DE2614063B2 - Mischventil der huelsenbauart - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Mischventile der Hülsenbauart nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Der Steuernocken ist zwischen zwei flexible Schließkissen eingefügt, die über den Einlaßöffnungen eines Mischventils liegen, und er ist relativ zu diesen Kissen in Axial- und in Umfangsrichtung bewegbar. Der Nocken kann abwärts in die Vollschließstellung bewegt werden, in der ein zylindrischer Teil beide Dichtkissen fest gegen die Einlaßöffnungen drückt, oder er kann allmählich angehoben werden, um einen verjüngten Bereich mit den Dichtkissen auszurichten, damit diese sich von den Einlaßöffnungen wegbieten und eine zunehmende Strömungsmittelströmung in das Ventil einlassen können.

Mischventile dieser gattungsgemäßen Art sind in der US-Patentschrift 36 46 966 gezeigt. Bei Ventilen dieser Art ist ein Ventilkörper mit einer inneren, allgemein zylindrischen Ausnehmung mit einem Paar diametral gegenüberliegenden Einlaßöffnungen in der Seitenwand versehen. In diese Ausnehmung ist eine Hülse eingesetzt, die vor jeder Einlaßöffnung ein elastisches Dichtkissen aufweist, das als öffnungs- und Schließventil wirkt. Zur Steuerung der Bewegung dieser Kissen ist ein Stuerstangennocken in die Hülse eingesetzt, der einen zylindrischen Teil, der mit den Einlaßöffnungen ausgerichtet werden kann, um die Kissen fest an die Einlaßöffnungen zu drücken und sie zu schließen, und einen sich verjüngenden Teil aufweist, der vom zylindrischen Teil her vorsteht und sich mit den Einlaßöffnungen ausrichten läßt, um die Strömungsmittelströmung durch die öffnungen zu steuern. Ein Vorsprung entlang einer Seite des sich verjüngenden Teils verbessert die Schließfunktion der Steuerstange der US-Patentschrift 36 46 966. Es ist der Zweck dieses Vorsprunges, Schwierigkeiten mit dem Spiel auszuräumen, das zuweilen bei der Massenherstellung von Mischventilen auftrat Insbesondere soll bei diesem Stand der Technik das eine Ventil fest geschlossen gehalten werden, während das andere auf maximale Strömung gestellt war. Die Steuerstangennocken ermöglichen jedoch aufgrund ihrer Formgebung nur eine bestimmte, nicht immer ausreichende Durchflußmenge in der äußersten Drehstellung und sind im mittleren Drehwinkelbereich nicht immer feinfühlig genug.

Es ist daher die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, die Durchflußmengen in den äußersten Drehstellungen ohne Vergrößerung des Ventils zu vergrößern und in einem mittleren Drehwinkelbereich eine gegenüber den übrigen Drehwinkelbe-

reichen geringere Änderung des Mischungsverhältnisses zu erhalten.

Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung durch das Kennzeichen des Hauptanspruches gelöst.
Die Konturen des verjüngten Bereiches sind so ausgebildet, daß sie einen festen Abschluß einer Einlaßöffnung aufrechterhalten, wenn Strömungsmittel aus nur einer Einlaßöffnung zufließen soll, und daß größere Strömungsmittelmenge aus beiden öffnungen eingelassen werden, wenn eine volle Strömung einer Strömungsmittelmischung gewünscht ist. Weiterhin ist der Nocken so konturiert, daß sich eine verbesserte Feinfühligkeit der Mischeinstellung im mittleren Drehwinkelbereich ergibt, so daß der Benutzer nicht so geschickt zu sein braucht wie bei den Ventilen nach dem Stand der Technik.

Der Steuernocken nach der vorliegenden Erfindung ergibt eine empfindlichere Einstellung des Mischungsverhältnisses und auch eine erhöhte Strömung unter den Bedingungen des maximalen Durchsatzes, d. h. wenn der Steuerstangennocken in die oberste Stellung gebracht wird. Der Steuernocken nach der vorliegenden Erfindung läßt sich auch mit Leichtigkeit in vorliegende Mischventile einsetzen.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden.

F i g. 1 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Strömungsmittel-Mischventils nach der vorliegenden Erfindung;

F i g. 2 ist eine geschnittene Teildarstellung des Ventils nach Fig. 1 in der Ebene 2—2 und zeigt einen Strömungssteuernocken des Ventils in der angehobenen Stellung;

F i g. 3 ist eine geschnittene Teilansicht ebenfalls in der Ebene 2—2, die jedoch den Strömungssteuernocken um 90° gedreht zeigt, um eine Einlaßöffnung des Ventils zu verschließen;

F i g. 4 zeigt eine Schnittansicht in der Ebene 4—4 der Fig. 2;

Fig.5 ist eine Schnittansicht in der Ebene 5—5 der F i g. 3;

F i g. 6 ist eine Endansicht des Strömungssteuernokkens;

F i g. 7 ist ein Aufriß des Strömungssteuernockens nach F i g. 2, aber um 180° gedreht; und

Fig.8 ist ein Diagramm, das die Mischtemperatur über der Drehstellung des Steuernockens zeigt.

Wie die F i g. 1 zeigt, weist ein Strömungsmittelmischventil einen Körper 1 aus zwei Hauptbestandteilen auf,

<>■> nämlich einen unteren Teil 2, der eine Auslaßöffnung 3 aufweist, und einen oberen Teil 4, der unmittelbar auf dem unteren Teil 2 sitzt. Die Strömungsmitteleinlaßrohre 5 speisen die Einlaßkanäle 6 und 7 (F i g. 2 bis 5), die

durch den unteren Teil 2 aufwärts in den oberen Teil 4 verlaufen und sich dann radial einwärts wenden und in eine innere, allgemein zylindrische Ausnehmung 8 münden.

Die Kanäle 6 und 7 bilden an den Punkten, wie sie in die Ausnehmung 8 münden, ei.i Paar diametral gegenüberliegende Einlaßöffnungen 9 und 10. Die Ausnehmung 8 verläuft vollständig durch den oberen Teil 4 und setzt sich abwärts in den unteren Teil 2 als Hohlraum fort, dessen Boden abgeschlossen ist und in Strömun£Everbindung mit der AuslaBölfnung 3 und einem Schwenkhahn Il 1 steht. Der Hohlraum bildet eine Mischkammer für ungleiche Strömungsmittel wie beispielsweise heißes und kaltes Wasser, die durch die Einlaßöffnungen 9,10 eintreten.

Eine flexible Hülse 12 mit geschlossenem Boden ist in die Ausnehmung 8 eingesetzt und an die Oberkante mit einem Flansch versehen, der auf dem Rand des oberen Teils 4 aufliegt. Die Hülse 12 ist gekennzeichnet durch zwei Kissen 13,14, die die Einlaßöffnungen verschließen sollen und einwärts von diesen Einlaßöffnungen 9, 10 angeordnet sind, wie es die Fig.2 bis 5 zeigen. Eine zweite Versteifungshülse 15 aus steiferem Kunststoff ist in die Hülse 12 eingesetzt und weist diametral gegenüberliegende öffnungen auf, durch die die Kissen 13, 14 hindurchstehen. Folglich wirkt die zweite Hülse 15 als Versteifungselement für die flexible Hülse 12 — außer an den Orten der Schließkissen 13,14.

Als Ergebnis dieses Aufbaus lassen die Kissen 13,14 sich frei auf die Einlaßöffnungen 9, 10 hinzu und von diesen weg bewegen, so daß sie mit diesen Ventile bilden, wobei der Rest der Hülse 12 verstärkt und im wesentlichen nicht verformbar ist, damit die Hülse 12 unter dem Wasserdruck nicht zusammengedrückt wird.

Auf das obere Ende des Ventilkörpers 1 ist ein Lagerelement 16 (Fig. 1) aufgesetzt, das die Hülsen 12 und 15 festhält; es weist einen langgestreckten rohrförmigen Teil 17 auf, der von der Ausnehmung 8 her aufwärts vorsteht.

In das Lagerelement 16 und die Hülsen 12,15 ist ein langer dünner Steuerstangennocken 18 eingesetzt, dessen oberes Ende über eine Feder-Nut-Verbindung fest mit einem Griff 19 verbunden ist. Der Griff 19 und der Nocken 18 lassen sich nach oben ziehen, wie mit dem gestrichelten Umriß angedeutet, oder nach unten schieben und auch drehen, um die Strömungsmittelströmung zu steuern.

Der Steuerstangennocken 18 weist einen im wesentlichen zylindrischen Ventilschließteil 20 auf, der in der Mitte etwas unterhalb des Längsmittelpunktes liegt. Wenn der Nocken 18 sich in der unteren Stellung der F i g. 1 befindet, sitzt der zylindrische Teil 20 stramm zwischen den beiden Kissen 13, 14 und preßt diese auf die Öffnungen 9, 10, um die Strömungsmittelströmung durch das Ventil zu sperren.

Der Steuerstangennocken 18 weist auch einen verjüngten Teil 21 auf, der sich vom zylindrischen Teil 20 abwärts zu einem unteren, entferntliegsnden Ende 22 hin verjüngt. Wie in Fig.2—5 gezeigt, läßt der verjüngte Teil 21 sich den Einlaßöffnungen 9, 10 gegenüberstellen, indem man den Nocken 18 anhebt.

Wie insbesondere in der F i g. 3 ersichtlich, liegt der verjüngte Teil 21 schräg zur Achse des zylindrischen Teils 20, und in die F i g. 3 ist der Winkel θ eingezeichnet worden, um diese Neigung darzustellen. Der verjüngte Bereich weist eine komplexe Oberflächenkonfiguration auf, die ihm eine spezielle Erscheinungsform verleiht; wie in Fig.3 ersichtlich läßt das Profil sich als einer gebogenen Figur ähnelnd beschreiben.

Wie weiterhin in Fig.3 dargestellt, ist an der Rückenfläche des verjüngten Teils 21 eine Anfangsneigung θ vorgesehen. Dieser Winkel θ öffnet sich eipwäi-ts von einer Fortsetzung der zylindrischen Fläche des Ventilschließteils 20. Der Winkel Θ stellt die Neigung des oberen Teils des verjüngten Bereichs 21 dar, d. h. in derjenigen Höhe, in der der verjüngte Teil 21 vom zylindrischen Teil 20 abgeht. Dieser obere Teil 28

ίο des verjüngten Bereichs 21 steuert die kleineren Durchflußraten des Strömungsmittels, und wenn der Steuerstangennocken 18 in eine Höhe gestellt wird, in der der Bereich 28 mit den Öffnungen 9,10 ausgerichtet ist, läßt sich eine maximale öffnung für geringe

Durchflußraten aus den beiden öffnungen erreichen, indem man den Bereich 28 in Frontalstellung zur gewählten öffnung 9,10 bringt.

Wie weiter in F i g. 3 ersichtlich, verläuft eine gerade, die öffnungen verschließende Fläche 25 über die gesamte der Rückseite entgegengesetzte Bauchseite des verjüngten Bereichs 21. Diese Schließfläche 25 geht an ihrem oberen Ende in die Schließfläche des zylindrischen Teils 20 über und verläuft dann unter einem Winkel abwärts, um am entferntliegenden Ende 22 radial auswärts über eine Fortsetzung der Mantelfläche des zylindrischen Teils 20 hinaus vorzustehen. Diese Schließfläche 25 kann ein Zylindersegment sein, das unter einem Winkel zum Teil 20 liegt, wobei dieser Winkel kennzeichnend für die Neigung des verjüngten Teils 21 ist.

Auf der Höhe des Bereiches 28 kann die Oberfläche des verjüngten Teils 21 fast konisch ausgeführt sein, wobei der Konus zur Achse geneigt ist. Dann bestimmt der Winkel θ im Bereich 28 die maximale Schwachströmung; bei einer Drehung des Steuerstangennockens 18 werden dann die Zuflüsse aus den beiden öffnungen 9, 10 so dosiert, daß sich das gewünschte Mischen der Strömungsmittel ergibt.

Der verjüngte Bereich 21 weist auf der Rückseite einen rückweichenden Teil 26 auf, der vom Bereich 28 her zum Ende 22 in einem Winkel abfällt, der in eine Fortsetzung des anfänglichen Neigungswinkels Θ fällt. Diese Formgebung führt zu der charakteristischen Erscheinungsform der Rückenseite, wie die F i g. 3 sie im Profil zeigt.

Einwärts schalenartig ausgenommene Konturen 27 sind auf den Flächen des verjüngten Bereichs 2! zwischen der Rückenseite und der Bauchseite vorgesehen. Die Gestalt dieser Konturen 27 ist am Besten in den F i g. 2 und 7 zu ersehen, und die Konturen 27 schränken die Umfangsabmessung der Schließfläche 25 auf einen Wert ein, der im wesentlichen der Umfangsabmessung einer Einlaßöffnung 9, 10 entspricht. Diese Einschränkung ist am klarsten in den Fig.4 und 5 dargestellt.

Vorzugsweise beginnen die Konturen 27 auch an ihren oberen Enden etwas unterhalb des Übergangs des verjüngten Bereiches 21 in den zylindrischen Bereich 20. Ein wesentliches Merkmal der komplexen Konfiguration des verjüngten Teils 21 ist, daß er einen erhöhten Durchsatz erzeugt, wenn der Nocken 18 angehoben wird, damit sein Teil 21 in Wechselwirkung mit den Einlaßöffnungen 9, 10 tritt. Weiterhin bietet der verjüngte Bereich 21 eine verbesserte Steuerung des Mischens der durch die öffnungen 9, 10 beim Drehen

^M des Griffs eingelassenen Flüssigkeit.

Wie in den Fig.2 und 4 ersichtlich, bewirkt ein Anheben oder Absenken des Nockens 18 das Einfließen gleicher Mengen des Strömungsmittels durch jede der

öffnungen 9,10.

Wenn man andererseits den Nocken 18 dreht, um die Schließfläche 25 sich voll an eine der öffnungen — beispielsweise die öffnung 9 — anlegen zu lassen, wie es die Fig.3 und 5 zeigen, wird eine geringere Strömungsmittelmenge durch die öffnung 9 als durch die öffnung 10 eingelassen. Auf diese Weise erhält man durch Dreheinstellung eine Steuerung des Mischungsverhältnissen Wo die Schließfläche 25 eine öffnung — beispielsweise die öffnung 9 — vollständig abschließt, ist dies ersichtlich die Wirkung der Tatsache, daß die Fläche 25 gleichermaßen wie der Öffnungsdurchmesser verläuft.

Einer der Faktoren, die zu einem verbesserten Strömungsverhalten beitragen, ist die Beschränkung der anfänglichen allmählichen Neigung θ auf eine kurze Länge (zwecks feinfühliger Einstellung geringerer Strömungsmengen) zusammen mit der rückweichenden Fläche 26, die eine wesentlich stärkere Strömung zuläßt als Konstruktionen nach dem Stand der Technik. Die Rückweichende Fläche 26 kann so scharf zur Schließfläche 25 hin abfallen, wie es die Dicke des Stangenmaterials erlaubt, solange die Stange sich nicht axial biegen kann. Die einwärts ausgenommenen Konturen 27 erlauben den Verschlußkissen 13, 14 auch, sich weiter von den öffnungen 9, 10 hinwegzubewegen, um eine volle Strömung zu erreichen bzw. aufrechtzuerhalten, wenn die eintretenden Strömungsmittel sich vermischen.

Wie in dem Diagramm der F i g. 8 gezeigt, bietet der Stuerstangennocken 18 nach der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Feinfühligkeit der Einstellung für den mittleren Drehbereich, wenn die öffnungen 9, 10 beide einen wesentlichen Anteil der Gesamtströmung einlassen. Die vertikale Achse des Diagramms entspricht der Temperatur in ⁰F, während auf der waagerechten Achse die Drehbewegung des Stuerstangennockens 18 in Winkelgraden aufgetragen ist.

Die gestrichelte Kurve ergibt sich bei der Anwendung des vorliegenden Steuerstangennocken 18, die durchgezogene Kurve stellt die Meßergebnisse an einer Steuerstange nach dem Stand der Technik dar. Eine Analyse des Diagramms zeigt, daß der vorliegende Steuerstangennocken 18 eine feinfühligere Proportionierung der Strömungsmittel innerhalb eines Drehwinkelbereichs von 30° links bis 30° rechts ergibt. Beispielsweise erreicht man mit dem vorliegenden Nocken für jeweils 3° Drehung eine Temperaturveränderungvon5/9⁰C(I⁰F).

Im Gegensatz hierzu erzeugte die Steuerstange nach dem Stand der Technik eine Änderung von 1,3° C (2,35° F) für jeweils 3° Drehung. Es ist also mit der vorliegenden Erfindung leichter, die Auslaßtemperatur einzustellen, da für eine vorgegebene Temperaturänderung eine größere Drehung erforderlich ist. Die Resultate der F i g. 8 wurden für Einlaßtemperaturen von 10°C (50°F) und 71°C (16O⁰F) am Kalt- bzw. Heißwassereinlaß erhalten.

Die vorliegende Erfindung verbessert ein Mischventil der Hülsenbauart, indem sie einen besseren Durchsatz eine leichtere Einstellbarkeit der Temperatur infolge neuer Oberflächenkonturen für den Steuerstangennokken gestattet.

Der in den Zeichnungen dargestellte Steuerstangennocken weist Oberflächenunstetigkeiten zwischen verschiedenen Teilen des verjüngten Bereiches auf. Dies ist nicht erforderlich. Die Oberflächenbereiche können auch glatt und stetig ineinander übergehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Mischventil der Hülsenbauart mit einem Steuerstangennocken, der axial bewegbar ist, um das durch Einlaßöffnungen tretende Strömungsvolumen zu steuern, der drehbar ist, um das Vermischen der durch die öffnungen tretenden Strömung zu steuern, und der mit einem im wesentlichen zylindrischen Ventilschließteil mit die öffnungen schließenden Flächenteilen und einem verjüngten Bereich versehen ist, der vom Ventilschließbereich her verläuft und sich zu einem entferntliegenden Ende hin verjüngt, wobei der verjüngte Teil entlang seiner Rückenseite einen geneigten Abschnitt, der ein öffnen einer Ventilöffnung erlaubt, und eine Schließfläche entlang der Bauchseite des verjüngten Bereiches aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine rückweichende Fläche (26) auf der Rückenseite von dem geneigten Abschnitt (28) her unter einem größeren Winkel als dieser zum entferntliegenden Ende verläuft, und daß schalenartig einwärts ausgenommene Konturen (27) auf gegenüberliegenden Seiten zwischen der Rückenseite (26, 28) und der Schließfläche (25) vorgesehen sind, wobei die einwärts ausgenommenen Konturen (27) die Umfangsabmessung der Schließfläche (25) auf einen Wert begrenzen, mit dem sie im wesentlichen der Einlaßöffnung (9 bzw. 10) entspricht.