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Die
Erfindung betrifft ein Fluidventil mit Zeitgeber in einer Fluidzufuhrleitung,
mit einem Betätigungsorgan
zum Verschieben eines Ventilgliedes des Fluidventils in die geöffnete Stellung.
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Das
erfindungsgemäße Fluidventil
dient dazu, eine portionsweise vorgegebene Fluidmenge aus einer
Fluidzufuhrleitung in ein Fluidsystem austreten zu lassen. Eine
Verwendung des Fluidventils kommt in erster Linie für Flüssigkeiten,
grundsätzlich
aber auch für
Gase in Betracht. Das Fluidventil besitzt eine Zeitgeberfunktion,
die bewirkt, dass das Ventil nach einem manuell oder auch automatisch
ausgelösten Öffnungsvorgang
in vorgegebener Zeit wieder schließt. Dabei ist der Begriff des
Zeitgebers hier zur Vereinfachung der Beschreibung gewählt worden,
da es nicht darauf ankommt, dass die Schließung nach vorgegebener Zeit
erfolgt. Die Schließung
soll jedoch ohne exakte Zeitmessung erfolgen. In diesem Fall sollen
elektronische Zeitmesseinrichtungen wie insgesamt elektronische
oder elektrische Hilfsaggregate aus Sicherheitsgründen außer Betracht
bleiben.
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Als
vergleichbarer Stand der Technik sind die üblicherweise bei Toiletten
vorgesehenen Spülvorrichtungen
anzusehen, die eine vorgegebene Wassermenge für die Spülfunktion abgeben und anschließend automatisch
wieder schliessen.
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Diese
Spülvorrichtungen
haben jedoch Nachteile. Zum einen sind sie relativ ungenau, so dass
sich zumeist in relativ kurzer Zeit Leckverluste ergeben. Zum anderen
erfordern sie in den meisten Bauformen einen relativ sperrigen Spülkasten,
der nicht immer ohne weiteres im Raum unterzubringen ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Fluidventil zu schaffen, das nach Abgabe
einer Fluidportion automatisch schließt.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Fluidventil gekennzeichnet
durch eine gedrosselte Zweigleitung, die von der Fluidzufuhrleitung
zur Gegenseite des Ventilgliedes führt und das Ventilglied nach
Ansammlung einer vorgegebenen Fluidmenge in die Schließstellung
zurückdrückt.
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Im
Fall eines Spülvorganges
mit Wasser kann beispielsweise wie folgt verfahren werden. Der Sprühvorgang
wird durch Druck auf einen Knopf manuell oder auch automatisch ausgelöst. Dadurch
wird ein Ventilglied, insbesondere ein Kolben verschoben, der den
Ventildurchlaß freigibt.
Der Kolben wird sofort wieder freigegeben, also nicht weiter niedergedrückt. Dadurch
kann nachströmendes
Wasser durch die gedrosselte Zweigleitung in einen Raum auf der
Rückseite
des Kolbens eingeleitet werden. Mit der Füllung dieses Raumes mit Wasser
wird der Kolben mehr und mehr in seine Schließstellung zurückgedrückt. Der
Rücklauf
des Kolbens wird unterstützt
durch Federvorspannung mithilfe einer Druckfeder, die den Kolben
ständig
beaufschlagt.
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An
dem Gehäuse
des Ventils ist vorzugsweise ein Stößelgehäuse angebracht, in dem ein
verschiebbarer Stößel angeordnet
ist, der zum Verschieben des Kolbens in die Öffnungsstellung niedergedrückt werden
kann. Im übrigen
befindet sich in dem Kolben ein Rückschlagventil, dessen Ventilkugel durch
den Stößel in die
geöffnete
Stellung verschoben wird, so dass das Fluid, beispielsweise Wasser, aus
dem Raum an der Rückseite
des Kolbens in den Auslaß des
Ventils abströmen
kann. Dadurch wird es möglich,
den Kolben in die geöffnete
Stellung zu verschieben.
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Der
Stößel wird
durch einen Druckkopf vorgeschoben, dessen Verbindung zum Stößel in der Endstellung
des Vorschubs bei weiter erhöhtem Druck
ausrastet, so dass sich der Stößel in der
Endstellung des Vorschubs von dem Druckkopf löst und wieder zurückleiten
kann.
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
anhand der beigefügten
Zeichnung näher
erläutert.
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1 zeigt
eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Fluidventils;
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2 zeigt
einen senkrechten Schnitt durch ein Fluidventil.
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1 zeigt
ein Ventilgehäuse
des erfindungsgemäßen Fluidventils
in Außenansicht.
An dem Ventilgehäuse
ist ein Stößelgehäuse 12 von
außen
befestigt. Nähere
Einzelheiten ergeben sich aus der später erläuterten Schnittdarstellung.
Von der Außenseite
sieht man bei dem Ventilgehäuse
vor allem einen Einlaß und
einen Auslaß 14, 16.
Der Einlaß 14 wird
mit einer nicht gezeigten Fluidzufuhrleitung verbunden, und das
aus dem Auslaß 16 austretende Fluid
steht mit einem nicht gezeigten Fluidsystem in Verbindung.
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Das
Stößelgehäuse 12 weist
einen nicht bezeichneten Abschnitt mit Außengewinde auf, der in eine
Gewindebohrung 18 des Ventilgehäuses 10 eingeschraubt
ist.
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Koaxial
zu dieser Gewindebohrung 18 befindet sich in dem Ventilgehäuse 10 eine
Kolbenbohrung 20, in der ein Kolben 22 axial verschiebbar
ist. Der Kolben 22 dient als Ventilkörper. In der oberen Stellung
in 2 befindet sich der Kolben 22 auf einem
Ventilsitz 24 innerhalb des Ventilgehäuses 10. Der Ventilsitz 24 ist
kegelförmig
ausgebildet und wirkt mit einer kegelförmigen Dichtfläche 26 am
oberen Ende des Kolbens 22 zusammen. In die Dichtfläche 26 ist
ein O-Ring 28 als Dichtung eingelassen. In der in 2 gezeigten
oberen Stellung des Kolbens 22 dichtet dieser gegenüber der
Dichtfläche 24 ab.
Damit wird ein durch das Ventil gebildeter Strömungskanal vom Einlaß 14 zum
Auslaß 16 geschlossen.
Der Einlaß mündet in
der Schnittdarstellung der 2 in eine
Einlaßkammer 30.
Das in die Einlaßkammer 30 eintretende
Fluid wird bei Öffnung
des Ventils in den Auslaß 16 eingelassen.
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Das
Stößelgehäuse 12 weist
zusammen mit dem Kolben 22 eine gemeinsame Achse 32 auf.
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Zu
der Achse 22 liegt innerhalb des Kolbens eine Ventilbohrung 34.
Innerhalb der Ventilbohrung befindet sich senkrecht beweglich eine
Ventilkugel 36. Die Ventilkugel 36 weist am oberen
Ende der Ventilbohrung 34 innerhalb des Kolbens 22 einen Ventilsitz 38 auf,
die die Ventilbohrung 34 nach oben schließt. Die
Ventilkugel 36 und zusammen mit dieser der Kolben 22 werden
durch eine Druckfeder 40 vorgespannt. Die Druckfeder 40 drückt die
Ventilkugel 36 gegen ihren Ventilsitz 38 und darüber hinaus
den gesamten Kolben 22 gegen dessen Dichtfläche 26. Damit
sind beide Durchlässe
verschlossen.
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In
dem Stößelgehäuse 12 befindet
sich ein axial verschiebbarer Stößel 42,
der in Axialrichtung entlang der gemeinsamen Achse 32 des
Stößelgehäuses und
des Kolbens 22 verschiebbar ist. Der Stößel 42 weist einen
konischen Kopf 44 am unteren Ende auf, der durch einen
vorspringenden Dorn 46 nach unten verlängert wird. Wenn der Stößel 42 in geeigneter
Weise – manuell
oder automatisch – nach unten
in 2 gedrückt
wird, tritt zunächst
der Dorn 46 in eine obere Ausnehmung des Kolbens 22 oberhalb
der Ventilbohrung 34 ein, die die Ventilbohrung 34 mit
kleinerem Durchmesser nach oben verlängert. Der Dorn 46 drückt dabei
die Ventilkugel 36 von ihrem Ventilsitz 38 und
sodann den gesamten Kolben 22 nach unten innerhalb der
Kolbenbohrung 20. Dabei wird die Druckfeder 40 zusammengedrückt. Dieser
Vorgang wird fortgesetzt, bis sich der Kolben 22 vollständig am
Boden der Kolbenbohrung 20 befindet. Dabei wird der Durchlaß zwischen
Einlaß 14 und Auslaß 16 innerhalb
des Ventilgehäuses
freigegeben. Das entsprechende Fluid wird über den Auslaß 16 abgegeben.
Sobald der Kolben 22 den Boden der Kolbenbohrung 20 erreicht
hat, wird der Stößel 42 freigegeben,
so dass er seine obere Ausgangsstellung wieder erreichen kann. Dies
geschieht wie folgt:
Das Stößelgehäuse 12 ist
von einer verschiebbaren Hülse 48 sowie
einer Druckfeder 50 umgeben.
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Die
Hülse 48 wird
nach oben oberhalb des oberen Endes des Stößels 42 zu einer Kappe 52 zusammengeführt, die
als Druckknopf dienen kann und es ermöglicht, die Hülse 48 und
die Kappe 52 zusammen mit dem Stößel 42 gegen die Wirkung
der Feder 50 nach unten zu drücken. Bei dieser Abwärtsbewegung
wird der Stößel 42 mitgenommen,
so dass er zunächst
die Ventilkugel 36 und dann den gesamten Kolben 22 nach
unten innerhalb des Ventilgehäuses 10 mitnimmt.
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Wenn
der Kolben 22 die untere Endstellung innerhalb der Kolbenbohrung 20 erreicht
hat, läßt sich
der Kolben nicht weiter verschieben. Wenn trotzdem über die
als Druckknopf verwendete Kappe 52 Druck nach unten ausgeübt wird,
wird die Anordnung aus Hülse 48 und
Kappe 52 von dem Stößel 42 gelöst.
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Zu
diesem Zweck befinden sich am oberen Ende des Stößels 42 einige Rastkugeln 54,
die in der Ausgangsstellung in Nuten 56 in dem oberen Ende des
Stössels 42 und
einer ringförmigen
Verstärkung 58 am Übergang
von der Kappe 52 zu der Hülse 48 liegen und
durch eine ringförmige
Feder vorgespannt werden. Das heißt, dass über die Kappe durchaus weiter
Druck ausgeübt
werden kann. Der Stößel 42 kommt
alsbald von der Führung
durch die Kappe 52 frei und kann in die Ausgangsstellung
zurückkehren, während die
Rastkugeln zunächst über eine
konische Außenfläche 60 an
seinem oberen Ende herabgleiten. Wenn die Kappe 52 in ihrer
Funktion als Druckknopf losgelassen wird, kehrt auch die Kappe mithilfe
der Druckfeder 50 in ihrer Ausgangsstellung zurück. Dabei
laufen die Rastkugeln über
die Konusfläche
am oberen Ende des Stößels 42 nach
oben. Diese Konusfläche
gehört
zu einem Konus mit kleinem Spitzenwinkel, über den die Rastkugeln 54 mit geringem
Widerstand durch die Kraft der Feder 50 bewegt werden können.
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Wenn
der Kolben 22 in der unteren Stellung angelangt ist, wird
die gewünschte
Fluidmenge durch Einlaß und
Auslaß 14, 16 hindurchgelassen.
Es geht jetzt darum, das Ventil wieder zu schließen. Dies geschieht wie folgt.
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In
dem Ventilgehäuse 10 befindet
sich eine Gewindebohrung 62, in die ein Drosselglied 64 eingeschraubt
ist. Das Drosselglied weist eine konische Spitze 66 auf,
die in eine nicht bezeichnete Bohrung am Anfang eines engen Kanals 68 eintritt
und mit dieser Bohrung eine Drosselöffnung bildet. Die Größe der Drosselöffnung ist
verstellbar, da das Drosselglied 64 in die Gewindebohrung 62 eingeschraubt
ist und in seiner Position verstellt werden kann.
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Der
Kanal 68 mündet
in den Bodenraum 70 des Fluidventils unterhalb des Kolbens 22.
Die Einlaßkammer 30 steht über die
Drosselöffnung
mit dem Kanal 68 in Verbindung, so dass ständig zuströmendes Fluid über den
Kanal 68 in den Bodenraum 70 eingelassen wird.
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Dieses
Fluid hebt den Kolben 22 aus der unteren Stellung wieder
an, bis der Kolben schließlich wieder
seine Schließstellung
an dem Ventilsitz 24 erreicht hat. Die Verbindung zwischen
der Einlaßkammer 30 und
dem Auslaß 16 wird
damit wieder geschlossen, bis der Kolben das nächste Mal durch den Stößel 42 niedergedrückt wird.
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Der
hydraulische Druck im Bereich des Auslasses 16 nimmt den
Stößel 42,
der von den Rastkugeln 54 freigekommen ist, in die obere
Endstellung zurück.
Schließlich
rasten die Rastkugeln 54 wieder in ihre Nuten am Stößel und
an der Verstärkung
der Anordnung aus Kappe 52 und Hülse 48 ein, bis diese wieder
mit dem Stößel eine
Einheit bilden.
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Die
Feder 40 in dem Kolben 22 ist so bemessen, dass
sie Kolben 22 und die Ventilkugel 36 auch dann
wieder in die Ausgangsstellung mitnimmt, wenn der Dorn 46 auf
die Ventilkugel 36 einwirkt. Das Eigengewicht des Stößels 42 ist
gering und spielt auch dann nur eine geringe Rolle, wenn der Stößel 42 senkrecht
nach oben gerichtet ist. Die Rastkugeln 54 laufen über den
flachen Konus 60 am oberen Ende des Stößels 42, so dass die
Kappe 52 auch insoweit relativ leicht durch die Feder 50 zurückgeschoben werden
kann.
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Der
Kolben 22 besitzt auf seinem Umfang eine Dichtung 72,
die den Kolben in seiner Kolbenbohrung 20 abdichtet. Auf
der anderen Seite kann sich die Ventilkugel 36 in der zugehörigen Ventilbohrung 34 bewegen,
ohne diese Ventilbohrung 34 abzudichten. Gegebenenfalls
befinden sich auf der Innenfläche
dieser Ventilbohrung 34 Nuten, die eine Blockade verhindern.
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Wenn
der konische Kopf 44 des Stößels 42 in die obere
Ausnehmung des Kolbens 22 eintritt, findet ebenfalls keine
Abdichtung statt, da der konische Kopf auf dem Umfang Nuten aufweist,
die in der Zeichnung angedeutet, aber nicht bezeichnet sind.
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Anschließend soll
die Funktionsweise des Fluidventils erläutert werden, obgleich wesentliche Funktionen
bereits bei der Beschreibung der einzelnen Teile genannt worden
sind.
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Wenn
eine bestimmte Fluidmenge, beispielsweise eine bestimmte Wassermenge
für einen Spülvorgang
benötigt
wird, wird die als Knopf dienende Kappe 52 niedergedrückt. Dadurch
wird der Stößel 42 mitgenommen.
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Die
Ventilkugel 36 wird von ihrem Sitz an der Dichtfläche 38 gelöst und entgegen
der Wirkung der Feder 40 in der Ventilbohrung 34 verschoben.
Dadurch öffnet
sich die durch die Ventilkugel verschlossene Öffnung.
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Fluid,
das in dem Bodenraum 70 gefangen ist, kann austreten und
durch den Auslaß 16 abströmen. Beim
weiteren Niederdrücken
des Stößels 42 tritt
dieser in die obere Ausnehmung des Kolbens 22 ein und drückt den
Kolben entgegen der Wirkung der Feder 40 in Richtung des
Bodenraums 70. Dadurch wird der Kolben 22 von
dem Ventilsitz 24 getrennt. Das Fluid kann von der Einlaßkammer 30 in
den Auslaß 16 eintreten
und abströmen.
Die Kappe 52 wird weitergedrückt, bis die Rastkugeln 54 sich
aus den Nuten des Stößels lösen und über den
Konus 60 herabgleiten. Der Stößel 42 ist jetzt frei
und kann wieder aufsteigen, obgleich die Kappe 52 noch
niedergedrückt
ist. Wenn der Stößel 42 frei
ist und weiter aufsteigt, wird zunächst die Ventilkugel 36 und
sodann der Kolben 22 freigegeben. Die Feder 40 kann
beide wiederum nach oben in ihre Ausgangsstellung drücken. Dabei
wird der Kolben durch das aus dem Einlaß über den Kanal 68 in
die Bodenkammer 70 strömende
Fluid angehoben. Dieses Fluid sorgt also selbst dafür, dass
der Kolben 22 nach vorgegebener Zeit das Ventil wieder
schließt,
die durch Einlaß und Auslaß hindurchgegangene
Strömungsmenge
also begrenzt wird.
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In
diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Drosselöffnung,
die das Drosselglied mit der Spitze 66 bildet, durch Drehen
des Drosselgliedes eingestellt werden kann.
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Nachdem
der Stößel 42 bereits
in die Ausgangsstellung zurückgeschoben
wird, kehrt auch die Hülse 48 mit
der Kappe 52 mithilfe der Feder 50 in die Ausgangsstellung
zurück.
Die Anordnung erreicht die in 2 gezeigte
Stellung, bis der nächste
Fluidbedarf ansteht.
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Angaben
wie oben und unten beziehen sich im vorliegenden Zusammenhang auf
die Darstellung in der Zeichnung. Grundsätzlich arbeitet das Ventil orientierungsunabhängig.