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Die vorliegende Erfindung betrifft eine thermostatische Mischkartusche für eine Sanitärarmatur zur Einstellung eines Mischungsverhältnisses zwischen einem Warmwasser und einem Kaltwasser zur Bereitstellung eines Mischwassers mit einer gewünschten und vorgebbaren Mischwassertemperatur. Solche Mischkartuschen werden insbesondere in Sanitärarmaturen für Duschen, Badewannen und/oder Waschbecken verwendet.
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Es sind Sanitärarmaturen mit einem Armaturengehäuse bekannt, in denen eine Thermostatmischkartusche mit einem Regelkörper angeordnet ist. Thermostatmischkartuschen haben die Aufgabe, Kaltwasser und Warmwasser zu einem Mischwasser mit einer gewünschten und vorgebbaren (ersten) Mischwassertemperatur zu mischen. Hierzu weisen die Mischkartuschen einen in einem Kartuschengehäuse ausgebildeten Mischraum auf, in dem das Warmwasser und Kaltwasser gemischt werden. Der Regelkörper ist regelmäßig mittels eines Stellgliedes zur Änderung eines Mischungsverhältnisses zwischen dem Kaltwasser und Warmwasser entlang eines Regelwegs verstellbar, sodass bei schwankenden Eingangstemperaturen und/oder -drücken des Kaltwassers und/oder Warmwassers (also sich verändernden Betriebsbedingungen) stets eine im Wesentlichen konstante Mischwassertemperatur des durch die thermostatische Mischkartusche gemischten Mischwassers erzielt wird.
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Es hat sich gezeigt, dass die verfügbaren Systeme teilweise eine relativ lange Reaktionszeit aufweisen, wobei ein Überschwingen der Mischwassertemperatur bei Veränderung der Betriebsbedingungen deutlich zu beobachten bzw. durch den Nutzer zu spüren ist. Andere Systeme mit Stellgliedern zeigen ein Hysterese-Verhalten und/oder eine geringere Steifigkeit, so dass die Einstellung der Temperatur nicht genau genug ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere eine thermostatische Mischkartusche anzugeben, die ein Überschwingen der Temperatur vermindert und dabei eine hohe Genauigkeit bei der Temperatureinstellung erreicht.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einer thermostatischen Mischkartusche gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der thermostatischen Mischkartusche sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Hierzu trägt eine (thermostatische) Mischkartusche für eine Sanitärarmatur bei, welche zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- - ein Kartuschengehäuse mit einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil,
- - einen Mischraum, der in dem Kartuschengehäuse ausgebildet ist,
- - zumindest ein Warmwasserzulauf für Warmwasser, der sich durch das Kartuschengehäuse erstreckt und in den Mischraum mündet,
- - zumindest ein Kaltwasserzulauf für Kaltwasser, der sich durch das Kartuschengehäuse erstreckt und in den Mischraum mündet,
- - zumindest einen Mischwasserablauf für Mischwasser, der aus dem Mischraum führt,
- - mindestens einen Schieber, der zumindest den mindestens einen Warmwasserzulauf oder den mindestens einen Kaltwasserzulauf wenigstens teilweise öffnen und schließen kann,
- - wobei der mindestens eine Schieber mit einer Mehrzahl von Stellgliedern bewegbar ist, die ein voneinander unterschiedliches thermisches Ausdehnungsverhalten aufweisen.
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Die Mischkartusche ist insbesondere für eine Sanitärarmatur vorgesehen, wobei die Sanitärarmatur beispielweise für Duschen, Badewannen, Waschbecken und/oder Spülbecken verwendbar ist. In einer solchen Sanitärarmatur hat die Mischkartusche die Aufgabe, ein Warmwasser und ein Kaltwasser in einem bestimmten Mischungsverhältnis so zu mischen, dass ein aus dem Warmwasser und Kaltwasser generiertes Mischwasser eine gewünscht und vorgebbare Mischwassertemperatur aufweist. Hierzu weist die Mischkartusche einen in einem Kartuschengehäuse ausgebildeten Mischraum auf. Das mehrteilige Kartuschengehäuse ist bevorzugt mit Kunststoff oder Metall, insbesondere Messing, gebildet. Das Kartuschengehäuse kann auch mehr als zwei Gehäuseteile aufweisen. Bevorzugt weist das Kartuschengehäuse eine im Wesentlichen zylinderförmige Form auf, wobei das Kartuschengehäuse einen Außendurchmesser von circa 2 cm (Zentimeter) bis 5 cm und/oder eine Länge entlang einer Längsachse von bevorzugt 3 cm bis 10 cm hat. Zudem weist das Kartuschengehäuse zumindest einen in den Mischraum mündenden Warmwasserzulauf für Warmwasser und zumindest einen in den Mischraum mündenden Kaltwasserzulauf für Kaltwasser auf. Die Kaltwassertemperatur beträgt insbesondere maximal 25 °C (Grad Celsius), bevorzugt 1 °C bis 25 °C, besonders bevorzugt 5 °C bis 20 °C und/oder die Warmwassertemperatur insbesondere maximal 90 °C, bevorzugt 25 °C bis 90 °C, besonders bevorzugt 55 °C bis 65 °C. Durch den zumindest einen Warmwasserzulauf ist das Warmwasser und durch den zumindest einen Kaltwasserzulauf ist das Kaltwasser in den Mischraum leitbar. Das Mischwasser ist aus dem Mischraum durch zumindest einen aus dem Mischraum führenden Mischwasserablauf ableitbar. Mittels eines (manuell betätigbaren) Regulierglieds, beispielsweise nach Art einer Reguliermutter oder einer Spindel, kann seitens des Bedieners eine gewünschte Mischwassertemperatur (und damit auch eine vorgegebene Position des mindestens einen Schiebers bezüglich Warmwasserzulauf und/oder Kaltwasserzulauf) vorgegeben werden.
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Es ist mindestens ein Schieber vorgesehen, der den mindestens einen Warmwasserzulauf und/oder den mindestens einen Kaltwasserzulauf wenigstens teilweise öffnen und schließen kann. Der mindestens eine Schieber kann so angeordnet sein, dass dieser einen der beiden Zuläufe vollständig verschließen kann. Der mindestens eine Schieber kann so angeordnet sein, dass dieser beide Zuläufe (nur) teilweise verschließen kann. Durch die manuelle Einstellung über ein Regulierglied können der/die Schieber zum Öffnen oder Schließen des mindestens einen Warmwasserzulaufs und/oder des mindestens einen Kaltwasserzulaufs betätigt bzw. voreingestellt werden. Der Regelweg erstreckt sich insbesondere parallel zu einer Längsachse der Mischkartusche. Durch die Verstellung des mindestens einen Schiebers ist ein Öffnungsquerschnitt eines Strömungspfads des Kaltwassers und/oder eines Strömungspfads des Warmwassers einstellbar, sodass eine Durchflussmenge des Warmwassers entlang des Strömungspfads des Warmwassers und eine Durchflussmenge des Kaltwassers entlang des Strömungspfads des Kaltwassers regelbar sind. Der mindestens eine Schieber kann den Strömungspfad des Kaltwassers oder den Strömungspfad des Warmwassers vollständig verschließen, sodass kein Warmwasser beziehungsweise Kaltwasser in den Mischraum fließen kann.
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Der mindestens eine Schieber kann so gestaltet und eingerichtet sein, dass dieser den Zulauf von Warmwasser und/oder Kaltwasser in Abhängigkeit der Temperatur des Mischwassers eigenständig einstellen kann. „Eigenständig“ bedeutet hierbei insbesondere, dass ein externer Eingriff des Bedieners nicht erforderlich ist. Es können mehrere Schieber vorgesehen sein, die beispielsweise einen Teil der vorstehenden Funktionen und/oder mit einer vorgegebenen Anzahl der vorgesehenen Warmwasser- und/oder Kaltwasserzuläufe zusammenwirken. Es ist möglich, dass mehrteilige Schieber vorgesehen sind. Es ist möglich, dass mehrere Schieber in Verschieberichtung und/oder senkrecht dazu hintereinander bzw. benachbart angeordnet sind.
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Der mindestens eine Schieber ist mit einer Mehrzahl von Stellgliedern bewegbar, die ein voneinander unterschiedliches thermisches Ausdehnungsverhalten aufweisen. Ein Stellglied ist insbesondere dafür vorgesehen, eine vom Bediener eingestellte Mischwassertemperatur eigenständig nachzuregulieren, wenn diese voreingestellte Mischwassertemperatur nicht mehr vorliegt. Ein Stellglied ist temperatursensibel und kann seine Wirkung, insbesondere eine Verschiebekraft hin zu dem mindestens einen Schieber, ändern, wenn eine Temperaturänderung auf das Stellglied einwirkt. Insbesondere weist ein Stellglied ein thermisches Ausdehnungsverhalten auf, dessen Auswirkungen hinsichtlich Zeit und/oder Richtung des Verschiebeweges des mindestens einen Schiebers hier besonders relevant ist. Zwei Stellglieder können zueinander ein zeitlich verzögertes bzw. ungleich schnelles thermisches Ausdehnungsverhalten haben. Zwei Stellglieder können aufgrund ihres thermischen Ausdehnungsverhaltens ein zueinander (ggf. zeitlich begrenzt) gegenläufiges Verschieben des mindestens einen Schiebers bewirken. Zur Einstellung eines unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsverhaltens können die Stellglieder mit verschiedenen Materialien und/oder unterschiedlichen Formen (insbesondere Steifigkeiten) gebildet sein.
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Für die Mischkartusche kann ein Kartuschengehäuse verwendet werden, das den äußeren Abmessungen eines Kartuschengehäuses für eine bekannte thermostatische Mischkartusche entspricht. Hierdurch kann die Mischkartusche in Armaturengehäusen für thermostatische Mischkartuschen verwendet werden, ohne dass die Armaturengehäuse angepasst werden müssen. Zudem können für die Mischkartusche eine Vielzahl von Komponenten und Anbauteile bereits bekannter thermostatischer Mischkartuschen verwendet werden, wodurch Kosten reduzierbar sind.
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Insbesondere kann bei einer Veränderung der (manuell voreingestellten) ersten Mischwassertemperatur hin zu einer zweiten Mischwassertemperatur (z. B. durch erneute Betätigung des Reguliergliedes und/oder durch eine sonstige Veränderung der Betriebsbedingungen) ein erstes Stellglied innerhalb einer ersten Zeitspanne und das zweite Stellglied innerhalb einer, von der ersten Zeitspanne unterschiedlichen zweiten Zeitspanne die veränderte zweite Mischwassertemperatur annehmen. Die Stellglieder sind so unterschiedlich ausgeführt, so dass deren Reaktionszeiten auf die sich verändernde Temperatur (die auf die Stellglieder jeweils einwirkende Mischwassertemperatur) unterschiedlich lang sind. Damit kann gemeint sein, dass eine thermische Ausdehnung verzögert einsetzt und/oder damit kann gemeint sein, dass eine thermische Ausdehnung über einen längeren Zeitraum ausgeführt wird. Es ist hierbei möglich, dass die Stellglieder (im Wesentlichen) zeitgleich einer neuen Temperatur ausgesetzt werden.
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Die (vorgesehenen) Stellglieder können (alle) mit unterschiedlichen Verstell-Elementen ausgeführt sein.
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Das erste Stellglied kann ein Formgedächtniselement umfassen, z. B. eine Druckfeder aus einer Formgedächtnislegierung. Diese Formgedächtniselemente haben eine extrem kurze Reaktionszeit, weil die Oberfläche gegenüber der Masse des Formgedächtniselements groß ist und das metallische Material die Wärme schnell transportiert. Damit wird das Überschwingen der Temperatur stark vermindert.
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Das zweite Stellglied kann ein Dehnstoffelement umfassen, z. B. ein bekanntes Dehnstoffelement mit einer Wachsfüllung. Dehnstoffelemente mit Wachsfüllung weisen eine geringe Temperatur-Hysterese sowie eine gute Steifigkeit auf und ermöglichen damit eine genaue Temperatureinstellung. Diese Dehnstoffelemente weisen jedoch eine relativ lange Reaktionszeit auf, so dass ein Überschwingen der Mischwassertemperatur bei Veränderung der Betriebsbedingungen deutlich zu beobachten bzw. durch den Nutzer zu spüren ist.
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Eine bevorzugte Paarung von Stellgliedern wird nachfolgend beispielhaft im Detail beschrieben:
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Verschiebemechanismus eines (äußeren) Schiebers mit erstem Stellglied, umfassend eine Druckfeder aus einer Formgedächtnislegierung
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Die Druckfeder aus einer Formgedächtnislegierung kann einerseits an einem Gehäuseteil oder dem zweitem Stellglied anliegen. Andererseits kann sich die Druckfeder aus einer Formgedächtnislegierung direkt oder mittelbar gegen einen (äußeren) Schieber abstützen. Wenigstens ein Teil der Druckfeder aus einer Formgedächtnislegierung ist in dem Mischwasser angeordnet. Als Widerlager für den (äußeren) Schieber kann eine weitere (erste) Feder vorgesehen sein, die sich ggf. über einen Hülsenkörper direkt oder mittelbar an einem Gehäuseteil abstützt. Die Druckfeder aus einer Formgedächtnislegierung und die (erste) Feder können teilweise koaxial oder axial versetzt zueinander angeordnet sein.
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Verschiebemechanismus eines (einzelnen oder inneren) Schiebers mit zweitem Stellglied, umfassend ein Dehnstoffelement
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Das Dehnstoffelement kann zentral in der Mischkartusche angeordnet sein. Die axiale Ausrichtung bzw. Position des Dehnstoffelements in der Mischkartusche kann durch ein Regulierglied eingestellt werden. Wenigstens ein Teil des Dehnstoffelements ist in dem Mischwasser angeordnet. Als Widerlager kann eine (zweite) Feder (ggf.im Mischraum) vorgesehen sein, die sich direkt oder mittelbar gegen ein Gehäuseteil abstützt. Über einen Umfangsabschnitt bzw. einen Absatz des Dehnstoffelements wirkt dieses auf die Lage eines (einzelnen bzw. inneren) Schiebers ein. Es ist möglich, dass das Dehnstoffelement und der Schieber formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander (direkt oder mittelbar) verbunden sind.
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Es ist möglich, dass mehrere Stellglieder jeweils eine Krafteinleitungsstelle in den Schieber ausbilden, der (in Längsachse betrachtet) auf entgegengesetzten Seiten des Schiebers positioniert ist.
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Insbesondere kann bei einer (ausgehend von einer ersten Mischwassertemperatur) veränderten zweiten Mischwassertemperatur ein erstes Stellglied einen äußeren Schieber entlang einer ersten Richtung und ein zweites Stellglied einen inneren Schieber in einer, der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung, verlagern.
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Bei einer Ausgestaltung mit einem inneren Schieber und einem äußeren Schieber ist insbesondere vorgesehen, dass mindestens ein Warmwasserzulauf und/oder mindestens ein Kaltwasserzulauf von beiden Schiebern beeinflussbar bzw. (teilweise) überdeckbar ist. Es ist möglich, dass ein innerer Schieber und ein äußerer Schieber gemeinsam eine Ausnehmung bilden, die an der Mündung mindestens eines Warmwasserzulaufs und/oder mindestens eines Kaltwasserzulaufes positionierbar ist. Es ist möglich, dass ein innerer Schieber und ein äußerer Schieber radial (unmittelbar) benachbart angeordnet sind. Es ist möglich, dass ein innerer Schieber und ein äußerer Schieber einander kontaktieren und zueinander verschiebbar angeordnet sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass sich ein erstes Stellglied um zumindest einen Teil eines zweiten Stellglieds ringförmig herum erstreckt. Es ist möglich, dass mehrere Stellglieder zumindest teilweise (in Längsrichtung) koaxial zueinander positioniert sind. Es ist möglich, dass mehrere Stellglieder zumindest teilweise koaxial zueinander positioniert sind.
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Der Mischwasserablauf kann sich ringförmig um zumindest einen Teil eines Stellglieds erstrecken.
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Bevorzugt stützt sich die erste Stirnfläche an einer Stirnseite eines (äußeren) Schiebers ab, wobei an der Stirnseite zumindest eine Öffnung, bevorzugt eine Mehrzahl von Öffnungen, zur Verbindung von Mischwasserablauf und Mischraum angeordnet ist.
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Infolge der Anordnung des ersten Stellgliedes im Mischwasserablauf, d. h. das erste Stellglied, z. B. eine Druckfeder mit Windungen, wird von dem Mischwasser umspült, kann eine schnelle Anpassung der Temperatur des ersten Stellgliedes an eine veränderte zweite Mischwassertemperatur des Mischwassers gewährleistet werden. Über die stirnseitigen Öffnungen kann dieser Effekt weiter verbessert werden.
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Zumindest zwei Stellglieder können so vorgesehen sein, dass auf eine Betätigung des ersten Stellglieds eine separate (bzw. alleinige) Verlagerung des mindestens einen Schiebers und auf eine Betätigung des zweiten Stellglieds eine gemeinsame Verlagerung des mindestens einen Schiebers und des ersten Stellglieds erfolgt. Die (beiden) Stellglieder können derart in Reihe geschaltet sein, dass ein erstes Stellglied an/auf dem bewegten Teil eines zweiten Stellglieds befestigt ist, während der mindestens eine Schieber an/auf dem ersten Stellglied befestigt ist, sodass bei einer Betätigung des zweiten Stellglieds das erste Stellglied samt Schieber verlagert wird. Es findet keine Relativbewegung zwischen dem ersten Stellglied und dem Schieber statt. Bei Betätigung des ersten Stellglieds kann hingegen nur der mindestens eine Schieber (relativ zum zweiten Stellglied) verlagert werden.
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Wenigstens ein Teil der benötigten Verschiebekraft zur Bewegung des mindestens einen Schiebers kann mittels einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen einem (dem zweiten) Stellglied und dem mindestens einen Schieber (direkt) übertragen werden. Hierfür können insbesondere Reibkräfte genutzt werden, die sich beispielsweise mit O-Ringen oder dergleichen genau einstellen lassen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Stellglied und dem Schieber (etwa) so eingerichtet ist, wie Verschiebewiderstand (Reibkraft) des Schiebers gegenüber ein ihn aufnehmendes bzw. führendes Gehäuse- bzw. Hülsenteil.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“,...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dabei sind gleiche Bauteile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Ausführungsformen auch technische Teilaspekte betreffen, die extrahierbar und/oder mit anderen Figurendetails bzw. allgemeinen Erläuterungen weiter oben kombinierbar sind. Es ist demnach nicht zwingend erforderlich, alle Aspekte der Figuren gemeinsam zu betrachten.
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Es zeigen beispielhaft und schematisch:
- 1: eine erste Ausführungsform einer Mischkartusche in einem Längsschnitt;
- 2: ein Diagramm, in dem eine Nachregelung einer veränderten zweiten Mischwassertemperatur durch ein Dehnstoffelement dargestellt ist;
- 3: ein Diagramm, in dem eine Nachregelung einer veränderten zweiten Mischwassertemperatur durch ein Formgedächtniselement dargestellt ist; und
- 4 eine zweite Ausführungsform einer Mischkartusche in einem Längsschnitt.
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Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Mischkartusche 1 in einem Längsschnitt. Die Mischkartusche 1 weist ein Kartuschengehäuse 2 auf, das ein erstes Gehäuseteil 3 und ein zweites Gehäuseteil 4 umfasst. In dem Kartuschengehäuse 2 ist ein Mischraum 5 ausgebildet. Die Mischkartusche 1 umfasst einen Warmwasserzulauf 6 für Warmwasser, der sich durch das Kartuschengehäuse 2 erstreckt und in den Mischraum 5 mündet und weiter einen Kaltwasserzulauf 7 für Kaltwasser, der sich durch das Kartuschengehäuse 2 erstreckt und in den Mischraum 5 mündet. Die Mischkartusche 1 umfasst weiter einen Mischwasserablauf 8 für Mischwasser, der aus dem Mischraum 5 führt.
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In dem Gehäuse 2 befindet sich ein Hülsenkörper 9, der mittels eines (manuell betätigbaren) Regulierglieds 24, das hier nach Art einer Spindel ausgebildet ist, entlang einer Längsachse 23 gegenüber dem Kartuschengehäuse 2 positionierbar ist. Der Hülsenkörper 9 wirkt (ggf. mittelbar) mit einem äußeren Schieber 12 zusammen, der entlang eines Regelwegs 10 verschiebbar ist. Der äußere Schieber 12 ist über ein erstes Stellglied 14 und der innere Schieber 13 über ein zweites Stellglied 15 in Abhängigkeit von der ersten Mischwassertemperatur 11 entlang eines Regelwegs 10 verstellbar.
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Durch die Verstellung des Hülsenkörpers 9 wird der äußere Schieber 12 (über die erste Feder 28) betätigt. Die zweite Feder 30 sorgt dafür, dass das zweite Stellglied 15 an der Überlasteinheit 29 anliegt. Der Regelweg 10 erstreckt sich parallel zu einer Längsachse 23 der Mischkartusche 1. Durch die Verstellung der Schieber 12, 13 ist ein Öffnungsquerschnitt eines Strömungspfads des Kaltwassers und/oder eines Strömungspfads des Warmwassers einstellbar, sodass eine Durchflussmenge des Warmwassers entlang des Strömungspfads des Warmwassers und eine Durchflussmenge des Kaltwassers entlang des Strömungspfads des Kaltwassers einstellbar sind. Der äußere Schieber 12 und/oder der innere Schieber 13 können den Strömungspfad des Kaltwassers oder den Strömungspfad des Warmwassers vollständig verschließen, sodass kein Warmwasser beziehungsweise Kaltwasser in den Mischraum 5 fließen kann.
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Bei einer Veränderung der ersten Mischwassertemperatur 11 hin zu einer zweiten Mischwassertemperatur 16 (z. B. durch Betätigung des Reguliergliedes 24 und/oder durch Veränderung der Betriebsbedingungen) können das erste Stellglied 14 innerhalb einer ersten Zeitspanne und das zweite Stellglied 15 innerhalb einer, von der ersten Zeitspanne unterschiedlichen zweiten Zeitspanne eine von der veränderten zweiten Mischwassertemperatur 16 abhängige Formänderung ausführen. Die Stellglieder 14, 15 sind also unterschiedlich ausgeführt, so dass deren Reaktionszeiten auf die sich verändernde Temperatur (die auf die Stellglieder 14, 15 jeweils einwirkende Mischwassertemperatur 11, 16) unterschiedlich lang sind.
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Das erste Stellglied 14 ist ein Formgedächtniselement in Form einer Druckfeder. Das zweite Stellglied 15 ist ein Dehnstoffelement, hier ein bekanntes Dehnstoffelement mit einer Wachsfüllung.
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Der Sollwert der Temperatur kann durch eine Drehung der Spindel bzw. des Reguliergliedes 24 durch den Benutzer verändert werden. Die Drehbewegung des Reguliergliedes 24 wird über einen (ersten) Gewindetrieb in eine axiale Bewegung umgewandelt und auf eine Überlasteinheit 29 übertragen. Dadurch ändert sich die Position des zweiten Stellgliedes (Dehnstoffelement) 15, auf dem der innere Schieber 13 befestigt ist. Des Weiteren zum System des inneren Schiebers gehört die zweite Druckfeder 30, die dafür sorgt, dass das Dehnstoffelement an der Überlast-einheit 29 anliegt und dass dieses bei einer Abkühlung zurückgestellt wird.
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Die Drehung des Reguliergliedes 24 wirkt sich außerdem über einen weiteren (zweiten) Gewindetrieb auf die Position des Hülsenkörpers 9 aus. Dabei ist vorgesehen, dass die Orientierung der beiden Gewindetriebe gegensinnig ist. Die Position des Hülsenkörpers 9 wirkt sich auf das System des äußeren Schiebers 12 aus. Der äußere Schieber 12 mit einem Warmwassersitz 31 ist zwischen der ersten (Druck-)Feder 28 und der (Druck-)Feder aus Formgedächtnislegierung (FGL-Feder) als erstem Stellglied 14 eingespannt. Eine Veränderung der Federvorspannung in Folge der Bewegung des Hülsenkörpers 9 zieht deshalb eine Veränderung der Position des äußeren Schiebers 12 nach sich.
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In einem stationären Zustand (und einer ersten Mischwassertemperatur 11), in dem das erste Stellglied 14 und das zweite Stellglied 15 jeweils die erste Mischwassertemperatur 11 angenommen haben, befinden sich die Schieber 12, 13 in vordefinierten Positionen. Bei einer Veränderung der ersten Mischwassertemperatur 11 in dem Mischraum 5 bzw. in dem Mischwasserablauf 8 (z. B. durch eine Veränderung der Betriebsbedingungen) reagieren die Stellglieder 14, 15 und können der (ggf. unerwünschten) Änderung entgegenwirken. Erhöht sich z. B. die Mischwassertemperatur von der ersten Mischwassertemperatur 11 auf eine zweite Mischwassertemperatur 16, z. B. weil der Druck in der Kaltwasserleitung sinkt, so vergrößert sich die Federkraft des ersten Stellglieds und der äußere Schieber 12 wird nach rechts bewegt. Etwas verzögert reagiert das zweite Stellglied 15 (das Dehnstoffelement) mit einer Ausdehnung und bewegt den inneren Schieber 13 nach links. Dadurch wird der durchströmbare Öffnungsquerschnitt des Kaltwasserzulaufs 7 gegenüber dem Warmwasserzulauf 6 vergrößert und die zweite Mischwassertemperatur 16 sinkt wieder in die Nähe der vorherigen ersten Mischwassertemperatur 11.
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Hier wird also (ausgehend von einer ersten Mischwassertemperatur 11) bei einer veränderten zweiten Mischwassertemperatur 16 das erste Stellglied 14 den äußeren Schieber 12 entlang einer ersten Richtung 17 und das zweite Stellglied 15 den inneren Schieber 13 in einer, der ersten Richtung 17 entgegengesetzten zweiten Richtung 18 verlagern.
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Der Mischwasserablauf 8 erstreckt sich ringförmig um zumindest einen Teil 19 des zweiten Stellglieds 15. Das erste Stellglied 14 ist im Mischwasserablauf 8 angeordnet, wobei eine erste Stirnfläche 20 des ersten Stellglieds 14 von einem aus dem Mischraum 5 in den Mischwasserablauf 8 strömenden Mischwasser zumindest teilweise beaufschlagt wird. Die erste Stirnfläche 20 stützt sich an einer Stirnseite 21 des äußeren Schiebers 12 ab, wobei an der Stirnseite 21 zumindest eine Öffnung 22, bevorzugt eine Mehrzahl von Öffnungen 22, zur Verbindung von Mischwasserablauf 8 und Mischraum 5 angeordnet ist.
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Infolge der Anordnung des ersten Stellgliedes 14 im Mischwasserablauf 8 werden die Windungen der Druckfeder von dem Mischwasser umspült, so dass eine schnelle Anpassung der Temperatur des ersten Stellgliedes 14 an eine veränderte zweite Mischwassertemperatur 16 des Mischwassers gewährleistet werden kann. Über die stirnseitigen Öffnungen 22 kann dieser Effekt weiter verbessert werden.
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2 zeigt ein Diagramm, in dem eine Nachregelung einer sich verändernden ersten Mischwassertemperatur 11 durch ein Dehnstoffelement (erstes Stellglied 14) dargestellt ist. Auf der horizontalen Achse ist die Zeit 25 und auf der vertikalen Achse die sich ändernde Temperatur (erste Mischwassertemperatur 11, zweite Mischwassertemperatur 16) aufgetragen. Der erste Verlauf 26 zeigt die gewünschte erste Mischwassertemperatur 11 und der zweite Verlauf 27 die sich durch Nachregelung des Dehnstoffelements einstellende zweite Mischwassertemperatur 16.
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Bei dem Mischventil 1 mit Dehnstoffelement ist deutlich das Überschwingen der Temperatur (siehe Kreis) nach der Veränderung der ersten Mischwassertemperatur 11 von einer niedrigen hin zur einer höheren ersten Mischwassertemperatur 11 zu erkennen.
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3 zeigt ein Diagramm, in dem eine Nachregelung einer verändernden ersten Mischwassertemperatur 11 durch ein Formgedächtniselement dargestellt ist. Auf der horizontalen Achse ist die Zeit 25 und auf der vertikalen Achse die sich ändernde Temperatur (erste Mischwassertemperatur 11, zweite Mischwassertemperatur 16) aufgetragen. Der erste Verlauf 26 zeigt die gewünschte erste Mischwassertemperatur 11 und der zweite Verlauf 27 die sich durch Nachregelung des Dehnstoffelements einstellende zweite Mischwassertemperatur 16.
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Bei der Mischkartusche 1 mit Formgedächtniselement ist ein Überschwingen der Temperatur nach der Veränderung der ersten Mischwassertemperatur 11 von einer niedrigen hin zu einer höheren ersten Mischwassertemperatur 11 nicht zu erkennen. Jedoch ist hier erkennbar, dass die gewünschte Temperatur nicht genau erreicht wird.
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Hier wird vorgeschlagen, die beiden Technologien miteinander zu kombinieren, so dass eine schnelle Reaktionszeit bei gleichzeitiger Verringerung des Überschwingens gewährleistet werden kann.
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Die 4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Mischkartusche 1 in einem Längsschnitt. Ein zweiteiliges Kartuschengehäuse 2 mit einem ersten Gehäuseteil 3 und einem zweiten Gehäuseteil 4 umschließt die inneren Komponenten einer Thermostatkartusche, wobei an dem ersten Gehäuseteil 3 ein Ventilsitz angebracht ist, gegen den das Kaltwasser durch einen Ventilschieber 32 absperrbar ist und an dem zweiten Gehäuseteil 4 ein Ventilsitz angebracht ist, gegen den das Warmwasser durch den Ventilschieber 32 absperrbar ist. Zwischen den Ventilsitzen und den entsprechenden Dichtflächen am Ventilschieber 32 spannt sich jeweils ein durchströmbarer Öffnungsquerschnitt des Warmwasserzulaufs 6 und des Kaltwasserzulaufs 7 auf, wobei die Größe der Öffnungsquerschnitte durch eine axiale Bewegung des Ventilschiebers 32 veränderbar ist. Es ergibt sich aus der Konstruktion und ist erwünscht, dass eine Vergrößerung des durchströmbaren Öffnungsquerschnitts bezüglich des Warmwasserzulaufs 6 (durch eine Verlagerung des Ventilschiebers 32) eine Verkleinerung des durchströmbaren Öffnungsquerschnitts bezüglich des Kaltwasserzulaufs 6 im gleichen Maße hervorruft.
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Die Position des Ventilschiebers 32 ist durch zwei unterschiedliche Stellglieder 14, 15 (zumindest teilweise) unabhängig beeinflussbar sein. In diesem Beispiel ist das zweite Stellglied 15 ein wachsgefülltes Dehnstoffelement, welches durch eine zweite Feder 30 gegen eine Überlasteinheit 29 vorgespannt wird. Die Überlasteinheit 29 ist über ein als Mutter ausgebildetes Regulierglied 24 axial verschiebar, wobei durch diesen Vorgang eine Veränderung der Mischwassertemperatur durch den Benutzer ermöglicht wird. Die zweite Feder 30 stütz sich auf der einen Seite gegen das zweite Gehäuseteil 4 ab und wirkt auf der anderen Seite gegen einen Hülsenkörper 9, welche die Federkraft an eine Stirnfläche des Dehnstoffelements leitet.
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Im Unterschied zu anderen Ausführungen von Thermostatkartuschen ist der Ventilschieber 32 nicht fest auf dem Dehnstoffelement bzw. zweite Stellglied 15 befestigt bzw. nicht an diesem ortsfest verbunden. Stattdessen ist die Position des Ventilschiebers 32 zusätzlich durch ein erstes Stellglied 14 in Form eines Federsystems mit einer temperaturabhänigen Feder (hier eine Feder aus Formgedächtnismaterial) beeinflussbar. Die temperaturabhängige Feder stütz sich auf der einen Seite gegen das Dehnstoffelement bzw. das zweite Stellglied 15 ab und wirkt auf der anderen Seite gegen den Ventilschieber 32. Dagegen wirkt ebenfalls auf den Ventilschieber 32 die Kraft einer ersten (Druck-)Feder 28, die sich andererseits gegen den Hülsenkörper 9 abstützt. Somit stellt sich die relative Position des Ventilschiebers 32 zum Dehnstoffelement bzw. zweiten Stellglied 15 so ein, dass die Federkräfte der ersten Feder 28 und der temperaturabhängigen Feder bzw. dem ersten Stellglied 14 im Gleichgewicht sind. Da die Federkraft der temperaturabhängigen Feder mit steigender Temperatur zunimmt, bewirkt eine Erhöhung der Mischwassertemperatur eine Bewegung des Ventilschiebers nach links, wodurch der durchströmbare Querschnitt auf der Warmwasserseite verkleinert wird und ein absenken den Temperatur erreicht wird.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf dem Dehnstoffelement bzw. zweiten Stellgliedes 15 ein Ringelement 33 mit einem ersten O-Ring 34 angeordnet. Der erste O-Ring 34 ermöglicht eine vordefinierte Kraftübertragung zwischen dem Dehnstoffelement und dem Ventilschieber 32 und verbessert dadurch die Unabhängigkeit der beiden Stellglieder 14, 15 voneinander. Insbesondere entsprechen die Reibkräfte am ersten O-Ring 34 des Ringelements 33 im Wesentlichen denen an einem zweiten O-Ring 35 des Ventilschiebers 32. Ohne den ersten O-Ring 34 würde jede Kraftübertragung zwischen dem Dehnstoffelement/zweiten Stellglied 13 und dem Ventilschieber 32 über das erste Stellglied 14 erfolgen, was ggf. aufgrund einer geringen Steifigkeit sonst zu Wechselwirkungen führen würde.
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Nachdem das Warmwasser und Kaltwasser die durchströmbaren Öffnungsquerschnitte durchströmt haben, werden sie in der Mischkammer 15 zusammengeführt. Von dort aus wird das Mischwasser entlang der temperatursensiblen Bereiche der Stellglieder zum Mischwasserablauf 16 geführt. Zu diesem Zweck weißt der Ventilschieber in dem Bereich wo er um die temperaturabhängige Feder umgibt Schlitze 17 auf, die dem Mischwasser ermöglichen, an die temperaturabhängige Feder und das Dehnstoffelement heranzuströmen.
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Abschließend ist ausdrücklich anzumerken, dass die folgenden Einzelaspekte der beiden Ausführungsformen extrahiert und ggf. in anderen Ausführungsbeispielen getrennt einsetzbar sind: die Ausgestaltungen der Stellglieder, die Anordnung der Stellglieder zueinander bzw. in Relation zu dem mindestens einen Schieber, die Ausgestaltung eines Hülsenkörpers und/oder die Kraft- bzw. Bewegungsübertragung von Stellglied zu Schieber.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mischkartusche
- 2
- Kartuschengehäuse
- 3
- erstes Gehäuseteil
- 4
- zweites Gehäuseteil
- 5
- Mischraum
- 6
- Warmwasserzulauf
- 7
- Kaltwasserzulauf
- 8
- Mischwasserablauf
- 9
- Hülsenkörper
- 10
- Regelweg
- 11
- (erste) Mischwassertemperatur
- 12
- äußerer Schieber
- 13
- innerer Schieber
- 14
- erstes Stellglied
- 15
- zweites Stellglied
- 16
- zweite Mischwassertemperatur
- 17
- erste Richtung
- 18
- zweite Richtung
- 19
- Teil
- 20
- erste Stirnfläche
- 21
- Stirnseite
- 22
- Öffnung
- 23
- Längsachse
- 24
- Regulierglied
- 25
- Zeit
- 26
- erster Verlauf
- 27
- zweiter Verlauf
- 28
- erste Feder
- 29
- Überlasteinheit
- 30
- zweite Feder
- 31
- Warmwassersitz
- 32
- Ventilschieber
- 33
- Ringelement
- 34
- erster O-Ring
- 35
- zweiter O-Ring
