Duschensprühkopf
Die Erfindung betrifft einen Duschensprühkopf, der über eine Mischbatterie mit einer Mischung aus heissem und kaltem Wasser gespeist wird.
Bei plötzlichem Druckabfall in der Kaltwasserleitung, zum Beispiel durch Entnahme kalten Wassers aus einer an das gleiche Leitungssystem parallel zur Duschanlage angeschlossenen Zapfstelle, sinkt die der Mischbatterie zufliessende Kaltwassermenge plötzlich ab. Das in den Sprühkopf strömende und aus ihm austretende Wasser wird daher zu heiss und zumindest als unangenehm empfunden oder führt sogar zu Verbrühungen der Haut. Es ist daher bekannt, Mischbatterien mit Temperaturfühlern auszurüsten, durch die die zu mischenden Mengen an heissem und kaltem Wasser gesteuert werden. Derartige mit Temperaturfühlern ausgerüstete Mischbatterien sind jedoch relativ teuer und aufwendig.
Darüber hinaus hat es sich gezeigt, dass sie Strömungsverluste verursachen und ihrer Aufgabe nicht in allen Fällen gerecht werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der temperaturgesteuerten Mischbatterien, also besonders die bei ihnen auftretenden Verluste und die mit ihnen verbundenen relativ hohen Anlagekosten, zu vermeiden und einen Sprühkopf zu schaffen, durch den die geschilderten Beeinträchtigungen der Benutzer durch zu heisses Wasser trotzdem verhindert werden.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine von der Temperatur des zufliessenden Wassers mit Hilfe eines Temperaturfühlers gesteuerte Vorrichtung, die den Zerteilungsgrad des aus dem Sprühkopf austretenden Wassers abhängig von der Temperatur des dem Kopf zufliessenden Wassers verändert.
Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, aus dem Sprühkopf austretendes, zu heisses Wasser in derart feine Tröpfchen aufzulösen, dass es sich auf dem Weg bis zum Benutzer der Dusche bis auf eine für diesen angenehme Temperatur abkühlt.
Vorteilhafterweise enthält die Vorrichtung eine Zerstäubungseinrichtung, die den Zerteilungsgrad in einem ausgewählten Temperaturbereich bei steigender Temperatur erhöht und bei sinkender Temperatur erniedrigt. Es ist jedoch auch möglich, dass die Vorrichtung den Zerteilungsgrad oberhalb einer einstellbaren Temperatur sprungartig erhöht. Zu diesem Zweck können zwei parallel zueinander angeordnete, getrennte Strömungswege vorgesehen sein, von denen der eine eine Zerstäubungseinrichtung enthält, während der andere in einen Austritt mit geringer Zerteilung mündet und oberhalb einer einstellbaren Temperatur mit Hilfe eines temperaturbeeinflussten Organs verschliessbar ist.
Die Zerstäubungseinrichtung kann vorteilhafterweise aus einer Düse mit vorgeschalteter Dralleinrichtung bestehen, deren Durchlassquerschnitt und/oder Drallstärke von Hand einstellbar und von dem Temperaturfühler beeinflusst sein kann. Die Einstellbarkeit der Dralleinrichtung von Hand ermöglicht in gewissen Grenzen eine temperaturunabhängige Voreinstellung des Zerteilungsgrades und damit der Stärke des Duschstrahles, wodurch im Zusammenwirken mit der temperaturabhängigen Steuerung des Temperaturfühlers in einem kleinen Temperaturbereich eine Voreinstellung der Wassertemperatur des den Benutzer treffenden Wassers erreicht wird.
Als Temperaturfühler zur Messung der Wassertemperatur kann der Einfachheit halber ein an sich bekanntes Ausdehnungselement dienen, dessen Charakteristik in einem ausgewählten Temperaturbereich einen relativ grossen, oberhalb und unterhalb dieses Bereiches einen relativ kleinen Ausdehnungs-Koeffizienten besitzt. Derartige Ausdehnungselemente bestehen, wie an sich bekannt, aus einer mit Metallspänen durchsetzten Mischung wachsartiger Substanzen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten.
Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Sprühkopfes im Längsschnitt, bei dem zwei getrennte, parallel zueinander angeordnete Strömungswege für das Wasser vorhanden sind.
Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II von Fig. 1.
Fig. 3 stellt das Detail A von Fig. 1 in vergrössertem Massstab dar.
Fig. 4 gibt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder, das eine Zerstäubungseinrichtung mit einer Dralleinrichtung veränderlichen Durchflussquerschnittes enthält.
Fig. 5 schliesslich zeigt ein Detail der Zerstäubungseinrichtung von unten.
Gleiche Teile in allen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Mit einem Anschlussstück 1, das in einem zentral durchbohrten Kugelkopf 2 endet, wird der Sprühkopf an eine nicht dargestellte Zuführleitung für das Mischwasser über ein Innengewinde 3 angeschraubt. An dem Kugelkopf 2 ist mit Hilfe einer Überwurfmutter 4 ein Zentralstück 5, durch Lösen und Anziehen der Mutter 4 in verschiedene Richtungen einstellbar, gehalten. Das Zentralstück 5 weist innen einen Hohlraum 6 auf, der im oberen Teil zur Aufnahme des Kugelkopfes 2 als Trichter 7 ausgebildet und mit einer Dichtung 8 ausgerüstet ist. In seinem Unterteil ist der Hohlraum domartig erweitert und durch einen mit einem Kranz von Öffnungen 10 versehenen Boden 9 abgeschlossen.
In eine mit einem Gewinde versehene Zentralbohrung des Bodens 9 kann in der domartigen Erweiterung des Hohlraumes 6 ein Temperaturfühler 11 eingeschraubt sein, der die Temperatur des durch die Zentralbohrung des Anschlussstückes 1 und durch den Hohlraum 6 strömenden Wassers misst. In bekannter Weise besteht der Temperaturfühler 11 aus einem sogenannten Wachsthermostaten. Dieser besitzt für den vorliegenden Zweck etwa im Bereich zwischen 40 bis 500 C eine relativ grosse Volumenausdehnung, die im wesentlichen durch eine Änderung seines Aggregatzustandes hervorgerufen wird, und ober- bzw. unterhalb dieses Temperaturbereiches einen relativ kleinen Ausdehnungs-Koeffizienten.
An dem unteren Ende seiner Aussenseite trägt das Zentralstück 5 ein Gewinde 12, durch das das äussere Gehäuse 13 des Sprühkopfes an dem Zentralstück 5 gehalten ist. Ein in das Zentralstück eingelegter O-Ring 14 dient als Abdichtung nach aussen.
Das Gehäuse 13 besitzt in seinem Innern eine Trennwand 18, an die die den unteren Abschluss des Gehäuses bildende Abschlussplatte 15 angeschraubt ist. Durch einen Dichtungsring 17 zwischen der Platte 15, die in ihrem äusseren Bereich Öffnungen 16 zur Bildung des Duschstrahles aufweist, und dem Gehäuse 13 ist das Innere des Sprühkopfes abgedichtet.
In ihrem zentralen Bereich weist die Platte eine leicht trichterförmige Vertiefung 41 auf, in deren Sohle eine düsenartige Bohrung 19 angeordnet ist. Der von der Wand 18 umschlossene, zentrale Innenraum 20 des Sprühkopfes, der zum Hohlraum 6 hin geöffnet ist, steht über verschliessbare Durchströmöffnungen 21 mit dem von der Aussenwand des Gehäuses 13 umschlossenen Raum 22 in Verbindung.
Als Verschlussorgan für die Öffnungen 21 dient ein als Schieber ausgebildeter Ventilkörper 23, der über eine Feder 24 auf einem Düsenkörper 28 abgestützt ist und mit dem Stellstift 25 des Temperaturfühlers 11 in Verbindung steht.
Der Ventilkörper 23 trägt auf seinem äusseren Umfang einen Abdichtungsring 26 aus elastischem Material, der an der Innenseite der Wand 18 gleitet und bei Ausdehnung des Elementes 11 die Öffnungen 21 flüssigkeitsdicht verschliesst (Fig. 3).
Weiterhin besitzt der Ventilkörper 23 in gleicher Weise wie der Boden 9 des Zentralstückes 5 einen Kranz Öffnungen 27 (Fig. 2), durch die eine Strömungsverbindung zwischen dem Hohlraum 6 und dem zentralen Innenraum 20 hergestellt wird.
Der Düsenkörper 28, der in Fig. 5 in einer Ansicht von unten dargestellt ist, dient als Zerstäubungseinrichtung für das Wasser, wobei die Zerstäubung durch Erzeugung des Dralles erfolgt. Wie Fig. 5 zeigt, besitzt der Düsenkörper 28 dafür an seiner Unterseite vier tangential in seinen inneren Hohlraum 29 einmündende Kanäle 30. Der Körper 28 ruht in der Vertiefung der Platte 15 und ist durch eine an dem Ventilkörper 23 befestigte Spindel 31, die von oben in den Hohlraum 29 verschiebbar hineinragt, sowie durch Abstandshalter 32, die mit einem Ansatz 33 der Trennwand 18 zusammenwirken und in dem den Innenraum 20 mit den Kanälen 30 verbindenden Ringkanal 34 liegen, im wesentlichen konzentrisch zu der in der Mittel- oder Rotationsachse des ganzen Sprühkopfes liegenden, als Zerstäubungsdüse wirkenden Bohrung 19 gehalten.
Während des Normalbetriebes, d.h. bei Wassertemperaturen unterhalb von 4045 C, befindet sich der Ventilkörper 23 in der in Fig. 1 gezeigten Stellung. In dieser Stellung kann eine Teilmenge des zufliessenden Wassers aus dem Innenraum 20 durch die Öffnungen 21 in den Raum 22 fliessen und von dort in der üblichen Weise aus dem Gehäuse 13 durch die Öffnungen 16 als Duschstrahl austreten. Eine andere Teilmenge gelangt aus dem Raum 20 durch den Ringkanal 34 in die Kanäle 30 und den Hohlraum 29. Die tangentiale An ordnung der Kanäle 30 relativ zum Hohlraum 29 erteilt die ser Teilmenge in dem Hohlraum 29 eine starke Drallbewegung, so dass das mit diesem Drall behaftete Wasser in feinzerstäubter Form durch die Düse 19 den Sprühkopf verlässt.
Die Temperatur, bei der die Öffnungen 21 geschlossen werden, kann durch ein Drehen des Gehäuses 13 relativ zum Zentralstück 5 eingestellt und verändert werden, wobei diese beiden Teile relativ zueinander in Achsrichtung verschoben werden. Diese Verschiebung bewirkt eine mehr oder minder grosse Vorspannung der Feder 24. Um ein Einstellen der gewünschten Schliesstemperatur zu erleichtern, ist die Aussenseite des Gehäuses 13 mit einer Riffelung 35 versehen.
Erhöht sich die Temperatur des in den Hohlraum 6 einfliessenden Wassers über den eingestellten Wert, so dehnt sich das Ausdehnungselement des Fühlers 11 relativ stark aus. Der gegenüber dem Fühlergehäuse bewegliche Stellstift 25 wird dadurch nach unten verschoben und verschiebt seinerseits dabei den Ventilkörper 23 gegen die Kraft der Feder 24 ebenfalls nach unten, wodurch die Öffnungen 21 verschlossen und die Wasserzufuhr zum Raum 22 unterbrochen wird.
Das durch den Hohlraum 6 zufliessende Wasser tritt nunmehr gesamthaft auf dem Weg 34, 30, 29 und 19 aus, auf dem durch die Erzeugung des Dralles eine so feine Zerstäubung des Wassers bewirkt wird, dass es sich bis zum Auftreffen auf den Körper des Duschenden so weit abgekühlt hat, dass die geschilderten Verbrühungen verhindert werden. Bei einer bereits ausgeführten Zerstäubungseinrichtung beträgt der Weg, den das Wasser vom Sprühkopf bis zum Körper des Duschenden zurücklegen muss, um sich ausreichend abzukühlen, bei einer Zulauftemperatur von 750 C etwa 20 cm.
Bei dem bereits erwähnten Sprühkopf gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beträgt die Durchflussmenge im Normalbetrieb etwa 6-7 1/min, während durch die Düsen öffnungen allein bei zu heissem Zufluss zum Hohlraum 6 noch etwa 3 1/min verbraucht werden.
Der Sprühkopf nach Fig. 4 ist demjenigen nach Fig. 1 sehr ähnlich. Bei dem zweiten Beispiel entfällt während des Normalbetriebes jedoch die konventionelle Bildung des Duschstrahles mit Hilfe einer Lochplatte. Sie wird vollständig ersetzt durch eine Zerstäubungseinrichtung, die nahezu gleich ausgeführt ist wie diejenige nach Fig. 1.
Konstruktiv bestehen daher zum ersten Beispiel folgende Abweichungen:
Die Trennwand 18 ist ersetzt durch eine Aussenwand 38, die wie das Gehäuse 13 zur Einstellung der gewünschten Temperatur gedreht werden kann und daher ebenfalls mit einer Riffelung 35 versehen ist; weiterhin ist der Düsenkörper 28 mit Hilfe einer Mutter 36 derart auf der Spindel 31 gehalten, dass diese zwar in seinen Hohlraum hinein-, nicht aber aus ihm herausgleiten kann.
Bewegt sich daher der etwas anders ausgebildete - der Dichtring 26 fehlt - Ventilkörper 37 infolge der Federwirkung der Feder 24, die bei diesem Beispiel im Gehäuse 38 abgestützt ist, nach oben, so wird der im ersten Beispiel in der Vertiefung 41 der Platte ruhende Düsenkörper 28 vom Boden 39 des Gehäuses 38 abgehoben.
Weiterhin ist zwischen dem Düsenkörper 28 und dem Ventilkörper 37 eine Feder 40 vorgesehen, die als Überwegsicherung bei zu hohen Temperaturen des zufliessenden Wassers wirkt und dem Schutz des Ausdehnungselementes dient.
Durch das erwähnte Abheben des Düsenkörpers 28 vom Boden 39 wird eine Änderung des Durchflussquerschnittes und/oder der Drallstärke der Dralleinrichtung in Abhängigkeit von der durch den Fühler 11 gemessenen Wassertemperatur bewirkt, wobei der Durchflussquerschnitt mit sinkender Temperatur vergrössert und mit steigender Temperatur verringert wird, während sich die Drallstärke relativ zur Temperatur im umgekehrten Sinne ändert. Durch diese Änderung wird der Zerstäubungsgrad und damit die Abkühlung des Wassers auf und seine Temperatur am Ende des freien Weges variiert.
Die Abstimmungen und Einstellungen der einzelnen Elemente aufeinander erfolgt dabei wiederum so, dass der Durchflussquerschnitt der Dralleinrichtung einstellbar oberhalb von Temperaturen zwischen 40 und 450 C auf alle Fälle einen Zerstäubungsgrad zulässt, der unter allen Umständen eine ausreichende Abkühlung des zerstäubten Wassers gewährleistet.
Die Stellwege des Düsenkörpers 28 relativ zum Boden 39 sind für einen sinnvollen Bereich einer Änderung des Zerstäubungsgrades und der damit verbundenen Temperaturänderung relativ klein und betragen nur wenige Zehntel Millimeter. Daher sind bei diesem Ausführungsbeispiel Ausdehnungselemente mit unstetiger Charaktersitik besonders vorteilhaft, weil ihr Hub im wesentlichen auf einen durch geeignete Mischung der Füllung des Temperaturfühlers wählbaren Temperaturbereich beschränkt ist, so dass ohne eine Vergrösserung der Abmessungen in dem Komfortbereich zwischen beispielsweise 3545 C eine wirksame Zerstäubungsgradund damit Temperaturänderung möglich ist.
Bei dem Beispiel nach Fig. 4 wird also der Zerstäubungsgrad, d.h. die Tröpfchengrösse des Wassers nach Verlassen der Düse 19 durch die Änderung des Durchflussquerschnittes und/oder der Drallstärke der Dralleinrichtung in einem bestimmten Temperaturbereich kontinuierlich geändert, wobei oberhalb einer bestimmten, einstellbaren Temperatur eine so feine Zerstäubung sichergestellt ist, dass sich die einzelnen Wasserpartikeln bis zum Auftreffen auf den Duschenden mindestens so weit abkühlen, dass Verbrühungen verhindert werden.
Der bei beiden Beispielen erreichte, dauernde Durchfluss durch den Sprühkopf erhöht die Funktionsfähigkeit des temperaturgesteuerten Sprühkopfes beträchtlich, da dadurch der Hohlraum 6 dauernd von frischem Wasser durchsetzt wird, so dass auch der Temperaturfühler 11 immer von frischem Wasser umspült ist und ohne grosse Verzögerungen auf Temperaturänderungen des zufliessenden Wassers anspricht, insbesondere auch bei Unterschreiten der eingestellten Temperatur den Duschstrahl mit gröberer Zerteilung wieder freigibt oder die verstäubte Wassermenge erhöht und damit den Zerstäubungsgrad erniedrigt, wodurch das den Benutzer treffende Wasser eine geringere Abkühlung erfährt.
Zu heisses Wasser, das - beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 - vom Augenblick seines Eintreffens im Raum 6 bis zum Abschluss der Schlitze 21 durch diese noch austritt, mischt sich in dem Raum 22 mit Wasser, das eine erträgliche Temperatur hat. Dadurch übernimmt der Raum 22 die Aufgabe eines Puffers zur Überbrückung der Verzögerung des Temperaturfühlers 11 und verhindert dadurch, dass eine unter der Dusche stehende Person auch nur vorübergehend mit zu heissem Wasser in Kontakt kommt.
Derselbe Effekt kann bei der Ausführung gemäss Fig. 4 dadurch erreicht werden, dass der Raum 42 wesentlich grösser ausgeführt wird als dies in Fig. 4 gezeigt ist.
Falls das Wasser stark kalkhaltig ist, können zumindest einige Teile ganz oder teilweise mit Kunststoff überzogen oder aus Kunststoff hergestellt werden.