DE3903866A1 - Ventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Mischventil einer sanitären Einhebelmischbatterie. Ventile dieser Art werden zur Regulierung der Durchflußmenge und/oder zur Einstellung eines bestimmten Mischungsverhältnisses von strömenden Medien, wie zum Beispiel von Wasser, verwandt. Die Einstellung der Durchflußmenge bzw. des gewünschten Mischungsverhältnisses erfolgt durch Dichtscheiben, die mit Öffnungen für den Zu- bzw. Abfluß von zum Beispiel Wasser versehen sind. Die Dichtscheiben sind so angeordnet, daß jeweils die Oberseite der einen Dichtscheibe mit der unteren Seite einer weiteren Dichtscheibe in gleitendem Kontakt steht, wobei die weitere Dichtscheibe auf der den Zuflußleitungen zugeordneten, stationär gelagerten einen Dichtscheibe verdreh- und/oder verschiebbar angeordnet ist, so daß durch eine Überdeckung der Öffnungen die gewünschte Zuflußmenge bzw. das Mischungsverhältnis regelbar ist. Eine bekannte Konstruktion sieht vor, daß die untere Dichtscheibe je eine Zuflußöffnung für kaltes und warmes Wasser und eine Abflußöffnung für das Mischwasser aufweist, wobei einer solchen Dichtscheibe eine obere Dichtscheibe zugeordnet ist, in der sich eine Vertiefung, eine sogenannte Mischkammer, befindet. Diese obere Dichtscheibe weist sonst keine Durchflußöffnungen auf und kann auf der unteren Dichtscheibe so bewegt werden, daß die sogenannte Mischkammer sich sowohl mit einer oder mit beiden Zuflußöffnungen als auch mit der Abflußöffnung überdeckt.

Ventile dieser Art haben in den letzten Jahren eine weite Verbreitung gefunden, insbesondere haben sich infolge ihrer Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit Dichtscheiben aus keramischen Werkstoffen als geeignet erwiesen, so daß die damit ausgerüsteten Ventile über Jahre hinaus dicht schließen und ihre Funktionstüchtigkeit behalten. Zur Erzielung einer ausreichenden Dichtigkeit bedürfen die Dichtscheiben einer besonderen Oberflächenbehandlung durch Schleifen und Polieren. Diese Oberflächenbehandlung dient der Erzielung einer ausreichenden Ebenheit und Oberflächenglätte, wobei diese Eigenschaft durch die Angabe der Meßwerte des Profiltraganteils (DIN 4762) und des Mittenrauhwertes R _a definiert werden. Man war lange der Auffassung, daß Profiltraganteile von < 70% unbedingt erforderlich sind, um eine ausreichende Dichtigkeit erzielen zu können. Da mit steigendem Profiltraganteil andererseits aber auch die Kräfte zunehmen, die zur Gegeneinanderverschiebung von zwei in Eingriff stehenden Dichscheiben erforderlich sind, ergibt sich der Nachteil, daß die Feinregulierbarkeit der Ventile nicht befriedigt. Insbesondere die Loslösekraft, ganz besonders nach längerer Nichtbetätigung des Ventils, steigt dabei in höchst unerwünschter Weise an.

Zur Verringerung der notwendigen Verschiebekräfte bei mit keramischen Dichtscheiben ausgerüsteten Ventilen hat die Anmelderin gemäß der EP-A- 43 456 bereits einen Werkstoff aus Oxidkeramik, insbesondere aus Al₂O₃ mit Zusätzen von ZrO₂ und/oder HfO₂ vorgeschlagen. Weitere Vorschläge der Anmelderin beziehen sich gemäß der DE-OS 35 06 691 auf eine spezielle Oberflächenbehandlung, zum Beispiel durch chemisches Ätzen der Dichtscheiben, sowie gemäß der DE-PS 35 09 572 auf die Ausbildung einer mechanisch unbehandelten Beschichtung aus keramischen Werkstoffen nach dem CVD- oder PVD-Verfahren auf die vor Auftrag der Beschichtung geschliffene und geläppte Oberfläche von Dichtscheiben. Diese Vorschläge haben sich zwischenzeitlich bewährt und zum Teil eine beachtliche Bedeutung erfahren. Es hat sich jedoch gezeigt, daß nach wie vor der Wunsch vorhanden ist, die Verschiebekräfte, insbesondere die Loslösekraft, weiter zu reduzieren und damit eine leichte Betätigung der Ventile zu ermöglichen. Die Erfindung sieht daher ihre Aufgabe in der Entwicklung von Dichtscheiben, bzw. darin, eine Kombination mehrerer Dichtscheiben zur Verfügung zu stellen, die ohne die bestehenden Vorteile einer hervorragenden Abdichtwirkung, hohen Verschleißfestigkeit und guten Korrosionsbeständigkeit aufzugeben, eine weitere Reduzierung der Verschiebekräfte, insbesondere der Loslösekräfte, ermöglicht. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die angestrebte Verringerung der Verschiebekräfte bei praktisch allen Dichtscheiben auf einfache Weise ermöglichen zu können, d.h. nicht an die Verwendung bestimmter keramischer Werkstoffe oder komplizierter Verfahren zur Behandlung der Oberfläche gebunden zu sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Ventil, insbesondere dem Mischventil einer sanitären Einhebelmischbatterie entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 dessen kennzeichnende Merkmale vor.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Patentansprüche 2 bis 12 gekennzeichnet.

Es ist noch nicht mit letzter Sicherheit geklärt, worauf die hervorragende Wirkung der vorliegenden Erfindung zurückzuführen ist, es darf jedoch vermutet werden, daß die erfindungsgemäße Abrundung bzw. Fase an den Rändern der Öffnungen - Durchflußöffnungen/Mischkammer - in weniger starkem Maße als die bisher üblichen scharfkantig ausgebildeten Ränder zu Beschädigungen an den durch Schleifen/Polieren geglätteten Oberflächen der miteinander in Eingriff stehenden Dichtscheiben führt. Die Wirkung der bisher bekannten Dichtscheiben mit ihren scharfkantigen Ausbildungen an den Öffnungen kann man sich in etwa mit der Wirkung eines über eine ebene Oberfläche geführten Rakelmessers vorstellen, das bereits bei minimalen Verkantungen zu Riefen oder ähnlichen Vertiefungen führt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei der vielfach praktizierten Mitverwendung von Fett als Gleitmittel zwischen zwei miteinander in Eingriff stehenden Dichtscheiben die sich auf der Oberfläche ausbildende Fettschicht infolge der vorstehend beschriebenen Vermeidung des Rakeleffektes ihre Wirksamkeit länger behält.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Ausbildung von Abrundungen oder Fasen wird vorzugsweise nur so vorgenommen, daß ihre Tiefe - gemessen zum Beispiel von der Oberseite der Dichtscheibe - nur bis unmittelbar unter die Oberseite der Dichtscheibe reicht. Aus dem Stand der Technik bekannte trichterförmig verlaufende Durchflußöffnungen, wie sie aus strömungstechnischen Gesichtspunkten, wie zum Beispiel der Vermeidung von Kavitationen angewendet werden, sind mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Abrundungen und Kanten nicht in Zusammenhang zu sehen, da diese infolge ihrer geringen Tiefe strömungstechnisch ohne Einfluß sind. Andererseits muß auch festgestellt werden, daß die aus der Praxis bekannten, trichterförmig verlaufenden Durchflußöffnungen nicht zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe beitragen können, da die Ränder der Durchflußöffnungen scharfkantig ausgebildet sind.

Als besonders bevorzugt hat sich bei der vorliegenden Erfindung die Ausbildung einer Abrundung an den Rändern der Öffnungen erwiesen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Abrundung so ausgebildet sein, daß die durch den Konstruktionskreisbogen der Abrundung bestimmte Kontur übergangslos in die Ober- bzw. Unterseite der Dichtscheibe übergeht. Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform endet die Kontur jedoch in einem gerade verlaufenden Übergangsstück, das in die Ober- bzw. Unterseite der Dichtscheibe übergeht. Der Winkel zwischen Ober- bzw. Unterseite und dem gerade verlaufenden Übergangsstück liegt vorzugsweise bei 0 bis 30 Grad.

Die Ausbildung von Abrundungen oder Fasen entsprechend der vorliegenden Erfindung ist nicht auf Öffnungen oder Vertiefungen mit senkrecht zur Oberseite verlaufenden Wänden, zum Beispiel bei zylindrisch verlaufenden Durchflußöffnungen beschränkt, sondern kann vorteilhaft auch bei solchen Öffnungen und Vertiefungen angewendet werden, die trichterförmig ausgebildet sind oder in irgendeiner anderen Weise eine unregelmäßige Form besitzen.

Bei einer vorgegebenen Tiefe kann es bei der Ausbildung einer Fase entsprechend der vorliegenden Erfindung, wenn aus Konstruktionsgründen mehrere Öffnungen eng benachbart nebeneinanderliegen, zweckmäßig sein, einen größeren Winkel α, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 60 Grad vorzusehen, um auf diese Weise einen zu geringen Abstand zwischen den Rändern der einzelnen Öffnungen und damit eine zu geringe Abdichtfläche zu vermeiden. Sofern es die Form der Dichtscheibe im übrigen erlaubt, kann die Fase jedoch auch so ausgebildet werden, daß ihre Kontur, d.h. die Sehne S, durch die beiden Endpunkte P 1; P 2 eines mit dem Radius R von 0,5 bis 400 µm ausgebildeten Konstruktionskreisbogens B verläuft. Eine weitere alternative Ausführungsform sieht eine Ausbildung der Fase vor, die zwar einer durch den Endpunkt P 2 eines mit dem Radius R von 0,5 bis 400 µm ausgebildeten Konstruktionsbogens verlaufenden Sehne entspricht, wobei die Sehne den Konstruktionsbogen jedoch oberhalb des Punktes P 1 ein zweites Mal schneidet. In gleicher Weise ist auch, wenn statt einer Fase eine Abrundung vorgesehen ist, darauf zu achten, daß die Ränder der Öffnungen einen ausreichend großen Abstand voneinander aufweisen, damit genügend Dichtfläche zur Verfügung steht.

Bei der Bearbeitung der erfindungsgemäßen Dichtscheiben wird eine an sich übliche Ebenheit von < 2 Lichtbanden eingestellt, die Rauhigkeit, definiert als arithmetischer Mittenrauhwert R _a nach DIN 4762, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 0,3 µm. Der Profiltraganteil liegt im Bereich von 50 bis 80%, vorzugsweise bei 60 bis 75%.

Werden die Öffnungen auf ihrer gesamten Umfangslänge mit einer Abrundung oder Fase entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildet, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine Verringerung der Verschiebekräfte im Bereich von 5 bis 35% im Vergleich zu einer bauartgleichen Dichtscheibe, deren Öffnungen an den Rändern keinerlei Abrundung oder Fasen aufweisen, möglich. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die erfindungsgemäßen Dichtscheiben so ausgebildet, daß eine Verringerung der Verschiebekräfte um 10 bis 50% erfolgt.

Die nachfolgenden Figuren dienen der näheren Erläuterung der Erfindung, ohne daß die Erfindung auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Mischventil entsprechend der Erfindung mit zwei Dichtscheiben in aufgeklappter Darstellung,

Fig. 2 die Draufsicht auf die untere Dichtscheibe von Fig. 1, gegenüber Fig. 1 um 90 Grad gedreht,

Fig. 3 die Vorderansicht der in Fig. 1 und 2 gezeigten unteren Dichtscheibe,

Fig. 4a eine Ausschnittsvergrößerung nach Fig. 3, zeigend eine Abrundung,

Fig. 4b eine Ausschnittsvergrößerung nach Fig. 3, zeigend eine alternative Ausführungsform mit einer Fase,

Fig. 5 die Unteransicht der oberen Dichtscheibe von Fig. 1, gegenüber Fig. 1 um 90 Grad gedreht,

Fig. 6 die Vorderansicht der in Fig. 1 und 5 dargestellten oberen Dichtscheibe.

Die in Fig. 1 gezeigte Dichtscheibe (10) eines in sanitären Einhebelmischbatterien zu verwendenden Mischventils hat Öffnungen (1) für den Zufluß von Kalt- und Warmwasser sowie eine Öffnung (2) zum Durchfluß des Mischwassers. Kerben (9) dienen der Fixierung dieser als Basisplatte dienenden Dichtscheibe (10). Die Ränder (6) der Öffnungen (1; 2) sind auf der zum gleitenden Kontakt mit der oberen Dichtscheibe (10 a) dienenden Oberfläche (4) abgerundet, wie dies am besten aus Fig. 4a zu ersehen ist. Die Abrundungen (7) erstrecken sich dabei über den gesamten Umfang der Ränder (6). Die obere Dichtscheibe (10 a) steht mit ihrer Unterseite (13) in Kontakt mit der Oberseite (4) der unteren Dichtscheibe (10). Durch die Vertiefung (3) wird eine Mischkammer gebildet. Der Rand (6) der Vertiefung (3) weist eine Abrundung auf. An ihrer Oberseite (14) ist die Dichtscheibe (10 a) geschlossen. Die Innenwände (11) der Öffnungen (1; 2) und der Vertiefung (3) sind mit Ausnahme der mit Abrundungen (7) versehenen Ränder (6) senkrecht zur Oberseite (4) bzw. zur Unterseite (13) verlaufend ausgebildet, s. auch Fig. 3 und 6. Statt dessen können die Innenwände (11) vorzugsweise an zwei Seiten der Öffnungen (1; 2) und dabei vorzugsweise an ihren Schmalseiten auch abgeschrägt verlaufend ausgebildet sein, so daß austrittsseitig eine höhere Querschnittsfläche zur Verfügung steht.

In Fig. 2 sind die Abrundungen (7) an den Rändern (6) der Öffnungen (1; 2) angedeutet.

Fig. 3 zeigt die senkrecht zur Oberseite (4) bzw. Unterseite (5) ausgebildeten Wände (11) der Öffnungen (1; 2) bei der Dichtscheibe (10). Auf der Unterseite (5) sind die Öffnungen (1; 2) ohne Abrundungen oder Fasen ausgebildet. Da die Dichtscheibe (10) ortsfest gelagert ist und nur ihre Oberseite (4) in gleitendem Kontakt mit der weiteren Dichtscheibe (10 a) steht, sind lediglich die Ränder (6) an der Oberseite (4) mit Abrundungen (7) versehen.

Die gemäß Fig. 4a an einem Abschnitt der Öffnung (1) beispielhaft vorgenommene Darstellung der Abrundung (7) von Rand (6) zeigt eine bis zu einer Tiefe T von 20 µm - gemessen von der Oberseite (4) der Dichtscheibe (10) - ausgebildete Abrundung (7). Der Radius R der Abrundung (7) beträgt 20 µm. Die Kontur der Abrundung (7) ist so ausgebildet, daß sie zwar durch den Punkt P 1 verläuft, nicht aber vom Punkt P 2 ausgeht, wobei der Punkt P 1 den Übergang der Kontur von Abrundung (7) in die Wand (11) der Öffnung (2) markiert. An der Oberseite (4) endet die Kontur (7) mit dem geraden Übergangsstück (15) im Punkt P 3. Das gerade verlaufende Übergangsstück (15) schließt mit der Oberseite (4) bzw. der Unterseite (13) einen Winkel β von 25 Grad ein. Die Punkte P 1; P 2 entsprechen den Endpunkten eines Kreisbogens mit dem Radius R entsprechend der Tiefe T der Abrundung (7), wobei der Mittelpunkt dieses Kreisbogens durch den Schnittpunkt von um die Punkte P 1; P 2 mit dem Radius R = T geschlagenen Kreisen definiert ist.

Fig. 4b zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der die in Fig. 4a gezeigte Abrundung (7) durch Fase (8) ersetzt ist. Die Fase (8) hat eine Tiefe T von 15 µm und ihre Kontur verläuft in einem Winkel α von 50 Grad, gemessen von der Oberseite (4) der Dichtscheibe (10) - ausgehend vom Punkt P 3 - durch den Punkt P 1, der die Tiefe der Fase (8) markiert. Der Verlauf der Fase (8) entspricht einer Sehne S, die ausgehend von P 1 in einem Konstruktionsbogen B liegt, der mit seinem Radius R = T um den Mittelpunkt des Konstruktionsbogens B geschlagen ist, wobei der Mittelpunkt von B durch den Schnittpunkt der um die Punkte P 1; P 2 mit dem Radius R = T geschlagenen Kreise definiert ist.

Die in den Fig. 4a und 4b beispielhaft dargestellt und beschriebene Abrundung bzw. Fase kann entsprechend der vorliegenden Erfindung an allen Rändern von Durchflußöffnungen oder Vertiefungen an Dichtscheiben vorgesehen werden, deren Ober- bzw. Unterseiten miteinander in gleitendem Kontakt stehen.

Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Dichtscheibe (10 a) weist an ihrer Unterseite (13) eine als Mischkammer dienende Vertiefung (3) und an ihrer Oberseite (14) eine Aushöhlung (12) zum Eingriff einer nicht gezeigten Verstelleinrichtung auf. Der Rand (6) der Vertiefung (3) ist auf seiner gesamten Umfangslänge mit einer Abrundung (7) ausgebildet, die aus Gründen einer vereinfachten Darstellung nur angedeutet ist.

In einer vergleichenden Untersuchung wurden auf einer für die Prüfung der Verschiebekräfte entwickelten Apparatur Dichtscheiben aus reinem Aluminiumoxid mit geringem Magnesiumoxidzusatz untersucht, wobei ein Dichtscheibenpaar entsprechend der vorliegenden Erfindung mit einer Abrundung versehene Kanten an den Durchlaßöffnungen bzw. Vertiefungen aufwies.

Claims (12)

1. Ventil, insbesondere Mischventil einer sanitären Einhebelmischbatterie, bei dem zur Regulierung der Durchflußmenge und/oder zur Einstellung eines bestimmten Mischungsverhältnisses bei einem strömenden Medium Öffnungen auf ihrer Oberseite und Unterseite aufweisende Dichtscheiben vorgesehen sind, wobei die Dichtscheiben jeweils über ihre Oberseite und Unterseite miteinander in gleitendem Kontakt stehen und eine Dichtscheibe auf der anderen Dichtscheibe zur Erzielung einer Überdeckung der Öffnungen mittels einer Verstellvorrichtung dreh- und/oder verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (1; 2) an den miteinander in gleitendem Kontakt stehenden Oberseiten (4) und Unterseiten (13) an ihren Rändern (6) Abrundungen (7) oder Fasen (8) aufweisen.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrundung (7) oder die Fase (8) bis zu einer Tiefe T von 0,5 bis 400 µm, gemessen von der Oberseite (4) der Dichtscheibe (10) oder der Unterseite (13) der Dichtscheibe (10 a) verläuft.

3. Ventil nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrundung (7) oder die Fase (8) bis zu einer Tiefe T von 10 bis 100 µm, gemessen von der Oberseite (4) der Dichtscheibe (10) oder der Unterseite (13) der Dichtscheibe (10 a) , verläuft.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrundung (7) mit einem Radius R von 0,5 bis 400 µm ausgebildet ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrundung (7) mit einem Radius R von 10 bis 100 µm ausgebildet ist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fase (8) in einem Winkel α von 30 bis 60°, gemessen von der Oberseite (4) und/oder Unterseite (13) ausgebildet ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fase (8) dem Verlauf einer Sehne S entspricht, die mindestens durch den unteren die Tiefe der Fase (8) markierenden Endpunkt P 1 eines mit dem Radius R von 0,5 bis 400 µm ausgebildeten und einem Abrundungsbogen entsprechenden Konstruktionskreisbogen B verläuft.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fase (8) dem Verlauf einer Sehne S entspricht, die mindestens durch den unteren die Tiefe der Fase (8) markierenden Endpunkt P 1 eines mit dem Radius R von 10 bis 100 µm ausgebildeten und einem Abrundungsbogen entsprechenden Konstruktionskreisbogen B verläuft.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtscheiben (10; 10 a) aus keramischem Werkstoff bestehen.

10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Werkstoff aus Aluminiumoxid oder aus Aluminiumoxid mit Zusätzen von Zirkoniumdioxid und/oder Siliciumoxid und/oder Magnesiumoxid, aus Siliciumcarbid oder einem Werkstoff auf Basis von Siliciumnitrid besteht.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei seiner Verwendung als Mischventil in einer sanitären Einhebelmischarmatur mit zwei Dichtscheiben (10,; 10 a) eine, den Zuflußleitungen zugeordnete erste Dichtscheibe (10) stationär gelagert und eine andere mit einem kleineren Umfang ausgebildete zweite Dichtscheibe (10 a) auf ihrer der ersten Dichtscheibe zugewandten Unterseite (13) zur Ausbildung einer Mischkammer eine Vertiefung (3) aufweist, deren Rand (6) eine Abrundung (7) oder eine Fase (8) aufweist.

12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei seiner Verwendung als Mischventil in einer sanitären Einhebelmischarmatur mit drei Dichtscheiben nachfolgende Ausbildung der Dichtscheiben vorgesehen ist:

• 1. eine erste, den Zuflußleitungen zugeordnete und als Sitz oder Basisplatte dienende stationär gelagerte erste Dichtscheibe, deren Oberseite in gleitendem Kontakt steht mit
• 2. der Unterseite einer auf der ersten Dichtscheibe verschiebbaren zweiten Dichtscheibe, die in ihrem Umfang kleiner ist als die erste Dichtscheibe, wobei
• 3. deren Oberseite in gleitendem Kontakt steht mit der Unterseite einer dritten Dichtscheibe, die Öffnungen und/oder Vertiefungen aufweist,
• 4. wobei alle Ränder
  • a) an den Öffnungen der Oberseite der ersten Dichtscheibe,
  • b) an den Öffnungen der Oberseite und Unterseite der zweiten Dichtscheibe sowie
  • c) der Rand der in der dritten Dichtscheibe angeordneten Vertiefung und die Ränder an der Unterseite der Öffnungen der dritten Dichtscheibe
• eine Fase oder eine Abrundung aufweisen.