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Die
Erfindung betrifft Verbesserungen von oder bezüglich Mischventilen. Die Erfindung
weist eine spezielle, jedoch nicht ausschließliche Anwendung bei thermostatischen
Mischventilen für
Wasserversorgungseinrichtungen, wie Duschen, Bäder und Waschtischen, auf.
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Ein
thermostatisches Mischventil dieses Typs ist bereits aus dem Dokument
GB 2329691 bekannt.
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Thermostatische
Mischventile verwenden üblicherweise
ein Ventilschiffchen, welches zwischen Heiß- und Kaltsitzen hin und her
beweglich ist, um die Relativanteile von heißem und kaltem Wasser zu steuern,
welches entsprechend der Wahl eines Benutzers hinsichtlich der Auslasswassertemperatur
zu einem Auslass geliefert wird, sowie ein thermisches Steuersystem
zum Einstellen der Position des Ventilschiffchens, um Änderungen
der Temperatur und/oder des Drucks der einen oder beiden Zufuhren auszugleichen,
welche die Neigung zeigen, die eingestellte Temperatur zu ändern. Die
bekannten Ventilschiffchen haben typischerweise einen sehr geringen
Hub, wobei beispielsweise die Bewegung des Ventilschiffchens von
vollständig
kalt zu vollständig heiß üblicherweise
weniger als 1 mm und typischerweise lediglich 0,6 mm beträgt. Als
Ergebnis beeinflusst eine Versetzung des Ventilschiffchens die Strömungen von
heißem
und kaltem Wasser und dies kann eine erhebliche Wirkung auf den
Betrieb des Ventils haben. Beispielsweise fließt, falls das Ventilschiffchen
vom Heißwassersitz
ungleichmäßig abhebt,
mehr heißes
Wasser durch eine Seite des Ventils und umgekehrt mehr des kalten
Wassers durch die gegenüberliegende
Seite des Ventils, woraus sich asymmetrische Strömungen von heißem und kaltem
Wasser ergeben, die ein unvollständiges
Mischen der Ströme
erzeugen, welches das Ansprechen des thermischen Steuersystems zum
Korrigieren jeglicher Abweichung der Auslasswassertemperatur von
der gewählten
Temperatur beeinflusst. Es wurde vorgeschlagen, Gleitführungen
enger Passung zu verwenden, um das Ventilschiffchen zu den Sitzen
ausgerichtet zu halten, wobei jedoch die gleitenden Teile die Kompliziertheit
vergrößern, die
Herstellkosten erhöhen
und gegen Korrosion und Reibung durch Verkalken empfindlich sind.
Ein Versetzen oder Fluchtungsfehler des Ventilschiffchens können ferner
zu Vibrationen des Ventilschiffchens führen, welche Geräusche erzeugen
und dies insbesondere unter Betriebsbedingungen bei hohem Druck. So
erzeugt die Wassergeschwindigkeit an der Kante des Ventilschiffchens
einen Bereich niedrigen Druckes, welcher die Neigung zeigt, das
Ventilschiffchen in Richtung seines Sitzes zu ziehen und jeder Fluchtungsfehler
des Ventilschiffchens bewirkt, dass dieser Zug ungleichmäßig ist,
so dass dies Vibrationen des Ventilschiffchens gegen seinen Sitz
auslösen kann,
wobei angenommen wird, dass es eine schwankende Bewegung ist, die
Geräusche
erzeugt.
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Typischerweise
ist das Ventilschiffchen auf einem Thermostaten montiert und der
Thermostat wird gegen die Vorspannung einer Rückführungsfeder verschoben. In
traditioneller Weise handelt es sich bei der Rückführungsfeder um eine Schraubenfeder
aus Draht mit kreisförmigem
Querschnitt und dies kann zum Versetzen des Ventilschiffchens beitragen.
Insbesondere verläuft
die letzte Windung des Drahtes an beiden Enden der Schraubenfeder
nicht wie gewünscht
in einer Ebene senkrecht zur Windungsachse, sondern in einem Winkel
zur Senkrechten. Als Ergebnis kann das auf dem Thermostaten montierte
Ventilschiffchen außer
Linie zu den Ventilsitzen wegen der Neigung der letzten Windung
des Drahtes der Spirale an den Enden der Feder gedrückt werden,
so dass der Thermostat und somit das durch den Thermostaten getragene
Ventilschiffchen geringfügig
bezüglich
der axialen Richtung geneigt wird. Dieses Problem bleibt bestehen,
selbst falls die beste Qualität
von Schraubenfedern aus Draht verwendet wird.
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Allgemein
können
thermostatische Mischventile Änderungen
der Einlasswassertemperatur sehr viel besser korrigieren als Druckänderungen
am Einlass. Falls die Strömungsmenge
durch Begrenzung des Ventilauslasses verringert wird, dann werden
die Druckänderungen
am Einlass sehr viel schwieriger durch das Ventil zu korrigieren. 6 zeigt
eine Grafik des Druckverlustverhältnisses über der
Temperatur des gemischten Wassers am Auslass eines typischen thermostatischen
Mischventils für eine
eingestellte Temperatur von 40°C,
wie sie typischerweise zum Duschen gewählt wird. Das Druckverlustverhältnis ist
das Verhältnis
des höheren Druckabfalls
am Einlass zu dem niedrigeren Einlassdruckabfall über das
Mischventil. Normalerweise führt
ein höherer
Druck des Heißwassers
zu einer Zunahme der Temperatur des gemischten Wassers am Aus lass
und ein höherer
Kaltwasserdruck führt
zu Abfällen
der Temperatur des gemischten Wassers am Auslass. Die Temperaturabweichungen
für Druckverluste,
welche die Neigung zeigen, die eingestellte Wassertemperatur zu
erhöhen,
sind höher
als diejenigen, welche die Neigung zeigen, die eingestellte Wassertemperatur
zu verringern, da die eingestellte Wassertemperatur üblicherweise
näher an
der Einlasstemperatur des Heißwassers
als an der Einlasstemperatur des Kaltwassers liegt. Wie gezeigt, beträgt die Breite
der Temperaturvariation etwa 6°C.
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Dies
ist für
viele Anwendungsfälle
unannehmbar, beispielsweise bei Gesundheitspflegeinstallationen
und zur Zeit sind die Leistungsanforderungen an diese Anwendungsfälle dadurch
erreichbar, dass das Ansprechen des Ventils abgeschrägt wird,
um die Größe der heißen Abweichungen
zu verringern, welche das Risiko erzeugen könnten, sich zu verbrühen, woraus
sich konsequenterweise ein Ansteigen der Größe der Kaltabweichungen ergibt,
welche, obwohl sie durch den Benutzer merkbar sind, eine geringere
Gefahr darstellen. Die Heißwasser- und
Kaltwasserströme
werden in vielen Fällen
unvollständig
gemischt, während
sie am Thermostat vorbeiströmen
und Änderungen
der Geometrie des Wasserweges können
die Temperatur am Thermostat verändern.
Als Resultat erfolgt das Abschrägen des
Ansprechens üblicherweise
auf Basis von Versuch und Irrtum, bis ein Ansprechen erreicht wird, welches
die Norm erfüllt.
Dies ist ineffizient und es besteht nach wie vor eine Möglichkeit,
dass ein Ventil unter Bedingungen verwendet werden könnte, in
welchen die Drücke
von Kaltwasser und Heißwasser nicht
gleich sind, was zu heißeren
Temperaturabweichungen als beabsichtigt führen kann. Ferner kann es nicht
immer möglich
sein, die Leistungsanforderungen durch Abschrägen des Ansprechens des Ventils
zu erfüllen.
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Die
vorliegende Erfindung strebt an, ein Mischventil zu schaffen, bei
welchem die oben erwähnten
Probleme vermieden oder zumindest gemildert werden.
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Gemäß einem
ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein thermostatisches Mischventil
mit entsprechenden Einlässen
zum Anschluss an die Zufuhr von heißem und kaltem Wasser und einem
Auslass für
in der Temperatur gesteuertes Wasser geschaffen, bei welchem ein
Ventilteil zwischen Heiß-
und Kaltwassersitzen beweglich ist, um die relativen Anteile von
in einer Mischkammer geleitetem heißen und kalten Wasser zu ändern, mit
thermostatischen Mitteln, welche auf die Wassertemperatur in der
Mischkammer ansprechen, um die Bewegung des Ventilteils entsprechend
einer verstellbaren Wahl der Wassertemperatur am Auslass zu steuern, und
mit einer Feder, welche den Ventilteil vorspannt, wobei die Feder
eine Wellenfeder umfasst.
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Durch
Verwendung einer den Ventilteil vorspannenden Wellenfeder wird die
Fluchtung des Ventilteils bezüglich
der Ventilsitze verbessert. Insbesondere können die freien Enden der Wellenfeder
relativ zueinander versetzt und aus dem Quadrat relativ zur Längsachse
der Feder herausgebogen sein, so dass die Feder den Montagebedingungen
im Mischventil entspricht, ohne den Ventilteil außer Fluchtung zu
den Sitzen zu drücken.
Es wurde gefunden, dass die Leistung von Mischventilen, welche die
Wellenfeder nach der vorliegenden Erfindung verwenden, sehr viel
konsistenter ist als bei Mischventilen mit üblichen traditionellen Schraubenfedern
aus Draht.
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Bevorzugt
wird die Wellenfeder aus streifenförmigem Material, beispielsweise
rostfreiem Stahlband, hergestellt, welches einen quer verlaufenden Querschnitt
aufweist, wobei die Breite des Bandes die Höhe des Bandes überschreitet.
Insbesondere kann das Band einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
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Bevorzugt
erstreckt sich eine letzte, an beiden Enden der Wellenfeder liegende
Windung im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Längsachse
der Feder. Auf diese Weise bilden die Windungen an den Enden der
Feder eine Oberfläche
zur Montage fluchtend mit Oberflächen
senkrecht zur Federachse und tragen ferner zur Ausrichtung des Ventilteils
bei.
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Bevorzugt
weist jede Windung der Feder quer verlaufende Wellen auf, die derart
angeordnet sind, dass die Wellen benachbarter Windungen Gipfel an
Gipfel liegen. Die quer verlaufenden Wellen können eine gleichmäßige Wellenlänge aufweisen und
für jede
Windung der Feder (das heißt
eine Einzeldrehung durch 360°)
kann eine ungerade Anzahl halber Wellenlängen vorgesehen sein, so dass
die quer verlaufenden Wellen benachbarter Windungen Gipfel an Gipfel
liegen. Bevorzugt sind 5 halbe Wellenlängen in jeder Windung der Feder
vorgesehen. Das Band kann in Form einer sinusförmigen Welle in Richtung seiner
Länge vorliegen.
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Bevorzugt
umfasst die Wellenfeder eine Rückstellfeder,
welche den Ventilteil in Richtung des Kaltwassersitzes vorspannt.
Alternativ oder zusätzlich
umfasst die Wellenfeder eine Überlastungsfeder, welche
den Ventilteil in Richtung der thermostatischen Mittel vorspannt.
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Alternativ
kann die Wellenfeder aus einem Bandmaterial hergestellt sein, welches
um eine Längsachse
gewunden ist, um eine Vielzahl aufeinanderfolgender Federwindungen
zu formen, die sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende
erstrecken, wobei jede Federwindung eine Wellenform mit Wellenkämmen und
Wellentälern
aufweist, wobei benachbarte Federwindungen derart geformt sind,
dass Wellenkämme
einer Federwindung an Wellentälern
der anderen Federwindung anliegen.
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Bevorzugt
erstrecken sich die ersten und zweiten Enden der Wellenfeder normal
zur Längsachse.
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Bevorzugt
ist das Bandmaterial von einem flachen rechteckigen Querschnitt,
welcher eine Breite und eine Höhe
aufweist, wobei die Breite höher
ist als die Höhe.
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Bevorzugt
ist die Wellenfeder eine Rückstellfeder
oder eine Überlastfeder.
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Bevorzugt
ist die Wellenfeder in einem thermostatischen Mischventil vorgesehen.
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Alternativ
kann die Feder aus einem Metallband bestehen, wobei mindestens ein
Paar benachbarter Windungen der Feder mit einander gegenüberliegenden
Gipfeln versehen ist, die miteinander in Berührung stehen.
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Die
Steuermittel können
ein Proportionierungsventil umfassen, bevorzugt thermostatisch gesteuert,
und die Feder kann eine Rückstellfeder und/oder
eine Überlastfeder
sein.
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Alternativ
kann der Strom von Kaltwasser oder Heißwasser in die Mischkammer
eine Reihe von Strahlen formen, die derart angeordnet sind, dass
sie die Strömung
des jeweils anderen von Kaltwasser oder Heißwasser schneiden.
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Durch
Anordnung eines der Heißwasser- und
Kaltwasserströme
in einer Reihe von Strahlen, welche die andere Strömung schneiden,
können
die Proportionen von Heißwasser
und Kaltwasser, die sich an der Oberfläche der thermostatischen Mittel mischen,
derart gestaltet werden, dass sie auf den Einlasswasserdruck ansprechen,
um so die Temperaturänderung,
welche normalerweise an der Oberfläche der thermostatischen Mittel
auftreten, zu ergänzen
und ein verstärktes
Ansprechen der thermostatischen Mittel zu erzeugen.
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Bevorzugt
ist die Reihe von Strahlen durch die Kaltwasserströmung zur
Mischkammer gebildet. Bei einer bevorzugten Anordnung erfolgt die
Heißwasserströmung in
die Mischkammer in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu den
Strahlen aus Kaltwasser. Beispielsweise kann das Heißwasser
radial nach innen in Richtung der thermostatischen Mittel fließen, während die
Strahlen aus Kaltwasser axial strömen, um sich mit dem Heißwasser
zu schneiden. Alternativ kann die Reihe von Strahlen durch den Heißwasserstrom
in die Mischkammer gebildet sein.
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Bevorzugt
ist die Ventileinrichtung ein Schiffchenventil, welches einen zylindrischen
Ventilteil aufweist, der ringförmige
Heißwasser-
und Kaltwassersitzflächen
an einander gegenüberliegenden
Enden aufweist, um mit Heißwasser-
und Kaltwassersitzen zusammenzuarbeiten, um das Verhältnis von
heißem und
kaltem Wasser zu steuern, welches in die Mischkammer eingelassen
wird, und eine Reihe von Strahlen wird durch eine Vielzahl von Öffnungen
nahe der Heißwassersitzfläche gebildet.
Auf diese Weise schneidet das durch die Öffnungen strömende Kaltwasser
das Heißwasser,
welches radial nach innen zwischen dem Heißwassersitz und der Heißwassersitzfläche des
Ventilteils strömt.
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Bevorzugt
kann das Muster der Öffnungen verändert werden,
um die thermischen Steuereigenschaften des Mischventils zu verstellen.
Beispielsweise können
die Öffnungen
in einem ringförmigen Muster
angeordnet sein, derart, dass die Wärmesteuercharakteristik des
Mischventils geändert
werden kann, indem eines oder mehrere von Teilkreisdurchmesser der
Anordnung, Anzahl der Öffnungen, Größe und/oder
Form der Öffnungen
und Orientierung der Öffnungen
geändert
wird. Auf diese Weise soll erreicht werden, dass das Mischventil
auf verschiedene Leistungsanforderungen „getunt" werden kann, indem ein entsprechendes
spezielles Muster der Öffnungen
gewählt
wird.
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Bevorzugt
ist ein Mittel vorgesehen, um einen Teil des Wassers von dem thermostatischen
Mittel wegzuleiten. Die Strömung
kann weggeleitet werden, um die den Thermostaten enthaltende Kammer auf
einem Nebenweg zu vermeiden, und sich mit dem nicht abgeleiteten
Strom stromabwärts
des Thermostaten zu vereinigen. Beispielsweise kann die abgeleitete
Strömung
zum Auslass geliefert werden, um sich mit dem Wasser von der den
Thermostaten enthaltenden Kammer zu mischen. Alternativ kann die
Strömung
von dem Thermostaten innerhalb der den Thermostaten enthaltenden
Kammer weggeleitet werden. Beispielsweise kann die abgeleitete Strömung in
einem Außenbereich
der die Mischkammer enthaltenden Kammer begrenzt werden.
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Bei
einer Anordnung ist die Ableitungseinrichtung derart angeordnet,
dass ein Anteil des Heißwassers
von dem Thermostaten weggeleitet wird. Durch Wegleiten eines Anteils
des heißeren
Wassers von den thermostatischen Mitteln werden Temperaturabweichungen
des gemischten Wassers oberhalb der gewünschten Wassertemperatur, welche
durch Änderungen
der Drücke
des eingelassenen Wassers hervorgerufen werden, reduziert. Ferner
kann, wenn der abgeleitete Strom die den Thermostaten enthaltende
Kammer auf einem Nebenweg umströmt,
die Gesamtströmungsmenge
durch das Ventil vergrößert werden.
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Es
ist offensichtlich, dass bei obiger Anordnung beim Ansteigen des
Kaltwasserdrucks (oder Abfallen des Heißwasserdrucks) der Thermostat
einen größeren Temperaturabfall
erkennt als er es normalerweise erkennen würde und dies erzeugt ein verbessertes
Ansprechen. Gleichermaßen,
wenn der Kaltwasserdruck fällt
(oder der Heißwasserdruck
ansteigt), sieht der Thermostat eine größere Temperaturzunahme als
er es normalerweise sehen würde, und
dies erzeugt ein verbessertes Ansprechen. Ferner durch Ableiten
eines Teils des Heißwasserstroms weg
vom Thermostaten bleibt der Thermostat in einem Wasser mit einer
niedrigeren Temperatur als die tatsächliche Auslasstemperatur,
wo sich der Hauptstrom und der abgeleitete Strom wieder vereinigen und
dies erzeugt ebenfalls ein verbessertes Ansprechen.
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Alternativ
kann der Ventilteil ein Schiffchenventil sein, um mit Heißwasser-
und Kaltwassersitzen zusammenzuarbeiten, und die Sitzflächen und
Dichtungen haben im Wesentlichen den gleichen Durchmesser derart,
dass die Heißwasser-
und Kaltwasserdrücke
an den Einlässen
auf das Schiffchen keine Axialkräfte
ausüben.
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Diese
und andere Merkmale und Vorteile und Vorzüge der Erfindung in jedem ihrer
Gesichtspunkte ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines thermostatischen
Mischventils lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen, worin
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Patroneneinheit nach einer Ausführungsform
der Erfindung für
ein Mischventil ist;
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2 eine
isometrische Ansicht der Patroneneinheit gemäß 1 ist, bei
dem ein Teil weggeschnitten ist, um innere Bauteile der Patroneneinheit zu
zeigen;
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3 eine
Schnittansicht in Längsrichtung durch
die in 1 und 2 gezeigte Patroneneinheit ist;
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4 eine
perspektivische Ansicht der Rückstellfeder
der Patroneneinheit ist;
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5 eine
Grafik der Temperatur über
dem Druckverlustverhältnis
für ein
thermostatisches Mischventil nach der Erfindung ist, und
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6 eine
Grafik der Temperatur über
dem Verlustverhältnis
für ein
typisches thermostatisches Mischventil ist.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 bis 4 ist eine
thermostatische Patroneneinheit 1 eines Mischventils für eine Wasserversorgungseinrichtung, wie
beispielsweise eine Dusche, Bad oder Waschtisch gezeigt. Die Patroneneinheit 1 ist
herausnehmbar in einem Gehäuse
(nicht dargestellt) des Mischventils montiert und weist eine Ringnut 10 für eine O-Ringdichtung 10a (2)
auf, um die Patroneneinheit 1 in dem Ventilgehäuse abzudichten.
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Die
Patroneneinheit 1 weist ein Paar von Ansätzen 2, 3 auf,
welche mit einem Paar diametral einander gegenüberliegender Kerben in dem
Ventilgehäuse
in Eingriff gebracht werden können,
um eine Drehung der Patroneneinheit 1 in dem Ventilgehäuse zu verhindern
und um die Patroneneinheit 1 derart anzuordnen, dass die
Einlässe
an dem Ventilgehäuse
für den
Anschluss an Heiß-
bzw. Kaltwasserzufuhren mit einem Heißwassereinlass 4 und
einem Kaltwassereinlass 5 an der Patroneneinheit 1 auszurichten.
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Die
Einlässe 4, 5 sind
bezüglich
der gegenüberliegenden
Einlässe
in dem Ventilgehäuse
durch O-Ringe (nicht dargestellt) abgedichtet, die in ringförmigen Nuten 6, 7 in
der Außenfläche der
Patroneneinheit 1 um die Einlässe 4, 5 aufgenommen
sind. Am Unterende der Patroneneinheit 1 befindet sich ein
Auslass 11 zur Ausgabe von auf die gewünschte Temperatur in der Patroneneinheit 1 gemischtem Wasser
an einen Auslass des Ventilgehäuses,
welcher an eine Ausgabevorrichtung einer Wascharmatur, beispielsweise
einen Schlauch und einen Duschkopf, angeschlossen werden kann.
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Die
Einlässe 4, 5 stehen
in Verbindung mit einer entsprechenden jeweiligen Einlasskammer 8, 9, die
durch ein Schiffchenventil 13 voneinander getrennt sind,
welches in der Patroneneinheit 1 zwischen einem Heißwassersitz 14 und
einem Kaltwassersitz 15 beweglich angeordnet ist, um die
relativen Anteile von heißem
und kaltem Wasser zu steuern, welche von den Einlasskammern 8, 9 in
eine ringförmige
Mischkammer 12 eingelassen werden.
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Der
Kaltwassersitz 15 ist aus hartem Kunststoff hergestellt
und in seiner Position festgelegt. Der Heißwassersitz 14 ist
Teil eines Heißwassersitzgehäuses 18,
welches in die Patroneneinheit 1 hineingeschraubt und axial
verstellbar ist, um den Abstand zwischen den Sitzen 14, 15 zum
Einstellen des Bewegungsweges des Schiffchens 13 entsprechend unterschiedlicher
Betriebs-/Leistungsanforderungen einzustellen. Bei dieser Ausführungsform
besteht der Heißwassersitz 14 aus
einem nachgiebigen thermoplastischen Elastomer, wobei jedoch dies
nicht notwendig ist und andere zweckdienliche Materialien verwendet
werden können,
so dass beispielsweise der Heißwassersitz 14 aus hartem
Kunststoff hergestellt werden kann. Gleichermaßen kann der Kaltwassersitz
aus irgendeinem zweckdienlichen Material hergestellt werden.
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Das
Schiffchenventil 14 ist ein hohler rohrförmiger Bauteil
mit einer ringförmigen
Sitzfläche 29 an einem
Ende zum Eingriff mit dem Kaltwassersitz 15 und einer ringförmigen Sitzfläche 13 am
anderen Ende zum Eingriff mit dem Heißwassersitz 14. Zwischen
diesen Enden weist das Schiffchen 13 eine Nut 31 auf,
welche eine Trenndichtung 32 für den gleitenden dichtenden
Eingriff gegen eine nach innen weisende Oberfläche 33 des Patronengehäuses aufnimmt.
Die Sitzflächen 29, 30 an
dem Schiffchen 13 und die Trenndichtung 32 weisen
den gleichen Durchmesser auf, so dass die Drücke von heißem und kaltem Wasser keine
Axialkräfte
auf das Schiffchen 13 ausüben, die zu Fluchtungsfehlern
oder Vibrationen des Schiffchens 13 führen können.
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Das
Schiffchen 13 ist gleitbar auf einem wachsgefüllten Thermostaten
durch eine innere Rippe 23 nahe der Sitzfläche 30 montiert
und gegen einen runden Vorsprung 49 des Thermostaten 25 durch
eine Überlastfeder 26 vorgespannt,
welche zwischen der Rippe 23 und einer Haltehülse 27 wirksam
ist, die auf den Thermostaten 25 aufgeschraubt ist. Auf
diese Weise folgt das Schiffchen 13 der Axialbewegung des
Thermostaten, um die Position des Schiffchens 13 zwischen
den Heiß-
und Kaltwassersitzen einzustellen.
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Der
Thermostat 25 erstreckt sich axial in der Patroneneinheit 1 und
weist eine Betätigungsstange 35 auf,
die von einem Ende innerhalb der Hülse 27 vorsteht. Die
Betätigungsstange 25 fährt aus
und zieht sich zurück
in Abhängigkeit
von der Volumenänderung
der Wachsfüllung,
welche durch Temperaturänderungen
des Wasser hervorgerufen wird, welches über den Thermostaten 25 strömt.
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Das
andere Ende des Thermostaten 25 erstreckt sich axial in
eine Strömungsführung 38,
welche Wasser von der Mischkammer 12 zum Auslass 11 richtet.
Die Strömungsführung 38 weist
Rippen 39 auf, die in Eingriff mit dem runden Vorsprung 49 des Thermostaten 25 stehen,
und eine Rückführungsfeder 42 in
Form einer Wellenfeder ist zwischen dem Heißwassersitzgehäuse 18 und
der Strömungsführung 38 wirksam,
um den Thermostaten 25 entgegen von dem Benutzer betätigbaren
Steuermitteln zur Wahl einer gewünschten
Wassertemperatur vorspannt.
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Die
Steuerungsmittel umfassen eine Antriebsspindel 40, welche
durch einen Steuerknopf (nicht dargestellt) drehbar ist, der am
Außenende
der Antriebsspindel 40 montiert ist, und eine Antriebsmutter 36,
welche in das Innenende der Steuerspindel 40 eingeschraubt
ist. Die Antriebsmutter 36 ist gegen eine Drehung festgehalten
angeordnet, so dass eine Drehung der Steuerspindel 40 eine
Axialbewegung der Antriebsmutter 36 hervorruft.
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Diese
axiale Bewegung wird auf den Thermostaten 25 durch Eingriff
einer Antriebsstange 37 an der Unterseite der Antriebsmutter 36 mit
der Betätigungsstange 35 übertragen,
um die Position des Ventilschiffchens 13, welches durch
den Thermostaten 25 getragen ist, zwischen den Heiß- und Kaltwassersitzen 14, 15 einzustellen,
um die relativen Anteile von heißem und kaltem Wasser zu ändern, welche
in die Mischkammer 12 entsprechend der Wahl des Benutzers
hinsichtlich der gewünschten
Wasserauslasstemperatur eingelassen werden.
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Bei
der Benutzung expandiert die Wachsfüllung, um die vorstehende Länge der
Betätigungsstange 35 zu
vergrößern, falls
die Temperatur des gemischten Wassers über die eingestellte Temperatur ansteigt
und zieht sich zusammen, um die vorstehende Länge der Betätigungsstange 35 zu
verringern, falls die Temperatur des gemischten Wassers unter die
eingestellte Temperatur abfällt.
Als Ergebnis wird der Thermostat 25 verschoben und trägt mit sich
das Schiffchen 13, um das Verhältnis von heißem und kaltem
Wasser zu ändern,
welches in die Mischkammer 12 eingelassen wird, um dadurch
die Temperaturänderung
gegenüber
der gewählten
zu korrigieren.
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Im
Einzelnen wird das Schiffchen 13 in Richtung des Heißwassersitzes 14 bewegt,
um die Strömung
heißen
Wassers zu verringern und die Strömung kalten Wassers zu vergrößern, um
einen Temperaturanstieg zu korrigieren und wird in Richtung des
Kaltwassersitzes bewegt, um die Strömung kalten Wassers zu verringern
und die Strömung
heißen Wassers
zu vergrößern, um
einen Temperaturabfall zu korrigieren.
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Falls
die Temperatur des gemischten Wassers das erlaubte Maximum überschreitet,
beispielsweise falls die Kaltwasserversorgung ausfällt, bewirkt die
Expansion der Wachsfüllung,
dass das Schiffchen 13 bewegt wird, bis die Sitzfläche 30 in
Eingriff mit dem Heißwassersitz 14 gelangt,
um die Strömung heißen Wassers
abzuschalten. Eine weitere Längung der
Betätigungsstange 35 wird
durch Zusammendrücken
der Überlastfeder 26 aufgenommen,
um eine Beschädigung
der inneren Bauteile der Patroneneinheit 1 zu verhindern.
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Wir
am besten aus 4 ersichtlich, ist die Wellenfeder 42 aus
einem Band 46 aus Federmaterial, wie beispielsweise rostfreiem
Stahl, hergestellt, welches einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
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Das
Band 46 weist eine gewellte Form mit quer verlaufenden
Wellen 46a auf, die die Form einer Sinuswelle in Richtung
der Länge
des Bandes 46 aufweisen. Das Band 46 ist allgemein
in eine spiralförmige
Gestalt mit einer Vielzahl von Windungen 44 um eine Längsachse
geformt. Jede Windung 44 der Feder 42 weist eine
Vielzahl von Wellen 46a mit Spitzen auf, die durch Wellenkämme und
Täler gebildet
sind. Bei dieser Ausführungsform
ist jede Windung 44 derart gestaltet, dass sie 5 halbe
Wellenlängen
enthält und
die Wellen 46a benachbarter Windungen 44 Gipfel
an Gipfel sitzen.
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Das
Band 46 an jedem Ende 45a, b der Feder ist nicht
in Form einer Sinuswelle, sondern windet sich in einer Ebene herum,
welche senkrecht zur Achse der Spirale liegt, um „flache" Oberflächen zu erzeugen,
welche auf der Führung 38 und
dem Heißwassersitzgehäuse 18 sitzen.
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Die
Konstruktion der Feder 42 aus einem dünnen Metallband flachen rechteckigen
Querschnitts in der Form von Sinuswellen, wobei benachbarte Windungen
Gipfel auf Gipfel liegen, macht die Feder 42 in der Kompression
stark und in der Torsion schwach.
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Als
Resultat kann die Feder 42 die axiale Steifigkeit einer üblichen
Schraubenfeder aus Draht bieten, um die Betriebsanforderungen zu
erfüllen,
jedoch mit einer niedrigeren seitlichen Steifigkeit, so dass, falls
ein Ende der Feder festgelegt ist, sich das andere Ende seitlich
bewegen kann, um es zu ermöglichen,
dass die Enden der Feder leicht dem zusammenpassenden Teil der Führung 38 und
des Heißwassersitzgehäuses 18 entspricht,
ohne diese aus ihrer Lage zu drücken.
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Dieses
Verhalten wird ferner im Vergleich einer konventionellen Schraubenfeder
aus Draht durch die Fähigkeit
der Enden der Feder verbessert, dass diese aus dem rechten Winkel
zur Spiralenachse herausgebogen werden können, um „flache" Oberflächen für den Eingriff mit den dazugehörigen Teilen der
Führung 38 und
des Heißwassersitzgehäuses 18 zu
liefern.
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Es
ist offensichtlich, dass die Verringerung des Widerstandes gegen
die seitliche Verschiebung der Enden der Feder 42 ohne
axiale Steifigkeit zu opfern, es den Enden der Feder 42 erlaubt,
relativ zueinander versetzt zu sein, während die Dichtflächen an
dem Schiffchen 13 rechtwinklig bezüglich der Sitze 14, 15 verbleiben,
um eine gleichmäßige Strömung von
Wasser über
die Sitze 14, 15 zu unterstützen.
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Auf
diese Weise werden asymmetrische Strömungsmuster, welche auftreten
könnten,
falls das Schiffchen gekippt ist, vermieden, oder erheblich verringert,
mit dem Ergebnis, dass das Ansprechen des Mischventils voraussagbarer
und zuverlässiger ist
und eine konsistentere Leistung zwischen ähnlichen Ventilen erzeugt.
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Es
wird erwartet, dass dies Vorteile und Vorzüge für die Entwicklung und Produktionstests
haben wird und es gleichzeitig leichter machen wird, Ventile zu
konstruieren, um die Leistungsanforderungen unterschiedlicher Normen
zu erfüllen,
welche beispielsweise zwischen kommerziellen, häuslichen und Anwendungen der
Gesundheitspflege bestehen. Insbesondere kann es nicht länger notwendig
sein, jedes Ventil zu testen, wobei das Auftreten von Versagen im
Test eine Überarbeitung
erfordert, so dass die damit verbundenen Kosten verringert werden
können.
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Ein
weiterer Vorzug, der sich aus der unterschiedlichen seitlichen Steifigkeit
der Feder 42 im Vergleich mit einer typischen Schraubenfeder
aus Draht ergibt, besteht darin, dass die Feder 42 eine unterschiedliche
natürliche
Vibrationsfrequenz aufweist, von der angenommen wird, dass diese
dazu beiträgt,
zu verhindern, dass das Schiffchen 13 gegen die Sitze vibriert,
wenn es dicht am Ende seiner Bewegung ist. Als Resultat kann die
Erzeugung von Geräuschen
aus derartigen Vibrationen vermieden oder erheblich verringert werden.
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Der
Betrieb des Ventils wird erfindungsgemäß ebenfalls dadurch verbessert,
dass die Rippe 23 mit einer Vielzahl durchgehender Öffnungen 34 versehen
ist, welche gleichmäßig in Umfangsrichtung um
den Thermostaten 25 voneinander beabstandet sind. Als Resultat
tritt das kalte Wasser in die Mischkammer 12 in einer Reihe
von Strahlen parallel zur Achse des Schiffchens 13 ein.
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Das
Heißwasser
betritt die Mischkammer 12 als dünner Film, welcher in radialer
Richtung nach innen als dünner
Film hineinspritzt, um sich mit den axialen Strahlen von Kaltwasser
aus den Löchern 34 in der
Rippe 23 zu schneiden. Dies trägt zur Verbesserung des Mischens
von Heiß-
und Kaltwasserströmen
bei, um die Mischwassertemperatur durch den Thermostaten 25 zu
erfassen, welcher in der Mischkammer 12 angeordnet ist.
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Ferner,
falls sich einer der Drücke
des Einlasswassers ändert,
vergrößert die
Anordnung der Strahlen von Kaltwasser, welche die Strömung des Heißwassers
schneiden, die Temperaturänderung, die
durch den Thermostaten 25 erfasst wird, und erzeugt so
eine verstärkte
Reaktion vom Thermostaten 25.
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Somit,
falls das Heißwasser
einen höheren Druck
aufweist als das Kaltwasser, hat es eine höhere Geschwindigkeitsenergie
als das kalte Wasser und zeigt die Neigung, die Strahlen von kaltem
Wasser zu durchdringen, wodurch die mittlere Temperatur des über den
Thermostaten fließenden
Wassers mehr ansteigt als dies einfach wegen der Zunahme des Heißwasserdruckes
der Fall wäre.
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Entsprechend,
falls der Kaltwasserdruck höher
ist als der des Heißwassers,
durchdringen die Strahlen an kaltem Wasser den Heißwasserfilm,
wodurch die mittlere Temperatur des über den Thermostaten 25 fließenden Wassers
stärker
abfällt
als es einfach aufgrund des Anstiegs des Kaltwasserdrucks der Fall
wäre.
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Dies
ermöglicht
es, dem Thermostaten 25 das Schiffchen 13 bei
geringerer Änderung
der Temperatur des gemischten Wassers, welches den Patronenauslass 11 verlässt, in
eine neue Position zu bewegen. Als Resultat werden Temperaturabweichungen
des gemischten Wassers von der eingestellten Temperatur, die durch Änderungen
des Einlasswasserdrucks hervorgerufen werden, verringert.
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5 zeigt
die Eigenschaften des Ventils hinsichtlich Temperatur über Druckverlust
für eine eingestellte
Temperatur von 40°C,
wie sie typischerweise zum Duschen gewählt wird, und es ist ersichtlich,
dass der gesamte Bereich der Temperaturabweichung wegen Druckänderungen,
welche die Neigung zeigen, die Wassertemperatur zu erhöhen oder zu
verringern, etwa 3°C
beträgt.
Dies stellt eine erhebliche Verbesserung gegenüber vorhandenen Mischventilen
dar, wie dies zuvor unter Bezugnahme auf 6 beschrieben
wurde.
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Bei
dieser Ausführungsform
sind die Löcher 34 von
gleicher Größe und Form
und bilden ein ringförmiges
Muster von Strahlen, welche gleichmäßig in Umfangsrichtung beabstandet
sind. Es ist jedoch offensichtlich, dass die Abmessungen und Orientierung
der Löcher 34 geändert werden
kann, um die thermischen Steuereigenschaften der Patroneneinheit 1 einzustellen,
um spezielle Leistungsanforderungen zu erfüllen. Indem beispielsweise
die Löcher 34 kleiner
gemacht werden, wird die Kaltwassergeschwindigkeit vergrößert und
die Gesamtspanne an Temperaturabweichungen verringert. Die Wirkungen werden
weiter verstärkt,
falls die Anzahl der Löscher vergrößert wird.
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Das
Ansprechen des Ventils wird ferner verbessert, indem ein Spalt 47 zwischen
der Strömungsführung 38 und
dem Heißwassersitzgehäuse 18 vorgesehen
wird, welcher es erlaubt, dass ein Anteil des heißeren Wassers
in der Mischkammer 12 von dem Thermostaten 25 weggeleitet
wird und aus der Patroneneinheit 1 über Schlitze 43 in
dem Heißwassersitzgehäuse 18 herausströmt, wo es
sich mit dem Wasser von dem Auslass 11 verbindet.
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Der
abgelenkte Strom heißeren
Wassers vermeidet den Teil des Thermostaten 25, welcher sich
in die Strömungsführung 38 erstreckt,
so dass der Thermostat im Wasser liegt, welches geringfügig kälter ist
als die tatsächliche
Temperatur des Auslasswassers von dem Ventil und dies unterstützt das Ansprechen
des Thermostaten 25, um die Temperatur des Auslasswassers
gegenüber
dem gewählten zu ändern.
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Ein
weiterer Vorteil des Ableitens eines Teils der Strömung heißeren Wassers
durch Vermeiden des Thermostaten 25 besteht darin, dass
die gesamte Strömungsmenge
durch das Ventil vergrößert wird.
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Bei
einer Abwandlung (nicht dargestellt) ist die abgeleitete Strömung von
heißerem
Wasser auf den Außenbereich
der Kammer beschränkt,
in welcher der Thermostat enthalten ist, so dass der Thermostat
wiederum in Wasser liegt, welches geringfügig kälter ist als das der tatsächlichen
Temperatur des Auslasswassers von dem Ventil.
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Es
ist offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen
beispielhaften Ausführungsformen
beschränkt
ist. Beispielsweise kann die Form und/oder Größe und/oder der Abstand der
Löcher,
welche die Kaltwasserstrahlen erzeugen, geändert werden, um irgendeine
gewünschte
Leistungseigenschaft zu schaffen.
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Es
ist geplant, das Schiffchen aus Kunststoffmaterial durch Gießen herzustellen,
wobei Gussformen mit austauschbaren Einsätzen verwendet werden, so dass
das Muster der Löcher
in der Rippe leicht geändert
werden kann, was von den Leistungsanforderungen des Mischventils
abhängt.
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Auf
diese Weise können
die Löcher
maßgeschneidert
werden, um Variationen der Leistung eines Mischventils auszugleichen,
die durch Konstruktion des Ventilgehäuses hervorgerufen sind, beispielsweise
bei Bad/Duschmischern, welche ein großes gegossenes Messinggehäuse aufweisen,
welches Variationen in der Leistung des Mischventils hervorrufen
kann.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
ist die den Ventilteil in Richtung des Kaltwassersitzes vorspannende
Rückstellfeder
eine Wellenfeder aus flachem Metallband und die den Ventilteil in Richtung
des Thermostaten vorspannende Überlastfeder
eine Schraubenfeder, die aus rundem Metalldraht hergestellt ist.
Es ist jedoch offensichtlich, dass die Überlastfeder ebenfalls eine
Wellenfeder aus flachem Metallband ähnlich der Rückstellfeder
sein kann. Alternativ kann die Überlastfeder
eine Wellenfeder aus flachem Metallband sein und die Rückstellfeder
eine Schraubenfeder aus rundem Metalldraht. Das flache Metallband
kann einen rechteckigen Querschnitt oder eine anderen zweckdienlichen Querschnitt,
beispielsweise trapezförmig,
aufweisen.
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Andere
Variationen und Abwandlungen, die innerhalb des Schutzumfangs der
Erfindung, wie sie durch die beiliegende Ansprüche definiert sind, vorgenommen
werden können,
sind dem Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich.