DE69726624T2

DE69726624T2 - Thermostatventil zum Gebrauch in Notfalldusch- und Augenspülsystemen

Info

Publication number: DE69726624T2
Application number: DE69726624T
Authority: DE
Inventors: Kevin B. Kline; Steven Gregory
Original assignee: LAWLER Manufacturing INDIANAPOLIS; Lawler Manufacturing
Current assignee: LAWLER Manufacturing INDIANAPOLIS; Lawler Manufacturing
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2017-06-21
Also published as: EP1229417A3; CA2258901A1; EP1229417A2; AU3494597A; AU719593B2; DE69726624D1; DE69721262D1; US5647531A; EP0907915A4; EP0907915A1; EP1229417B1; EP0907915B1; DE69721262T2; CA2258901C; ES2197997T3; WO1997049021A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermostatisches oder thermisch gesteuertes Mischventil für Flüssigkeiten. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Mischventil, das zur Verwendung in einem Notfalldusch- oder Augenspülsystem geeignet ist.
Thermisch gesteuerte oder thermostatische Mischventile sind wohlbekannt. Ventile dieses Typs nehmen sowohl heiße als auch kalte Flüssigkeit auf, typischerweise Wasser, und erlaubt es den Flüssigkeiten, sich bis zu einer vorbestimmten Temperatur zu mischen. Die Temperatur wird mittels eines auf Temperatur reagierenden Steuerelements oder eines Thermostaten gesteuert, das bzw. der die Temperatur der Flüssigkeit gemäß der Vorgaben des Anwenders aufrechterhält.
Eine besondere Anwendung von thermostatischen Mischventilen steht in Verbindung mit Notfalldusch- und Augenspülsystemen. Giftige und gefährliche Chemikalien werden in vielerlei industriellen Umfeldern verwendet. Die Arbeitssicherheit- und Gesundheitsverordnung von 1970 wurde erlassen, um zu gewährleisten, dass für Arbeiter sichere und gesundheitsfördernde Arbeitsbedingungen geschaffen würden. In Übereinstimmung mit dieser Verordnung hat die Arbeitssicherheits- und Gesundheitsbehörde Bestimmungen eingeführt, welche die Verfügbarkeit von Notfall-Augenspül- und -duschsystemen zur Verwendung als eine Art der Erste-Hilfe-Behandlung erforderlich macht. Notfalldusch- und Augenspülsysteme haben in einem weiten Bereich von Industriezweigen Verbreitung gefunden, darunter in der Automobil-, Lebensmittel verarbeitenden und Chemieindustrie, in Erdölraffinerien, bei der Stahlherstellung, in der Zellstoff- und Papierindustrie und bei der Abwasserbehandlung. In jeder dieser Industriezweige sind Arbeiter extrem gefährlichen Chemikalien ausgesetzt, die eine ernsthafte Gewebeschädigung und -zerstörung verursachen können.
Viele Notfalldusch- und Augenspüleinrichtungen werden mit Grundwasser versorgt, das bereits auf eine gemäßigte Temperatur temperiert wurde, normalerweise im Bereich von 50 bis 60°F. Es wurde jedoch herausgefunden, dass die gelieferten Wassertemperaturen, die zu kalt sind, den Effekt des Entmutigens vor maximalem effektivem Gebrauch der Notfallausrüstung haben können. Beispielsweise mag ein Arbeiter, der die Notfalldusche benutzt, die Dusche augenblicklich verlassen, wenn er von einem Strahl Wasser mit 50°F überschüttet wird. Zudem befindet sich das Grundwasser in nördlichen Gegenden selbst typischerweise knapp über dem Gefrierpunkt, gewöhnlich bei 35°F. Unter diesen Umständen liefert ein Notfalldusch- und Augenspülsystem, das sich ausschließlich auf nicht temperiertes Grundwasser verlässt, Wasser, das zu kalt sein würde, um selbst von einem Opfer eines Chemieunfalls ertragen zu werden.
Als Folge sind die Notfalldusch- und Augenspülsysteme modifiziert worden, um temperiertes Wasser zu liefern. Für gewöhnlich liegt dieser angenehme Bereich der Temperatur zwischen 65 bis 95°F. Um temperiertes Wasser innerhalb dieses Bereichs zu liefern, beinhalten die meisten Unfalleinrichtungen eine Quelle für sehr heißes Wasser, typischerweise im Bereich von 140 bis 160°F, das mit Grundwasser aus der Umgebung gemischt wird.
Die thermostatischen Ventile für Notfalldusch- und Augenspülsysteme müssen bestimmte Probleme ansprechen. Erstens sollte beim Gebrauch die Quelle für das Wasser nicht unterbrochen werden. Das Opfer eines Chemieunfalls wird über eine längere Zeitspanne hinweg einen fortwährenden Fluss an Wasser benötigen. Im Fall eines Unfalls sollte die beeinträchtigte Fläche typischerweise wenigstens 15 Minuten lang benässt werden. Demgemäß sollte die Quelle des temperierten Wassers in der Lage sein, wenigstens diese Zeitdauer lang das Wasser zu liefern und die Temperatur innerhalb eines für das Unfallopfer angenehmen Bereichs aufrecht zu halten. Zudem muss das thermostatische Ventil in der Lage sein, die Temperierung des Wassers aufrecht zu halten, ungeachtet von extremen Schwankungen bei der Zufuhr von heißem oder kaltem Wasser zum thermostatischen Mischventil.
Schließlich muss das Ventil in der Lage sein, dem Versagen bei der Zufuhr von heißem oder kaltem Wasser zum Ventil, sowie dem Versagen des Ventils selbst Rechnung zu tragen. Das Ventil muss diesen Defekten Rechnung tragen, ohne den Anwender des Notfalldusch- und Augenspülsystems einer größeren Gefahr auszusetzen. Wenn beispielsweise die Zufuhr für kaltes Wasser versagt und nur heißes Wasser im Bereich von 140 bis 160°F bereitgestellt wird, kann der Anwender Verbrennungen erleiden, die schlimmer sein können, als der Chemikalienspritzer, der behandelt wird.
Bis jetzt geht kein bekanntes Steuerventil angemessen all die Probleme an, die mit der Versorgung mit heißem Wasser für Notfalldusch- und Augenspülsystemen verknüpft sind. Während viele dieser Systeme einige Vorkehrungen beinhalten, um der Vielfalt von Defekten Rechnung zu tragen, die auftreten können, ist derzeit auf diesem Feld kein Ventil erhältlich, das eine im Grunde genommen vor Defekten sichere Leistung liefern kann.
Die vorliegende Erfindung fasst ein thermisch gesteuertes Mischventilsystem ins Auge, das besonders geeignet für den Gebrauch in Notfalldusch- und Augenspülsystemen ist. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel beinhaltet das Ventilsystem einen Gusskörper, der derart geformt ist, um ein Paar identischer thermostatischer Mischventile zu tragen. Der Körper beinhaltet Einlässe für heiße und kalte Flüssigkeit, wie etwa Wasser, und Kammern, die derart gestaltet sind, dass das heiße und das kalte Wasser zu jedem der beiden Mischventile übertragen wird. Typischerweise ist der Einlass für heißes Wasser mit einer Quelle für Wasser mit hoher Temperatur oder sogar mit einer Dampfzufuhr verbunden, während der Einlass für kaltes Wasser mit einer Grundwasserquelle einer kommunalen Wasserzufuhr verbunden ist. Der Körper des Ventilsystems beinhaltet auch einen Auslass, der mit einer Mischkammer in Verbindung steht, die von jedem Mischventil heiß/kalt gemischtes Wasser erhält.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Mischventile in ihrem Aufbau und ihrer Funktionsweise identisch. In einem speziellen Ausführungsbeispiel beinhalten die Komponenten der Mischventile ein Thermostatgehäuse, einen Thermostaten, der innerhalb des Gehäuses montiert ist, eine Ventilbuchse, die über Gewinde mit dem Gehäuse in Eingriff kommt, ein Wechselventil, das innerhalb der Ventilbuchse hinund herbeweglich montiert ist, und ein Rückdichtungsventil, das über Gewinde mit dem Wechselventil in Eingriff kommt.
Das Thermostatgehäuse grenzt eine Flüssigkeitskammer ab, die das Wasser im Wesentlichen gemischt aufnimmt. Der Thermostat ist innerhalb der Flüssigkeitskammer angebracht und ist vorzugsweise eine Vorrichtung vom Faltenbalgtyp in der sich eine Antriebsspindel in Erwiderung auf die Flüssigkeit innerhalb der Flüssigkeitskammer ausdehnt und zusammenzieht. Das temperierte Wasser fließt durch Auslassfenster im Thermostatgehäuse in die Mischkammer des Ventilkörpers hinein. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel liefert jedes der beiden Ventile im Wesentlichen gemischtes heißes kaltes Wasser an die Mischkammer zur Ausgabe durch den Auslass.
Von den thermostatischen Ventilen enthält jedes eine Ventilbuchsenkomponente, die mit der Kammer für kalte Flüssigkeit des Ventilkörpers in Fließverbindung steht. Die Ventilbuchse enthält eine Vielzahl von Löchern für kalte Flüssigkeit, die entlang des Umfangs um die Ventilbuchse herum angeordnet sind. Bei einem Ausführungsbeispiel dienen die Löcher als der primäre Fließweg für das kalte Wasser, das mit ankommendem heißem Wasser gemischt werden soll. Die Ventilbuchse grenzt zudem eine Bohrung für heiße Flüssigkeit ab, die mit der Kammer für heiße Flüssigkeit des Ventilkörpers in Verbindung steht. Die Buchse ist hohl, um eine Verschiebebohrung abzugrenzen, innerhalb derer die heiße und kalte Flüssigkeit wenigstens anfänglich gemischt wird. Die Verschiebebohrung öffnet sich in die Flüssigkeitskammer des Thermostatgehäuses, so dass die heißkalte Mischung, sowie sie durch die Buchse nach oben fließt, im Wesentlichen gemischt wird, wenn sie den Thermostaten innerhalb der Flüssigkeitskammer erreicht.
Das thermostatische Ventil schließt zudem ein Wechselventil ein, das sich in der Ventilbuchse hin- und herbewegt. Das Wechselventil ist ebenfalls hohl, eine Flüssigkeit mischende Bohrung abgrenzend, so dass Wasser, das durch die Buchsenlöcher und die Bohrung für heiße Flüssigkeit hindurch tritt, beginnt, sich innerhalb des Wechselventils zu vermischen. Das Wechselventil schließt auch Kalt-Nebenleitungsschlitze ein, die so angeordnet sind, dass sie unter bestimmten Betriebsbedingungen mit den Kalt-Nebenleitungsschlitzen in der Ventilbuchse ausgerichtet sind. Im normalen Betriebsbereich für ein Ausführungsbeispiel schließt das Wechselventil die Nebenleitungsschlitze in der Ventilbuchse, so dass das kalte Wasser im Wesentlichen gänzlich durch die Buchsenlöcher fließt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel liefern die Kalt-Nebenleitungsschlitze in der Buchse und im Wechselventil, abhängig von der Position des Wechselventils, bis zu zwei Drittel des Kaltwasserflusses. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird nominell ein Drittel des gesamten Wasserflusses durch die Bohrung für heiße Flüssigkeit, die Löcher für kalte Flüssigkeit und die Kalt-Nebenleitungsschlitze geliefert.
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel führt der Fuß des Wechselventils eine Absperrscheibe mit sich, die oberhalb der Bohrung für heiße Flüssigkeit der Ventilbuchse angeordnet ist. So wie sich das Wechselventil innerhalb der Ventilbuchse moduliert, variiert der Abstand zwischen der Absperrscheibe und der Bohrung für heiße Flüssigkeit, um die für das heiße Wasser verfügbare Fläche des Flusses zu variieren. Zudem kann sich das Wechselventil an eine Position bewegen, in der die Absperrscheibe die Bohrung für heiße Flüssigkeit vollständig verschließt, um den Fluss des heißen Wassers durch das Ventil zu beenden.
Das Rückdichtungsventil kommt über Gewinde mit dem Fuß des Wechselventils in Eingriff. Das Rückdichtungsventil erstreckt sich durch die Bohrung für heiße Flüssigkeit in der Ventilbuchse und beinhaltet einen Rückdichtungsring, der an der Bohrung anliegt. Der Rückdichtungsring ist an der Seite der Bohrung für heiße Flüssigkeit angebracht, die der Absperrscheibe gegenüber liegt. Das Rückdichtungsventil ist vorgesehen, um den Fluss heißer Flüssigkeit im Fall eines Versagens des Thermostaten vollständig abzusperren.
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel wirkt die Antriebsspindel des Thermostaten dem Rückdichtungsventil mittels einer vorgespannten Feder entgegen. Da das Rückdichtungsventil am Wechselventil angebracht ist, wird die Bewegung des Rückdichtungsventils in Erwiderung auf den Thermostaten direkt auf das Wechselventil übertragen. Bei einem Aspekt der Erfindung ist eine Rückstellfeder zwischen dem Wechselventil und der Ventilbuchse angeordnet, um eine Rückstellkraft über das Wechselventil auf das Rückdichtungsventil auszuüben. Im Fall eines Versagens des Thermostaten wird die Antriebsspindel nicht weiter die Position des Rückdichtungsventils und des Wechselventils steuern. Die Rückstellfeder gewährleistet, dass das Wechselventil den Rückdichtungsring des Rückdichtungsventils gegen die Bohrung für heiße Flüssigkeiten drückt, um den Fluss des heißen Wassers in das Ventil hinein zu beenden.
Die vorliegende erfinderische Ventilanordnung beinhaltet Sicherheitsmerkmale, die für die Anwendung bei Notfalldusch- und Augenspülsystemen sehr nützlich sind. Beispielsweise wird ein Merkmal durch mehrere thermostatische Ventile verkörpert, die innerhalb eines herkömmlichen Ventilkörpers untergebracht sind, der in Fließverbindung mit den Einlässen für heiße und kalte Flüssigkeit und dem Auslass für gemischte Flüssigkeit steht. Wenn ein thermostatisches Ventil versagt, fahren die anderen Ventile fort zu arbeiten, richtig temperiertes Wasser liefernd.
Bei einem anderen Merkmal trägt das Rückdichtungsventil dem Versagen des Thermostaten Rechnung. Wenn der Thermostat nicht in der Lage ist, den Fluss des heißen Wassers relativ zum kalten Wasser zu regulieren, besteht die Gefahr, dass die Temperatur des ausgelassenen Wassers zu heiß für den Gebrauch durch das Opfer sein wird. Unter diesen Umständen ist es unbedingt erforderlich, dass der heiße Fluss beendet wird, während der Fluss des kalten Wassers zum Notfalldusch- und Augenspülsystem aufrechterhalten wird.
Ein weiteres Sicherheitsmerkmal der vorliegenden Erfindung wohnt der Absperrscheibe inne, die über der Bohrung für heiße Flüssigkeit angeordnet ist. Wenn der Fluss des kalten Wassers unterbrochen oder beeinträchtigt wird, wird der Thermostat das Wechselventil verschieben, um die Absperrscheibe zu veranlassen, die Bohrung für heiße Flüssigkeit vollständig zu verschließen, wodurch der Fluss des heißen Wassers durch das Ventil hindurch beendet wird. Im Fall eines Versagens des kalten Wassers muss das Opfer vor Verbrühen und Gewebeverbrennung geschützt werden, die auftreten können, wenn nur Wasser mit hoher Temperatur in der Ventilanordnung vorhanden ist. In diesem Fall ist es einsichtig, dass es für das Opfer besser ist, den Wasserfluss zu beenden, als das Opfer möglicherweise 160°F heißem Wasser auszusetzen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine auf Temperatur reagierende Mischventilanordnung bereitzustellen, die anwendbar ist, um temperiertes Wasser an ein Notfalldusch- und Augenspülsystem zu liefern. Eine weitere Aufgabe der Erfindung wohnt den Merkmalen der Erfindung inne, die das Opfer mit im Grunde genommen vor Versagen gesichert temperiertem Wasser versorgt.
Ein Vorteil, der durch das erfinderische thermostatische Ventilsystem verwirklicht wird, wird durch die überzähligen Ventile erreicht, die gegenseitig temperierte Flüssigkeit an den Auslass der Ventilanordnung liefern.
Ein anderer Vorteil ist der, dass die Ventilanordnung den Fluss von Wasser mit hoher Temperatur auf das Unfallopfer verhindert, um das Risiko von Verbrühen und Gewebeverbrennungen zu vermeiden.
Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch das Lesen der folgenden schriftlichen Beschreibung und die angefügten Figuren ersichtlich werden.
1 ist eine Querschnittansicht von der Seite einer thermisch gesteuerten Mischventilanordnung nach dem Stand der Technik.
2 ist eine Querschnittansicht von der Seite einer thermisch gesteuerten Mischventilanordnung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Aufrissansicht von der Seite eines Thermostatgehäuses, das bei der thermostatischen Ventilanordnung verwendet wird, die in 2 anschaulich dargestellt ist.
4 ist eine Aufrissansicht von der Seite einer Ventilbuchse, die bei der thermostatischen Ventilanordnung der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
5 ist eine Aufrissansicht von der Seite eines Wechselventils, das bei der thermostatischen Mischventilanordnung der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
6 ist eine Aufrissansicht von der Seite eines Rückdichtungsventils, das bei der thermostatischen Mischventilanordnung verwendet wird, die in 2 anschaulich dargestellt ist.
7 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils eines thermostatischen Ventils, das innerhalb der Ventilanordnung von 2 platziert ist, welche die normalen Bedingungen des Flüssigkeitsflusses zeigt.
8 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils eines thermostatischen Ventils, das innerhalb der Ventilanordnung von 2 platziert ist, die eine Bedingung zeigt, bei welcher der Fluss des heißen Wassers abgesperrt ist.
9 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils eines thermostatischen Ventils, das innerhalb der Ventilanordnung von 2 platziert ist, die eine Erwiderung eines Ventils auf die Bedingung eines Versagens des Thermostaten zeigt.
Zum Zweck, das Verständnis der Grundgedanken der Erfindung zu fördern, wird nun auf das Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden, das in der Zeichnung veranschaulicht ist, und es wird eine bestimmte Sprache verwendet werden um dieses zu beschreiben. Es wird dessen ungeachtet verständlich sein, dass dadurch keine Beschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist. Jede Abänderung und weitere Modifikationen in der beschriebenen Vorrichtung und jede weitere Anwendung der Grundgedanken der Erfindung, wie sie hierin beschrieben werden, sind in Betracht gezogen worden, wie es normalerweise durch den Fachmann geschehen würde, auf den sich die Erfindung bezieht.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermostatisches Mischventil, das für die Verwendung in Notfalldusch- und Augenspülsystemen besonders geeignet ist. Die Ventilanordnung gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt ein überzähliges Ventilsystem bereit, bei dem ein einzelnes Gussteil eine Vielzahl von identischen thermostatischen Mischventilen trägt. Heiße und kalte Flüssigkeit, wie etwa Wasser, wird durch die Ventile geliefert und jedes der Ventile temperiert den Auslass der Flüssigkeit auf eine vorbestimmte Temperatur, die für den Gebrauch in Notfalldusch- und Augenspülsystemen geeignet ist. Zudem stellt die erfinderische Ventilanordnung Mittel bereit, um im Fall einer Unterbrechung oder des Versagens der Zuführung von kalter Flüssigkeit an die Ventilanordnung den Fluss der heißen Flüssigkeit in die Ventile hinein zu stoppen. Auch enthält jedes der Ventile in der Ventilanordnung eine Rückdichtung, um dem Versagen des Thermostaten selbst Rechnung zu tragen. In Ubereinstimmung mit einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung sind die thermostatischen Ventile so aufgebaut, dass immer kalte Flüssigkeit durch das Ventil hindurch fließt, soweit es keine Unterbrechung der kalten Flüssigkeit zur Ventilanordnung gibt.
Als Grundlage ist in 1 ein Typ einer thermostatischen Mischventilanordnung nach dem Stand der Technik gezeigt. Dieses Ventil wird vollständiger in US-Patent Nr. 5,011,074 gezeigt und beschrieben, das dem Zessionar der vorliegenden Anmeldung gehört. Bei dieser früheren Mischventilanordnung 10 grenzt ein Ventilkörper 11 einen Heißeinlass 12, einen Kalteinlass 13, eine Mischkammer 14 und einen Auslass 15 ab. Heiße und kalte Flüssigkeit, welche bei den entsprechenden Einlässen 13 hereinkommt, werden innerhalb der Kammer 14 regulierbar gemischt, so dass eine auf den richtigen Temperaturzustand gebrachte Flüssigkeit aus dem Auslass 15 herauskommt. Ein Thermostat 16 ist vorgesehen, um die Ventilkomponenten zu modulieren, um die Menge des kalten und heißen Wassers zu steuern, das in die Mischkammer 14 hereinkommt.
Bei dieser Mischventilanordnung nach dem Stand der Technik grenzt eine Buchse 18 Schlitze 19, durch die das kalte Wasser fließt, und eine untere Öffnung 20 ab, durch die das heiße Wasser fließt. Ein Shuttle 22 bewegt sich innerhalb der Buchse hin und her, um die Schlitze 19 in Erwiderung auf die Betätigung des Thermostaten 16 variabel zu öffnen oder zu schließen. Zudem ist eine Ventilscheibe 23 mit dem Thermostaten 16 verbunden, so dass sie über der Öffnung 20 moduliert, um die Menge an heißem Wasser zu regulieren, das in die Mischkammer eintritt. In Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt der Erfindung ist bei diesem früheren US-Patent eine Rückdichtung 24 vorgesehen, die dem Versagen des Thermostaten 16 Rechnung trägt. Im Fall eines Versagens drücken der Flüssigkeitsdruck und die Rückstellfeder 89 die Rückdichtung 24 gegen eine Rückdichtungsfläche, dabei die Öffnung 20 schließend, um den Fluss des heißen Wassers in das System hinein zu verhindern. Bei einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung dieser Ventilanordnung 10 nach dem Stand der Technik sind in der Rückdichtung mehrere Entnahmeöffnungen 25 vorgesehen, so dass ein geringer Fluss heißen Wassers aufrechterhalten wird, um sich mit dem kalten Wasser zu vermischen, das in die Mischkammer eintritt. Während diese Ventilanordnung 10 nach dem Stand der Technik geeignet ist, um für temperiertes Wasser zu sorgen, schließt sie nicht den Bereich von Sicherheitsschutz vor Störungen ein, der für Notfalldusch- und Augenspülsysteme bevorzugt wird. Wenn beispielsweise die Quelle für heißes Wasser versagt, wird das Shuttle 22 nach oben bewegt, um die Kalt-Einlassschlitze 19 vollständig zu verschließen, so dass keine Flüssigkeit aus der Ventilanordnung fließt. Des Weiteren würde im Fall eines Versagens sowohl des Thermostaten 16 als auch der Kaltwasserzufuhr infolge des Vorhandenseins der Entnahmeöffnungen 25 nur Wasser mit hoher Temperatur durch die Ventilanordnung bereitgestellt werden.
Eine Ventilanordnung, welche diesen Erfordernissen entgegen kommt, ist die erfindungsgemäße Ventilanordnung 30. Die Ventilanordnung 30 umfasst einen Ventilkörper 31, der einen Einlass 32 für heiße Flüssigkeit, einen Einlass 33 für kalte Flüssigkeit und einen Auslass 34 für gemischte Flüssigkeit einschließt. Der Auslass 34 wird teilweise durch eine Auslassleitung 35 abgegrenzt, die einstückig mit dem Ventilkörper 31 oder an ihn angefügt sein kann. Der Auslass 34 kann mit einem System oder Gerät in Eingriff sein, das die temperierte Flüssigkeit benötigt, wie etwa ein Notfalldusch- oder Augenspülsystem.
Vorzugsweise ist der Ventilkörper so konfiguriert, dass er in einem typischen Gießvorgang, wie etwa Sandguss, gebildet werden kann. In dieser Hinsicht kann der Ventilkörper ein Paar Gussteilentlastungsöffnungen 36 an der den entsprechenden Einlässen 32, 33 gegenüberliegenden Seite des Gussteils enthalten. Dann kann ein Stöpsel 37 vorgesehen werden, um die Entlastungsöffnungen 36 zu verschließen.
Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in 2 anschaulich dargestellt ist, enthält das Gussteil 31 eine erste Ventilhalterung 40 und eine zweite Ventilhalterung 41. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, steht der Einlass 32 für heiße Flüssigkeit mit einer Kammer 45 für heiße Flüssigkeit in Verbindung, die sich zwischen der ersten und der zweiten Ventilhalterung 40, 41 erstreckt. Insbesondere steht die Kammer 45 für heiße Flüssigkeit in Fließverbindung mit den Ventilbohrungen 42, 43, die durch jede der Halterungen abgegrenzt werden. Desgleichen steht der Einlass 33 für kalte Flüssigkeit mit einer Kammer 46 für kalte Flüssigkeit in Verbindung, die sich zwischen den zwei Ventilbohrungen 42, 43 erstreckt und mit diesen in Fließverbindung steht.
Es versteht sich von selbst, dass der Ventilkörper 31 in einer Vielfalt von Konfigurationen ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann der Ventilkörper so konfiguriert sein, dass er mehr als zwei thermostatische Mischventile trägt, um die Ventilanordnung mit mehrfachen Überzähligkeitsgraden zu versehen. Es ist jedoch wichtig, dass die Kammer 45 für heiße Flüssigkeit und die Kammer 46 für kalte Flüssigkeit alle thermostatischen Ventile 50 umgeben, die innerhalb der entsprechenden Ventilbohrungen angeordnet sind, wie etwa die Bohrungen 42, 43, so dass alle thermostatischen Ventile gleichmäßig und zu gleichen Teilen mit der heißen und kalten Flüssigkeit, wie etwa Wasser, versorgt werden können.
Der Ventilkörper 31 grenzt auch eine Mischkammer 48 ab, die beim bevorzugten Ausführungsbeispiel innerhalb der Auslassleitung 35 angeordnet ist. Der Ventilkörper bildet Abschnitte 48a, 48b der Mischkammer, die direkt mit jedem der zwei thermostatischen Ventile in Verbindung stehen, um von jedem Ventil temperiertes Wasser zu erhalten. Jedes der thermostatischen Ventile liefert zur weiteren Mischung separat temperiertes Wasser an die allgemeine Mischkammer 48.
In Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält die Ventilanordnung 30 eine Vielzahl von identischen thermostatischen Mischventilen 50. Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind zwei solcher Ventile vorgesehen. Vorzugsweise weist jedes der Mischventile 50 einen identischen Aufbau auf und es ist jedes kalibriert, um temperierte Flüssigkeit mit der gleichen Temperatur an ihre entsprechenden Abschnitte 48a, 48b der Mischkammer zu liefern. Diese Überzähligkeit bedeutet, dass wenn ein Ventil vollständig versagen sollte, das andere Ventil noch temperiertes Wasser durch den Auslass 34 und schließlich an das Notfalldusch- und Augenspülsystem liefern wird. Weil ein Versagen eines thermostatischen Ventils selten ist, ist es sicherlich noch viel seltener, dass man mehrere Ausfälle in einer Ventilanordnung hat, soweit kein Ausfall der Quellen der heißen und kalten Flüssigkeit besteht. Dieser Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung liefert einen wesentlich höheren Sicherheitsgrad als jede thermostatische Mischventilanordnung nach dem Stand der Technik, was entscheidend ist, wenn das Ventil in Verbindung mit einem Notfalldusch- und Augenspülsystem verwendet wird, wo ein Ausfall des Wasserflusses äußerst gefährlich sein könnte.
Erfindungsgemäß enthält jedes thermostatische Ventil 50 einen Thermostat 51, der innerhalb eines Thermostatgehäuses 52 montiert ist. Vorzugsweise enthält der Thermostat einen Faltenbalg 54, eine Antriebsspindel 55 und einen Einstellstift 56. Der Einstellstift wird verwendet, um die vorgegebene Temperatur des Thermostaten 51 zu steuern. Die Funktionsweise des Balgthermostaten ist wohlbekannt. Die Funktion des Faltenbalgs ist so zu verstehen, dass er die Antriebsspindel ausdehnt, sowie die Temperatur der den Thermostat 51 umgebenden Flüssigkeit zunimmt, während sich der Antrieb 55 unter den gegenteiligen Umständen zusammenzieht, bei denen der Thermostat von kaltem Wasser umgeben ist.
Vorzugsweise sind die Thermostate 51 eines jeden in der Anordnung 30 enthaltenen thermostatischen Mischventils 50 alle identisch kalibriert und befinden sich alle auf der gleichen festgelegten Temperatur. Es wird ins Auge gefasst, dass sich die Thermostate der Vielzahl von Mischventilen unterscheiden könnten oder dass sie auf verschiedene Steuertemperaturen festgesetzt werden könnten. In Übereinstimmung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Flüssigkeit, die jedes thermostatische Ventil 50 verlässt und beim Auslass 34 aus der Anordnung austritt, jeweils die gleiche Temperatur. Es wird jedoch erwartet, dass unter bestimmten Umständen eine zusätzliche Vermischung der Flüssigkeiten in der Mischkammer 48 auftreten kann, so dass die Temperaturen der Flüssigkeiten, welche die Vielzahl von Ventilen und den Auslass der Anordnung verlassen, unterschiedlich sind.
Details des Thermostatgehäuses 52 sind in 3 gezeigt. Im Einzelnen grenzt das Gehäuse eine obere Dichtungsringkerbe 58 und eine untere Dichtungsringkerbe 59 ab, die beide so konfiguriert sind, dass sie eine elastomere Dichtung oder einen Dichtungsring R von herkömmlicher Ausführung aufnehmen können. Am oberen Teil des Gehäuses 52 ist ein Knauf 60 angebracht, durch den eine Bohrung 61 für den Einstellstift abgegrenzt wird. Die Bohrung 61 und der Einstellstift 56 besitzen zusammenpassende Gewinde, so dass der Stift gegen den Thermostaten 51 hinein oder hinaus geschraubt werden kann, um den Hub des Antriebsstifts relativ zu den verbleibenden Ventilkomponenten zu ändern. Das Thermostatgehäuse 52 grenzt eine Flüssigkeits-Mischkammer 63 mit einem Auslassfenster 64 ab, das mit den Mischkammern 48a, 48b in Verbindung steht.
Das Thermostatgehäuse 52 besitzt auch ein äußeres Gegengewinde 66, das an die obere Dichtungskerbe 58 angrenzt. Dieses äußere Gewinde 66 passt mit entsprechenden inneren Gewinden zusammen, die im Ventilkörper 31 abgegrenzt sind, und zwar speziell in der ersten und zweiten Ventilhalterung 40, 41. Wenn die komplette Ventilanordnung 30 zusammengebaut wird, wird das Thermostatgehäuse 52, mit den Dichtungsringen in der richtigen Lage innerhalb der entsprechenden Dichtungsringkerben 58, 59, in eines der entsprechenden Ventilbohrungen 42, 43 eingeschraubt.
Das Thermostatgehäuse 52 enthält auch ein inneres Gegengewinde 67, das in einer unteren Aufnahmebohrung 68 abgegrenzt ist. Die Funktion dieser zwei Elemente des Thermostatgehäuses 52 wird weiter unten erläutert werden.
Jedes thermostatische Ventil 50, hier wird wieder auf 2 Bezug genommen, enthält eine Ventilbuchse 70, die ebenso konzentrisch innerhalb einer der entsprechenden Ventilbohrungen 42, 43 angeordnet ist. Details der Ventilbuchse sind in 4 gezeigt. Im Einzelnen kann die Ventilbuchse 70 ein äußeres Gegengewinde 71 an seinem oberen Ende enthalten, wobei dieses Gewinde mit dem inneren Gewinde 68 des thermostatischen Ventils 50 in Eingriff kommt. Die Buchse 70 enthält einen Gewindeanschlag 72, der an das äußere Gewinde des Gehäuses anstößt, wenn die Buchse völlig mit dem Thermostatgehäuse 52 in Eingriff ist. Die Ventilbuchse 70 enthält am Ende der Buchse, das sich gegenüber dem Gewinde 71 befindet, vorzugsweise eine Dichtungsringkerbe 73. Die Dichtungsringkerbe 73 kann einen herkömmlichen Dichtungsring R aufnehmen, um einen Dichtungseingriff mit der ersten und zweiten Ventilhalterung 40, 41 zu liefern.
Die Ventilbuchse 70 ist hohl und grenzt eine Verschiebebohrung 74 ab, die sich teilweise durch die Ventilbuchse erstreckt. Löcher 77 für kalte Flüssigkeit sind um den äußeren Umfang der Buchse herum ausgebildet und stehen direkt mit der Verschiebebohrung 74 in Verbindung. Desgleichen sind oberhalb der Löcher 77 für kalte Flüssigkeit Kalt-Nebenleitungsschlitze 78 in die Buchse 70 geschnitten.
Die Ventilbuchse 70 grenzt auch eine Bohrung 76 für heiße Flüssigkeit ab, die konzentrisch ist und mit der Verschiebebohrung 74 in Verbindung steht. Die Verschiebebohrung 74 endet im Wesentlichen am Anfang der Bohrung 76 für heiße Flüssigkeit. An dieser Stelle enthält die Buchse einen ringförmigen Federsitz 80, der konzentrisch um die Bohrung 76 für heiße Flüssigkeit herum angeordnet ist. Zudem grenzt die Buchse 70 an seinem unteren Ende eine Rückdichtungsfläche 81 ab. Der Zusammenbau dieser Komponenten der Ventilbuchse kann klarer unter Bezugnahme auf 2 gezeigt werden. Wenn beispielsweise die Buchse 70 vollständig über Gewinde mit dem Thermostatgehäuse 52 in Eingriff ist, sind die Nebenleitungsschlitze 78 für kalte Flüssigkeit am oberen Ende der Kammer 46 für kalte Flüssigkeit angeordnet. Zudem stehen die Löcher 77 für kalte Flüssigkeit mit der Kammer 46 für kalte Flüssigkeit in Verbindung. Die Bohrung 76 für heiße Flüssigkeit öffnet sich in die Kammer 45 für heiße Flüssigkeit hinein, so dass Flüssigkeit durch die Bohrung 76 und nach oben durch die Verschiebebohrung 74 der Ventilbuchse 70 übertragen werden kann.
Das thermostatische Ventil, hier wird wieder auf 2 Bezug genommen, enthält ein Wechselventil 85, das verschiebbar und konzentrisch innerhalb der Ventilbuchse 70 angeordnet ist. Details des Wechselventils 85 sind in den 2 und 5 gezeigt. Im Einzelnen grenzt das Wechselventil 85 eine durch sie hindurch verlaufende Bohrung 86 zur Mischung von Flüssigkeiten ab. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel sind mehrere Kalt-Nebenleitungsschlitze 86 durch das Wechselventil 85 geschnitten, die sich in die Bohrung 86 zur Mischung von Flüssigkeiten hinein öffnen. Das Ventil 85 enthält auch einen Federsitz 88, gegen den eine Rückstellfeder 89 (2) anliegt. Die Rückstellfeder 89 ist zwischen dem Federsitz 88 des Wechselventils 85 und dem Federsitz 80 der Ventilbuchse 70 angeordnet. Die Rückstellfeder drückt normalerweise das Wechselventil 85 nach oben, so dass die obere Oberfläche 85a des Ventils im Wesentlichen die Kalt-Nebenleitungsschlitze 78 in der Ventilbuchse 70 verschließt.
Das Wechselventil 85 enthält darüber hinaus ein äußeres Gegengewinde 90 und eine Bohrung 91 für die Antriebsspindel (6). Das äußere Gewinde 90 kommt mit dem Rückdichtungsventil 95 in Eingriff, das weiter unten detaillierter beschrieben wird. Die Bohrung 91 für die Antriebsspindel beherbergt die durch sie hindurchgehende Antriebsspindel 55 des Thermostaten 51. Das Wechselventil 85 enthält darüber hinaus eine ringförmige Absperrfläche 92, die wie in 2 gezeigt angeordnet ist, um die Bohrung 76 für heiße Flüssigkeiten der Ventilbuchse 70 zu verschließen.
Das Rückdichtungsventil 95 ist in 2 anschaulich dargestellt und ist detaillierter in 6 gezeigt. Das Rückdichtungsventil 95 enthält ein inneres Gegengewinde 96, das mit dem äußeren Gewinde 90 des Wechselventils in Eingriff ist. Das Rückdichtungsventil 95 grenzt einen Rückdichtungsring 97 ab, der mit der Rückdichtungsfläche 81 der Ventilbuchse 70 in Kontakt kommt, um den Fluss der heißen Flüssigkeit durch die Bohrung 76 für heiße Flüssigkeit hindurch abzusperren. Dieses Rückdichtungsventil 95 ist dazu bestimmt, um in einer Art und Weise zu arbeiten, die ähnlich der des Rückdichtungsventils 80 ist, das in dem vorher erwähnten US-Patent Nr. 5,011,074 beschrieben wird. Im Einzelnen werden die Elemente des Rückdichtungsventils und ihre Funktion in diesem Patent in Spalte 5, Zeilen 37 bis 64 beschrieben, wobei diese Beschreibung und die beigefügten Figuren durch Bezugnahme hierin übernommen werden.
Das Rückdichtungsventil 95 enthält eine Federbohrung 98, innerhalb derer sich eine vorgespannte Feder 100 befindet. Die vorgespannte Feder 100 kommt mit der Antriebsspindel 55 des Thermostaten 51 in Kontakt und übt auf diesen eine sich ihm widersetzende Kraft aus.
Das Rückdichtungsventil 95 enthält auch eine Scheibenklemmfläche 99, die dem Wechselventil 85 gegenüber liegt. Eine Absperrscheibe 93 ist zwischen der Absperrfläche 92 des Wechselventils 85 und die Klemmfläche 99 des Rückdichtungsventils 95 geklemmt, wenn das Rückdichtungsventil über Gewinde mit dem Wechselventil in Eingriff ist.
Das thermostatische Ventil 50 der vorliegenden Erfindung kann leicht dadurch zusammengebaut werden, dass zuerst die vorgespannte Feder 100 innerhalb der Federbohrung 98 des Rückdichtungsventils 95 platziert wird. Das Rückdichtungsventil wird durch die Bohrung 76 für heiße Flüssigkeit der Ventilbüchse 70 gesteckt. Mit der konzentrisch gegen die Klemmfläche 99 des Rückdichtungsventils angeordneten Absperrscheibe 93 wird das Wechselventil 85 dann an ihren entsprechenden Gewinden 90, 96 an das Rückdichtungsventil 95 angeschraubt. Bei dieser Anordnung befindet sich der Rückdichtungsring 97 des Rückdichtungsventils innerhalb der Kammer 45 für heiße Flüssigkeit und auf der der Absperrscheibe 93 gegenüber liegenden Seite der Bohrung 76 für heiße Flüssigkeit. Es versteht sich von selbst, dass vor dem Zusammenschrauben des Wechselventils 85 an das Rückdichtungsventil 95 die Rückstellfeder 89 innerhalb des Federsitzes 80 der Ventilbuchse 70 und gegen den Federsitz 88 des Wechselventils 85 angeordnet sein muss.
Im nächsten Schritt des Zusammenbaus wird der Thermostat 51 innerhalb des Thermostatgehäuses 52 angeordnet. Die Ventilbuchse 70 wird dann über Gewinde mit dem Thermostatgehäuse 52 in der vorher beschriebenen An und Weise in Eingriff gebracht. An diesem Punkt wird die Antriebsspindel 55 durch die Bohrung 91 für die Antriebsspindel des Wechselventils 85 und in die Federbohrung 98 des Rückdichtungsventils 95 hinein gesteckt, um mit der vorgespannten Feder 100 in Kontakt zu kommen. Schließlich wird das Thermostatgehäuse 52 in den Ventilkörper 31 eingeschraubt, um den Zusammenbau des thermostatischen Ventils 50 zu vervollständigen. Das komplette thermostatische Ventil 50 wird dann innerhalb einer jeden Ventilbohrung 42, 43 durch Einschrauben des Gehäuses in die Bohrungen an den Gewinden 66 in Eingriff gebracht.
Die Funktionsweise der thermostatischen Mischventilanordnung 30 der vorliegenden Erfindung ist in den 7 bis 9 anschaulich dargestellt. In 7 ist der normale Betrieb der Ventilanordnung gezeigt. Zum Zweck dieser Veranschaulichung tritt ein normaler Betrieb dann auf, wenn sowohl heißes als auch kaltes Wasser in die Ventilanordnung 30 hinein fließt, wobei das Wasser von der Ventilanordnung mit einer vorher festgelegten Temperatur abgegeben wird. Wie in 7 gesehen werden kann, tritt das heiße Wasser durch die Kammer 45 und durch die Bohrung 76 in der Ventilbuchse 70 ein. Bei dieser Konfiguration ist die Absperrscheibe 93 vom Heiß-Absperrsitz 79 der Ventilbuchse abgetrennt, so dass etwas heißes Wasser ungehindert um das Wechselventil 85 herum und in die Bohrung 86 zur Mischung von Flüssigkeiten des Wechselventils hinein fließen kann.
Desgleichen fließt kaltes Wasser durch die Kammer 46 für kalte Flüssigkeit und durch die Löcher 77 für kalte Flüssigkeit in der Ventilbuchse 70. Das kalte Wasser läuft durch die Bohrung 86 zur Mischung von Flüssigkeiten des Wechselventils, um sich wenigstens teilweise mit dem heißen Wasser zu vermischen, das vom Boden des Wechselventils herein fließt. Dieses wenigstens teilweise vermischte Wasser fließt nach oben zum Thermostaten 51 hin.
Bei der in 7 gezeigten Position braucht das Wechselventil 85 und speziell der zylindrische Abschnitt 85a die Nebenleitungsschlitze 78 in der Ventilbuchse 70 nicht vollständig zu schließen. Demgemäß strömt oder rinnt kaltes Wasser auch um den oberen Bereich des Wechselventils 85 herum in die Ventilbuchse 70 hinein. Die heiße und kalte Mischung vermischt sich dann mit dem kalten Rinnsal in der Verschiebebohrung 75 der Ventilbuchse 70, sowie die vermischte Flüssigkeit um den Thermostaten 51 herum vorbeiläuft. Typischerweise wird das Wechselventil zwischen dem vollständigem Schließen der Nebenleitungsschlitze 78 und dem Gestatten des Flusses eines dünnen Stroms durch die Schlitze modulieren.
Die heiße und kalte Mischung vermischen sich dann weiter in der Mischkammer 63 des Thermostatgehäuses 52, um schließlich durch die Auslassfenster 64 im Gehäuse auszutreten. Das vollständig vermischte heiße und kalte Wasser, das nun eine temperierte Mischung ist, tritt in die abschließende Mischkammer 48b, um die Ventilanordnung zu verlassen. Es versteht sich natürlich von selbst, dass der Betrieb des Mischventils 50 bezeichnend für den Betrieb aller thermostatischen Ventile der Ventilanordnung 30 ist, wie es in 2 gezeigt ist.
Sowie sich die Temperatur entweder des eingelassenen heißen Wassers oder des eingelassenen kalten Wassers verändert, wird der Thermostat 51 die Antriebsspindel 55 in Erwiderung auf die Temperatur innerhalb der Flüssigkeitskammer 63 des Thermostatgehäuses 52 modulieren. Wenn beispielsweise die Temperatur des heißen Wassers relativ zum kalten Wasser zunimmt, wird die Temperatur der gesamten Mischung zunehmen, was den Antrieb 55 veranlasst, sich vom Thermostaten weg auszudehnen. Diese Ausdehnung engt dann den Raum zwischen der Absperrscheibe 93 und dem Absperrsitz 79 ein, um dadurch die Menge des heißen Wassers zu vermindern, das einfließt, um sich mit dem kalten Wasser zu vermischen. Sowie die Temperatur der Mischung unter eine festgelegte Temperatur fällt, wird sich der Antrieb 55 zusammenziehen, um dadurch, sowie durch die Mithilfe der Rückstellfeder 89, den Fluss für das heiße Wasser zu öffnen, um sich mit dem kalten Wasser zu vermischen.
Man kann erkennen, dass während des normalen Betriebsbereichs hinweg der größte Teil des kalten Wassers durch die Löcher 77 für kaltes Wasser hindurch in die Ventilbuchse 70 fließen wird. Demgemäß ist damit zu rechnen, dass der Fluss des kalten Wassers im Wesentlichen konstant sein wird, ungeachtet der Temperatur des kalten Wassers. Mit anderen Worten, sogar wenn sich die Temperatur des kalten Wassers in Bezug auf das heiße Wasser ändert, bleibt die Menge des kalten Wassers, das durch das thermostatische Ventil 50 hindurch fließt, unter normalen Betriebsbedingungen im Wesentlichen konstant bestehen. Dieses Merkmal kann bei Notfalldusch- und Augenspülsystemen wichtig sein, wo im Wesentlichen ein ununterbrochener und konstanter Fluss von Wasser nötig ist. Bei einigen Notfallduschsystemen muss die Fließrate beispielsweise 15 Minuten lang wenigstens 30 Gallonen pro Minute betragen. In manchen Fällen wird kaltes Wasser mit im Wesentlichen konstanten 30 Gallonen pro Minute an die Ventilanordnung geliefert. Demgemäß wird das gemischte Wasser mit im Wesentlichen den 30 Gallonen pro Minute des eingelassenen kalten Flusses austreten, da die thermostatischen Ventile 50 der vorliegenden Erfindung den Fluss der kalten Flüssigkeit in das Ventil hinein nicht beschränken. Es versteht sich vor selbst, dass der Durchmesser der Verschiebebohrung, die Fläche der Auslassfenster 64 des Thermostatgehäuses und die Auslassleitung 35 ausreichend groß sind, um ein Zusammenbrechen der Fließrate des Wassers zu verhindern, das von der Ventilanordnung 30 abgegeben wird.
In einem abnormalen Zustand kann sich der Fluss des kalten Wassers im Wesentlichen in Bezug auf den Fluss des heißen Wassers verringern oder die Temperatur des Flusses an kaltem Wasser kann in Bezug auf seine normal erwartete Temperatur (gewöhnlich im Bereich von 55 bis 65°F) außerordentlich zunehmen. Unter diesen Umständen wird sich die Thermostatspindel 55 des thermostatischen Ventils 50, wie es in 8 gezeigt ist, weiter vom Thermostaten 51 weg bewegen. Sowie sich die Spindel 55 ausdehnt, drückt sie die vorgespannte Feder 100 weg, die wiederum das Rückdichtungsventil 95 wegdrückt. Das Rückdichtungsventil zieht das Wechselventil 85 entgegen der Wirkung der Rückstellfeder 88 nach unten. Sowie sich die Antriebsspindel 55 weiter bewegt, schränkt die Absperrscheibe 93 nach und nach den Fluss des heißen Wassers von der Bohrung 76 für heiße Flüssigkeit ein. Letzten Endes berührt die Scheibe den Absperrsitz 79, um die Bohrung 76 für heiße Flüssigkeit vollständig zu verschließen. Unter diesen Bedingungen wird der heiße Fluss vollständig abgestellt, so dass nur kaltes Wasser in die Flüssigkeitskammer 63 hinein und durch das Auslassfenster 64 hindurch in die Mischkammer 48b hinein fließt. Wenn die Absperrscheibe 93 vollständig mit dem Absperrsitz 79 in Kontakt steht, drückt eine weitere Modulation der Thermostatspindel einfach nur gegen die vorgespannte Feder 100, um jede Beschädigung oder ein Versagen des Thermostaten 51 zu verhindern.
Ein dritter Betriebsmodus des erfindungsgemäßen thermostatischen Ventils 50 ist in 9 gezeigt. Unter diesen Umständen fällt der Thermostat aus, so dass der Antrieb 55 nicht funktioniert. Unter diesen Bedingungen drückt die Rückstellfeder 89 gegen den Federsitz 88 des Wechselventils 85, um das Wechselventil nach oben zum Thermostaten 51 hin zu drücken. Sowie sich das Wechselventil 85 nach oben bewegt, zieht es das Rückdichtungsventil 95 nach oben, da das Rückdichtungsventil über Gewinde mit dem Wechselventil 85 in Eingriff ist. Diese Bewegung fährt fort, bis der Rückdichtungsring 97 des Rückdichtungsventils 95 die Rückdichtungsfläche 81 der Ventilbuchse 70 berührt. In diesem Zustand ist die Bohrung 76 für heiße Flüssigkeit wiederum verschlossen, so dass keine heiße Flüssigkeit durch das thermostatische Ventil 50 und durch die Mischkammer 48b hindurch fließt.
Zudem bewegt sich das Wechselventil unter den in 9 anschaulich dargestellten Ausfallbedingungen nach oben, bis sich die Kalt-Nebenleitungsschlitze 87 des Wechselventils 85 mit den Kalt-Nebenleitungsschlitzen 78 in der Ventilbuchse 70 decken. Bei dieser Anordnung wird der kalte Fluss wesentlich verstärkt, da er nicht mehr länger ausschließlich nur durch die Löcher 77 in die Mischkammer fließt. Unter diesen Umständen wird die die thermostatische Ventilanordnung 30 verlassende Fließrate in Bezug auf die normalen Fließbedingungen nicht verringert.
Es sollte klar werden, dass die vorliegende erfinderische thermostatische Ventilanordnung 30 im Grunde vor Ausfällen sicheres temperiertes Wasser liefert, das zum Gebrauch in einem Notfalldusch- und Augenspülsystem geeignet ist. In seiner normalen Betriebsstellung liefert das Ventil perfekt temperiertes Wasser mit einer erforderlichen Fließrate, sowie das heiße Wasser durch die Bohrung 76 für heiße Flüssigkeit hindurch läuft und das kalte Wasser durch das Loch 77 für kalte Flüssigkeit in der Ventilbuchse 70 hindurch läuft. Die Bereitstellung der Löcher 77 für den kalten Fluss gewährleistet, dass immer kaltes Wasser durch das Ventil hindurch fließt oder dass der kalte Fluss immer offen steht. Dieses Merkmal hilft, Temperaturspitzen zu beseitigen, die auftreten könnten, sowie die Temperatur des heißen Wassers fluktuiert. Mit anderen Worten hilft die Bereitstellung der Löcher 77 für kalte Flüssigkeit, die Wirkung von Hitzestößen zu beseitigen, die weit verbreitet sind, wenn das heiße Wasser von einer Dampfquelle geliefert wird.
Vorzugsweise enthält jede der Ventilbuchsen 70 6 bis 8 Löcher 77, die gleichmäßig um den Umfang der Ventilbuchse 70 herum verteilt sind. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel weisen diese Löcher einen Durchmesser von 1/8 Zoll auf, um zu jeder Zeit einen geeigneten kalten Fluss zu gewährleisten.
Ein Aspekt der Ausfallsicherheit der thermostatischen Ventilanordnung 30 der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, den Fluss des heißen Wassers unter bestimmten Ausfallbedingungen vollständig abzustellen. Wenn beispielsweise der Fluss des kalten Wassers aufhört oder wesentlich vermindert wird, würde im Allgemeinen ungenügend kaltes Wasser vorhanden sein, um sich mit dem Wasser mit hoher Temperatur zu vermischen, um Verbrühen und Verbrennen des Anwenders eines Notfalldusch- und Augenspülsystems zu verhindern. Unter diesen Umständen ist es unbedingt erforderlich, dass der Fluss des heißen Wassers sofort unterbrochen wird. Es ist zweifellos am besten, Verletzungen des Opfers eines Chemieunfalls zu verhindern, die durch Bereitstellung von verbrühendem Wasser auftreten könnten.
Ein anderer Aspekt der Ausfallsicherheit der Erfindung wohnt der Überzähligkeit der thermostatischen Ventile inne. Wenn eines der mehrfachen thermostatischen Ventile 50, die im Ventilkörper 31 untergebracht sind, ausfällt, ist es sicherlich unwahrscheinlich, dass zudem ein anderes Ventil ausfallen wird. Demgemäß werden die normal arbeitenden thermostatischen Ventile fortfahren, temperiertes Wasser an das Notfalldusch- und Augenspülsystem zu liefern. Das ausgefallene Ventil wird nur kaltes Wasser liefern, das sich mit dem temperierten Wasser von den verbleibenden voll funktionierenden Ventilen vermischt. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel können die Mischkammern so ausgebildet sein, dass sie vollständig mit den mehrfachen thermostatischen Ventilen in Verbindung stehen, so dass die Thermostate der Ventile dem Gemisch des temperierten Wassers ausgesetzt sind, das von den Ventilen abgegeben wurde. Diese Anordnung kann es den funktionierenden Ventilen erlauben, den lediglich kalten Fluss des ausgefallenen Ventils zu kompensieren, um zu gewährleisten, dass sich die Temperatur des Ausflusses aus der Ventilanordnung auf der vorbestimmten festgelegten Temperatur befindet.
Ein weiteres Merkmal der Ausfallsicherheit der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung des Rückdichtungsventils 95. Dieses Rückdichtungsventil wirkt eher beim Versagen des Thermostaten als beim Versagen der Quelle für kaltes Wasser. Wenn der Thermostat versagt, ist er nicht in der Lage, den relativen Fluss zwischen dem heißen und kalten Wasser zu regulieren. Es ist deshalb nötig, dass der Fluss des heißen Wassers vollständig abgesperrt wird. Andererseits ist es auch wichtig, dass weiterhin etwas Wasser durch das System hindurch fließt, sogar wenn es unangenehm kalt ist. Die Wirkungen von unangenehm kaltem Wasser sind nicht so schädlich, wie die Wirkungen von unangenehm heißem Wasser, so dass es für annehmbar gehalten wird, dem kalten Wasser zu erlauben, weiterhin durch die Ventilanordnung 30 hindurch zu fließen.
Die Materialien und Dimensionen einer jeden Komponente der vorliegenden erfinderischen Ventilanordnung 30 können durch Fachleute bestimmt werden. Was jedoch das spezielle Beispiel anbelangt, so ist der Ventilkörper 31 aus Bronze gegossen. Die Einlässe für heiße und kalte Flüssigkeit weisen vorzugsweise einen Standard-Gewindedurchmesser auf, um mit Gewinde versehene Röhren oder Schläuche aufzunehmen, die in der Industrie typisch sind. Bei einem speziellen Beispiel weisen die Einlässe einen inneren Durchmesser von 1¼ NPT (US-Standard-Rohrgewinde) auf. Die Ventilbohrungen 42 und 43, welche die thermostatischen Mischventile 50 aufnehmen, weisen bei einem speziellen Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 1.89 Zoll auf. Das Thermostatgehäuse 52 ist geeignet bemessen, um in die Ventilbohrungen 42, 43 zu passen. Die Kammer 63 zur Mischung von Flüssigkeiten des Thermostatgehäuses 52 kann einen Durchmesser von etwa 2.0 Zoll aufweisen, während die Verteilerbohrung 74 der Ventilbuchse 70 einen Durchmesser von 1.5 Zoll aufweisen kann. Das Thermostatgehäuse 52 enthält vorzugsweise ein Paar von sich diametral gegenüber liegenden Auslassfenstern 64, die eine Höhe von 1 Zoll aufweisen und die den Großteil des Umfangs des Gehäuses umspannen.
Bei der Ventilbuchse weisen die Kalt-Nebenleitungsschlitze 78 eine Höhe von 0.30 Zoll auf. Vorzugsweise enthält die Buchse zwei solche sich diametral gegenüber liegende Schlitze, die etwa 2/3 des Umfangs der Buchse einnehmen. Der Kalt-Nebenleitungsschlitz 87 im Wechselventil 85 belegt im Wesentlichen auch die gleiche Länge am Umfang des Ventils. Diese Schlitze weisen bei einem speziellen Ausführungsbeispiel eine Höhe von 0.25 Zoll auf.
Der Fluss der heißen Flüssigkeit in die Ventilanordnung hinein wird durch die Differenz der Durchmesser der Bohrung 76 für heiße Flüssigkeit und dem Außendurchmesser des Rückdichtungsventils 95 bestimmt. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel weist die Bohrung 76 für heiße Flüssigkeit einen Innendurchmesser von 0.95 Zoll auf. Der Außendurchmesser des Rückdichtungsventils 95, der sich durch die Bohrung für heiße Flüssigkeit erstreckt, beträgt bei einem speziellen Ausführungsbeispiel 0.75 Zoll. Es sollte sich jedoch von selbst verstehen, dass die Strömungsfläche zwischen diesen beiden Komponenten nicht durch die momentane Strömungsfläche bestimmt wird, die für den Fluss der heißen Flüssigkeit erhältlich ist. Anstelle dessen wird die Modulation der Absperrscheibe 93 relativ zum Heiß-Absperrsitz 79 die Strömungsfläche der heißen Flüssigkeit regeln. Außerdem wird die Fließrate der heißen Flüssigkeit durch den Abstand zwischen dem Rückdichtungsring 97 und der Rückdichtungsfläche 81 geregelt. Wenn die beiden Flächen, die den Fluss an heißem Wasser durch das thermostatische Ventil 50 einschränken, in Bezug auf die Bohrung 76 für heiße Flüssigkeit gleichen Abstand haben, ist die maximale Strömungsfläche gleich oder geringfügig kleiner als die Strömungsfläche des kalten Wassers, die durch die Löcher 77 erhältlich sind.
Während die Erfindung detailliert in der Zeichnung und der voranstehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben worden ist, ist das Ganze als veranschaulichend und von nicht beschränkendem Charakter anzusehen, wobei es sich von selbst versteht, dass nur das bevorzugte Ausführungsbeispiel gezeigt und beschrieben worden ist und dass alle Änderungen und Modifikationen, die der Wesensart der Erfindung entsprechen, als für geschützt erachtet werden. Während beispielsweise das bevorzugte Material für die Komponenten des Mischventils rostfreier Stahl ist, können andere Materialien ins Auge gefasst werden, die für eine Anwendung in einer flüssigen Umgebung geeignet sind.
Bei einer weiteren Modifikation des bevorzugten Ausführungsbeispiels kann der Hub des Wechselventils 85 so eingestellt werden, dass ein größerer konsistenter Fluss an kaltem Wasser durch die Kalt-Nebenleitungsschlitze 78 in der Ventilbuchse 70 gestattet wird. Innerhalb des normalen Betriebsbereichs kann das Wechselventil an den Nebenleitungsschlitzen 78 vorbei pendeln, um den Grad der Öffnung der Schlitze zur Ventilbohrung 74 hin zu variieren. Bei diesem modifizierten Ausführungsbeispiel wird der größte Teil des Flusses eher durch die Kalt-Nebenleitungsschlitze geliefert als durch die Löcher 77 für kalte Flüssigkeit. Die Zahl der Löcher kann auf 4 bis 6 mit einem Durchmesser von 3/32 Zoll vermindert werden. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel sind nur vier solcher Löcher vorgesehen, so dass etwa zwei Drittel des kalten Flusses durch die Nebenleitungslöcher geliefert wird. Sogar bei diesem Ausführungsbeispiel können die Nebenleitungsschlitze noch durch das Wechselventil abgesperrt werden.
Darüber hinaus fasst das bevorzugte Ausführungsbeispiel ein einfach überzähliges System ins Auge, das zwei identische Mischventile benutzt. Alternativ können drei oder mehr Mischventile verwendet werden, mit geeigneten Modifikationen am Ventilkörper um die mehrfachen Ventile in passender Fließverbindung zu beherbergen. Zusätzlich braucht keines der mehrfachen Mischventile von identischer Konstruktion zu sein, vorausgesetzt, dass jedes Ventil in der Lage ist, heiße und kalte Flüssigkeit auf eine vorbestimmte Temperatur per Thermostat zu mischen.

Claims

Thermostatisches Mischventil, ein Gehäuse (52) aufweisend, das eine Flüssigkeitskammer (86) und ein auf Temperatur reagierendes Regelungselement (54) enthält, das innerhalb der Flüssigkeitskammer mit einem Antriebselement (55) angeordnet ist, das in Abhängigkeit von der Flüssigkeitstemperatur innerhalb der Flüssigkeitskammer (70) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine hohle Ventilbuchse (70) eine erste Öffnung (77) in Verbindung mit einer ersten Flüssigkeitsquelle und eine zweite Öffnung (76) in Verbindung mit einer zweiten Flüssigkeitsquelle und darüber hinaus eine Verteilerbohrung (74) mit einer Fließverbindung zwischen der Flüssigkeitskammer (86) und der ersten und zweiten Öffnung (76, 77) abgrenzt; und dass ein Wechselventil (85) in der Verteilerbohrung (74) angeordnet ist und wirksam mit dem Antriebselement (55) gekoppelt ist, wobei das Wechselventil (85) so konfiguriert ist, dass es den Fluss der zweiten Flüssigkeit durch die zweite Öffnung (76) hindurch in Abhängigkeit von der Bewegung des Antriebselements (55) variabel beschränkt, ohne den Fluss der ersten Flüssigkeit durch die erste Öffnung (77) hindurch einzuschränken.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei: die Ventilbuchse (70) darüber hinaus eine dritte Öffnung (78) abgrenzt, die in Verbindung zwischen der Quelle (46) der ersten Flüssigkeit und der Verteilerbohrung (74) steht; und wobei das Wechselventil (85) so konfiguriert ist, dass es den Fluss der ersten Flüssigkeit durch die dritte Öffnung (78) hindurch in Abhängigkeit der Bewegung des Antriebselements (55) variabel beschränkt.
Anordnung nach Anspruch 2, wobei: die dritte Öffnung (78) wenigstens einen am Umfang verlaufenden Schlitz enthält, der in der Ventilbuchse (70) ausgebildet ist, wobei dieser wenigstens eine Schlitz eine Weite entlang der Länge des Futters (70) aufweist; und das Wechselventil (85) einen zylindrischen Abschnitt (86) enthält, der an diesem wenigstens einen Schlitz angrenzend angebracht ist und eine Weite aufweist, die ungefähr gleich der Weite des Schlitzes ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die folgendes aufweist: ein Rückdichtungsventil (95), das mit dem Wechselventil (85) verbunden ist und so konfiguriert ist, dass es den Fluss der zweiten Flüssigkeit durch die zweite Öffnung (76) hindurch einschränkt; und Mittel zum Bewegen des Rückdichtungsventils (95) an eine Position, bei der die zweite Öffnung (76) bei Versagen des auf Temperatur reagierenden Regelungselements (54) verschlossen wird.
Anordnung nach Anspruch 4, wobei: das Rückdichtungsventil (95) und das Wechselventil (85) an gegenüberliegenden Seiten der zweiten Öffnung (76) angeordnet sind; und wobei das Mittel zum Bewegen eine Feder (89) enthält, die zwischen dem Ventilfutter (70) und dem Wechselventil (85) angeordnet ist, und eingebaut ist, um das Wechselventil (85) in einer Richtung weg von der zweiten Öffnung (76) zu drücken.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die erste Öffnung (77) eine Vielzahl von im Großen und Ganzen konzentrischen Löchern enthält, die in dem Ventilfutter (70) ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Ventilfutter (70) ein oberes Ende, das an die Flüssigkeitskammer (86) angrenzt, und ein gegenüber gelegenes unteres Ende (81) aufweist, wobei die Verteilerbohrung (74) mit der Flüssigkeitskammer (86) am oberen Ende in Verbindung steht und wobei die zweite Öffnung (76) eine Bohrung (76) am unteren Ende (81) enthält.
Anordnung nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das auf Temperatur reagierende Regelungselement (54) ein Balgthermostat (54) ist, der eine Antriebsspindel (55) aufweist, die mit dem Wechselventil (85) verbunden ist.