DE68909380T2

DE68909380T2 - Vorrichtung zur Verhinderung eines Wasserschlages bei Wasserdruckregulierung.

Info

Publication number: DE68909380T2
Application number: DE89403308T
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Fujishima; Yasuhide Kimura; Takeshi Motohashi
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1989-11-29
Publication date: 1994-03-24
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: EP0373037B1; CA2004175C; KR960011806B1; DE68909380D1; CA2004175A1; US5038823A; KR900008127A; EP0373037A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Wasserschlag-Schutzvorrichtung, wie sie in verschiedenen Arten von Wasserleitungen und/oder Wasserversorgungsanlagen auftreten können.
Wasserschläge verursachen lästige Geräusche in den Leitungen sowie Wasserlecks. Es sind verschiedene Wasserschlag-Schutzvorrichtungen bekannt. So wird bei einer Ventilart eine von einem Wasserschlag erzeugte abrupte Druckänderung durch ein mit einer Feder oder einem Stoßdämpfer versehenes Ventilelement absorbiert.
Aus FR-A-1 515 486 ist eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, die einen in einem Ventilgehäuse ausgebildeten Verbindungsdurchgang, über den ein stromaufwärts gelegener Durchgang mit einem stromabwärtigen Durchgang verbindbar ist, ferner ein in dem Ventilgehäuse hin- und herbewegbares Ventilelement zum Öffnen oder Schließen des genannten. Verbindungsdurchgangs sowie ein Mittel zur Vorspannen des Ventilelements aufweist. Da jedoch bei diesen herkömmlichen Wasserschlag-Schutzvorrichtungen das Rückzugsvolumen des Ventilelements dem Druck in dem Durchgang auf der Einströmungsseite oder dem Druck auf der stromaufwärtigen Seite proportional ist, der der Druckänderung auf der Einströmungsseite entspricht, ändert sich die Neutralstellung erheblich. Außerdem muß das Ventilelement über die Neutralstellung hinaus zurückgezogen werden, um den von dem Wasserschlag verursachten steilen Anstieg zu absorbieren, was zur einer Vergrößerung des von dem Ventil bewegten Volumens führt. Dies das zur Folge, daß die Konstruktion der Wasserschlag-Schutzvorrichtung insgesamt relativ große Abmessungen besitzt.
Da die Vorrichtung außerdem ausschließlich der Verhinderung von Wasserschlägen dient ist, besitzt sie keine Drnckregelungsfunktion, d.h. eine Funktion, durch die der dynamische Fluiddruck in dem stromabwärtigen Durchgang der Vorrichtung im Normal betrieb konstant gehalten wird.
Es ist deshalb das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Wasserschlag-Schutzvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die vorerwähnten Aufgaben erfüllen kann.
Dieses Ziel wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.
Die Wasserschlag-Schutzvorrichtung kann ferner einen Hilfsdurchgang aufweisen, der in der Lage ist, eine dem von dem Ventil bewegten Volumen entsprechende Wassermenge von dem stromaufwärtigen Durchgang zu dem stromabwärtigen Durchgang abzuleiten, entsprechend der Bewegung des Ventilelements in Schließrichtung beim Auftreten eines Wasserschlags
Aufgrund dieser Konstruktionsmerkmale besitzt die Vorrichtung gemäß der Erfindung folgende Vorteile.
1. Sobald ein Wasserschlag auftritt, steigt der Druck in dem stromabwärtigen Durchgang des Ventilelements sehr viel stärker an als die Vorspannkraft der Vorspannmittel des Ventilelements, so daß das Ventilelement rasch in Schließrichtung bewegt wird. Bei dieser Bewegung des Ventilelements kann die Feder für den Schutz gegen Wasserschläge, die eine große Federkonstante besitzt, die Druckenergie des Wasserschlags wirksam absorbieren. Dadurch wird das Auftreten von lästigen Geräuschen oder von Wasserlecks in verschiedenen Leitungen oder Anlagen wirksam verhindert.
2. Im Normalbetrieb, wenn der Druck in dem stromabwärtigen Durchgang nur geringfügig abweicht oder variiert, wird die Druckjustierfeder, die eine kleinere Federkonstante hat, proportional zu der Druckabweichung oder -änderung komprimiert. Dadurch wird das Ventilelement in Schließrichtung bewegt, so daß der Druck auf der stromabwärtigen Seite stets genau auf einen konstanten Wert geregelt wird.
3. Sobald ein Wasserschlag auftritt, der einer Bewegung des Ventilelements in Schließrichtung entspricht, fließt eine dem von dem Ventil bewegten Volumen entsprechende Wassermenge von dem stromaufwärtigen Durchgang durch den Hilfsdurchgang zu dem stromabwärtigen Durchgang, so daß das Ventilelement leicht und glatt bewegt wird. Deshalb kann die von dem Wasserschlag erzeugte Druckenergie leicht absorbiert und das Auftreten von lästigen Geräuschen oder Wasserlecks in den verschiedenen Leitungen oder Anlagen effektiver verhindert werden.
4. Das Ventilelement wird von dem Ventilelement-Vorspannmittel ständig in Schließrichtung vorgespannt. Dabei ist das Ventilelement-Vorspannmittel so konstruiert, daß es das Ventilelement im wesentlichen nur mit dem auf der stromabwärtigen Ventilseite herrschenden Druck hin- und herbewegt, der in dem stromabwärtigen Durchgang erzeugt wird, so daß die Druckregelung durch Änderung des Durchgangsquerschnitts in dem Verbindungsdurchgang bewirkt wird. Deshalb kann der Einfluß des in dem stromaufwärtigen Durchgang erzeugten stromaufwärtigen Drucks verhindert oder minimiert werden. Das von dem Ventil bewegte Volumen kann dementsprechend minimiert werden, und die Wasserschlag-Schutzvorrichtung kann sehr kompakt ausgebildet sein.
Fig. 1 zeigt eine Aufsicht eines Wassermischventils, das mit einer Wasserschlag-Schutzvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit eine Wasserdruck-Regulierungsfunktion ausgestattet ist,
Fig. 2 zeigt die innere Struktur der Wasserschlag-Schutzvorrichtung,
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht der Wasserschlag-Schutzvorrichtung,
Fig. 3A zeigt eine Querschnittsansicht des mit einem Hilfsdurchgang ausgestatteteten Ventilelements,
Fig. 4 zeigt eine Grafik zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Vorspannkraft des Ventilelements und dem Hub des Ventilelements,
Fig. 5 zeigt die innere Struktur der Wasserschlag-Schutzvorrichtung in einer Modifizierung des ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 6 (a) (b) zeigen schematische Ansichten der Wasserschlag-Schutzvorrichtung B,
Fig. 7 (a) (b) zeigen schematische Ansichten einer Wasserschlag-Schutzvorrichtung C, die nur eine Vorspannfeder h für das Ventilelement aufweist, also nicht der Erfindung entspricht, wobei diese Darstellung dazu dient, durch eine Gegenüberstellung die Vorteile (sehr kompakte Anordnung) der Vorrichtung gemäß der Erfindung aufzuzeigen, die zwei in Reihe angeordnete Federn besitzt,
Fig. 8 zeigt eine Seitenansicht des Wasserstopventils nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 9 zeigt eine Querschnittsansicht des Ventils entsprechend der Linie I-I von Fig. 8,
Fig. 10 zeigt eine Querschnittsansicht des Ventils entsprechend der Linie II-II von Fig. 9,
Fig. 11 zeigt eine Querschnittsansicht des Ventils entsprechend der Linie III-III von Fig. 12,
Fig. 12 zeigt eine Querschnittsansicht des Ventils entsprechend der Linie IV-IV von Fig. 8,
Fig. 13 zeigt eine Querschnittsansicht des Ventils entsprechend der Linie V-V von Fig. 11,
Fig. 14 zeigt die Kennlinie der Vorspannkraft des Ventilelements,
Fig. 15 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des Wasserstopventils bei diesem Ausführungsbeispiel,
Fig. 16 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung der Verwendung der Wasserschlag-Schutzvorrichtung,
Fig. 17 zeigt eine Vorderansicht des Wasserstopventils in dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 18 zeigt eine Draufsicht des Wasserstopventils in dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 19 zeigt das Wasserstopventil des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung in einer Ansicht von rechts,
Fig. 20 zeigt eine Ansicht des Wasserstopventils des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung in einer Ansicht von links,
Fig. 21 zeigt eine Querschnittsansicht des Ventils entsprechend der Linie VI-VI von Fig. 17,
Fig. 22 zeigt eine Querschnittsansicht des Ventils entsprechend der Linie VII-VII von Fig. 17,
Fig. 23 zeigt eine Querschnittsansicht des Ventils entsprechend der Linie VIII- VIII von Fig. 17,
Fig. 24 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung der Verwendung des Wasserstopventils nach dem dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Im folgenden sei die Erfindung an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im Detail erläutert.

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Mischventil zum Mischen von kaltem und warmem Wasser, das an der Wand W eines Badezimmers montiert ist. Das Mischventil 10 besitzt einen Durchgang für die Kaltwasserzuführung und einen Durchgang für die Warmwasserzuführung, die an entsprechenden Seiten des Ventils angeordnet sind. Diese Durchgänge des Mischventils 10 sind mit den Enden einer Kaltwasserversorgungsleitung 11 bzw. einer Warmwasserversorgungsleitung 12 verbunden. Mit 12a ist ein Auslauf bezeichnet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist in der Leitung 11 für die Kaltwasserzufuhr bzw. in dem Durchgang für die Warmwasserzufuhr eine Wasserschlag-Schutzvorrichtung B angeordnet. Der Einbauplatz für die Montage der Wasserschlag-Schutzvorrichtung B ist nicht notwendigerweise auf die erwähnte Stelle beschränkt. Die Vorrichtung kann vielmehr auch an anderen Stellen montiert werden, sie kann beispielsweise in dem Mischventil 10 oder in einem Wasserstopventil integriert sein, wie dies weiter unten beschrieben wird.
Im folgenden sei die Konstruktion der Wasserschlag-Schutzvorrichtung B anhand von Fig. 2 und 3, in denen die Vorrichtung schematisch dargestellt ist, näher erläutert.
Da die Konstruktion des Mischventils 10 allgemein bekannt ist, kann auf ihre Erläuterung hier verzichtet werden.
In Fig. 2 bezeichnet 20 einen rohrförmigen Wasserzuführungskörper, der in geneigter Position zu dem Mischventil 10 hin ansteigt. Der Rohrkörper 20 zur Wasserzuführung besitzt an seiner oberen umlaufenden Wandung eine Öffnung 21, die entweder mit dem Durchgang zur Kaltwasserzufuhr oder mit dem Durchgang zur Warmwasserzufuhr verbumden ist, die in dem Mischventil 10 ausgebildet sind. Der rohrförmige Körper 20 zur Wasserzuführung besitzt weiterhin an seiner unteren umlaufenden Wandung einen zylindrischen Verbindungsabschnitt 22, der entweder mit der Leitung 11 zur Kaltwasserzuführung oder der Leitung 12 zur Warmwasserzuführung in Verbindung steht.
Der Rohrkörper 20 zur Wasserzuführung besteht im wesentlichen aus einer Hülse 23, in die eine Wasserschlag-Schutzvorrichtung B eingebaut ist, sowie eine parallel zu dieser Hülse 23 angeordnete Hülse 24 für die Montage eines Wasserstopventils.
Innerhalb des Abschnitts 24 für die Montage des Wasserstopventils ist ein Verbindungsdurchgang 25 ausgebildet, dessen oberes Ende über eine in der oberen Seitenwandung der Hülse 23 vorgesehene Einlaßöffnung 26 mit einem Drosselabschnitt in Verbindung steht, der in dem oberen Raum der Hülse 23 ausgebildet wird.
Das untere Ende des Verbindungsdurchgangs 25 steht über ein mit einem Filtersieb 28 ausgestattetes Wasserstopventil 29 mit einem rohrförmigen Verbindungsabschnitt 22 in Verbindung.
Durch diese Konstruktion werden in dem Verbindungsabschnitt 25 ein stromaufwärtiger (primärer) Durchgang R&sub1; definiert und in der Öffnung 21 ein stromabwäniger (sekundärer) Durchgang R&sub2; definiert.
Im folgenden sei die Konstruktion der Wasserschlag-Schutzvorrichtung B näher erläutert. Mit a ist ein kolbenartiges Ventilelement bezeichnet, das in dem oberen Abschnitt der Hülse 23 für die Montage der Wasserschlag-Schutzvorrichtung angeordnet ist. Dieses Ventilelement a kann in der Hülse 23 hin- und herbewegt werden.
Das Ventilelement besteht im wesentlichen aus einem oberen und einem unteren Abschnitt a-1, a-2, die einen größeren Durchmesser besitzen, und einem mittleren Abschnitt a-3 mit kleinerem Durchmesser. Bei normaler Wasserabgabe befindet sich der obere Abschnitt a-1 mit größerem Durchmesser in dem oberen Abschnitt der Einlaßöffnung 26, der mittlere Abschnitt a-3 mit kleinerem Durchmesser in einer Position in der Montagehülse 23, die mit der Einlaßöffnung 26 in Verbindung steht, und der durchmessergrößere untere Abschnitt a-2 in einer Position unterhalb der Einlaßöffnung 26 der Montagehülse 23.
In dem unteren Teil der Montagehülse 23 für die Wasserschlag-Schutzvorrichtung befindet sich ein Ventilelement-Vorspannmittel b, das das Ventilelement im normalen Durchflußbetrieb an seiner Stelle hält.
Das Ventilelement-Vorspannmitte b umfaßt eine Feder c für den Schutz gegen Wasserschläge, eine Druckjustierfeder d und ein Federzwischengehäuse 30.
Die Feder c für den Schutz gegen Wasserschläge kommt mit ihrem proximalen Ende mit der unteren Bodenwandung 23a der Montagehülse 23 für die Wasserschlag- Schutzvorrichtung in Kontakt, während ihr distales oder oberes Ende mit dem Flanschteil des becherförmigen Federzwischengehäuse 30 in Kontakt kommt.
Das proximale Ende der Druckjustierfeder d ist in dem becherförmigen Teil des Federzwischengehäuses 30 aufgenommen. Ihr oberes Ende ist in einer auf der Innenseite des Ventilelements a ausgebildeten langgestreckten Öffnung 21 aufgenommen und steht mit der oberen Wandung 32 des Ventilelements a in Kontakt.
In Fig. 2 bezeichnet 33 einen Lufteinlaß, der in dem unteren Abschnitt der Montagehülse 23 für die Wasserschlag-Schutzvorrichtung ausgebildet ist und eine glatte und stoßfreie Bewegung der Federn c und d ermöglicht.
In Fig. 2 bezeichnet der Buchstabe e einen in der Außenfläche des oberen durchmessergrößeren Abschnitts a-1 des Ventilelements a ausgebildetem Schlitz, der einen Hilfsdurchgang bildet. Wie weiter unten erläutert wird, kann dieser Hilfsdurchgang die Wassermenge, die aus dem stromaufwärtigen Durchgang R&sub1; zu dem stromabwärtigen Durchgang R&sub2; fließt allmählich verringern, wenn das Ventilelement in Schließrichtung bewegt wird, um die durch einen Wasserschlag verursachte Druckänderung zu absorbieren. Der in der Fläche des oberen durchmessergrößeren Abschnitts a-1 ausgebildete Hilfsdurchgang e kann abgeschrägt sein.
Aus Fig. 3A ist erkennbar ist, daß der Hilfsdurchgang e einen rechteckigen oder dreieckigen oder halbkreisförmigen Querschnitt besitzt.
Bei der in der vorangehend beschriebenen Weise konstruierten Wasserschlag-Schutzvorrichtung B wird unter verschiedenen auf das Ventilelement einwirkenden Vorspannkräften eine Anfangs-Vorspannkraft F&sub1; so eingestellt, daß sie gleich der in dem stromabwärtigen Durchgang R&sub2; herrschenden Druckkraft F&sub2; auf der stromabwärtigen Seite des Ventilelements ist, d.h. F&sub1; = F&sub2;.
Die Druckkraft auf der stromabwärtigen Seite des Ventilelements läßt sich durch folgende Formel ausdrücken:
F&sub2; = P&sub2; Av + P&sub1; (Ac-Av).
In dieser Formel bedeutet P&sub1; den stromaufwärtigen Druck in dem stromaufwärtigen Durchgang R&sub1;, P&sub2; den stromabwärtigen Druck in dem stromabwärtigen Durchgang R&sub2;, Av den Querschnitt der rückseitigen Druckaufnahmefläche des Ventilelements a und Ac die Querschnittsfläche der Montagehülse 23 in dem Drosselabschnitt 27.
Bei dieser Einstellung der Parameter wird in dem normalen Durchflußzustand, wenn sich der stromaufwärtige Druck P&sub1; in dem stromaufwärtigen Durchgang R&sub1; und/oder der stromabwärtige Druck P&sub2; in dem stromabwärtigen Durchgang R&sub2; ändert, das Ventilelement a um eine zur Größe der Druckänderung proportionale Wegstrecke bewegt und stellt dabei den Öffnungsquerschnitt A des Drosselabschnitts 27 so ein, daß die Wassermenge, die von dem stromaufwärtigen Durchgang R&sub1; zu dem stromabwärtigen Durchgang R&sub2; fließt reguliert wird.
Wie Fig. 2 und 3 zeigen, wird bei diesem Ausführungsbeispiel außerdem der Wert (Ac- Av) so klein wie möglich festgelegt. Da nämlich die vorstehende Fläche, die der Differenz zwischen der Querschnittsfläche der Montagehülse 23 in dem Drosselabschnitt 27 und der Druckaufnahmefläche Av des Ventilelements a entspricht, so klein wie möglich festgelegt wird, läßt sich die oben angegebene Formel folgendermaßen durch
P&sub1; = P&sub2; Av.
Das Ventilelement a wird bei diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe des Ventilelements- Vorspannmittels b also immer in Öffnungsrichtung vorgespannt, wobei das Ventilelement-Vorspannmittel b im wesentlichen mit dem stromabwärtigen Druck P&sub2; zusammenwirkt, der in dem stromabwärtigen Durchgang R&sub2; erzeugt wird, um das Ventilelement a hin- und herzubewegen und dadurch durch Einstellung der Öffnungsfläche A des Drosselabschnitts 27 eine Druckregelung herbeizuführen. Hierdurch läßt sich der nachteilige Einfluß einer Änderung des stromabwärtigen Drucks P&sub1; vermeiden. Das von dem Ventil bewegte Volumen (Öffnungsfläche A des Drosselabschnitts x Hub des Ventilelements a) kann minimiert und damit die Wasserschlag-Schutzvorrichtung äußerst kompakt aufgebaut werden.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Ventilvorspannmittel b aus der Feder c für den Schutz gegen Wasserschläge und der Druckjustierfeder d, die in Reihe angeordnet sind, wobei die Feder c eine große Federkonstante k&sub1; und die Feder d eine kleine Federkonstante k&sub2; besitzt.
Wenn die kombinierte Federkonstante der beiden Federn c und d mit ks bezeichnet wird, die kombinierte Kraft beider Federn c und d, d.h. die Vorspannkraft des Ventilelements mit F und der Hub des Ventilelements a mit S bezeichnet werden, lassen sich die kombinierte Federkonstante ks und die Vorspannkraft F des Ventilelements durch folgende Gleichungen wiedergeben:
(1) ks = k&sub1; k&sub2;/ (k&sub1; + k&sub2;)
(2) F = ks S(k&sub1; k&sub2;/ (k&sub1; +k&sub2;))S
Die Vorspannkraft F des Ventilelements wächst bis zum Erreichen eines vorbestimmten Wertes für den Hub S allmählich an, um dann nach Erreichen des Werts steil anzuwachsen.
Da die kombinierte Federkonstante ks im Bereich der normalen Druckänderungen klein ist, bewegt sich das Ventilelement selbst dann, wenn der stromabwärtige Druck P&sub2; in dem stromabwärtigen Durchgang R&sub2; geringfügig erhöht wird, proportional und steuert die Öffnungsfläche A des Drosselabschnitts 27 entsprechend, so daß die Wasserschlag-Schutzvorrichtung B eine Druckregulierung bewirkt durch die der stromabwärtige Druck auf konstantem Wert gehalten wird.
Wenn hingegen durch eine plötzliche Wasserstopfunktion ein Wasserschlag erzeugt wird, werden sowohl der stromaufwärtige Druck P&sub1; als auch der stromabwärtige Druck P&sub2; erhöht. Das Ergebnis einer solchen Druckerhöhung ist, daß F&sub1; < F&sub2; wird.
Das Ventilelement a dieses Ausführungsbeispiels bewegt sich daraufhin in Schließrichtung und komprimiert dabei das Ventilvorspannmittel b, so daß die momentane Druckenergie des Wasserschlags in elastische Kompressionsarbeit umgewandelt und absorbiert wird.
Wie Fig. 4 zeigt, ist die Federkonstante der kombinierten Federkraft gleich der Federkonstante k&sub1; der Feder c für den Schutz gegen Wasserschläge, so daß das Ventilelement a dann, wenn der stromabwärtige Druck P&sub2; in dem stromabwärtigen Durchgang R&sub2; steil anwächst, so bewegt wird, daß es den Öffnungsquerschnitt des Drosselabschnitts verkleinert und damit die von dem Wasserschlag verursachte starke Druckänderung wirksam absorbiert.
Da der den Hilfsdurchgang bildende Schlitz e im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der Außenfläche des Ventilelements a angeordnet ist, kann eine geeignete Wassermenge, die dem von dem Ventil bewegten Volumen entspricht (Öffnungsquerschnitt A des Drosselabschnitts 27 multipilziert mit dem Hub des Ventilelements a) ohne weiteres von der Seite des Wasserstopventils zu dem Durchgang auf der Seite des Mischventils abfließen. Deshalb kann das Ventilelement a leicht in Fließrichtung bewegt werden, und die von dem Wasserschlag verursachte steile Druckänderung wird wirksam absorbiert.
Weitere Konstruktionselemente oder -teile des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels sind eine Abdeckkappe 35, O-Ringe 36 und 37 und eine Überwurfmutter für Verbindungszwecke.
Fig. 5 zeigt eine Modifizierung des vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiels.
Diese modifizierte Ausführungsform besitzt eine Wasserschlag-Schutzvorrichtung B', deren Konstruktion mit Ausnahme folgender Konstruktionsmerkmale derjenigen der Wasserschlag-Schutzvorrichtung B des vorangehenden Ausführungsbeispiels entspricht.
Anstelle des mittleren durchmesserkleineren Abschnitts a-3 ist in dem Ventilelement a ein T-förmiger Strömungsdurchgang vorgesehen, bestehend aus einem axialen Strömungsdurchgang a-4 und einem radialen Strömungsdurchgang a-5, wobei letzterer mit dem stromaufwärtigen Durchgang R&sub1; in Verbindung steht, während das untere Ende des axialen Strömungsdurchgangs a-4 mit dem stromabwärtigen Durchgang R&sub2; in Verbindung steht.
Wenn der stromabwärtige Druck F&sub2; sich während des Wasserzapfens ändert, ist das Ventilelement a stets in Schließrichtung vorgespannt. Das Ventilvorspannmittel b ist so konstruiert, daß es zum Hin- und herzubewegen des Ventilelements a und zum Einstellen der Öffnungsfläche A des Drosselabschnitts im wesentlichen nur mit der Druckkraft F&sub2; auf der stromabwärtigen Seite des Ventilelements zusammenwirkt. Dadurch kann das von dem Ventilelement a bewegte Volumen minimiert werden, so daß die Wasserschlag-Schutzvorrichtung B' sehr kompakt ausgebildet werden kann.
Fig. 7 zeigt eine Wasserschlag-Schutzvorrichtung C mit nur einer einzigen Vorspannfeder h für das Ventilelement. Diese Feder h ist so bemessen, daß sie bezüglich der Verhinderung von Wasserschlägen die gleiche Funktion hat wie die oben beschriebene Wasserschlag-Schutzvorrichtung B mit zwei Federn, nämlich der Feder c für den Schutz gegen Wasserschläge und der Druckjustierfeder d.
Im folgenden wird der für die Unterbringung der Federn c und d erforderliche Raum dem Einbauraum für die Unterbringung der Feder h gegenübergestellt, wobei die physikalischen Daten in Verbindung mit den Darstellungen von Fig. 6 und 7 angegeben werden.
Fig. 6 (a) und (b) zeigen schematisch die Wasserschlag-Schutzvorrichtung B gemäß vorliegender Erfindung, während in Fig. 7 (a) und (b) die Wasserschlag-Schutzvorrichtung C mit der Ventilelement-Vorspannfeder h schematisch dargestellt ist.
Zunächst sei die Wasserschlag-Schutzvorrichtung B gemäß vorliegender Erfindung erläutert. Die Feder c für den Schutz gegen Wasserschläge und die Druckjustierfeder d nehmen bei ihrer Montage die in Fig. 6 (a) dargestellten Positionen ein. Das Ventilelement a hat eine Länge l von 33 mm, das Federzwischengehäuse eine Länge von 13,5 mm. Die Gesamtlänge l&sub1; der beiden Federn c, d ist auf 68,5 mm eingestellt. Wenn maximale Kraft ausgeübt wird, haben die Federn c und d die in Fig. 6 (b) dargestellte zusammengedrückte Position.
In Fig. 6 (b) beträgt die Länge n der Feder c für den Schutz gegen Wasserschläge 12,5 mm.
Es sei nun angenommen, daß die Federkonstante k&sub1; der Feder c für den Schutz gegen Wasserschläge den Wert 3,044 kgf/mm² und die Federkonstante k&sub2; der Druckjustierfeder e den Wert 0,1177 kgf/mm² hat. Weiterhin sei angenommen, daß die maximale Belastung Fmax = 3,033 x (20,5 - 12,5) = 24,352 kgf beträgt. In dieser Formel ist 20,5 mm die Länge der Feder c für den Schutz gegen Wasserschläge in unbelastetem Zustand.
Damit die oben erwähnte maximale Kraft Fmax mit der in Fig. 7 (a) (b) dargestellten Wasserschlag-Schutzvorrichtung C erreicht, gilt für die Gesamtlänge L&sub2; folgendes:
Da der Drahtdurchmesser der Druckjustierfeder d zu klein ist, überschreitet die maximale Kraft Fmax die zulässige Kraft, so daß bei der Berechnung der maximalen Kraft Fmax für den Drahtdurchmesser und den Wickeldurchmesser der Ventilelement-Vorspannfeder h die selben Werte zu wählen sind wie für die Feder c für den Schutz gegen Wasserschläge, obwohl die Federkonstante K der Ventilelement-Vorspannfeder h auf die Federkonstante k&sub1; der Druckeinstellfeder d einzustellen ist.
Es werde von folgenden Werten ausgegangen:
LD = Länge in vollständig komprimiertem Zustand (Fig. 7 (b)),
LS = Länge bei der Montage (Fig. 7 (a)),
Drahtdurchmesser d der Ventilelement-Vorspannfeder d = 2,6 mm,
Durchmesser D der Ventilelement-Vorspannfeder D = 17 mm,
effektive Windungszahl N = GD&sup4;/8KD³ - 7000 x 2,6&sup4;/ 8 x 0,1177 x 17³ = 69,15.
Damit wird LD = (69,15 + 2) x 2,6 = 184,99 mm.
Wenn die Länge der Feder in unbelastetem Zustand mit LF bezeichnet und der Druck unter 1 kgf/cm² eingestellt wird, läßt sich folgende Berechnung anstellen:
(LF - LS) x 0,1177 = π
(LF - LD) x 0,1177 = 24,352
LS =LD - (π -24,352)/0,1177 = 362,5mm nämlich, LZ = 35 + LS = 400,2 mm = 5,84 L&sub1;
Wenn man die Schutzfunktion gegen Wasserschläge und die Druckregelungsfunktion einer einzigen Ventilelement-Vorspannfeder h übertragen will, muß diese Feder h also etwa sechs mal so lang sein wie die Federn c, d bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Dieser Vergleich zeigt deutlich, daß die Wasserschlag-Schutzvorrichtung B bzw. B' so kompakt wie möglich gestaltet werden kann und trotzdem ihre Funktion zum Schutz gegen Wasserschläge und der Druckregelungsfunktion ausüben kann.
Obwohl die Wasserschlag-Schutzvorrichtungen B, B' hier in der Kaltwasserzuführungsleitung 11 und in der Warmwasserzuführungsleitung 12 sind, kann die Vorrichtung B auch in dem Ventilkörper des Mischventils 10 angeordnet sein.

Zweites Ausführungsbeispiel

Im folgenden sei anhand von Fig. 8 bis 16 ein zweites Ausführungsbeispiel erläutert.
In Fig. 8 ist die Gesamtstruktur eines Wasserstopventils M dargestellt, das in der weiter unten beschriebenen Weise in einer auf der stromabwärtigen Seite eines Wasserhahns angeordneten Leitung montiert werden kann.
Das Wasserstopventil M umfaßt, wie in Fig. 9 bis 13 gezeigt, ein Ventilgehäuse 103, das mit einem Wasserzulauf 101 und einem Wasserauslauf 102 an der oberen bzw. seitlichen Fläche versehen ist, die senkrecht zueinander angeordnet sind. In dem Ventilgehäuse 103 befindet sich ein Wasserstopabschnitt C, ein Filtersiebabschnitt N und ein Abschnitt mit einer Wasserschlag-Schutzvornchtung B".
Die Konstruktion des Wasserstopabschnitts C geht aus Fig. 9 und 10 hervor.
In die Seitenwand des Ventilgehäuses 103 ist eine Ventilelement-Führung 104 so eingeschraubt, daß ihre Achse gegenüber der Horizontalen geneigt ist. In diese Ventilelementführung 104 ist ein Wasserstopventilelement 105 eingeschraubt, das an seinem hinteren Ende eine Dichtung 106 trägt.
Durch Einsetzen eines Schraubendrehers in einen in dem vorderen Ende des Wasserstopventilelements 105 vorgesehenen Schlitz und durch Drehen des Elements 105 wird dieses in axialer Richtung bewegt. Dadurch kann die Dichtung 106 mit einem in dem Ventilgehäuse 103 ausgebildeten Wasserstopventilsitz 108 in Kontakt gebracht oder von diesem entfernt und damit die Verbindung zwischen dem Wassereinlaß 101 und dem Wasserauslaß 102 hergestellt oder unterbrochen werden.
Die Ausbildung des Filtersiebabschnitts N geht aus Fig. 9, 11 und 12 hervor.
Wie Fig. 9 zeigt, ist der Filtersiebabschnitt N in dem Ventilgehäuse 103 parallel zu dem Wasserstopabschnitt C angeordnet und durch eine Trennwandung gegen diesen abgetrennt. Der Filtersiebabschnitt N umfaßt im wesentlichen ein Filter 109, das aus einem annähernd zylindrischen Metallnetz besteht. Die Achse des Filtersiebabschnitts besitzt gegenüber der Horizontalen die gleiche Neigung wie die Ventilelemenfführung 104.
Da der Wasserstopabschnitt C im normalen Betriebszustand geöffnet ist, fließt Wasser, das in das Ventilgehäuse 103 eintritt, wie durch eine gestrichelte Linie angedeutet, von dem Wassereinlaß 101 zu dem Wasserstopventilsitz 108, von dort zu dem Filter 109 (von der Außen- zur Innenseite) und wird dabei gereinigt.
Der Aufbau des Abschnitts B" für den Schutz gegen Wasserschläge ist in Fig. 10 bis 13 dargestellt.
Der Abschnitt B" ist im oberen Teil des Ventilgehäuses 103 angeordnet. Seine Achse verläuft senkrecht zur Achse des Wasserstopventilabschnitts C und senkrecht zur Achse des Filtersiebabschnitts N.
Der Abschnitt für den Schutz gegen Wasserschläge B" besteht im wesentlichen aus der Hülse 111 für die Aufnahme der Wasserschlag-Schutzvorrichtung, ferner einem schwimmerartigen Ventilelement 111, das in der Hülse 110 in axialer Richtung hin- und herbewegbar ist, und einem Ventilelement-Vorspannmittel a, das das Ventilelement 111 mit einer Vorspannkraft in Öffnungsrichtung beaufschlagt.
Der Innenraum der Hülse 110 für die Aufnahme der Wasserschlag-Schutzvomichtung steht mit dem Innenraum des Filterabschnitts N über einen stromaufwärtigen Durchgang 112 in Verbindung.
Wie Fig. 11 zeigt, besitzt das Ventilelement 111 auf seiner Außenfläche Verbindungsdurchgänge 113, die in Umfangsrichtung gleichen Abstand voneinander haben. (Die Anzahl dieser Durchgänge 113 kann auf beispielsweise sechs vergrößert werden). Der oben erwähnte stromaufwärtige Durchgang 112 steht mit dem rechten Endbereich der Verbindungsdurchgänge 113 in Verbindung. Der linke Endbereich der Verbindungsdurchgänge 113 ist über einen stromabwärtigen Durchgang 114 mit dem Wasserauslaß 102 verbunden. Zwischen dem linken Ende des Verbindungsdurchgangs 113 und dem rechten Ende 114a des stromabwärtigen Durchgangs 114 befindet sich ein Drosselabschnitt c'.
Bei dieser Konstruktion strömt das Wasser, das durch den Wassereinlaß 101 und den Wasserstopventilsitz 108 in den Filterabschnitt N eintritt, anschließend in der durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Bahn, d.h. von dem Filterabschnitt N zu dem stromaufwärtigen Durchgang 112, von dort zu dem Verbindungsdurchgang 113, dem stromabwärtigen Durchgang 114 und dann durch den Wasserauslaß 102 aus dem Ventilgehäuse 103 in eine nicht dargestellte Auslaßleitung.
Auf der äußeren Umfangsfläche des rechten Teils des Ventilelements 111 befinden sich mehrere ringförmige Vertiefungen, die parallel zueinander verlaufen und in axialer Richtung Abstand voneinander haben. In diesen Vertiefungen sind ein Schleißring 115, ein O-Ring 116 und ein Stützring 117 montiert, die den Verschleiß zwischen der Hülse 110 für die Aufnahme der Wasserschlag-Schutzvorrichtung und dem Ventilelement 111 herabsetzen und Wasserverluste wirksam verhindern.
Das Ventilelement-Vorspannmittel a' umfaßt eine erste Feder 118, eine zweite Feder 119, deren Federkonstante kleiner ist als die der ersten Feder 118, sowie ein Federzwischengehäuse 120, das zwischen den Federn 118 und 119 angeordnet ist.
Die erste Feder 118 berührt mit einem Ende die Stirnfläche eines Stopfens 121, der an dem rechten Ende der Hülse 110 für die Aufnahme der Wasserschlag-Schutzvorrichtung eingeschraubt ist, während das andere Ende der Feder 118 in dem Federzwischengehäuse 120 aufgenommen ist und dieses nach links vorspannt.
Die zweite Feder 119 ist mit einem Ende in dem Federzwischengehäuse 120 aufgenommen und in diesem gehalten, während ihr anderes Ende an dem Ventilelement 111 anliegt und dieses nach links vorspannt.
Das Ventilelement 111 wird von den beiden in Reihe angeordneten Federn 118 und 119 nach links vorgespannt, d.h. in der Richtung, in der es den Drosselabschnitt c' öffnet.
Und zwar sind die betreffenden Enden der zweiten Feder 119 in den Ausnehmungen 122,123 aufgenommen, die in dem Federzwischengehäuse 120 bzw. an dem Ventilelement 111 ausgebildet sind.
Der Stopfen 121 besitzt eine Entlüftungsöffnung 124, die ein weiches Bewegen des Ventilelements 111 ermöglicht. Die Innenfläche dieser Entlüftungsöffnung 124 ist in einer konischen Ausnehmung ausgebildet. In diese Ausnehmung ist ein Luftventilelement 126 eingesetzt, das auf seiner Außenfläche einen O-Ring 125 trägt. Wenn sich das Luftventilelement 126 nach rechts bewegt, wird die Entlüftungsöffnung 124 geschlossen, so daß ein Wasseraustritt verhindert wird.
Mit 127 ist eine mit einer Entlüftungsöffnung 128 versehene Scheibe bezeichnet, mit der die Bewegung des Luftventilelements 126 geführt wird.
Mit 129 und 130 sind Dämpfungsglieder bezeichnet, die im linken Endbereich des Ventilelements 111 bzw. im rechten Endbereich des Federzwischengehäuses 120 angeordnet sind.
In dem Abschnitt B" für den Schutz gegen Wasserschläge besitzt die Ventilelement-Vorspannkraft F&sub1; des Ventilelements-Vorspannmittels a folgende Kennlinie:
Wie aus Fig. 14 hervorgeht, besitzt die Federkonstante K des Ventilelement-Vorspannmittels a zwei Stufen. Und ist solange K = k&sub1; k&sub2;/(k&sub1; + k&sub2;), bis das Ventilelement 111 mit einem seiner Enden an dem entsprechenden Ende des Federzwischengehäuses 120 zum Anschlag kommt. Nachdem ein Ende des Ventilelements 111 mit dem entsprechenden Ende des Federzwischengehäuses 102 in Kontakt gekommen ist, gilt K = k&sub2;.
In dieser Formel ist k&sub1; die Federkonstante der ersten Feder 118 und k2 die Federkonstante de zweiten Feder 119.
Die Vorspannkraft des Ventilelements läßt sich durch folgende Formel ausdrücken:
F&sub2; = P&sub2; Av + P&sub1; (Ac-Av).
In dieser Formel bedeutet P&sub2; den stromaufwärtigen Druck in dem stromaufwärtigen Durchgang 112, P&sub2; den stromabwärtigen Druck in dem stromabwärtigen Durchgang 114, Av den Flächeninhalt der linken Stirnfläche 131 des Ventilelements 111 und Ac die Querschnittsfläche der Montagehülse 110.
In der Anordnung von Fig. 15 ist ein Wasserstopventil M mit der vorangehend beschriebenen Konstruktion zwischen einem Wasserhahn 151 eines Waschbeckens 150 und einer Wasserzuführungsleitung 152 angeordnet. Mit 153 ist die Bedienungshandhabe zur Betätigung des Wasserhahns 154 bezeichnet, mit 155 eine Beckenschale und mit 156 eine Abwasserleitung.
Im folgenden sei anhand von Fig. 16 erläutert, in welcher Weise der Abschnitt B" für den Schutz gegen Wasserschläge während des Wasserdurchlaufs den Durchfluß reguliert und Wasserschläge verhindert.
Es sei angenommen, daß während des Wasserdurchlaufs der stromaufwärtige Druck P&sub1; oder der stromabwärtige Druck P&sub2; erhöht (oder erniedrigt) wird, so daß die Durchflußmenge durch das Wasserstopventil größer (oder kleiner) wird und nach Maßgabe dieser Änderung der Durchflußmenge das Ventilelement 111 nach rechts (oder links) bewegt wird und dabei die Öffnungsfläche b des Drosselabschnitts c' verengt (oder erweitert) und dadurch die Wasserdurchflußmenge durch das Wasserstopventil M automatisch reguliert.
Da zwischen der Hülse 110 für die Aufnahme der Wasserschlag-Schutzvorrichtung und dem Ventilelement 111 der Schleißring 115 angeordnet ist, kann ein eventueller plötzlicher Druckanstieg während des Wasserdurchlaufs während längerer Zeit begrenzt werden.
Es sei weiterhin angenommen, daß sich in dem stromabwärtigen Durchgang durch abruptes Absperren des Wasserhahns 151 von seiten des Benutzers ein Wasserschlag aufbaut. Der scharfe Druckanstieg, d.h. der Wasserschlag wird dann durch die Verschiebung des Ventilelements-Vorspannmittels, die der Bewegung des Ventilelements 111 entspricht, und durch das größer werdende Volumen des stromabwärtigen Durchgangs 114 wirksam absorbiert.
Wenn sich der Wasserschlag aufbaut, wächst nämlich der Druck in dem stromaufwärtigen Durchgang 112 und in dem stromabwärtigen Durchgang 114 steil an. Da der Wasserschlag in dem stromabwärtigen Durchgang 114 auftritt, ist hierbei der Druck P&sub2; größer als der Druck P&sub1;, und die Fläche Av ist größer als die Fläche Ac. Aus der oben erwähnten Formel F&sub2; = P &sub2; Av + P&sub1; (Ac - Av) geht hervor, daß die Ventilelement- Vorspannkraft F&sub2; rasch anwächst, so daß das Ventilelement 111 nach rechts bewegt wird. Dementsprechend wird die Öffnungsfläche b' des Drosselabschnitts c' verkleinert, während das Flüssigkeitsvolumen in dem stromabwärtigen Durchgang 114 entsprechend dem von dem Ventilelement 111 bewegten Volumen vergrößert wird und so der Druck des Wasserschlags und die Energie der Strömung absorbiert werden, wodurch die nachteilige Wirkung des Wasserschlags auf den stromaufwärtigen Durchgang 112 und die Wasserversorgungsleitung 152 eingedämmt wird.
Weiterhin ist bei diesem Beispiel, wie erwähnt, die Federkonstante K so gewählt, daß sie sich in Abhängigkeit von dem Hub des Ventilelements 111 in zwei Stufen ändert.
Dadurch wird das Ventilelement 111 während des gewöhnlichen Wasserdurchlaufs mit der kleinen Federkonstanten vorgespannt, so daß die Durchflußmenge des ausgegebenen Wassers weich geregelt wird. Wenn ein Druck mit großer Amplitude, z.B. ein Wasserschlag, auf das Ventilelement etwa im Bereich seines Hubendes einwirkt nimmt die Ventilelement-Vorspannkraft F&sub1;, die von der größeren Federkonstanten k&sub1; erzeugt wird, der Druckkraft F&sub2; des Ventilelements entgegen, so daß ein volles Schließen des Drosselabschnitts c' vermieden und außerdem verhindert wird, daß das Federzwischengehäuse 120 in den Stopfen 121 gestoßen wird.
Auf diese Weise erfüllt das Wasserstopventil nach diesem Ausführungsbeispiel zwei Funktionen, nämlich die Durchflußregelung und den Schutz gegen Wasserschläge.
Das Wasserstopventil kann, wie oben beschrieben, den steilen Druckanstieg von Wasserschlägen absorbieren und das Entstehen von ungewöhnlichen oder lästigen Geräuschen sowie den Wasseraustritt aus den Leitungen, z.B. der Wasserversorgungsleitung 152 verhindern. Da das Wasserstopventil sowohl die Durchflußmenge reguliert als auch das Auftreten von Wasserschlägen verhindert, kann es sehr kompakt ausgebildet sein und eine erheblich vereinfachte Konstruktion aufweisen.

Drittes Ausführungsbeispiel

Anhand von Fig. 17 bis 24 sei ein drittes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Abweichend von dem Wasserstopventil des zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem der Wassereinlaß 101 und der Wasserauslaß 102 an der Oberseite bzw. der Seitenfläche des Ventilgehäuses 103 angeordnet sind, ist das Wasserstopventil M' nach diesem Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, daß der Wassereinlaß 201 und der Wasserauslaß 202 an der Oberseite bzw. an der Unterseite eines Ventilgehäuses 203 angeordnet. Diese Konstruktion ermöglicht eine einfache Leitungsführung, wie sie in Fig. 24 dargestellt ist.
Die innere Struktur des Ventilgehäuses 203 und die Funktion des Wasserstopventils M' gleichen im wesentlichen denen des Wasserstopventils M nach dem zweiten Ausführungsbeispiel. Deshalb sind einander entsprechendeTeile mit Bezugszeichen versehen, deren Zahlenwert um 100 erhöht ist.
Außerdem verlaufen die Achsen des Wasserstopabschnitts C und die Achse des Filterabschnitts N, abweichend von dem zweiten Ausführungsbeispiel, nicht geneigt sondern horizontal. Dadurch kann die Innenstruktur des Ventilgehäuses 203 erheblich vereinfacht werden, so daß eine im Vergleich zu dem zweiten Ausführungsbeispiel sehr viel kostengünstigere Herstellung möglich ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Verhinderung eines Wasserschlags bei der Wasserdruckregulierung mit

a) einem in einem Ventilgehäuse (23) ausgebildeten Verbindungsdurchgang (25), über den ein stromaufwärtiger Durchgang (R&sub1;) mit einem stromabwärtigen Durchgang (R&sub2;) verbindbar ist,

b) einem in dem Ventilgehäuse (23) hin- und herbewegbaren Ventilelement (a) zum Öffnen oder Schließen des genannten Verbindungsdurchgangs (25) und

c) einem Ventilelement-Vorspannmittel (b), das das Ventilelement (a) mit einer Vorspannung beaufschlagt,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Ventilelement-Vorspannmittel (b) das Ventilelement (a) in Öffnungsrichtung vorspannt und eine Feder (d) mit kleiner Federkonstante zur Druckjustierung und eine Feder (c) mit großer Federkonstante zur Verhinderung eines Wasserschlags umfaßt, wobei diese Federn (c, d) in dem Ventilgehäuse (23) in Reihe angeordnet sind,

und daß Ventilelement-Vorspannmittel (b) den Öffnungsquerschnitt des Verbindungsdurchgangs (25) zur Justierung des dort herrschenden Drucks variieren kann, während es das Auftreten eines Wasserschlags verhindert.

2. Vorrichtung zur Verhinderung eines Wasserschlags nach Anspruch 1, die ferner einen Hilfsdurchgang (e) aufweist, der eine Wassermenge, die dem von dem Ventil bewegten Volumen entspricht, von dem stromaufwärtigen Durchgang (R&sub1;) zu dem stromabwärtigen Durchgang (R&sub2;) ableiten kann, entsprechend der Bewegung des Ventilelements (a) in Schließrichtung zur Zeit des Auftretens eines Wasserschlags.

3. Vorrichtung zur Verhinderung eines Wasserschlags nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Ventilelement-Vorspannmittel (b) das Ventilelement (a) hin- und herbewegen kann, wenn es fast nur mit dem Ventilpreßdruck auf der stromabwärtigen Seite gekoppelt ist, der in dem stromabwärtigen Durchgang (R&sub2;) auftritt.

4. Vorrichtung zur Verhinderung eines Wasserschlags nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung in einer Wasserversorgungsleitung (20) angeordnet ist, die mit einem Ende mit einem Mischventil (10) zum Mischen von heißem und kaltem Wasser verbunden ist.

5. Vorrichtung zur Verhinderung eines Wasserschlags nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung in einem Mischventil (10) zum Mischen von heißem und kaltem Wasser angeordnet ist.

6. Vorrichtung zur Verhinderung eines Wasserschlags nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung in einem Wasserstopventil (M) angeordnet ist.