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Thermostatventil
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Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil, insbesondere im Sanitärbereich,
nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Bekannte Thermostatventile dieser Art besitzen als Re gelele ment
einen Kolben, der vom Stellglied verschoben wird. Je nach Relativ stellung gibt
dieser Kolben einen Warmwassersitz und/oder einen Kaltwassersitz mehr oder weniger
frei. Als dynamische Dichtelemente finden dabei im allgemeinen O-Ringe Verwendung.
Diese e bekannten Thermostatventil,6esitzen nicht nur den Nachteil, daß die O-Ringe
am Kolben einem starken Verschleiß ausgesetzt sind.
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Sie benötigen zwingend ein gesondertes Absperr- und Mengenventil,
da diese Funktion vom Kolben nicht mit übernommen werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Thermostatventil der
fraglichen Art so auszubilden, daß die Regelelemente über die Lebensdauer des Thermostatventils
hinweg wartungsfrei bleiben und daß bei Bedarf die Regelelemente selbst zur Mengensteuerung
herangezogen werden können. Dies soll nicht besagen, daß jedes erfindungsgemäße
Thermostatventil eine Mengenregelung enthalten muß. Thermostatventile mit und ohne
Mengenregelung sollen jedoch nach einem gemeinsamen Grundprinzip aufgebaut sein,
sodaß die gemeinsam verwendeten Komponenten in größeren Stückzahlen hergestellt
werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch beschriebene Er findung
gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäß verwendeten Steuerscheiben weisen nicht nur den
geforderten geringen Verschleiß auf; sie schließen auch so dicht,
daß
sie gleichzeitig als Mengen- und als Temperaturregelelemente verwendet werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der
Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein
erfindungsgemäßes Thermostatventil.
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Das Thermostatventil besitzt ein Gehäuse 1 mit Warmwasser-Einlauf
2, Kaltwasser-Einlauf 3 und Mischwasser-Auslauf 4. Das Gehäuse 1 weist einen becherförmigen
Innenraum 5 auf, der im Bodenbereich 6 etwas im Durchmesser verkleinert ist. Der
Boden des Innenraumes 5 ist über Kanäle 7,8 mit dem Warmwasser-Einlauf 2 bzw. dem
Kaltwasser-Einlauf 3 verbunden. Ein Ringkanal 9 im Halsbereich des Gehäuses 1 kommuniziert
über einen Kanal 10 mit dem Mischwasser-Auslauf 4.
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In den engeren Bodenbereich 6 des Gehäuse-Innenraumes 5 ist eine Scheibenkammer
eingesetzt, die insgesamt die Bezugszahl 11 trägt.
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Der Boden 12 der Scheibenkammer 11, der über eine Flachdichtung 13
auf dem Boden des Gehäuse-Innenraumes 5 aufliegt, ist einstückig mit einer Trennwand
14 ausgebildet, welche den Innenraum der Scheibenkammer 11 in zwei Teile 15a, 15b
unterteilt.
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Die hülsenförmige Seitenwand 16 der Scheibenkammer 11 ist zwischen
dem Boden 12 und dem Deckel 17 unter Zuhilfenahme der Trennwand 14 verspannt. Im
einzelnen nicht bezeichnete Dichtungen zwischen Boden 12 und Seitenwand 16, zwischen
Seitenwand 16 und Deckel 17 sowie zwischen Deckel 17 und Trennwand 14 verbinden
die genannten Teile wasserdicht miteinander.
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Der Innenraum 15a der Scheibenkammer 11 steht über eine Durchtrittsöffnung
18 im Boden 12 sowie eine koaxiale Durchtrittsöffnung 19 der Flachdichtung 13 mit
dem Kanal 7 und somit mit dem Warmwasser-Einlaß 2 in Verbindung. Der Innenraum 15b
der Scheibenkammer 11 kommuniziert über eine Durchtrittsöffnung 20 im Boden 12
sowie
eine Durchtrittsöffnung 21 in der Flachdichtung 13 mit dem Kanal 8 und damit mit
dem Kaltwasser-Einlaß 3. Die hülsenförmige Seitenwand 16 der Scheibenkammer 11 ist
mit gegenüberliegenden Auslaßöffnungen 22,23 versehen, welche den Innenraum 15a
bzw.
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den Innenraum 15b mit einem Ringraum 24 verbinden, der zwischen der
Außenmantelfläche der Scheibenkammer 11 und dem weiteren Bereich der Innenwand des
Gehäuses 1 liegt.
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Die Innenfläche der Scheibenkammer-Seitenwand 16 ist zumindest in
der Umgebung der Auslaßöffnungen 22,23 als ebene Sitzfläche für jeweils eine Steuerscheibe
25 bzw, 26 ausgebildet. Diese Steuerscheiben 25, 26 sind in geeigneter Weise so
befestigt, daß sie sich innerhalb der Scheibenkammer 11 nicht verschieben können;
sie werden daher nachfolgend "Festscheiben" genannt. Zumindest die nach innen weisende
Fläche der vorzugsweise aus Keramik hergestellten Festscheiben 25,26 ist auf hohe
Güte poliert. Diese Arbeitsfläche wirkt jeweils mit einer entsprechend bearbeiteten
Arbeitsfläche einer zweiten Steuerscheibe 27, 28 zusammen, die an die Festscheibe
25 bzw. 26 angrenzt, gegenüber dieser aber verschoben werden kann. Jeweils eine
Feder 29 bzw. 30 drückt die beweglichen Steuerscheiben 27 bzw. 28 gegen die zugeordnete
Festscheibe 25 bzw.
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26 an; weitere Federn 31 bzw. 32 beaufschlagen die Steuerscheiben
27 bzw. 28 in der Zeichnung zusätzlich nach oben.
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Sowohl die Steuerscheiben 27,28 als auch die Festscheiben 25, 26 enthalten
mehrere äquidistante, parallele Schlitze 33 gleicher Breite, die durch Relativbewegung
der Steuerscheiben 27,28 gegenüber den Festscheiben 25,26 in unterschiedliche Überlappung
gebracht werden können. Mit Hilfe des sich so ergebenden Jalousie-Effektes lassen
sich die Wasser-Durchflußquerschnitte zwischen den Scheibenkamrner-Innenräumen 15a
und 15b sowie dem Ringraum 24 regeln. Aus diesem Grunde werden die beweglichen Steuerscheiben
27,28 nachfolgend Regelscheiben genannt.
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Die Verschiebung der Regelscheiben 27, 28 wird über Stößelstangen
34, 35 bewirkt, die sich durch (nicht näher bezeichnete) Bohrungen im Deckel 17
der Scheibenkammer 11 nach oben erstrecken und gegenüber dem Deckel 17 durch O-Ringe
abgedichtet sind.
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Auf dem Deckel 17 der Scheibenkammer 11 ist eine Außenhülse 36 aufgesetzt,
deren Außendurchmesser etwa dem größeren Durchmesser des Gehäuse-Innenraumes 5 entspricht.
Die Außenhülse 36 ist mit einem Ringflansch 37 an der oberen Stirnfläche des Gehäuses
1 festgeschraubt. Ein in einer Umfangsnut der Außenhülse 36 einliegender O-Ring
38 verhindert das Austreten von Wasser aus dem Gehäuse-Innenraum 5 Mehrere nach
unten offene Ausnehmungen 39 im unteren Bereich der Außenhülse 36 stellen eine Verbindung
zwischen deren Innenraum und dem Ringraum 24 her. In Abstand darüber liegende Durchtrittsöffnungen
40 verbinden den Innenraum der Außenhülse 36 mit dem Gehäuse-Ringkanal 9 und damit
mit dem Mischwasser-Auslauf 4 Im oberen Halsbereich der Außenhülse 36, der etwas
kleineren Außen-und Innen-Durchmesser aufweist, sind ein Außengewinde 41 und eine
senkrecht verlaufende Innenverzahnung 42 vorgesehen.
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Die Innenverzahnung 42 der Außenhülse 36 wirkt mit einer komplementären
Außenverzahnung 43 einer Innenhülse 44 zusammen, die vertikal verschiebbar koaxial
innerhalb der Außenhülse 36 angeordnet ist. Die Außenkontur der Innenhülse 44 ist
mehrfach abgestuft: Der untere Bereich 45 besitzt einen Außendurchmesser, der etwa
dem kleineren Innendurchmesser der Außenhülse 36 entspricht. Etwas kleineren Außendurchmesser
weist der darüberliegende Bereich mit der Außen verzahnung 43 auf. Der sich nach
oben anschließende Halsbereich der Innenhülse ist mit zwei Außengewinden 46, 47
versehen.
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Der becherförmige Innenraum 48 der Innenhülse 44 wird nach unten durch
einen eingeschraubten Boden 49 begrenzt, der eine oder mehrere Wasser-Durchtrittsöffnungen
50 enthält. Der Boden 49 weist außerdem in einem zentralen, zylindrischen Vorsprung
51 eine Führungsbohrung für einen Führungsstift 52 auf. Nach unten ist an den Boden
49 ein Lagerbock angeformt, an dem mittels eines Schwenkzapfens 54 eine Wippe 55
angelenkt ist. Die Stößelstangen 34, 35 der Regelscheiben 27, 28 werden unter dem
Einfluß der Federn 31, 32 von unten gegen die gegenüberliegenden Enden der Wippe
55 gedrückt.
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Mehrere Durchtrittsöffnungen 56 verbinden den Innenraum 48 der Innenhülse
44 mit dem Innenraum der Außenhülse 36, der seinerseits in der oben geschilderten
Weise mit dem Mischwasser-Auslaß 4 kommuniziert.
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Der unterste Bereich der Innenhülse 44 wird von einem Innenwulst 57
der Außenhülse 36 geführt, in dem ein nicht mit Beugszeichen versehener O-Ring einliegt.
Ein weiterer O-Ring befindet sich in einer Umfangsnut des Bereichs 45 der Innenhülse
44 oberhalb der Durchtrittsöffnungen 56 Der Innenraum 48 der Innenhülse 44 nimmt
ein als solches bekanntes Dehnstoffelement (78) auf, das als Temperaturfühler und
als Stellglied für die Regelscheiben 27, 28 dient. Das Dehnstoffelement 78 stützt
sich nach oben über einen Druckstift 58 an einer Einstellspindel 59 ab . Das obere
Ende der Einstellspindel 59 ist im Durchmesser erweitert und wird von einem Zylindergehäuse
60 aufgenommen. Es steht dort unter der Einwirkung von einer oder mehreren Druck
Sicherheitsfedern 61, welche verhälstnismäßig starr sind und das verbreiterte, obere
Ende der Einstellspindel 59 gegen den Boden des Zylindergehäuses 60 drücken.
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Der obere Bereich des Zylindergehäuses 60 ist in eine Axialbohrung
62 eines hohlzylindrischen Teils 63 eingeschraubt und dort fixiert.
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Das hohlzylindrische Teil 63 seinerseits ist auf das obere Außengewinde
47 der Innenhülse 44 aufgeschraubt. Auf der äußeren Mantelfläche trägt es einen
Drehgriff 64, der mit einer Magens schraube 65 gesichert ist.
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In der Innenhülse 44 ist von oben her eine mehrfach abgestufte Zentral
bohrung 66 eingebracht, in der (von oben nach unten gesehen) das Zylindergehäuse
60, die Stellspindel 59 und der Druckstift 58 axial verschiebbar geführt sind.
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Der oben bereits erwähnte Führungsstift 52 ragt in eine Sackbohrung
eines zentralen, unteren Vorsprungs 67 des Dehnstoffelements 78 und ist von einer
Druckfeder 68 umgeben, welche das DehnstoffeLement 78 vom Bonden 49 der Innenhülse
44 weg nach oben drückt. Ein unterer Druckstift 69 ragt vom Umfangsbereich des Dehnstoffelements
78 durch eine Bohrung im Boden 49 der Innenhülse 44 und liegt von oben gegen ein
Ende der Wippe 55 an.
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Auf das untere Außen gewinde 46 der Innenhülse 44 ist ein Milnahmew
ring 70 aufgeschraubt und dort mittels einer Madenschraube 71 fixiert. Der Mitnahmering
70 wird von einem inneren Radialflansch 72 einer Gewindemuffe 73 untergriffen, wobei
zur Verbesserung der Gleiteigenschaften ein Beilagering 74 zwischengelegt ist. Die
untere Seite des Radialflansches 72 liegt über einen weiteren Beilage ring 75 auf
einer Schulter der Innenhülse 44 auf. Die Gewindemuffe 73 ist auf das Außengewinde
der Außenhülse 36 aufgeschraubt und steht im oberen Bereich der Mantelfläche in
Drehverbindung mit einem Ring 76, an den ein Handgriff 77 angeformt ist.
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Die inneren Wasserwege des beschriebenen Thermostatventils sind wie
folgt Das Warmwasser fließt vom Warmwasser-Einlaß 2 durch den Kanal 7
und
die Durchtrittsöffnungen 1 9, 18 in den Scheibenkammer Innenraum 15a ein. Je nach
Stellung der Regelscheibe 27 relativ zur Festscheibe 25 strömt es durch die Schlitze
33 und die Auslaßöffnung 22 in den Ringraum 24, wo es sich mit Kaltwasser zu mischen
beginnt.
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Dieses Kaltwasser gelangt über den Kanal 8, die Durchtrittsöffnungen
21 ,20, den Scheibenkammer-Innenraum 15b, durch die Steuerscheiben 26 und 28 (je
nach Relativstellung) und die Auslaßöffnung 23 in den Ringraum 24.
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Aus dem Ringraum 24 strömen Kalt- und Warmwasser unter zunehmender
Vermischung durch die Ausnehmungen 39 der Außenhülse 36 in deren Innenraum, von
dort über die Öffnung (en) 50 im Boden 49 der Innenhülse 44 in deren Innenraum 48.
Das Mischwasser fließt dann am Dehnstoffelement 78 entlang, und zwar zur Verbesserung
der thermischen Ankoppelung innerhalb und außerhalb des glockenförmigen DehnstoffUufnahmeraumes.
Es verläßt das Thermostatventil über die Durchtrittsöffnungen 56 der Innenhülse
44, die Durchtrittsöffnungen 40 der Außenhülse 36, den Ringkanal 9 und den Gehäusekanal
10 Die Temperaturregelung des Mischwasser erfolgt durch Einwirkung des unteren Dehnstoffelement-Druckstiftes
69 auf die Wippe 55.
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Verändert sich die Temperatur des Mischwassers, so bewegt sich der
Druckstift 69 in axialer Richtung. Hierdurch wird die Winkelstellung der Wippe 55
geändert. Dies hat einen gegenläufigen Effekt auf die beiden Regelscheiben 27, 28
während die eine (z.ER. 27) von der zugeordneten Druckfeder (im Beispiel 31) nach
oben geschoben wird, wird die andere (im Beispiel 28) von der Wippe über die entsprechende
Stößelstange (im Beispiel 35) nach unten gedrückt. Auf diese Weise wird die Überlappung
der Schlitze 33 im einen Steuerscheiben-Paar 25,27 auf Kosten der Überlappung der
Schlitze 33 im anderen Steuerscheiben-Paar 26,28 verändert.
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Hierbei ändern sich die effektiven Durchflußquerschnitte
von
Kalt- und Warmwasser so, daß sich wieder die gewünschte Mischwasser-Temperatur einstellt.
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Die Temperaturvorwahl erfolgt in bekannter Weise am Drehgriff 64.
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Wird dieser gemeinsam mit dem hohlzylindrischen Teil 63 auf dem Außengewinde
47 der Innenhülse 44 verdreht, so verschieben sich das Zylindergehäuse 60, die Stellspindel
59, der obere Druckstift 58, das Dehnstoffelement 78 und der untere Druckstift 69
in axialer Richtung. Hierdurch wird die Winkelstellung der Wippe 55 verändert.
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Die Wahl der ausfließenden Mischwassermenge erfolgt durch Verschwenken
des Handhebels 77 um die in der Zeichnung senkrecht verlaufende Hauptachse des Thermostatventils.
Die Verschwenkung des Handhebels setzt sich an der Gewindeverbindung zwischen Außenhülse
36 und Gewindemuffe 73 in eine axiale Bewegung dieser Teile um, welche über den
Flansch 72 der Gewindemuffe 73 und über den Mitnahmering 70 auf die Innenhülse 44
übertragen wird. Eine Verdrehung der Innenhülse 44 gegenüber der Außen,hülse 36
wird dabei durch die Keilverzahnung 42,43 verhindert.
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Die Axialbewegung wird von der Innenhülse 44 gemeinsam mit allen hiervon
getragenen Elementen ausgeführt, insbesondere also auch vom Drehknopf 64, vom Dehnstoffelement
78, vom unteren Druckstift 69, vom Lagerbock 53 und von der Wippe 55 . Die Winkelstellung
der Wippe 55 ändert sich hierbei also nicht. Aus diesem Grunde setzt sich die Axialbewegung
der Wippe 55 in einer gleichsinnigen Bewegung der Regelscheiben 27,28 fort: die
Überlappung der Schlitze 33 wird in beiden Steuerscheiben-Paaren 25,27 und 26,28
entweder vergrößert oder verkleinert. Dies bedeutet, daß zwar die Menge des Mischwassers,
nicht aber dessen Mischungsverhältnis verändert wird.
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Die Breite der Schlitze 33 in den Steuerscheiben 25 bis 28 wird im
wesentlichen durch den verfügbaren Regelhub des Dehnstoffelements 78 begrenzt. Die
Zahl der Schlitze 33 richtet sich bei vorgegebener
Schlitzbreite
nach der gewünschten Literleistung des ThermostatS ventils. Die Steigung des Außengewindes
auf der Außenmuffe sollte so gewählt werden, daß bei einer Verschwenkung des Hand-0
0 hebels 77 um 90 bis 180 die Regelscheiben 27,28 aus der vollständigen Schließstellung
in die vollständige Offenstellung gebracht werden können.