DE3231871A1 - Eingriff-mischbatterie - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR. ULRICH OSTERTAG DR. REINHARD OSTERTAQ

ElBENWEa 10. 7OOO STUTTGART 7O, TELEFON KABEL: OSPAT

Eingriff-Mischbatterie

Anmelderin:

Hansa Metallwerke AG Sigmaringer Str.. 107

7000 Stuttgart 81 ■

Anwaltsakte:

1253

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Eingriff-Mischbatterie für Kalt- und Warmwasser mit einem Batteriegehäuse; mit einem innerhalb des Batteriegehäuses axial verschiebbar und verdrehbar gelagerten Steuerkolben, der einen Kolbenkörper unc eine an diesem befestigte Gleithülse umfaßt, wobei zwischer Kolbenkörper und Gleithülse eine Mischkammer liegt und die Gleithülse Einlaßöffnungen zur Mischkammer aufweist; mit gegenüber dem Batteriegehäuse räumlich festgelegten Gleitschuhen aus reibungsarmem Kunststoff, welche gegen die äuße Mantelfläche der Gleithülse angedrückt werden und Einlauf-Öffnungen aufweisen.

Eine derartige Eingriff-Mischbatterie ist in der DE-OS 26 13 965 beschrieben. Hier bestehen die aneinander im Betrieb der Armatur vorbeigleitenden Flächen aus Metall (Glei hülse des Steuerkolbens) einerseits und Kunststoff (Gleitschuh) andererseits. Dabei hat sich herausgestellt, daß im Laufe der Zeit Verschleißerscheinungen an der Oberfläche der Steuerkolben-Gleithülse auftreten können, die im Extrem fall zur Undichtigkeit der Batterie führen.

Des weiteren sind sogenannte Steuerscheiben-Einhebelmischer bekannt, bei denen die steuernden Elemente plattenförmig ausgestaltet sind. Sie bestehen im allgemeinen aus Keramikmaterial, das an der jeweiligen Berührungsfläche auf hohe Güte poliert ist. Bei diesen bekannten Mischern läuft also eine Keramikfläche gegen eine weitere Keramikfläche, was zur Erzielung der gewünschten Funktion für unerläßlich gehalten wurde. Derartige Steuerscheiben-Mischer zeigen keinerlei Probleme, was das Verschleißverhalten anlangt. Die Steuerscheiben nehmen jedoch einen verhältnismäßig großen Raum ein, weshalb die gesamte Batterie verhältnismäßig voluminös wird. Außerdem ist es aus geometrischen Gründen

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schwierig, eine feinfühlige Regelung bei der Bedienung der Armatur zu verwirklichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Eingriff-Mischbatterie der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß das Langzeit-Betriebsverhalten verbessert und die Verschleißerscheinungen am Steuerkolben vermindert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß die Gleithülse aus Keramik besteht und an der äußeren Mantelfläche auf eine mittlere Rauhtiefe RA zwischen 0,01 und 2 um poliert ist.

Erfindungsgemäß wird also das Material der bekannten Gleithülse (Metall) gegen das Material Keramik ausgetauscht, welches sich bereits bei Steuerscheiben sanitärer Armaturen bewährt hat. Im Gegensatz zu derartigen Steuerscheibenventilen wird jedoch erfindungsgemäß nur eine der beiden aneinander vorbeigleitenden Flächen aus Keramik hergestellt; die zusammenwirkende Gegenfläche des Gleitschuhes bleibt aus Kunststoff, wie dies bei Mischbatterien der eingangs genannten Art schon der Fall war. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß gerade durch diese Kombination aus Keramik und Kunststoff ein besonders günstiges Ergebnis erzielt wird. Dieses beruht nicht wie bei SteuerScheibenventilen auf der kombinierten Härte der beiden gegeneinander anliegenden und relativ zueinander bewegten Flächen sondern aus einer geschickten Kombination von Weichheit und Nachgiebigkeit im Gleitschuh und Härte an der Gleithülse. Im Gegensatz zu Steuerscheibenventilen wird bei Eingriff-Mischbatterien der erfindungsgemäßen Art das Einbringen von Fremdpartikeln zwischen Gleitschuh und Gleithülse nicht grundsätzlich verhindert. Vielmehr beruht die Langzeit-Dichtigkeit dieser Armatur darauf, daß gegebenenfalls eindringende Fremdpartikel durch die Härte der Steuerkolben-Gleithülse in das weiche Kunststoffmaterial des Gleitschuhes eingedrückt werden, wo

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sie für den weiteren Betrieb der Batterie ohne Bedeutung sind.

Die Gleithülse ist zweckmäßigerweise zur Verdrehsicherung formschlüssig auf den Kolbenkörper aufgeschoben. Hierdurch wird sichergestellt, daß zwischen dem Kopf des Steuerkolbens, an welchem der Betätigungshebel ansetzt, und den verschiedenen in der Gleithülse befindlichen Öffnungen eine de finierte Winkelbeziehung eingehalten wird, so daß in der ne tralen Stellung des Betätigungshebels immer Mischwasser mit etwa mittlerer Temperatur austritt.

Zur Verdrehsicherung kann der Kolbenkörper einen axialen An satz aufweisen, der zur Achse des Kolbenkörpers nicht rotationssymmetrisch ist, wobei die Gleithülse an dem auf den Ansatz aufgeschobenen Ende eine komplementär gestaltete Innenbohrung aufweist.

Eine alternative Drehsicherung besteht darin, daß die Gleit hülse an dem auf den Kolbenkörper aufgeschobenen Ende minde stens einen Vorsprung aufweist, welcher in eine komplementäre Ausnehmung des Kolbenkörpers eingreift.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Gleithülse die Form eines Hohlzylindermantels auf und ist durch ein Schraubteil axial gesichert, welches mit dem Kolbenkörper verschraubt ist und mit einer Stufe an der fre. Stirnfläche der Gleithülse anliegt, wobei zwischen dem Sehr; teil und dem freien Ende der Gleithülse ein O-Ring angeordn« ist. Derartige Gleithülsen sind bei Bedarf leicht austauschbar; der O-Ring dichtet die zwischen Kolbenkörper, Gleithülse und Schraubteil liegende Mischkammer nach unten ab.

Beim Schraubteil kann es sich um einen Schraubbolzen handelr der sich durch die Gleithülse hindurcherstreckt. Alternativ

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ist an den Kolbenkörper ein Stehbolzen angeformt, welcher sich durch die Gleithülse hindurcherstreckt und am freien Ende ein Gewinde aufweist, auf welches das Schraubteil aufgeschraubt ist.

Eine besondere Abdichtung der Mischkammer ist nicht erforderlich, wenn die Gleithülse becherförmig und auf einen axialen Ansatz des Kolbenkörpers aufgeschoben ist, wobei ein Sprengring vorgesehen ist, der in eine Nut der Gleithülse sowie in eine Nut des Ansatzes eingreift.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Figur 1: einen senkrechten Teilschnitt durch eine Eingriff-Mischbatterie;

Figur 2: die Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Steuerkolbens, teilweise im Schnitt;

Figur 3: einen Schnitt gemäß Linie III-III von Figur 2;

Figur 4: die Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Steuerkolbens, teilweise im Schnitt;

Figur 5: die Seitenansicht einer dritten Ausführungsform

eines Steuerkolbens, teilweise im Schnitt;

Figur 6: die Teil-Seitenansicht des Steuerkolbens von Figur 5, gesehen im Sinne des Pfeiles VI.

Das im Ganzen mit 1 bezeichnete Batteriegehäuse ist mit einem Anschlußschaft 2 versehen, in dem zwei Zuflußkanäle 3 und 4 für kaltes und warmes Wasser eingearbeitet sind. In diese werden nicht dargestellte Zuleitungen, z.B. Kupfer-

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rohre, eingelötet. Die beiden Zuflußkanäle 3, 4 münden in in der Gehäusewand vorgesehene Einlaßöffnungen 5 und 6. In axialem Abstand von den letzteren ist im Batteriegehäuse 1 ein Auslaßraum 7 ausgespart, der mit einer Auslaufschnauze ί Verbindung hat.

In das Batteriegehäuse 1 ist eine Büchse 9 eingesetzt, die in ihrer Wand zwei diametral gegenüberliegende öffnungen und 11 aufweist und durch nicht dargestellte O-Ringe gegenüber dem Batteriegehäuse 1 abgedichtet ist. In die öffnungei 10, 11 der Büchse 9 ist jeweils ein Gleitschuh 50, 51 aus reibungsarmem Kunststoff, beispielsweise Polytetrafluoräthy] eingesetzt. Dieser weist eine Einlauföffnung 52 bzw. 53 auf, welche mit einer Einlauföffnung 5, 6 des Batteriegehäuses fluchtet, sowie eine Auslauföffnung 54 bzw. 55, welche mit dem Auslaßraum 7 des Batteriegehäuses 1 kommuniziert. Im übrigen ähneln die Gleitschuhe 50, 51 in der Bauweise derjenigen, die in der DE-PS 26 14 984 beschrieben ist.

In den äußeren Mantelflächen der Gleitschuhe 50, 51 liegen Dichtungen in Form einer 8 (ohne Bezugszeichen) ein, welche sich an Wänden des Batteriegehäuses 1 abstützen, die Einlauf öffnungen 52 bzw. 53 sowie die Auslauföffnungen 54 bzw. 55 der Gleitschuhe 50, 51 dicht umgeben und die Gleitschuhe 50, 51 federnd radial nach innen drücken.

Auf das Batteriegehäuse 1 ist drehbar eine Glocke 36 aufgesetzt, die in Achsrichtung festgelegt ist. Innerhalb der Glocke 36 wird ein Steuerkolben 20 in bekannter Weise von einem Betätigungshebel 56 erfaßt. Durch Schwenken des Betätigungshebels 56 in einer die Batterieachse enthaltenden Ebene wird der Steuerkolben 20 in seiner Achsrichtung verschoben. Wird der Betätigungshebel 56 um die Batterieachse verdreht, so wird der Steuerkolben 20 unter Mitnahme der Glocke 36 in der Büchse 9 verdreht.

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Der Steuerkolben 20 umfaßt einen Kolbenkörper 22 sowie eine den Kolbenkörper 22 umgebende, an diesem in noch zu beschreibender Weise befestigte Gleithülse 21. Diese ist im wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildet und besteht aus hartem, keramischem Material, das auf seiner äußeren Mantelfläche poliert ist. Dort liegt sie gegen die Gleitschuhe 50, 51 an. In der Wand der Gleithülse 21 befinden sich Einlaßöffnungen 26 und 27 sowie Auslaßöffnungen 28, die in eine zwischen dem Kolbenkörper 22 und der Gleithülse 21 liegende, nach oben ^un<i unten abgedichtete Mischkammer 57 führen. Die Abdichtung der Mischkammer 57 erfolgt beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 durch O-Ringe, welche in Nuten an der Außenmantelfläche des Kolbenkörpers 22 einliegen.

Mit Hilfe des Betätigungshebels 56 können die Ein- und Auslaßöffnungen 26, 27, 28 des Steuerkolbens 20 mit den Ein- und Auslaßöffnungen der Gleitschuhe 5O₇ 51 in Achsrichtung und in ümfangsrichtung ganz oder teilweise zur Deckung gebracht werden, wodurch die Durchflußmenge und die Mischwassertemperatur in bekannter Weise eingestellt werden.

Bei der beschriebenen Eingriff-Mischbatterie erfolgt somit die verschleißempfindliche dynamische Abdichtung zwischen den Gleitschuhen 5O₇ 51 und dem Steuerkolben 20 durch Berührung einer Keramikfläche an einer Kunststofffläche. Der Befestigung der Gleithülse 21 am Kolbenkörper 22 muß besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Dabei ist zum einen zu beachten, daß das Keramikmaterial, aus dem die Gleithülse besteht, sehr spröde und bruchempfindlich ist. Zum anderen muß dafür gesorgt werden, daß die öffnungen der Gleithülse 21 in eine definierte . Winkelbeziehung zum Kopf des Kolbenkörpers 22 gebracht werden, da sich nur dann der Betätigungshebel 56 bei mittlerer Mischwassertemperatur in der neutralen, mit der Symmetrieebene der Batterie zusammenfallenden Stellung befindet.

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Geeignete Befestigungsarten der Gleithülse 21 am Kolbenkörper 22 sind in den Figuren 2 bis 6 dargestellt.

Bei dem in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des Steuerkolbens 120 ist der Kolbenkörper 122 mit einem unteren, axialen, nicht kreisrunden Ansatz 160 versehen. Auf diesen ist die Keramik-Gleithülse 21 mit ihrem oberen, komplementär gehaltenen Ende unverdrehbar aufgeschoben (vergl. Figur 3). Im übrigen besitzt die Gleithülse 121 in etwa die Gestalt eines HohlZylindermantels/ weist also weder Boden noch Deckel auf. Sie wird durch einen Schraubbolzen 161 auf dem Ansatz 160 des Kolbenkörpers 122 gehalten, der in eine axiale Gewindebohrung 162 des Kolbenkörpers 122 eingedreht ist und sich durch den gesamten Innenraum der Gleithülse

-15 hindurcherstreckt. Der vergrößerte Kopf 163 des Schraubbolzens 161 liegt an der unteren Stirnfläche der Gleithülse an. Ein zwischen dem Kopf 163 des Schraubbolzens 161 und der Gleithülse 121 liegender O-Ring 164 verhindert den Austritt von Wasser aus der Mischkammer 157 nach unten. Eine besonder Abdichtung zwischen dem Ansatz 160 des Kolbenkörpers 122 und dem oberen Ende der Gleithülse 121 ist nicht erforderlich.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist der Kolbenkörper 222 des Steuerkolbens 220 wieder mit einem axialen Ansatz 260 versehen, der jedoch im Querschnitt kreisrund ist. Die definierte Winkelstellung der Gleithülse 221 gegenüber dem Kolbenkörper 222 wird hier durch Vorsprünge 265 an der Gleit· hülse 221 gewährleistet, die formschlüssig in entsprechende Ausnehmungen des Kolbenkörpers 222 eingreifen (ähnlich Figur 6). Die Gleithülse 221 ist becherförmig ausgebildet, besitzt also im Gegensatz zu derjenigen von Figur 2 einen einstückigen Boden, so daß hier eine zusätzliche Dichtung nicht erforderlich ist. Die Axialfixierung der Gleithülse 221 am Kolbenkörper 222 erfolgt durch einen Sprengring 269, der in eine Nut 270 des Kolbenkörper-Ansatzes 260 und in

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eine Nut 268 an der inneren Mantelfläche der Gleithülse 221 eingreift.

Beim Ausführungsbeispiel des Steuerkolbens 320 nach den Figuren 5 und 6 ist an den Kolbenkörper 322 einstückig ein Stehbolzen 360 mit einem Gewinde 366 am freien Ende angeformt. Die Gleithülse 321 aus Keramik ist ähnlich wie in den Figuren 3 und 4 als Hohlzylindermantel ausgebildet und ähnlich wie in Figur 4 mit VorSprüngen 365 versehen, die in komplementäre Ausnehmungen des Kolbenkörpers 322 eingreifen. Der Stehbolzen 360 durchsetzt die gesamte axiale Abmessung der Gleithülse 321. Auf das Gewinde 366 ist ein Schraubteil 367 aufgeschraubt, welches mit einer Stufe an der unteren Stirnfläche der Gleithülse 321 anliegt und diese axial sichert. Ein O-Ring 364, der in eine Nut an der Mantelfläche des Schraubteiles 367 einliegt, verhindert den Austritt von Wasser aus der zwischen Kolbenkörper 322, Stehbolzen 360 und Schraubteil 367 befindlichen Mischkammer 357.

Die mittlere Rauhtiefe RA der polierten Gleithülsenfläche sollte zwischen 0,01 und 2 um, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,1 μπι liegen. Die diesbezüglichen Anforderungen liegen also erheblich günstiger als bei herkömmlichen Keramikscheibenventilen, die zudem noch bezüglich der Planizität und des Traganteils der polierten Flächen äußerst kritisch sind.

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Claims (9)

1253/UO/p -Y- 1.6.82 Patentansprüche

1. Eingriff-Mischbatterie für Kalt- und Warmwasser mit einem Batteriegehäuse; mit einem innerhalb des Batteriegehäuses axial verschiebbar und verdrehbar gelagerten Steuerkolben, der einen Kolbenkörper und eine an diesem befestigte Gleithülse umfaßt, wobei zwischen Kolbenkörper und Gleithülse eine Mischkammer liegt und die Gleithülse Einlaßöffnungen zur Mischkammer aufweist; mit gegenüber dem Batteriegehäuse räumlich festgelegten Gleitschuhen aus reibungsarmem Kunststoff, welche gegen die äußere Mantelfläche der Gleithülse angedrückt werden und Einlauföffnungen aufweisen, die durch Bewegung des Steuerkolbens in variable Überlappung mit den Einlaßöffnungen der Gleithülse gebracht werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleithülse (21; 121; 221; 321) aus Keramik besteht und an der äußeren Mantelfläche auf eine mittlere Rauhtiefe zwischen 0,01 und 2 um poliert ist.

2. Eingriff-Mischbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleithülse (21; 121; 221; 321) zur Verdrehsicherung formschlüssig auf den Kolbenkörper (22; 122; 222; 322) aufgeschoben ist.

3. Eingriff-Mischbatterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenkörper (122) einen axialen Ansatz (160) aufweist, der zur Achse des Kolbenkörpers (122) nicht rotationssymmetrisch ist., und daß die Gleithülse

(121) an dem auf den Ansatz (160) aufgeschobenen Ende eine komplementär gestaltete Innenbohrung aufweist.

4. Eingriff-Mischbatterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleithülse (221; 321) an dem auf den Kolbenkörper (222; 322) aufgeschobenen Ende mindestens einen Vorsprung (265; 365) aufweist, welcher in eine komplementäre Ausnehmung des Kolbenkörpers (222) eingreift.

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5. Eingriff-Mischbatterie nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleithülse
(121; 321) die Form eines Hohlzylindermantels aufweist und durch ein Schraubteil (160; 367) axial gesichert

ist, welches mit dem Kolbenkörper (122; 322) verschraubt ist und mit einer Stufe an der freien Stirnfläche der
Gleithülse (121; 321) anliegt, wobei zwischen dem Schrat teil (160, 367) und dem freien Ende der Gleithülse (121; 321) ein O-Ring (161; 364) angeordnet ist.

6. Eingriff-Mischbatterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubteil (160) ein Schraubbolzen
ist, der sich durch die Gleithülse (121) hindurcherstrec

7. Eingriff-Mischbatterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kolbenkörper (322) ein Stehbolzen (360) angeformt ist, welcher sich durch die Gleithülse (321) hindurcherstreckt und am freien Ende ein Gewinde (366) aufweist, auf welches das Schraubteil (367) aufgeschraubt ist.

8. Eingriff-Mischbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleithülse (221) becherförmig und auf einen axialen Ansatz (260) des Kolbenkörpers (222) aufgeschoben ist, und daß ein Sprengring (26ί vorgesehen ist, der in eine Nut (268) der Gleithülse (22 sowie eine Nut (270) des Ansatzes (260) eingreift.

9. Eingriff-Mischbatterie nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere
Rauhtiefe RA der Gleithülsen-Oberfläche zwischen 0,5
und 1,1 um beträgt.