DE69116632T2

DE69116632T2 - Vierteldrehungshahn

Info

Publication number: DE69116632T2
Application number: DE69116632T
Authority: DE
Inventors: Glenn J. Baulkham Hills N.S.W. 2153 Houston; Branko Wetherill Park N.S.W. 2164 Klicek
Original assignee: Caroma Industries Ltd
Current assignee: Caroma Industries Ltd
Priority date: 1990-10-03
Filing date: 1991-10-01
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2011-10-02
Also published as: EP0479236B1; NZ240062A; US5273255A; MY107467A; SG45222A1; IN177605B; EP0479236A1; DE69116632D1

Description

Vierteldrehungshahn

Die vorliegende Erfindung betrifft Leitungsventile oder Hähne und insbesondere Hähne mit begrenzter Umdrehung gemäß der Präambel von Patentanspruch 1.
Bei herkömmlichen Hähnen müssen der Griff und seine zugeordnete Spindel über mehrere Umdrehungen gedreht werden, um zu ermöglichen, daß die mit Gewinde versehene Spindel sich in Längsrichtung in einem ausreichenden Maß bewegt, um die Ventilstruktur des Hahns zu öffnen oder zu schließen. Der Grad der Längsbewegung hängt von der Ganghöhe bzw. der Gewindesteigung des Gewindeeingriffs zwischen der Spindel und dem Ventilkörper ab. Bei manchen Anwendungen, insbesondere in öffentlichen Toiletten oder Wascheinrichtungen oder an ähnlichen öffentlichen Plätzen, wo Benutzer dieser Einrichtungen möglicherweise nicht darauf achten einen Hahn vollständig zuzudrehen, kann das Erfordernis, den Griff über mehrere Umdrehungen zwischen dem vollständig geöffneten und dem vollständig geschlossenen Zustand zu drehen, ein Nachteil sein. Dadurch kann eine wesentliche Wassermenge verschwendet werden, die von den Behörden, die diese öffentlichen Einrichtungen bereitstellen, bezahlt werden muß.
Es sind Vierteldrehungshähne bekannt, bei denen Keramikscheiben als Ventilöffnungs- und -schließmechanismus verwendet werden. Solche Keramikscheibenhähne sind relativ teuer und weisen einige andere Nachteile bezüglich des Betriebs auf. D.h., sie können manchmal, insbesondere bei hohen Wasserdrücken, gesperrt sein und Probleme aufweisen, die durch im Wasser vorhandenen Grobstaub oder Schmutz verursacht werden. Außerdem ist der bei einem Vierteldrehungshahn unter Verwendung einer Keramikscheibe erhältliche maximale Durchfluß im Vergleich zum Durchfluß eines herkömmlichen Hahns wesentlich geringer.
Außerdem wurde vorgeschlagen, einen herkömmlichen Hahn in einen Vierteldrehungshahn umzurüsten, indem einfach die Spindelumdrehung mit Hilfe zweier Nocken bzw. Verstärkungen oder ähnlicher Vorsprünge auf eine Vierteldrehung begrenzt wird. Diese Anordnung weist mehrere Nachteile auf. D.h., der Durchfluß ist wesentlich eingeschränkt, weil die Ventilscheibe oder -dichtung bei der Position für maximalen Durchfluß nicht ausreichend vom Ventilsitz abgehoben wird. Außerdem ist der zulässige Abnutzungsgrad der Ventilscheibe begrenzt, so daß, wenn dieser Abnutzungsgrad überschritten ist, die durch die eingeschränkte Vierteldrehung ermöglichte Bewegung möglicherweise nicht ausreichend ist, um eine abgenutzte Ventilscheibe ausreichend fest gegen den Ventilsitz abzudichten.
Eine bekannte Art eines Fluidventils ist in der US-A- 2579982 beschrieben, auf der die Präambel von Patentanspruch 1 basiert, worin ein an einem Ventilkörper befestigtes Ventildiaphragma bzw. eine an einem Ventilkörper befestigte Federplatte und ein Griff beschrieben werden, der so aufgebaut ist, daß die Federplatte durch den Griff über Kurvenflächen betätigt wird, wobei die Federplatte mit einer der Kurvenflächen verbunden ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend erwähnten Nachteile zu eliminieren oder zu verringern, indem ein Ventil mit reduzierter Ventildrehung bereitgestellt wird, das vorzugsweise ein Vierteldrehungswasserhahn ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Nachstehend werden zwei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen vereinfachten Aufbaus eines Vierteldrehungshahns;
Fig. 2 eine Längsquerschnittansicht durch den Hahn von Fig. 1 zum Darstellen der geschlossenen Position;
Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, jedoch zum Darstellen der geöffneten Hahnposition; und
Fig. 4-6 gleiche Ansichten wie in Fig. 1-3, jedoch einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform.
Wie in den Figuren 1-3 dargestellt, besteht der Vierteldrehungshahn einer einfachen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus einem im wesentlichen herkömmlichen Ventilkörper 1, der durch Verschrauben mit einer Spindel 3 in Eingriff gebracht werden kann. Am oberen Ende der Spindel 3 sind Federn oder Keilnuten 4 vorgesehen, die mit einem Hahngriff (nicht dargestellt) in Eingriff gebracht werden.
Am unteren Ende der Spindel 3 ist ein im wesentlichen zylinderförmiger Körper 5 angeordnet, dessen unteres Ende einen Winkel von etwa 70º relativ zur Längsachse der Spindel 4 bildet, um eine obere Kurvenfläche 6 zu bilden, die in der Ebene betrachtet elliptisch ist. Der zylinderförmige Körper 5 dreht sich mit der Spindel 3 und trägt einen O-Ring 7, durch den die Spindel bezüglich des Ventilkörpers 1 abgedichtet wird.
Außerdem ist im Ventilkörper 1 ein Ventilträger 8 mit einer Mittelöffnung 9 und einem sich in Längsrichtung erstreckenden Schlitz 10 angeordnet. Der Ventilträger 8 ist ebenfalls im wesentlichen zylinderförmig aufgebaut und weist eine bezüglich der Längsachse des Trägers rechtwinklig angeordnete untere Fläche 11 auf. Der Träger 8 weist ferner eine geneigte Fläche 12 auf, die eine untere Kurvenfläche bildet und ähnlich wie die Fläche 6 vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 700 bezüglich der Längsachse der Spindel 3 geneigt ist und in der Ebene betrachtet eine Ellipse bildet.
Der Ventilträger 8 ist innerhalb des Ventilkörpers 1 verschiebbar angeordnet, wobei seine Drehbewegung um die Längsachse der Spindel 3 durch das Eingreifen eines Stifts 13 in einen Schlitz 10 verhindert wird.
Der Schaft 16 einer herkömmlichen T-förmigen Ventildichtscheibe 15 ist in der Mittelöffnung 9 angeordnet. Die Ventildichtscheibe 15 ist bezüglich dem Ventilträger 8 drehbar. Durch einen Dichtungsring 17, durch den der Ventilkörper 1 gegen den herkömmlichen Hahnventilsitz (nicht dargestellt) gedichtet wird, wird diese Anordnung vollständig.
Für Fachleute ist verständlich, daß der zylinderförmige Körper 5 und der zylinderförmige Ventilträger 8 gebildet werden können, indem die herkömmliche Anordnung entlang einer unter einem Winkel von etwa 70º bezüglich der Längsachse der Spindel 3 geneigten Ebene in zwei Teile getrennt wird. Die Drehbewegung der Spindel 3 kann durch eine beliebige herkömmliche Einrichtung, wie beispielsweise einen Ansatz und ein Paar zusammenwirkender Vorsprünge (nicht dargestellt), auf lediglich eine Vierteldrehung begrenzt werden.
Nachstehend wird die Arbeitsweise des Hahnaufbaus der ersten Ausführungsform unter Bezug auf die Figuren 2 und 3 beschrieben. Fig. 3 zeigt das Ventil in einer Position für maximalen Durchfluß. In dieser Position wird der Ventilträger 8 durch den auf die Ventildichtscheibe 15 wirkenden Wasserdruck zu einer Bewegung nach oben in den Ventilkörper 1 gezwungen. Die obere und die untere Kurvenfläche 6, 12 stehen miteinander in Kontakt, aber durch die Orientierung der Spindel 3 bezüglich dem Ventilträger 8 wird ermöglicht, daß sich der Ventilträger 8 in einem maximalen Maß in den Ventilkörper 1 bewegen kann.
Wenn die Spindel 3 nun gedreht wird, bewegt sich der unterste Abschnitt der Kurvenfläche 6 um die geneigte Fläche 12, wodurch der Ventilträger 8 nach unten gedrängt wird, wie in Fig. 2 dargestellt, bis vorzugsweise etwa die maximale zulässige Bewegungsposition des Stiftes 13 im Schlitz 10 erreicht wird. Bevor diese maximale zulässige Bewegungsposition des Ventilträgers 8 erreicht ist, wird die Ventildichtscheibe 15 fest gegen den herkömmlichen Sitz (nicht dargestellt) gedrängt, um den Hahn zu schließen.
Durch die Kurvenflächen 6 und 12 wird eine Vierteldrehbewegung der Spindel 3 in eine wesentliche Längsbewegung des Ventilträgers 8 umgewandelt. Das gleiche Maß einer Längsbewegung bei einem herkömmlichen Hahnaufbau würde nur durch eine Drehbewegung der Spindel 3 über mehrere Umdrehungen erreicht.
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Figuren 4-6 beschrieben, in der im wesentlichen der gleiche Aufbau wie vorstehend beschrieben verwendet wird, wobei jedoch die obere und die untere Kurvenfläche 6, 12 modifiziert sind. Wie in Fig. 4 verdeutlicht wird, ist die untere Kurvenfläche nicht als Ebene sondern eher als Spirale 112 mit einer kleinen Stufe 113 ausgebildet. Die obere Kurvenfläche 106 weist eine ähnlichen Stufe 107 auf.
Wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt, wirken die Spiralen 106 und 112 zusammen, um den Hahn zu öffnen bzw. zu schließen, indem die Drehbewegung der Spindel 3, wie bei der vorstehenden Ausführungsform, in eine Längsbewegung des Ventilträgers 8 umgewandelt wird. Bei einer Bewegung von der in Fig. 5 dargestellten geschlossenen Position zu der in Fig. 6 dargestellten Position für maximalen Durchfluß stoßen die Stufen 107 und 113 jedoch aneinander an, wodurch eine weitere Drehbewegung in die Hahnöffnungsrichtung verhindert wird. Dadurch wird der Drehgrad der Spindel 3 in diese Richtung begrenzt.
Während des Hahnschließvorgangs, d.h. bei einer Bewegung von der in Fig. 6 dargestellten Position zu der in Fig. 5 dargestellten Position, wird die Längsbewegung des Ventilträgers 8 und dadurch die Drehbewegung der Spindel 3 nur dadurch begrenzt, daß die Dichtscheibe 15 an den Ventilsitz (nicht dargestellt) anstößt. Dadurch wird jeglicher Verschleiß der Dichtungsscheibe 15 automatisch kompensiert, weil eine weitere Drehbewegung der Spindel 3 ermöglicht wird.
Bisher ausgeführte Experimente unter Verwendung einer Wasserzufuhr mit einem Druck von 200 kPa (30 psi) ergaben einen Durchflußwert von 28-29 Liter/Minute für einen herkömmlichen Hahn, bei dem mehrere Umdrehungen erforderlich sind, um den Hahn von einer geschlossenen auf eine vollständig geöffnete Position zu bewegen. Wenn ein erfindungsgemäß modifizierter, gleichartiger Hahntyp verwendet wird, wurde bei den gleichen Wasserzufuhrbedingungen ein maximaler Durchflußwert von 27 Liter/Minute erreicht. Dieses Ergebnis ist im Vergleich zu herkömmlichen keramischen Vierteldrehungshähnen, bei denen maximale Durchflußwerte von nur 9- 15 Liter/Minute bei einem in dieser Größenordnung liegenden Zufuhrdruck erreicht werden können, sehr vorteilhaft.
Die vorstehend beschriebene Anordnung weist mehrere wesentliche Vorteile auf. Erstens ist der Ventilkörper vollständig auf herkömmliche Weise aufgebaut und daher kostengünstig. Außerdem ist die Herstellung der Spindel 3 mit ihrem zylinderförmigen Körper 5 und des Ventilträgers nicht übermäßig schwierig, so daß erwartet wird, daß die Herstellungskosten des Hahns nicht wesentlich ansteigen. Schließlich können kostengünstige herkömmliche Hahndichtscheiben 15 verwendet werden, wodurch die Kosten der gesamten Anordnung weiter verringert werden und wobei keine Schwierigkeiten bezüglich der Bereitstellung von Ersatzteilen entstehen. Der Hauptvorteil liegt jedoch darin, daß der Hahn innerhalb etwa einer Vierteldrehung von einer vollständig geschlossenen auf eine vollständig geöffnete Position eingestellt werden kann und der durch einen herkömmlichen Hahnsatz erreichbare maximale Durchfluß auch durch den Vierteldrehungshahn erhalten werden kann.
Vorstehend wurden nur zwei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei jedoch Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Anwendungsbereich der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann der Schlitz 10 entweder mit der in den Figuren 1-3 dargestellten Anordnung oder mit der in den Figuren 4-6 dargestellten Anordnung bereitgestellt werden.

Claims

1. Ventil mit reduzierter Umdrehung zur Verwendung mit Flüssigkeitshähnen, wobei das Ventil aufweist: einen Ventilkörper (1), eine Betätigungsspindel (3) zur Ausführung einer schraubenförmigen Drehbewegung relativ zum Ventilkörper (1), einen bezüglich der Spindel (3) koaxial ausgerichteten und im Ventilkörper (1) verschiebbar angeordneten Ventilträger (8) und ein Ventilschließelement (15) mit einem Schaftabschnitt (16), der sich in den Ventilträger (8) erstreckt, wobei die Spindel (3) eine an einem Ende davon angeordnete erste Kurvenfläche (6, 106) aufweist und der Ventilträger (8) eine an einem Ende davon angeordnete zweite Kurvenfläche (12, 112) aufweist, die komplementär zur ersten Kurvenfläche (6) ausgebildet und so angeordnet ist, daß sie mit dieser in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilträger (8) von der Spindel (3) getrennt und so geformt ist, daß er das Ventilschließelement (15) aufnimmt, das Ventilschließelement (15) vom Ventilträger (8) getrennt und darin koaxial beweglich ist, der Ventilträger (8) einen Anschlag für das Ventilschließelement (15) in der Öffnungsrichtung des Hahns bildet und durch die Drehbewegung der Spindel (3) über lediglich einen Teil einer Umdrehung eine wesentliche Gleitbewegung des Ventilträgers (8) relativ zum Ventilkörper (1) in Längsrichtung erreicht wird.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenflächen (106, 11.2) Stufen (107, 113) aufweisen, durch die ein zulässiger Drehwinkel der Spindel (3) begrenzt wird.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ferner eine Führungseinrichtung (10, 13) zum Verhindern der Drehbewegung des Ventilträgers um seine Längsachse aufweist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (10, 13) einen sich in Längsrichtung erstreckenden Schlitz (10) im Ventilträger (8) und einen in Querrichtung im Ventilkörper (1) angeordneten und sich in den Schlitz (10) erstreckenden Stift (13) aufweist.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (10) sich über die Länge des Ventilträgers (8) erstreckt.

6. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (10) in einer Begrenzungsfläche an einer Position angrenzend an die Kurvenfläche(n) (12, 112) endet.

7. Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilträger (8) eine Mittelöffnung (9) zum Aufnehmen eines Schaftes (16) des Ventilschließelements (15) aufweist.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilschließelement (15) unabhängig von der Bewegung der Spindel (3) und/oder des Ventilträgers (8) innerhalb der Öffnung frei drehbar ist.

9. Hahn mit einem Ventil mit reduzierter Umdrehung nach einem der vorangehenden Ansprüche.