DE19747521A1 - Druckausgleichssteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausglei­ chung der Drücke zweier Fluidströme, insbesondere eines Kaltwasserstroms und eines Warmwasserstroms, mit zwei getrennten Zu- und Abflußöffnungen, bei der zur Erta­ stung einer Druckdifferenz die beiden Ströme auf eine im Gehäuse am Außenrand befestigte Membran einwirken, wobei eine mit Abstand zum Außenrand der Membran befe­ stigte Hülse als Steuerglied auf zwei spiegelbildlich angeordneten, Fluideinlaßöffnungen aufweisenden Rohr­ zapfen axial verschieblich gedichtet vorgesehen ist und jeweils mit einem Endbereich auf einem jeweils auf den Rohrzapfen ausgebildeten Drosselventilsitz einwirkt.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-Patentschrift 4 022 242 und der europäischen Patentschrift 0 322 597 B2 bekannt. Bei diesen vorbekannten Vorrichtungen ist eine Hülse auf zwei spiegelbildlich angeordneten Rohr­ stutzen axial verschieblich, mit O-Ringen gedichtet vorgesehen. Am Außenbereich der Hülse ist eine Membran befestigt, die am Außenbereich im Gehäuse gedichtet eingespannt ist, so daß mit der Membran das Gehäuse in zwei Teile unterteilt ist, wobei in dem einen Teil Kaltwasser und in dem anderen Teil Heißwasser durch­ strömt.

Die gleitende Lagerung auf den spiegelbildlich angeord­ neten Rohrzapfen ist relativ empfindlich gegenüber Aus­ scheidungen aus dem Wasser, so daß im Extremfall durch Kalkablagerungen ein Festsetzen der Steuerhülse auf dem Rohrstutzen eintreten und somit eine Druckausgleichung völlig verhindern kann. Darüber hinaus ist es erforder­ lich, die O-Ringdichtungen mit Fett einzusetzen, damit eine relativ leichtgängige Bewegung der Steuerhülse er­ möglicht ist. Das Fett kann jedoch relativ kurzfristig vom durchströmenden Wasser ausgewaschen werden, so daß die Druckausgleichsvorrichtung hiernach schwergängiger wird und eine feinfühlige Druckausgleichung nicht mehr erfolgen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Ober­ begriff des Anspruchs 1 angegebene Vorrichtung zu ver­ bessern und insbesondere so auszubilden, daß eine mög­ lichst reibungsarme über einen relativ langen Zeitraum gleichbleibende feinfühlig erfolgende Druckausgleichung gewährleistet wird, wobei es mit zur Aufgabe gehört, die Vorrichtung aus möglichst wenigen kostengünstig herzustellenden Einzelteilen zu bilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membran am inneren Bereich zwischen den einander zugekehrten Stirnseiten der beiden Rohrzapfen gedichtet angeordnet ist und die Hülse konzentrisch mit jeweils einer Hälfte an den beiden Seiten der Membran im mitt­ leren Bereich befestigt ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den An­ sprüchen 2 bis 12 angegeben.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Stellbewegung der Steuer­ hülse zwischen den Regelspalten nahezu reibungslos er­ reicht werden kann. Da dynamisch beanspruchte O-Ring­ dichtungen nicht mehr erforderlich sind, können diese sich auch nicht mehr entfetten und schwergängig werden.

Mit der erfindungsgemäßen Membranausbildung und -anordnung wird ein Einsatz der Druckausgleichsvorrich­ tung im Niederdruckbereich < 0, 5 bar und bei einer ho­ hen Durchflußleistung oberhalb von 38 l/min (10 US gal­ lon per minute) ermöglicht. Auch können Kalkablagerun­ gen aus dem Wasser sich nicht nachteilig auf die Druck­ ausgleichssteuerung auswirken.

Schließlich kann die Druckausgleichsvorrichtung aus we­ nigen, kostengünstig herstellbaren Einzelteilen in ei­ nem relativ einfachen Montagearbeitsgang hergestellt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt und werden im folgenden näher be­ schrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Sicherheits-Wassermischbatterie mit vorgeschalteter Druckausgleichs­ vorrichtung im Längsschnitt;

Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigte Druckaus­ gleichsvorrichtung im Längsschnitt in vergrößerter Darstellung;

Fig. 3 eine Hälfte der in Fig. 2 gezeigten Hülse in der Schnittebene III der Fig. 4;

Fig. 4 die in Fig. 3 gezeigte Hülse in Draufsicht;

Fig. 5 einen in Fig. 2 gezeigten Rohrzapfen um 90° gedreht in Seitenansicht;

Fig. 6 einen anderen in Fig. 2 gezeigten Rohrzapfen um 90° gedreht in Seiten­ ansicht, teilweise geschnitten;

Fig. 7 die in Fig. 2 gezeigte Membran in Seitenansicht;

Fig. 8 die in Fig. 7 gezeigte Membran in der Schnittebene VIII;

Fig. 9 ein anderes Ausführungsbeispiel ei­ ner Druckausgleichsvorrichtung im Längsschnitt;

Fig. 10 eine erste Hälfte der in Fig. 9 ge­ zeigten Hülse in der Schnittebene X der Fig. 11;

Fig. 11 die in Fig. 10 gezeigte Hülsenhälfte in Draufsicht;

Fig. 12 eine zweite Hälfte der in Fig. 9 ge­ zeigten Hülse in der Schnittebene XII der Fig. 13;

Fig. 13 die in Fig. 12 gezeigte Hülsenhälfte in Draufsicht.

Der Einfachheit halber sind bei den Ausführungsbeispie­ len in der Zeichnung gleiche oder entsprechende Elemen­ te mit jeweils gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist eine Sicherheitswassermischbatterie mit einem Armaturenkörper 1 dargestellt, der jeweils diame­ tral gegenüberliegend einen Anschlußstutzen 11 für Kaltwasser und einen Anschlußstutzen 12 für Warmwasser aufweist. Außerdem sind in der gleichen Ebene um 90° versetzt (in der Zeichnung nicht dargestellt) Anschluß­ stutzen für die Mischwasserabführung ausgebildet. In den beiden Anschlußstutzen 11, 12 ist jeweils ein Rück­ schlagventil 13 angeordnet, so daß ein unzulässiges Rückfließen von Brauchwasser über die Anschlußstutzen für den Auslaß verhindert wird.

In einer zentralen Bohrung 14 des Armaturenkörpers 1 ist ein aus zwei Gehäuseschalen 21, 22 gebildetes Gehäu­ se 2 gedichtet angeordnet. In der Gehäuseschale 21 ist eine radiale mit dem Anschlußstutzen 11 fluchtende Zu­ flußöffnung 23 ausgebildet, in der von der stromabwärts gelegenen Seite ein Rohrzapfen 32 für das Kaltwasser aufgenommen ist. In der zweiten Gehäuseschale 22 ist eine mit dem Anschlußstutzen 12 fluchtende Zuflußöff­ nung 24 ausgebildet, an deren stromabwärts gelegenen Seite ein Rohrzapfen 33 für Warmwasser aufgenommen ist. Die beiden Zuflußöffnungen 23, 24 sind jeweils mit einem in einer umlaufenden Nut angeordneten O-Ring zur Wan­ dung der Bohrung 14 abgedichtet.

Die Rohrzapfen 32, 33 sind spiegelbildlich fluchtend an­ geordnet und bilden die Basis einer Druckausgleichsvor­ richtung 3, wie sie insbesondere in Fig. 2 bis 6 darge­ stellt ist.

Die Druckausgleichsvorrichtung 3 wird von einer mittig angeordneten kreisförmigen Membran 30 gebildet, die mit einer Zentralbohrung 302 auf einen verdickten Bereich 331 eines Ansatzes 330 angeordnet ist, der stirnseitig an dem Rohrzapfen 33 ausgebildet ist. Die Zentralboh­ rung 302 ist dabei im Durchmesser geringfügig kleiner als der Bereich 331 ausgebildet, so daß eine dichte Verpressung in der Stecklage erfolgt. Am Mittelbereich sind gegenüberliegend an beiden Seiten ringförmig aus­ gebildete Dichtlippen 304 ausgebildet, die in der Ein­ baulage jeweils in eine Ringnut 318 der aus zwei iden­ tischen Hälften 311 gebildeten Hülse 31 einfassen. Au­ ßerdem weisen die Hülsen symmetrisch angeordnete, als Vorsprünge ausgebildete Stifte 316 auf, die in der Stecklage in Bohrungen 303 der Membran 30 einfassen. Die beiden Hälften 311 der Hülse 31 werden in Stecklage an den Stirnseiten der Stifte 316 mittels Ultraschall verschweißt, so daß die beiden Hälften 311 zusammen mit der Membran 30 unlösbar miteinander verbunden sind. Für die Aufnahme der Stifte 316 und der Nut 318 ist jede Hälfte 311 der Hülse 31 mit einem Ringflansch 314 ver­ sehen. Am Außenrand der Membran 30 ist jeweils zu bei­ den Seiten eine Dichtlippe 301 angeformt, mit denen ei­ ne Abdichtung in der jeweiligen Ringnut 29 der beiden Gehäuseschalen 21, 22 des Gehäuses 2 bewerkstelligt wird.

Die beiden spiegelbildlich angeordneten Rohrzapfen 32, 33 werden in ihrer Stecklage von dem an dem Rohrzap­ fen 33 ausgebildeten koaxialen Ansatz 330 miteinander gehalten, wobei der Ansatz 330 in eine stirnseitige Bohrung 320 des Rohrstutzens 32 eingepreßt wird. Zur guten Fixierung der beiden Rohrzapfen 32, 33 sind in der Bohrung 320 geringfügig vorstehende Rippen 321 in axia­ ler Richtung angeordnet, die so bemessen sind, daß sie bei dem Einführen des Ansatzes 330 geringfügig pla­ stisch verformt werden, so daß eine spielfreie Halte­ rung gewährleistet ist. In der Stecklage der beiden Rohrzapfen 32, 33 wird außerdem durch die beiden Stirn­ seiten die Membran 30 axial fixiert. Der Rohrzapfen 32 weist einen koaxial angeordneten Einlaßkanal 325 für Kaltwasser und der Rohrstutzen 33 einen koaxial ausge­ bildeten Einlaßkanal 335 für Warmwasser auf. Im strom­ abwärts gelegenen Endbereich sind jeweils zwei neben­ einander angeordnete Radialschlitze 35 angeordnet, wie es insbesondere aus Fig. 5 und 6 ersichtlich ist. An der jeweils von der Membran abgekehrten Seite der Ra­ dialschlitze 35 ist jeweils ein durch eine Verdickung ausgebildeter umlaufender Drosselventilsitz 34 auf den Rohrzapfen 32, 33 ausgebildet.

Die in Fig. 2 dargestellte Druckausgleichsvorrichtung 3 kann in folgender Weise zu einer Baueinheit zusammenge­ fügt werden:
Zunächst wird die Membran 30 mit der Zentralbohrung 302 auf den verdickten Bereich 331 des Rohrzapfens 33 auf­ gebracht. Danach wird der Rohrzapfen 32 mit der Bohrung 320 auf den Ansatz 330 aufgepreßt, so daß nunmehr bei­ de Rohrzapfen 32, 33 zusammen mit der Membran 30 fixiert sind. Hiernach werden die beiden Hälften 311 der Hülse 31 mit den Stiften 316 in die Bohrungen 303 eingeführt, wobei gleichzeitig die Dichtlippen 304 in die ringför­ mige Nut 318 der jeweiligen Hälfte 311 einfassen. So­ dann werden die beiden Hälften 311 der Hülse 31 mit ei­ ner Ultraschallschweißmaschine im Bereich der Stirnsei­ ten miteinander verschweißt, so daß die gesamte Bauein­ heit nach dem Verschweißvorgang unlösbar zusammengefügt ist, da die beiden Hälften 311 am vorstehenden Endbe­ reich jeweils mit einer eingezogenen Steuerkante 312 versehen sind, die jeweils mit einem Drosselventilsitz 34 zusammenwirkt und in der Extremlage zur Anlage ge­ langt.

Die als Baueinheit ausgebildete Druckausgleichsvorrich­ tung 3, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, wird mit den Endbereichen der Rohrzapfen 32, 33 in die Zuflußöffnun­ gen 23, 24 der beiden Gehäuseschalen 21, 22 eingeschoben, wobei zusätzlich die Membran 30 mit den Dichtlippen 301 des Außenrands in der entsprechenden Ringnut 29 der beiden Gehäuseschalen 21, 22 aufgenommen wird. Die Druckausgleichsvorrichtung 3 ist somit mit den beiden Anschlußstutzen 11, 12 über die Rohrstutzen 32, 33 ver­ bunden, wobei das zuströmende Kalt- und Warmwasser je­ weils über die Radialschlitze 35 in den von der Hülse 31 umschlossenen inneren Bereich der Membran 30 austre­ ten kann. Bei gleichen Drücken des zufließenden Kalt- und Warmwassers befindet sich die Membran 30 mit der Hülse 31 in der in Fig. 1 gezeigten Stellung, so daß das Kalt- und Warmwasser über gleich große ringförmige Austrittsspalte zwischen dem Drosselventilsitz 34 und der Steuerkante 312 in eine Abflußöffnung 25 für Kalt­ wasser und eine Abflußöffnung 26 für Warmwasser austre­ ten kann. Tritt dagegen im Anschlußstutzen 11 für Kalt­ wasser ein erhöhter Druck auf, so wird dieser erhöhte Druck die Membran 30 im inneren Bereich entsprechend - in der Zeichnung nach rechts - auslenken, wodurch der Drosselspalt für den Kaltwassereinlaß entsprechend ver­ ringert und der Drosselspalt für den Warmwassereinlaß entsprechend vergrößert wird, so daß eine Angleichung der unterschiedlichen Drücke von Kalt- und Warmwasser erfolgt. Bei einer Druckerhöhung im Anschlußstutzen 12 für Warmwasser erfolgt eine Auslenkung der Membran 30 mit der Hülse 31 in umgekehrter Richtung, so daß dann entsprechend der Spalt für den Warmwassereinlaß verrin­ gert und der Spalt für den Kaltwassereinlaß vergrößert wird. Zusätzlich wirkt ein evtl. verbliebener Druckun­ terschied des Kalt- und Warmwassers auf den außerhalb der Hülse 31 befindlichen Bereich der Membran 30 zur weiteren Druckausgleichung ein.

Das im Druck zueinander angepaßte Kalt- und Warmwasser wird separat im Gehäuse 2 weitergeführt, wobei das Kaltwasser in eine Abflußöffnung 25 und das Warmwasser in eine Abflußöffnung 26 gelangt. In den Abflußöffnun­ gen 25, 26 sind Dichtelemente 28 federverspannt angeord­ net, die mit einer drehbaren Misch- und Durchflußregu­ lierscheibe 27 zusammenwirken. An der Misch- und Durch­ flußregulierscheibe 27 ist ein zentraler Zapfen 270 an­ geformt, an dem eine begrenzt drehbare, einen Drehgriff 16 tragende Spindel 160 befestigt ist. Zum Verschluß des Armaturenkörpers 1 mit dem Gehäuse 2 ist eine Ver­ schlußhaube 15 gedichtet an dem Armaturenkörper 1 befe­ stigt, wobei in der Haube eine Mischkammer 150 für das zufließende Kalt- und Warmwasser ausgebildet ist. In der Misch- und Durchflußregulierscheibe 27 sind in be­ kannter Weise Schlitze 271 ausgebildet, die mit den von den Dichtungen 28 umschlossenen Abflußöffnungen 25, 26 durch Drehung in Verbindung bringbar sind. Hierbei sind die Schlitze 271 so angeordnet, daß von einer Absperr­ stellung mit einer Drehbewegung des Drehgriffs 16 zu­ nächst die Kaltwasserabflußöffnung 25 zunehmend geöff­ net wird. Nach einem Maximum der Kaltwasseröffnung wird zunehmend Warmwasser zudosiert, wobei entsprechend der Zufluß des Kaltwassers verringert wird, bis in der End­ stellung lediglich Warmwasser über die Mischkammer 150 an die Anschlußstutzen für Mischwasser abgegeben wird. Mit einer entgegengesetzten Drehung kann die Durchfluß­ regulierscheibe 27 wieder in Absperrstellung gebracht werden.

In Fig. 9 bis 13 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Druckausgleichsvorrichtung 3 dargestellt, die die gleichen Außenabmessungen aufweist wie die vorbeschrie­ bene Druckausgleichsvorrichtung, so daß sie alternativ in das in Fig. 1 gezeigte Gehäuse 2 einsetzbar ist. Bei dieser Ausbildung ist die Hülse 31 lösbar an der Mem­ bran 30 befestigt. Zu diesem Zweck ist eine erste Hälf­ te 311a der Hülse 31 vorgesehen, bei der Durchgangsboh­ rungen 315 im Flansch 314 ausgebildet sind, wie es ins­ besondere aus Fig. 10 und 11 zu entnehmen ist. Bei ei­ ner zweiten Gehäusehälfte 311b sind dagegen jeweils ab­ wechselnd eine Durchgangsbohrung 315 und ein Stift 316 ausgebildet, wie es insbesondere aus Fig. 12 und 13 zu entnehmen ist. Anstatt der Verschweißung der beiden Hälften 311a und 311b sind hier Spannbolzen 317 mit Muttern 319 vorgesehen, wobei der Spannbolzen jeweils durch die Bohrungen 315 geführt wird. Der Abstand der beiden Hälften 311a und 311b wird hierbei von den Stif­ ten 316 gesichert, die im verschraubten Zustand mit ih­ ren Stirnseiten an dem gegenüberliegenden Ringflansch 314 anliegen. Die Baueinheit ist durch Lösen der Spann­ bolzen 317 nach dem Zusammenfügen wieder zerlegbar. Im übrigen entspricht die Ausbildung der Druckausgleichs­ vorrichtung 3, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, der in Fig. 2 gezeigten Druckausgleichsvorrichtung und hat auch die gleiche Wirkungsweise.

Als besonders günstig hat sich herausgestellt, wenn die beiden Rohrzapfen 32, 33 aus Polysulfon (PSU) im Kunst­ stoffspritzgießverfahren hergestellt werden. Die Hälf­ ten 311, 311a, 311b der Hülse 31 können vorteilhaft aus Polyphenylenether (PPE/PS) mit 20% Glasfaserfüllstoff im Spritzgießverfahren hergestellt werden. Die Membran 30 kann zweckmäßig aus einem Elastomerwerkstoff herge­ stellt werden. Die gesamte Druckausgleichsvorrichtung 3 kann somit aus wenigen, aus Kunststoff im Spritzgieß­ verfahren kostengünstig erzeugten Einzelteilen herge­ stellt werden.

Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen ist die Druckausgleichsvorrichtung 3 in einer Sicherheitswas­ sermischbatterie angeordnet. Selbstverständlich kann die Druckausgleichsvorrichtung auch in anderen, vor­ zugsweise Wasserleitungsarmaturen, wie im Einhebel­ mischventil oder in einer thermostatgeregelten Misch­ batterie, eingesetzt werden.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Ausgleichung der Drücke zweier Fluidströme, insbesondere eines Kaltwasserstroms und eines Warmwasserstroms, mit zwei getrennten Zu- und Abflußöffnungen, bei der zur Ertastung einer Druckdifferenz die beiden Ströme auf eine im Gehäu­ se am Außenrand befestigte Membran einwirken, wobei eine im Abstand zum Außenrand an der Membran befe­ stigte Hülse als Steuerglied auf zwei spiegelbild­ lich angeordneten, Fluideinlaßöffnungen aufweisen­ den Rohrzapfen axial verschieblich gedichtet vorge­ sehen ist und jeweils mit einem Endbereich auf ei­ nen jeweils auf den Rohrzapfen ausgebildeten Dros­ selventilsitz einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (30) am inneren Bereich zwischen den einander zugekehrten Stirnseiten der beiden Rohr­ zapfen (32, 33) gedichtet angeordnet ist, und die Hülse (31) konzentrisch mit jeweils einer Hälfte (311, 311a, 311b) an den beiden Seiten der Membran (30) im mittleren Bereich befestigt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hülse (31) aus zwei identischen Hälf­ ten (311) gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hälften (311) mit an einem Ring­ flansch (314) angeformten Stiften (316) versehen sind, die die Membran (30) durchdringen und die Hälften (311) zueinander fixieren.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stifte (316) in der Stecklage mitein­ ander verschweißt sind.

5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (31) aus Kunststoff, vorzugsweise Polyphenylenether (PPE/PS) mit 20% Glasfaserfüllstoff, hergestellt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß im Ringflansch (314) mit Abstand zu den Stiften (316) Bohrungen (315) ausgebildet sind, in denen Spannbolzen (317) mit Muttern (319) zur fe­ sten und dichten Verbindung der beiden Hälften (311a, 311b) an der Membran (30) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (30) im Bereich der Stirnseiten der Hälften (311, 311a, 311b) der Hülse (31) mit einer oder meh­ reren konzentrisch umlaufenden Dichtlippen (304) versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dichtlippen (304) in ringförmigen Nu­ ten (318) der Hälften (311, 311a, 311b) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Rohr­ zapfen (32) stirnseitig einen Ansatz (320) trägt, der bei der Zusammenmontage in eine stirnseitige Bohrung (330) des anderen Rohrzapfens (33) einfaßt, so daß eine axiale Verschiebung bei radialer Fixie­ rung ermöglicht ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß auf dem Ansatz (320) ein verdickter Be­ reich (321) ausgebildet ist, auf den die Membran (30) mit einer im Durchmesser geringfügig verrin­ gerten Zentralbohrung (302) aufgepreßt ist, so daß eine fluiddichte Anlage der Membran (30) an den verdickten Bereich (321) gewährleistet ist.

11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrzapfen (32, 33) aus Kunststoff, vorzugsweise aus Polysulfon (PSU), im Spritzgießverfahren hergestellt sind.

12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrzapfen (32, 33) mit der Membran (30) und der Hülse (31) als eine Baueinheit ausgebildet sind, die in ein zwei­ schaliges Gehäuse (2) einsetzbar ist, welches in einer Bohrung (14) eines Armaturenkörpers (1) in der Steckposition gehalten ist, wobei die Rohrstut­ zen (32, 33) so dimensioniert sind, daß die Endbe­ reiche von den Zuflußöffnungen (23, 24) für die bei­ den Fluide im Gehäuse (2) dicht aufgenommen sind.