DE3812233A1 - Wasserventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserventil nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Konventionelle Wasserventile enthalten einen Ventil­ sitz und einen Ventilkörper, der mittels einer Spin­ del durch einen Handgriff betätigbar auf dem Ventil­ sitz abdichtend aufsetzbar ist. Der Ventilsitz oder der Ventilkörper sind dabei als Gummidichtung ausge­ bildet und werden, je nach dem, wie fest die Spindel zugedreht wird, mehr oder weniger aufeinandergequetscht.

In der Praxis geschieht es oft, daß die Spindel fester zugedreht wird als für die Dichtwirkung erforderlich ist.

Dies geschieht aus der irrigen Vorstellung, daß das Ventil erst dann richtig geschlossen ist, wenn man beim Weiterdrehen einen Widerstand verspürt. In Wirk­ lichkeit ist aber die Dichtung beim Auftreten dieses Widerstandes bereits sehr stark gequetscht, so daß sie ihre Elastizität verliert und nach einiger Zeit die Dichtwirkung nicht mehr zufriedenstellend aus­ üben kann.

Zur Beseitigung dieses durch falsche Bedienung des Wasserventils eintretenden Verschleißes ist ein Ab­ sperrventil für Fluide bekannt, das ein Ventilgehäu­ se, eine über ein Betätigungsorgan axial verstellba­ re Ventilstange mit Ventilkegel, der auf einen Ven­ tilsitz absenkbar und von diesem abhebbar ist, umfaßt. Dabei ist der Ventilkegel stromaufwärts des Ventil­ sitzes angeordnet. Hinsichtlich der konstruktiven Ausbildung ist die Ventilstange von einem Halteele­ ment aufgenommen, das mittels eines zylinderförmig ausgebildeten Führungselement axial verschiebbar und gegenüber diesen verdrehgesichert ist. Das Führungs­ element ist in seinem unteren Randbereich von dem Ventilgehäuse aufgenommen und tritt mit seinem obe­ ren Randbereich mit einem den Ventilsitz haltenden weiteren Element in Wechselwirkung. Das Führungsele­ ment ist zusammen mit dem Halteelement gegenüber dem den Ventilsitz aufweisenden Element und dem Ventil­ gehäuse dann verdrehbar, wenn das Halteelement eine Hubbegrenzung erreicht. Die Ventilstange ist gegen­ über dem ihn aufnehmenden Halteelement um die Längs­ achse drehbar.

Das bekannte Absperrventil enthält somit eine Vielzahl diskreter Einzelteile und ist in der Herstellung und Montage aufwendig. Darüberhinaus müssen die Toleranzen der Einzelteile sehr klein sein, damit nicht durch Addition von Abweichungen in ungünstiger Richtung das Ventil undicht schwergängig oder funktionsunfähig wird. Gerade auch die nach Art einer Rutschkupplung ausgebildete Verdrehsicherung ist in ihrem Drehmoment sehr stark von Fertigungstoleranzen abhängig und un­ terliegt der Gefahr, durch Verschleiß ihren Wert zu ändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wasser­ ventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu ver­ bessern, daß die Anzahl der Einzelteile erheblich re­ duziert wird und damit die Herstellung kostengünsti­ ger, die Montage einfacher sowie die Funktionstüchtig­ keit und Zuverlässigkeit erhöht werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Wasserventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeich­ nenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.

Beim Wasserventil nach der Erfindung ist der Ventil­ kegel mit dem Ventilkolben zunächst durch die Keil- Nut-Verzahnung verdrehfest angeordnet. Beim Verdre­ hen der in die Gewindebohrung eingreifenden Gewinde­ spindel vollführt der Ventilkolben dann eine Axial­ bewegung und je nach Drehrichtung nähert sich der Ventilkegel dem Ventilsitz oder entfernt sich von diesem.

Wird die Ventilspindel in Schließrichtung gedreht, so steigt bei Aufsetzen des Ventilkegels auf den Ven­ tilsitz die axiale Kraft und durch die Umsetzung über die Ventilspindel das Drehmoment an. Bei noch weiterem Zudrehen wird schließlich ein Überlastdrehmoment über­ schritten, dem die Verdrehsicherung nachgibt. Der Ein­ griff zwischen dem Ventilkolben und dem Gehäuse durch die Keil-Nut-Verzahnung wird dabei aufgehoben und der Ventilkolben dreht relativ zum Gehäuse mit der Ventil­ spindel mit. Der Ventilkegel kann sich dann nicht wei­ ter an den Ventilsitz annähern und vermeidet so eine zu starke und damit irreversible Quetschung desselben.

Durch die konstruktive Ausbildung der Keil-Nut-Ver­ zahnung läßt sich das Überlastdrehmoment sehr genau bemessen und über einen langen Zeitraum stabil halten. Dadurch ist gewährleistet, daß die Verdrehsicherung nicht schon bei sachgemäßer Betätigung des Wasserven­ tils auslöst. Das Ventil reagiert also zuverlässig und spontan auf Drehen der Ventilspindel in Öffnungs- oder Schließrichtung und ermöglicht auch eine gute Dosierbar­ keit der ausströmenden Wassermenge.

Bei Weiterdrehen der Ventilspindel über die Schließ­ stellung des Ventilkegels hinaus löst die Verdreh­ sicherung immer bei gleicher Überlast aus und verhin­ dert so, daß sich der Ventilsitz irreversibel verformt.

Die Zuverlässigkeit der Funktion des Wasserventils wird auch durch die Einstückigkeit von Ventilkegel und Ven­ tilkolben einerseits und Gehäuse andererseits gestützt. Da die Maße bei der Herstellung jeweils auf einheit­ liche Bezugspunkte, Linien oder Ebenen bezogen werden können, lassen sich enge Fertigungstoleranzen erzielen, die wiederum für eine guten Führung der gegeneinander bewegbaren Teile sorgen und so gute Dichtungsverhält­ nisse schaffen und übermäßigen Verschleiß unterbinden.

Darüberhinaus ist auch die Herstellung und Montage einfach, da nur wenige Arbeitsgänge erforderlich sind.

Eine bevorzugte Ausbildung des Wasserventils sieht vor, daß die Keil-Nut-Verzahnung aus auf dem Innen­ umfang des Gehäuses angeordneten und sich wenigstens über den Ventilhub erstreckenden Längsnuten besteht, in die auf Federzungen des Ventilkolbens angeordnete Keile eingreifen. Die Anordnung der Nuten im Gehäuse als relativ einfache geometrische Form erlaubt die integrale Ausbildung im Innenraum. Durch die Anord­ nung der Keile auf Federzungen am Ventilkolben ist ein verhältnismäßig großer Federweg realisierbar, der eine weitgehend gleichbleibende Eingriffskraft und ge­ ringe Belastung bei Biegung gewährleistet. Das ange­ strebte Überlastmoment läßt sich so fertigungstech­ nisch sehr genau einhalten und die Verdrehsicherung hält auch häufigen Überschreitungen des Überlastdreh­ moments stand.

Eine Weiterbildung sieht vor, daß die Flanken der Keile und/oder der Nuten abgeschrägt oder gerundet sind.

Auch dieses Merkmal trägt zu einer weiteren Verbesse­ erung der Einhaltung des Überlastdrehmoments bei, da vor der Auslösung ein vorgegebener Auslöseweg zurückgelegt werden muß. Dabei ist die Andruckkraft der aufeinandergleitenden Fläche gering, so daß kein wesentlicher Verschleiß zu erwarten ist.

Vorzugsweise ist ein das Auseinanderdrehen von Ventil­ spindel und Ventilkolben begrenzender Anschlag durch eine auf der Ventilspindel angeordnete umlaufende Schulter gebildet, die eine in Verlängerung wenigstens einer der Federzungen angebrachte Nase hintergreift.

Diese Ausbildung des Anschlags ermöglicht eine Mon­ tage und Demontage von Ventilspindel und Ventilkol­ ben durch einfaches Aufbiegen und Zurückhalten der die Nase tragenden Federzunge, bis die Schulter der Gewindespindel die Nase passiert hat. Dabei wird im eingebauten Zustand jedoch ein Ausweichen der Feder­ zunge durch das Gehäuse des Wasserventils verhindert.

Bei einer praktischen Ausgestaltung sind die Schul­ ter und die Nase auf der ihren Eingriffsflächen ge­ genüberliegenden Seiten abgeschrägt.

Dadurch ist das Auseinanderweichen der Federzunge mit der Nase bei einem erstmaligen Zusammenbau der Ventilspindel mit dem Ventilkolben selbständig mög­ lich.

Vorzugsweise ist der Ventilkolben mit wenigstens ei­ ner Nut versehen, die einen O-Ring aufnimmt und diesen gegen den Innenraum des Gehäuses abdichtet.

Die O-Ring-Dichtung sorgt für eine zuverlässige Ab­ dichtung des Innenraums des Gehäuses oberhalb der Auslaßöffnung bei geringer Beeinträchtigung der Längs­ beweglichkeit des Ventilkolbens in Folge geringer Rei­ bung. Gleichzeitig findet eine Zentrierung des Ven­ tilkolbens statt.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß zwischen dem Ventilkegel und dem Ventilkolben ein Bereich reduzier­ ten Durchmessers gebildet ist, der weiche Krümmungs­ übergänge zu seinen Flanken besitzt.

Diese Formgebung sorgt für ein strömungsgünstiges Ver­ halten des Ventilkolbens und reduziert Strömungskräfte, die Vibrationen oder Auswaschungen nach sich ziehen könnten sowie Strömungsgeräusche.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Ven­ tilsitz in einer Axialbohrung des Gehäuses angeordnet, die eine größere axiale Länge als der Ventilsitz be­ sitzt. In der Axialbohrung liegt an der Stirnfläche des Ventilsitzes ein Dichtungsträger an, der mit einer Dichtung axial über den Ventilkegel vorsteht.

Durch den Dichtungsträger wird der Ventilkörper und der Ventilsitz bei Lagerung, Transport und Einbau in die Sanitärarmatur vor Beschädigung geschützt. Außerdem wird der Ventilsitz von einer zweiten Dich­ tungsfunktion entlastet, die zwischen dem Gehäuse und der Armatur vorgenommen werden muß. Diese Funk­ tion kann stattdessen von einer dafür speziell aus­ gebildeten Dichtung übernommen werden.

In Weiterbildung der vorgenannten Ausführung besteht der Ventilsitz aus einem elastischen Material.

Hierdurch wirkt der Ventilsitz als nachgebender Puf­ fer für den Dichtungsträger, so daß dieser große Axialtoleranzen überbrücken kann.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Be­ schreibung und der Zeichnung, die ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung veranschaulicht.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Wasserventil nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Wasser­ ventil in Höhe der Nut-Feder- Verzahnung.

Das in Fig. 1 dargestellte Wasserventil umfaßt ein Ge­ häuse 10 mit einer Einlaßöffnung 12 und mehreren auf dem Umfang angeordneten Auslaßöffnungen 14 und ist mittels eines Gewindes 52 gegen eine Schulter 54 in eine Sanitärarmatur einschraubbar. Eine Abdichtung des Gehäuses 10 erfolgt durch einen O-Ring 56.

Das Gehäuse 10 trägt einen Ventilsitz 16 und nimmt einen Ventilkegel 18 auf. Der Ventilkegel 18 ist über ein im inneren des Gehäuses 10 gelagerten Ventilkolben 20 bewegbar. Der Ventilkolben 20 besitzt an dem dem Ventilkegel 18 gegenüberliegenden Ende eine Gewinde­ bohrung 22, in die eine Ventilspindel 24 eingreift. Die Ventilspindel 24 ist axial aus dem Gehäuse 10 herausgeführt und besitzt eine Rändelung 58 zur Auf­ nahme eines hier nicht dargestellten Handgriffes.

Axial ist die Ventilspindel 24 an der Stirnseite des Gehäuses 10 festgelegt, und zwar im inneren durch eine Schulter 60 und außen durch einen aufsteckbaren Siche­ rungsring 62.

Der Ventilkolben 20 ist durch O-Ringe 38, die sich in Nuten 36 befinden, gegen die Innenwand des Gehäuses 10 abgedichtet und durch eine Keil-Nut-Verzahnung ge­ gen Verdrehen gesichert. Die Keil-Nut-Verzahnung be­ steht dabei aus auf Federzungen 30 angeordneten Keilen 26, die integral mit dem Ventilkolben 20 verbunden sind, und aus Nuten 28, die integral aus der Innen­ seite des Gehäuses 10 ausgebildet sind. Dementsprechend kann durch Drehen der Ventilspindel 24 der Ventilkör­ per 20 mitsamt dem Ventilkegel 18 axial verschoben wer­ den.

Bei den verschiedenen Stellungen, die der Ventilkegel 18 einnehmen kann, ist zwischen einer ersten Stellung zu unterscheiden, in der der Ventilkegel 18 auf dem Ventilsitz aufsitzt, und anderen Stellungen, in denen er von dem Ventilsitz 18 abgehoben ist. Im geöffneten Zustand strömt Wasser durch die Einlaßöffnungen 12 zwischen dem Ventilkegel 18 und dem Ventilsitz 16 vorbei aus den Auslaßöffnungen 40 hinaus.

Hinsichtlich der Verdrehung zwischen der Ventilspin­ del 24 und dem Ventilkolben 20 existieren zwei An­ schläge. Es handelt sich um einen ersten, zwischen dem Gewindegrund des Ventilkolbens 20 und der Stirn­ seite der Spindel 24 gebildeten Anschlag und einem Anschlag, der zwischen einer Schulter 32 und einer Nase 34 gebildet ist, wobei die Nase 34 an einer der Federzungen 30 befestigt ist und zur Montage oder De­ montage nach außen geschwenkt werden kann.

Am einlaßseitigen Ende des Gehäuses 10 ist eine Boh­ rung 46 ausgebildet, in der der Ventilsitz 16 ange­ ordnet ist. Die Axialbohrung 46 besitzt eine größere axiale Länge als der Ventilsitz 16. In dem freien Ende der Axialbohrung 46 befindet sich ein Dichtungs­ träger 48 mit einer Dichtung 50, die zur Abdichtung gegen die Sanitärarmatur dient. Der Dichtungsträger 48 steht gegenüber dem Ventilkegel 18 vor. Dadurch ist der Ventilkegel 18 gegen Beschädigungen geschützt.

Durch die Elastizität des Ventilsitzes 16, an der der Dichtungsträger 46 anliegt, wird der überbrückbare Toleranzbereich, der von der Dichtung 50 abgedichtet werden soll vergrößert, wobei der Ventilsitz 16 hier eine Pufferwirkung ausübt.

Die durch die Keil-Nut-Verzahnung 26, 28 gebildete Verdrehsicherung gibt bei einem Überlastdrehmoment nach. Dieses Überlastdrehmoment entsteht, wenn die Spindel 24 über die Schließstellung des Ventilkegels 18 hinaus weitergedreht wird. Die Zunahme der Axial­ kraft bei Aufsetzen des Ventilkegels 18 auf den Ven­ tilsitz 16 teilt sich über die Gewindeverbindung zwischen dem Ventilkolben 20 und der Ventilspindel 24 dieser mit und bewirkt, daß auch auf den Ventilkol­ ben 20 ein Drehmoment ausgeübt wird. Solange dieses Drehmoment nicht zu groß wird, bleiben die Keile 26 im Eingriff mit den Nuten 28. Bei Überschreiten des Überlastdrehmomentes hingegen weichen die auf den Federzungen 30 angeordneten Keile 26 radial nach innen aus und ermöglichen dem Ventilkolben 20, sich mit der Ventilspindel 24 mitzudrehen. Dabei wird dann ein weiteres Aufsetzen des Ventilkegels 18 auf den Ventilsitz 16 verhindert.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Wasserventil im Bereich der Keil-Nut- Verzahnung. Wie die Darstellung erkennen läßt, sind die Flanken der Keile abgerundet, so daß sie bei einer geringeren Andruckkraft unter Zurücklegung eines be­ stimmten Weges aus den Nuten austreten. Statt der hier vorgeschlagenen Abrundung ist es auch möglich, die Keile und/oder die Nuten abzuschrägen oder abzu­ runden. Neben einer sehr genauen Bemessung des Über­ lastdrehmoments wird durch diese Ausgestaltung auch der Verschleiß reduziert.

Wie die Fig. 1 erkennen läßt, sind das Gehäuse 10 einerseits und der Ventilkegel 18 zusammen mit dem Ventilkolben 20 einstückig ausgebildet. Neben gerin­ geren Toleranzen, die sich günstig auf die Funktions­ tüchtigkeit des Wasserventils auswirken, wird hier­ durch auch eine einfache Fertigung und Montage er­ reicht. Die im Zuge der Herstellung erzielbaren ge­ ringen Fertigungstoleranzen im Vergleich zu Anord­ nungen aus einer Vielzahl von Einzelteilen ermög­ licht auch die Einhaltung der Betriebswerte, also des Überlastdrehmoments über lange Zeit, gewähr­ leistet eine präzise, spontane Reaktion des Wasser­ durchflusses bei Betätigung der Spindel und sorgt schließlich für gute Dichtigkeit und leichtgängige Handhabbarkeit.

Die einstückige Ausbildung des Ventilkegels 18 mit dem Ventilkolben 20 erlaubt auch, daß im Bereich des Überganges zwischen den beiden Teilen ein Bereich 40 reduzierten Durchmessers gebildet ist, der weiche Krümmungsübergänge 42 zu seinen Flanken 44 besitzt. Bei dieser Ausgestaltung wird die Strömung durch den Spalt zwischen dem Ventilkegel 18 und dem Ven­ tilsitz 16 hindurch, am Ventilkolben 20 vorbei aus den Auslaßöffnungen 14 hinausgeleitet. Neben der Ver­ minderung von Strömungskräften, die sonst zu Erschütte­ rungen oder Auswaschungen führen können, wird auch ei­ ne beträchtliche Geräuschverminderung durch Unter­ drückung einer Wirbelbildung erreicht.

Claims (9)

1. Wasserventil, welches ein in eine Armatur, vorzugsweise Sanitärarmatur, abdichtend einschraub­ bares Gehäuse (10) mit wenigstens einer Einlaß- (12) und Auslaßöffnung (14) umfaßt, wobei das Gehäuse (10) einen Ventilsitz (16) trägt und einen in Strömungs­ richtung auf dem Ventilsitz (16) aufsetzbaren Ventil­ kegel (18) aufnimmt, der über einen im inneren des Gehäuses (10) gelagerten Ventilkolben (20) bewegbar ist, wobei der Ventilkolben (20) eine Gewindebohrung (22) besitzt, in die eine Ventilspindel (24) eingreift und der Ventilkolben (20) eine bei einem Überlastdreh­ moment nachgebende Verdrehsicherung besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkegel (18) mit dem Ven­ tilkolben (20) einerseits und das Gehäuse (10) an­ dererseits jeweils einstückig ausgebildet sind und daß die Verdrehsicherung durch eine flexible Keil- Nut-Verzahnung (26, 28) gebildet ist.

2. Wasserventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Keil-Nut-Verzahnung (26, 28) aus auf dem Innenumfang des Gehäuses (10) angeordne­ ten und sich wenigstens über den Ventilhub erstrecken­ den Längsnuten (28) besteht, in die auf Federzungen (30) des Ventilkolbens (20) angeordnete Keile (26) eingreifen.

3. Wasserventil nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flanken der Keile (26) und/oder der Nuten (28) abgeschrägt oder gerundet sind.

4. Wasserventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Auseinanderdrehen von Ventilspindel (24) und Ventil­ kolben (20) begrenzender Anschlag durch eine auf der Ventilspindel (24) angeordnete umlaufende Schulter (32) gebildet ist, die eine in Verlängerung wenigstens einer der Federzungen (30) angebrachte Nase (34 hinter­ greift.

5. Wasserventil nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schulter (32) und die Nase (34) auf den ihren Eingriffsflächen gegenüberliegen­ den Seiten abgeschrägt sind.

6. Wasserventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ven­ tilkolben (20) wenigstens eine Nut (36) mit einem O- Ring (38) aufweist, mit dem er gegen den Innenraum des Gehäuses (10) abgedichtet ist.

7. Wasserventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilkegel (18) und dem Ventilkolben (20) ein Be­ reich (40) reduzierten Durchmessers gebildet ist, der weiche Krümmungsübergänge (42) zu seinen Flanken (44) besitzt.

8. Wasserventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ven­ tilsitz (16) in einer Axialbohrung (46) des Gehäuses (10) angeordnet ist, die eine größere axiale Länge als der Ventilsitz (16) besitzt und daß in der Axial­ bohrung (46) an der Stirnfläche des Ventilsitzes (16) anliegend ein Dichtungsträger (48) mit einer Dichtung (50) angeordnet ist, der axial über den Ventilkegel (18) vorsteht.

9. Wasserventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ven­ tilsitz (16) aus einem elastischen Material besteht.