[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft Linearführungen für Ablaufarmaturen und Betätigungsvorrichtungen
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
[0002] Ablaufarmaturen werden üblicherweise aus Kunststoff hergestellt. Diese befinden sich
in einem Spülkasten, der mit Wasser gefüllt ist. Eine Ablaufarmatur umfasst dabei
ein Ablaufventil, ein Überlaufrohr und ein Spülkastenverschlussglied sowie eine Betätigungsvorrichtung.
Zum Abspülen von Teil- oder Gesamtspülmengen wird das Spülkastenverschlussglied durch
eine Aushebevorrichtung in einer Linearführung vom Ventilsitz fortbewegt. Häufig ist
dabei das Spülkastenverschlussglied mit dem Überlaufrohr verbunden. Über die Betätigungseinrichtung
kann das Ablaufventil so gesteuert werden, dass es wahlweise zum Teilspülungsvorgang
oder zum Vollspülungsvorgang kommt. Zum Verschließen der unteren Spülkastenöffnung
muss das Spülkastenverschlussglied exakt an seine Ausgangsstelle zurückgeführt werden,
damit nicht fortwährend Spülwasser entweicht. Durch Druck auf die Betätigungsvorrichtung
wird die Aushebevorrichtung aktiviert, so dass das Spülkastenverschlussglied gegebenenfalls
zusammen mit dem Überlaufrohr in einer Linearführung bewegt wird.
[0003] Linearführungen bestehen aus wenigstens zwei Führungselementen, deren Oberflächen
bei der Relativbewegung der Führungselemente aufeinander einwirken, so dass Reibung
und Verschleiß eine große Rolle spielen. Reibung und Verschleiß hängen dabei von einer
Fülle von Einflussgrößen ab: unter anderem von den Bewegungsarten und dem Bewegungsablauf
der Führungselemente. Insgesamt wirken die Reibungskräfte der Relativbewegung der
Führungselemente entgegen.
Da in Ablaufarmaturen aufgrund des anstehenden Wassers keine Schmierung möglich ist,
ist es nicht möglich, die Führungskörper vollständig voneinander zu trennen (Flüssigkeitsreibung).
Hervorgerufen durch den Kontakt und die Relativbewegung der Führungskörper zueinander
tritt Verschleiß auf, der sich durch fortschreitenden Materialverlust an der Oberfläche
der Führungskörper bemerkbar macht. Riefenbildung an den Oberflächen verschlechtern
die Eigenschaften der Linearführung über deren Lebensdauer.
[0004] Die Kraft zur Betätigung der Aushebevorrichtung und damit der Linearführung ist nach
internationaler Normung begrenzt. Üblicherweise wird versucht, Reibkräfte durch große
Führungslängen und große Führungsdurchmesser zu minimieren. Reibung und Verschleiß
in Kunststoffführungen setzen sich aus deformativen und adhäsiven Komponenten zusammen.
Die deformative Reibkraft ändert sich in Abhängigkeit von E-Modul des Kunststoffs
degressiv oder progressiv mit zunehmender Oberflächenrauheit. Die Adhäsion beruht
auf der van-der-Waalschen-Wechselwirkung der beteiligten Gleitpartner. Da diese Kräfte
je nach Material und Führungsfläche große Reibkräfte und auch Stoffübertragung verursachen,
müssen diese Hindernisse von der Betätigungsvorrichtung bzw. der Aushebevorrichtung
insbesondere bei Bewegungsbeginn überwunden werden.
[0005] Aufgrund des hohen Adhäsionsanteils in der Reibung bedürfen Linearführungen an Spülkastenverschlussgliedern
bzw. Überlaufrohren großer Führungslängen, um die Normalkräfte in Führungen unterhalb
der Verschleißgrenze klein zu halten. Daraus wird die Baugröße des Ventils und somit
der Materialeinsatz erhöht.
[0006] Aus der
DE 10 2005 020 747 A1 ist eine Ablaufarmatur für einen Spülkasten offenbart. Im Boden des Spülkastens ist
über einer Öffnung ein Ablaufventil mit einem Überlaufrohr und einem am Ende des Überlaufrohrs
ausgebildeten Spülkastenverschlussglied angeordnet. Das Überlaufrohr ist in einem
Ablaufventilgehäuse geführt. Die Kraft zum Ausheben des Spülkastenverschlussglieds
wird von einer Betätigungsvorrichtung über die Aushebevorrichtung auf das Überlaufrohr
übertragen. Das Überlaufrohr ist als bewegliches Führungselement in dem Ablaufventilgehäuse
geführt, in welchem wiederum die Gegenführungselemente angeordnet sind.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Linearführungen in Ablaufarmaturen zu
verbessern.
[0008] Diese Aufgabe wird durch eine Linearführung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen und
in der Beschreibung enthalten.
[0009] Demzufolge ist bei einer Linearführung für sanitäre Ablaufarmaturen mit einem feststehenden
Führungselement, das eine erste definierte Führungsfläche aufweist und mit einem beweglichen
Führungselement, das eine zweite Führungsfläche aufweist, die größer ist als die Führungsfläche
des feststehenden Führungselements, wobei sich bei der Relativbewegung der Führungselemente
die Stoffbereiche des feststehenden Führungselements und des beweglichen Führungselementes
berühren, vorgesehen, dass die Führungsfläche des beweglichen Führungselements Unterbrechungen
mit regelmäßigen Abständen in Bewegungsrichtung der Linearführung aufweist, derart,
dass die Kontaktfläche der sich berührenden Stoffbereiche der Führungselemente kleiner
ist als die Führungsfläche des feststehenden Führungselements.
Das feststehende Führungselement -oder auch Grundkörper genannt- ist ein Festkörper,
an dem das bewegliche Führungselement -oder auch Gegenkörper genannt- entlang gleitet.
Dort, wo sich die Stoffbereiche der beiden Festkörper berühren, kommt es zur Reibung,
die der Relativbewegung entgegenwirkt. Bei der vorliegenden Erfindung weist das bewegliche
Führungselement an seiner Führungsfläche Unterbrechungen auf, durch die der Kontakt
der sich berührenden Stoffbereiche der beiden Führungselemente bei der Relativbewegung
immer wieder getrennt wird. Weiterhin wird die Kontaktfläche, innerhalb der es zur
Wechselwirkung zwischen sich berührenden Stoffbereichen der beiden Führungselemente
kommen kann, reduziert.
[0010] Fertigungstoleranzen und fertigungsbedingte Verformungen bei Führungselementen, die
sich sowohl in Unterschieden in der Materialdicke als auch im Schwindmaß bemerkbar
machen, müssen bei der Konstruktion von Linearführungen berücksichtigt werden. Weiterhin
soll die Linearführung auch über ihre gesamte Lebensdauer einwandfrei funktionieren,
auch wenn Verschleiß aufgetreten ist. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Führungselemente
mit einem gewissen Spiel oder Abstand zueinander angeordnet sind. Dieser Abstand kann
im mikroskopischen oder messbaren Millimeter-Bereich liegen. Dies bedeutet, dass es
bei der Unterbrechung des Kontakts der Führungselemente gleichzeitig zu einem Abheben
senkrecht zur Bewegungsrichtung kommt. Dadurch bewegt sich das bewegliche Führungselement
ratternd bzw. holpernd über die Führungsfläche mit Unterbrechungen, wodurch Reibungskräfte
ebenfalls vermindert werden.
Vorzugsweise sind die Unterbrechungen in der Führungsfläche derart angeordnet, dass
eine kontinuierliche Berührung der Stoffbereiche der beiden Führungselemente gewährleistet
ist. Dies bedeutet, dass wenn eine Kante der definierten Führungsfläche eine Unterbrechung
erreicht oder überfährt, ein anderer Teil dieser Kante dennoch in einem Bereich geführt
ist, wo eine Berührung im Stoffbereich der Führungselemente gewährleistet ist. Dadurch
wird verhindert, dass die Führung insgesamt unterbrochen wird oder sich die Führungselemente
verkanten. In vorteilhaften Ausgestaltungsvarianten sind die Unterbrechungen als Kerben
oder als konkave Vertiefungen vorgesehen. Vorzugsweise sind die Unterbrechungen dabei
als Nuten vorgesehen, die sich linienförmig über die Führungsfläche eines Führungselements
erstrecken.
[0011] Hierbei sind die Unterbrechungen mit Abständen zueinander in Richtung der Relativbewegung
angeordnet, die auf die Größe bzw. Länge der definierten Führungsfläche abgestimmt
sind.
Bevorzugt verlaufen die Unterbrechungen dabei unter einem Winkel α gegenüber der Richtung
der Relativbewegung.
Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Linearführung weisen Unterbrechungen
auf, die oval, elliptisch oder kreisförmig sind.
[0012] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Führungselemente aus
Kunststoff hergestellt.
Hierbei erfolgt die Relativbewegung der Führungselemente sowohl in einem gasförmigen
als auch flüssigen Umgebungsmedium, insbesondere in Wasser.
[0013] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Verwendung der erfindungsgemäßen Linearführung
in einer sanitären Ablaufarmatur vorgesehen, wobei das feste Führungselement ein Fortsatz
an einem Ablaufventilgehäuse und das bewegliche Führungselement in Form eines Überlaufrohrs
bzw. Spülkastenverschlussglieds vorgesehen ist.
Vorzugsweise ist das Überlaufrohr durch mehrere über den Umfang des Überlaufrohrs
verteilte Fortsätze der Aushebevorrichtung geführt.
[0014] Die zuvor beschriebenen Weiterbildungsvarianten sind sowohl einzeln als auch in Kombination
besonders vorteilhaft. Dabei können sämtliche Weiterbildungsvarianten untereinander
kombiniert werden. Einige mögliche Kombinationen sind in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele
der Figuren erläutert. Diese dort dargestellten Möglichkeiten von Kombinationen der
Weiterbildungsvarianten sind jedoch nicht abschließend.
[0015] Im Folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele anhand zeichnerischer
Darstellungen näher erläutert. Dabei zeigen
- Fig. 1
- eine explosionsartige Ansicht einer sanitären Ablaufarmatur mit einer erfindungsgemäßen
Linearführung
- Fig. 2
- einen Schnitt durch eine erfindungemäße Führungsbahn im Detail
- Fig. 3
- einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig.2
[0016] Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausgestaltungsvarianten der Figuren
1 bis 3 beschränkt.
[0017] Figur 1 zeigt einen Teil einer Ablaufarmatur 4 aus Kunststoff, die in einen Spülkasten
(nicht dargestellt), der mit Wasser gefüllt ist, eingesetzt wird. Dabei sind die Einzelteile
explosionsartig dargestellt. Die Ablaufarmatur 4 umfasst dabei ein Überlaufrohr 5
mit einem Spülkastenverschlussglied 51 sowie eine Betätigungsvorrichtung (nicht dargestellt)
und eine Aushebevorrichtung 6, 61, die zum Öffnen des Ablaufventils dient. Der Spülkasten
weist üblicherweise an seinem unteren Ende eine Ablauföffnung auf, die von dem Spülkastenverschlussglied
51 verschlossen wird, welches mit einem dort vorgesehenen Ventilsitz zusammenwirkt.
Zum Abspülen von bestimmten Wassermengen wird das Überlaufrohr 5 mit dem Spülkastenverschlussglied
51 durch einen Kolben 61, der im Ablaufventilgehäuse 6 geführt ist, mittels einer
Linearführung vom Ventilsitz fortbewegt. Die Linearführung umfasst mehrere feststehende
Führungselemente 1 und ein bewegliches Führungselement 2, wobei das bewegliche Führungselement
dem Überlaufrohr 5 entspricht.
Die feststehenden Führungselemente 1 werden zum einen von einer Kunststoffhalbschale
7, die im Gebrauchszustand fest mit dem Ablaufventilgehäuse 6 verbunden ist, und zum
anderen von dem Ablaufventilgehäuse 6 selbst gebildet. Insgesamt sind an den feststehenden
Führungselementen 1 vier Führungsflächen 11 vorgesehen, die in Umfangsrichtung in
unterschiedlichen Abständen zu dem beweglichen Führungselement 2 angeordnet sind.
Das bewegliche Führungselement 2 weist wiederum in Umfangsrichtung an mehreren Stellen
erhabene Führungsflächen 21 auf, die mit den Führungsflächen 11 der feststehenden
Führungselemente 1 korrespondieren.
[0018] Im Spülkasten findet die Relativbewegung der beiden Führungselemente 1, 2 üblicherweise
im Wasser statt. Da somit kein Schmiermittel vorhanden ist, das die beiden Gleitpartner
voneinander trennt, kommt es zu einer Wechselwirkung der beiden Stoffbereiche der
Führungselemente 1, 2, die der Relativbewegung entgegenwirkt. Zusätzlich können aufgrund
atomarer Bindungen zusätzliche adhäsive Kräfte zwischen den Führungselementen 1 und
2 wirken.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Führungsfläche 21 des Überlaufrohrs
5 und den damit einhergehenden Unterbrechungen 3 wird die Kontaktfläche, innerhalb
der es zu Wechselwirkungen zwischen den Stoffbereichen der Führungselemente 1, 2 kommen
kann, zunächst reduziert. Weiterhin entfernen sich die Führungselemente 1, 2 im Bereich
der Unterbrechungen 3 voneinander, so dass auch adhäsive Kräfte, die auf atomarer
Ebene zwischen den Führungselementen 1, 2 auftreten, überproportional mit dem Abstand
abnehmen.
[0019] Da das anstehende Wasser in die Unterbrechungen 3 bzw. Kerben eindringt, werden die
Stoffbereiche, an denen es zur Wechselwirkung kommt, gekühlt und mit Wasser benetzt,
so dass es auch durch Veränderung der Grenzflächenspannung der beteiligten Reibpartner
zur Adhäsionsminderung kommt.
Insgesamt lassen sich dadurch Reibung und Verscheiß minimieren, so dass der Lebenszyklus
der Linearführung erheblich verlängert werden kann.
[0020] Figur 2 und 3 zeigen Details der Linearführung. Das feststehende Führungselement
1 ist Teil der Kunststoffhalbschale 7. Durch einen Fortsatz an der Kunststoffhalbschale
7 ist eine bestimmte Führungsfläche 11 definiert. Das bewegliche Führungselement 2
ist Teil des Überlaufrohres 5. In der Oberfläche 21 des Führungselements 2 sind Unterbrechungen
3 angeordnet, die eine Kerbform aufweisen. Aus Figur 3 wird deutlich, dass die Unterbrechungen
3 nicht senkrecht zur Bewegungsrichtung, sondern in einem Winkel α zur Bewegungsrichtung
geneigt verlaufen. Die Abmessungen der Kontaktfläche, der Unterbrechungen 3 und der
Abstände zwischen den Unterbrechungen 3 sind so gewählt, dass es nicht zum Verhaken
der Führungsfläche 11 an den Unterbrechungen 3 kommen kann. Dazu sind die Abmessungen
h und b der Führungsfläche 11 so gewählt, dass der größte Teil der Führungsfläche
11 während des Bewegungsvorgangs an der Oberfläche 21 des beweglichen Führungselements
2 geführt ist, während jeweils nur Teilbereiche einer Kante der Führungsfläche 11
in den Bereich einer weiteren Unterbrechung 3 gelangen. Somit ist die Kontaktfläche
der Führungselemente 1, 2 grundsätzlich kleiner als die kleinste Führungsfläche 11,
21 der Führungselemente. Durch die Unterbrechungen 3 erfolgt im Bewegungsvorgang ein
leichtes Rattern, welches den Flächenkontakt der Führungselemente 1, 2 zeitweise und
damit die Adhäsion reduziert. Insgesamt lassen sich durch die gewählte Konstruktion
der Führungselemente 1, 2 die Reibungskräfte und der Verschleiß derart reduzieren,
dass vorgegebene Aushebekräfte während der gesamten Lebensdauer eingehalten werden
können und lange Lebenszyklen trotz Wechselwirkung der Oberflächen und Materialien
erzielt werden.
Bezugszeichenliste
[0021]
- 1
- Feststehendes Führungselement
- 11
- Führungsfläche
- 2
- Bewegliches Führungselement
- 21
- Führungsfläche
- 3
- Unterbrechung
- 4
- Ablaufarmatur
- 5
- Überlaufrohr
- 51
- Spülkastenverschlussglied
- 6
- Ablaufventilgehäuse
- 61
- Kolben, Aushebevorrichtung
- 7
- Kunststoffhalbschale
1. Linearführung für sanitäre Ablaufarmaturen, mit
- einem feststehenden Führungselement (1),
- - das eine erste definierte Führungsfläche (11) aufweist, und
- einem beweglichen Führungselement (2),
- - das eine zweite Führungsfläche (21) aufweist, die größer ist als die Führungsfläche
(11) des feststehenden Führungselements (1),
dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (21) des beweglichen Führungselements (2) Unterbrechungen (3)
mit regelmäßigen Abständen in Bewegungsrichtung der Linearführung aufweist, derart,
dass die Kontaktfläche und somit die Fläche sich berührender Stoffbereiche der Führungselemente
(1,2) kleiner ist als die Führungsfläche (11) des feststehenden Führungselements (1).
2. Linearführung für sanitäre Ablaufarmaturen, mit
- einem beweglichen Führungselement,
- - das eine erste definierte Führungsfläche aufweist, und
- einem festen Führungselement,
- - das eine zweite Führungsfläche aufweist, die größer ist als die Führungsfläche
des beweglichen Führungselements,
dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche des festen Führungselements Unterbrechungen (3) mit regelmäßigen
Abständen in Bewegungsrichtung der Linearführung aufweist, derart, dass die Fläche
der sich berührenden Stoffbereiche der Führungselemente kleiner ist als die Führungsfläche
des beweglichen Führungselements.
3. Linearführung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (1,2) mit einem Abstand zueinander angeordnet sind.
4. Linearführung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungen (3) derart angeordnet sind, dass ein kontinuierlicher Kontakt
und/oder eine kontinuierliche Berührung der Stoffbereiche der beiden Führungselemente
(1,2) gewährleistet ist.
5. Linearführung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungen (3) als Kerben vorgesehen sind.
6. Linearführung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungen (3) als konkave Vertiefungen vorgesehen sind.
7. Linearführung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungen (3) als Nuten vorgesehen sind.
8. Linearführung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungen (3) unter einem Winkel α gegenüber der Bewegungsrichtung der
Linearführung verlaufen.
9. Linearführung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungen oval, elliptisch oder kreisförmig vorgesehen sind.
10. Linearführung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (1, 2) aus Kunststoff hergestellt sind.
11. Linearführung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung der Führungselemente (1, 2) sowohl in einem gasförmigen als auch
flüssigen Umgebungsmedium erfolgt.
12. Linearführung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Umgebungsmedium Wasser ist.
13. Linearführung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (21) des beweglichen Führungselements (2) gegenüber dessen übriger
Oberfläche erhaben ist.
14. Linearführung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass das feste Führungselement (1) als Fortsatz an einer Aushebevorrichtung (6, 61) und
das bewegliche Führungselement (2) in Form eines Überlaufrohrs (5) vorgesehen ist.
15. Linearführung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Führungselement (2) in Form des Überlaufrohrs (5) durch mehrere über
den Umfang des Überlaufrohrs (5) verteilte feste Führungselemente (1) in Form von
Fortsätzen der Aushebevorrichtung (6, 61, 7) geführt ist.