DE2711500C3 - Mischhahn - Google Patents
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Mischhahn zur Regelung der Ströinungsmengen von zwei Flüssigkeiten.
Derartige Mischhähne enthalten im allgemeinen ein bewegliches Verschlußglied, welches mit zwei Durchtrittsöffnungen
versehen und /.wischen einem festen Anschlag und zwei Stutzen zur Zufuhr von warmem und
kaltem Wasser vcrschieblich ist, an welchen es dicht gleitet, wobei diese Stutzen gegen das bewegliche
Verschlußglied durch elastische Mittel gedruckt werden, z. B. Federn, um die erforderliche \bdichtung herzustellen.
Durch Verschiebung des Verschlußgliedes regelt der Benutzer die gegenseitigen Stellungen der Öffnungen
und der Stutzen so, daß er die Durchtrittsquerschnitte für das warme Wasser bzw. das kalte Wasser auf den
gewünschten Wert einstellt.
Bei einer ersten, durch die französische Patentschrift
21 05 339 bekannten Ausführung sind der Anschlag und das Verschlußglied aus einem Kunststoff hergestellt,
welcher genügend hart und widerstandsfähig ist, um den Wasserdruck auszuhalten, während die — hier Stutzen
genannten — Einsätze durch Federn gegen das Verschlußglied gedrückt werden und insbesondere aus
einem Elastomer hergestellt sind. Bei dieser Ausführung kann das Verschlußglied in zwei zueinander senkrechten
Richtungen verschoben werden. Die Kombination der öffnungen des Verschlußgliedes mit denen der
Einsätze ermöglicht die Regelung der Strömungsmenge sowie die Dosierung des Gemischs.
Obwohl diese Ausführung hinsichtlich ihrer Einfachheit und der Bequemlichkeit der Betätigung mittels
eines einzigen Handgriffs mit zwei Freiheitsgraden interessant ist, hat die Erfahrung gezeigt, daß beim
Gebrauch verschiedene Unvollkommmenheiten auftreten.
Insbesondere bei einer längeren Betriebsunterbrechung sucht das Elastomer der Stutzen an dem
Kunststoff des Verschlußgliedes zu haften, da die in diesem enthaltenen Vulkanisierungsprodukte höchstwahrscheinlich
eine oberflächliche Schädigung der
Polymere zur Folge haben, wie bei den üblichen Metallen.
Ferner erzeugt der Druck der Stutzen auf das Verschlußglied eine besonders starke Reibung, wobei
der Reibungswinkel einen hohen Wert von größenordnungsmäßig 0,27 erreicht. Diese Reibung macht den
Mischhahn hart, ungenau und unbequem, wobei unangenehme Rucke und Knirschen entstehen.
Um diesen Fehlern abzuhelfen, ist es üblich, die miteinander in Berührung kommenden Teile beim
Zusammenbau mit z. B. Silikon enthaltenden Spezialfetten zu schmieren. Der leichte, zwischen die Teile
gebrachte Film bewirkt vorübergehend eine Verringerung der Reibungskoeffizienten und die teilweise
Aufhebung der Klebeerscheinungen, das Arbeiten mit heißem Wasser und die wiederholte Betätigung des
Mechanismus beseitigen jedoch schnell diesen Film, und die Fehler treten wieder auf.
Bei einer anderen aus der US-PS 37 47 641 bekannten Ausführung hat das aus Metall hergestellte Verschlußglied
Kugelform, und die Stutzen sind in eine Grundplatte aus einem elastischen Material eingebaut,
welches eine Schale bildet, auf welche eine Schicht aus Polytetrafluoräthylen geklebt ist, während der Anschlag
ringförmig, aus Metall hergestellt und mit Polytetrafluorälhylen überzogen ist.
Eine derartige Vorrichtung ist schwer zu verwirklichen, da die Formung der Polytetrafluoräthylenschicht
vor ihrem Aufkleben heikel und die erhaltene Kugelform unvollkommen ist, was die Anlage des
Verschlußgliedes an der Grundplatte unregelmäßig macht.
Ferner erfordert die Dichtigkeit der Verbindungsstelle zwischen dem Polytelrafluorälhylen und dem Metall,
daß das Vcrschlußglicd einen Oberflächenzustand hoher Qualität besitzt, was die Kosten der Vorrichtung
erheblich erhöht. Selbst so erfordert die Abdichtung eine starke Zusammendrückung der Grundplatte,
welche gleichzeitig eine Erhöhung der Reibungen und des Fließens des Polytctrafluoräthylens während der
Ruhezeiten nach dem Innern der öffnungen unter dem Druck des elastischen Materials bewirkt.
Es wurden ferner ohne Erfolg Mittel gesucht, um unter Ausgang von der ersten obigen Ausführung und
ohne Änderung des Aufbaus derselben einen Mischhahn herzustellen, welcher gleichzeitig geräuschlos, weich zu
betätigen, dicht, dauerhaft, einfach und wirtschaftlich ist, indem sie folgende Versuche vorgenommen hat:
Hierbei wurde zunächst versucht, einen reibungsmindernden Überzug, insbesondere aus Polytetrafluoräthylen,
an dem Verschlußglied oder an den Stutzen herzustellen. Derartige Überzüge können jedoch nur in
kaltem Zustand hergestellt werden, da die genannten Unterlagen die Erhitzungstemperatur des Poiytetrafluoräthylens
nicht aushalten. Unabhängig von der benutzten Technik zur Aufbringung durch einen Lack
oder ein Aerosol hat es sich daher als unmöglich erwiesen, eine dauerhafte Herabsetzung der Reibung zu
erhalten, da die erzielte Verbesserung fast ebenso vorübergehend blieb wie bei der oben erwähnten
Schmierung mit einem Silikonfett, und das Verhalten der hergestellten Überzüge war ungenügend.
Hierauf wurde versucht, ein Verschlußglied aus massivem Polytetrafluoräthylen herzustellen, die ungenügende
mechanische Festigkeit dieses Materials und insbesondere seine Fließneigung haben jedoch allmähliche
Verformungen hervorgerufen, welche für das richtige Arbeiten unter der kombinierten Wirkung des
Wasserdrucks und des Andrückdrucks der Stutzen schädlich waren.
Ferner mußten andere ins Auge gefaßte Möglichkeiten aus folgenden Gründen ausgeschieden werden:
Die Verwendung eines vollständig metallischen Verschlußgliedes, insbesondere aus rostfreiem Stahl,
welches mit bei hoher Temperatur gesintertem Polytetrafluorethylen überzogen ist, hätte heikle Bearbeitungen
infolge der verwickelten herzustellenden Formen erfordert und in unzulässiger Weise den Preis
des fertigen Materials erhöht.
Die Benutzung eines Verschlußgliedes aus einem Kunststoff geringer Härte, z. B. einem Polyamid, hätte
nicht gestattet, die erforderliche mechanische Festigkeit zu erhalten, wobei das Problem der Blockierung des
Verschlußgliedes durch Anhaften der Stutzen nach langen Ruhezeiten bestehen blieb.
Dagegen ist es durch die Erfindung gelungen, das gewünschte Resultat durch eine spezifische Änderung
des Aufbaus des Verschlußgliedes bei Benutzung einer komplexen Kombination von Materialien zu erhalten.
Der erfindungsgemäße Mischhahn enthält ein bewegliches Verschlußglied mit zwei Durchtrittsöffnungen,
welches zwischen einem Anschlag und zwei Stutzen zur Zufuhr von warmem und kaltem Wasser angeordnet ist,
an welchen es gleiten kann, und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied einen plastischen
Gleitschuh aufweist, welcher mit einer metallischen Schale überdeckt ist, gegen welche sich dicht die Stutzen
legen, wobei diese Schale auf der Seite der Anlage der Stutzen mit einem Überzug aus einem selbstschmierenden
Polymer überzogen ist.
Hierdurch erteilt man dem Verschlußglied gleichzeitig die erforderliche Steifigkeit zum Aushalten des
Wasserdrucks und Gleiteigenschaften, welche ein weiches, geräuschloses Arbeiten ohne Zerstörung der
Einsätze gewährleisten. Gleichzeitig kann eine dauerhafte Befestigung des Polytelrafluoräihylenüberzuges
an der Schale erzielt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schale aus rostfreiem gezogenem, nut einer dünnen
Schicht von Polytetrafluoräthylen überzogenem Stahl, und die Stutzen sind aus einem Elastomer hergestellt,
/.. B. einem Nilrilkomplex, während der Anschlag aus einem Polymer mit hoher Festigkeit und hoher Härte
ist, z. B. einem Acetalharz, und der Gleitschuh aus einem Polymer geringer Härte mit guten Gleiteigenschaflen,
z. B. einem Polyamid.
Die so definierte komplexe Kombination gestattet, zusammen alle durch die obige Änderung des Aufbaus
ermöglichten Vorteile zu erhalten und einen Mischhahn herzustellen, welcher alle erforderlichen Eigenschaften
hat, wobei das Verschlußglied hinsichtlich dei Reibung gleichzeitig mit den Stutzen und dem Anschlag
verträglich ist.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.
Fig. 1 zeigt in einem Schnitt längs der Linie l-l der
Fig. 2 eine erste Ausführungsform der Erfindung und der Leitungen zur Zufuhr und Abf'ihr des Wassers.
F i g. 2 ist ein Schnitt der gleichen Ausführung unter den gleichen Bedingungen längs der Linie HiI der
Fig. 1.
Fig. 3 ist eine schaubildliche auseinandergezogene Ansicht des Mischhahns der Fig. 1 und 2 ohne den
llahnkörper.
Fig. 4 ist eine Ansicht des in Fig. 2 mit IV bezeichneten Teils in sehr großem Maßstab, welche den
Einbau des Anschlags des Mischhahns der F i g. 1 bis 3 zeigt
F i g. 5 und 6 sind vergrößerte Ansichten des gleichen Mischhahns in Fig. 1 bzw. 2 entsprechenden Schnitten,
wöbe', der Körper nicht dargestellt ist und sich der
Betätigungshebel in einer anderen Stellung befindet.
Fig. 7 ist eine auseinandergezogene schaubildliche Ansicht des Anschlags, des Verschlußgiiedes und der
Stutzen einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 8 zeigt schaubildlich die gegenseitigen Stellungen
der Teile der Fig. 7 bei ihrer betriebsfertigen Vereinigung.
Der Mischhahn der Fig. 1 bis 3 enthält ein bewegliches Verschlußglied 1 in Form eines Zylinderabschnitts
mit zwei quadratischen Durchtrittsöffnungen 2 für das warme Wasser und das kalte Wasser, welcher
zwischen einem Anschlag 4 aus einem harten Material und zwei Stutzen aus elastischem Material 5 zur Zufuhr
des warmen Wassers und des kalten Wassers gleitet.
Das Verschlußglied 1 besitzt einen Gleitschuh 6, welcher von einer aufgesetzten metallischen Schale 7
bedeckt ist, gegen welche sich dicht die Stutzen 5 legen, und welche auf der Seite 8 der Anlage der Stutzen 5 mit
einem Überzug aus einem selbstschmierenden Polymer 9 (F i g. 6) überzogen ist.
Das Verschlußglied 1, der Anschlag 4, die Stutzen 5 werden zwischen einer halbzylindrischen Schale 10 mit
zwei radialen parallelen Durchlässen 11 gehalten, in welchen die Stutzen 5 mit einer geringen, die
Abdichtung gewährleistenden Reibung untergebracht sind, wobei ein Deckel 12 lösbar an der Schale 10
befestigt ist und mit einem Lager 13 für einen mit einem Kugelgelenk versehenen Betätigungshebel 14 versehen
ist. Die so erhaltene Anordnung bildet eine Patrone 15, welche auseinandergezogen in Fig. 3 und im Schnitt in
Fig. 5,6dargestellt ist.
Im Betrieb befindet sich die Patrone 15 in einem Hahnkörper 16 mit einem doppelten, mit den Durchlässen
11 und den Stutzen 5 verbundenen Eingangsrohransatz 17 und einem Ausgang 18, welcher bei der
dargestellten Ausführung mit einem Ausfluß 19 in Verbindung steht. Sie wird durch einen in ein
Innengewinde des Körpers 16 geschraubten Ring 20 in ihrer Stellung gehalten, welcher sie gegen einen fest mit
dem doppelten Rohransatz 17 verbundenen Bund 21 drückt, welcher zwischen einer Schulter 16a des
Körpers 16 und einem entfernbaren Gewindering 21a eingespannt ist.
Der Anschlag 4 umfaßt zwei in einer Flucht angeordnete halbzylindrische Anlageflächen 23, welche
die Stutzen 5 übergreifen und der Schale 10 gegenüberliegen. Die Anlageflächen 23 sind durch eine
kreisförmige Platte 22 verbunden, welche : einer Durchmesserebene der Schale 10 quer zu dei dichtung
der Stutzen 5 liegt.
Wie dies Fig.4 für einen der betreffenden Punkte
zeigt, ist die Platte 22 an zwei diametral gegenüberliegenden Punkten zwischen den Innenflächen 24a von
zwei Ansätzen 24 eingespannt, welche die Flanken der Schale 10 verlängern und einen in eine entsprechende
Nut 26 des Deckels 12 eingreifenden äußeren Vorsprung 25 tragen.
Dis Verschlußglied 1 hat im wesentlichen die Form
eines Zylinderabschnitts, dessen konvexe Fläche durch die Schale 7 gebildet wird und sich der Schale 10 anpaßt,
und die vom Gleitschuh 6 gebildete konkave Fläche paßt sich den Anlageflächen 23 an. Es kann in zwei
Freiheitsgraden zwischen der Schale 10 und den
Anlageflächen 23 so gleiten, daß sich seine öffnungen 2
gegenüber den Stutzen 5 verschieben.
Die Schale 7 ist an dem Gleitschuh 6 durch zwei seitliche Laschen 28 befestigt, welche eine Feder bilden
und in Nuten 29 am Ende des Gleitschuhs eingepreßt sind, welchen sie einspannen.
Gegenüber den Öffnungen 2 des Gleitschuhs 6 besitzt die Schale 7 entsprechende Öffnungen 2a ebenfalls mit
quadratischem Querschnitt, welche bei der dargestellten Ausführung mit umgebogenen Randleisten versehen
sind.
In dem mittleren Abschnitt der Konkavität des Gleitschuhs 6 ist eine Ausnehmung 30 für den
Betätigungsfinger 31 des Hebels 14 ausgebildet, deren Innenflächen von den Seiten eines metallischen
Schutzeinsatzes 32, z. B. aus gebogenem rostfreiem Blech, überdeckt sind.
Die konvexe Oberfläche 8 der Schale 7 ist mit einem vorzugsweise sehr dünnen, in F i g. 5 und 6 dargestellten
reibungsmindernden Überzug 9 versehen, gegen welchen jeder Stutzen 5 durch eine in dem entsprechenden
Durchlaß 11 untergebrachte Feder 34 gedrückt wird.
Zur Sicherstellung der Dichtigkeit dieser Berührung weist jeder Stutzen 5 eine Randleiste 35 auf, welche
gemäß der Zylinderfläche 8 so ausgeschnitten ist, daß sie sich dieser genau anpaßt.
Der Anschlag 4 besteht vorzugsweise aus einem Polymer hoher Festigkeit und Härte, z. B. einem
Acetalharz, während der Gleitschuh 6 aus einem anderen Polymer geringerer Härte hergestellt ist, z. B.
einem Polyamid, welches gute Gleiteigenschaften gegenüber dem Acetalharz hat.
Ferner kann die Gelenkkugel des Hebels 14 einen reibungsmindernden Überzug, z. B. aus Polytetrafluorethylen,
erhalten und ist im Betrieb in eine in den Deckel 12 eingespannte Dichtung 40 mit hohlem Innenprofil
eingesetzt.
Ferner wird die Schale 7 zweckmäßig aus gezogenem rostfreiem Stahl hergestellt, wobei dann der reibungsmindernde
Überzug 9 durch bei hoher Temperatur, insbesondere bei 3500C, gesintertes Polytetrafluorethylen
gebildet wird, während die Stutzen 5 aus einem Elastomer sind, z. B. einem Nitrilkomplex, oder aus
einem plastischen Werkstoff mit der zur Erzielung der erforderlichen Abdichtung gewünschten Elastizität.
Vorzugsweise wird ein sehr dünner Überzug aus Polytetrafluorethylen mit einer Dicke von größenordnungsmäßig
35 Mikron benutzt.
Der reibungsmindernde Überzug 9 kann durch Aufbringung des Mischpolymerisats in Form von Pulver
hergesteüt werden, z. B. durch elektrostatisches Aufstäuben,
Elektrophorese, Eintauchen oder Aufbringung mit der Rolle, worauf die Schale 7 während der
erforderlichen Zeit auf die Sintertemperatur gebracht wird, bevor sie an dem Gleitschuh 6 angebracht wird.
Vor der obigen Aufbringung kann die Fläche 8 durch chemischen oder mechanischen Angriff (Sandstrahlen,
Schroten oder dgl.) porös gemacht oder aufgerauht worden sein.
Im Betrieb kommt das warme und das kalte Wasser
durch einen der Kanäle des doppelten Rohransatzes 17 gemäß den Pfeilen Fund G an, durchströmt die Stutzen
5 und die entsprechenden öffnungen 2 gemäß den Pfeilen H und /, mischen sich miteinander in dem
Körper 16 und fließen zu der Benutzungsstelle über den Ausgang 18 in Richtung des Pfeils K.
Durch Betätigung des mit einer Gelenkkugel versehenen Betätigungshebels 14 kann der Benutzer das
Verschlußglied 1 gemäß dem einen oder dem anderen seiner Freiheitsgrade verstellen und den einen oder den
anderen der Stutzen 5 mehr oder weniger freilegen, was ihm die bequeme Regelung der Ausflußmenge und der
ο gegenseitigen Anteile der beiden Wasser in dem
Gemisch ermöglicht.
Dank dem reibungsmindernden Überzug 9, insbesondere wenn dieser aus Polytetrafluoräthylen ist, erfolgt
das Gleiten des Verschlußgliedes 1 an den Stutzen 5 bei
in den Regelungen mit einer sehr geringen Reibung, wobei
außerdem der restliche Reibungswiderstand im Stillstand vernachlässigbar ist. Dieses vorteilhafte Ergebnis
wird erhalten, selbst wenn dei die Stutzen 5 auf die
Schale 7 drückende Druck der Federn 34 hoch ist, so daß
ι i die Abdichtung ohne Nachteil hergestellt werden kann.
Der Überzug 9 besitzt eine große chemische Trägheil
und das Haften verhindernde Eigenschaften, welche jede Kesselsteinablagerung und jedes Kleben der
Stutzen an der Fläche 8 verhindern. Die erzielte Qualität der Reibung ist daher dauerhaft, und der erfindungsgemäße
Mischhahn hat eine lange Lebensdauer.
Ferner ermöglicht die Erfindung, zu diesen erster Ergebnissen andere vorteilhafte unerwartete Folgen
hinzuzufügen, welche die vollständige Lösung der durch
:?·) die bekannten Mischhähne gestellten Probleme ermöglichen.
Zunächst besitzt die Schale 7 eine ausgezeichnete Steifigkeit und verhindert jede Verformung des
Verschlußgliedes 1 trotz der Plastizität des Gleitschuh«
j(i 6, indem sie diesem eine mechanische Festigkeit erteilt
welche ausreicht, um den Druck des Wassers und der Federn 34 auszuhalten.
Hierdurch wird die Wahl des für die Herstellung des Gleitschuhs 6 zu benutzenden plastischen Material«
Ji beträchtlich erweitert, und man kann ohne Nachteil eir
Polymer geringer Härte der oben beschriebenen Ar! benutzen, welches so ein gutes Gleiten des Verschlußgliedes
1 an der Anlagefläche 23 gewährleistet, umsc mehr, als diese aus einem Material hergestellt ist
■κι welches erheblich härter als der Gleitschuh 6 ist.
Auf diese Weise werden unangenehme Reibunger sowie Abnutzung durch Abschleifen weitgehend ir
Fortfall gebracht, umso mehr, als die Gelenkkugel de; Hebels 14 ihrerseits mit einem reibungsmindernder
->> Überzug überzogen ist, welcher ihr Kleben an dei
Dichtung 40 verhindert. Die von dieser Gelenkkuge auszuhaltenden Beanspruchungen sind verhältnismäßig
gering, und das zeitliche Verhalten des reibungs mindernden Überzugs ist zufriedenstellend, selbst be
ίο Benutzung eines im kalten Zustand aufgebrachter
Ubei'ZügS.
Aus den obigen Gründen kann der Anschlag 4 sehi starr sein, was ihm gestattet, die Benutzungskräftt
auszuhalten und zusätzlich die Blockierung der beider Ansätze 24 der Schale 10 sicherzustellen, wodurch jede
Verformung derselben durch Verbiegen infolge ihre: Einspannung durch den Deckel 12 vermieden wird.
Die obige Anordnung ist übrigens besonders wirt
schaftlich herstellbar. Ihr Aufbau ist nämlich einfach unc
verwendet nur billige, in der Form geformte Materialier
ohne Bearbeitung oder Ziehvorgänge, wobei die teuersten Bestandteile, wie Polytetrafluoräthylen unc
rostfreier Stahl, nur in kleinen Mengen benutzt werden.
Die Erfindung kann abgewandelt werden. So kam insbesondere, wie in Fig.5 und 6 dargestellt, dei
konkave Teil des Verschlußgliedes 1 mit den Stutzen f über die Schale 7 in Berührung stehen. Der Anschlag <
würde dann halbzylindrische Wiegen 37 anstelle dei
Anlageflächen 23 aufweisen.
Die Gleitfläche der Schale 7 kann sphärisch oder eben sein, wobei die Verschiebungsmöglichkeiten derselben
die beiden obigen Freiheitsgrade beibehalten.
Schließlich braucht das Verschlußglied 1 nur gemäß einem einzigen Freiheitsgrad verschieblich zu sein, z. B.
um nur die Dosierung eines Gemischs aus warmem und kaltem Wasser zu bewirken, und der Querschnitt der
öffnungen 2 braucht nicht quadratisch zu sein.
Der Betätigungsfinger 31 kann lösbar an dem Hebel 14 befestigt sein, was die Vereinfachung der Herstellung
desselben ermöglichen würde, wenn er aus Metall ist, wobei der eigentliche Finger 31 aus einem Polymer
hoher Härte sein kann, z. B. einem Acetalharz.
Die von dem Finger 31, der Ausnehmung 30 und dem Einsatz 32 gebildete Anordnung kann eine andere Form
haben, wobei der eingreifende Teil fest mit dem Gleitschuh 6 verbunden sein kann, während sich der
umgreifende Teil an dem Hebel 14 befindet.
Die Ausnehmung 30 kann vollständig durch den Gleitschuh 6 hindurchtreten, wobei der Einsatz 32
unmittelbar fest mit der Schale 7 verbunden ist.
Die Schale 7 kann aus Messing oder einem anderen Metall hergestellt werden, vorausgesetzt, daß sie einen
Schutzüberzug aufweist, wenn das verwendete Metall oxydierbar ist.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Mischhahn mit einem beweglichen Verschlußglied mit zwei Durchtrittsöffnungen, welches zwischen
einem Anschlag und zwei Stutzen zur Zufuhr von warmem und kaltem Wasser angeordnet ist, an
welchen es gleiten kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied (1) einen
plastischen Gleitschuh (6) aufweist, welcher von einer metallischen Schale (7) überdeckt wird, gegen
welche sich dicht die Stutzen (5) legen, wobei die Schale (7) auf der Anlagefläche der Stutzen (5) mit
einem Überzug (9) aus einem selbstschmierenden Polymer überzogen ist.
2. Hahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (7) aus gezogenem Metall ist.
3. Hahn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der selbstschmierende Überzug
(9) eine dünne Schicht aus Polytetrafluoräthylen ist.
4. Hahn nach Anspruch I, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (7) zwei Laschen (28)
aufweist, welche die beiden entgegengesetzten Enden des Gleitschuhs (6) federnd umfassen.
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