Die vorliegende Erfindung betrifft einen Thermostat für ein Mischaggregat zum Mischen einer durchfliessenden kalten, mit einer durchfliessenden heissen Flüssigkeit auf eine wählbare Gemischtemperatur, wobei das Mischaggregat eine in einem Gehäuse angeordnete Mischkammer und ein Durch fluss-Gemischtemperatur-Einstellteil umfasst.
Zur Verwendung in Mischaggregaten sind die verschiedenartigsten Thermostaten bekannt. So kommen Flachmembranen, Vielfachmembranen oder Bimetallelemente zur Anwendung. Alle Thermostatelemente sind jedoch der schädlichen direkten Berührung mit den strömenden Flüssigkeiten ausgesetzt. Insbesondere bei Haushaltarmaturen kann das zufliessende Wasser durch Säure, Kalk oder sonstige Partikel verunreinigt sein. Solche Verunreinigungen führen unter dem Einfluss von Temperatur- und Geschwindigkeitsänderungen innerhalb des Mischaggregates sowie eventuell wegen chemischen Reaktionen zu schädlichen Ablagerungen, eventuell sogar zu Säurefrass oder Kavitationen. Damit wird die Funktion des Thermostaten erheblich gestört.
Ein weiterer Nachteil bekannter Thermostaten besteht darin, dass sie nicht in allen Fällen die gewünschteFeinfühligkeit aufweisen und dass sie keine genügend hohe Verstellkraft anzugeben vermögen, welche zur einwandfreien Funktion bestimmter Mischaggregate erforderlich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Thermostat anzugeben, welcher die gewünschte Sicherheit gegen Funktionsstörungen aufweist, welcher ein hohes Mass an Feinfühligkeit besitzt und welcher genügend grosse Verstellkräfte zu liefern in der Lage ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zur Beeinflussung des Durchfluss-Gemischtemperatur-Einstellteils ein Stabmembran-Thermostatelement vorgesehen ist, wobei die Stabmembran aus einem allseitig geschlossenen Hohlzylinder mit gummielastischem Mantel besteht und der Innenraum mit einer wärmeempfindlichen, hydropneumatisch wirkenden Substanz gefüllt ist.
Das Thermostatelement kann vorzugsweise durch ein Schutzrohr gegen strömendes Wasser geschützt sein.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Thermostaten in Zusammenhang mit einem Mischaggregat beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 das beschriebene Ausführungsbeispiel im Querschnitt, und
Fig. 2 einen Halbschnitt gemäss der Linie A-B in Fig. 1, und im rechten Teil die Halbansicht C gemäss Fig. 1.
Das Mischaggregat besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 1. Es besitzt zwei kleine Querstutzen. Der obere Stutzen 2 bildet mit einem Stopfen 3 das Hauptlager für eine Exzenterscheiben-Welle 4 mit einerExzenterscheibe 5. Die Welle 4 findet noch ein Gegenlager 6 in der gegenüberliegenden Gehäusewand. Die Exzenterwelle 4 kann durch einen Knebei 7 verstellt werden. Ein unterer Querstutzen 8 dient als Kaltwasser-Zufuhr.
Die obere Gehäuseöffnung 9 dient als Anschluss für ein Gebrauchswasser-Entnahmevenül. Die untere Öffnung des Gehäuses 1 wird verschlossen durch einen Deckel 10. Dieser wird zentral durchdrungen von einem Gewindestück 11, das durch eine Bohrung 12 Heisswasser in das Innere des Mischers leitet. Im Kopf 14 des Gewindestückes 11 befindet sich eine kegelförmige Erweiterung 13, welche als Heisswasser Eintrittsdüse innerhalb der Mischkammer 15 ausgebildet ist.
Der Boden 16 des topfartigen Mischkammergehäuses 17 wird durch eine Aussparung 18 des Deckels 10 in seiner Lage fixiert und durch den Kopf 19 des Gewindestückes 11 mit dem Deckel 10 fest verbunden. Das Aussenprofil der zylindrischen Mischkammer 15 bildet zusammen mit der Innenwand des Gehäuses 1 eine Ringkammer 20, aus der ein Kaltwasserstrom KII durch Ejektorschlitze 21 und ein zweiter Kaltwasserstrom KIII durch Querbohrungen 22 in die Mischkammer 15 eintreten kann. Im Inneren der Mischkammer 15 befindet sich noch eine frei bewegliche Steuerkugel 23, der eine Verdrängerkugel 24 für ein thermostatisches Element 25 aufgesattelt ist.
Mit HI ist der am Boden der Mischkammer durch die Kegelförmige Mündung 13 eintretende Heisswasserstrom bezeichnet. Der Kaltwasser-Teilstrom KII wird durch die Schrägschlitze 21 in unmittelbarer Nähe des Heisswasserein lasse durch das Mischkammergehäuse 17 geführt. Der zweite Kaltwasser-Teilstrom KIII wird dagegen durch die Querbohrungen 22 in den oberen Teil der Mischkammer geführt. KE bezeichnet das ankommende Kaltwasser und GW das ausfliessende Gebrauchswasser.
Bei den im Haushalt verwendeten Mischaggregaten wird im allgemeinen ein Kaltwasserstrom von 3 atü einem Heisswasserstrom von 2 atü beigemischt. Dabei ist das Volumen des Kaltwasserstroms im allgemeinen etwa doppelt so gross wie das Volumen des beizumischenden Heisswasserstroms.
Unter dieser Voraussetzung ergibt sich die folgende Funktion des beschriebenen Mischaggregates:
Im Ruhezustand, also wenn kein Gebrauchswasser GW entnommen wird, sind die hydraulischen Verhältnisse einfach.
Der grössere Kaltwasserdruck presst die Steuerkugel als Rückschlagventil in die Mündung der Heisswasserzufuhr.
Damit ist ein betriebssicherer Zustand gegeben.
Bei Entnahme von Gebrauchswasser GW, also im Betriebszustand, werden die Anordnung und Formgebung der drei Düsenebenen wirksam. Der Kaltwasserquerstrom KIII kann nachfliessen, ohne zunächst die Steuerkugel 23 zu beeinflussen. Ein starker Ejektor-Effekt durch den Kaltwasserstrom KII beeinflusst jedoch die Position der Steuerkugel 23.
Diese wird von ihrer Funktion als Rückschlagventil hydraulisch entlastet und zum Schweben gebracht. Jetzt kann auch das Heisswasser HI in die Mischkammer 15 eintreten.
Hat das Kaltwasser gegenüber dem Heisswasser einen Überdruck von mehr als 2,5 atü, kann der Ejektor-Effekt des Kaltwasserstromes KII dadurch gesteigert werden, dass die zugehörige Schrägdüsen-Ebene tiefer gelegt und anders profiliert wird. Das vorbeschriebene System bleibt im Prinzip unverändert. Trotz des grossen Druckunterschiedes in den Zuführungen wird durch den gesteigerten Ejektor-Effekt sowohl die Steuerkugel zum Schweben gebracht, als auch das Heisswasser HI aus der Zuführung herausgesaugt.
Das Mischungsverhältnis von Kalt- und Heisswasser wird von der Schwebehöhe der Steuerkugel bestimmt. Es wird also nur der Heisswasserstrom HI gesteuert. Die Kaltwasserströme werden innerhalb des Mischers nicht reguliert.
Die Auftriebsenergle der schwebenden Steuerkugel 23 ist nicht unerheblich, wodurch die Voraussetzung für ein exaktes Regulieren ihrer Schwebehöhe und daher der Gemischtemperatur möglich ist. Der zu diesem Zweck vorgesehene Thermostat muss daher etwa gleich hohe Kräfte aufbringen, wobei seine Wirkung in gewissen Arbeitsbereichen allerdings durch die kinetische Energie des Kaltwasserquerstromes KIII unterstützt wird.
Die als Thermostatelement verwendete Stabmembran 25 besteht aus einem allseitig geschlossenen gummielastischen Hohlzylinder mit einer hydropneumatischen Füllung 26. Die Stabmembran 25 steckt in einem starren Schutz- und Tragrohr 27. Dieses besitzt zwei Stutzen, von denen der untere Stutzen 28 in seiner Innenbohrung die Verdrängerkugel 24 aufnimmt und so dieser die Einwirkung von der Stabmembran 25 auf die Steuerkugel 23 ermöglicht. Der obere Stutzen 29 besitzt einen Schlitz 30, der die Direkteinwirkung der Exzenterscheibe 4 auf die Stabmembran 25 zulässt. Der Körper der Mischkammer 15 ist durch zwei Lagerarme 31 verlängert, in denen die Enden des Tragrohres 27 ruhen. Der Deckel 10 mit dem Gewindestück 11, der Mischkammer 15, den Kugeln 23 und 24 und der kompletten Stabmembran 25 und 27 bilden eine fertig vormontierbare Einsatzeinheit.
Die innere Füllung der Stabmembran bildet ein hydropneumatisches System. Sie kann entweder überwiegend aus einer wärmeempfindlichen Flüssigkeit mit einem kleinen Gaspolster bestehen, oder eine entsprechende Paste mit Gaseinschlüssen oder Ähnliches sein. Ohne Schwierigkeiten kann die elastische Zylinderwand der Stabmembran durch eine Querkraft eingedrückt werden, besonders wenn wie dargestellt, diese Belastung durch eine Kugel erfolgt.
Da die Stabmembran in dem starren Zylinder steckt, kann die Membranwand sehr dünnhäutig gewählt werden. Das gewährleistet zunächst schnellen Wärmeübergang. Ausserdem ist der Widerstand der dünnhäutigen Zylinderwand gegen Einbeulung von aussen gering und die Verkleinerung des Innenraumes kann sich wegen der starren Schutzhülse voll auf den pneumatisch wirkenden Anteil der Füllung auswirken.
Dieser Gasanteil ist so dimensioniert, dass bei Erreichung des maximalen Hubes der Steuerkugel zwischen dem Aussendruck des Wassers plus der Verstelikraft der Steuerkugel einerseits, sowie dem durch Verringerung des Innenraumes erhöhten Druck der Membranfüllung andererseits ein un überschreitbares Kräftegleichgewicht entsteht. Diese Betrachtung gilt für kaltes Wasser. Steigt nun die Gebrauchswasser Temperatur, so erwärmt sich auch die Membranfüllung.
Damit vergrössert sich automatisch vor allem im hochwärmeempfindlichen hydraulisch wirkenden Teil der Membranfüllung das Volumen. Wegen des Kräftegleichgewichtes verstellt sich die Steuerkugel.
Die feste Vorwahl für eine veränderliche Heisswasser Dosierung zur Beimischung zum unveränderlichen Kaltwasserstrom erfolgt durch eine direkt auf die Stabmembran einwirkendeExzenterscheibe oder Ahnliches. In der gezeichneten Minimalstellung hat sie keinen Einfluss auf das oben beschriebene Kräftespiel und das Gebrauchswasser hat Minimaltemperatur. Bei Verstellung um 1800 C hat die Exzenterscheibe dagegen das Innenvolumen der Stabmembran im pneumatisch wirksamen Teil der Füllung derart verkleinert, dass wegen des Kräftegleichgewichtes für die Steuerkugel kein Weg mehr gegeben ist. Sie bleibt in Schliessstellung auf dem Heisswassereinlass liegen, und es fliesst nur Kaltwasser. Alle gewünschten Zwischenstellungen sind möglich.
The present invention relates to a thermostat for a mixing unit for mixing a flowing cold liquid with a flowing hot liquid to a selectable mixture temperature, the mixing unit comprising a mixing chamber arranged in a housing and a flow-through-mixed temperature setting part.
A wide variety of thermostats are known for use in mixing units. Flat membranes, multiple membranes or bimetal elements are used. However, all thermostatic elements are exposed to harmful direct contact with the flowing liquids. In the case of household fittings in particular, the water flowing in can be contaminated by acid, lime or other particles. Under the influence of temperature and speed changes within the mixing unit and possibly due to chemical reactions, such impurities lead to harmful deposits, possibly even to acid corrosion or cavitations. This significantly disrupts the function of the thermostat.
A further disadvantage of known thermostats is that they do not always have the desired sensitivity and that they are unable to provide a sufficiently high adjusting force which is necessary for the proper functioning of certain mixing units.
The object of the invention is to specify a thermostat which has the desired security against malfunctions, which has a high degree of sensitivity and which is able to deliver sufficiently large adjustment forces. This object is achieved according to the invention in that a rod diaphragm thermostat element is provided to influence the flow-through mixture temperature setting part, the rod diaphragm consisting of a hollow cylinder closed on all sides with a rubber-elastic jacket and the interior being filled with a heat-sensitive, hydropneumatically acting substance.
The thermostat element can preferably be protected against flowing water by a protective tube.
In the following an embodiment of the thermostat is described in connection with a mixing unit. Show it:
Fig. 1 the embodiment described in cross section, and
FIG. 2 shows a half section along the line A-B in FIG. 1, and in the right-hand part the half view C according to FIG. 1.
The mixing unit consists of a cylindrical housing 1. It has two small cross connections. The upper connecting piece 2 with a plug 3 forms the main bearing for an eccentric disk shaft 4 with an eccentric disk 5. The shaft 4 also has a counter bearing 6 in the opposite housing wall. The eccentric shaft 4 can be adjusted by a Knebei 7. A lower cross connector 8 serves as a cold water supply.
The upper housing opening 9 serves as a connection for a service water withdrawal valve. The lower opening of the housing 1 is closed by a cover 10. This is penetrated centrally by a threaded piece 11 which conducts hot water through a bore 12 into the interior of the mixer. In the head 14 of the threaded piece 11 there is a conical enlargement 13, which is designed as a hot water inlet nozzle within the mixing chamber 15.
The bottom 16 of the pot-like mixing chamber housing 17 is fixed in its position by a recess 18 in the cover 10 and is firmly connected to the cover 10 by the head 19 of the threaded piece 11. The outer profile of the cylindrical mixing chamber 15, together with the inner wall of the housing 1, forms an annular chamber 20 from which a cold water flow KII can enter the mixing chamber 15 through ejector slots 21 and a second cold water flow KIII through transverse bores 22. In the interior of the mixing chamber 15 there is also a freely movable control ball 23 to which a displacement ball 24 for a thermostatic element 25 is saddled.
The hot water flow entering at the bottom of the mixing chamber through the conical mouth 13 is designated with HI. The cold water partial flow KII is passed through the mixing chamber housing 17 through the inclined slots 21 in the immediate vicinity of the hot water inlet. The second cold water partial flow KIII, on the other hand, is passed through the transverse bores 22 into the upper part of the mixing chamber. KE designates the incoming cold water and GW the outflowing service water.
In the case of the mixer units used in households, a cold water flow of 3 atmospheres is generally mixed with a hot water flow of 2 atmospheres. The volume of the cold water flow is generally about twice as large as the volume of the hot water flow to be admixed.
Under this condition, the following function of the described mixing unit results:
In the idle state, i.e. when no service water GW is withdrawn, the hydraulic conditions are simple.
The greater cold water pressure presses the control ball as a check valve into the outlet of the hot water supply.
An operationally safe condition is thus given.
When tap water GW is withdrawn, i.e. in the operating state, the arrangement and shape of the three nozzle levels become effective. The cold water cross-flow KIII can continue to flow without first influencing the control ball 23. However, a strong ejector effect due to the cold water flow KII influences the position of the control ball 23.
This is hydraulically relieved of its function as a check valve and made to float. The hot water HI can now also enter the mixing chamber 15.
If the cold water has an excess pressure of more than 2.5 atmospheres compared to the hot water, the ejector effect of the cold water flow KII can be increased by lowering the associated inclined nozzle level and profiling it differently. The system described above remains unchanged in principle. Despite the large pressure difference in the feeds, the increased ejector effect causes the control ball to float and the hot water HI is sucked out of the feed.
The mixing ratio of cold and hot water is determined by the floating height of the control ball. So only the hot water flow HI is controlled. The cold water flows are not regulated inside the mixer.
The buoyancy energy of the floating control ball 23 is not insignificant, whereby the prerequisite for an exact regulation of its floating height and therefore the mixture temperature is possible. The thermostat provided for this purpose must therefore apply approximately the same force, although its effect is supported in certain working areas by the kinetic energy of the cold water cross-flow KIII.
The rod diaphragm 25 used as a thermostat element consists of a rubber-elastic hollow cylinder closed on all sides with a hydropneumatic filling 26. The rod diaphragm 25 is inserted in a rigid protective and support tube 27. This has two nozzles, of which the lower nozzle 28 receives the displacement ball 24 in its inner bore and so this enables the rod membrane 25 to act on the control ball 23. The upper connection piece 29 has a slot 30 which allows the eccentric disk 4 to act directly on the rod membrane 25. The body of the mixing chamber 15 is extended by two bearing arms 31 in which the ends of the support tube 27 rest. The cover 10 with the threaded piece 11, the mixing chamber 15, the balls 23 and 24 and the complete rod membrane 25 and 27 form an insert unit that can be pre-assembled.
The inner filling of the rod membrane forms a hydropneumatic system. It can either consist mainly of a heat-sensitive liquid with a small gas cushion, or it can be a corresponding paste with gas inclusions or the like. The elastic cylinder wall of the rod membrane can be pressed in by a transverse force without difficulty, especially if, as shown, this load is applied by a ball.
Since the rod membrane is in the rigid cylinder, the membrane wall can be chosen to be very thin. This initially ensures rapid heat transfer. In addition, the resistance of the thin-skinned cylinder wall to indentation from the outside is low and the reduction in size of the interior can have a full effect on the pneumatically acting portion of the filling because of the rigid protective sleeve.
This gas portion is dimensioned in such a way that when the maximum stroke of the control ball is reached between the external pressure of the water plus the adjusting force of the control ball on the one hand, and the pressure of the membrane filling, which is increased due to the reduction in the interior space, on the other hand, an insurmountable balance of forces is created. This consideration applies to cold water. If the temperature of the service water increases, the membrane filling also heats up.
This automatically increases the volume, especially in the highly heat-sensitive hydraulically acting part of the membrane filling. Because of the balance of forces, the control ball moves.
The fixed preselection for a variable hot water dosage for admixture to the unchangeable cold water flow is made by an eccentric disk or the like acting directly on the rod membrane. In the drawn minimum position, it has no influence on the play of forces described above and the service water has a minimum temperature. With an adjustment of 1800 C, however, the eccentric disk has reduced the internal volume of the rod membrane in the pneumatically active part of the filling so that there is no longer any way for the control ball due to the balance of forces. In the closed position it remains on the hot water inlet and only cold water flows. All desired intermediate positions are possible.