[0001] Die Erfindung betrifft eine Ventilpistole nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
[0002] Die Lehre der Erfindung betrifft Ventilpistolen des zuvor erläuterten Aufbaues allgemein,
also ohne Beschränkung auf den BEreich von Hochdruckreinigungsgeräten. Gleichwohl
wird zur Vereinfachung der Erläuterung jetzt und im folgenden die Lehre der Erfindung
anhand des Beispiels einer Ventilpistole für ein Hochdruckreinigungsgerät erläutert,
insbesondere deshalb, weil die Lehre der Erfindung für diesen Anwendungsbereich eine
besondere Bedeutung hat. Ferner ist die Lehre der Erfindung unabhängig davon, ob der
Ventilkörper des Ventils drückend oder ziehend geöffnet wird, ob also als Kraftübertragungselement
ein Stößel oder eine Zugstange, ein Zugseil od. dgl. verwendet wird. Ungeachtet dessen
wird nachfolgend mitunter das Kraftübertragungselement auch als Stößel bezeichnet,
weil als Stößel ausgeführte Kraftübertragungselemente bei Ventilpistolen der in Rede
stehenden Art besonders verbreitet sind.
[0003] Die bekannte Ventilpistole, von der die Erfindung ausgeht (DE-A 3 518 492) weist
ein Kugelventil mit federbelasteter Ventilkugel als Ventilkörper auf. Bei geschlossenem
Ventilkörper ist die wesentliche Kraftkomponente diejenige aus dem Systemdruck. Die
beim Öffnen erforderliche Öffnungskraft ergibt sich als Produkt aus Systemdruck und
Quernschnittsfläche des Ventilsitzes. Durch das Hebelverhältnis am Handhebel wird
die erforderliche Betätigungskraft herabgesetzt. Für das Hebelverhältnis ist an sich
eine Untergrenze vorhanden, die von dem zur Verfügung stehenden Schwenkwerg des Handhebels
und dem mindestens erforderlichen Betätigungsweg des Stößels bestimmt ist.
[0004] Im Gegensatz zu sonstigen bekannten Ventilpistolen ist bei der zuvor erläuterten
Ventilpistole zunächst beim Öffnungsvorgang ein großes Hebelverhältnis vorgesehen,
der Betätigungsarm ist gegenüber dem Handhebel sehr kurz. Dadurch läßt sich beim
anfänglichen Öffnen des Ventilkörpers bei einem Systemdruck von beispielsweise 250
bar anstelle der früher bekannten 100 N am Handhebel eine Reduzierung der Öffnungskraft
auf 20 bis 30 N erreichen. Durch eine zweite, nach Öffnen des Ventils in Funktion
tretende Schwenkachse wird abergleichzeitig erreicht, daß bei geöffnetem Ventilkörper
die erforderliche Haltekraft so gering ist wie früher auch, nämlich z. B nur ca. 10
N beträgt.
[0005] Im übrigen kann man die Haltekraft bei geöffnetem Ventilkörper noch weiter herabsetzen,
indem man mit einer doppelten Hebeluntersetzung arbeitet (DE-C 3 527 922) oder einen
Kniehebelantrieb einsetzt (GB-A 513 013). Beides hat erhebliche Nachteile, ist nämlich
ausgesprochen aufwendig in der Konstruktion und führt, jedenfalls bei dem Kniehebelantrieb,
wiederum zu einem Verlust an Hebelarm beim Öffnen des Ventilkörpers, also zu einer
Erhöhung der Öffnungskraft.
[0006] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die eingangs erläuterte, hinsichtlich
der Öffnungskraft schon sehr zweckmäßige bekannte Ventilpistole mit geringem konstruktivem
Aufwand so weiterzubilden, daß am Handhebel auch die bei geöffnetem Ventilkörper erforderliche
Haltekraft möglichst gering gemacht werden kann.
[0007] Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist bei einer Ventilpistole mit den Merkmalen des Oberbegriffs
von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Auf höchst einfache Weise, nämlich durch die Überlagerung einer Verschiebebewegung
über die Schwenkbewegung um die erste Schwenkachse mit Hilfe einer simplen Langloch/Getriebeverbindung
wird hier erreicht, daß auch bei geöffnetem Ventilkörper die Haltekraft minimal werden
kann. Die Haltekraft kann durch Gestaltung der Getriebeverbindung beliebig klein
gemacht werden, also bis praktisch Null reduziert werden.
[0008] Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im übrigen wird die Erfindung anhand der Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung weiter beschrieben. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 teilweise im Schnitt, ein Pistolengehäuse einer erfindungsgemäßen Ventilpistole,
geschlossener Zustand,
Fig. 2 den Gegenstand aus Fig. 1, druckentlasteter, also teilweise geöffneter Zustand,
Fig. 3 den Gegenstand aus Fig. 1, geöffneter Zustand,
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Bewegungsablaufs verschiedener Teile einer
erfindungsgemäßen Ventilpistole zum Zwecke des besseren Verständnisses des Funktionsprinzips
und
Fig. 5 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines für eine erfindungsgemäße
Ventilpistole modifizierten Winkelrohrs.
[0009] Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Ventilpistole ist bestimmt für ein Hochdruckreinigungsgerät
und weist zunächst ein Pistolengehäuse 1 auf, das im hier dargestellten Ausführungsbeispiel
aus Kunststoff besteht und aus zwei Halbschalen ausgeführt ist oder auch einstückig
ausgebildet sein kann. Am Pistolengehäuse 1 ist ein Handgriff 2 ausgebildet und im
Pistolengehäuse 1 ist ein Ventil 3 angeordnet. Das Ventil 3 befindet sich zwischen
einem Druckmittelanschluß 4 und einem Auslaßanschluß 5, an den beispielsweise eine
hier nicht dargestellte Sprühlanze angeschlossen werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind der Druckmittelanschluß 4 und der Auslaßanschluß 5 miteinander in einem einzigen,
durchlaufenden Winkelrohr 6 integriert, in dem auch das Ventil 3 angeordnet ist. Das
Ventil 3 öffnet gegen den Systemdruck, was in der schematischen Darstellung lediglich
beispielhaft als dem Druckmittelanschluß 4 zugewandter, kugelförmiger, von einer Ventilfeder
7 in Schließrichtung belasteter und an einem Ventilsitz 8 abdichtend zur Anlage kommender
Ventilkörper 9 dargestellt ist. Auch hier gibt es andere Realisierungsmöglichkeiten.
Dargestellt ist ferner, daß ein zur Öffnungsbewegung des Ventilkörpers 9 entgegen
der Federkraft der Ventilfeder 7 und der aus dem Systemdruck resultierenden Schließkraft
auf den Ventilkörper 9 dienender Stößel 10 vorgesehen ist. Das Kraftübertragungselement
10, hier als Stößel ausgeführt, dient zur Kraftübertragung von einem im Pistolengehäuse
1 am Handgriff 2 auf einer Schwenkachse 11 schwenkbar gelagerten Handhebel 12 auf
den Ventilkörper 9.
[0010] Wie üblich und wie aus einem Vergleich der Fig. 1, 2 und 3 ersichtlich, läßt die
menschliche Anatomie für den Handhebel 12 nur einen bestimmten, begrenzten Schwenkweg
zu. Der Handhebel 12 weist einen am Kraftübertragungselement 10 zur Anlage kommenden
Betätigungsarm 13 auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel integraler Bestandteil
des Handhebels 12 selbst ist, ohne weiteres aber auch auf der gegenüberliegenden Seite
der Schwenkachse 11 abragen oder in einem irgendwie bemessenen Winkel gegenüber dem
Handhebel 12 liegen kann. Durch den Handhebel 12 und den Betätigungsarm 13 wird für
die Betätigung des Kraftübertragungselements 10 eine Hebeluntersetzung mit einem bestimmten
Hebelverhältnis realisiert.
[0011] Zum Zwecke eines ausreichenden Durchflußquerschnittes muß bei geöffnetem Ventilkörper
9 der Stößel 10 vom Betätigungsarm 13 über einen bestimmten (Mindest-) Betätigungsweg
verschiebbar sein. Das Hebelverhältnis zwischen dem Handhebel 12 und dem Betätigungsarm
13 wird klassisch letztlich von dem nach oben begrenzten Schwenkweg des Handhebels
12 und dem nach unten begrenzten Betätigungsweg des Betätigungsarms 13 bestimmt.
[0012] Aus dem Vergleich von Fig. 2 und Fig. 3 der Zeichnung ergibt sich, daß der Handhebel
12 nicht nur eine Schwenkbewegung um die Schwenkachse 11 ausführt, sondern daß dieser
Schwenkbewegung um die Schwenkachse 11 teilweise eine Verschiebebewegung ungefähr
in Bewegungsrichtung des Kraftübertragungselements 10 überlagert ist. Die Schwenkachse
11 des Handhebels 12 im Pistolengehäuse 1 (oder der Handhebel gegenüber der Schwenkachse)
ist nämlich im wesentlichen in Bewegungsrichtung des Kraftübertragungselements 10
über eine bestimmte Wegstrecke verschiebbar. Das ist hier dadurch realisiert, daß
die Schwenkachse 11 im Pistolengehäuse 1 bzw. in einem gesonderten Tragteil in einem
sich etwa in Bewegungsrichtung des Stößels 10 erstreckenden Langloch 14 gelagert
und in diesem verschiebbar ist. Entsprechend könnte die Schwenkachse auch im Handhebel
in einem entsprechenden Langloch gelagert sein.
[0013] Die Verschiebebewegung des Handhebels 12 muß auf irgendeine Weise eingeleitet werden.
Das geschieht hier so, daß die Verschiebebewegung des Handhebels 12 aus der Schwenkbewegung
abgeleitet wird und dazu eine zwischen dem Handhebel 12 und dem Pistolengehäuse 1
bzw. dem Winkelrohr 6 wirksame Getriebeverbindung, insbesondere eine Keilgetriebeverbindung
15, vorgesehen ist. Auch andere getriebliche Verbindungen, beispielsweise über ein
Zugelement kommen in Frage, eine Keilgetriebeverbindung 15 ist aber konstruktiv besonders
einfach zu realisieren.
[0014] Die Zeichnung macht deutlich, daß man die Getriebeverbindung 15 besonders zweckmäßig
dadurch realisieren kann, daß am Handhebel 12 mit Abstand von der Schwenkachse 11
ein Getriebeteil, insbesondere eine Getrieberolle 16, und am Pistolengehäuse 1 bzw.
am Winkelrohr 6 ein ortsfestes Widerlagerteil, insbesondere eine Widerlagerrolle
17, angebracht ist. Es liegt auf der Hand, daß entsprechende Rollen als Getriebe-
bzw. Widerlagerteile zu Rollreibung und damit zu einem niedrigeren Reibungskoeffizienten
führten als reine Gleitstücke od. dgl..
[0015] Fig. 4 macht die kinematischen Zusammenhänge an der schematischen Darstellung des
Bewegungsablaufs bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel deutlich. Eingezeichnet
sind nur der Kopf des Kraftübertragungselements 10, ein am Kopf zur Anlage kommender
Verschließschutzeinsatz 18 im Betätigungsarm 13, die Schwenkachse 11 im Langloch
14 sowie die Getrieberolle 16 und die Widerlagerrolle 17. Dabei ist die Stellung der
Teile bei geschlossener Ventilpistole strichpunktiert, bei druckentlasteter Ventilpistole
gestrichelt und bei geöffneter Ventilpistole durchgezogen dargestellt. Das entspricht
den Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung in gleicher Reihenfolge.
[0016] Hier gilt zunächst, daß bei geschlossenem Ventilkörper 9, strichpunktiert dargestellt,
das Kraftübertragungselement 10 seine oberste Stellung einnimmt und die Getrieberolle
16 mit etwas Abstand seitlich der Widerlagerrolle 17 liegt, wobei der wirksame Abstand
der Widerlagerrolle 17 zur Schwenkachse 11, d. h. der lichte Abstand von Widerlagerrolle
17 und Schwenkachse 11, geringer ist als der wirksame Abstand der Getrieberolle 16
zur Schwenkachse 11, d. h. hier der Abstand der Mittelpunkte voneinander. Der seitliche
Abstand des Mittelpunkts der Schwenkachse 11 vom Mittelpunkt des Kraftübertragungselements
10 ist relativ gering, d. h. das Hebelverhältnis ist relativ groß. Wird nun in dieser
Stellung der Handhebel 12 mit einer entsprechenden Betätigungskraft beaufschlagt,
so wird die Schwenkachse 11 in die obere Rundung des Langloches 14 gedrückt und darin
fixiert und der Handhebel 12 beginnt um die Schwenkachse 11 zu schwenken. Gleichzeitig
wird das Kraftübertragungselement 10 in Fig. 4 nach unten gedrückt, beispielsweise
um eine Entfernung von ca. 1 mm. Diese Bewegung wird begleitet von einer Schwenkbewegung
der Getrieberolle 16 um die Schwenkachse 11.
[0017] Bei leicht geöffnetem und damit weitgehend druckentlastetem Ventilkörper 9 kommt
nun die Getrieberolle 16 an der Widerlagerrolle 17 seitlich zur Anlage. Diese Situation
ist in Fig. 4 gestrichelt dargestellt, es handelt sich hier um die druckentlastete
Stellung des Ventilkörpers 9. Der Systemdruck ist hier auf beispielsweise 200 bar
abgesunken, außerdem resultiert die Rückstellkraft auf den Ventilkörper 9 nur noch
aus der wirksamen Querschnittsfläche des Kraftübertragungselements 10, nicht mehr
aus der wirksamen Querschnittsfläche des den Ventilsitz blockierenden Ventilkörpers
9. Bei weiterer Schwenkbewegung des Handhebels 12 wird nun der Schwenkbewegung um
die Schwenkachse 11 eine Verschiebebewegung in Richtung der Längsachse des Kraftübertragungselements
10 überlagert, und zwar dadurch, daß die Getrieberolle 16 auf der Widerlagerrolle
17 unter gleichzeitiger Längsverschiebung zusammen mit dem Handhebel 12 abrollt. Die
dazu zusätzlich erforderliche Kraft ist nicht besonders groß, jedenfalls geringer
als die anfänglich aufzubringende Öffnungskraft.
[0018] Einerseits wandert nun die Schwenkachse 11 im Langloch 14 entsprechend der Abrollbewegung
der Getrieberolle 16 auf der Widerlagerrolle 17 nach unten, so daß eine Verschiebung
des Handhebels 12 parallel zu sich selbst erzeugt wird, die zu einer entsprechenden
Längsverschiebung des Kraftübertragungselements 10 führt. Andererseits erfolgt nur
noch eine geringfügige Schwenkung des Handhebels 12 um die Schwenkachse 11, so daß
sich der wirksame Betätigungsarm 13 für das Kraftübertragungselement 10 nur noch geringfügig
verlängert, auch wenn der Handhebel 12 noch eine weitere Schwenkbewegung ausführt.
[0019] Die Haltekraft bei geöffnetem Ventilkörper 9 ist bei diesem System schon relativ
gering. Sie ist aber noch weiter verringerbar, und zwar bis auf praktisch 0 N oder
sogar im Sinne einer Selbsthaltung. Das liegt daran, daß die Keilgetriebeverbindung
15 so gestaltet werden kann, daß sie bei geöffnetem Ventilkörper 9 praktisch die gesamte
vom Kraftübertragungselement 10 verursachte Rückstellkraft in das ortsfeste Widerlager
ableitet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel gilt dazu, daß bei vollständig geöffnetem
Ventilkörper 9 das Getriebeteil, insbesondere die Getrieberolle 16, so am Widerlagerteil,
insbesondere an der Widerlagerrolle 17, anliegt, daß der Anlagepunkt bzw. die Anlagelinie
nur geringfügig versetzt zum Wirkungspunkt bzw. zur Wirkungslinie der vom Kraftübertragungselement
10 ausgeübten Rückstellkraft an der Widerlagerrolle 17 liegt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
befindet sich die Widerlagerrolle 17 genau in Fluchtrichtung mit der Mittelachse des
Kraftübertragungselements 10. Dies ist natürlich nicht zwingend erforderlich, vielmehr
kann die zuvor erläuterte Funktionsweise auch dann erreicht werden, wenn die Widerlagerrolle
17 an ganz anderer Stelle, beispielsweise auch jenseits der Schwenkachse 11 liegt.
Auch dann nämlich ergibt sich für die Rückstellkraft des Kraftübertragungselements
10 ein Kraftflußweg, der letztlich an der angegebenen Wirkungslinie in der Widerlagerrolle
17 endet.
[0020] In Fig. 4 ist mit "X" der geringfügige Versatz eingezeichnet, der hier noch verwirktlicht
ist und der dazu führt, daß gewährleistet ist, daß der Handhebel 12 immer wieder
von selbst in die Stellung zurückschnappt, in der der Ventilkörper 9 geschlossen ist.
Gleichwohl kann durch entsprechende Anordnung der Widerlagerrolle 17 der Wert "X"
zu 0 gemacht werden. Wird "X" gar "negativ", ergibt sich also ein Versatz zur anderen
Richtung, so ist eine Selbsthaltung bei geöffnetem Ventilkörper 9 realisiert. Es hat
sich als besonders zweckmäßig erwiesen, den Wert "X" so zu wählen, daß sich eine Rest-Haltekraft
bei geöffnetem Ventilkörper 9 von 1 bis 3 N ergibt.
[0021] Fig. 5 macht beispielhaft deutlich, wie auf sehr einfache konstruktive Weise einerseits
die Widerlagerrolle 17, andererseits die Schwenkachse 11 im Langloch 14 in eine herkömmliche
Ventilpistole mit Winkelrohr 6 integriert werden kann. Dazu weist dieses Winkelrohr
6 nämlich einen Lagerbügel 19 auf, der am Winkelrohr 6 angebracht, hier inbesondere
angeschweißt ist. Das hat gegenüber der Anbringung am Pistolengehäuse 1 den Vorteil,
daß das Pistolengehäuse 1 kräftefrei gehalten werden kann.
[0022] Ingesamt gelingt es mit der Erfindung auf außerordentlich einfache konstruktive
Weise, am Handhebel einer Ventilpistole einen optimalen Kraftverlauf zu realisieren,
nämlich die anfängliche Öffnungskraft so gering wie möglich zu machen, gleichwohl
den notwendigen Öffnungsweg für den Ventilkörper zu realisieren und gleichzeitig
die Haltekraft bei geöffnetem Ventilkörper praktisch beliebig gering werden zu lassen.
Das Hebelverhältnis bei Beginn der Öffnungsbewegung kann ohne weiteres auf 1 : 12
bis 1 : 20 erhöht werden, da wegen der überlagerten Verschiebebewegung gleichwohl
der erforderliche Betätigungsweg für den Ventilkörper von beispielsweise 3 mm erreicht
wird.
1. Ventilpistole, insbesondere für ein Hochdruckreinigungsgerät, mit einem Pistolengehäuse
(1) mit einem Handgriff (2), mit einem im Pistolengehäuse (1) angeordneten, gegen
den Systemdruck zu öffnenden Ventil (3) mit einem zur Öffnungsbewegung eines Ventilkörpers
(9) dienenden Kraftübertragungselement (10), mit einem im Pistolengehäuse (1) am
Handgriff (2) auf einer Schwenkachse (11) schwenkbar gelagerten Handhebel (12), wobei
der Handhebel (12) über einen bestimmten Schwenkweg schwenkbar ist und einen am Kraftübertragungselement
(10) zur Anlage kommenden Betätigungsarm (13) aufweist, wobei das Kraftübertragungselement
(10) vom Betätigungsarm (13) über einen bestimmten Betätigungsweg verschiebbar ist
und wobei zwischen Handhebel (12) und Betätigungsarm (13) ein bestimmtes Hebelverhältnis
vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (11) im Pistolengehäuse (1) bzw. im Handhebel in einem sich
etwa in Bewegungsrichtung des Kraftübertragungselements (10) erstreckenden Langloch
(14) gelagert und in diesem verschiebbar ist, so daß der Schwenkbewegung des Handhebels
(12) mit dem Betätigungsarm (13) um die Schwenkachse (11) teilweise eine Verschiebebewegung
überlagert ist, daß die Verschiebebewegung des Handhebels (12) aus der Schwenkbewegung
abgeleitet wird und dazu eine zwischen dem Handhebel (12) und dem Pistolengehäuse
(1) bzw. dem Winkelohr (6) wirksame Getriebeverbindung, insbesondere eine Keilgetriebeverbindung
(15), vorgesehen ist und daß am Handhebel (12) mit Abstand von der Schwenkachse (11)
ein Getriebeteil, insbesondere eine Getrieberolle (16), und am Pistolengehäuse (1)
bzw. am Winkelrohr (6) ein ortsfestes Widerlagerteil, insbesondere eine Widerlagerrolle
(17), angebracht ist.
2. Ventilpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenem Ventilkörper
(9) das Getriebeteil, also insbesondere die Getrieberolle (16) mit etwas Abstand seitlich
des Widerlagerteils, also insbesondere der Widerlagerrolle (17) liegt und der wirksame
Abstand des Widerlagerteils, also insbesondere der Widerlagerrolle (17) zur Schwenkachse
(11) geringer ist als der wirksame Abstand des Getriebeteils, also insbesondere der
Getrieberolle (16) zur Schwenkachse (11), daß bei leicht geöffnetem und damit weitgehend
druckentlastetem Ventilkörper (9) das Getriebeteil, also insbesondere die Getrieberolle
(16) an dem Widerlagerteil , also insbesondere der Widerlagerrolle (17) seitlich
zur Anlage kommt und daß bei weiterer Schwenkbewegung des Handhebels (12) das Getriebeteil,
also insbesondere die Getrieberolle (16) auf dem Widerlagerteil, also insbesondere
der Widerlagerrolle (17) unter gleichzeitiger Längsverschiebung zusammen mit dem Handhebel
(12) gleitet bzw. abrollt.
3. Ventilpistole nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei vollständig
geöffnetem Ventilkörper (9) das Getriebeteil, insbesondere die Getrieberolle (16),
so am Widerlagerteil, insbesondere an der Widerlagerrolle (17), anliegt, daß der
Anlagepunkt bzw. die Anlagelinie nur geringfügig versetzt zum Wirkungspunkt bzw.
zur Wirkungslinie der vom Kraftübertragungselement (10) ausgeübten Rückstellkraft
an der Widerlagerrolle (17) liegt.
4. Ventilpistole nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im
Pistolengehäuse (1) ein durchgehendes Winkelrohr (6) angeordnet ist und daß am Winkelrohr
(6) ein Lagerbügel (19) für die Schwenkachse (11) und ggf. das Widerlagerteil, insbesondere
die Widerlagerrolle (17) angebracht, insbesondere angeschweißt ist.