DE69112662T2

DE69112662T2 - Energiesparende und verbrühsichere Einhebelmischbatterie.

Info

Publication number: DE69112662T2
Application number: DE69112662T
Authority: DE
Inventors: Ronald E Jeffress
Original assignee: Moen Inc
Current assignee: Moen Inc
Priority date: 1990-02-20
Filing date: 1991-02-12
Publication date: 1996-02-01
Anticipated expiration: 2011-02-13
Also published as: EP0443416A1; JPH0533880A; BR9100665A; NO910653L; AU636194B2; MX173876B; DK0443416T3; KR100194541B1; KR910021557A; ZA911037B; NO176153C; EP0443416B1; IL97155A0; JP2539098B2; AU7023691A; CA2034974A1; NO910653D0; DE69112662D1; ES2078361T3; IL97155A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Mischventil des Typs, wie er in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.
Ein Mischventil dieses Typs ist in der US-A-4 782 853 offenbart. Das bekannte Mischventil findet als eine Dusch/Badewannensteuerung oder in einem Waschraum- oder Küchenwasserhahn Anwendung. Herkömmlich besitzen Wassersteuerventile keine Einrichtungen, um die Strömung übermäßig heißen Wassers zu ermitteln und automatisch zu begrenzen.
Verbrühsichere Vorrichtungen, die nach dem Stand der Technik bekannt sind, wie beispielsweise diejenigen, die in der US-A-4 778 104 oder der US-A-4 210 284 dargestellt sind, werden an oder nahe dem Auslaß des schon gemischten Wassers installiert, d.h. innerhalb eines Duschkopfes oder eines Badewannenauslasses oder geringfügig vor diesen Vorrichtungen in dem Wasserweg, und sie besitzen deshalb eine relativ lange Reaktions- oder Rückstellzeit.
Die US-A-4 227 646 beschreibt ein auf eine Temperatur ansprechendes Ventil, das fur eine Steuerung der Strömung einer Flüssigkeit gemäß der Temperatur der Flüssigkeit geeignet ist. Das Ventilteil umfaßt eine spiralförmig gewickelte Feder, die aus einem Memory-Effekt-Material hergestellt ist und durch eine weitere Feder vorgespannt ist. Das Ventil ist dahingehend beschrieben, daß es in Wasserkühlsystemen von Kraftfahrzeugen verwendet werden soll, und es ist so dargestellt, daß es in die Durchgangsleitung des Kühlfluids eingesetzt wird.
Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mischventil zu schaffen, das eine Einrichtung zum Fühlen der Temperatur und zum Steuern der Strömung besitzt, wenn die Temperatur ein vorbestimmtes Maximum überschreitet.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist ein einfach aufgebauter, zuverlässiger Ventilaufbau, der eine Einrichtung zur Begrenzung einer Strömung umfaßt, wenn die Temperatur der Wasserströmung durch das Ventil eine vorbestimmte Grenze überschreitet.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einhand-Mischventil zu schaffen, das einen automatischen Temperaturschutz in einem sehr ökonomischen Aufbau liefert.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mischventil zu schaffen, das einen auf eine Temperatur ansprechenden Strömungsbegrenzer besitzt, der in eine eine Strömung begrenzende Position durch die Verwendung einer geformten Memory-Metall-Betätigungseinrichtung bewegt wird.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ventilaufbau zu schaffen, der normalerweise in der Nähe der Quellen heißen und kalten Wassers plaziert ist, der zuverlässig eine Strömung unter übermäßigen Temperaturzuständen beschränkt.
Eine andere Aufgabe ist ein Mischventilaufbau des Typs, der beschrieben ist, bei dem sich der Strömungsbegrenzer in dem Bereich der geringsten Strömungsgeschwindigkeit bewegt und bei dem die Memory-Metall-Betätigungseinrichtung in dem Bereich der größten Strömungsgeschwindigkeit positioniert ist.
Es besteht ein wesentliches Bedürfnis auf dem Gebiet der Installationstechnik für ein Ventil, das auf eine übermäßige Wassertemperatur anspricht, sowohl hinsichtlich der Energieeinsparung als auch des Schützens eines Benutzers des Ventils, daß er verbrüht oder verbrannt wird. Insbesondere in dem Bereich von Dusch/Badewannensteuerungen ist es notwendig, einen ahnungslosen Wasserbenutzer dahingehend zu schützen, daß er einem plötzlichen Schwall heißen Wassers ausgesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung, wie sie im Anspruch 1 beansprucht ist, setzt in einzigartiger Weise einen verbrühsicheren Mechanismus innerhalb eines Misch- oder Steuerventils ein.
Eine schnelle Ermittlung und Reaktion verringert die Menge an Wasser mit hoher Temperatur in dem Zuführsystem. Dies hat verschiedene Vorteile. Erstens kann das Vorhandensein von Wasser schnell ermittelt und heruntergedrosselt werden, um einen Zustand beizubehalten, um eine Einstellung durch den Benutzer auf eine angenehmere Temperatur abzuwarten. Dies liefert ein Einsparen heißen Wassers und Wärmeenergie, wenn der Wasserhahn in seine vollständig heiße Position gedreht und so belassen wird, um sich selbst auf Umgebungswassertemperatur zu bringen. Weiterhin befindet sich, wenn die Strömung heruntergedrosselt worden ist, wenig heißes Wasser in dem Zuführsystem und demzufolge wird weniger Wärme durch das System absorbiert. Wenn eine kühlere Strömung wieder eingestellt wird, muß weniger Wärme von dem System abgeführt werden, was demzufolge einen zusätzlichen Vorteil für die Rückstellzeit mit sich bringt. Schließlich erniedrigt, aufgrund des kleinen Volumens an heißen Wassers, die thermische Masse des Zuführsystems leichter die Wassertemperatur und verringert weiterhin das Risiko einer Zuführung von Wasser mit hoher Temperatur zu dem Auslaßpunkt. Dies ist insbesondere vorteilhaft für Dusch/Badewanneninstallationen, wo der Abstand von dem Steuerventil zu dem Auslaß sehr lang sein kann.
Das Ventil umfaßt einen bewegbaren Strömungsbegrenzer. Der Betätiger bzw. die Betätigungseinrichtung für den Strömungsbegrenzer, wie sie hier offenbart ist, kann aus einer Nickel-Titan-Legierung hergestellt werden, die herkömmlich als "Memory-Metall" bekannt ist und die in der US-A-4,778,104 offenbart ist. Ein solches Material kann in einer vorbestimmten Form geformt sein, zum Beispiel in Form einer Spiralfeder, und wird diese Form unter normalen Wassertemperaturbedingungen beibehalten.
Wenn Wasser unter einer übermäßig hohen Temperatur oberhalb einer vorbestimmten Grenze auf die Betätigungseinrichtungs-Feder beaufschlagt wird, wird sich die Feder entweder zusammenziehen oder ausdehnen, und zwar in Abhängigkeit von den Parametern, die beim ursprünglichen Formen der Feder verwendet werden. Das Ausdehnen oder Zusammenziehen schafft eine Einrichtung zum Bewegen des Strömungsbegrenzers von einer Position, in der er normalerweise hinsichtlich der Wasserströmungen durch das Ventil nicht begrenzen wird, zu einer Position, in der er im wesentlichen, allerdings in wünschenswerter Weise, nicht vollständig, eine Strömung durch das Ventil begrenzt. Der Strömungsbegrenzer wird in der die Strömung begrenzenden Position so lange verbleiben, wie das Wasser innerhalb des Ventils auf einer erhöhten Temperatur verbleibt. Die Betätigungseinrichtung wird heruntergekühlt, indem sie die begrenzte oder zugelassene Durchlässigkeit von Wasser von dem Ventil zu der Ausgabe oder dem Auslaß des Ventils besitzt, allerdings unter einer im wesentlichen langsamen Rate, um so keine gefährlichen Bedingungen für den Wasserbenutzer hervorzurufen.
Ausführungsformen der Erfindung sind schematisch in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt, wobei:
Figur 1 zeigt einen axialen Teilschnitt, der das Mischventil der vorliegenden Erfindung, das innerhalb eines Ventilgehäuses positioniert ist, darstellt, und der das Ventil in einer normal geschlossenen Position darstellt,
Figur 2 zeigt einen axialen Teilschnitt, der das Mischventil der Figur 1 in einer offenen Position darstellt,
Figur 3 zeigt einen axialen Teilschnitt, der das Mischventil der Figuren 1 und 2 in einer eine Strömung begrenzenden Position darstellt,
Figur 4 zeigt einen axialen Teilschnitt, der eine modifizierte Form eines Mischventils darstellt,
Figur 5 zeigt einen axialen Teilschnitt, der das Mischventil der Figur 4 in einer eine Strömung begrenzenden Position darstellt,
Figur 6 zeigt einen axialen Teilschnitt einer weiteren Form eines Mischventils, und
Figur 7 zeigt einen axialen Teilschnitt, der das Mischventil der Figur 6 in einer eine Strömung begrenzenden Position darstellt.
In Figur 1 ist ein energiesparendes und verbrühsicheres Einhebelmischventil dargestellt. Das Ventil besitzt ein Ventilgehäuse 10, das eine Heißwasser-Einlaßöffnung 12 und eine Kaltwasser-Einlaßöffnung 14 besitzt. Innerhalb des Gehäuses 10 ist ein Mischventil in der Form einer Patrone vorhanden und allgemein mit 16 bezeichnet. Die Patrone 16, die im wesentlichen ähnlich zu den Mischventilpatronen sein kann, die in den vorstehend angegeben Patenten offenbart sind, umfaßt einen Ventilkörper bzw. ein -gehäuse 18, das Dichtteile 20 an dessen Heißwasser-Einlaßöffnung 21 und dessen Kaltwasser-Einlaßöffnung 24 und einen bewegbaren Ventilschaft oder ein Ventilteil, das allgemein mit 26 bezeichnet ist, umfaßt. Das Ventilgehäuse 18 umfaßt die beschriebene Einlaßöffnung und eine Vielzahl von Auslaßöffnungen 28, die zu einer Auslaßöffnung 30 in dem Gehäuse 10 ausgerichtet sind. Das Ventilgehäuse 18 befestigt Dichtringe 32 und 34, die verhindern, daß Wasser nach außen aus dem Gehäuse 10 austritt.
Der Ventilschaft 26 umfaßt einen einen Handgriff aufnehmenden Abschnitt 36, der sich nach außen von dem Gehäuse und von dem Ventilgehäuse erstreckt und der mit einem dünnen Stab 38 an einem hohlen Kolben 40 befestigt ist. In der geschlossenen Position in der Figur 1 ist ein Kolbeneinlaß 42, der in einer umfangsmäßigen Konfiguration gebogen sein kann, innerhalb der Ventilgehäuse-Einlaßöffnung 22 und 24 positioniert, so daß kein Wasser innenseitig des Ventils strömt. Die Dichtteile 20 werden gegen das Äußere des zylindrischen Kolbens 40 gedrückt, um so eine Wasserströmung in das Ventilinnere zu verhindern.
Figur 2 stellt die offene Position des Ventils dar und der Schaft 26 ist nach außen aus dem Ventilgehäuse zu dem Punkt hinausgezogen worden, so daß sich der Ventilschafteinlaß 42 in einer radialen Ausrichtung zu den Heiß- und Kaltwasser-Einlaßöffnungen befindet, so daß eine Mischung aus Wasser von diesen Öffnungen das Innere des Ventilgehäuses erreichen und innenseitig des Kolbens 40 strömen kann. Unter normalen Betriebsbedingungen wird dann Wasser durch das Innere des Ventilgehäuses zu Auslässen 28 und dem Gehäuseauslaß 30 strömen.
Ein Wasserströmungsbegrenzer oder eine -hülse 44 ist koaxial zu dem Kolben 40 um den Stab 38 herum befestigt und ist innerhalb des Ventilgehäuses im wesentlichen benachbart dessen Umfang bewegbar. Eine Memory-Metall-Spiralfeder 46 erstreckt sich koaxial um den Stab 38 herum und ist an dessen oberem Ende 48 mit einem Abschnitt des Schafts 26 befestigt. Ein innerster Wickel 50 der Feder 46 besitzt einen vergrößerten Durchmesser und paßt sich innerhalb einer Ausnehmung 52 in dem innersten Ende der Hülse 44 ein, um dadurch die Hülse an der Feder zu befestigen.
Unter normalen Betriebsbedingungen wird sich die Hülse in der Position der Figur 2 befinden und wird keine Strömung durch das Ventil einschränken. In dem Fall, daß Wasser mit einer übermäßig hohen Temperatur das Innere des Ventils erreicht, entweder weil sich der Schaft 26 in der vollständigen, heißen Position befindet, oder aufgrund eines plötzlichen Abfalls bei der Zuführung von kaltem Wasser, wird sich die Feder 46 zu der Position der Figur 3 zusammenziehen. Dies hat den Effekt einer Bewegung der Hülse 44 zu einer Position, in der sie die Ventilgehäuse-Auslaßöffnungen 28 maskiert, um dadurch wesentlich die Strömung durch das Ventil zu beschränken oder zu begrenzen. Die Hülse 44 wird in dieser Position so lange verbleiben, wie sich die Feder 46 in dem zusammengezogenen Zustand befindet, und die Feder wird so lange zusammengezogen verbleiben, wie sich die Temperatur des Wassers innerhalb des Ventils oberhalb einer vorbestimmten, maximalen Grenze befindet. Wenn die Wassertemperatur innerhalb des Ventilgehäuses abfällt, nimmt die Feder wieder ihre normale Konfiguration an, wie dies in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, und dies wird die Hülse 44 zu der offenen Position dieser Figuren drücken.
Der Außendurchmesser der die Strömung begrenzenden Hülse 44 ist geringfügig geringer als der Innendurchmesser des Ventilgehäuses. Dies dient für eine Leckage von Wasser um den Begrenzer herum zu den Auslaßöffnungen der Ventilpatrone, wenn sich der Begrenzer in der die Strömung begrenzenden Position befindet. Dies ermöglicht, daß heißes Wasser innerhalb der Ventilpatrone entleert wird, so daß das Ventil zu einer normalen Betriebsposition zurückkehren kann.
Es ist wichtig anzumerken, daß sich der Bewegungsweg der Hülse 44 direkt angrenzend an dem Umfang oder die innere Wand des Hülsengehäuses, was der Bereich der geringsten Wassergeschwindigkeit ist, befindet. Die feder 46 ist allerdings im wesentlichen in dem Zentrum des rohrförmigen Durchgangswegs positioniert, der zwischen den Ventilgehäuse-Einlässen und -Auslässen gebildet ist, und dies ist deshalb die Stelle der höchsten Wassergeschwindigkeit. Dies besitzt den Effekt des Sicherstellens, daß die Wassertemperatur in dem Ventil korrekt durch die Feder gefühlt wird, und des Sicherstellens, daß dort der geringste Widerstand gegenüber der Bewegung der Hülse 44 vorhanden ist, wenn sie sich notwendigerweise zu einer geschlossenen oder offenen Position bewegen muß. Die Hülse 44 ist an ihren gegenüberliegenden Enden offen und liefert so keine Beschränkung hinsichtlich einer normalen Wasserströmung durch das Ventil.
In der Ausführungsform der Figuren 4 und 5, in denen entsprechende Teile mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen sind, dreht sich nur der Ventilschaft 60 und er wird an einer Hin- und Herbewegung durch einen Stopfen 62 an dem Boden der Ventilpatrone und durch eine sich nach außen erstreckende Schulter 64 benachbart dem oberen Ende des Schafts gehindert. Da sich der Ventilschaft 60 nicht axial zu einer geschlossenen Position bewegen kann, wie bei der Ausführungsform der Figuren 1-3, besitzt der Ventilschaft eine Mehrzahl von umfangsmäßig beabstandeten Einlaßöffnungen 61, im Gegensatz zu einer einzelnen, gebogenen Einlaßöffnung. Das Mischventil der Figuren 4 und 5 findet gewöhnlich Anwendung in einer Dusch/Badewanneninstallation, bei der es normalerweise nicht notwendig ist, ein Wasservolumen einzustellen, sondern nur die Wassertemperatur.
In der Ausfuhrungsform der Figuren 4 und 5 ist eine Begrenzerhülse 66 oberhalb der Ventilgehäuse-Auslaßöffnungen 68 positioniert und ist in dieser Position durch eine Memory-Metallfeder 70 gehalten, die durch einen vergrößerten Wickel 72 an einem Ende der Hülse und durch einen Wickel 74 an einem Bereich des Ventilschafts befestigt ist. Die Feder der Ausführungsformen der Figuren 4 und 5 ist normalerweise zusammengezogen, wogegen die Memory-Metallfeder der Ausführungsform in den Figuren 1-3 normal ausgedehnt ist. In der Konfiguration der Figuren 4 und 5 wird sich, wenn die Feder 70 Wasser unter einer erhöhten Temperatur fühlt, die Feder ausdehnen, wodurch sie die Hülse 66 von der oberen Position der Figur 4 zu der eine Strömung begrenzenden Position der Figur 5 bewegt.
In dem Ventil der Figuren 6 und 7 sind entsprechende Teile wiederum mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Eine Begrenzerhülse 80 umschließt eine Memory-Metallfeder 82, die auf einem Ring 84 getragen ist, der an einem Stab 38 befestigt ist. Der obere Wickel der Feder ist an einer Hülse 80 mittels einer umfangsmäßigen Hülsenausnehmung 86 befestigt.
Die Feder 82 ist in der normalen Wasserströmungsposition der Figur 6 zusammengezogen und Wasser von den Einlaßöffnungen strömt um die Feder herum und durch das Innere der Hülse. Wenn die Feder Wasser unter einer übermäßig hohen Temperatur fühlt, dehnt sich die Feder aus, wobei sie die Hülse zu der Position der Figur 7 bewegt, in der die Hülse Auslaßöffnungen maskiert.
Während die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und hier beschrieben worden ist, sollte erkannt werden, daß viele Modifikationen, Substitutionen und Änderungen dazu vorhanden sein können.

Claims

1. Mischventil mit einem Ventilgehäuse (18), das Einlässe (22, 24) für heißes und kaltes Wasser und mindestens einen Auslaß (28, 68) enthält, mit einem Mischventilteil (26, 60), das innerhalb des Ventilgehäuses (18) angeordnet ist und den Anteil des von den Einlässen (22, 24) zum Auslaß (28, 68) fließenden heißen und kalten Wassers regelt, gekennzeichnet durch einen innerhalb des Ventilkörpers (18) angeordneten Wasserströmungsbegrenzer (44, 66, 80), der von einer normalen Strömungsposition, in der die Auslaßsströmung unbehindert ist, in eine Position bewegbar ist, in der der Begrenzer (44, 66, 80) den Auslaß (28, 68) teilweise schließt, um die austretende Strömung zu begrenzen, und durch einen geformten Betätiger (46, 70, 82) aus Memorymetall, der innerhalb des Ventilgehäuses (18) angeordnet ist, um den Begrenzer (44, 66, 80) aus der normalen Strömungsposition in die strömungsbegrenzende Position zu bewegen, wenn das Wasser innerhalb des Ventilgehäuses (18) eine vorbestimmte Temperatur übersteigt, um dadurch ein wassertemperaturfühlendes/strömungsregelndes Mischventil zu schaffen.

2. Mischventil nach Anspruch 1 ferner, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Begrenzer (44, 66, 80) innerhalb des Ventilgehäuses (18) im Bereich der niedrigsten Strömungsgeschwindigkeit bewegt.

3. Mischventil nach Anspruch 1 oder 2, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der geformte Betätiger (46, 70, 82) aus Memorymetall innerhalb des Ventilgehäuses (18) in einem Bereich höchster Strömungsgeschwindigkeit angeordnet ist.

4. Mischventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer (44, 66, 80) die Form einer Hülse hat, die innerhalb des Ventilgehäuses in Richtung auf den Auslaß (28, 68) und von ihm weg axial bewegbar ist.

5. Mischventil nach Anspruch 4, ferner dadurch gekennzeichnet, daß gegenüberliegende Enden der Hülse im wesentlichen offen sind.

6. Mischventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der geformte Betätiger (46, 70, 82) aus Memorymetall die Form einer Wickelfeder aufweist und koaxial bezüglich der Bewegung des Begrenzers (44, 66, 80) angeordnet ist.

7. Mischventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der geformte Betätiger (46) aus Memorymetall die Form einer Wickelfeder hat, die an der Hülse (44) befestigt ist, und die sich zusammenzieht, um die Hülse (44) in die strömungsbeschränkende Stellung zu bewegen.

8. Mischventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der geformte Betätiger (70, 72) aus Memorymetall die Form einer Wickelfeder hat, an der Hülse (66, 80) angeordnet ist und sich ausdehnt, um die Hülse (66, 80) in die strömungsbegrenzende Stellung zu bewegen.

9. Mischventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer (44, 66, 80) eine sich in Axialrichtung bewegende, offenendige Hülse ist, die sich innerhalb des Ventilgehäuses (18) entlang eines Weges benachbart zu ihrem Umfang bewegt, wobei der Betätiger (46, 70, 82) aus Memorymetall eine Wickelfeder ist, die an der Hülse angeordnet und sich axial in ihr erstreckt.

10. Mischventil nach Anspruch 9, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelfeder (46, 70, 82) aus Memorymetall am Mischventilteil (26, 60) angeordnet ist.

11. Mischventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner dadurch gekennzeichnet, daß sich das Ventilteil (26, 60) dreht, um das Strömungsverhältnis einzustellen, und daß sich der Begrenzer (44, 66, 80) axial bewegt, um die Strömung zu regeln.

12. Mischventil nach Anspruch 11, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilteil (26) sich in Axialrichtung innerhalb des Ventilgehäuses (18) bewegt, um das durch das Mischventil hindurchtretende Wasservolumen zu regulieren.

13. Mischventil nach Anspruch 11, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (18) eine Einrichtung (62) enthält, um eine Axialbewegung des Ventilteils (26, 60) zu verhindern.