CH650066A5 - Control-disc valve, especially for the sanitary sector - Google Patents

Description

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 Offenlegungsschrift2 349772 beschrieben ist, handelt es sich um ein reines Absperrventil. Die andere Art, die in der älteren Patentanmeldung P 2912909.7 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 Durch trittsöffnungen 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 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 anderers 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 mindestens einer Steuerscheibe eine erste in Umfangsrichtung verlaufende Begrenzungslinie aufweist, deren radialer Abstand vom Mittelpunkt der Steuerscheiben variiert.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemässen Steuerscheibenventils sind in den abhängigen Ansprüchen 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. Regelbereiche und Durchströmungsquerschnitte derartiger Steuerscheiben lassen sich ohne Veränderung des Aussenradius verglichen mit herkömmlichen Steuerscheiben erheblich vergrössern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf eine erfindungsgemässe, verdrehbare Steuerscheibe (Regelscheibe);

Fig. 2 die Draufsicht auf eine feststehende Steuerscheibe (Festscheibe);

Fig. 3 schematisch die Steuerscheiben von Fig. 1 und 2, in der Schliessstellung übereinanderliegend;

Fig. 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 verlaufenden Begrenzungslinien ein Kreisbogen ist, dessen Mittelpunkt mit dem Scheibenmittelpunkt zusammenfällt (bei der Öffnung 4 die radial aussen liegende, bei der Öffnung 5 die radial innen liegende), während die andere 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 Fläche 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?, 8,9 und 10. Die erste Durchtrittsöffnung 7 ist wieder kreisförmig und konzentrisch zur Festscheibe 6. Zwei Durch-trittsöffnungen 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

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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 ausgebildet. Ihre radial äussere Begrenzungslinie ist ein zum Mittelpunkt der Festscheibe 6 exzentrischer Kreisbogen, ihre radial innere Begrenzungslinie dagegen ein mit der Festscheibe 6 konzentrischer Kreisbogen. Auch hier ist es wieder möglich, zur Erzielung der Sichelform 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 Fig. 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 der Fig. 3 wird deutlich, dass die Summe der von den verschiedenen Durchtrittsöffnungen eingeschlossenen Winkel 360° erheblich übersteigt. Dies wäre überlappungsfrei nicht möglich, würde nur die 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-Sicher-heitsmischbatterie.

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 Festscheibenöffnung 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-Speicherge-rät Kaltwassr 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 befestigt ist, über den die Regel650 066

scheibe 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 Fig. 3,4a und 4b sind ferner folgende dimensionsmäs-sige Beziehungen zu erkennen:

Die radial innere Begrenzungslinie der Regelscheiben-Durch-trittsöffnung 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-Durchtrittsöffnung 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 4.

Die Funktion der beschriebenen Steuerscheiben 1,6, in der geschilderten Weise in eine Niederdruck-Sicherheitsmischarmatur eingebaut, ist wie folgt:

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. Insbesondere ist die mit der Kaltwasser-Zuführleitung kommunizierende 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.

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 Öffnung 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

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der Menge, sondern der Temperatur des aus der Armatur trittsöffnung 9 hinweg praktisch vernachlässigbar. Es ist daher ausfliessenden Wassers bewirkt. Die Endstellung ist erreicht, auch nicht notwendig - was an und für sich möglich wäre - die wenn die Festscheiben-Durchtrittsöffnung 9 durch die Regel- radial innere Begrenzungslinie der Regelscheiben-Durchtrittsscheibe 1 vollständig abgedeckt und die Festscheiben-Durch- Öffnung 4 in dem Bereich, in dem sie in Fig. 4a die Festscheiben-trittsöffnung 10 durch die Regelscheiben-Durchtrittsöffnung 4 5 Durchtrittsöffnung 9 überlappt, zur radial äusseren Begren-vollständig freigegeben ist: nun fliesst reines Heisswasser. zungslinie parallel zu führen. Dies würde eine exakte lineare

Falls gewünscht kann trotz der unregelmässigen Form der Charakteristik ergeben.

verschiedenen Durchtrittsöffnungen in den Steuerscheiben 1,6 „ ..

eine lineare Charakteristik erzielt werden. Darunter ist zu verste- Das Warmwasser-Offnungsverhalten wird durch die Uberlap-hen, dass einerseits beim Öffnen des Kaltwasserwegs gleiche io P™g der Offnungen 4 und 10 besümmt Aufgrund der regelmas-Winkelverdrehungen der Regelscheibe 1 zu gleichen Mengenän- sigen Form der Festscheiben-Offnung 10 spielt die unregelmas-derungen führen und dass andererseits im Mischwasserbereich Fo™der Regelscheiben-Durchtnttsoffnung 4 offensichtlich gleiche Winkelverdrehungen der Regelscheibe 1 zu gleichen eme 0 e'

Veränderungen des Mischungsverhältnisses führen, wobei die Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich: durch die

Wassermenge konstant bleibt. 15 Erschliessung der radialen Dimension der Steuerscheiben sind

Dabei ist folgendes zu beachten: Die unregelmässige Form der Winkelerstreckungen der Durchtrittsöffnungen in einer Grösse Festscheiben-Durchtrittsöffnung 8 und der Regelscheiben- möglich, die anders nicht realisierbar wäre. Grosse Winkeler-

Durchtrittsöffnung 5 ist für die Charakteristik der Armatur ohne Streckungen bedeuten aber grossen Regelweg. Dies ist insbeson-Bedeutung, da hier keine entscheidende Mengendrosselung dere bei der Einstellung des Mischungsverhältnisses bedeutsam,

stattfindet. 20 da hierdurch die Wahl der individuell angenehmen Temperatur

Das Kaltwasser-Öffnungsverhalten wird durch die Überlap- erleichtert wird. Die «sichelförmige» Ausbildung der Durch-pung der Durchtrittsöffnungen 9 und 4 bestimmt. Wie aus Fig. 4a trittsöffnungen macht ausserdem Durchflussquerschnitte möghervorgeht, ist die Sichelform der Regelscheiben-Durchtrittsöff- lieh, die bei gleichem Scheibenradius in herkömmlicher Technik nung 4 über die Winkelerstreckung der Festscheiben-Durch- nicht zu erzielen wären.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

650 066 PATENTANSPRÜCHE

1. Steuerscheibenventil, insbesondere für den Sanitärbereich, mit zwei koaxialen, mit Durchtrittsöffnungen versehenen Steuerscheiben, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Durchtrittsöffnung (4,5,8) an mindestens einer Steuerscheibe (1,6) eine erste in Umfangsrichtung verlaufende Begrenzungslinie aufweist, deren radialer Abstand vom Mittelpunkt der Steuerscheiben (1, 6) variiert.

2. Steuerscheibenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnung(en) (4,5,8) sichelförmig ist (sind).

3. Steuerscheibenventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste in Umfangsrichtung verlaufende Begrenzungslinie der Durchtrittsöffnung(en) (4,5,8) ein zum Mittelpunkt der Steuerscheiben (1,6) exzentrischer Kreisbogen und eine zweite in Umfangsrichtung verlaufende Begrenzungslinie ein zum Mittelpunkt der Steuerscheiben (1,6) konzentrischer Kreisbogen ist.

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 als 360° ist.