Dichtungsanordnung für Wasserabsperrvorrichtungen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungs anordnung für Wasserabsperrvorrichtungen, insbeson dere Wasserauslaufventile, mit einem ringförmigen Ven tilsitz und einem Ventilteller, der mit einem auf den Ventilsitz anpressbaren, eine Dichtfläche aufweisenden Dichtorgan versehen ist, das einen ringförmigen, bei auf dem Ventilsitz ruhendem Dichtorgan mit seiner Innen fläche über die Aussenfläche des Ventilsitzes greifen den und an diese anliegenden Wulst aufweist oder mit einem ringförmigen Ventilsitz und einem Ventilteller mit einer Dichtfläche und einem die Wulst bildenden Dichtring.
Bekannte Auslaufventile für kaltes und warmes Was ser mit Dichtungsanordnungen der genannten Art in sanitären Installationen weisen den Nachteil auf, dass nach dem Öffnen des Ventils, insbesondere bei war mem Wasser, der Wasserstrahl in unerwünschter Weise schwindet. Umgekehrt tritt häufig einige Zeit nach dem Schliessen des Warmwasserventils anhaltendes Tropfen auf. Zudem verursacht hastiges Schliessen bekannter Ventile Wasserschläge in gewissen Leitungsnetzen. Die bekannten Dichtungsanordnungen erschweren auch eine Feinregulierung des Wasserstrahls, so dass selbst bei normalem Öffnen des Ventils ein Spritzen des Wasser strahls auftritt und einen unnötig hohen Wasserver brauch zur Folge hat.
Darüber hinaus ist infolge des bereits erwähnten Schwindens und insbesondere der schlechten Mengenregulierbarkeit des Wasserstrahls eine gewünschte Mischwassertemperatur und -menge durch Regulieren der Kalt- und Warmwasserventile nur schwer einstellbar und erfordert ein wiederholtes Probieren und Nachstellen.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist, die ange führten Nachteile zu vermeiden. Erfindungsgemäss ist die Dichtungsanordnung dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der Wulst eine freiliegende Aussenfläche auf weist, derart, dass sich der Wulst bei einer Temperatur- erhöhung mindestens angenähert ungehindert in radialer, zur Aussenfläche des Ventilsitzes senkrechter Richtung ausdehnt.
Die Erfindung wird anschliessend anhand der Zeich nung beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die einzelnen Bestandteile einer erfindungs- gemässen Dichtungsanordnung für ein Ventil; Fig. 2 die Dichtungsanordnung von Fig. 1 im zu sammengebauten Zustand bei geschlossenem Ventil; Fig. 3 bis 9 weitere Ausführungsformen der Dich tungsanordnung.
Gemäss Fig. 1 besitzt die Dichtungsanordnung einen Ventilteller 1, der beispielsweise mit einem Bolzen 2 zur Befestigung an einer nicht dargestellten Ventilspin del versehen ist. Der Ventilteller 1 weist einen zylindri schen Rand 3 auf, welcher zur Aufnahme einer Dicht scheibe 6 vorgesehen ist. Zur Befestigung der Dicht scheibe 6 am Ventilteller 1 ist dieser mit einem Gewin debolzen 4 versehen. Die Dichtscheibe 6 weist eine entsprechende zentrale Bohrung 7 auf, die es erlaubt, die Dichtscheibe 6 auf den Gewindebolzen 4 zu bringen und mittels einer Mutter 11 auf dem Ventilteller 1 zu befestigen.
Die Dichtscheibe 6 ist auf ihrer vom Ventilteller 1 abgewandten Seite mit einer Dichtfläche 10 versehen, die im geschlossenen Zustand des Ventils an die Stirn fläche 18 eines schematisch und nur zum Teil dar gestellten Ventilsitzes 16 anliegt und vom Ventilteller 1 an diese Stirnfläche angepresst wird. Der Ventilsitz 16 ist in bekannter Weise ringförmig ausgebildet und kann als gesonderter Bestandteil in ein nicht dargestelltes Ventilgehäuse eingesetzt, z. B. eingeschraubt werden oder einen festen Teil des Ventilgehäuses bilden. In Um kehrung können auch der Ventilsitz 16 axial beweglich und der Ventilteller 1 fest angeordnet sein. Die Dichtscheibe 6 ist zudem mit einem ringfÖrmi- gen Wulst 8 versehen.
Der Durchmesser des Wulstes 8 ist so dimensioniert, dass in geschlossenem Zustand des Ventils, d. h. wenn die Dichtscheibe 6 auf den Ventil sitz 16 angedrückt ist, die Innenfläche 9 des Wulstes 8 übe: die Aussenfläche 17 des Ventilsitzes 16 greift und an diese anliegt. In der dargestellten Ausführungsform ist die Innenfläche 9 des Wulstes kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei die Innenfläche 9 mit der Achse des Ventilsitzes 16 einen zwischen 0 und 60 liegenden Win kel- beispielsweise einen Winkel von 30 bildet. Die Dichtscheibe 6 besteht im dargestellten Ausführungs beispiel aus einem elastischen, heisswasserbeständigen Material, z. B. aus Gummi.
In Fig. 1 ist schliesslich eine Mutter 11 mit einem Innengewinde 12 dargestellt, welche zur Befestigung der Dichtscheibe 6 auf den Gewindebolzen 4 des Ventil tellers 1 geschraubt wird. Die Mutter 11 ist mit einem mehrkantigen, z. B. sechskantigen Ansatz 13 versehen. Der Kopf 14 der in der Art einer Hutmutter ausge bildeten Mutter 11 ist kegelförmig, um die Wasser strömung in Richtung des Austritts zu lenken.
In Fig. 2 ist die aus dem Ventilteller 1, der Dicht scheibe 6 und der Mutter 11 zusammengebaute Dich tungsanordnung dargestellt, und zwar in der auf den Ventilsitz 16 aufgedrückten Lage. Wie ersichtlich, liegt die Dichtscheibe 6 auf der Stirnfläche 18 des Ventil sitzes 16 an und sperrt dadurch den von unten her durch das Innere des Ventilsitzes erfolgenden Wasserzufluss. Gleichzeitig liegt der Wulst 8 der Dichtscheibe 6 an der zylindrischen Aussenfläche 17 des Ventilsitzes 16 an und bewirkt infolge der k; gelstumpfförmigen Ausbil dung der Innenfläche des Wulstes 8 und des elasti schen Materials der Dichtscheibe 6 auch an dieser Stelle eine Abdichtung.
Wie aus Fig. 2 ferner ersichtlich ist, ist der Durchmesser des Basis der Dichtscheibe 6 klei ner als der Innendurchmesser des Randes 3, so dass im zusammengebauten Zustand zwischen der Innenfläche des Randes 3 und der Randfläche der Dichtscheibe 6 ein radialer Spalt 5 vorliegt. Durch den Rand 3 des Ventiltellers 1 wird ein Ausweichen und eine bleibende Deformation der Dichtscheibe 6 in radialer Richtung begrenzt. Die kegelförmig ausgebildete Mutter 11 liegt im Innern des, Ventilsitzes 16, also in der Wasser strömung.
Die Wirkungsweise der mit dem Wulst 8 versehenen Dichtscheibe 6 beim Schliessen und Öffnen des Ventils kann unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wie folgt beschrieben werden: Wenn durch Betätigen der nicht dargestellten Spin del der Ventilteller 1 und damit die Dichtscheibe 6 nur sehr wenig vom Ventilsitz 16 angehoben werden, ent steht zwischen der Stirnfläche 18 des Ventilsitzes und der Dichtscheibe 6 ein kleiner Spalt, so dass das im Innern des Ventilsitzes befindliche, unter Druck stehen de Wasser bis zum Wulst 8 vordringen kann. Dagegen liegt die Innenfläche 9 des Wulstes 8 immer noch min destens teilweise an der Aussenfläche 17 des Ventil sitzes an und bewirkt eine gewisse Abdichtung.
Infolge der Konizität der Innenfläche 9 und da der Wasserdruck den Wulst 8 geringfügig nach aussen drückt, kann eine sehr geringe Wassermenge zwischen dem Wulst 8 und der Aussenfläche 17 hindurchtreten. Bei weiterem Anheben des Ventiltellers 1 vergrössert sich der Spalt zwischen der Stirnfläche 18 des Ventil sitzes und der Dichtscheibe 6, was bei bekannten Dich- tungs-Anordnungen den sofortigen Durchfluss einer relativ grossen Wassermenge bewirken würde.
In der dargestellten Anordnung wird jedoch der Spalt zwischen dem Wulst 8 und der Aussenfläche 17 des Ventilsitzes infolge der eng anliegenden und konischen Ausbildung des Wulstes nur relativ geringfügig vergrössert. Da durch erfolgt die Zunahme des Wasserflusses nicht schlagartig, sondern proportional zur axialen Verschie bung der Dichtscheibe. Es ist demnach möglich, durch vIerhältnismässig grosse axiale Verschiebungen des Ven tiltellers 1, beispielsweise durch eine sich über einen grossen Winkelbereich erstreckende Drehung einer mit einem Gewinde versehenen Spindel, die durch das Ven til fliessende Wassermenge fein zu dosieren.
Beim Schliessen des Ventils erfolgt die Drosselung der durchfliessenden Wassermenge in gleicher Weise all mählich, was das Auftreten von Wasserschlägen im Lei tungsnetz verhindert. Zudem liegt bei der beschriebenen Dichtungsanordnung infolge der zusätzlichen Dichtung durch den an der Aussenfläche 17 des Ventilsitzes anliegenden Wulst 8 der Dichtscheibe eine vergrösserte Dichtfläche vor.
Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Dich tungsanordnung liegt darin, dass sie das unerwünschte Schwinden des Wasserstrahls nach dem Öffnen eines Warmwasserventils weitgehend, bzw. das Nachtropfen des Ventils nach dem Schliessen vollständig beseitigt. Es ist gefunden worden, dass die genannten Erscheinun gen bei bekannten Anordnungen wegen der Ausdehnung der elastischen Dichtscheibe bei der Erwärmung durch das fliessende Warmwasser, bzw. wegen der Kontrak tion beim Abkühlen nach dem Schliessen des Ventils auftreten.
Bei der Erwärmung dehnt sich die Dicht scheibe axial aus, so dass der eingestellte Spalt zwischen der Dichtscheibe und dem Ventilsitz kleiner wird und der Wasserdurchfluss auf Grund der starken Abhängig keit der Durchflussmenge von der Spaltbreite beträcht lich gedrosselt wird. Umgekehrt zieht sich beim Abkühl- len der auf den Ventilsitz gepressten Dichtscheibe diese zusammen, so dass der Druck der Dichtscheibe auf den Ventilsitz stark vermindert wird und das unter Druck stehende Wasser mindestens tropfenweise zwischen den Dichtflächen durchdringen kann.
Diese lästigen Eig-nschaften üblicher Ventile sind bei der beschriebenen Dichtungsanordnung deshalb ver mieden, weil sich die Wärmeausdehnung der Dicht scheibe nicht nur in axialer, sondern in noch vermehr tem Mass in radialer Richtung auswirkt. Wohl wird auch der Spalt zwischen der Dichtscheibe 6 (Dichtfläche 10) und dem Ventilsitz 16 (Stirnfläche 18) bei einer Wärmeausdehnung verkleinert.
Es dehnen sich aber die Dichtscheibe 6 und deren Wulst 8 in noch vermehrtem Mass radial aus, so dass die Durchflussöffnung zwischen der Innenfläche 9 des Wulstes und der Aussenfläche 17 des Ventilsitzes breiter wird und dadurch eine infolge der axialen Ausdehnung hervorgerufene Drosselung des Wasserdurchflusses kompensiert wird. Umgekehrt presst sich der Wulst 8 beim Abkühlen infolge radialer Kon traktion der Dichtscheibe stärker an die Aussenfläche 17 des Ventilsitzes an, so dass ein Tropfen, selbst bei nur leicht angezogenem Ventil, nicht auftreten kann.
Dieses Verhalten wird anhand der Fig. 7 bis 9 erläutert. In Fig. 7 ist der linke Teil einer den Fig. 1 bis 3 entsprechenden Ventilkonstruktion dargestellt. Die konische Innenfläche 9, deren kleinster Durchmesser D im offenen Zustand des Ventils, wie aus den Fig. 8 und 9 ebenfalls ersichtlich ist, etwas kleiner ist, als der Aus sendurchmesser des Ventilsitzes 16, wird in der ge schlossenen Lage gemäss Fig. 7 unter Deformation seit lich an den Ventilsitz 16 gepresst.
Fig. 8 zeigt die Teile des Ventils gemäss Fig. 7 in geöffneter Lage. Dabei ist der kleinste Durchflussquer- schnitt mit f bezeichnet. Die Neigung der Innenfläche 9 gegenüber der Horizontalen kann so gewählt werden, dass diese Fläche 9, unter Berücksichtigung der Deh nungsmöglichkeit der Dichtscheibe 6, thermisch gemäss der Linie A expandiert, d. h. unter Beibehaltung der Lage der Innenfläche 9 bezüglich des Ventilsitzes 16.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der mass- gebende Querschnitt f unabhängig von der Temperatur des ausfliessenden Wassers immer gleich goss bleibt, so dass der einmal eingestellte Wasserfluss bei steigender Temperatur nicht kleiner wird, wie dies bei den bisher bekannten Ventilen der Fall ist. Das bekannte Verhalten bringt eine Kontraktion des Wasserstrahls infolge des Einflusses -heissen Wassers mit sich, da sich das Dicht element radial nicht ausdehnen kann, z. B. im Sinne der Kurve Bin Fig. 9. Diese Kurve ergibt eine Verkleine rung des engsten Querschnittes f zu f', wie ohne weite res ersichtlich ist.
Durch Wahl der Dimensionierung kann im vorgese- hnen Temperaturintervall die Ausdehnungsmöglich keit der Dichtscheibe 6 so gestaltet werden, dass die radiale Ausdehnung Q x und die axiale Q y den defor mierten Punkt immer auf der ursprünglichen Innenfläche 9 belassen und diesen höchstens entsprechend der Tem peraturdifferenz auf dieser Fläche verschieben, wie dies Fig. 9 zeigt (Kurve A).
Der kleinste Durchmesser D der Innenfläche 9 ist auch nach der thermischen Expansion noch etwas kleiner oder höchstens gleich gross wie der Aussendurchmesser des Ventilsitzes 16, so dass beim Schliessen des heissen Ventils dieses nicht tropft, da in jedem Falle die Innenfläche 9, wenn auch weniger satt, an der Mantel fläche des Ventilsitzes 16 anliegt. Im Verlaufe des Ab- kühlens dieses Ventils wird dieses Anliegen der Innen fläche 9 an der Aussenfläche des Ventilsitzes 16 immer straffer.
Eine derartige Ventilkonstruktion stellt daher nicht nur die Konstanz eines einmal eingestellten Heisswasser- flusses sicher, und zwar unabhängig von Zeit und Temperatur, sondern gibt auch die Sicherheit, dass dieses Ventil weder nach dem Gebrauch für Kalt- noch für Heisswasser in geschlossenem Zustand zu tropfen beginnt.
Die das Schwinden des Wasserstrahls bewirkende axiale Ausdehnung der Dichtscheibe 6 ist in der An ordnung der Fig. 2 zudem dadurch vermindert, dass infolge des radialen Spaltes 5 sich auf die Basis der Dichtscheibe 6 in radialer Richtung ausdehnen kann.
Da der eingestellte Wasserstrahl praktisch unver ändert bleibt, und es möglich ist, den Wasserstrahl fein zu regulieren, lassen sich mit der beschriebenen Dich tungsanordnung Mischwassertemperaturen bei beliebi ger entnommener Wassermenge bequem einstellen und verändern. Zudem muss zum tropffreien Schliessen des Ventils mittels des Ventiltellers ein geringerer Druck auf den Ventilsitz ausgeübt werden als bei den bekannten Dichtungsanordnungen, insbesondere auch, wenn die Dichtscheibe nach längerem Gebrauch deformiert ist.
Zur Erzielung der beschriebenen fortschrittlichen Wirkungen kann der Neigungswinkel a der kegelstumpf- förmigen Innenfläche 9 des Wulstes 8 (Fig. 1) in weiten Grenzen verändert werden, wobei er aber mit Vorteil kleiner als 60 ist. Im Grenzfall kann der Neigungs winkel a 0 betragen, d. h. der Wulst 8 eine zylindrische Innenfläche 9 aufweisen. Die Ausbildung des ringförmi gen Ventilsitzes 16 kann in Übereinstimmung mit den bekannten Ausführungsformen erfolgen.
Die Abmessun gen der Dichtscheibe 6, beispielsweise der innere Durch messer des Wulstes 8, der Neigungswinkel a der Innen fläche 9 des Wulstes und die axiale Höhe des Wulstes 8 sowie die formliche Ausbildung der Dichtflächen 17 und 18 des Ventilsitzes können zur Erzielung optimaler Resultate aufeinander abgestimmt werden. Es hat sich aber gezeigt, dass es auch möglich ist, bei bekannten, ursprünglich mit einer flachen Dichtscheibe versehenen Dichtungsanordnung, -n die Dichtscheibe zusammen mit dem Ventilteller gegen eine beschriebene Dichtscheibe und Ventilteller ohne Veränderung des ursprünglichen Ventilsitzes auszuwechseln, wodurch eine weitgehende Vermeidung der angeführten Nachteile der bekannten Dichtungsanordnung erzielt wird.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der Dichtungsanordnung unterscheidet sich von den Aus führungsformen der Fig. 1 und 2 dadurch, dass eine Dichtscheibe 20 vorgesehen ist, deren Aussenwand durchgehend zylindrisch ist. Der Ventilteller 1 weist wiederum einen Rand 3 auf, wobei der Durchmesser des Ventiltellers 1 und der Innenfläche des Randes 3 entsprechend grösser sind als bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2. Diese Ausführungsform eignet sich deshalb besonders für Neukonstruktionen. Zur Erzeu gung des radialen Spaltes 5 ist der Innendurchmesser des Randes 3 grösser gewählt als der Aussendurch messer der Dichtscheibe 20.
Die Dichtscheibe 20 weist ebenfalls den ringförmigen Wulst 8 auf und ist mittels der Mutter 11 am Ventilteller 1 befestigt.
Statt der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Befesti gungsmutter 11 mit kegelförmigem Kopf 14 kann auch eine gewöhnliche Flachmutter verwendet werden. Die dargestellte Mutter 11 weist den Vorteil auf, dass sie die Wasserströmung in den radialen Aussenbereich des Ven tilsitzes in die unmittelbare Nähe der Dichtflächen lenkt, was eine Verbesserung der Strömungsverhältnisse be wirkt.
Eine weitere Befestigungsmöglichkeit der Dicht scheibe 6 bzw. 20 am Ventilteller 1 besteht darin, dass statt der Mutter 11 eine Klemmhaube oder ein Klemm ring vorgesehen sind, die auf den Bolzen 4 aufge schoben und auf diesem festgeklemmt werden. Hierbei entfällt das Gewinde des Bolzens 4, der glatt ausgebildet oder mit einer Nut zur Aufnahme des Klemmelementes versehen sein kann. Die Dichtscheibe 6 bzw. 20 kann auch mit Hilfe des Bolzens 4 auf dem Ventilteller 1 aufgenietet sein.
Bei weiteren Ausführungsformen der Dichtungsan ordnung kann statt einer zentralen Befestigung der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Rand 3 zur Befestigung der Dichtscheibe am Ventilteller benützt werden, wobei der Bolzen 4 des Ventiltellers und die entsprechende zentrale Bohrung 7 der Dichtscheibe entfallen. So ist es beispielsweise möglich, die Innenfläche des Randes 3 des Ventiltellers konisch statt zylindrisch auszubilden und die mit einer zylindrischen oder entsprechend koni schen Aussenwand versehene Dichtscheibe durch den Rand 3 des Ventiltellers 1 z. B. lose zu fassen.
Eine weitere drehbare Befestigung erfolgt beispielsweise mit- tels eines Ringes, der gleichzeitig in einer an der Innen fläche des Randes (Fig. 1 bis 3) und einer an der Aussenfläche der Dichtscheibe 6 bzw. 20 vorgesehenen Umfangsnut liegt.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist die zylindrische Seitenwand 22 eines Ventiltellers 2 an der Stelle des ringförmigen Wulstes 23 einer Dicht scheibe 24 umgebördelt. Zwischen der Innenfläche der Seitenwand 22 und der Randfläche der Dichtscheibe 24 ist wiederum der radiale Spalt 5 vorgesehen, der eine radiale Wärmeausdehnung der Dichtscheibe 24 er möglicht. Die Dichtscheibe 24 kann auch in etwa halber Höhe mit einer nicht dargestellten Umfangsnut versehen sein, in welche der umgebördelte Teil der Seitenwand 22 greift. Dadurch liegt der Wulst 23 vollständig frei und kann sich in der beschriebenen Weise beim Öffnen des Ventils unter dem Druck des Wassers und bei einer Er wärmung radial ausdehnen.
Es ist auch möglich, den ringförmigen Wulst als von der auf den Ventilsitz aufdrückbaren Dichtscheibe getrenntes Teil auszubilden. In Fig. 5 ist eine derartige Ausführungsform dargestellt. Ein Ventilteller 25 weist auf seiner Innenseite eine Fläche 26 auf, die als Dicht fläche für die Stirnfläche eines ringförmigen Ventilsitzes vorgesehen ist. Am Rande der Fläche 26 ist eine Ring nut 27 angebracht, die zur Aufnahme eines Dichtringes 28 mit der Innenfläche 9 dient. Die Ringnut 27 und/ oder die entsprechenden Flächen des Dichtringes 28 können konisch ausgebildet sein, um ein Festklemmen des Dichtringes 28 in der Nut 27 zu ermöglichen.
Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform berücksichtigt den Umstand, dass es von Vorteil ist, für den Dichtring 28 bzw. den ringförmigen Wulst 8 oder 23 (Fig. 1 bis 4) ein verhältnismässig weiches, elastisches Material zu verwendwn, dass andererseits aber die auf die Stimseite des Ventilsitzes aufgedrückte Dichtfläche 26 (Fig. 5) bzw. 10 (Fig. 1) zur Vermeidung einer Deformation mit Vorteil aus einem härteren Material, z. B. einem Kunststoff oder Metall, besteht.
Eine weitere Ausführungsform mit einem Dichtring ist in Fig. 6 dargestellt. Ein als Ventilglocke ausgebil deter Ventilteller 29 ist mit einer inneren Umfangsnut 30 versehen, in welche ein Dichtring 31 eingelegt ist. Der Dichtring 31 weist einen viereckigen Querschnitt auf, wobei die Innenfläche 9 des Dichtrings wiederum mit Vorteil gegenüber der Aussenfläche 17 -des ring förmigen Ventilsitzes 16 geneigt ist. Die zur Aufnahme des Dichtrings 31 vorgesehene Nut 30 kann in den Ventilteller 29 eingestochen werden oder es kann der glockenförmige Teil des Ventiltellers 29 entsprechend umgebördelt werden.
Hierbei ist ein radialer Spielraum 5 zwischen dem Aussenrand des Dichtrings 31 und der angrenzenden Innenfläche des Ventiltellers 29 vorge sehen.
Statt des dargestellten Dichtrings kann auch ein O-Ring mit kreisförmigem Querschnitt verwendet wer den, wobei die Nut 30 eine entsprechende Querschnitts form aufweist.
Auch bei den in den Fig. 4-6 dargestellten Dich tungsanordnungen kann der Ventilteller 24, 25, 29 mit einem zentralen, einen kegelförmigen Kopf aufweisen den Lenkorgan für die Wasserströmung ähnlich der Mutter 11 der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Aus führungsformen -.,ersehen werden.
Die beschriebenen Dichtungsanordnungen können so ausgebildet sein, dass die Abdichtung gegen den Ventilsitz ausschliesslich durch die Innenfläche des Wul stes, nicht aber zusätzlich durch eine an die Stirnseite des Ventilsitzes angedrückte Dichtfläche erfolgt.