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TECHNISCHES
GEBIET
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein thermostatisches Mischventil gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und insbesondere auf eine Konstruktion innerhalb
eines thermostatischen Ventils, welche das Mischen von der Mischkammer
zugeführtem
Kalt- und Warmwasser vermehrt.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Einem
thermostatischen Mischventil zugeführtes Warmwasser und Kaltwasser
muß auf
effiziente Weise gemischt werden, damit ein thermostatisches Mischventil
auf optimale Weise seine thermostatische Funktion ausführen kann.
Das Wasser muß ausreichend
gemischt sein bevor es mit dem thermostatischen Element in Kontakt
gelangt, welches den Betrieb des thermostatischen Ventils steuert.
Im allgemeinen umfaßt
das thermostatische Element ein wachsgefülltes Gehäuse und einen Kolben, der durch
die thermische Ausdehnung des enthaltenen Wachses bewegt wird. Folglich
sind in vielen thermostatischen Mischventilen von besserer Qualität Strukturen
eingefügt,
um ein frühes
und vollständiges
Mischen des der Mischeinrichtung zugeführten Kaltwassers und Warmwassers
zu fördern
bevor das gemischte Wasser mit dem Gehäuse in Kontakt gelangt.
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Die
Druckschrift DE-C-44 23 240 offenbart eine Scheibe, die an dem thermostatischen
Element befestigt ist. Der Scheibenrand befindet sich nahe den Warmwasser-Einlaßöffnungen,
die sich in der Umfangswand der Mischkammer befinden. Das Kaltwasser
tritt in die Mischkammer über
einen engen Raum zwischen dem Rand der Scheibe und der Umfangswand
der Mischkammer ein. Auf diese Weise treffen die zwei Ströme aus Kaltwasser
und Warmwasser im rechten Winkel aufeinander, um für einen bestimmten
Mischungs grad zu sorgen. Diese bekannte Konstruktion hat jedoch
einige Nachteile. Vor allen Dingen wird ein zusätzliches Element in Form einer
Scheibe eingeführt,
was die Kosten der Herstellung erhöht und den Zusammenbau der
thermostatischen Mischeinrichtung kompliziert. Außerdem muß die Scheibe
derart positioniert werden, daß sie
einen engen ringförmigen
Raum innerhalb der Mischkammer angrenzend der Umfangswand der Mischkammer
ausbildet, woraus sich die Notwendigkeit von genauen Herstellungstoleranzen,
insbesondere hinsichtlich der Zentrierung der Scheibe ergibt. Überdies wird
durch die Notwendigkeit, daß der
Raum eng sein muß,
um wirksam zu sein, in unerwünschter
Weise die durch die Mischeinrichtung bereitgestellte maximale Durchflußrate reduziert.
Schließlich
verursacht der Druckabfall aufgrund des Durchgangs des Kaltwassers
durch den engen Raum eine Kraft, die einen dynamischen Zug auf die
Scheibe ausübt.
Der dynamische Zug wirkt gegen die Vorspannfeder in dem thermostatischen
System und greift in dessen Betrieb ein, was unter einigen bestimmten
Umständen Instabilität verursachen
kann.
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Die
den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildende Druckschrift US-A-5 356 074 offenbart
eine Fluidmischeinrichtung, die Temperaturschwankungen der Flüssigkeiten
regulieren kann. Gemäß diesem
Stand der Technik treibt ein thermisches Ausdehnungselement ein
sich hin und her bewegendes Scheibenelement mit einem Abschnitt
an, der sich in und vorzugsweise durch einen gemeinsamen Einlaß zur Einleitung
von Warm- und Kaltwasser in einen Hohlraum erstreckt. Dieses Merkmal
schafft Vorteile bei der Mischung der Strömung des Warm- und Kaltwassers vor
dem Kontakt mit dem thermischen Ausdehnungselement. Dessen Gestaltung
reduziert außerdem Trägheitskräfte zur
Bewegung des Scheibenelements, da nur eine einzelne Dichtung erforderlich
ist.
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Es
wird eine thermostatische Mischventil-Konstruktion benötigt, die
in der Lage ist, das frühe Mischen
des Kaltwassers und des Warmwassers, das einer Mischeinrichtung
zugeführt
wird, durch eine bestimmte Anordnung von vorhandenen Elementen ohne
die Hinzufügung
eines zusätzlichen Elements
zu fördern.
Es wird außerdem
eine Konstruktion benötigt,
bei welcher keine übermäßig genauen
Herstellungstoleranzen erforderlich sind und die die Kosten der
Fertigung einer thermostatischen Mischeinrichtung nicht spürbar erhöht. Ein
anderes Erfordernis besteht in der Reduzierung des Phänomens des
dynamischen Zugs bis zu dem Punkt, an dem er in einem solchen thermostatischen
Ventil unwesentlich wird, und an dem die Konstruktion keine beschränkenden
Grenzen hinsichtlich der durch das Mischventil zugelassenen maximalen
Durchflußrate auferlegt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
obigen Aufgaben werden durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
Vorteilhaft weiterentwickelte Ausführungsformen sind Gegenstand
der abhängigen
Ansprüche
2 bis 8.
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Gemäß der Erfindung
hat in einem thermostatischen Mischventil, das ein Gehäuse mit
einem Einlaßdurchgang
für Warmwasser,
einem Einlaßdurchgang
für Kaltwasser,
einer Mischkammer, die mit den Einlaßdurchgängen in Verbindung steht, und einem
Auslaß zur
Abgabe von Mischwasser aus der Mischkammer sowie ein thermostatisch
gesteuertes Schieberventil umfaßt,
das in der Mischkammer verschiebbar montiert ist, um die Größe der Öffnung und Schließung der
Einlaßdurchgänge zu steuern,
wobei eine Zwischenwand in der Mischkammer in dem Schieberventil
zwischen den Einlaßdurchgängen angeordnet
ist, wobei die Zwischenwand fest mit dem Schieberventil verbunden
ist, wobei eine Feder in dem Gehäuse
angeordnet und mit dem Schieberventil verbunden ist, um das Schieberventil
in eine Richtung vorzuspannen, die einer Öffnung des Einlaßdurchgangs
für Warmwasser
und einer Schließung des
Einlaßdurchgangs
für Kaltwasser
entspricht, wobei ein durch Wärmeausdehnung
arbeitendes thermostatisches Element zwischen der Zwischenwand und
dem Gehäuse
wirksam zwischengeschaltet ist, um das Schieberventil dabei zu unterstützen, sich
in einer Richtung zu bewegen, die einer Schließung des Einlaßdurchgangs
für Warmwasser
und einer Öffnung
des Einlaßdurchgangs
für Kaltwasser
entspricht, wenn das thermostatische Element eine Wärmeausdehnung
erfährt,
wobei ein Kreuzungsdurchgang in der Zwischenwand vorgesehen ist,
um es dem Wasser aus dem Einlaßdurchgang
für Kaltwasser
zu ermöglichen,
die Zwischenwand in dem Schieberventil zu passieren, und wobei der
Einlaßdurchgang
für Warmwasser
eine Fläche
hat, die schräg
verläuft,
um das hindurchfließende
Wasser in Richtung der Zwischenwand zu leiten; die schräge Fläche einen
Innenumfang, der mit dem Kreuzungsdurchgang in der Zwischenwand
längs ausgefluchtet ist,
so daß der
Innenumfang dem Kreuzungsdurchgang direkt gegenüberliegt.
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Das
Schieberventil ist vorzugsweise ringförmig um eine Mittelachse, wobei
der Einlaßdurchgang für Warmwasser
und der Einlaßdurchgang
für Kaltwasser
bezüglich
der Mittelachse umfangsseitig gewölbt sind, wobei die Zwischenwand
eine Mehrzahl von Kreuzungsdurchgängen aufweist, die nahe der Außenfläche der
Zwischenwand in Umfangsrichtung beabstandet sind, und wobei die
schräge
Fläche
ringförmig
ist. Bei einer Ausführungsform
ist die schräge Fläche im Querschnitt
gesehen im wesentlichen geradlinig und bildet eine kegelstumpfförmige Fläche. Bei
einer anderen Ausführungsform
ist die schräge Fläche im Querschnitt
gesehen gekrümmt
und bildet einen Teil einer Torusfläche.
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Bei
einer Ausführungsform
umfaßt
das Gehäuse
ein Körperteil,
das eine mit dem Einlaßdurchgang
für Warmwasser
wirkverbundene Einlaßöffnung und
eine mit dem Einlaßdurchgang
für Kaltwasser wirkverbundene
Einlaßöffnung enthält, ein
erstes Einsatzteil und ein zweites Einsatzteil, die in dem Körperteil
angeordnet sind, und eine die Mischkammer begrenzende Umfangswand,
wobei der Einlaßdurchgang
für Kaltwasser
zwischen der Umfangswand und dem ersten Einsatzteil liegt, wobei
der Einlaßdurchgang
für Warmwasser
zwischen der Umfangswand und dem zweiten Einsatzteil liegt, und
wobei die schräge
Fläche
an dem zweiten Einsatzteil ausgebildet ist.
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Das
Schieberventil ist vorzugsweise bezüglich der Umfangswand gleitbeweglich.
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Ferner
können
die Umfangswand und die Zwischenwand an einem separaten Teil ausgebildet sein,
das in dem Körperteil
montiert ist, wobei das separate Teil, und das erste und zweite
Einsatzteil miteinander verbunden sind, um eine Kartuschenbaugruppe
zu bilden, die das thermostatische Element und die Feder enthält.
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Schließlich ist
es erwünscht,
daß eine
nach innen gewandte Umfangsfläche
des zweiten Einsatzteils zwischen der schrägen Fläche und dem Auslaß zur Abgabe
des Mischwassers aus der Mischkammer zwischengefügt ist, und mit zunehmendem
Abstand von der Zwischenwand in einer Richtung weg von der Mittelachse
geneigt ist.
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Aufgrund
der oben beschriebenen Bedingungen wird das Kaltwasser, welches
in das Mischventil eintritt und das verschiebbare Ventil passiert, über die
Umfangsdurchgänge
der Zwischenwand in die Mischkammer eingelassen, vorzugsweise in
der Form von mehreren im wesentlichen parallelen Strahlen, welche
nahe der Begrenzungswand der Mischkammer sind. Warmwasser, welches
in das Mischventil eintritt und durch das Schieberventil gelangt,
wird in die Mischkammer in Kontakt mit der schrägen Fläche eingelassen und fließt folglich
in einer Richtung, die auf das Innere zu und auf die Zwischenwand
zu gerichtet ist. Auf diese Weise trifft die Strömung des Warmwassers auf die
Strömung
des Kaltwassers, die eine axiale Komponente entgegengesetzter Geschwindigkeiten
aufweisen, so daß eine große Turbulenz
erzeugt wird, die ein sehr effektives Mischen der warmen und kalten
Strömungen
bewirkt bevor diese mit dem thermostatischen Element in Kontakt
gelangen.
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Diese
Wirkung wird erzielt, ohne durch irgendwelche zusätzlichen
Elemente Komplexität
zu schaffen, oder ohne irgendwelche größeren Probleme in der Konstruktion
oder Montage zu verursachen. Da die Durchgänge, welche die Zwischenwand kreuzen,
zumindest innerhalb bestimmter Grenzen jede beliebige Größe haben
können,
verursacht die Anordnung keine Beschränkung in der maximalen Durchflußrate, die
von dem thermostatischen Mischventil zugelassen wird. Das Kaltwasser
trifft bei seinem Durchgang auf weniger Hindernisse und erzeugt
nicht in unerwünschter
Weise irgendeinen wesentlichen dynamischen Zug. Die erfindungsgemäße Konstruktion
hat keine kritische Relativstellung der Teile zur Folge und zieht
deshalb nicht die Notwendigkeit von unerwünscht genauen Herstellungstoleranzen
nach sich.
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Schließlich verursacht
die nach innen gewandte Umfangsfläche des zweiten Einsatzteils,
die, wie beschrieben, auch schräg
sein kann, eine Hohlraumbildung, welche ihrerseits dann die Turbulenz steigert,
was das Mischen effektiver macht.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Nun
wird auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
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die 1 eine
fragmentarische Teilansicht eines thermostatischen Mischventils
in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung ist;
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die 2 eine
vergrößerte Ansicht
des Abschnitts des thermostatischen Ventils in dem Bereich ist,
der in 1 durch das als A gezeigte Oval gekennzeichnet
ist;
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die 3 eine
Ansicht ähnlich 2 ist,
die eine alternative Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht;
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die 4 eine
Ansicht ähnlich 2 ist,
die eine andere Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht;
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die 5 eine
Ansicht ähnlich 2 ist,
die eine andere Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht
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die 6 eine
Ansicht ähnlich 1 ist,
die ein Kartuschenformat der Erfindung veranschaulicht;
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die 7 eine
Ansicht ähnlich 1 ist,
die eine andere Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht
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die 8 eine
Ansicht ähnlich 1 ist,
die eine andere Modifikation veranschaulicht; und
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die 9 eine
Ansicht ähnlich 1 ist,
die eine andere Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist
eine fragmentarische Ansicht eines thermostatischen Mischventils
gezeigt, das eine Ausführungsform
der Erfindung verkörpert.
Der Betätigungsgriff
und die Sicherheitskomponenten sowie Komponenten in dem unteren
Teil zur Anpassung des thermostatischen Mischventils an einen Wasserhahn
sind nicht gezeigt und bilden keinen Teil der Erfindung. Das Ventil
umfaßt
einen Körper 1 mit
einer Einlaßöffnung 2 zum
Einlaß von
Warmwasser, einer Einlaßöffnung 3 zum
Einlaß von
Kaltwasser und einem Auslaß oder
einer Auslaßöffnung 4 zur
Abgabe von gemischtem Wasser mit einer eingestellten Temperatur.
Verbindungsleitungen 5 und 6 erstrecken sich von
den entsprechenden Öffnungen 2 und 3,
um das Warmwasser und das Wasser zu einer Mischkammer 7 zu
befördern.
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Die
Mischkammer 7 ist durch eine Umfangselementwand 8 begrenzt,
die ringförmig
sein kann. Das Wandelement 8 lagert verschiebbar ein Ventil 9, welches
eine Zwischenwand 10 trägt.
Zusätzlich
hat das thermostatische Ventil ein erstes feststehendes Einsatzteil 12 und
ein zweites feststehendes Einsatzteil 13. Die Einsatzteile 12 und 13 haben
im allgemeinen ringförmige
Umfänge.
Unter Betriebsbedingungen sind die feststehenden Einsatzteile 12 und 13 und
das Umfangswandelement 8 der Mischkammer auf statische
Weise zusammen in dem Körper 1 gesichert.
Eines oder mehrere der feststehenden Einsatzteile 12 und 13 können, wenn
gewünscht,
einstückig
als ein Teil mit dem Umfangswandelement 8 der Mischkammer
ausgebildet sein. Die 8 veranschaulicht, wie der Einsatz 13 einstückig mit
dem Wandelement 8 ausgebildet ist. Alternativ dazu kann eines
der Einsatzteile einstückig
mit dem Körper 1 ausgebildet
sein. Die 9 veranschaulicht eine Ausführungsform,
bei der der Einsatz 13 einstückig mit dem Körper 1 ausgebildet
ist. Herkömmliche Dichteinrichtungen 20, 22, 24 sind
zwischen den verschiedenen beschriebenen Teilen in bereits gut bekannter
Art und Weise angeordnet. Die Umfangselementwand 8 der
Mischkammer und die zwei feststehenden Einsätze 12 und 13 können fest
aneinander befestigt sein, so daß diese als eine Kartuscheneinheit,
wie in 6 veranschaulicht, in dem Körper 1 installiert
oder aus diesem entfernt werden können. Die äußere Ummantelung der Kartusche
kann durch die Wand 8 ausgebildet sein, wie bei der gezeigten Ausführungsform.
Alternativ dazu können
die Einsätze 12 und 13 auch
direkt im Körper 1 montiert
sein, wobei in diesem Fall das Umfangswandelement 8 der Mischkammer
mit dem Körper 1 selbst
einstückig ausgebildet
sein kann, wie in 7 veranschaulicht. Der Körper 1,
die installierten Einsatzteile 12 und 13 und das
Wandelement 8 können
zusammen als das Gehäuse
bezeichnet werden.
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Die
Durchgänge 16 befinden
sich zwischen der ersten feststehenden Komponente 12 und
dem Umfangswandteil 8. Die Durchgänge 16 gestatten es dem
Kaltwasser, aus der Verbindungsleitung 5 in Richtung des
Inneren der Mischkammer 7 zu fließen. Die Durchgänge 17 befinden
sich zwischen der zweiten feststehenden Komponente 13 und
der Umfangswand 8. Die Durchgänge 17 gestatten es
dem Warmwasser, aus der Verbindungsleitung 6 in Richtung des
Inneren der Mischkammer 7 zu fließen. Die Durchgänge 16 und 17 können bogenförmig sein, sich
am Umfang um die Mittelachse 26 erstreckend. Bei einer
Ausführungsform
können
die Durchgänge 16 und 17 ringförmig sein,
die Mittelachse 26 vollständig umgebend. Die einstellbaren
Spalte 16a und 17a für die Strömung des Wassers aus den Durchgängen 16 für das Kaltwasser
und aus den Durchgängen 17 für das Warmwasser
werden auf eine bereits wohlbekannte Art und Weise durch die axiale Gleitbewegung
des Schieberventils 9 zwischen den Einsätzen 12 und 13 in
Antwort auf verschiedene, bereits wohlbekannte Betriebskriterien
für das
thermostatische Mischventil gesteuert.
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Ein
thermostatisches Element 18 des Typs, das durch Wärmeausdehnung
arbeitet, ist an der Zwischenwand 10 des Ventils 9 montiert.
Sein sich bewegendes Element oder Kolben 27 wirkt gegen
die erste feststehende Komponente 12 mittels der Sicherheitselemente,
welche gleichfalls von beliebiger Art sein können und bereits wohlbekannt
sind und zur Vereinfachung der Zeichnung nicht gezeigt sind. Das thermostatische
Element 18 erstreckt sich in die Mischkammer 7 und
registriert in dieser die Temperatur des gemischten Wasser und dehnt
sich entsprechend aus oder zieht sich entsprechend zusammen. Das
thermostatische Element 18 dehnt sich aufgrund eines Anstiegs
der Temperatur des gemischten Wassers aus, welches mit ihm in Kontakt
ist. Das thermostatische Element 18 bewirkt, daß das mit
der Zwischenwand 10 gesicherte Ventil 9 sich in
der Richtung bewegt, die den Zwischenraum des Spalts 17a zum
Einlaß von
Warmwasser reduziert und den Zwischenraum des Spalts 16a zum
Einlaß von
Kaltwasser vergrößert, um
einen Anstieg der Temperatur des gemisch ten Wassers aufzuhalten
und infolgedessen die Temperatur zu stabilisieren.
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Eine
zwischen der zweiten feststehenden Komponente 13 und der
Zwischenwand 10 eingesetzte Feder 19 ist bei der
Bewegung des Ventils 9 behilflich, wenn sich das thermostatische
Element 18 zusammenzieht, um die Regulierung entgegengesetzt
zu der oben beschriebenen auszuführen,
wenn die Temperatur des gemischten Wassers abfällt. Bei anderen möglichen
Ausführungsformen
wirkt die Feder 19 sowohl auf die Zwischenwand des Ventils
als auch auf ein beliebiges anderes, an dem Ventil befestigtes Teil,
zum Beispiel das thermostatische Element 18 selbst.
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Kreuzungsdurchgänge 11 befinden
sich am Umfang der Zwischenwand 10 des Ventils 9.
Kaltwasser aus den Einlaßdurchgängen 16 muß durch die
Kreuzungsdurchgänge 11 laufen,
um die Mischkammer 7 zu erreichen. Das Kaltwasser tritt
deshalb in die Mischkammer in der Form von vielen im wesentlichen
parallelen Strahlen nahe dem Umfangswandelement 8 in einer
axial ausgerichteten Geschwindigkeit weg von der Zwischenwand 10 ein.
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Das
feststehende Einsatzteil 13, das die Einlaßdurchgänge 17 für Warmwasser
begrenzt, hat mindestens eine Innenfläche 14, die in Richtung
auf die Mittelachse 26 des Innenraums der Mischkammer 7 und
in Richtung auf die Zwischenwand 10 geneigt ist. Die Strömung des
Warmwassers, das in die Mischkammer 7 eintritt, wird durch
diese schräge
Fläche 14 ausgerichtet
und besitzt deshalb eine Geschwindigkeitskomponente, die radial
in Richtung auf die innere Mittelachse 26 gerichtet ist,
und eine Geschwindigkeitskomponente, die axial in Richtung auf die
Zwischenwand 10 gerichtet ist.
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Die
auf diese Weise ausgerichtete Strömung des Warmwassers trifft
dann auf die Strömung
des Kaltwassers, die von den Kreuzungsdurchgängen 11 eintritt,
wobei die Geschwindigkeit axial in der Richtung entgegengesetzt
zu der axialen Komponente der Geschwindigkeit des Warmwassers ausgerichtet ist.
Dieser Zusammenstoß ruft
somit eine starke Turbulenz und in Folge dessen eine sehr effiziente
Mischung hervor, die in dem Randbereich der Mischkammer 7 stattfindet
bevor das gemischte Wasser mit dem mittig angeordneten thermostatischen
Element 18 in Kontakt gelangt. Das gründliche Mischen des Wassers
sorgt für
einen verbesserten Betrieb des thermostatischen Mischventils.
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Der
Teil der schrägen
Fläche 14 des
zweiten feststehenden Einsatzteils 13 kann im Querschnitt
im wesentlichen geradlinig sein, wie in den 1, 2 und 4 gezeigt,
so daß die
schräge
Fläche
einen Teil einer im wesentlichen kegelstumpfförmigen Fläche bildet. Alternativ dazu
kann die schräge
Fläche 14 der
zweiten feststehenden Komponente 13 im Querschnitt gesehen
gekrümmt
sein, wie in den 3 und 5 gezeigt,
so daß die
schräge
Fläche einen
Teil einer im wesentlichen torischen Fläche bildet. Die Fläche 14 kann
in der Tat aber auch verschiedene andere Formen haben, vorausgesetzt
daß sie
eine Schrägstellung
in Richtung auf die Mittelachse 26 der Mischkammer 7 und
in Richtung auf die Zwischenwand 10 besitzt.
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Die 4 und 5 zeigen
eine Struktur zur weiteren Intensivierung der Turbulenz in dem Mischbereich
und daher der Effizienz der Mischung von Warmwasser und Kaltwasser,
die erzielt wird. Eine innere Umfangswand 15 des zweiten
feststehenden Einsatzteils 13 hat eine Schrägstellung
in eine Richtung, bei der an jedem Punkt eine Vergrößerung des Abstands
von der Achse 26 zu der Einrichtung vorhanden ist, wenn
der Abstand von der Zwischenwand 10 zunimmt. Diese Anordnung
verursacht eine Blasenbildung in der Strömung des gemischten Wassers,
die nach dem Eintritt in die Mischkammer 7 in Richtung
auf den Abgabeauslaß 4 gerichtet
ist, mit einem nachfolgenden Anstieg der Turbulenz und der Effizienz
des Mischens. Wie bereits bezüglich
der schrägen
Fläche 14 ausgeführt wurde,
kann die schräge
Fläche 15 auch
im Querschnitt im wesentlichen geradlinig sein, wie in 4 gezeigt,
oder kann gekrümmt
sein oder eine andere Form als die gezeigte Form haben, solange
die Querschnittsfläche
des Hohlraums zunimmt, wenn der Abstand zu 10 zunimmt.