DE102011013534B3

DE102011013534B3 - Strahlbildnerelement für einen Brausekopf

Info

Publication number: DE102011013534B3
Application number: DE201110013534
Authority: DE
Inventors: Eckhard Gransow; Thomas Salomon; Karl-Heinz Stückerjürgen; David Rehage
Original assignee: Grohe AG
Current assignee: Grohe AG
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2031-03-11
Also published as: EP2683490A1; RU2013145318A; US9067222B2; WO2012119682A1; US20140008462A1; CN103429353A; JP2014509696A; EP2683490B1; CN103429353B

Abstract

Bei einem Strahlbildnerelement für einen Brausekopf mit einem Gehäuse (10), mehreren axial durchströmten Strahlaustrittselementen (30), einem Gehäuseboden (102), welcher Durchtrittsöffnungen (107) für die Strahlaustrittselemente (30) aufweist, wobei die Strahlaustrittselemente (30) jeweils schwenkbar im Gehäuseboden (102) gelagert sind und welches zudem ein Getriebe (40) zum Bewegen der Strahlaustrittselemente (30) aufweist, ist vorgesehen, dass zur Kraftübertragung auf die Strahlaustrittselemente (30) ein einzelnes Getriebeelement (41) mit einer Kulisse (411) angeordnet ist, wodurch die Strahlaustrittselemente (30) zwangsgeführt sind und bei einer Bewegung des Getriebeelementes (41) die Bewegung aller Strahlaustrittselemente (30) gleichzeitig erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Strahlbildnerelement für einen Brausekopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 100 11 503 A1 ist ein Brausekopf für eine Sanitärbrause bekannt, in dem ein Strahlaustrittselement schwenkbar gelagert ist. Es wird von einem Getriebe so bewegt, dass ein der Austrittsöffnung abgewandter Führungszapfen längs zweier geschlossener sich berührender Kreise bewegt werden kann.
Weiterhin ist aus der DE 199 12 104 A1 ein Brausekopf bekannt, der im Innern vier Düsenelemente enthält, deren vordere Enden in trichterartigen Öffnungen der Strahlscheibe gelagert sind. Die hinteren Enden der Düsenelemente sind exzentrisch in jeweils einer Scheibe gelagert, die um eine ortsfeste Achse mit Hilfe eines Turbinenrades gedreht werden kann. Dadurch führen die Düsenelemente, aus denen das Wasser ausströmt, eine taumelnde Bewegung um eine senkrecht zu der Stahlscheibe verlaufende Achse aus.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein verbessertes Strahlbildnerelement für einen Brausekopf bereitzustellen, mit dem ein bewegtes Strahlbild erzeugt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Strahlbildnerelement für einen Brausekopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 zur Verfügung gestellt.
Das Strahlbildnerelement für einen Brausekopf weist ein Gehäuse, mehrere axial durchströmte Strahlaustrittselemente, einen Gehäuseboden, welcher Durchtrittsöffnungen für die Strahlaustrittselemente besitzt, wobei die Strahlaustrittselemente jeweils schwenkbar im Gehäuseboden gelagert sind und ein Getriebe zum Bewegen der Strahlaustrittselemente auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Kraftübertragung auf die Strahlaustrittselemente lediglich ein Getriebeelement mit einer Kulisse angeordnet ist, wodurch die Strahlaustrittselemente zwangsgeführt sind, so dass bei einer Bewegung des Getriebeelementes die Bewegung aller Strahlaustrittselemente gleichzeitig erfolgt. Das Strahlbildnerelement kann in einem Brausekopf mit mehreren Strahlbildnerelementen zu Erzeugung von unterschiedlichen Strahlarten, wie beispielsweise belüfteten Strahlen oder Einzelstrahlen etc. angeordnet sein. Denkbar ist jedoch auch, dass das Gehäuse des Strahlbildnerelements dem Gehäuse des Brausekopfes entspricht oder allein in diesem angeordnet ist.
Durch das erfindungsgemäße Strahlbildnerelement wird ein Brausestrahlbild mit mehreren Einzelstrahlen, die durch die axial durchströmten Strahlaustrittselemente geformt werden, erzeugt. Dadurch, dass die Strahlaustrittselemente beweglich in dem Gehäuse gelagert sind, können veränderliche Strahlbilder aus diesen Einzelstrahlen erzeugt werden.
Im vorliegenden Fall werden die Strahlaustrittselemente durch ein Getriebe in Bewegung versetzt. Dabei sind die Strahlaustrittselemente unverschieblich aber schwenkbar im Gehäuseboden gelagert. Bei einer Bewegung des Strahlaustrittselementes wird dessen Neigung gegenüber der Gehäusemittelachse und somit die Neigung der Einzelstrahlen verändert.
Insgesamt kann dadurch ein Strahlbild erzeugt werden, dessen Einzelstrahlen je nach Stellung der Kulisse bezüglich der Gehäuseachse divergieren oder konvergieren. Durch die Bewegung der Einzelstrahlen wird ein Massageeffekt beim Benutzer erzielt. Als beruhigend wird dabei eine Frequenz empfunden, bei der der Brausestrahl ca. 60–100 Bewegungszyklen pro Minute durchläuft. Pro Zyklus wird das Strahlaustrittselement dabei von einer ersten Winkelposition, die gegenüber der Gehäusemittelachse nach innen geneigt ist, in eine zweite Winkelposition, die gegenüber der Gehäusemittelsachse nach außen geneigt ist, und wieder zurück bewegt. Je nach Durchflussmenge kann die Frequenz verändert werden.
Vorteilhafterweise sind die Strahlaustrittselemente als kleine axial durchströmte Düsen, sogenannte Schwenkdüsen, mit kreisförmigem Querschnitt vorgesehen. Sie weisen einen unteren Austrittsbereich, einen Mittelbereich und einen oberen Führungsbereich für die Kulisse auf. Im Mittelbereich ist der Außendurchmesser der Strahlaustrittselemente gegenüber dem Austrittsbereich vergrößert, so dass Strahlbildnerelemente vom Gehäuseboden zurückgehalten werden können.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Strahlaustrittselemente je eine Schwenkachse in Form eines oder zweier Zapfen auf. Vorteilhafterweise sind die Zapfen im Mittelbereich der Strahlaustrittselemente angeformt. Die Schwenkachse, die durch die Zapfen definiert ist, verläuft somit senkrecht zur Durchströmungsrichtung bzw. zur Längsachse der Düse.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Strahlaustrittselemente konzentrisch zur Mittelachse des Gehäuses angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die Lagervorrichtungen für die Strahlaustrittselemente und deren Schwenkachsen auf einer Kreisbahn um die Mittelachse des Strahlbildnerelements bzw. dessen Gehäuses angeordnet sind. Dabei sind im Gehäuseboden Lagerpfannen für die Schwenkachsen der Strahlaustrittselemente vorgesehen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kulisse des Getriebeelements als Nut oder Schlitz vorgesehen ist. Die Kulisse befindet sich dabei auf der Unterseite des Getriebeelements. Im zusammengebauten Zustand sind die Düsen oder Strahlaustrittselemente in ihrem oberen Führungsbereich beidseitig tangential von der Kulisse umgeben, so dass bei einer Bewegung der Kulisse zwingend eine Bewegung der schwenkbaren Strahlaustrittselemente erfolgt.
Da für den gewünschten Massageeffekt ein bestimmter Bewegungszyklus der Strahlaustrittselemente angestrebt ist, soll sich die Kulisse nur mit einer bestimmten Drehzahl bewegen. Als Antrieb für das Getriebe ist zunächst eine aus dem Stand der Technik bekannte Turbine vorgesehen, die von dem einströmenden Wasser in das Strahlbildnergehäuse in Bewegung versetzt wird. Die Drehzahl der Turbine ist dabei abhängig von deren Durchmesser und dem Durchfluss. Um die Drehzahl entsprechend des gewünschten Bewegungszyklusses für die Strahlaustrittselemente zu verringern, ist ein Untersetzungsgetriebe in miniaturisierter Form im Gehäuse vorgesehen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Getriebe als Planetengetriebe ausgebildet ist. Hierbei ist die Kulisse für die Zwangsführung der Strahlaustrittselemente in einem Getriebeelement, dem Hohlrad des Planetengetriebes, vorgesehen. Dieses sogenannte Kulissenhohlrad wird wiederum von Planetenrädern des Planetengetriebes angetrieben.
Vorteilhafterweise erfolgt die durch die Kulisse vorgegebene Bewegung der Strahlaustrittselemente synchron. Weiterhin weisen alle Strahlaustrittselemente zur selben Zeit jeweils denselben Schwenkwinkel auf. Dies wird durch eine Kulisse mit einer Wellenkontur erzielt. Zum Erreichen der zuvor beschriebenen Wirkung verlaufen die Wellenberge und Wellentäler der Wellenkontur in konstantem Abstand und weisen jeweils dieselbe Höhe bzw. Tiefe auf.
Je nach Ausgestaltung der Kulisse können die Strahlaustrittselemente jedoch auch versetzt zueinander bewegt werden. Dies ist durch eine entsprechende Veränderung der Kulissenform bzw. Änderung der Wellenabstände und Wellenhöhe möglich.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht zudem vor, dass Durchtrittsöffnungen für das Wasser innerhalb des Strahlbildnerelements partiell verschlossen werden können. Hierdurch kann zusätzlich zu dem gewünschten beweglichen Strahlbild ein pulsierender Strahl erzeugt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:
1 ein erfindungsgemäßes Strahlbildnerelement perspektivisch von unten;
2 ein erfindungsgemäßes Strahlbildnerelement perspektivisch von oben;
3 eine Explosionsdarstellung des Strahlbildnerelements aus 1;
4 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Strahlbildnerelement;
5 eine schematische Darstellung eines Untersetzungsgetriebes, das im Strahlbildnerelement angeordnet ist;
6 einen Schnitt durch das Strahlbildnerelement aus 3 entlang der Linie VI-VI;
7 einen Schnitt durch das Strahlbildnerelement aus 1 entlang der Linie VII-VII;
8 einen Schnitt durch das Strahlbildnerelement aus 1 entlang der Linie VIII-VIII;
9 eine Unteransicht eines Kulissenhohlrades.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Strahlbildnerelement perspektivisch von unten. Das Strahlbildnerelement umfasst ein Gehäuse 10 mit einem Gehäuseboden 102, in welchem bewegliche Strahlaustrittselemente 30, sogenannte Schwenkdüsen, gelagert sind. Das Gehäuse 10 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, wobei in dessen Mantelbereich 106 ein Außengewinde 103 angeordnet ist. Das Außengewinde 103 dient dazu, das Strahlbildnerelement in einem Brausekopf (nicht dargestellt), der weitere Strahlbildnerelemente oder eine Strahlscheibe aufweisen kann, zu befestigen.
Aus 2 wird deutlich, dass das Gehäuse 10 nach oben geöffnet ist. Es schließt an seinem oberen Rand mit einem am Gehäuse 10 fest fixierten Hohlrad 45 ab. Das Hohlrad 45 ist Teil eines Getriebes 40, mit welchem die Strahlaustrittselemente 30 aufgrund des zufließenden Wassers in Bewegung versetzt werden.
Das Hohlrad 45 ist fest mit dem Gehäuse 10 verrastet und weist eine Innenverzahnung 451 auf. Im Mantelbereich des Hohlrades 45 sind zudem drei schlitzförmige Eintrittsöffnungen 452 angeordnet, durch welche das zufließende Wasser radial auf ein innerhalb des Hohlrades 45 angeordnetes Turbinenrad 44 geleitet wird.
5 zeigt den Aufbau des Getriebes 40 schematisch. Ein bewegliches Sonnenrad 441 treibt ein Planetenrad 43 an, das auf einem Planentensteg 42 gelagert ist. Dabei ist das Planentenrad 43 einteilig aber mit zwei voneinander abweichenden Verzahnungen 431, 432 vorgesehen. Eine obere Verzahnung 431 steht mit dem Sonnenrad 441 und einem Hohlrad 45 in Eingriff, während eine untere Verzahnung 432 mit einem weiteren Hohlrad, dem sogenannten Kulissenhohlrad 41 in Eingriff steht. Auf der den Stahlaustrittselementen 30 zugewandten Seite des Kulissenhohlrades 41 ist eine Kulisse 411 angeordnet, die ein Lager bzw. Zwangsführung für die Strahlaustrittselemente 30 bildet.
In 3 ist das Strahlbildnerelement explosionsartig dargestellt.
Im Gehäuse 10 wird zunächst ein Dichtelement 20 angeordnet, das dafür sorgt, dass das zufließende Wasser nur über die Öffnungen der Strahlaustrittselemente 30 und nicht durch die Durchtrittsöffnungen 107 im Gehäuseboden 102 aus dem Strahlbildnerelement austritt.
Der Gehäuseboden 102 weist einerseits Lagerflächen 105 für die Strahlaustrittselemente 30 und andererseits Lagerpfannen 104 für die Schwenkachsen 301 der Strahlaustrittselemente 30 auf. Die Strahlaustrittselemente 30 sind als Schwenkdüsen vorgesehen. Sie weisen einen unteren Austrittsbereich 302, einen Mittelbereich 303 und einen oberen Führungsbereich 304 für die Kulisse 411 auf. Im Mittelbereich 303 ist der Außendurchmesser der Strahlaustrittselemente 30 gegenüber dem Austrittsbereich 302 vergrößert, so dass Strahlaustrittselemente 30 vom Gehäuseboden 102 zurückgehalten werden können.
Oberhalb der Strahlaustrittselemente 30 ist ein Kulissenhohlrad 41 angeordnet, das von Planentenrädern 43 angetrieben wird. Hierzu ist zwischen dem Kulissenhohlrad 41 und den drei Planentenrädern 43 ein Planentensteg 42 vorgesehen, der drehbar mittels einer Lagerhülse 421 auf einem entsprechenden Lagerzapfen 108 im Gehäuseboden 102 gelagert ist. Zur drehbaren Lagerung der Planetenräder 43 sind auf der der Gehäuseoberseite zugewandten Seite des Planetenstegs 42 ebenfalls drei feste Lagerzapfen 422 angeordnet.
Die Planetenräder 43 werden wie bereits oben beschrieben von einem Sonnenrad 441 angetrieben. Dieses ist an der Unterseite des Turbinenrades 44 angeordnet, welches durch das zufließende Wasser angetrieben wird.
Anhand der 4 und der 6 bis 8 werden die entsprechenden Drehrichtungen der Getriebeelemente 41, 42, 43, 44 deutlich.
Sobald Wasser durch die Eintrittsöffnungen 452 in das Strahlbildnerelement einströmt, wird dieses auf die Schaufeln des Turbinenrades 44 geleitet, wodurch dessen Bewegung in Gang gesetzt wird. An der Unterseite des Turbinerades 44 und drehfest mit diesem verbunden befindet sich das Sonnenrad 441 des Getriebes 40. Das Sonnenrad 441, das sich in der Geschwindigkeit des Turbinenrades 44 bewegt, treibt die drei Planetenräder 43 an, die einerseits drehbar auf dem Planentensteg 42 gelagert sind aber gleichzeitig mit ihrer oberen Verzahnung 431 in Eingriff mit der Innenverzahnung 451 des feststehenden Hohlrades 45 stehen. Hierdurch vollzieht der Planetensteg 42 zusammen mit den Planetenrädern 43 eine Drehbewegung innerhalb des Hohlrades 45.
Die Planetenräder 43 stehen gleichzeitig mit ihrer unteren Verzahnung 432 in Eingriff mit dem Kulissenhohlrad 41. Dieses ist von der Lagerhülse 421 durchsetzt und weist zudem eine Anzahl von Wasserdurchtrittsöffnungen 413 auf, die der Anzahl der Strahlaustrittselemente 30 entspricht. An der Unterseite des Kulissenhohlrades 41 ist eine Kulisse 411 in Form einer geschlossenen Nut mit einer Wellenkontur angeordnet. Die Kulisse 411 weist eine der Anzahl der Strahlaustrittselementen 30 entsprechende Anzahl von Wellenbergen und Wellentälern auf, was aus 9 deutlich wird.
Das Kulissenhohlrad 41 ist ebenfalls drehbar auf dem Lagerzapfen 108 des Gehäuses 10 gelagert und wird über die untere Verzahnung 432 der Planetenräder 43 angetrieben.
Mit Hilfe der gewählten Übersetzungsverhältnisse wird auf kleinstem Raum somit eine Untersetzung des Turbinenrades um das mehr als 300-fache erzielt. Dadurch wird erreicht, dass sich bei einer Turbinendrehzahl von „n”, die sich aus dem Fließdruck ergibt, das Kulissenrad lediglich noch eine Drehzahl von ca. n/300 aufweist. Wie oben beschrieben, weist die Kulisse 411 im Kulissenhohlrad 41 eine solche Form auf, dass alle zwangsgeführten Strahlaustrittselemente 30 bei einer Umdrehung des Kulissenhohlrades 41 so häufig um ihre Schwenkachse 301 hin und wieder zurück verschwenkt werden, wie Strahlaustrittselemente 30 in dem Strahlbildnerelement vorgesehen sind. Somit kann für die Strahlaustrittselemente 30 in Abhängigkeit vom Fließdruck des zuströmenden Wassers beispielweise eine Bewegungsfrequenz von 60 bis 200 Zyklen pro Minute erzielt werden. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass bei einer Schwenkbewegung der Strahlaustrittselemente 30 mit einer Frequenz von 60 bis 100 Zyklen pro Minute ein beruhigender Massageeffekt auf den Benutzer ausgeübt wird, während bei erhöhtem Fließdruck und einer entsprechend erhöhten Frequenz von 150 bis 200 Bewegungszyklen pro Minute ein anregender Effekt erzielt werden kann.
Während eines Bewegungszyklusses können die Strahlaustrittselemente 30 Bewegungen mit einem Schwenkwinkel von annähernd 20° ausführen, so dass die Einzelstrahlen, die durch die axial durchströmten Schwenkdüsen 30 erzeugt werden, je nach Position der Kulisse 411 divergieren oder zur Mittelachse des Gehäuses 10 hin konvergieren.
Im vorliegenden Fall ist angestrebt, dass sich die Schwenkdüsen 30 zu jeder Zeit synchron bewegen und somit auch zu jedem Zeitpunkt um denselben Schwenkwinkel gegenüber der Gehäusemittelachse 101 verschwenkt sind.
Bezugszeichenliste

10: Gehäuse
101: Mittelachse, Gehäusemittelachse
102: Gehäuseboden
103: Außengewinde
104: Lagerpfanne
105: Lagerfläche
106: Mantelbereich
107: Durchtrittsöffnungen
108: Lagerzapfen für Planentensteg
20: Dichtelement
30: Strahlaustrittselement, Schwenkdüse
301: Schwenkachse
302: unterer Austrittsbereich
303: Mittelbereich
304: Führungsbereich
40: Getriebe
41: Getriebeelement, Kulissenhohlrad
411: Kulisse
412: Verzahnung
413: Wasserdurchtrittsöffnung
42: Planetensteg
421: Lagerhülse
422: Lagerzapfen
43: Planetenrad
431: obere Verzahnung
432: untere Verzahnung
44: Turbinenrad
441: Sonnenrad
45: Hohlrad
451: Innenverzahnung
452: Eintrittsöffnung

Claims

Strahlbildnerelement für einen Brausekopf mit – einem Gehäuse (10), – mehreren axial durchströmten Strahlaustrittselementen (30) – einem Gehäuseboden (102), welcher Durchtrittsöffnungen (107) für die Strahlaustrittselemente (30) aufweist, – wobei die Strahlaustrittselemente (30) jeweils schwenkbar im Gehäuseboden (102) gelagert sind und – einem Getriebe (40) zum Bewegen der Strahlaustrittselemente (30) dadurch gekennzeichnet, – dass zur Kraftübertragung auf die Strahlaustrittselemente (30) ein einzelnes Getriebeelement (41) mit einer Kulisse (411) vorgesehen ist, wodurch die Strahlaustrittselemente (30) zwangsgeführt sind und bei einer Bewegung des Getriebeelementes (41) die Bewegung aller Strahlaustrittselemente (30) gleichzeitig erfolgt.
Strahlbildnerelement für einen Brausekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Strahlaustrittselemente (30) je eine Schwenkachse (301) in Form eines oder zweier Zapfen oder Nippel vorgesehen ist.
Strahlbildnerelement für einen Brausekopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlaustrittselemente (30) konzentrisch zur Mittelachse (101) des Gehäuses (10) angeordnet sind.
Strahlbildnerelement für einen Brausekopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuseboden (102) Lagerpfannen (104) für die Schwenkachsen (301) der Strahlaustrittselemente (30) vorgesehen sind.
Strahlbildnerelement für einen Brausekopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (411) des Getriebeelements (41) als Nut oder Schlitz vorgesehen ist.
Strahlbildnerelement für einen Brausekopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (40) als Untersetzungsgetriebe vorgesehen ist.
Strahlbildnerelement für einen Brausekopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Getriebe (40) ein Planetengetriebe vorgesehen ist.
Strahlbildnerelement für einen Brausekopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (411) für die Zwangsführung der Strahlaustrittselemente (30) in einem Hohlrad (41) des Planetengetriebes vorgesehen ist.
Strahlbildnerelement für einen Brausekopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbewegung der Strahlaustrittselemente (30) durch die Zwangsführung der Kulisse (411) synchron und jeweils um den gleichen Drehwinkel erfolgt.