiben-Durchtrittsöffnung 4 in dem Bereich, in dem sie in Fig. 4a die Foslscheiben-Durchtrittsöffnung 9 überlappt, zur radial äußeren Beqrenzungsltnie parallel zu führen. Dies würde eine exakt Lineare Charakteristik ergeben.
Das Warmwasser-Öffnungsverhalten wird durch die Überlappung der öffnungen 6 und 10 bestimmt. Aufgrund der regelmäßigen Form der Festscheiben-Öffnung 10 spielt die unregelmäßige Form der Regelscheiben-Durchtrittsöffnung 4 offensichtlich keine Rolle.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich: durch die Erschließung der radialen Dimension der Steuerscheiben sind Winkelerstreckungen der Durchtrittsöffnungen in einer Größe möglich, die anders nicht realisierbar wäre. Große Winkelerstreckungen bedeuten aber großen Regelweg. Dies ist ins- besondere bei der Einstellung des Mischungsverhältnisses bedeutsam, da hierdurch die Wahl der individuell angenehmen Temperatur erleichtert wird. Die "sichelförmige" Ausbildung der Durchtrittsöffnungen macht außerdem Durchflußquerschnitte möglich, die bei gleichem Scheibenradius in herkömmlicher Technik nicht zu erzielen wären.
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Claims (4)

  1. 840/UO/r -X- 3O.1O.79
    Patentansprüche
    Steuerscheibenventil·, insbesondere für den Sanitärbereich, mit zwei koaxiaien, mit Durchtrittsöffnungen versehenen Steuerscheiben, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Durchtrittsöffnung (4, 5, 8) an mindestens einer Steuerscheibe (1, 6) eine in Umfangsrichtung veriaufende (azimutaie) Begrenzungslinie aufweist, deren radialer Abstand vom Mitteipunkt der Steuerscheiben (1, 6) variiert. 10
  2. 2. Steuerscheibenventil· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung(en) (4, 5, 8) sichelförmig ist (sind).
  3. 3. Steuerscheibenventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine azimutal verlaufende Begrenzungslinie der Durchtrittsöffnung(en) (4, 5, 8) ein zum Mittelpunkt der Steuerscheiben (1, 6) konzentrischer Kreisbogen und die andere azimutal verlaufende Begrenzungslinie einen zum Mittelpunkt der Steuerscheiben (1, 6) exzentrischer Kreisbogen ist.
  4. 4. Steuerscheibenventil· nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der von den Durchtrittsöffnungen (4, 5, 8, 10) der beiden Steuerscheiben (1, 6) eingeschlossenen Winkel· größer al·s 360° ist.
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    ORIGINAL INSPECTED
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