DE69929610T2

DE69929610T2 - Taumelnde austragvorrichtung für fluide

Info

Publication number: DE69929610T2
Application number: DE69929610T
Authority: DE
Inventors: Joseph H. Poulsbo CLEARMAN; Jack F. Blakely CLEARMAN
Original assignee: Moen Inc
Current assignee: Moen Inc
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2019-07-15
Also published as: WO2000003810A9; CN1089644C; EP1104332A2; CN1324272A; BR9912818A; ES2257065T3; WO2000003810A2; WO2000003810A3; CA2337336C; JP2002520156A; CA2337336A1; EP1104332B1; MXPA01000451A; AU4996899A; DE69929610D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Duschköpfe, Hähne und andere Sprühköpfe oder -düsen sind in zahlreichen Ausführungen und Konfigurationen kommerziell erhältlich. Obwohl viele Duschköpfe und Hähne wegen ihres dekorativen Stylings gestaltet und verkauft werden, besteht eine große Anzahl von verschiedenen Duschkopfmechanismen, die eine Eigenschaft des Wassersprühmusters verbessern oder ändern sollen. Irgendein spezielles Sprühmuster kann durch die Eigenschaften der Sprühbreite, der Sprühverteilung oder -bahn, der Sprühgeschwindigkeit und dergleichen bes111chrieben werden. Ferner kann das Sprühmuster für verschiedene Zwecke ausgelegt oder gestaltet sein, einschließlich eines angenehmeren Gefühls für die Haut, einer besseren Leistung beim Spülen, Massieren von Muskeln und der Einsparung von Wasser, um nur einige zu nennen.
Die ungeheure Mehrheit an Sprühköpfen kann entweder als stationär oder schwingend kategorisiert und entweder mit festen oder einstellbaren Öffnungen oder Düsen kategorisiert werden. Stationäre Sprühköpfe mit festen Düsen sind die einfachsten aller Sprühköpfe, die im Wesentlichen aus einer Wasserkammer und einer oder mehreren Düsen bestehen, die gerichtet sind, um ein konstantes Muster zu erzeugen. Stationäre Sprühköpfe mit einstellbaren Düsen weisen typischerweise eine ähnliche Konstruktion auf, außer dass eine gewisse Einstellung der Düsenrichtung, der Düsenöffnungsgröße und/oder der Anzahl von verwendeten Düsen erleichtert wird. Ein Duschkopf, der typischerweise in einer neuen Heimkonstruktion verwendet wird, stellt beispielsweise ein stationäres Sprühgehäuse mit einer Vielzahl von Sprühdüsen bereit, die in einem kreisförmigen Muster angeordnet sind, wobei die Geschwindigkeit des Sprühstrahls durch manuelles Drehen eines Einstellrings relativ zum Sprühgehäuse einstellbar ist.
Diese stationären Sprühköpfe bewirken, dass Wasser durch ihre Öffnungen strömt und im Wesentlichen denselben Weg in einer wiederholten Weise durchströmt, wie z.B. eine Duschkopfdüse, die Wasser in einer festen Position auf die Haut einer Person richtet. Der Benutzer eines solchen Duschkopfs spürt kontinuierlich einen Strom von Wasser auf demselben Bereich und insbesondere mit hohen Drücken oder Durchflussraten kann der Benutzer spüren, dass sich das Wasser in den Körper bohrt, wobei folglich der positive Effekt, der von einem solchen Duschkopf abgeleitet wird, vermindert wird. Um dieses unerwünschte Gefühl von Duschköp fen zu verringern und um die Wasserverteilung von Sprühköpfen im Allgemeinen zu verbessern, wurden verschiedene Versuche unternommen, um schwingende Sprühköpfe bereitzustellen.
Beispiele von schwingenden Duschköpfen sind im US-Patent Nrn. 3 791 584 (Drew et al.), 3 880 357 (Baisch), 4 018 385 (Bruno), 4 944 457 (Brewer) und 5 577 664 (Heitzman) offenbart. Das US-Patent Nr. 4 944 457 (Brewer) offenbart einen schwingenden Duschkopf, der ein Flügelrad verwendet, das an einer Getriebekasten-Baueinheit montiert ist, die eine Schwingungsbewegung der Düse erzeugt. Ebenso offenbart das US-Patent Nr. 5 577 664 (Heitzman) einen Duschkopf mit einem Drehventilelement, das durch ein Rad und ein Untersetzungsgetriebe angetrieben wird, um die Durchflussrate durch das Gehäuse zwischen hohen und niedrigen Durchflussraten umlaufen zu lassen. Beide dieser Duschköpfe erfordern äußerst komplexe mechanische Strukturen, um die gewünschte Bewegung zu bewerkstelligen. Folglich sind diese Mechanismen aufgrund von Verschleiß an verschiedenen Teilen und Mineralablagerungen in der ganzen Struktur ausfallanfällig.
Das US-Patent Nr. 3 691 584 (Drew et al.) offenbart auch einen schwingenden Duschkopf, verwendet jedoch eine Düse, die an einem Schaft angebracht ist, der sich unter Kräften dreht und schwenkt, die durch Wasser, das durch radial angeordnete Schlitze in eine Kammer um den Schaft eintritt, auf diesen aufgebracht werden. Obwohl dieser Duschkopf einfacher ist als jene von Brewer und Heitzman, umfasst er dennoch eine große Anzahl von Stücken, die genaue Abmessungen und zahlreiche Verbindungen zwischen den Stücken erfordern. Ferner beruht der Duschkopf auf kleinen Öffnungen für Wasserdurchgänge und unterliegt einer Mineralansammlung und einer Verstopfung mit Teilchen.
Das US-Patent Nr. 5 467 927 (Lee) offenbart einen Duschkopf mit einer Vorrichtung mit einer Vielzahl von Schaufeln, die dazu ausgelegt sind, eine Schwingung und Pulsierung zu erzeugen. Eine Schaufel ist mit einem exzentrischen Gewicht versehen, das eine Schwingung verursacht, und eine entgegengesetzte Schaufel ist mit einem vorderen Flansch versehen, der durch vorübergehendes Blockieren der Wasserstrahlen eine Pulsierung verursacht. Wiederum ist die Konstruktion dieses Duschkopfs ziemlich komplex und seine schmalen Durchgänge unterliegen einer Mineralansammlung und einer Verstopfung mit Teilchen.
Das US-Patent Nr. 5 704 547 (Golan et al.) offenbart einen Duschkopf mit einem Gehäuse, einer Turbine und einem Fluidaustrittskörper, so dass Fluid, das durch die Turbine strömt, eine Drehung der Turbine verursacht. Die rotierende (sich drehende) Turbine kann verwendet werden, um eine Drehung des Fluidaustrittskörpers und/oder eine Schaukelbewegung von Seite zu Seite in einer pendelartigen Weise zu bewirken.
Das US-Patent Nr. 4 073 438 (Meyer) offenbart einen Brausekopf mit einem Gehäuse mit einem Einlass, einer Wasserverteilungsstruktur mit einer Düse an einem Ende und einem becherförmigen Element am entgegengesetzten Ende, das als Reaktion auf die tangentiale Strömung von Wasser in das Gehäuse wirksam ist, um die Umlaufbewegung der Düse zu bewirken. Es ist auch eine Scheibe offenbart, die sich in Rollkontakt mit einer Oberfläche innerhalb des Gehäuses dreht, um die anteilige Drehung der Düse zu bewirken. Das becherförmige Element dreht sich um die Längsachse in Reaktion auf die tangentiale Strömung von Wasser aus dem Einlass.
Mit Bezug auf 35 offenbart das US-Patent Nr. 3 091 400 (Aubert) eine Spülmaschine mit einer rotierenden Taumelbewegungs-Sprühvorrichtung mit einem Sprühkörper mit einem Sprühkopf und einem Lagerstück zusammen mit einem Ring, der diesen umgibt. Die Taumelbewegungs-Sprühvorrichtung 10 umfasst ein Körperstück 12 mit einem Sprühkopf 14, der daran angebracht ist, und einem Ring 16, der diesen umgibt. Das Körperstück 12 weist einen internen konischen Lagersitz 18 auf und ist an einem Wasserzuführungsrohr 20 mit einer abgerundeten Kante angeordnet, die einen Lagersitz 22 bildet. Das sich erstreckende Stück 12 weist einen Kragen 24, der über das Zuführungsrohr 20 nach unten gezogen ist, und ein angrenzender, nach außen vorstehender Absatz 26 steht mit der unteren Seite des rings 16 in Eingriff und rollt an diesem, wenn Wasser unter Druck zugeführt wird. Das durch das Rohr 20 zugeführte Wasser tritt in eine Verteilungskammer 28 ein und tritt durch die Sprühöffnungen 30 des Sprühkopfs 14 aus. Die Orientierung der Öffnungen 10 ist so gewählt, dass ein Triebmoment den Sprühkörper in Drehung versetzt, wobei der Absatz 26 des Körpers 12 am Ring 16 rollt, wie am Punkt 32 angegeben.
Ein Hauptnachteil von Aubert besteht darin, dass die Taumelbewegung durch die tangentiale Orientierung der Öffnungen im Sprühkopf verursacht wird, wodurch die Wahl der Sprühmuster begrenzt ist. Insbesondere bilden die tangentialen Öff nungen ein sehr breites Sprühmuster, das zum Geschirrwaschen nützlich sein kann, aber für einen Duschkopf sehr unerwünscht ist. Aufgrund der Masse des Sprühkopfs 14 und des ringförmigen Kontakts zwischen dem Absatz 26 und dem Ring 16 muss die Wasserzuführung außerdem mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck laufen, bevor der Sprühkopf zu taumeln beginnt.
Das US-Patent Nrn. 2 639 191 und 3 357 643 (beide Hruby) offenbaren eine Brause und Fontänenvorrichtungen mit einem länglichen röhrenförmigen Schaft, der von einer Buchse innerhalb eines länglichen röhrenförmigen Körpers aufgenommen ist, wobei die Buchse einen ausreichenden Zwischenraum zum Schaft vorsieht, um zu ermöglichen, dass der Schaft innerhalb eines länglichen röhrenförmigen Körpers kreiselt oder taumelt. Diese Vorrichtung beruht jedoch auch auf einer tangentialen Strömung von Fluid, um den Schaft zu betätigen. Ferner sind der Schaft und der Körper so lang, dass die Vorrichtung für viele Anwendungen nicht geeignet wäre.
Das US-Patent Nr. 3 009 648 (Hait) offenbart einen Brausekopf mit einer einteiligen Düse, die an einer Fluidleitung befestigt ist, wobei die Düse einen Umstellkegelstecker aufweist, der durch Streben in der Position abgestützt ist. Der Stecker umfasst eine Vielzahl von Flügeln, um eine Drehbewegung an der Düse hervorzurufen. Die Brause verteilt Wasser in einem rotierenden Strom.
Das US-Patent Nrn. 4 439 174 und 5 588 595 (Sweet) sowie das US-Patent Nr. 5 671 885 (Davisson) offenbaren taumelnde Brausen mit einem Körperabschnitt mit einer Düse an einem Ende und einer Sprühplatte, die daran abgestützt ist, an einem entgegengesetzten Ende stromabwärts von der Düse. Die Sprühplatte weist eine Vielzahl von Stromverteilungsnuten auf, die auf einer Seite davon ausgebildet sind und so konfiguriert sind, dass sie bewirken, dass sich die Sprühplatte dreht, wenn ein von der Düse ausgesandter Strom auf diese trifft. Die Sprühplatte weist einen Schaft auf, der mit dem Körper über eine Kugel und einen Käfig, einen Lagerkäfig bzw. eine flexible Verbindungsvorrichtung gekoppelt ist. Fluid wird gegen die Sprühplatte gerichtet und ohne Steuerung oder Umlenkung des Fluids radial von der Sprühplatte abgelenkt.
Es bleibt jedoch ein Bedarf für einen verbesserten Sprühkopf, Duschkopf oder eine andere Fluidausgabevorrichtung, die Fluid wie z.B. Wasser in einer gleichmäßigen und gesteuerten Weise liefert. Es wäre erwünscht, wenn der Sprühkopf Wasser in der gewünschten Weise selbst mit niedrigen Drücken oder Durchflussraten liefern könnte, die zur Verwendung in Duschköpfen und Ausgusshähnen geeignet sind. Die Vorrichtung würde vorzugsweise einen minimalen Druckabfall verursachen und Fluid in einem richtungsabhängigen Sprühmuster liefern. Es wäre ferner erwünscht, wenn der Sprühkopf eine einfache und kompakte Konstruktion schaffen würde, die minimale Teile beinhaltet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Sprühkopf-Baueinheit geschaffen mit einem Gehäuse mit einem Fluideinlass, einer Düsenbaueinheit, einer Öffnung im Gehäuse, wobei sich die Düsenbaueinheit durch die Öffnung erstreckt und einen äußeren Abschnitt, der eine Auslassdüse vorsieht, und einen inneren Abschnitt, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, aufweist, wobei die Düsenbaueinheit einen Fluidkanal aufweist, der den inneren Abschnitt innerhalb des Gehäuses und die Auslassdüse außerhalb des Gehäuses verbindet, einem Taumelbewegungs-Erzeugungselement, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und auf den inneren Abschnitt der Düsenbaueinheit wirkt und unabhängig von diesem beweglich ist, wobei das Taumelbewegungs-Erzeugungselement innerhalb des Gehäuses relativ zum Einlass angeordnet ist, um eine Taumelbewegung der Düsenbaueinheit zu erzeugen, die sich aus Fluid, das durch den Einlass strömt und das Taumelbewegungs-Erzeugungselement berührt, ergibt, und einem Mittel, das der Düsenbaueinheit zugeordnet ist, zum Begrenzen von deren Taumelbewegung, mit der die Düsenbaueinheit durch das unabhängig bewegliche Taumelbewegungs-Erzeugungselement beaufschlagt wird.
Vorzugsweise umfasst der innere Abschnitt der Düsenbaueinheit eine Säule und das Taumelbewegungs-Erzeugungselement umfasst eine Hülse, die lose an der Säule angebracht ist und sich relativ zu dieser bewegt.
Vorteilhafterweise umfasst der innere Abschnitt der Düsenbaueinheit eine Hülse, wobei das Taumelbewegungs-Erzeugungselement eine Säule umfasst, die sich in die Hülse erstreckt und relativ zu dieser beweglich ist.
Vorteilhafterweise umfasst das Mittel, das der Düsenbaueinheit zugeordnet ist, um deren Taumelbewegung zu begrenzen, eine Platte mit einer kegelstumpfförmigen Oberfläche, die mit dem Gehäuse in Umfangsrichtung um die Gehäuseöffnung in Eingriff steht, um die Bewegung der Düsenbaueinheit zu begrenzen.
Vorzugsweise weist das Taumelbewegungs-Erzeugungselement ein Mittel daran auf, um zu bewirken, dass sich das Taumelbewegungs-Erzeugungselement innerhalb des Gehäuses in Reaktion auf Fluid, das durch den Einlass strömt, dreht.
Vorzugsweise weist das Taumelbewegungs-Erzeugungselement ein Mittel daran auf, um zu bewirken, dass das Taumelbewegungs-Erzeugungselement innerhalb des Gehäuses in Reaktion auf Fluid, das durch den Einlass strömt, taumelt.
Das Taumelbewegungs-Erzeugungselement dreht sich vorteilhafterweise ebenso wie es taumelt innerhalb des Gehäuses in Reaktion auf eine Fluidströmung durch den Einlass.
Vorzugsweise umfasst die Sprühkopf-Baueinheit ferner ein Mittel zum Ändern der Rate, mit der die Düsenbaueinheit taumelt.
Vorteilhafterweise ist das Taumelbewegungs-Erzeugungselement eine Turbine mit mehreren Schaufeln, die so konfiguriert sind, dass sie bewirken, dass sich die Turbine dreht, wenn auf diese ein Strom vom Fluideinlass auftrifft.
Vorzugsweise umfasst die Sprühkopf-Baueinheit ferner das Mittel zum Einstellen des Bereichs, in dem die Düsenbaueinheit taumeln kann.
Vorzugsweise umfasst die Sprühkopf-Baueinheit ferner Mittel zum Einstellen der Geschwindigkeit von Fluid, das auf das Taumelbewegungs-Erzeugungselement gerichtet wird.
Vorteilhafterweise umfasst die Sprühkopf-Baueinheit ferner das Mittel zum Einstellen der Geschwindigkeit, welches ein Durchflusssteuerventil ist.
Vorteilhafterweise weist das Durchflusssteuerventil einen ersten Auslass, der eine selektive Verbindung vom Fluideinlass zum Taumelbewegungs-Erzeugungselement schafft, und einen zweiten Auslass, der eine selektive Verbindung vom Fluideinlass um das Taumelbewegungs-Erzeugungselement schafft, auf.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung mit: einem Körper mit einem Fluideinlass; einer Taumelbewegungsturbine, die stromabwärts vom Fluideinlass angeordnet ist, wobei die Taumelbewegungsturbine so konfiguriert ist, dass sie sich dreht, wenn auf diese ein Strom auftrifft, der vom Fluideinlass ausgesandt wird; und einem Fluidumlenkmittel wie z.B. einer sich bewegenden oder stationären Umhüllung oder einer Kammer, die stromabwärts von der Taumelbewegungsturbine angeordnet ist, um den Strom umzulenken. Obwohl die Taumelbewegungsturbine stromabwärts vom Fluideinlass in verschiedenen Weisen angeordnet sein kann, ist es bevorzugt, dass die Taumelbewegungsturbine in einer axial beabstandeten Beziehung zum Fluideinlass angeordnet ist. Die Vorrichtung kann ferner ein Taumelbewegungs-Begrenzungselement wie z.B. einen Statorring umfassen, das mit der Taumelbewegungsturbine in Eingriff steht.
Obwohl die Taumelbewegungs-Turbine stromabwärts vom Fluideinlass in verschiedenen Weisen angeordnet sein kann, ist die Taumelbewegungsturbine vorzugsweise mit dem Körper in einer Säulen- und Hülsenbeziehung gekoppelt. Die bevorzugte Taumelbewegungsturbine umfasst eine konvexe konische obere Oberfläche mit ein Winkelmoment erzeugenden Elementen, die darin/daran ausgebildet sind, wobei die das Winkelmoment erzeugenden Elemente aus Nuten, Flügeln, Schaufeln und Kombinationen davon ausgewählt sind.
Die Vorrichtung kann ferner eine Bahn umfassen, die benachbart zum Fluideinlass ausgebildet ist, wobei die Taumelbewegungsturbine eine erste Oberfläche aufweist, die sich in Rollkontakt mit der Bahn erstreckt. Eine bevorzugte Taumelbewegungsturbine zur Verwendung mit der Bahn weist eine Vielzahl von Schaufeln auf, die so konfiguriert sind, dass sie bewirken, dass sich die Taumelbewegungsturbine dreht, wenn auf diese ein Strom auftrifft, der vom Fluideinlass ausgesandt wird, und weist eine nach unten abgewinkelte Ablenkvorrichtung für das Fluidumlenkmittel auf. Gemäß der Erfindung kann das Fluidumlenkmittel entweder mit der Taumelbewegungsturbine oder mit dem Körperelement gekoppelt sein.
Die Erfindung umfasst eine bestimmte Fluidfördervorrichtung, wobei der Körper ein Gehäuse mit einem ersten Ende mit einem Fluideinlass und einem zweiten Ende mit einem Kragen bildet. Eine Düsenbaueinheit kann in Verbindung mit dem Gehäuse verwendet werden, wobei die Baueinheit ein erstes Ende, das eine Säulen- und Hülsenbeziehung mit der Taumelbewegungsturbine im Gehäuse bildet, ein zweites Ende mit einem Fluidauslass und eine Fluidleitung, die sich durch den Kragen erstreckt, um eine Fluidverbindung zwischen dem Gehäuse und dem Fluidauslass zu schaffen, umfasst. Die Düsenbaueinheit kann ferner ein Taumelbewegungs-Begrenzungselement wie z.B. eine Taumelbewegungsplatte umfassen. Eine bevorzugte Taumelbewegungsplatte weist eine konvexe kegelstumpfförmige Oberfläche auf, die mit dem Gehäuse benachbart zum Kragen in Eingriff steht, um die Bewegung der Düsenbaueinheit zu begrenzen. Der Fluidauslass aus dem Gehäuse umfasst eine Sprühdüse mit einer Vielzahl von Auslasskanälen, die in der Sprühdüse ausgebildet sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Damit die vorstehend angeführten Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung im einzelnen verstanden werden können, kann eine speziellere Beschreibung der Erfindung, die vorstehend kurz zusammengefasst ist, auf deren Ausführungsformen Bezug nehmen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es ist jedoch zu beachten, dass die beigefügten Zeichnungen nur typische Ausführungsformen dieser Erfindung darstellen und daher nicht als Begrenzung ihres Schutzbereichs betrachtet werden sollen, da die Erfindung andere gleichermaßen effektive Ausführungsformen zulassen kann.
1 ist eine Querschnittsseitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Sprühkopf-Baueinheit der vorliegenden Erfindung.
2 und 3 sind Querschnittsseitenansichten einer zweiten Ausführungsform einer Sprühkopf-Baueinheit der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Querschnittsdraufsicht auf den Sprühkopf entlang der Linie 4-4, die die Oberseite einer Taumelbewegungsturbine zeigt.
5 ist eine Draufsicht auf den Sprühkopf von unten, die die Auslässe aus dem Sprühgehäuse zeigt.
6 ist eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform einer Sprühkopf-Baueinheit der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Querschnittsseitenansicht einer vierten Ausführungsform einer Sprühkopf-Baueinheit der vorliegenden Erfindung.
8A-D und 9A-D sind graphische Darstellungen der Gleichmäßigkeit der Sprühmuster von vier Sprühköpfen, einschließlich eines Sprühkopfs der vorliegenden Erfindung, in zwei verschiedenen Abständen vom Sprühkopf.
10A-I sind schematische Diagramme der Taumelbewegung zwischen einer Taumelbewegungsplatte und einem Gehäuseboden der vorliegenden Erfindung.
11A-B sind schematische Seitenansichten eines Sprühkopfs und des Musters/der Winkel von Wasser, das vom Sprühkopf geliefert wird.
12A-B sind teilweise Draufsichten auf alternative Taumelbewegungsturbinen mit verschiedenen Nutwinkeln.
13 ist eine Querschnittsseitenansicht einer fünften Ausführungsform der Sprühkopf-Baueinheit der vorliegenden Erfindung mit einem Nachführungsring.
14 ist eine Draufsicht entlang Linien 14-14 der in 13 gezeigten Ausführungsform.
15 ist eine Querschnittsseitenansicht einer sechsten Ausführungsform der Sprühkopf-Baueinheit der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine Draufsicht entlang Linien 15-15 der in 15 gezeigten Ausführungsform.
17A-I sind schematische Diagramme, die die Taumelbewegung zwischen einer Taumelbewegungsturbinenhülse und einer Düsenbaueinheitssäule gemäß dem Sprühkopf von 2 darstellen.
18A-I sind schematische Diagramme, die die Taumelbewegung zwischen einer Taumelbewegungsturbinensäule und einer Düsenbaueinheitshülse gemäß dem Sprühkopf von 3 darstellen.
19 ist eine Querschnittsseitenansicht einer siebten Ausführungsform einer Sprühkopf-Baueinheit der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine Querschnittsseitenansicht einer achten Ausführungsform einer Sprühkopf-Baueinheit der vorliegenden Erfindung.
21 ist eine Querschnittsseitenansicht der Sprühkopf-Baueinheit mit einem Durchflusszwischenlagscheiben-Geschwindigkeitssteuersystem.
22 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit mit einem Umgehungsventil zum Umlenken von Fluid um die Turbine oder um das Geschwindigkeitsrohr.
23A-F sind Querschnittsseitenansichten des Umgehungsventils von 22, die seine Funktionsweise in verschiedenen Drehwinkeln zeigen.
24A-E, 25A-E und 26A-E sind teilweise Querschnittsansichten des Umgehungsventils in 23A-E entlang Linien 24-24, 25-25 bzw. 26-26.
27 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit mit einem Umgehungsventil zum Steuern von Fluid zu einem Satz von stationären Fluidauslasskanälen.
28 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit mit einem Umgehungsventil zum Umlenken von Fluid um das Geschwindigkeitsrohr und einer Nockenwelle zum Bewegen einer Hülse, die die Sprühbreite steuert.
29 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit wie in 26, außer dass die Hülse unter der Taumelbewegungsplatte angeordnet ist.
30 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit mit einem Sprühbreiten-Einstellring unter der Taumelbewegungsplatte.
31 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit mit einem Umgehungsventil zum Lenken von Wasser um das Geschwindigkeitsrohr, um ein sanftes Waschen zu erreichen.
32 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit mit einer externen Fluidzufuhr zu einer externen Düsenbaueinheit.
33 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit mit einem Hubring.
34 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit mit einer Aufpralleinstellkomponente, die stromabwärts vom Geschwindigkeitsrohr angeordnet ist.
35 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Sprühkopfs des Standes der Technik zur Verwendung in Spülmaschinen.
36 bis 38 sind schematische Ansichten der Oberseite einer Taumelbewegungsturbine der vorliegenden Erfindung.
39 ist eine Draufsicht auf eine typische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung von unten, die die Auslasskanäle zeigt.
40 und 41 sind Querschnittsseitenansichten einer Vorrichtung mit einem wahlweisen Merkmal, das einen konzentrierten Fluidstrom liefert.
42 ist eine Querschnittsseitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung.
43 ist eine Querschnittsseitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
44 ist eine Querschnittsseitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
45 ist eine Querschnittsseitenansicht einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
46 ist eine Querschnittsseitenansicht eines alternativen Auslasskanals zur Verwendung bei der in 42 und 43 gezeigten Vorrichtung.
47 ist eine Querschnittsseitenansicht einer vierten Ausführungsform einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
48 ist eine Querschnittsseitenansicht einer fünften Ausführungsform einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
49 ist eine Querschnittsseitenansicht einer sechsten Ausführungsform einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
50 ist eine Querschnittsansicht einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
51, 51A und 52 sind Querschnittsansichten von zwei alternativen Kopplungskonstruktionen, die verwendet werden, um die Dreh-Taumel-Bewegung einer Motorabtriebswelle oder Düsenbaueinheit auszunutzen, und diese Bewegung verwenden, um ein Zahnrad bzw. eine Welle mit einer echten Drehachse zu drehen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
I. Sprühkopf-Baueinheiten mit einer Kammer
Die vorliegende Erfindung schafft eine Sprühkopf-Baueinheit mit einer sich bewegenden Sprühdüse, die Fluid in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Sprühverteilung liefert. Die Bewegung der Sprühdüse ist eine Taumelbewegung, vorzugsweise kombiniert mit einer gewissen Drehbewegung. Die Taumelbewegung wird durch Anordnen eines Taumelbewegungs-Erzeugungselements oder einer Taumelbewegungsturbine im Weg der Fluidzufuhr innerhalb eines Gehäuses erzeugt. Das über die Taumelbewegungsturbine strömende Wasser bewirkt, dass die Taumelbewegungsturbine taumelt, wobei sich die Achse der Turbine um eine Referenzachse dreht oder um diese schwenkt, die durch das (die) Taumelbewegungs-Begrenzungselement(e) definiert ist. Die Taumelbewegungsturbine bewirkt dann, dass die Sprühdüse taumelt. Das von der taumelnden Sprühdüse erzeugte Sprühmuster ändert sich mehr oder weniger schnell, so dass Fluidtröpfchen oder -ströme vielmehr entlang bogenförmiger Wege über die Zeit als kontinuierlich auf einen einzigen Punkt gerichtet werden. Diese Art von Sprühverteilungsmuster ist sanfter als viele stationären Muster und die einzigartige Konstruktion der Taumelbewegungsturbine umfasst keine komplexen mechanischen Teile oder signifikante Strömungseinschränkungen.
Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung eine Sprühkopf-Baueinheit mit einem Gehäuse, einer Düsenbaueinheit, einem Taumelbewegungs-Erzeugungselement und einem Taumelbewegungs-Begrenzungselement. Das Gehäuse weist ein erstes Ende mit einem Fluideinlass und ein zweites Ende, das einen Kragen oder eine Öffnung darin bildet, auf. Die Düsenbaueinheit weist ein erstes Ende, das eine Säule bildet, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, einen mittleren Abschnitt, der sich durch die Öffnung erstreckt, ein zweites Ende mit einem Fluidauslass, eine Fluidleitung, die eine Fluidverbindung zwischen dem Gehäuse und dem Fluidauslass schafft, und das Taumelbewegungs-Begrenzungselement auf. Die Düsenbaueinheit ist stromabwärts vom Fluideinlass angeordnet. Das Taumelbewegungs-Erzeugungselement ist im Fluidkanal angeordnet, der dem Fluideinlass zugewandt ist, und weist eine Hülse auf, die sich davon erstreckt, um die Säule darin lose aufzunehmen. Die Düsenbaueinheit wird durch Fluid, das am Taumelbewegungs-Erzeugungselement vorbei, über dieses oder durch dieses strömt, in eine Taumelbewegung versetzt.
Die Säule umfasst mindestens einen Einlass, vorzugsweise eine Vielzahl von radialen Kanälen und einen Durchgang, der eine Fluidverbindung zwischen dem Säuleneinlass und dem Fluidauslass schafft. Der Einlass kann zur Mittellinie des Durchgangs tangential sein. Die Säule und die Hülse können konisch sein.
Vorzugsweise umfasst der Fluidauslass eine Sprühdüse und eine Vielzahl von Auslasskanälen, die in der Sprühdüse ausgebildet sind. Ein Dichtungselement kann zwischen dem Kragen und dem mittleren Abschnitt der Düsenbaueinheit angeordnet sein, um einen Austritt von Fluid aus dem Gehäuse über den Kragen zu verhindern.
In einer weiteren Ausführungsform schafft die vorliegende Erfindung eine Sprühkopf-Baueinheit mit einem Gehäuse, einer Düse mit einem Taumelbewegungs-Begrenzungselement und einem Taumelbewegungs-Erzeugungselement. Das Gehäuse weist ein erstes Ende mit einem Fluideinlass und ein zweites Ende, das eine Öffnung bildet, auf. Die Düsenbaueinheit weist ein erstes Ende, das eine Hülse bildet, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, einen mittleren Abschnitt, der sich durch die Öffnung erstreckt, ein zweites Ende mit einem Fluidauslass, eine Fluidleitung in Fluidverbindung zwischen dem Gehäuse und dem Fluidauslass auf. Das erste Ende der Düsenbaueinheit ist stromabwärts vom Fluideinlass angeordnet. Das Taumelbewegungs-Erzeugungselement ist im Gehäuse dem Fluideinlass zugewandt angeordnet und weist eine Säule auf, die sich davon in losem Eingriff mit der Hülse erstreckt, vorzugsweise sind die Säule und die Hülse konisch.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Sprühkopf-Baueinheit mit einem Gehäuse, einer Düse mit einem Taumelbewegungs-Begrenzungselement und einem Taumelbewegungs-Erzeugungselement geschaffen. Das Gehäuse weist ein erstes Ende mit einem Fluideinlassende, ein zweites Ende mit einer Öffnung und einen Durchflusskanal, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende erstreckt, auf. Die Düsenbaueinheit weist ein erstes Ende, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei das Taumelbewegungs-Erzeugungselement mit dem ersten Ende gekoppelt ist, einen mittleren Abschnitt, der sich durch die Öffnung erstreckt, wobei das Taumelbewegungs-Begrenzungselement wobei eine Taumelbewegungsplatte mit dem mittleren Abschnitt benachbart zur Öffnung gekoppelt ist, ein zweites Ende mit einer Auslassdüse und einen Wasserkanal, der eine Fluidverbindung zwischen dem Durchflusskanal und der Auslassdüse schafft, auf.
Vorzugsweise ist das Taumelbewegungs-Erzeugungselement ein Taumelbewegungsturbinenkopf und der Taumelbewegungsturbinenkopf bildet eine konische Oberfläche mit teilweise tangentialen Nuten, die dem Fluideinlassende des Gehäuses zugewandt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Taumelbewegungs-Erzeugungselement ein Taumelbewegungsturbinenkopf mit einer Vielzahl von sich radial erstreckenden Flügeln sein, die stromabwärts vom Fluideinlass des Gehäuses angeordnet sind. Das Taumelbewegungs-Begrenzungselement kann ein Ring sein, der an den Flügeln befestigt ist.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft eine Sprühkopf-Baueinheit mit einem Taumelbewegungs-Erzeugungselement oder einer Taumelbewegungsturbine, das bzw. die bewirkt, dass eine Sprühdüse ungeachtet der Menge, Konstruktion oder Konfiguration der Sprühdüsen-Auslasskanäle taumelt. Insbesondere beruht das Taumelbewegungs-Erzeugungselement nicht auf tangentialen Auslasskanälen in der Sprühdüse. Dies ermöglicht, dass die Auslässe der Sprühdüse in einer Weise gestaltet sind, die eine gewünschte Sprühbreite und ein gewünschtes Sprühmuster erzeugt, wie z.B. für eine Heimdusche.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft eine Sprühdüse, die eine beliebige Anzahl und Konfiguration von Auslasskanälen umfassen kann, jedoch vorzugsweise eine verringerte Anzahl von Auslasskanälen mit größeren inneren Abmessungen aufweist, um eine Verstopfung aufgrund von Mineralablagerungen oder einer Ansammlung von Teilchen zu verhindern. Da die Sprühdüse taumelt, ist die Verteilung oder Abdeckung von Fluid über einer Oberfläche äußerst gleichmäßig Daher sind weniger Auslasskanäle erforderlich, um eine vollständige Abdeckung über einer Oberfläche zu schaffen, und im Fall einer Dusche ein sanftes Gefühl zu erreichen. Da weniger Kanäle erforderlich sind, kann jeder Kanal verbreitert sein, so dass die Kanäle weniger wahrscheinlich mit Kalk, anderen Mineralien oder Teilchen verengt oder verstopft werden. Am meisten bevorzugt sind die Kanäle breit genug, um gewöhnlichen Sand, der in die Fluidzuführung eingeführt wird, durchzulassen.
Ferner schafft die Erfindung ein Geschwindigkeitssystem, wobei ein Hauptteil des Druckabfalls und vorzugsweise im Wesentlichen alles des Druckabfalls durch den Sprühkopf an einer großen Öffnung geschieht, die einen Wasserstrahl erzeugt, der offene Kanäle hinab geführt und verteilt wird. Dieses Geschwindigkeitssystem ist zum Verringern der Mineralansammlung und des Gewichts des Sprühkopfs oder der Sprühdüse vorteilhaft. Es besteht weniger Mineralansammlung unter Verwendung eines Geschwindigkeitssystems, da die Auslasskanäle nicht mehr von Öffnungen mit kleinen Querschnittsflächen abhängen, um die Wasserströmung in einzelne Ströme aufzuteilen, und daher die Auslasskanäle verbreitert oder umkonstruiert werden können. Der Sprühkopf und die Sprühdüse wiegen mit einem Geschwindigkeitssystem weniger, da die Sprühdüse stromabwärts von der Durchflussdrosselöffnung liegt und daher während des Betriebs nicht voll Flüssigkeit ist. Vielmehr umfasst die Sprühdüse ein Gehäuse und eine Ablenkvorrichtung innerhalb des Gehäuses, um das die Öffnung verlassende Wasser zu lenken. Das verringerte Gewicht ist in einer taumelnden Sprühdüse besonders vorteilhaft, da die verringerte Masse eine proportionale Verringerung des Winkelmoments der Sprühdüse bewirkt, das eine Schwingung des Sprühkopfgehäuses verursacht. Obwohl das Geschwindigkeitssystem, wie gerade beschrieben und wie durch die nachstehenden Fig. unterstützt, vorzugsweise in Kombination mit den hierin beschriebenen Taumelbewegungs-Erzeugungselementen verwendet wird, kann das Geschwindigkeitssystem auch in Verbindung mit anderen Taumelbewegungsmechanismen verwendet werden, einschließlich jenes des US-Patents Nummer 5 551 635, welches Patent durch den Hinweis hierin aufgenommen wird, und jenes von US-Patent Nummer 4 073 438, welches Patent auch durch den Hinweis hierin aufgenommen wird.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft ein Taumelbewegungs-Begrenzungselement. Die Sprühbreite einer Sprühdüse der vorliegenden Erfindung ist sowohl durch die Konstruktion der Auslasskanäle in der Sprühdüse als auch den Ablenkwinkel, der der Sprühdüse verliehen ist, bestimmt. Wenn die Sprühdüse beispielsweise während der Verwendung in einer stationären Betriebsart eine Sprühbreite von 6° bereitstellen würde und die Taumelbewegung eine Winkelablenkung von 5° von der Mitte weg erzeugen würde, dann wäre die effektive Sprühbreite während der Verwendung in einer Taumelbewegungsbetriebsart gemäß der vorliegenden Erfindung etwa 16° (5° zusätzliche Breite in allen Richtungen). Daher spielt das Taumelbewegungs-Begrenzungselement eine wichtige Rolle beim Bestimmen der effektiven Sprühbreite der Sprühdüse sowie des Ausmaßes des bogenförmigen Weges, den jeder Fluidstrom während einer einzigen Taumelbewegung durchläuft.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Taumelbewegungs-Erzeugungselement, das in direktem Eingriff oder Kontakt mit der Sprühkopf-Baueinheit angeordnet ist. Obwohl das Taumelbewegungs-Erzeugungselement mit einer Sprühdüsen-Baueinheit gekoppelt, an dieser gehalten oder anderweitig an dieser befestigt sein kann, ist es im Allgemeinen bevorzugt, das Taumelbewegungs-Erzeugungselement nicht in die Sprühdüsen-Baueinheit zu integrieren oder an dieser zu befestigen. Insbesondere weist die Sprühdüsen-Baueinheit ein Ende auf, das zur Sprühdüse distal ist. Es ist bevorzugt, dass dieses distale Ende der Sprühdüsen-Baueinheit und das Taumelbewegungs-Erzeugungselement einander in einer losen Stecker-Buchsen-Beziehung aufnehmen, insbesondere wenn das distale Ende und das Element leicht in die geeignete Beziehung ohne Einschränkung gleiten oder schwenken können. Eine besonders bevorzugte Anordnung ist eine zylindrische Säule (Stecker), die in einer zylindrischen Hülse (Buchse) aufgenommen wird, wobei der Außendurchmesser der Säule geringer ist als der Innendurchmesser der Hülse. Alternativ kann die Säule eine kegelstumpfförmige Oberfläche (Stecker) bilden, die innerhalb einer kegelstumpfförmigen Hülse (Buchse) aufgenommen wird, wobei der Kegelstumpfwinkel der Säule geringer ist als der Kegelstumpfwinkel der Hülse. Es sollte erkannt werden, dass die Säule ein Teil der Sprühdüsen-Baueinheit sein kann und die Hülse ein Teil des Taumelbewegungs-Erzeugungselements sein kann oder umgekehrt. Es wird bevorzugt, die Säule und die Hülse mit ausreichend Toleranz dazwischen auszulegen, so dass das Taumelbewegungs-Erzeugungselement in Bezug auf die Sprühdüsen-Baueinheit ohne Bindung taumeln kann. Ferner ist es am meisten bevorzugt, ein Taumelbewegungs-Erzeugungselement mit einer konischen oder kegelstumpfförmigen Säule mit einem ersten Durchmesser, die in einer konischen oder kegelstumpfförmigen Hülse der Sprühdüsen-Baueinheit aufgenommen wird, zu verwenden.
Ein Vorteil der losen Beziehung, wie z.B. einer Säulen- und Hülsebeziehung, des Taumelbewegungs-Erzeugungselements oder der Taumelbewegungsturbine zum Körper besteht darin, dass eine sehr geringe Reibung oder andere Kräfte zu überwinden ist, bevor die Taumelbewegungsturbine zu taumeln beginnt. In dieser Weise ist die Einleitung und Aufrechterhaltung einer Taumelbewegung der vorliegenden Erfindung von der Fluiddurchflussrate im Wesentlichen unabhängig und arbeitet in Duschköpfen und Hähnen selbst mit Durchflussraten, die viel niedriger sind als das Maximum von 2,5 Gallonen pro Minute, das durch die Gesetze vieler Staaten auferlegt wird, sehr effektiv.
Ein zweiter Vorteil der Säulen- und Hülsenbeziehung besteht darin, dass die Taumelbewegungsturbine leicht von der axialen Mittellinie des Fluideinlasses weg seitwärts gekippt, verschoben oder geneigt wird. Selbst wenn kein Fluid durch die Sprühkopf-Baueinheit geleitet wird, kann die Taumelbewegungsturbine tatsächlich in einem geneigten Winkel relativ zur axialen Mittellinie des Fluideinlasses bleiben. Um die wirksamste Taumelbewegung vorzusehen, ist es bevorzugt, dass die Taumelbewegungsturbine ausreichend von der axialen Mittellinie des Fluideinlasses weggeschoben wird, so dass ein Hauptteil des durch den Fluideinlass gelieferten Fluids auf nur eine Seite der Taumelbewegungsturbinenfläche zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt gerichtet wird. Die lose passende Säulen und Hülsenbeziehung ermöglicht, dass die Fluidauslassvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine ausreichende Verschiebung der Taumelbewegungsturbine innerhalb eines viel kürzeren Längsabstandes (des Abstandes, gemessen entlang der axialen Mittellinie vom Fluideinlass zum Fluidauslass) mit weniger Teilen erreicht.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft eine oder mehrere Zwischenhülsen, die an der vorstehend beschriebenen Säule und Hülse angeordnet werden sollen. Für eine Sprühdüsen-Baueinheit mit einer Säule, einer Hülse und einer oder mehreren Zwischenhülsen ist es bevorzugt, dass die Beziehung zwischen jedem Element (Säule, Hülse und Zwischenhülse) eine Taumelbewegung dazwischen vorsieht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft einen ausreichend offenen Durchflusskanal in der ganzen Sprühkopf-Baueinheit, so dass die Fluiddurchflussraten-Begrenzungseinschränkung ein Durchflusssteuerungs-Zwischenlagscheibe, die in der Sprühkopf-Baueinheit nahe dem Fluideinlass angeordnet ist, und die Größe der Öffnung direkt stromaufwärts von den Auslasskanälen der Sprühdüse sein kann. In dieser Weise wird ein angemessener Druck innerhalb des Gehäuses aufrechterhalten, um die Taumelbewegungsturbine anzutreiben, während eine angemessene Wassergeschwindigkeit am Fluidauslass erzeugt wird, um eine zufriedenstellende Dusche bereitzustellen.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft eine Sprühkopf-Baueinheit mit Stiften, die in den Auslasskanälen der Sprühdüse angebracht sind. Die Taumelbewegung und die Kräfte der Sprühdüse bewirken, dass sich die Stifte in Kontakt mit der Innenfläche der Kanäle drehen oder schwingen, wobei somit jegliche Möglichkeit für eine Mineralansammlung beseitigt wird. Die Stifte weisen vorzugsweise einen Kopf, der in der Sprühdüse festgehalten wird, und einen Schaft, der am Stiftkopf befestigt ist und sich durch die Auslasskanäle erstreckt, auf. Es ist wichtig, dass der Stiftkopf und der Schaft die Strömung von Fluid durch den Auslasskanal nicht blockieren.
Es sollte erkannt werden, dass die Sprühköpfe der vorliegenden Erfindung und deren einzelne Komponenten aus beliebigen bekannten Materialien bestehen können, die gegen chemischen und thermischen Angriff durch das durch diese strömende Fluid beständig sind. Wenn das Fluid Wasser ist, umfassen die bevorzugten Materialien Kunststoffe wie z.B. Polytetrafluorethylen und Metalle oder Metalllegierungen wie z.B. Edelstahl. Andere und weitere Materialien, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sollten für einen Fachmann ersichtlich sein und werden als innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung betrachtet.
1 ist eine Querschnittsansicht einer Sprühkopf-Baueinheit 40. Die Sprühkopf-Baueinheit 40 weist ein Gehäuse 42 zum Halten einer Taumelbewegungsturbine 44 und einer Taumelbewegungsplatte 46 auf. Das Gehäuse 42 bildet eine im Wesentlichen wasserdichte Kammer 43 mit einem Einlass 45, der stromaufwärts von der Taumelbewegungsturbine 44 angeordnet ist. Der Boden 50 des Gehäuses 42 bildet einen Kragen, ein Loch oder eine Öffnung 52 dadurch zum verschiebbaren Aufnehmen eines Schafts 54, der an der Taumelbewegungsplatte 46 innerhalb des Gehäuses 42 und der Sprühdüse 48 außerhalb des Gehäuses 42 befestigt ist. Der Schaft 54 ist innerhalb der Bohrung 52 durch eine Kantendichtung 56 abgedichtet, um einen Austritt von Wasser aus dem Gehäuse zu verhindern, während ermöglicht wird, dass sich der Schaft 54 innerhalb der Öffnung 52 neigt und dreht. Ein O-Ring kann auch verwendet werden, um den Schaft 54 in der Öffnung abzudichten.
Die Taumelbewegungsturbine 44 weist eine konische obere Oberfläche 58, die eine Vielzahl von nicht-radialen Kanälen 60 (siehe auch 4) bildet, und eine im Allgemeinen zylindrische Hülse 62 auf. Die obere Oberfläche 58 der Taumelbewegungsturbine 44 erstreckt sich vorzugsweise über die Hülse 62 hinaus, um einen ringförmigen Überhang 64 zu bilden, der dem unteren Ende 62 zugewandt ist. Die Hülse 62 der Taumelbewegungsturbine weist eine innere Oberfläche 68 auf, die einen Innendurchmesser definiert, der größer ist als der Außendurchmesser des Schafts 54. Wenn sie zusammengefügt werden, gleitet die Hülse 62 über den Schaft oder die Säule 54 und die Taumelbewegungsturbine 44 sitzt auf dem Schaft 54.
Die Taumelbewegungsplatte 46 weist eine untere Oberfläche 72 auf, die sich nach oben, vom Boden 50 des Gehäuses 42 weg, verjüngt. Der zwischen der Taumelbewegungsplatte 46 und dem Boden 50 gebildete Winkel bestimmt den maximalen Grad an Taumelbewegung, die von der Sprühdüse 48 erfahren wird, indem die Neigung der Sprühdüsen-Baueinheit begrenzt wird. Vorzugsweise bildet die untere Oberfläche 72 der Taumelbewegungsplatte einen Winkel zwischen etwa 1 und etwa 20 Grad mit dem Boden 50 des Gehäuses 42, bevorzugter zwischen etwa 2 und etwa 10 Grad und am meisten bevorzugt von etwa 4 Grad, wenn die Mittellinie der Düsenbaueinheit auf die Mittellinie des Gehäuses ausgerichtet ist. Die Neigung der Sprühdüse wird ähnlich begrenzt, wobei der vorangehende Winkel zwischen der Platte und dem Gehäuse zu einer Steigerung der effektiven Sprühbreite des Sprühkopfs um einen Faktor von zweimal dem Winkel, d.h. derselben Winkelsteigerung in allen Richtungen, führt.
Der Schaft oder die Säule 54 sieht einen Durchgang 74 in Fluidverbindung mit dem (den) Schafteinlass (Schafteinlässen) 76 und der Sprühdüse 48 vor. Der Einlass 76 ist vorzugsweise eine Vielzahl von Kanälen, die sich durch die Wand der Säule erstrecken, wobei sie vorzugsweise von der Oberseite des Gehäuses 12 in Richtung des Bodens des Gehäuses nach unten abgewinkelt sind. Der Durchgang 74 umfasst ein Geschwindigkeitsrohr 75, das die Durchflussrate von Fluid durch den Sprühkopf gemäß Wassereinsparungsstandards, wie z.B. 2,5 Gallonen pro Minute (GPM), begrenzt. Der Durchgang 74 mündet dann in Fluidverbindung mit den Auslasskanälen 78 der Sprühdüse 48.
Daher folgt das Fluid einem Weg, indem es in die Kammer 43 durch den Einlass 45 eintritt, über die Taumelbewegungsturbine 44 strömt, durch den Einlass 76 in den Durchgang 74 im Schaft 54 eintritt und die Sprühdüse 48 durch eine Vielzahl von Sprühkanälen 78 in Fluidverbindung mit dem Durchgang 74 im Schaft 54 verlässt. Im Betrieb steht eine Fluidquelle unter Druck mit dem Einlass im Gehäuse in Verbindung. Die Turbine taumelt aufgrund des Fluids, das auf die obere Oberfläche der Taumelbewegungsturbine auftrifft. Taumeln bedeutet im Wesentlichen, dass sich die Taumelbewegungsturbine zu einer Seite neigt und um die Mittelachse des Schafts umläuft, so dass die innere Oberfläche nahe dem unteren Ende der Taumelbewegungsturbine mit der äußeren Oberfläche des Schafts in Rollkontakt steht. Die Taumelwirkung der Taumelbewegungsturbine übt Kräfte auf den Schaft aus, die über den Schaft auf die Taumelbewegungsplatte übertragen werden, so dass die untere Oberfläche der Taumelbewegungsplatte mit dem Boden des Gehäuses in Rollkontakt steht. Die Sprühdüse taumelt auch in Reaktion auf die Taumelbewegung des Schafts. Sobald die Kammer im Wesentlichen mit Wasser gefüllt ist, tritt das Wasser darin in den Einlass im Schaft ein und strömt durch einen Durchgang im Schaft zur Sprühdüse.
4 ist eine Querschnittsansicht des Sprühkopfs 40 entlang der Linien 4-4 von 1. Die obere Oberfläche 58 der Taumelbewegungsturbine 44 ist mit Nuten 60 dargestellt, die in einer nicht-radialen Konfiguration ausgebildet sind. Es sollte beachtet werden, dass die Fluidströmung, die auf die Taumelbewegungsturbine 44 auftrifft, die Taumelbewegungsturbine 44 seitwärts in eine Neigungsposition schiebt, so dass der Mittelpunkt der Taumelbewegungsturbine 44 im Wesentlichen außerhalb des Fluidstroms vom Einlass 45 liegt und nur eine Seite der Taumelbewegungsturbine 44 auf den Fluidstrom zu irgendeinem Zeitpunkt ausgerichtet ist. Jeder der Kanäle oder jede der Nuten 50, die im oberen Ende 58 der Taumelbewegungsturbine 44 ausgebildet sind, sind nicht radial und wirken als Flügel, die bewirken, dass die Taumelbewegungsturbine um den Fluideinlass umläuft, wenn Fluid durch die Nuten strömt. Die nicht-radialen Nuten 60, die konische Oberfläche 58 und die lose Beziehung zwischen der Hülse 62 und der Säule 54 stellen sicher, dass, wenn Fluid gegen die Oberseite der Taumelbewegungsturbine 44 unter Druck strömt, die Taumelbewegungsturbine 44 sich von der Mitte weg neigt und zu taumeln beginnt. Insbesondere bewirkt das Fluid, das auf die konische Oberfläche 58 der Turbine 44 auftrifft, eine Neigungskraft 31 und das durch die Nuten 60 strömende Fluid bewirkt Drehkräfte 33. Daher bewirk der durch den Einlass 45 strömende Fluidstrom, dass die Taumelbewegungsturbine 44 in der Richtung im Uhrzeigersinn taumelt, wie durch den Pfeil 61 gezeigt. Sobald die Taumelbewegung beginnt, hält die fortgesetzte Strömung von Wasser die Taumelbewegungsturbine 44 in einer Taumelbewegungsbetriebsart. Ferner bewirkt die Fluidströmung auch eine Niederhaltekraft, die die Turbine nach unten schiebt, was die Turbine gewöhnlich davon abhält, dass sie aus ihrer zusammenwirkenden Beziehung mit der Düsenbaueinheit verschoben wird. Daher ist es bevorzugt, dass der Winkel der konischen Oberfläche 58 ausreichend groß ist, um zumindest eine geringfügige Neigungskraft zu erzeugen, selbst wenn die Turbine bereits vollständig geneigt ist, und dennoch nicht so groß ist, dass verursacht wird, dass die Turbine aufwärts und außer Kontakt mit der Düsenbaueinheit gezogen wird.
Für eine beliebige gegebene Taumelbewegungsturbine kann die Taumelbewegungsrate oder -geschwindigkeit erhöht (oder verringert) werden, indem die Durchflussrate des Fluids durch den Sprühkopf erhöht (oder verringert) wird. Es ist jedoch möglich, die Taumelbewegungsturbine so zu konstruieren, dass sie eine schnellere oder langsamere Taumelbewegungsrate für eine gegebene Fluiddurchflussrate aufweist, indem der Winkel oder der Abstand der Nuten in der Taumelbewegungsturbine geändert wird. Mit Bezug auf 12 kann eine Taumelbewegungsturbine so konstruiert werden, dass sie eine im Allgemeinen langsamere Taumelbewegungsrate aufweist, indem der Abstand der Nuten verringert wird, d.h. die Nuten 162 mit einem kleinen Winkel β gegenüber radial konstruiert werden. Ebenso kann die Taumelbewegungsturbine so konstruiert werden, dass sie eine schnellere Taumelbewegungsrate aufweist, indem der Abstand der Nuten vergrößert wird, d.h. die Nuten 164 mit einem größeren Winkel δ gegenüber radial konstruiert werden. Mit Rückbezug auf 4 können die Nuten sogar mit einem sich ändernden Winkel konstruiert werden, um ein Muster vom "Sprossenrad"-Typ zu bilden. Ferner können die Anzahl und Größe der Nuten auch modifiziert werden, um eine Taumelbewegungsrate spezifisch auszulegen.
Die 17A-I sind schematische Diagramme, die die Taumelbewegung zwischen einer Taumelbewegungsturbinenhülse 62 und einer Düsenbaueinheitssäule 54 gemäß dem Sprühkopf 40 von 1 darstellen. Ausgehend davon, dass die Tur binenhülse 62 und die Säule 54 zur rechten Seite des Gehäuses 42 geneigt sind, laufen die Turbinenhülse 62 und die Säule 54 im Uhrzeigersinn um den Gehäusemittelpunkt 69 um, was hier in Schritten von 45 Grad zwischen den Fig. dargestellt ist. Da die Säule 54 und die Turbinenhülse 62 immer in derselben Richtung geneigt sind, sind ihre jeweiligen Mittelpunkte 71, 73 im Wesentlichen radial auf den Gehäusemittelpunkt 69 ausgerichtet. Wenn die Turbinenhülse 62 in der Richtung im Uhrzeigersinn umläuft (sie durch die Bewegung des Turbinenmittelpunkts 71 um den Gehäusemittelpunkt 69 gezeigt), zwingt die Hülse 62 die Säule 54 dazu, sich zu neigen und in derselben Richtung im Uhrzeigersinn umzulaufen (wie durch die Bewegung des Säulenmittelpunkts um den Gehäusemittelpunkt 69 gezeigt).
Mit kurzem Rückbezug auf 1 berühren die Turbine 44 und die Turbinenhülse 62 die Säule 54 an drei Punkten: (1) der unteren inneren Kante der Hülse 62 in der Richtung der Neigung (d.h. in 1 nach rechts), (2) einem inneren Punkt nahe dem oberen Ende der Hülse 62 in der Richtung von der Neigung weg (d.h. in 2 nach links), und (3) der Unterseite der Turbine. Da drei Kontaktpunkte vorhanden sind, ist es erforderlich, dass einer oder mehrere der Punkte gleiten, damit die Turbine taumelt. Obwohl alle Kontaktpunkte durch das Fluid wie z.B. Wasser benetzt werden, kann die verlängerte Verwendung der Turbine einen gewissen begrenzten Verschleiß an der Säule oder der inneren Oberfläche der Hülse verursachen.
10A-I sind schematische Diagramme, die die Taumelbewegung zwischen einer Taumelbewegungsplatte und einem Gehäuseboden der vorliegenden Erfindung darstellen. Aufgrund des zwischen der Taumelbewegungsplatte und dem Boden gebildeten Winkels definiert ein Kreis des Rollkontakts zwischen der Taumelbewegungsplatte und dem Boden einen ersten Kreis an der Taumelbewegungsplatte 46 mit einem Durchmesser 47 (und einem Umfang), der anders ist als der Durchmesser 51 eines zweiten Kreises am Boden 50 des Gehäuses 42. Um den Kontakt mit dem Boden aufrechtzuerhalten, muss die Taumelbewegungsplatte den Unterschied in den Umfängen durch Drehen ausgleichen. Wenn der Durchmesser des Kreises 47 geringer ist als der Durchmesser des Kreises 51, wie gezeigt, dann dreht sich die Taumelplatte 46 (bei Abwesenheit von Rutschen zwischen der Taumelbewegungsplatte und dem Boden) (wie durch den Pfeil 140 angegeben) in einer Richtung entgegengesetzt zum Taumeln (wie durch den Pfeil 142 angegeben). Jede nachfolgende Ansicht in den 10A-I stellt ein Taumeln von 45 Grad im Uhrzeigersinn dar.
Das Taumeln beginnt in 10A, wobei die Säule (nicht dargestellt) auf der Seite nach unten geneigt wird, so dass der erste Kreis 47 der Taumelbewegungsplatte in Kontakt mit dem Kreis 51 des Bodens 50 hinübergeschoben wird. Für Erläuterungszwecke sind zwei dreieckige Markierungen 144, 146 an der Taumelbewegungsplatte 46 bzw. am Boden 50 benachbart zum Anfangskontaktpunkt zwischen den Kreisen 47, 51 angeordnet. Da sich die Taumelbewegung und folglich der Kontaktpunkt im Uhrzeigersinn bewegt, erfährt die Taumelbewegungsplatte eine geringfügige Drehung gegen den Uhrzeigersinn. Für den gegebenen Durchmesser 47, 51, der in 10A-I gezeigt ist, scheint es, dass während einer vollen Taumelbewegung sich die Taumelbewegungsplatte 46 etwa ein Viertel einer Drehung in der entgegengesetzten Richtung dreht, um ein Taumelbewegung:Drehungs-Verhältnis von etwa 4 vorzusehen. Die Drehung ist in diesem Fall in der entgegengesetzten Richtung. der Taumelbewegung, da der Durchmesser und der Umfang des Kreises 47 geringer sind als der Durchmesser und der Umfang des Kreises 51 (d.h. D₃ > D₄). Es sollte auch erkannt werden, dass der Boden selbst kegelstumpfförmig sein könnte. Es sollte erkannt werden, dass das Taumelbewegung:Drehungs-Verhältnis durch Vorsehen eines größeren Unterschiedes in den Durchmessern von oder den Winkeln zwischen der Taumelbewegungsplatte und dem Boden vergrößert werden kann. Die Prinzipien, die das gerade mit Bezug auf die Taumelbewegungsplatte und den Boden beschriebene Taumelbewegung:Drehungs-Verhältnis steuern, gelten auch für das Taumelbewegungs-Erzeugungselement oder die Taumelbewegungsturbine und die Säule.
Mit Rückbezug auf 1 ist die Säule 54 von zwei Zwischenhülsen 80, 82 umgeben (die Verwendung von Zwischenhülsen ist wahlfrei), die einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als jener des Schafts 54 und geringer als jener der Hülse 62 der Taumelbewegungsturbine 44. Die Hülsen 80, 82 taumeln (d.h. neigen sich und drehen sich um den Schaft), wenn sie von der inneren Oberfläche 66 der Taumelbewegungsturbine 44 berührt werden. Das Hinzufügen der Hülsen ermöglicht, dass sich die Taumelbewegungsturbine in den gewünschten Winkel neigt, während ein kleiner Kontaktwinkel zwischen den Oberflächen aufrechterhalten wird.
Die Säule oder der Schaft 54 umfasst auch einen Nippkanal 84, der in einen ringförmigen Becher 86 in der Sprühdüse 48 in der Nähe der Öffnung 52 mündet. Der Nippkanal 84 fängt jegliches Wasser auf, das um die Öffnung 52 und im Fall, in dem keine Dichtung verwendet wird, auslaufen kann. Das durch das Wasser, das die Auslasskanäle 78 verlässt, erzeugte Vakuum zieht das Wasser aus dem Becher 86 durch den Nippkanal 84 und in den Durchgang 74. Die Kanäle 84 liefern auch Luft zu dem Raum unterhalb des Geschwindigkeitsrohrs 75, was folglich ermöglicht, dass der Wasserstrom, der das Geschwindigkeitsrohr 75 verlässt, seine Geschwindigkeit beibehält, während er die Kanäle 78 hinab abgelenkt und geführt wird.
2 ist eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform einer Sprühkopf-Baueinheit. Der Sprühkopf 90A ist im Wesentlichen derselbe wie der Sprühkopf 40 von 1, abgesehen von der Beziehung zwischen dem Taumelbewegungs-Erzeugungselement oder der Taumelbewegungsturbine 92 und dem distalen Ende 94 der Sprühdüsen-Baueinheit. Gemäß einer vorherigen Erörterung umfasst die Taumelbewegungsturbine 92 vielmehr eine Säule 96 als eine Hülse und das distale Ende 94 umfasst vielmehr eine Hülse 98 als eine Säule. Ferner stellen die Säule 96 und die Hülse 98 die Verwendung von kegelstumpfförmigen Oberflächen 100 bzw. 102 dar, die am meisten bevorzugt einen gemeinsamen Drehpunkt 104 irgendwo entlang der Mittellinie aufweisen. Wie bei der vorherigen Taumelbewegungsturbine 44 trifft eine Fluidströmung vom Einlass 45 auf die Oberfläche 58 auf und neigt die Taumelbewegungsturbine 92 zu einer Seite, bis die Oberflächen 100, 102 einen Kontakt herstellen. Die Fluidströmung durch die Nuten 60 auf einer Seite der Turbine verleihen der Taumelbewegungsturbine 92 tangentiale Kräfte (wie in Bezug auf 4 beschrieben), die bewirken, dass die Taumelbewegungsturbine innerhalb der Hülse 94 taumelt. Die Rollkomponente der Taumelbewegung kann in dieser Konfiguration des Sprühkopfs 90 leichter visualisiert werden als in der Konfiguration des Sprühkopfs 40, wahrscheinlich da der Kontakt zwischen der Turbinensäule 96 und der Hülse 98 vielmehr im Wesentlichen eine Linie als die drei Kontaktpunkte ist, die von der Turbine 44 von 1 gezeigt sind.
18A-I sind schematische Darstellungen der Taumelbewegung zwischen der Taumelbewegungsturbinensäule 96 und der Düsenbaueinheitshülse 98 gemäß dem Sprühkopf 90A von 3. Da der Durchmesser des Kreises 59, der auf der Oberfläche der Turbine 96 gebildet ist, geringer ist als der Durchmesser des Krei ses 61, der auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Hülse 98 gebildet ist, während die Turbine 96 im Uhrzeigersinn taumelt, dreht sich die Turbine 96, die durch den Kreis 61 veranschaulicht ist, in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn. Der Sprühkopf 90A ist gegenüber dem Sprühkopf 40 bevorzugt, da der Verschleiß, der mit dem Drei-Punkt-Kontakt verbunden ist, beseitigt ist. Es wird angenommen, dass der verringerte Verschleiß ein kombiniertes Ergebnis der Beseitigung des Drei-Punkt-Kontakts und des Ermöglichens, dass die Düsenbaueinheitsdrehung (gegen den Uhrzeigersinn für eine Taumelbewegung im Uhrzeigersinn, wie in 10A-10I gezeigt) der Turbinendrehung (gegen den Uhrzeigersinn für eine Taumelbewegung im Uhrzeigersinn) entspricht, ist. Da sich die Säule 96 und die Hülse 98 in derselben Richtung drehen, wird das Ausmaß an Reibung zwischen diesen signifikant verringert oder möglicherweise beseitigt. Obwohl der Sprühkopf 90 mit der Säule 96 und der Hülse 98 mit den bevorzugteren kegelstumpfförmigen Oberflächen gezeigt ist, ist es auch geeignet, die Säule 96 und die Hülse 98 mit einfachen zylindrischen Oberflächen herzustellen.
3B ist eine Querschnittsansicht des Sprühkopfs von 3A mit zwei modifizierten Merkmalen. Erstens beinhaltet der Sprühkopf 90B eine Düsenbaueinheit mit einem dünnwandigen Rohr 110B, das die Taumelbewegungsplatte 46 mit der Sprühdüse 48 koppelt. Das dünnwandige Rohr besteht vorzugsweise aus einem sehr starren Material, vorzugsweise einem Metall wie z.B. Edelstahl, um den Außendurchmesser des Rohrs 110B zu verringern (im Vergleich zum Rohr 110A in 90A). Das Rohr kann beispielsweise ein Edelstahlrohr mit einem Innendurchmesser von etwa 0,15 Inch und einem Außendurchmesser von etwa 0,18 Inch umfassen. Das Verringern des Außendurchmessers des Rohrs 110B verringert das Ausmaß an Kraft, das erforderlich ist, um die Düsenbaueinheit zu kippen oder zu neigen.
Zweitens ist der Sprühkopf 90B mit einem oder mehreren Umgehungskanälen oder -schlitzen 112 gezeigt, um einen Teil der Fluidströmung um die Turbine 60 umzulenken. Die Umgehungskanäle 112 können erwünscht sein, um die durch das Wasser auf die Turbine ausgeübten Kräfte zu verringern und folglich die zwischen der Turbine und der Düsenbaueinheit und zwischen der Düsenbaueinheit und dem Boden und dergleichen ausgeübten Kräfte auf das Ausmaß an Kräften zu verringern, das erforderlich ist, um die Taumelbewegung zuverlässig aufrechtzuerhalten. Es wird angenommen, dass unnötig hohe Kräfte einen erhöhten Verschleiß zwischen den sich bewegenden Elementen des Sprühkopfs und die Erzeugung eines Geräuschs verursachen könnten.
5 ist eine Draufsicht auf den Sprühkopf von unten, die die Auslässe der Sprühdüse zeigt. Obwohl die Auslasskanäle in einer beliebigen auf dem Fachgebiet bekannten Weise vorgesehen sein können, sind ein bevorzugter Satz von Auslasskanälen 78 durch eine Vielzahl von Rippen 79 definiert, die mit einer Ablenkeinrichtung 77 verbunden sind. Der Hauptzweck der Ablenkeinrichtung 77 besteht darin, einen gekrümmten Weg bereitzustellen, damit das Wasser durch die Sprühdüse strömt. Es ist bevorzugt, einen geringeren Abschnitt der Auslasskanäle 78 in einem geringeren Winkel zur Achse der Sprühdüse 48 zu lenken, um ein gleichmäßigeres Sprühmuster oder eine gleichmäßigere Abdeckung über einem Objekt in einem kurzen Abstand vom Sprühkopf, wie z.B. eine Person, die eine Dusche nimmt, vorzusehen. Auslasskanäle 78a mit geringerem Winkel sind vorzugsweise in beabstandeten Intervallen um den Umfang der Sprühdüse oder an Stellen radial einwärts in Richtung der Mittelachse der Sprühdüse (nicht dargestellt) ausgebildet.
6 ist eine Querschnittsansicht einer Sprühkopf-Baueinheit 120, in der gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente der in 2 dargestellten vorherigen Ausführungsform bezeichnen. Die Einlasskanäle 76 in der Säule 54 erstrecken sich in den Durchgang 74, wobei sie einen tangentialen Winkel mit der Mittelachse der Säule 54 und des Durchgangs 74 bilden, was bewirkt, dass das Fluid wirbelt. Das wirbelnde oder spiralförmig laufende Fluid 122 strömt durch den Durchgang 74 zur Sprühdüse 124. Da das Moment des wirbelnden Fluids das Fluid nach außen gegen die Wände des Durchgangs 74 und der Sprühdüse 124 drückt, ist keine Ablenkeinrichtung erforderlich. Vorzugsweise umfasst die Sprühdüse immer noch Rippen 79, um das Wirbeln des Fluids zu verringern oder zu beseitigen und eine Anzahl von Fluidströmen zu definieren, die die Sprühdüse verlassen. Am meisten bevorzugt sind die Rippen so eingerichtet, dass sie bewirken, dass das Fluid in einem Winkel von 5° zur Mittelachse der Säule austritt.
7 zeigt eine Querschnittsansicht eines alternativen Sprühkopfs 130, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert und wirksam ist, in welcher gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente der in 2 dargestellten vorherigen Ausführungsform bezeichnen. Der Sprühkopf 130 weist eine Sprühdüse 132 mit Stiften 134 auf, die in den Auslasskanälen 136 angeord net sind. Die Stifte 134 weisen einen Kopf an einem Ende, der innerhalb der Kammer oder des Durchgangs 138 angeordnet ist, und einen im Allgemeinen geraden Schaft, der sich in die oder durch die Auslasskanäle 136 nach unten erstreckt, auf. Die durch die taumelnde Sprühdüse erzeugte Zentrifugalkraft bewirkt, dass die Stifte 134 an den Seiten der Auslasskanäle 136 reiben und diese von Kalk und anderen Mineralablagerungen frei halten. Dieses Selbstwartungsmerkmal ist in Bereichen sehr nützlich, in denen das Wasser eine hohe Konzentration an Kalk und anderen Mineralien aufweist und ein mit Druck beaufschlagter Sprühkopf erwünscht ist.
8A-D sind graphische Darstellungen der Gleichmäßigkeit der Sprühmuster von vier Sprühköpfen, einschließlich drei kommerziell erhältlichen Duschköpfen ( 8A-C) und eines Duschkopfs, der gemäß 2 der vorliegenden Erfindung hergestellt ist (8D), in einem Abstand vom Sprühkopf. 9A-D sind ähnliche Graphen, die unter Verwendung derselben vier Duschköpfe hergestellt wurden, jedoch in einem größeren Abstand. Jeder der Sprühköpfe wurde mit einer Wasserquelle mit konstantem Druck verbunden und im Allgemeinen nach unten auf eine Reihe von Glasröhren jeweils mit einem Durchmesser von etwa 1/4 Inch gerichtet. Die Ergebnisse dieses Experiments sind in den Graphen als Seitenansicht der in den Röhren gesammelten Flüssigkeit gezeigt. Es ist klar, dass die in 8D und 9D gezeigten Ergebnisse die gleichmäßigste Verteilung von Wasser über der Breite des Sprühmusters bereitstellen. Die anderen Graphen zeigen eine Tendenz, die Wasserförderung an einem Punkt oder einen kleinen Teilbereich des Sprühmusters zu konzentrieren.
11A und 11B sind schematische Seitenansichten eines Sprühkopfs 40 gemäß 2 und des Musters von Wasser, das durch die Sprühdüse 48 geliefert wird. Wenn die Sprühdüse 48 stationär gehalten werden würde, würde sich eine durch gestrichelte Linien 150 definierte Sprühbreite gemäß der Konstruktion der Sprühdüse selbst ergeben. Wenn die Sprühdüse 48 gemäß der vorliegenden Erfindung taumeln lassen wird, nimmt die Sprühbreite um 2α zu, wobei α derselbe Winkel ist wie derjenige Winkel zwischen der Taumelbewegungsplatte und dem Boden (siehe 2). 11 stellt auch das einzigartige Sprühmuster dar, das mit bloßem Auge betrachtet werden kann. Das schnelle Taumeln der Sprühdüse 48 bewirkt, dass die einzelnen Tröpfchen oder Ströme zerfallen und sich über einen bogenförmigen Weg ausbreiten. Es soll beispielsweise angenommen werden, dass die Sprühdüse zwölf Auslasskanäle aufweist: drei Auslasskanäle 78a, die in 2° von der Mitte weg gerichtet sind, und neun Kanäle, die in 6° von der Mitte weg gerichtet sind. Wenn der Sprühkopf so ausgelegt ist, dass er eine Taumelbewegung von 2° aufweist, d.h. indem ein Winkel von 2° zwischen der Taumelbewegungsplatte und dem Boden bereitgestellt ist, dann wird ein gesamter Sprühwinkel (d.h. der Winkel zwischen den gestrichelten Linien 150) von 16° erreicht. Da eine Taumelbewegung von 2° 4° Ablenkung (d.h. 2° in allen Richtungen) vorsieht, sprühen die drei Auslasskanäle, die in 2° gerichtet sind, Fluid in Winkeln, die 0°-8° von der Achse abdecken, was ein Viertel der Fläche des Sprühkopfs darstellt, und die neun Auslasskanäle, die in 6° gerichtet sind, sprühen Fluid in Winkeln, die 8°-16° abdecken, was drei Viertel der Sprühfläche ist. Es sollte beachtet werden, dass viele andere Auslasskanalanordnungen und -konstruktionen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
13 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Sprühkopf-Baueinheit 160, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert und wirksam ist, in welcher gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente der in 2 dargestellten vorherigen Ausführungsform bezeichnen. Die Sprühkopf-Baueinheit 160 weist ein Gehäuse 42 zum Halten einer Taumelhewegungsturbine 44 und einer Taumelbewegungsplatte 46 auf. Das Gehäuse 42 bildet eine Kammer 43 mit einem Einlass 45, der stromaufwärts von der Taumelbewegungsturbine 44 angeordnet ist. Der Boden 50 des Gehäuses 42 bildet ein Loch oder eine Öffnung 52 durch diesen, um einen Schaft 54 verschiebbar aufzunehmen, der an der Taumelbewegungsplatte 46 innerhalb des Gehäuses 42 und an der Sprühdüse (nicht dargestellt) außerhalb des Gehäuses 42 befestigt ist. Der Schaft 54 ist innerhalb der Bohrung 52 durch eine Kantendichtung 56 abgedichtet, um einen Austritt von Wasser aus dem Gehäuse zu verhindern, während ermöglicht wird, dass sich der Schaft 54 innerhalb der Öffnung 52 neigt und dreht. Ein O-Ring kann auch verwendet werden, um den Schaft 54 in der Öffnung abzudichten. Es sollte beachtet werden, dass die Öffnung 52 in allen hierin beschriebenen Ausführungsformen breit genug ist, um zu ermöglichen, dass sich der Schaft um die Mittellinie des Gehäuses dreht und schwenkt, so dass die beschriebene Taumelbewegung stattfinden kann. Obwohl das Gehäuse 42 vorzugsweise im Wesentlichen fluiddicht ist, wird ein gewisser Durchtritt von Fluid zwischen dem Schaft 54 und der Öffnung 52 erwartet und liegt innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung.
Die Taumelbewegungsturbine 44 weist eine konische obere Oberfläche 58 mit einer Vielzahl von sich radial erstreckenden Flügeln 164 und eine im Allgemeinen zylindrische Hülse 62 auf. Die Flügel 165 sind vorzugsweise nach unten und in Richtung der Mittellinie der Turbine 44 ähnlich einem Propeller verjüngt. Die Flügel 165 und die geneigte oder kegelstumpfförmige Oberfläche 167 wirken zum Erzeugen der Taumelbewegung der Taumelbewegungsturbine, wenn sie mit einem Wasserstrom in Kontakt kommt, ganz wie die Nuten der in 2 gezeigten Taumelbewegungsturbine. Um den Grad der Taumelbewegung zu begrenzen, ist ein Taumelbewegungs-Begrenzungselement 166 vorgesehen, das ein Ring sein kann, der um den Umfang der Flügel 165 montiert ist, wie gezeigt, oder die Enden jedes Flügels 165 können so ausgebildet sein, dass sie stromaufwärts gewandt sind, wie in 15 und 16 gezeigt. Das Taumelbewegungs-Begrenzungselement 166 wirkt zum Begrenzen des Grades, in dem sich die Taumelbewegungsturbine am Schaft neigt, um ein ähnliches Ergebnis zu erreichen wie die vorstehend beschriebene Taumelbewegungsplatte. Vorzugsweise bildet das Taumelbewegungs-Begrenzungselement 166 eine kegelstumpfförmige Oberfläche 169, die bezüglich der kegelstumpfförmigen Oberfläche 167 umgekehrt ist, so dass der zwischen den Oberflächen 167, 169 definierte Durchgang so gedrückt wird, dass er auf das Fluid ausgerichtet bleibt, das in das Gehäuse 42 von der Düse 171 eintritt, selbst wenn die Turbine 44 taumelt. Wenn die Turbine 44 sich beispielsweise in einer im Wesentlichen vertikalen Position befindet, dann schiebt das durch die Düse 171 strömende Fluid gegen die Oberfläche 167 und bewirkt, dass sich die Turbine 44 zur Seite neigt. Wenn sich jedoch die Turbine 44 ausreichend neigt, so dass die Oberfläche 169 des Taumelbewegungs-Begrenzungselements 166 in die Strömung von Fluid, das durch die Düse 171 strömt, gezogen wird, dann schiebt das Fluid gegen die Oberfläche 169. Vorzugsweise sind die Oberflächen 167, 169 mit ausreichend Winkeln und Oberflächeninhalten konstruiert, so dass die Neigung der Turbine begrenzt wird. Es sollte auch erkannt werden, dass sich die Flügel 165 zwischen den Oberflächen 167, 169 entweder exakt radial (wie in 14 gezeigt) oder in irgendeinem nicht-radialen Winkel erstrecken können. Flügel mit einem größeren nicht-radialen Winkel können so ausgelegt sein, dass sie die Turbine korrekter in einem gewünschten Umlauf ohne ein solches schweres Vertrauen oder vielleicht irgendein Vertrauen auf einen Nachführungsring zum Begrenzen des Neigungsgrades antreiben. Ferner kann es nützlich sein, Nuten oder Leisten an der Oberfläche 167 des Nachführungsrings vorzusehen, um die relative Kraft zu erhöhen, die auf den Nachführungsring aufgebracht wird.
Die Taumelbewegungsturbine 44 bildet vorzugsweise eine Vielzahl von Öffnungen 168, die mit dem Durchgang 74 im Schaft 54 in Fluidverbindung stehen. Die Hülse 62 der Taumelbewegungsturbine weist eine innere Oberfläche 68 auf, die einen Innendurchmesser definiert, der größer ist als der Außendurchmesser des Schafts 54. Wenn sie zusammengefügt werden, gleitet die Hülse 62 über den Schaft 54 und die Taumelbewegungsturbine 44 sitzt auf dem Schaft 54. Die Taumelbewegungsturbine 44 und der Schaft 54 können aus TEFLON oder einem anderen geeigneten Polymermaterial hergestellt werden, um eine gewisse Reibung zwischen der Taumelbewegungsturbine 44 und dem Schaft 54 zu ermöglichen, und so dass sich die Taumelbewegungsturbine 44 frei um den Schaft 54 bewegen kann. Die Flügel können die vorher beschriebene Taumelbewegungsplatte aufgrund der Tatsache, dass der Ring das Ausmaß an Taumelbewegung, das vom Schaft und von der Sprühdüse erfahren wird, kompensiert und steuert, im Wesentlichen ersetzen. Die Taumelbewegung in dieser Ausführungsform ist dieselbe wie die vorstehend in den 10A-I beschriebene.
14 ist eine Draufsicht auf die in 13 gezeigte Taumelbewegungsturbine 44. Die Flügel 165 sind in einem Winkel angeordnet, so dass, wenn die Fluidströmung vom Einlass auf die Flügel auftrifft, die Taumelbewegungsturbine sich zu einer Seite neigt und zu taumeln beginnt. Das Taumelbewegungs-Begrenzungselement 166 in dieser Ausführungsform ist ein Nachführungsring. Der Ring verjüngt sich nach unten und weist einen Außendurchmesser auf, der größer ist als der Außendurchmesser des Wassereinlasses stromaufwärts. Der Nachführungsring wirkt zum Begrenzen der Taumelbewegung der Turbine ganz wie die vorstehend beschriebene Taumelbewegungsplatte.
15 und 16 sind eine Querschnittsansicht einer bzw. eine Draufsicht auf eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert und wirksam ist, in welcher gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente der in 13 dargestellten vorherigen Ausführungsform bezeichnen. Die Taumelbewegungsturbine 44 weist eine Vielzahl von verjüngten Flügeln 165 auf, die bewirken, dass sich die Taumelbewegungsturbine beim Kontakt mit Wasser vom Einlass zu einer Seite neigt und zu taumeln beginnt. Die Verjüngungen an den Flügeln wirken zum Begrenzen der Taumelbewegung der Taumelbewegungsturbine 44. Die Taumelbewegung unter Verwendung des Nachführungsrings und/oder der verjüngten Flügel ist dieselbe wie die vorstehend in den 10A-I beschriebene.
19 ist eine Querschnittsseitenansicht einer fünften Ausführungsform einer Sprühkopf-Baueinheit der vorliegenden Erfindung, in welcher gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente der in 2 dargestellten vorherigen Ausführungsform bezeichnen. Der Sprühkopf 170 umfasst eine Hubturbine 172 mit einer oberen Oberfläche 58 mit Nuten 60 wie bei anderen vorher erörterten Ausführungsformen der Erfindung. Die Hubturbine 172 weist auch eine Hülse 174 mit Fluiddurchgängen 176 durch diese und ein Taumelbewegungs-Begrenzungselement oder eine Taumelbewegungsplatte 178, die am Ende der Hülse 174 entgegengesetzt zur Turbinenoberfläche 58 befestigt ist, auf. Obwohl die Taumelbewegungsplatte 178 auf dem Boden 50 taumelt, wie in 10A-I beschrieben, ist die Taumelbewegungsplatte 178 ein Teil der Turbine 172 anstatt der Düsenbaueinheit 180 wie bei anderen hierin offenbarten Ausführungsformen. Vielmehr taumelt die Turbine 172 selbst gemäß den 10A-I.
Die Taumelbewegungsplatte 178 oder alternativ ein anderer Abschnitt der Hülse umfasst einen ringförmigen Hubring 182, der hier als ringförmige Einwärtskante gezeigt ist und der in einer eingeschränkten Position zu einer passenden ringförmigen Nut 184 in einem Abschnitt der Düsenbaueinheit 180, wie z.B. dem oberen Abschnitt der Säule, angeordnet ist. In dieser Weise bewirkt die Taumelwirkung der Turbine 172, der Taumelbewegungsplatte 178 und der Kante 182, dass die Kante 182 eine Seite der Düsenbaueinheit 180 auf einmal durch den Kontakt mit der oberen Wand 186 der Nut 184 anhebt und absenkt, und bewirkt, dass die Düsenbaueinheit 180 an der Taumelbewegungs-Begrenzungsoberfläche 183 taumelt. Wenn die Taumelbewegungsplatte 178 taumelt, hält die Kante 182 einen Kontaktpunkt mit der Oberfläche 186 der Düsenbaueinheit 180 aufrecht und die Taumelbewegungsplatte 178 hält einen anderen Kontaktpunkt mit dem Boden 50 aufrecht, wobei die zwei Punkte auf im Allgemeinen entgegengesetzten Seiten der Sprühkopfachse 69 liegen.
20 ist eine Querschnittsseitenansicht einer sechsten Ausführungsform einer Sprühkopf-Baueinheit, in der gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente der in 2 dargestellten vorherigen Ausführungsform bezeichnen. Der Sprühkopf 190 umfasst eine Turbine 44 mit einer oberen Oberfläche 58 mit Nuten 60 wie bei anderen vorher erörterten Ausführungsformen der Erfindung. Die Turbine 44 umfasst auch eine Hülse 62, die über einer Säule 54 einer Düsenbaueinheit angeordnet ist. Die Düsenbaueinheit des Sprühkopfs 190 umfasst einen länglichen Stab 192 mit einem ersten Ende, das die Säule abstützt, und einem zweiten Ende, das an einer Sprühdüse 194 befestigt ist. Die Sprühdüse oder das Gehäuse 194 ist insofern ähnlich zur Düse 48 von 2, als die Düse 194 eine Ablenkeinrichtung 77 und Auslasskanäle 78 umfasst. Die Sprühdüse 194 umfasst jedoch ein einteiliges Taumelbewegungs-Begrenzungselement 46, das an einer Oberfläche 196 des Gehäuses 42 taumelt. Es ist zu beachten, dass die Taumelbewegung des Taumelbewegungs-Begrenzungselements 46 an der Oberfläche 196 mit der Beschreibung der 10A-I konsistent ist und die Taumelbewegung der Turbine 44 an der Säule 54 mit der Beschreibung der 17A-I konsistent ist. Ein Vorteil des Sprühkopfs 190 besteht darin, dass die Dichtungen 56 beseitigt werden können und der Kragen 52 aufgeweitet ist, um die Sprühdüse 48 aufzunehmen. Es ist bevorzugt, dass das Gehäuse 42 ferner eine Leitung 194 umfasst, die die Fluidströmung um den Stab 192 und in Zusammenwirkung mit den Auslasskanälen 78 der Sprühdüse 48 lenkt. Am meisten bevorzugt ist der Fluiddurchgang, der zwischen der Leitung 194 und der Sprühdüse 48 definiert ist, so ausgerichtet, dass das Fluid gleichmäßig von der Leitung zu den Auslasskanälen strömt.
Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Fluidlieferung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Sprühkopf-Baueinheit, die dem Benutzer ermöglicht, mindestens eine Eigenschaft des vom Sprühkopf gelieferten Fluids einzustellen oder zu steuern, wie z.B. die Sprühbreite, die Sprühgeschwindigkeit oder den Sprühstrahlstoß, die Volumendurchflussrate und die Tröpfchengröße. Die Sprühkopf-Baueinheit umfasst ein Gehäuse, eine Düsenbaueinheit, ein Bewegungserzeugungselement und ein Bewegungsbegrenzungselement. Die Arten von Bewegungen, die gemäß der Erfindung nützlich sind, umfassen Taumeln, Schwingen, Schleudern und dergleichen. Die am meisten bevorzugte Bewegung ist Taumeln.
Die vorliegende Erfindung liefert Fluid durch eine Düsenbaueinheit, die mit einem Bewegungserzeugungselement gekoppelt ist oder zumindest mit diesem in zusammenwirkender Beziehung steht. Das Ändern oder Steuern der Bewegung des Bewegungserzeugungselements oder der Bewegung der Düsenbaueinheit selbst kann daher durchgeführt werden, um die Lieferung von Fluid von der Düsenbaueinheit zu steuern. Die vorliegende Erfindung ändert oder steuert die Bewegung der Düsenbaueinheit durch entweder (a) Ändern der Kräfte, die auf das Bewegungserzeugungselement wirken (d.h. Erhöhen, Verringern, Umlenken des Durchflusses von Fluid relativ zum Bewegungserzeugungselement), (b) Begrenzen des Bewegungsbereichs, den das Bewegungserzeugungselement durchlaufen kann (d.h. Einschränken oder Lockern der physikalischen Grenzen des Bewegungserzeugungselements entweder direkt oder indirekt), (c) Begrenzen des Bewegungsbereichs, den die Düsenbaueinheit durchlaufen kann, oder (d) eine gewisse Kombination von (a) bis (b).
Das Gehäuse weist ein erstes Ende mit einem Fluideinlass und ein zweites Ende, das einen Kragen oder eine Öffnung darin bildet, auf. Die Düsenbaueinheit weist ein erstes Ende, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, einen mittleren Abschnitt, der sich durch die Öffnung erstreckt, ein zweites Ende mit einem Fluidauslass, eine Fluidleitung, die eine Fluidverbindung zwischen dem Gehäuse und dem Fluidauslass schafft, auf. Die Düsenbaueinheit wird durch Fluid, das am Taumelbewegungs-Erzeugungselement vorbei, über dieses oder durch dieses strömt, taumeln lassen.
Der am meisten bevorzugte Sprühkopf zur Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ist der nachstehend mit Bezug auf 1-19 beschriebene taumelnde Sprühkopf, dessen Gegenstand durch die vorliegenden Erfinder in ihrer gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Seriennr. 09/115 362, eingereicht am 14. Juli 1998, offenbart wurde, wobei die Anwendung durch den Hinweis hierin aufgenommen wird. Folglich umfasst das Taumelbewegungs-Begrenzungselement vorzugsweise eine Taumelbewegungsplatte, am meisten bevorzugt eine Taumelbewegungsplatte mit einer konvexen kegelstumpfförmigen Oberfläche, die mit dem Gehäuse benachbart zur Öffnung in Eingriff steht, um die Bewegung der Düsenbaueinheit zu begrenzen. Ferner ist das Taumelbewegungs-Erzeugungselement vorzugsweise eine Taumelbewegungsturbine, die am meisten bevorzugt eine konvexe konische Oberfläche wobei, ein Winkelmoment hervorrufende Nuten, vorzugsweise eine nicht-radiale Nut, darin ausgebildet sind.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ändern der Fluidliefereigenschaften eines Sprühkopfs mit einer sich bewegenden Sprühdüse, vorzugsweise einer taumelnden Sprühdüse. Ein Benutzer kann die Fluidliefereigenschaften der Sprühdüse durch Manipulieren von verschiedenen einfachen Schnittstellen, einschließlich Drucktasten, Knöpfen mit an diesen befestigten Steuerkurven und anderen einfachen Vorrichtungen zum Manipulieren oder Begrenzen der Bewegung der Sprühdüse, ändern. Insbesondere liefert die vorliegende Erfindung, wie vorher beschrieben, Fluid durch eine Düsenbaueinheit, die mit einem Bewegungserzeugungselement gekoppelt ist, einteilig mit diesem ausgebildet ist oder zumindest in einer zusammenwirkenden Beziehung mit diesem steht. Das Ändern oder Steuern der Bewegung des Bewegungserzeugungselements oder der Bewegung der Düsenbaueinheit selbst kann daher durchgeführt werden, um die Lieferung von Fluid von der Düsenbaueinheit zu ändern oder zu steuern. Die vorliegende Erfindung ändert oder steuert die Bewegung der Düsenbaueinheit durch entweder (a) Ändern der Kräfte, die auf das Bewegungserzeugungselement wirken (d.h. Erhöhen, Verringern, Umlenken des Durchflusses von Fluid relativ zum Bewegungserzeugungselement), (b) Begrenzen des Bewegungsbereichs, den das Bewegungserzeugungselement durchlaufen kann (d.h. Einschränken oder Lockern der physikalischen Grenzen des Bewegungserzeugungselements entweder direkt oder indirekt), (c) Begrenzen des Bewegungsbereichs, den die Düsenbaueinheit durchlaufen kann, oder (d) eine gewisse Kombination von (a) bis (b).
21 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit 200 mit einem Durchflusszwischenlagscheiben-Geschwindigkeitssteuersystem. Der Begriff "Durchflusszwischenlagscheiben-Geschwindigkeitssteuersystem", wie hierin verwendet, bezieht sich auf Sprühköpfe mit einer Durchflussratendrosselungs-Zwischenlagscheibe 202, die stromabwärts vom Einlassventil 204 und vom Bewegungserzeugungselement 92 (d.h. der Taumelbewegungsturbine), jedoch stromaufwärts von den Düsenauslasskanälen 78 angeordnet ist. Die Durchflussratendrosselungs-Zwischenlagscheibe 202 ist dazu ausgelegt, eine relativ konstante Fluiddurchflussrate durch ihre zentrale Öffnung aufrechtzuerhalten, indem die Öffnung verengt wird, wenn der Kammerdruck zunimmt. Zusätzliche Einzelheit und Konstruktion von Durchflussratendrosselungs-Zwischenlagscheiben ist im US-Patent Nrn. 4 457 343 und 4 508 144 beschrieben, die durch den Hinweis hierin aufgenommen werden.
Durch Positionieren der Durchflussratendrosselungs-Zwischenlagscheibe 202 stromabwärts vom Bewegungserzeugungselement 92 wird die Durchflussrate von Fluid, das durch die Düse 48 geliefert wird, im Wesentlichen unabhängig vom Fluiddruck oder von der Fluidgeschwindigkeit innerhalb der Kammer 43 auf einem gegebenen Pegel gehalten. Ein Nadelventil 204 ist in Zusammenwirkung mit ei nem Ventilsitz 206 angeordnet, um eine Durchflussdrosselung zu erzeugen, die einen Druckabfall in der Kammer 43 und eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Fluids, die dem Bewegungserzeugungselement 92 erteilt wird, verursacht. In dieser Weise kann das Element 92 (Turbine) dazu veranlasst werden, sich ungeachtet des Kammerdrucks mit hohen Raten zu bewegen (taumeln). Bei niedrigen Fluiddurchflussraten kann das Nadelventil ferner gedrosselt (d.h. teilweise geschlossen) werden, um eine gute Bewegungs- oder Taumelgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Es sollte beachtet werden, dass es bei höheren Kammerdrücken erforderlich ist, eine kleinere effektive Einlassöffnung zu haben, um eine ausreichende Fluidgeschwindigkeit zu verursachen, damit sich das Element 92 mit einer hohen Rate bewegt. Für eine Heimdusche weist die bevorzugte Durchflusszwischenlagscheibe einen Lochdurchmesser von etwa 0,128 Inch auf und kann mit einem Auslassrohr 208 mit einem Durchmesser, der größer ist als etwa 0,130 Inch, am meisten bevorzugt etwa 0,140 Inch, verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht ein Hauptvorteil des Durchflusszwischenlagscheiben-Geschwindigkeitssteuersystems darin, dass es für die Aufprallsteuerung des die Düse verlassenden Fluids verwendet werden kann. Wenn der Kammerdruck zunimmt, wird die Durchflusszwischenlagscheibenöffnung, wie vorstehend erörtert, kleiner, was zu einem Fluidstrom mit höherer Geschwindigkeit führt, der durch diese strömt. In herkömmlichen Duschköpfen muss die Durchflusszwischenlagscheibe am Einlass in die Kammer angeordnet werden und jeglicher Vorteil eines Stroms mit hoher Geschwindigkeit wird in der Kammer vergeudet, da die Geschwindigkeit des Fluids, das die Düse verlässt, durch die Düsenauslässe bestimmt ist. In dem Durchflusszwischenlagscheiben-Geschwindigkeitssteuersystem der vorliegenden Erfindung drosseln die Auslasskanäle im Sprühgehäuse den Fluiddurchfluss nicht, da die gemeinsame Querschnittsfläche der Kanäle viel größer ist als jene der Durchflusszwischenlagscheibe oder des Geschwindigkeitsrohrs. Folglich tritt das Fluid mit hoher Geschwindigkeit, das durch die Durchflusszwischenlagscheibe strömt, in das Sprühgehäuse ein, wird durch die Ablenkvorrichtung umgelenkt und verlässt die Auslasskanäle mit einer hohen Geschwindigkeit ohne irgendeine signifikante Drosselung. Das Ergebnis ist, dass eine konstante Durchflussrate aufrechterhalten werden kann, während dem Benutzer ermöglicht wird, ein Sprüh mit niedrigem Aufprall oder hohem Aufprall auszuwählen.
Wenn das Nadelventil 204 vollständig aufgesetzt (geschlossen ist), besteht kein Durchfluss durch die Düse. Wenn das Nadelventil geringfügig geöffnet wird, wie z.B. durch Drehen eines Griffs 210 mit einer Steuerkurve 212, die am Nadelventil 204 befestigt ist, strömt das Fluid mit einer hohen Geschwindigkeit in die Kammer 43, was eine hohe Taumelbewegungsrate und einen niedrigen Kammerdruck verursacht, was ein sanftes taumelndes Sprüh bewirkt. Wenn das Nadelventil 204 weiter geöffnet wird, nimmt der Druck in der Kammer 43 zu, was bewirkt, dass sich die Durchflusszwischenlagscheibe einengt und ein Sprüh mit höherer Geschwindigkeit und höherem Aufprall liefert. Wahlweise kann das Bewegungserzeugungselement verlangsamt oder gestoppt werden, indem entweder das Ventil 204 weiter geöffnet wird, um einen Strom mit niedriger Geschwindigkeit zu erzeugen, oder eine Umgehung um das Bewegungserzeugungselement geöffnet wird, um einen Strom mit noch höherem Aufprall zu erzeugen. Sowohl das sanfte Sprüh als auch das Sprüh mit hohem Aufprall liefern eine Fluidströmung gemäß der Bemessung der Zwischenlagscheibe 202.
22 ist eine Querschnittseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit 220 mit einem Umgehungsventil 222 zum Umlenken von Fluid um die Turbine 92 oder um das Geschwindigkeitsrohr 75. Das Umgehungsventil 222 verbindet selektiv zwischen dem Fluideinlass 45 und zwei oder mehr Kanälen, die aus dem Kanal 224, der auf die Turbine 92 gerichtet ist, dem Kanal 226, der in die Kammer, aber um die Turbine 92 gerichtet ist, oder dem Kanal 228, der um die Kammer 43 auf die Düsenbaueinheit 208 gerichtet ist, ausgewählt sind. Das Umgehungsventil 222 wird veranlasst, Fluid vom Einlass 45 mit einem oder mehreren der Kanäle 224, 226, 228 zu übertragen, indem ein mit dem Schaft 232 gekoppelter Griff 230 gedreht wird. Ein bevorzugtes Umgehungsventilelement 222 kann als Zylinder, der im Gehäuse 42 sitzt, beschrieben werden, wobei die Zylinderwände verschiedene Löcher an genauen Längs- und radialen Stellen aufweisen, um sie auf geeignete Kanäle 224, 226, 228 auszurichten, wenn das Ventil 222 gedreht wird. Die detaillierte Funktionsweise des Umgehungsventils 222 wird mit Bezug auf 23A bis 23F, die folgen, beschrieben.
23A-F sind Querschnittsseitenansichten des Umgehungsventils von 22, die seine Funktionsweise in verschiedenen Drehwinkeln zeigen. 23A zeigt das Umgehungsventil in einer Position, in der Fluid vom Einlass 45 zum Kanal 224 im Wesentlichen ohne Drosselung gerichtet wird. Daher befindet sich die Düsenbaueinheit in einer Taumelbetriebsart. 23B zeigt das Umgehungsventil in einer Position (45 Grad im Uhrzeigersinn relativ zu 23A, wie durch den Pfeil 234 gezeigt), in der Fluid vom Einlass 45 durch Löcher 225, 229 jeweils zu beiden Kanälen 224, 226 gerichtet wird. Daher umgeht der Teil des Fluids, der durch einen oder mehrere Kanäle 226 gerichtet wird, die Turbine, wobei ein Strom mit niedrigerer Geschwindigkeit durch den Kanal 224 belassen wird und die Taumelbewegungsgeschwindigkeit der Turbine verringert wird. 23C zeigt das Umgehungsventil in einer Position (90 Grad im Uhrzeigersinn relativ zu 23A, wie durch den Pfeil 234 gezeigt), in der Fluid vom Einlass 45 durch die Löcher 220 zu den Umgehungskanälen 226 gerichtet wird, wodurch die Taumelbewegung der Turbine beseitigt wird, während die Durchflussrate durch die Düsenbaueinheit aufrechterhalten wird.
23D ist dieselbe wie 23A. 23E zeigt das Umgehungsventil in einer Position (45 Grad gegen den Uhrzeigersinn relativ zu 23D, wie durch den Pfeil 235 gezeigt), in der das Fluid vom Einlass 45 durch Löcher 225, 227 jeweils zu beiden Kanälen 224, 228 gerichtet wird. Daher umgeht der Teil des Fluids, der durch einen oder mehrere Kanäle 228 gerichtet wird (wie z.B. für eine Betriebsart mit sanftem Waschen, Verwendung eines Satzes von Standarddüsen oder Verwendung von separaten Auslasskanälen in der Sprühdüse) die Turbine, wobei ein Strom mit niedrigerer Geschwindigkeit durch den Kanal 224 belassen wird und die Taumelbewegungsgeschwindigkeit der Turbine verringert wird. 23F zeigt das Umgehungsventil in einer Position (90 Grad gegen den Uhrzeigersinn relativ zu 23D, wie durch den Pfeil 235 gezeigt), in der der Fluideinlass 45 blockiert ist und die Sprühdüse abgeschaltet ist. Es sollte erkannt werden, dass die Schrittdrehung des Ventils 222 mehr oder weniger allmähliche Übergänge zwischen den Betriebsarten erreichen kann.
24A-E, 25A-E und 26A-E sind teilweise schematische Querschnittsansichten des Umgehungsventils in 23A-E entlang der Linien 24-24, 25-25 bzw. 26-26.
Mit erneutem Bezug auf 22 erstreckt sich der Umgehungskanal 228 durch die Wand des Gehäuses 42, mündet dann benachbart zur Düsenbaueinheit 48, so dass das Fluid in einen Sammeltrog 236 gelenkt wird. Der Trog 236 entleert sich in die Auslasskanäle 78 mit niedrigem Druck und niedriger Geschwindigkeit durch eine Vielzahl von Löchern 238, um die Gesamtgeschwindigkeit des die Auslasskanäle 78 verlassenden Fluids zu verringern. Die Einführung eines Stroms mit niedriger Geschwindigkeit in einen Hauptstrom, der mit höherer Geschwindigkeit fließt, für den Zweck der Verringerung der Geschwindigkeit des Hauptstroms wird hierin als Betriebsart mit "sanftem Waschen" bezeichnet.
27 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit 240 mit einem Umgehungsventil 242 zum Steuern von Fluid zu einem Satz von stationären Fluidauslasskanälen 244. Obwohl das Umgehungsventil 242 in derselben Weise wie das Umgehungsventil 222 der 22-26 arbeitet, wurde das Ventil 242 durch Beseitigen der Kanäle 229 vereinfacht. Eine Drehung des Ventils 242 im Uhrzeigersinn richtet Fluid durch den Kanal 228 und die Auslasskanäle 244. Die Kanäle 244 sind vorzugsweise in einem solchen Winkel gerichtet, dass die effektive Sprühbreite der Sprühkopf-Baueinheit 240 erhöht wird.
28 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit 250 mit einem Umgehungsventil 252 zum Umlenken von Fluid um das Geschwindigkeitsrohr 75 durch den Kanal 228 zum Trog 236. Das Umgehungsventil 252 umfasst auch eine Nockenwelle 254 (exzentrisch vom Umgehungsventil in der Richtung der Seite), die mit einer Hülse 256 in Eingriff steht, die die Sprühbreite der Düsenbaueinheit durch Einschränken der Bewegung der Taumelbewegungsplatte 46 steuert. Wenn das Umgehungsventil 252 gedreht wird, senkt die Nockenwelle 254 die Hülse 256, so dass die ringförmige Leiste 256 mit der Taumelbewegungsplatte 46 in Kontakt kommt, was den Grad der Taumelbewegung begrenzt und folglich die Sprühbreite verschmälert. Eine weitere Absenkung der Hülse kann die Taumelbewegungsplatte einfrieren und eine Fluidströmung mit hohem Aufprall bereitstellen.
29 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit wie in 28, außer dass die Hülse 266 eine Leiste 268 aufweist, die unter der Taumelbewegungsplatte 46 angeordnet ist. Wenn das Umgehungsventil 262 gedreht wird, wird die Nocke 264 die Hülse 266 anheben lassen, so dass die Leiste 268 mit der Taumelbewegungsplatte 46 in Kontakt kommt, wodurch der Bewegungsbereich der Düsenbaueinheit begrenzt wird und die Sprühbreite verschmälert wird.
30 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit 270 mit einem Sprühbreiten-Einstellring 272 unter der Taumelbewegungsplatte 274. Wenn der Einstellring 272 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird der Einstellring 272 über einen Gewindeeingriff in Richtung des Rings 276 gezogen und der Bewegungsbereich der Taumelbewegungsplatte 274 wird begrenzt. Alle Oberflächen der Sprüh kopf-Baueinheit 270, die von der Taumelbewegungsplatte 274 berührt werden, sind vorzugsweise in Richtung eines gemeinsamen Punkts 278 abgewinkelt, um die Säule 279 innerhalb des Kanals 277 zentriert zu halten.
31 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit 280 mit einem Umgehungsventil 282 (einer beliebigen bekannten Art) zum Lenken von Wasser von der Kammer 43 um das Geschwindigkeitsrohr 75 zur Düsenbaueinheit zum Erreichen von sanftem Waschen.
32 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit 290 mit einem Taumelbewegungs-Erzeugungselement 292, einem Taumelbewegungs-Begrenzungselement 294 und einer Düse 296. Fluid wird von der Kammer 43 durch Löcher 293 und einen Kanal 295 zu einer äußeren Oberfläche der Düse 296 geliefert. Außerdem ist ein Umgehungsventil 282 enthalten, um einen Strom mit niedriger Geschwindigkeit zum sanften Waschen zum Kanal 295 zu liefern.
33 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit 300, die zur Sprühkopf-Baueinheit von 19 im Wesentlichen ähnlich ist, abgesehen vom Hinzufügen eines Umgehungsventils 282 zum sanften Waschen, das Fluid in Verbindung mit den Sprühdüsen-Auslasskanälen 286 liefert. Die Auslasskanäle 286 sind vorzugsweise so gerichtet, dass das die Kanäle 286 verlassende Fluid sich mit dem Fluid mischt, das die Auslasskanäle 78 verlässt, aber erst, nachdem die zwei Fluidströme die Düse 288 verlassen haben.
34 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Sprühkopf-Baueinheit 310 mit einer Aufprall- (Geschwindigkeits-) Einstellbaueinheit, die stromabwärts vom Geschwindigkeitsrohr 75 angeordnet ist. Die Aufpralleinstellbaueinheit 312 umfasst ein Nadelventil 314, das im Geschwindigkeitsrohr 75 oder in einer anderen Öffnung angeordnet sein kann, um eine größere Durchflussdrosselung und eine Steigerung der Geschwindigkeit des durch diese strömenden Fluids vorzusehen. Wie in 34 gezeigt, kann die Baueinheit 310 mit einem zweckmäßigen Greifelement 316 zum Stoppen der Taumelbewegung der Düsenbaueinheit, während die Position des Nadelventils 314 eingestellt wird, versehen sein. Das Greifelement 316 ist als ringförmiger Ring gezeigt, der durch eine Druckfeder 318 nach oben gedrückt wird. Ein Griff 320 ist vorgesehen, um dem Benutzer zu ermöglichen, das Greifelement 316 nach unten zu ziehen, bis die Greifoberflächen 322 die äußere Oberfläche des Sprühgehäuses 423 berühren und die Düsenbaueinheit in einer statio nären Position befestigen. Der Vorsprung 326 am Ende des Nadelventils 314 kann dann zwischen den Fingern des Benutzers gehalten und gedreht werden. Da das Nadelventil 314 durch die Mitte der Ablenkeinrichtung 328 geschraubt ist, kann das Ventil 314 vorgeschoben und zurückgezogen werden, um einen gewünschten Grad an Fluidaufprall zu erhalten. Es ist bevorzugt, dass die Gesinde ausreichend eng gemacht sind, um die Nadelventilposition trotz verlängerter Taumelbewegung oder Schwingung der Düsenbaueinheit sicherzustellen.
Obwohl sich das Vorangehende auf die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung richtet, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung erdacht werden, ohne von deren grundlegendem Schutzbereich abzuweichen, und deren Schutzbereich ist durch die folgenden Ansprüche festgelegt.
I. Zusätzliche Sprühkopf-Baueinheiten mit einer Kammer
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung mit einer sich bewegenden Düse, die Fluid zur Verwendung in verschiedenen Anwendungen liefert, wie z.B., jedoch nicht begrenzt auf Whirlpool-Bäder oder Duschen. Die Bewegung der Düse kann eine Taumelbewegung, eine Drehbewegung, eine bogenförmige Bewegung, eine Schwingungsbewegung oder eine Kombination dieser Bewegungen umfassen. Die Bewegung der Düse wird durch Anordnen eines Taumelbewegungs-Erzeugungselements wie z.B. einer Taumelbewegungsturbine im Weg der Fluidzuführung innerhalb eines Gehäuses angetrieben. Das über die Taumelbewegungsturbine strömende Wasser bewirkt, dass die Taumelbewegungsturbine taumelt. Die taumelnde Turbine verleiht der Düse gemäß einem definierten bogenförmigen Weg eine Bewegung. Die Bewegung der Düse oder zumindest die Umlenkung des Düsenauslasses stellt eine zufriedenstellendere Whirlpool-Bad-Erfahrung als viele stationäre Düsen bereit. Ein Vorteil der einzigartigen Konstruktion der Taumelbewegungsturbine besteht darin, dass sie keine komplexen mechanischen Teile umfasst oder signifikante Durchflussdrosselungen verursacht.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft eine Vorrichtung mit einem Taumelbewegungs-Erzeugungselement oder einer Taumelbewegungsturbine, das/die direkt mit der Düse in Eingriff steht. Die Düse kann eine beliebige Anzahl von Auslasskanälen aufweisen, weist jedoch vorzugsweise weniger als etwa fünf Auslasskanäle auf und weist am meisten bevorzugt nur einen oder zwei Auslasskanäle auf, die das Fluid im gleichen oder in verschiedenen Winkeln richten. Die Tau melbewegungsturbine ist vorzugsweise an einer Säule angebracht, die innerhalb einer Hülse oder Bahn angeordnet ist, wobei die obere konische Oberfläche der Taumelbewegungsturbine dem Wassereinlass zugewandt ist. Da die Säule einen kleineren Durchmesser aufweist als die innere Oberfläche der Hülse oder Bahn, wirkt die Anzahl von Drehungen, die die Turbine für jede Taumelbewegung durchführen muss, zum Verringern oder Steuern der Geschwindigkeit der Taumelbewegung. Die Hülse kann eine ovale Aufnahme bilden, die eine Abflachung des Drehwinkels der Düse gemäß einer Achse des Ovals verursacht. Wahlweise kann Luft in den Durchflussweg des Wassers eingeführt werden, wenn es durch die Vorrichtung strömt oder diese verlässt, um einen belüfteten Wasserstrahl zum Berühren der Haut zu liefern. Es sollte erkannt werden, dass, wenn die detaillierte Beschreibung der Erfindung ein Taumelbewegungs-Erzeugungselement mit einer Säule und eine Düsenbaueinheit mit einer Hülse erörtert, der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung und von jeder der offenbarten Ausführungsformen auch die Taumelbewegungsturbine mit einer Hülse und die Düsenbaueinheit mit einer Säule einschließt. Tatsächlich könne die Aspekte der vorliegenden Erfindung in Kombination mit anderen Kopplungselementen betriebsfähig sein, die in der Lage sind, das Taumelbewegungs-Erzeugungselement abzustützen, während ihm ermöglicht wird, zu taumeln und sich zu drehen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft eine Vorrichtung, die mehr als einen Auslasskanal umfassen kann, aber vorzugsweise zwei Auslasskanäle in entgegengesetzten Winkeln zur Mittellinie der Vorrichtung aufweist. In dieser Anordnung ist eine Taumelbewegungsturbine lose in einer Hülse aufgenommen, die an der Düse befestigt ist, so dass, wenn die Taumelbewegungsturbine taumelt, die Düse taumelt. Da die Düse unabhängig von der Taumelbewegungsturbine taumelt, ist die Verteilung oder Abdeckung von Fluid über einer Oberfläche äußerst gleichmäßig. Die Öffnung im Gehäuse, durch die die Düsenbaueinheit aufgenommen ist, weist einen geringfügig größeren Durchmesser auf als die Düsenbaueinheit, so dass der Unterschied im Durchmesser verwendet werden kann, um die Drehzahl der Düse zu bestimmen.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft ein Taumelbewegungs-Begrenzungselement. Wahlweise kann das Taumelbewegungs-Begrenzungselement manuell vom Benutzer eingestellt werden, um den gewünschten Strahl von der Vorrichtung zu erhalten. Die Geschwindigkeit der Taumelbewegung kann eingestellt werden, indem der Taumelbewegungsturbine er möglicht wird, sich mehr oder weniger zu neigen. Der Neigungsgrad beeinflusst den Radius der Taumelbewegungsturbine, in dem der Wasserstrom auftrifft. Eine kleine Neigung führt zu einer höheren Drehzahl (U/min) als eine große Neigung für irgendeine Turbine mit einem gegebenen Kegelwinkel, einer gegebenen Oberfläche und einem gegebenen Nutwinkel/einer gegebenen Nutgröße.
Taumelbewegungs-Begrenzungselemente gemäß der vorliegenden Erfindung können in einer Vielfalt von Konfigurationen ausgebildet werden, um die Bewegung des Taumelbewegungs-Erzeugungselements zu definieren. Diese Taumelbewegungs-Begrenzungselemente umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf Bahnen, Wände, Platten, Schlitze, Hülsen oder Zylinder, Säulen. Die Erfindung verwendet eine beliebige von einer Anzahl von Kombinationen von Taumelbewegungs-Begrenzungselementen und Taumelbewegungs-Erzeugungselementen oder sogar Abschnitte von Taumelbewegungs-Erzeugungselementen. Beispielhafte Kombinationen umfassen (a) eine Turbinensäule, die durch eine Hülse begrenzt wird (siehe 35), (b) eine Düsensäule, die durch einen Zylinder begrenzt wird (siehe 42 und 43) und (c) einen Turbinenkörper, der durch die Kammerwand begrenzt wird (siehe 38). Diese und weitere Kombinationen werden jedoch für übliche Fachleute angesichts der vorliegenden Offenbarung ersichtlich und sin in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.
Obwohl das Taumelbewegungs-Erzeugungselement mit einer Düse gekoppelt, an dieser gehalten oder anderweitig an dieser befestigt sein kann, ist es im Allgemeinen bevorzugt, das Taumelbewegungs-Erzeugungselement nicht mit der Düse zu integrieren oder an dieser zu befestigen. Insbesondere weist die Düse ein Ende auf, das zum Taumelbewegungs-Erzeugungselement proximal ist. Es ist bevorzugt, dass dieses proximale Ende der Düse und das Taumelbewegungs-Erzeugungselement einander in einer losen Stecker-Buchsen-Beziehung aufnehmen, insbesondere wenn das proximale Ende und das Taumelbewegungs-Erzeugungselement leicht in die geeignete Beziehung ohne Einschränkung gleiten oder schwenken können. Eine besonders bevorzugte Anordnung ist eine Säulen- und Hülsenbeziehung, in der eine zylindrische Säule (Stecker) innerhalb einer zylindrischen Hülse (Buchse) aufgenommen wird, wobei der Außendurchmesser der Säule geringer ist als der Innendurchmesser der Hülse. Alternativ kann die Säule eine kegelstumpfförmige Oberfläche (Stecker) bilden, die innerhalb einer kegelstumpfförmigen Hülse (Buchse) aufgenommen wird, wobei der Kegelstumpfwinkel der Säule geringer ist als der Kegelstumpfwinkel der Hülse. Es sollte erkannt wer den, dass die Säule ein Teil der Düsenbaueinheit sein kann und die Hülse ein Teil des Taumelbewegungs-Erzeugungselements sein kann oder umgekehrt. Es ist bevorzugt, die Säule und die Hülse mit ausreichend Toleranzen zwischen ihnen zu konstruieren, so dass das Taumelbewegungs-Erzeugungselement in Bezug auf die Düsenbaueinheit ahne Bindung taumeln kann. Ferner ist es am meisten bevorzugt, ein Taumelbewegungs-Erzeugungselement mit einer konischen oder kegelstumpfförmigen Säule mit einem ersten Durchmesser, die in einer konischen oder kegelstumpfförmigen Hülse der Düsenbaueinheit aufgenommen wird, zu verwenden. Beispiele von verschiedenen taumelnden Sprühkopf-Baueinheiten, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung angepasst werden können, sind in US-6 092 739 beschrieben, das durch den Hinweis in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
Eine weitere Ausführungsform oder ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft einen durch Fluid angetriebenen Motor, der in der Lage ist, verschiedene Vorrichtungen wie z.B. eine Düsenbaueinheit, eine sich bewegende Brause oder eine sekundäre Pumpe anzutreiben. Dieser Motor ist in Anwendungen besonders nützlich, die eine niedrige Ausgangsgeschwindigkeit erfordern, da die Komplexität von Untersetzungsgetrieben wahrscheinlich unnötig wäre. Der Motor ist durch ein Taumelbewegungs-Erzeugungselement in einer Säulen/Hülsen-Beziehung mit einer Antriebsbaueinheit oder Düsenbaueinheit vorgesehen, wobei das Taumeln der Antriebsbaueinheit oder Düsenbaueinheit durch ein Taumelbewegungs-Begrenzungselement begrenzt oder eingeschränkt wird. Obwohl das Taumeln der Antriebsbaueinheit begrenzt wird, wird der Antriebsbaueinheit immer noch gestattet, sich innerhalb des Taumelbewegungs-Begrenzungselements zu drehen, und die Antriebsbaueinheit bildet eine Motorabtriebswelle. Das Taumelbewegungs-Begrenzungselement ist vorzugsweise ein Schlitz (der mit einer Taumelbewegungsplatte an der Antriebsbaueinheit oder Düsenbaueinheit in Eingriff steht), eine Platte (die mit einem Taumelbewegungsschlitz in der Antriebsbaueinheit oder Düsenbaueinheit in Eingriff steht) oder ein Zylinder (der mit einer Säule an der Antriebsbaueinheit oder Düsenbaueinheit in Eingriff steht). Das Taumelbewegungs-Begrenzungselement sollte mit der Antriebs- oder Düsenbaueinheit innerhalb bestimmter Maßtoleranzen in Eingriff stehen, um den Grad der Taumelbewegung (den maximalen Winkel von der Mittelachse weg), der der Baueinheit erteilt wird, einzuschränken. Obwohl vom Grad der Taumelbewegung, der toleriert werden kann, erwartet wird, dass er von der beabsichtigten Verwendung des Motorabtriebs abhängt, sollte der Grad der Taumelbewegung im Allgemeinen geringer sein als ein außermittiger Winkel von fünf (5) Grad, vorzugsweise geringer als ein außermittiger Winkel von zwei (2) Grad. Es sollte erkannt werden, dass die Motorabtriebswelle mit einer beliebigen Vorrichtung ohne Begrenzung gekoppelt werden kann, ob diese Vorrichtung mit der Welle einteilig ist (wie z.B. ein außermittiger Antriebsbolzen), mit der Welle in einem lose passenden Eingriff steht, mit der Welle gekoppelt ist oder mit der Welle in einer vorübergehenden oder bedingten Befestigung steht. Eine bevorzugte Motorwelle umfasst einen Fluiddurchgang durch diese, um eine Düsenbaueinheit zu bilden. Eine weitere bevorzugte Motorwelle steht mit einer separaten Düsenbaueinheit in einer beliebigen bekannten Weise in Eingriff, um eine einfache (kreisförmige, schwingende oder hin- und hergehende usw.) oder komplexe (elliptische, abtastende usw.) Bewegung der Düsenbaueinheit vorzusehen. Eine solche separate Düsenbaueinheit ist vorzugsweise im Gehäuse an einer Achse oder einer Befestigung vom Kugelgelenktyp, die sich durch die Mitte der Baueinheit erstreckt, abgestützt. Die Düsenbaueinheit kann eine kugelförmige oder zylindrische Form aufweisen und ein Antriebsschlitz in der Baueinheit kann dazu ausgelegt sein, das gewünschte Strömungsmuster, das die Düse verlässt, zu erzeugen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft eine Vorrichtung, die mehr als einen Auslasskanal umfassen kann, vorzugsweise ist mindestens ein Kanal auf die Mittellinie der Vorrichtung ausgerichtet, wobei die rechtlichen Kanäle in entgegengesetzten Winkeln zur Mittellinie der Vorrichtung angeordnet sind. Außerdem muss die Kammer, die die Taumelbewegungsturbine und die Düsenbaueinheit umgibt, nicht viel größer sein als die Düsenbaueinheit selbst. Die verringerte Größe sorgt für eine effiziente Führung des Fluids mit sehr wenig Verlust an Geschwindigkeit, was diese Konstruktion für Bereiche mit niedrigem Wasserdruck nützlich macht.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Taumelbewegungsturbine an der Düsenbaueinheit befestigt. Die Taumelbewegungsturbine dreht sich in Reaktion auf Fluid, das in die Kammer strömt, und das Fluid strömt aus der Düsenbaueinheit aus, um ein gleichmäßiges Strömungsmuster zu schaffen. Diese Konstruktion ist in Bereichen mit niedrigem Wasserdruck besonders nützlich, da das in die Düse eintretende Wasser veranlasst werden kann, die Taumelbewegungsturbine/Düsenbaueinheit aus dem Kragen oder Schlitz heraus anzuheben, was folglich ermöglicht, dass sich die gesamte Baueinheit leicht dreht.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Taumelbewegungsturbine und die Säule an einer Düse befestigt, die eine Kombination von Kammern mit sowohl hohem als auch niedrigem Druck aufweist. Das Wasser strömt aus der Taumelbewegungsturbine und durch die Säule, wie vorstehend beschrieben, das Wasser strömt jedoch dann in eine Kammer mit hohem Druck mit Auslässen mit hohem Druck, die kleine Wassertröpfchen mit hohen Geschwindigkeiten aussenden. Ein Teil des Wassers wird durch ein Durchflusssteuerelement zu einer Kammer mit niedrigem Druck geleitet, wobei die Kammer Auslässe mit niedrigem Druck aufweist, wo größere Wassertröpfchen mit niedriger Geschwindigkeit die Düse verlassen. Die großen und kleinen Tröpfchen verlassen die Düse vorzugsweise mit verschiedenen Geschwindigkeiten, wobei somit zwei Muster von Tröpfchen erzeugt werden, die den Badenden mit einer gleichmäßigen Abdeckung und einer zufriedenstellenden Wasserdurchflussrate versehen.
Es sollte erkannt werden, dass die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung und deren einzelne Komponenten aus beliebigen bekannten Materialien hergestellt werden können, die gegen chemischen und thermischen Angriff durch das durch diese strömende Fluid beständig sind. Wenn das Fluid Wasser ist, werden die Vorrichtung oder die Komponenten der Vorrichtung vorzugsweise aus einem oder mehreren spritzgießbaren oder strangpressbaren Kunststoff- oder Polymermaterialien, am meisten bevorzugt einem Acetalharz wie z.B. DELRIN (eine Handelsmarke von Du Pont de Nemours, E.I. 7 Co. in Wilmington, Delaware), hergestellt. Die Vorrichtung kann auch Komponenten umfassen, die aus Metallen oder Metalllegierungen wie z.B. Edelstahl hergestellt sind. Andere und weitere Materialien, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sollten für einen Fachmann ersichtlich sein und werden als innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung betrachtet.
43 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1044 weist ein Gehäuse 1046 zum Halten einer Taumelbewegungsturbine 1048 ähnlich zu der in 53 gezeigten auf. Die Taumelbewegungsturbine 1048 ist jedoch lose in einer Hülse 1050 aufgenommen, die ein Teil der Düsenbaueinheit 1052 ist. Das Gehäuse 1046 bildet eine Kammer 1054 mit einem Einlass 1056, der stromaufwärts von der Taumelbewegungsturbine 1048 angeordnet ist. Der Boden oder das distale Ende 1058 des Gehäuses stromabwärts von der Taumelbewegungsturbine bildet einen Kragen, ein Loch oder eine Öffnung 1060 durch diesen, um die Düsenbaueinheit 1052 verschiebbar aufzu nehmen, welche eine Düse 1062, die sich über den Kragen 1060 hinaus erstreckt, und eine Hülse 1050 zum Abstützen der Taumelbewegungsturbine 1048 aufweist.
Die Taumelbewegungsturbine 1048 weist eine konische obere Oberfläche 1064 auf, die an einer Säule 1066 befestigt ist. Die obere Oberfläche 1064 der Taumelbewegungsturbine 1048 erstreckt sich vorzugsweise radial über die Säule 1066 hinaus, um einen ringförmigen Überhang zu bilden. Der Außendurchmesser der Säule 1066 ist kleiner als der Innendurchmesser der Hülse 1050, so dass, wenn die Taumelbewegungsturbine innerhalb der Hülse taumelt, die Taumelbewegung auf die Düse 1052 übertragen wird.
Die Düsenbaueinheit 1052 stellt einen langgestreckten Abschnitt mit einem ringförmigen Absatzabschnitt 1070 bereit, der auf einer wahlweisen Zwischenlagscheibe oder einem wahlweisen Lager 1072 aufliegt. Der langgestreckte Abschnitt der Düsenbaueinheit weist Fluideinlässe 1074, die über dem ringförmigen Absatz 1070 angeordnet sind, und Fluideinlässe 1078, die unter dem Absatz 1070 angeordnet sind, auf. Der langgestreckte Abschnitt bildet ferner einen Durchgang 1068, der eine Fluidverbindung zwischen dem (den) Einlass (Einlässen) 1074 und 1078 und der Düse 1062 schafft. Die Einlässe 1074 sind vorzugsweise eine Vielzahl von Kanälen, die sich durch die Wand der Düse erstrecken, wobei sie vorzugsweise von der Oberseite des Gehäuses 1046 in Richtung des Bodens 1050 des Gehäuses nach unten abgewinkelt sind. Die Einlässe 1078 erstrecken sich vorzugsweise durch die Wand der Düsenbaueinheit, wobei sie vorzugsweise nach unten und in Richtung der Mittellinie der Düsenbaueinheit 1052 abgewinkelt sind. Die Düse 1062 kann einen oder mehrere, vorzugsweise zwei Auslasskanäle 1080 in Fluidverbindung mit dem Durchgang 1068 vorsehen. Die Auslasskanäle sind am meisten bevorzugt von der Mittellinie der Düsenbaueinheit 1052 weg voneinander abgewinkelt.
Die Öffnung 1060 weist einen geringfügig größeren Innendurchmesser auf als den Außendurchmesser der Düsenbaueinheit 1052, die sich durch diese erstreckt. Dieser Unterschied im Durchmesser wirkt zum Steuern der Drehgeschwindigkeit der Düsenbaueinheit 1052. Wenn der Innendurchmesser der Öffnung 1060 beispielsweise 13 mm (0,51 Inch) ist, dann dreht sich die Düsenbaueinheit mit jeder Taumelbewegung der Taumelbewegungsturbine 1048 von 360° und daher mit einer Taumelbewegung der Düsenbaueinheit 0,798 mm (0,0314 Inch) oder 1/50 ihres Umfangs in einer Richtung entgegengesetzt zur Taumelbewegung, was zu einer vollständigen Umdrehung für jeweils fünfzig Taumelbewegungen führt. Wenn die Taumelbewegungsturbine 1048 in diesem Beispiel mit 1800 U/min taumelt, dann würde sich die Düsenbaueinheit 1052 mit etwa 36 U/min drehen.
Die Strömung von Wasser in das Gehäuse 1046 kann durch ein Nadelventil 1082 oder ein Absperrventil geregelt werden. Außerdem kann die Wasserströmung durch Saugen von Luft in das Gehäuse durch den Kanal 1084 belüftet werden.
44 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung 1083 ähnlich der in 43 gezeigten, in der gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen. Die Taumelbewegungsturbine 1048 ist lose in einer Hülse 1050 aufgenommen, die ein Teil der Düsenbaueinheit 1052 ist. Das Gehäuse 1046 bildet eine Kammer 1054 mit einem Einlass 1056, der stromaufwärts von der Taumelbewegungsturbine 1048 angeordnet ist. Der Boden 1058 des Gehäuses bildet einen Kragen, ein Loch oder eine Öffnung 1060 durch diesen, um die Düsenbaueinheit 1052 verschiebbar aufzunehmen, welche eine Düse 1062, die außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und die Hülse 1050 zum Abstützen der Taumelbewegungsturbine 1048 innerhalb des Gehäuses aufweist. Die Düsenbaueinheit 1052 bildet einen ringförmigen Absatz 1070, der in einem einstellbaren Schlitz 1088 angeordnet ist. Die Breite des Schlitzes 1088 kann durch Bewegen der Platte 1087 nach oben oder unten eingestellt werden, wodurch die Taumelbewegungsgeschwindigkeit der Taumelbewegungsturbine und wiederum die Taumelbewegungsgeschwindigkeit und Neigung der Düsenbaueinheit 1052 begrenzt werden. Das Verringern der Breite des Schlitzes (hier als vertikaler Abstand des Schlitzes 1088 zwischen dem Boden 1058 und der Platte 1087 gezeigt) führt zu einer kleinen Neigung an der Düsenbaueinheit 1052 und einer hohen Drehzahl, wobei das Vergrößern der Breite des Schlitzes zu einer größeren Neigung und einer niedrigeren Drehzahl für die Düsenbaueinheit führt.
45 ist eine Schnittansicht einer alternativen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1090 stellt ein Gehäuse 1092 zum Halten einer Taumelbewegungsturbine 1094 und einer Düsenbaueinheit 1096 bereit. Das Gehäuse 1092 bildet eine Kammer 1098 mit einem Fluideinlass 1100, der stromaufwärts von der Taumelbewegungsturbine 1094 angeordnet ist. Das Gehäuse 1092 weist einen Boden 1102 auf, der eine Öffnung 1104 durch diesen zum Abstützen der Düsenbaueinheit 1096 definiert. Die Taumelbewegungsturbine 1094 ist in einer Hülse 1108 mit einem offenen oberen Ende verschiebbar aufgenommen. Das Ge häuse 1092 weist ein Stützelement 1110, das daran befestigt ist, auf, wobei das Stützelement 1110 eine Bohrung 1112 durch dieses definiert, um das untere Ende der Hülse 1108 verschiebbar aufzunehmen. Das untere Ende der Hülse 1108 weist einen Antriebsbolzen 1114 auf, der sich davon erstreckt und außermittig zur Längsachse der Hülse 1108 angeordnet ist.
Die Düsenbaueinheit 1096 definiert eine Öffnung oder einen Antriebsschlitz 1116 darin, um den Antriebsbolzen 1114 aufzunehmen, so dass, wenn die Taumelbewegungsturbine 1094 taumelt, die Taumelbewegung in eine Drehbewegung umgewandelt wird, die durch den Antriebsbolzen 1114 auf die Düsenbaueinheit 1096 übertragen wird. Die Düsenbaueinheit ist am Gehäuse um die Achse 1097 befestigt, was eine Bewegung von Seite zu Seite für den Düsenauslass 1120 ermöglicht. Ein Kugelzapfengelenk kann auch verwendet werden, um die Düsenbaueinheit am Gehäuse zu befestigen, wodurch eine kreisförmige oder bogenförmige Bewegung des Düsenauslasses 1120 ermöglicht wird. Alternativ kann die Form des Antriebsschlitzes 1116 so ausgelegt sein, dass ein Schwingungsmuster von Seite zu Seite oder ein ovalförmiges Fluidmuster, das die Düse verlässt, erzeugt wird. Es sollte erkannt werden, dass die Taumelbewegung/Hülsen/Stütz/Antriebsbolzen-Baueinheit als durch Wasser angetriebener Motor betrachtet werden kann, der eine beliebige Anzahl von Vorrichtungen, die Fachleuten bekannt sind, antreiben kann.
Die Düsenbaueinheit 1096 definiert einen Fluiddurchgang, der mit einer Vielzahl von Fluideinlässen 1118 innerhalb des Gehäuses und einem Fluidauslasskanal 1120 außerhalb des Gehäuses 1092 in Fluidverbindung steht. Die Fluideinlässe 1118 erstrecken sich vorzugsweise durch die Wand der Düsenbaueinheit 1096 in einem geringfügigen Winkel. Die Düsenbaueinheit 1096 kann in Abhängigkeit vom gewünschten Strömungsmuster von Wasser, das die Düse oder den Fluidauslasskanal 1120 verlässt, kugelförmig, rund, elliptisch oder oval in der Form sein.
Bei der Verwendung berührt Wasser die Oberseite der Taumelbewegungsturbine 1094, was bewirkt, dass sie innerhalb der Hülse 1108 taumelt. Die Hülse 1108 taumelt wiederum, was eine Drehung aus ihrem Kontakt mit dem Stützelement 1110 erzeugt, wobei der Antriebsbolzen 1114 in einer im Allgemeinen kreisförmigen Bewegung bewegt wird, wobei die Mitte des Antriebsstifts nicht auf die Längsachse der Hülse 1108 ausgerichtet ist. Wie in 56 gezeigt, wirkt die taumelnde Hülse 1108 als Motor, um die Düsenbaueinheit 1096 in einer Hin- und Herbewegung um die Achse 1097 zu schaukeln, um ein Streifmuster von Wasser, das die Düse 1120 verlässt, zu erzeugen.
Die Wasserströmung kann durch Liefern von Luft in die Kammer durch einen Kanal belüftet werden. Die Wasserströmung in die Kammer kann durch Aktivieren eines gezeigten Nadelventils oder eines Absperrventils, wie vorher erörtert, gedrosselt werden.
46 ist eine Schnittansicht eines beweglichen Düsenauslasses, der in der Düsenbaueinheit anstelle der Auslasskanäle 1080, die in 2 und 3 gezeigt sind, verwendet werden könnte. Das Ende der Düsenbaueinheit 1052 kann dazu ausgelegt sein, eine Auslassdüse 1081 mit einer Vielzahl von Auslasskanälen, die sich durch diese erstrecken, aufzunehmen. Die Auslassdüse 1081 kann eine Kugel bilden, die in einer Hülse befestigt ist, so dass die Winkelposition der Auslassdüse 1081 dann durch den Benutzer mit seinen Händen eingestellt werden kann. Vorzugsweise ist die Kugel in der Hülse unter ausreichender Reibung befestigt, um ein relatives Rutschen während der Verwendung zu vermeiden, sie kann jedoch durch einen Benutzer leicht eingestellt werden. Die in den zwei unabhängigen Halbkugeln der Kugel ausgebildeten Auslasskanäle können in einem voneinander divergierenden Winkel, wie in 2 gezeigt, oder im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein. Ein üblicher Fachmann würde die Vielzahl von brauchbaren Winkeln für die Auslasskanäle erkennen.
47 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1156 weist ein Gehäuse 1158 zum Halten einer Taumelbewegungsturbine 1160 ähnlich der in 1 gezeigten auf. Die Taumelbewegungsturbine 1160 ist jedoch lose in einer Hülse 1162 aufgenommen, die ein Teil der Düsenbaueinheit 1164 ist. Das Gehäuse 1158 bildet eine Kammer 1166 mit einem Einlass 1168, der stromaufwärts von der Taumelbewegungsturbine 1160 angeordnet ist. Der Boden oder das distale Ende 1170 des Gehäuses bildet einen Kragen, ein Loch oder eine Öffnung 1172 durch diesen, um die Düsenbaueinheit 1164 verschiebbar aufzunehmen, welche eine Düse 1174, die mit der Außenseite des Gehäuses verbindet, und die Hülse 1162 zum Abstützen der Taumelbewegungsturbine 1160 innerhalb des Gehäuses aufweist.
Die Taumelbewegungsturbine 1160 weist eine konische obere Oberfläche 1176 wie die in 1 beschriebene auf, die an einer Säule 1178 befestigt ist. Die obe re Oberfläche 1176 der Taumelbewegungsturbine 1160 erstreckt sich vorzugsweise über die Säule 1178 hinaus, um einen ringförmigen Überhang zu bilden. Der Außendurchmesser der geringfügig kegelstumpfförmigen Säule 1178 ist kleiner als der Innendurchmesser der kegelstumpfförmigen Oberfläche der Hülse 1162, so dass, wenn die ganze Turbine innerhalb der Hülse taumelt, die Taumelbewegung auf die Düsenbaueinheit 1164 übertragen wird.
Die Düsenbaueinheit 1164 stellt einen ringförmigen Absatzabschnitt 1180 bereit, der auf dem Boden des Gehäuses aufliegt, wobei Fluideinlässe 1182 über dem ringförmigen Absatz 1180 angeordnet sind, und bildet einen Durchgang 1184 in Fluidverbindung mit dem (den) Einlass (Einlässen) 1182 und der Düse 1174. Die Einlässe 1182 bilden vorzugsweise eine Vielzahl von Kanälen, die sich durch die Wand der Düse erstrecken. Die Düse weist eine Vielzahl von Auslasskanälen 1186 in Fluidverbindung mit dem Durchgang 1184 auf. Vorzugsweise ist einer der Auslasskanäle 1186 auf die Mittellinie der Düsenbaueinheit ausgerichtet und die restlichen Auslasskanäle sind von der Mittellinie der Düsenbaueinheit 1164 weg voneinander abgewinkelt.
Die Öffnung oder der Kragen 1172 weist einen geringfügig größeren Innendurchmesser auf als den Außendurchmesser der Düsenbaueinheit 1164. Dieser Unterschied im Durchmesser wirkt zum Steuern der Drehgeschwindigkeit der Düsenbaueinheit 1164.
Das Wasser innerhalb des Gehäuses 1158 kann die Düse hinab zwischen der Düse und dem Kragen 1172 austreten, was ein willkürliches Sprüh bewirkt, das aus der Düsenbaueinheit ausgesandt wird. Um einen Druckaufbau durch das Wasser zwischen dem Kragen und der Düse zu verhindern, kann eine Nut 1188 in der Düsenbaueinheit 1164 ausgebildet sein. Wenn das Wasser die Außenseite der Düse hinabströmt, baut die Nut daher den Druck ab und ermöglicht, dass Wasser entlang der äußeren Oberfläche der Düse strömt, um sich dem Fluid anzuschließen, das die Kanäle 1186 verlässt.
48 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung 1157 ähnlich der in 47 gezeigten, wobei ähnliche Teile dieselbe Ziffer tragen. In dieser Ausführungsform kann eine Nut 1190 im Kragen 1172 ausgebildet sein, um dasselbe Ergebnis wie in der in 47 gezeigten Vorrichtung zu erzielen. Außerdem kann die Nut mit einem Dichtungselement 1191 wie z.B. einem O-Ring usw. versehen sein, um das Wasser vom Austritt abzuhalten. Die Spitze der Düse 1174 kann aus einem elastischen Material 1175 wie z.B. Gummi hergestellt oder mit diesem bedeckt sein, so dass die Düsenspitze gebogen werden kann, um Kalk oder andere Mineralablagerungen leicht aufzubrechen und zu entfernen.
49 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung 1200 ähnlich der in 47 gezeigten, wobei ähnliche Teile dieselbe Ziffer tragen. Die Vorrichtung 1200 weist ein Gehäuse 1158 zum Halten einer Taumelbewegungsturbine 1160 auf. Die Taumelbewegungsturbine 1160 ist lose in einer Hülse 1162 aufgenommen, die ein Teil der Düsenbaueinheit 1164 ist. Der Boden 1170 des Gehäuses bildet einen Kragen, ein Loch oder eine Öffnung 1172 durch diesen, um die Düsenbaueinheit 1164 verschiebbar aufzunehmen, welche eine Düse 1174, die sich durch das Gehäuse erstreckt, und die Hülse 1162 zum Abstützen der Taumelbewegungsturbine 1160 innerhalb des Gehäuses aufweist. Die Düsenbaueinheit umfasst auch eine Hülse 1202, die einen ringförmigen Absatz 1204 bildet, der am Boden 1170 des Gehäuses aufliegt. Die Hülse 1202 weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Kragens 1172, so dass sich die Hülse 1202 und die Düsenbaueinheit 1164 innerhalb des Kragens frei drehen können. Die Düsenbaueinheit bildet eine Vielzahl von Fluideinlässen 1206, die mit einer Vielzahl von Auslässen 1208 über Durchgänge 1210 verbunden sind.
Wenn Fluid durch den Einlass 1168 zum Gehäuse geliefert wird, schiebt der Fluiddruck die Taumelbewegungsturbine 1176 nach unten, wobei die Feder 1204 zusammengedrückt wird und die Düse 1174 nach unten geschoben wird, so dass sich die Fluidauslässe 1208 am unteren Ende 1214 der Hülse 1202 vorbei erstrecken und das Fluid freigeben. Wenn die Fluidströmung abgeschaltet wird, drückt die Feder 1204 die Düse nach oben, was die Auslässe 1208 in die Hülse 1202 zieht, um zu verhindern, dass sich Kalk und andere Mineralablagerungen auf den Düsenauslässen 1208 bilden. Mit der zweckmäßigen Konfiguration von Fluideinlässen 1206 kann diese Wirkung auch zum Regeln des Durchflusses so, dass er konstant ist, selbst wenn die Leitungsdrücke variieren können, dienen.
Der Kragen 1172 kann auch eine Nut 1216 ähnlich der in 47 gezeigten bilden, um den Wasserdruck abzubauen und willkürliche Sprühsträhle zu verhindern. Die Hülse 1202 kann auch eine Nut aufweisen, um denselben Zweck wie die Nut 1216 zu erzielen.
50 ist eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung 1270 der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1270 weist ein Gehäuse 1272 zum Halten einer Taumelbewegungsturbine 1274 auf. Das Gehäuse 1272 bildet eine Kammer 1276 mit einem Einlass 1278, der stromaufwärts von der Taumelbewegungsturbine 1274 angeordnet ist. Der Boden 1280 des Gehäuses 1272 bildet einen Kragen, ein Loch oder eine Öffnung 1282 durch diesen, um eine Säule 1284, die an der Taumelbewegungsturbine 1274 innerhalb des Gehäuses 1272 befestigt ist, und eine Düse 1286 außerhalb des Gehäuses 1272 verschiebbar aufzunehmen. Die Säule 1284 wird innerhalb der Öffnung 1282 durch einen ringförmigen Absatz 1288, der ermöglicht, dass sich die Säule 1284 innerhalb der Öffnung 1282 neigt und dreht, in einer Taumelbewegungsbeziehung gehalten. Diese Ausführungsform verwendet einen die Taumelbewegung begrenzenden, eine Drehung erzeugenden Wandkontakt, so die Hülsenverlängerung der Säule 1284 einen Kontakt herstellt und sich die Wand einwärts erstreckt und eine Kontaktoberfläche 1285 bildet, wie z.B. eine Oberfläche mit hoher Reibung oder eine biegsame Oberfläche wie ein O-Ring oder eine andere geeignete Struktur.
Die Taumelbewegungsturbine 1274 weist eine konische obere Oberfläche auf und ist ähnlich zu der in 48 gezeigten Taumelbewegungsturbine. Die Säule 1284 sieht einen Durchgang 1290 in Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlass 1292 und der Düse 1286 vor. Es sollte beachtet werden, dass die hier gezeigte spezielle Taumelbewegungsturbine 1274 insofern nicht begrenzend ist, als eine beliebige der hierin gezeigten Taumelbewegungsturbinen/Säulen-Konfigurationen verwendet werden kann.
Die Düse 1286 weist eine Kammer 1294 mit hohem Druck, die mit dem Durchgang 1290 in Fluidverbindung steht, und eine Vielzahl von Auslasskanälen 1296 mit hohem Druck auf. Die Kammer 1294 mit hohem Druck definiert eine Öffnung 1298, die mit einer Kammer 1300 mit niedrigem Druck in Fluidverbindung steht. Die Kammer 1300 mit niedrigem Druck weist Auslasskanäle 1302 mit niedrigem Druck auf. Ein Teil des Wassers strömt durch die Kammer 1294 mit hohem Druck zur Kammer 1300 mit niedrigem Druck, wo es die Düse mit einem niedrigeren Druck als das Wasser, das die Kammer mit hohem Druck verlässt, verlässt, wobei somit große Tröpfchen gebildet werden. Das die Auslasskanäle 1296 mit hohem Druck verlassende Wasser bildet kleinere Tröpfchen als das die Auslasskanäle 1302 mit niedrigem Druck verlassende Wasser.
Daher folgt das Fluid einem Weg, indem es in die Kammer 1276 durch den Einlass 1278 eintritt, über die Taumelbewegungsturbine 1274 strömt, durch den Einlass 1292 in den Durchgang 1290 in der Säule 1284 eintritt. Das Fluid verlässt dann die Düse 1286 entweder durch die Auslasskanäle 1296 mit hohem Druck oder die Auslasskanäle 1302 mit niedrigem Druck. Im Betrieb steht eine Fluidquelle unter Druck mit dem Einlass 1278 im Gehäuse 1272 in Verbindung. Der Druck vom Wasser, das in das Gehäuse 1272 eintritt, übt Kräfte auf die Säule 1284 aus, die die Säule 1284 nach unten schieben und ermöglichen, dass die Turbine taumelt. Die Turbine 1274 taumelt aufgrund des über die obere Oberfläche der Taumelbewegungsturbine 1274 strömenden Fluids. Sobald die Kammer im Wesentlichen mit Wasser gefüllt ist, tritt das Wasser darin in den Einlass in der Säule ein und strömt durch einen Durchgang in der Säule zu den Auslasskanälen in der Düse. Diese Konstruktion ist zur Verwendung bei Wasserströmen mit hohem Druck besonders nützlich, um Tröpfchen mit niedrigem und hohem Druck zu erzeugen, die eine insgesamt gleichmäßige Dusche zum Baden und dergleichen bereitstellen. Die Tröpfchen mit niedrigerer Geschwindigkeit helfen, jegliches pulsierende Gefühl der Tröpfchen mit hohem Druck zu entfernen, da sie mit den Tröpfchen mit hohem Druck nicht synchron sind.
51, 51A und 52 sind Querschnittsansichten von zwei alternativen Kopplungskonstruktionen, die verwendet werden können, um die Dreh-Taumel-Bewegung der Motorabtriebswelle oder Düsenbaueinheit 1164 zu nutzen, und diese Bewegung verwenden, um ein Zahnrad bzw. eine Welle mit einer echten Drehachse zu drehen. In beiden 51 und 52 sind die Taumelbewegungsturbine 1160 und die Düsenbaueinheit 1164 im Wesentlichen dieselbe wie in der Vorrichtung 1157 von 8 und gleiche Bezugszeichen werden in Bezug auf ähnliche Elemente verwendet. Die Unterschiede zwischen den Motoren 1310 und 1330 einerseits und der Vorrichtung 1157 andererseits richten sich auf zusätzliche Elemente, die an der Düsenbaueinheit 1164 anstelle der Düse 1174 befestigt sind, und ein zusätzliches Element, das am Boden des Gehäuses 1158 befestigt ist.
In 51 weist die Düsenbaueinheit 1164 eine verlängerte Säule 1312 auf, die mit einem Gelenk vom "Universal"-Typ in Eingriff steht, das mindestens zwei Freiheitsgrade bereitstellt, die der Taumelbewegung der Düsenbaueinheit 1164 gerecht werden können. Ein Stift 1314 steht durch die Seite der Säule 1312 schwenkbar in Eingriff oder ist alternativ schwenkbar an der Seite der Säule 1312 befestigt. Die äußersten Enden des Stifts 1314 stehen mit einem ringförmigen Ring 1316 mit doppelten Vorsprüngen 1318, die sich von diesem radial erstrecken, schwenkbar in Eingriff. Die Vorsprünge 1318 stehen wiederum mit einem weiteren ringförmigen Ring 1320 mit Steuerlöchern 1322 durch diesen schwenkbar in Eingriff. Der ringförmige Ring 1320 wird durch ein zylindrisches Lager 1324, das an der Unterseite des Bodens 1170 des Gehäuses 1158 befestigt ist, in echter axialer Ausrichtung gehalten. Der Ring 1320 kann dann mit verschiedenen Antriebsmitteln, einschließlich Zahnradzähnen 1326, die um den Umfang des Rings angeordnet sind, gekoppelt sein oder diese umfassen.
In 32 weist die Düsenbaueinheit 1164 eine verkürzte Säule 1332 mit einer zentralen Öffnung 1333 darin auf. Ein Schaft 1334 wird durch ein zylindrisches Lager 1336, das am Boden 1170 des Gehäuses 1158 befestigt ist, in echter axialer Ausrichtung gehalten. Der Schaft 1334 umfasst eine Säule 1338, die sich in die Öffnung 1333 erstreckt. Die Säule 1338 umfasst doppelte Vorsprünge 1340, die sich radial davon in Schlitze 1342 erstrecken, die innerhalb der Öffnung 1333 der Düsenbaueinheit 1164 ausgebildet sind. Es ist ein wichtiger Aspekt der Erfindung, dass der Motor 1330 durch Fluid angetrieben wird, dass nicht durch eine Düse austritt, sondern vielmehr durch einen separaten Kanal 1344 austritt und in Abhängigkeit von der Anwendung überhaupt keine Kammer benötigt. Ein solcher separater Kanal kann auch in das Gehäuse 1158 von 51 integriert sein, wobei die Säule 1312 vorzugsweise eingesteckt ist.
KAMMERLOSE KONSTRUKTIONEN
Die vorliegende Erfindung schafft eine Fluidauslassvorrichtung, die Fluid in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Sprühverteilung liefert. Die Bewegung der Vorrichtung ist eine Taumelbewegung, vorzugsweise kombiniert mit einer gewissen Drehbewegung. Die Taumelbewegung wird durch Abstützen eines Taumelbewegungs-Erzeugungselements oder einer Taumelbewegungsturbine im Weg der Fluidzufuhr mit einem Körperelement, vielleicht mit Rahmen, Balken, einem Gehäuse und/oder anderen Strukturelementen erzeugt. Im Gegensatz zu typischen Düsen auf Öffnungsbasis muss der Körper keinen Druck enthalten oder fluiddicht sein und kann tatsächlich im Wesentlichen offen sein. Das über die Taumelbewegungsturbine strömende Wasser bewirkt, dass sich die Taumelbewegungsturbine dreht und taumelt. Die Taumelbewegungsturbine bewirkt dann die Richtung Sprühmusters, das die Sprühdüse verlässt, wobei das Fluid in einem rotierenden Muster um die Achse der Vorrichtung verteilt wird. Der verteilte Fluidstrom, der von der Taumelbewegungsturbine stammt, wird durch eine Ablenkvorrichtung abgefangen und nach unten umgelenkt. Der Abstand der Taumelbewegungsturbine und der Ablenkvorrichtung sind gewählt, um den Momentverlust des Fluidstroms zu minimieren. Gemäß der Erfindung kann die Ablenkvorrichtung in einer beliebigen geeigneten Weise vorgesehen sein, wie z.B. als einteiliger Teil des Körpers oder der Taumelbewegungsturbine oder als insgesamt separate Komponente.
Das von der Taumelbewegungsturbine erzeugte Sprühmuster ändert sich mehr oder weniger schnell, so dass Fluidtröpfchen oder -ströme vielmehr entlang bogenförmiger Wege über die Zeit als kontinuierlich auf einen einzigen Punkt gelenkt werden. Diese Art von Sprühverteilungsmuster ist sanfter als viele stationären Muster und die einzigartige Konstruktion der Taumelbewegungsturbine umfasst keine komplexen mechanischen Teile oder signifikante Durchflussdrosselungen. Für bestimmte Anwendungen kann es erwünscht sein, Teiler an der Ablenkvorrichtung zu integrieren, um die Fluidströmung in eine Vielzahl von diskreten Fluidströmen aufzuteilen.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft eine Fluidauslassvorrichtung mit einem Taumelbewegungs-Erzeugungselement oder einer Taumelbewegungsturbine, das/die bewirkt, dass der Körper oder das Gehäuse, das das Taumelbewegungs-Erzeugungselement oder die Turbine trägt, auch taumelt. Insbesondere ist das Taumelbewegungs-Erzeugungselement in losem Kontakt mit dem Körper oder Gehäuse der Vorrichtung angeordnet, wobei folglich die Anzahl von Teilen, die erforderlich sind, um eine solche Bewegung zu erreichen, verringert wird und die Fähigkeit der Vorrichtung gesteigert wird, eine gewünschte Sprühbreite und ein gewünschtes Sprühmuster wie z.B. für eine Heimdusche oder einen Hahn zu erzeugen. Das Fluid wird von der Oberfläche der Taumelbewegungsturbine in einem Drehmuster verteilt und bewegt sich dann ohne Durchflussdrosselung über die Ablenkvorrichtung nach unten zum Auslass der Vorrichtung, wobei der Auslass im Wesentlichen offen sein kann oder nichteinschränkende Teiler oder Kanäle einer beliebigen Anzahl und Konfiguration umfassen kann. Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff "nach unten" oder "abwärts", dass das von der Taumelbewegungsturbine in einem ersten Winkel relativ zur axialen Mittellinie des Fluideinlasses verteilte Fluid so abgelenkt wird, dass das Fluid seine Richtung in einen zweiten, kleineren Winkel relativ zur axialen Mittellinie des Fluideinlasses ändert.
Obwohl die Taumelbewegungsturbine Fluid denkbar in einem ersten Winkel verteilen kann, der irgendeiner geringer als 90 Grad ist, sollte die Turbine Fluid in einem Winkel von weniger als 60 Grad von axial, vorzugsweise weniger als 45 Grad von axial und am meisten bevorzugt zwischen etwa 30 und etwa 40 Grad von axial verteilen. Die Ablenkvorrichtung sollte das verteilte Fluid von der Turbine mit einer Oberfläche empfangen oder abfangen, die ähnlich zum ersten Winkel abgewinkelt ist, in dem das Fluid von der Turbine verteilt wird. Obwohl die Ablenkvorrichtung das Fluid in vielen Winkeln umlenken kann, selbst Winkeln in Richtung der axialen Mittellinie anstelle von Winkeln, die von axial weggerichtet sin, sollte die Ablenkvorrichtung ferner eine sanfte, sich allmählich ändernde Steigung aufweisen, um das Fluid in ein engeres Fluidauslassmuster umzulenken, als eine gegebene Turbine ansonsten bereitgestellt hätte. Vorzugsweise lenkt die Ablenkvorrichtung das Fluid in einem Winkel innerhalb etwa +/– 20 Grad einer zur axialen Mittellinie parallelen Linie um und noch bevorzugter lenkt die Ablenkvorrichtung das Fluid in zwei oder mehr Winkeln um, wie z.B. mit zwölf Kanälen 66, wobei vier von ihnen in 0 Grad abgewinkelt sind und die anderen acht in 10 Grad abgewinkelt sind. Es sollte erkannt werden, dass, da die Turbine taumelt und bestimmte Ausführungsformen der Ablenkvorrichtung entweder in Abhängigkeit von oder unabhängig von der Taumelbewegungsturbine taumeln, die relativen Winkel und Kombinationen von Winkeln der Turbine und der Ablenkvorrichtung sich ständig ändern und ferner vom Grad der Taumelbewegung abhängen, der von den Konstruktionen ihrer Verbindungen, d.h. Säulen- und Hülsenabmessungen oder eine ringförmige Taumelbewegungsturbine und ein Raumbegrenzungselement usw., zugelassen wird. Schließlich sind die Turbinen- und Ablenkvorrichtungsoberflächen vorzugsweise konkav, um einen allmählichen Übergang der Richtung zu erreichen, in der der Wasserstrom mit nicht mehr als einem minimalen Momentverlust und ohne übermäßiges Spritzen oder Vernebeln des Wassers läuft.
Vorzugsweise ist das Taumelbewegungs-Erzeugungselement oder die Taumelbewegungsturbine in direktem Eingriff oder Kontakt mit dem Körper der Vorrichtung angeordnet. Insbesondere stützt das Körperelement die Taumelbewegungsturbine in einer axial beabstandeten Beziehung mit dem Fluideinlass ab, ob diese Abstützung eine mechanische Verbindung wie z.B. eine flexible Verbindungsvorrichtung oder eine Anordnung vom Kugel- und Käfig-Typ oder eine lockere Stecker-Buchsen-Beziehung wie z.B. die am meisten bevorzugte Säulen- und Hülsenbezie hung zur Folge hat. Der Begriff "Säulen- und Hülsenbeziehung", wie hierin verwendet, umfasst eine beliebige einer Anzahl von Konfigurationen, bei der eine Säule (Steckerverbindungsvorrichtung), die eine äußere zylindrische, konische oder kegelstumpfförmige Oberfläche bildet, lose innerhalb einer Hülse (Buchsenverbindungsvorrichtung) aufgenommen ist, die eine innere zylindrische, konische oder kegelstumpfförmige Oberfläche bildet, um zu ermöglichen, dass die Taumelbewegung dazwischen stattfindet. Die untere Oberfläche der Säule ist vorzugsweise abgerundet oder anderweitig ausgebildet, um die Reibung und Bindung zwischen den Elementen zu minimieren. Es sollte erkannt werden, dass die Hülse als einteiliger Teil des Körpers oder Gehäuses ausgebildet sein kann und die Säule ein Teil des Taumelbewegungs-Erzeugungselements sein kann oder umgekehrt. Es ist bevorzugt, die Säule und die Hülse mit ausreichend Toleranzen zwischen ihnen zu konstruieren, so dass das Taumelbewegungs-Erzeugungselement in Bezug auf den Körper oder das Gehäuse ohne Bindung taumeln kann. Ferner ist es am meisten bevorzugt, eine Säulen- und Hülsenbeziehung mit einer konischen oder kegelstumpfförmigen Oberfläche oder zumindest einem Abschnitt der Säule mit einem ersten Durchmesser für einen Rolleingriff mit einer konischen oder kegelstumpfförmigen Oberfläche oder zumindest einem Abschnitt der Hülse mit einem geringfügig größeren Durchmesser, der in einer axialen beabstandeten Beziehung mit dem Fluidauslass abgestützt ist, zu verwenden. Die konischen oder kegelstumpfförmigen Oberflächen sollten einen gemeinsamen Scheitel aufweisen, damit die Oberflächen in vollständigen Rollkontakt kommen.
Die Taumelbewegungsturbine kann durch den Körper, den Rahmen oder das Gehäuse der Vorrichtung in einer beliebigen Konfiguration abgestützt werden, wird jedoch vorzugsweise mit einer Reihe von dünnen Rippen, vorzugsweise drei oder vier, die sich radial vom Körper, Rahmen oder von der Gehäusewand erstrecken und unter den Auslasskanälen angeordnet sind, abgestützt. Die Verwendung von dünnen Rippen reicht im Allgemeinen aus, um die Taumelbewegungsturbine abzustützen, ohne irgendeine signifikante Einschränkung für die gesamte Fluidströmung vorzusehen. Alternativ kann die Taumelbewegungsturbine durch einen einzelnen Arm abgestützt werden, der sich entlang einer Seite der Vorrichtung erstreckt.
Die Vorrichtung hat die Fähigkeit gezeigt, mit einer verringerten Wasserdurchflussrate zu arbeiten, während ein zufriedenstellender Wasserstrom bereitgestellt wird, der in einem Gießhahn besonders nützlich ist. Aufgrund der Taumelbewe gungswirkung ist die Verteilung oder Abdeckung von Fluid, das aus der Vorrichtung auf eine Oberfläche ausgegeben wird, äußerst gleichmäßig und kann als Dreh-Taumel-Fluidverteilung gekennzeichnet werden, wie in der US-Patentanmeldung Seriennummer 09/115 362 dargelegt, die durch den Hinweis hierin aufgenommen wird. Daher ermöglicht das Verteilungsmuster, dass die Vorrichtung weniger und weniger drosselnde Kanäle mit einer größeren Querschnittsfläche aufweist, die weniger wahrscheinlich mit Kalk, anderen Mineralien oder Teilchen verengt oder verstopft werden.
Obwohl der Grad der Taumelbewegung durch die Toleranzen zwischen einer Säule und einer Hülse oder zwischen einer Taumelbewegungsplatte und einem Raumbegrenzungselement begrenzt werden kann, kann die Vorrichtung wahlweise ferner ein aktives Taumelbewegungs-Begrenzungselement umfassen. Ein aktives Taumelbewegungs-Begrenzungselement wie z.B. ein Nachführungsring arbeitet als selbstzentrierender Mechanismus für die Taumelbewegungsturbine.
Es sollte erkannt werden, dass die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung und deren einzelne Komponenten aus beliebigen bekannten Materialien hergestellt werden können, vorzugsweise jenen Materialien, die gegen chemischen und thermischen Angriff durch das durch diese strömende Fluid beständig sind. Wenn das Fluid Wasser ist, umfassen die bevorzugten Materialien Kunststoffe, wie z.B. ein oder mehrere spritzgießbare oder strangpressbare Polymermaterialien, am meisten bevorzugt ein Acetalharz, und Metalle oder Metalllegierungen wie z.B. Edelstahl. Andere und weitere Materialien, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sollten für einen Fachmann ersichtlich sein und werden als innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung betrachtet.
36 bis 38 sind Draufsichten auf verschiedene konische obere Oberflächen 558 einer Turbine 554. Die obere Oberfläche 558 der Taumelbewegungsturbine 554 ist mit Flügeln 560 dargestellt, die in einer nicht-radialen Konfiguration ausgebildet sind. Es sollte beachtet werden, dass die Fluidströmung, die auf die Taumelbewegungsturbine auftrifft, die Taumelbewegungsturbine seitwärts in eine geneigte Position schiebt, so dass der Mittelpunkt der Taumelbewegungsturbine im Wesentlichen außerhalb des Fluidstroms vom Einlass liegt und nur eine Seite der Taumelbewegungsturbine zu irgendeinem Zeitpunkt auf den Fluidstrom ausgerichtet ist. Jeder der Flügel 560, die in der oberen Oberfläche der Taumelbewegungsturbine 54 ausgebildet sind, sind nicht radial und bewirken, dass die Taumelbe wegungsturbine 554 um den Fluideinlass 550 umläuft, wenn das Fluid gegen die Flügel 560 strömt, Die nicht-radialen Flügel 560, die konische Oberfläche und die lose Beziehung zwischen der Säule und der Hülse stellen sicher, dass, wenn Fluid gegen die Oberseite der Taumelbewegungsturbine 554 unter Druck (sogar niedrigem Druck) strömt, sich die Taumelbewegungsturbine außermittig neigt und zu taumeln beginnt. Insbesondere verursacht das Fluid, das auf die konische Oberfläche 558 der Turbine auftrifft, eine Neigungskraft und das durch die Flügel 560 strömende Fluid verursacht Drehkräfte. Daher bewirkt der durch den Einlass strömende Fluidstrom, dass die Taumelbewegungsturbine taumelt.
Sobald die Taumelbewegung beginnt, hält die fortgesetzte Wasserströmung die Taumelbewegungsturbine in einer Taumelbetriebsart. Ferner verursacht die Fluidströmung auch eine Niederhaltekraft, die die Turbine nach unten schiebt, was die Turbine gewöhnlich davon abhält, dass sie aus ihrer zusammenwirkenden Beziehung mit der Hülse verlagert wird. Daher ist es bevorzugt, dass der Winkel der konischen Oberfläche 558 ausreichend groß ist, um zumindest eine geringfügige Neigungskraft zu erzeugen, selbst wenn die Turbine bereits vollständig geneigt ist, jedoch nicht so groß ist, dass verursacht wird, dass die Turbine nach oben und außer Kontakt mit der Hülse gezogen wird. Es sollte erkannt werden, dass jede der Ausführungsformen der 36 bis 39 gleichermaßen wirksam sein können, wenn die Taumelbewegungsturbine eine Hülse (anstelle einer Säule) umfasst und das Sprühgehäuse eine Säule (anstelle einer Hülse) zum Eingriff mit der Taumelbewegungsturbinenhülse umfasst.
Für irgendeine gegebene Taumelbewegungsturbine kann die Taumelbewegungsrate oder -geschwindigkeit erhöht (oder verringert werden), indem die Durchflussrate von Fluid durch den Sprühkopf erhöht (oder verringert wird). Es ist jedoch möglich, die Taumelbewegungsturbine so zu konstruieren, dass sie eine schnellere oder niedrigere Taumelbewegungsrate für eine gegebene Fluiddurchflussrate aufweist, indem der Winkel oder Abstand der Nuten oder Flügel der Taumelbewegungsturbine geändert wird oder indem die relativen Abmessungen der Säule und der Hülse oder anderer gleicher taumelnder oder Taumelbewegungs-Begrenzungselemente geändert werden.
Mit Bezug auf 36 kann eine Taumelbewegungsturbine so ausgelegt sein, dass sie eine im Allgemeinen langsamere Taumelbewegungsrate aufweist, indem der Abstand und die Tiefe der Flügel verringert werden, d.h, indem die Flügel 560 mit einem kleinen Winkel β zu radial konstruiert werden. Ebenso kann die Taumelbewegungsturbine so ausgelegt sein, dass sie eine schnellere Taumelbewegungsrate aufweist, indem der Abstand der Flügel vergrößert wird, d.h. indem die Flügel 560 mit einem größeren Winkel δ zu radial konstruiert werden, was in 37 gezeigt ist. Ferner kann auch die Anzahl oder der Abstand und die Größe der Flügel modifiziert werden, um eine Taumelbewegungsrate spezifisch auszulegen, wie in 38 gezeigt, wo die Flügel 560 weit auseinander liegen, was ermöglicht, dass ein signifikanter Teil des Wassers über die Turbine strömt, ohne auf einen der dünnen Flügel 600 zu treffen, und daher ein geringeres Winkelmoment für die Turbine vorsieht.
39 ist eine Draufsicht auf einen Sprühkopf, die die Auslasskanäle des Gehäuses zeigt. Obwohl die Auslasskanäle in einer beliebigen auf dem Fachgebiet bekannten Weise vorgesehen sein können, ist ein bevorzugter Satz von Auslasskanälen 604 durch eine Vielzahl von Rippen oder Teilern 606 definiert, die mit der inneren Oberfläche 610 des Sprühgehäuses 542 verbunden sind. Vier Rippen 608 sind am Gehäuse 543 befestigt und erstrecken sich radial nach innen, um die Hülse 570 abzustützen. Es ist bevorzugt, einen geringeren Abschnitt der Auslasskanäle 604 in einem geringeren Winkel zur Achse des Sprühgehäuses 542 zu richten, um ein gleichmäßigeres Sprühmuster oder eine gleichmäßigere Abdeckung über einem Objekt in einem kurzen Abstand vom Sprühkopf vorzusehen, wie z.B. eine Person, die eine Dusche nimmt. Auslasskanäle mit geringerem Winkel sind vorzugsweise in beabstandeten Intervallen um den Umfang der Sprühdüse oder an Stellen radial einwärts in Richtung der Mittelachse des Sprühgehäuses (nicht dargestellt) ausgebildet.
40 und 41 sind Schnittansichten einer Vorrichtung 620, bei der die Taumelbewegungsturbine 622 eine Bohrung 624 definiert, die sich durch die Oberseite der Turbine 558 und durch die Säule 556, vorzugsweise entlang der Mittelachse der Turbine, erstreckt. Das untere Ende der Hülse 546 definiert eine Öffnung 626 darin. Ein Ventilelement 628 ist am unteren Ende der Hülse 546 angeordnet und wirkt zum Ändern des Durchflusses des Wassers, das die Duschkopf-Baueinheit 620 verlässt. Das Ventilelement kann eine beliebige Anzahl von Formen annehmen, einschließlich Kegelventilen, Nadelventilen, Drosselklappen, Absperrventilen und dergleichen, ist jedoch hier als manuelles Absperrventil oder Gleitelement 628 gezeigt. Wenn sich das Gleitelement 628 in einem offenen Zustand befindet, strömt das Wasser durch die Bohrung 624 in der Taumelbewegungsturbine 622 und aus der Öffnung 626 in der Hülse 546. Dieses Strömungsmuster sieht einen kompakten Strom von Wasser vor, der zum Reinigen eines Rasierers, einer Zahnbürste oder eines anderen Objekts nützlich ist. Wie in 41 gezeigt, wird das Wasser, wenn sich das Gleitelement in einem geschlossenen Zustand befindet, dazu gebracht, über die Turbine und durch die Auslasskanäle 566 auszuströmen. Alternativ kann sich die innere Oberfläche 548 nahe dem unteren Ende der Hülse 546 nach innen verjüngen, so dass, wenn sich das Gleitelement 628 in einem offenen Zustand befindet, die Turbine geringfügig fällt, so dass sie durch das Gehäuse festgehalten wird, wie z.B. indem die Hülse die Säule greift und/oder das Gehäuse sicher mit der Unterseite des Taumelbewegungsturbinenkopfs in Eingriff steht. Es sollte beachtet werden, dass beliebige der hierin gezeigten Ausführungsformen dazu ausgelegt werden können, eine ähnliche Taumelbewegungsturbine mit einer Bohrung durch diese und ein Ventilelement zu verwenden, um einen schmalen Wasserstrom aus der Vorrichtung bereitzustellen.
42 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Vorrichtung 640, bei der die Hülse 546 vom Fluideinlass 550 durch einen Käfig oder ein Gestellelement 642 abgestützt ist. Die Taumelbewegungsturbine 622 ist ähnlich der in 14 gezeigten, wobei sich eine Bohrung 624 durch diese erstreckt. Der Käfig 642 stützt die Hülse 546 derart ab, dass sich der Käfig und die Hülse nicht bewegen, wenn sich die Taumelbewegungsturbine 622 und das Gehäuse 642 bewegen. Der Käfig 642 umfasst Arme 646, die am Fluideinlass 550 und an der Hülse 546 befestigt sind. die Arme 646 weisen einen dünnen Querschnitt auf, so dass sie die Wasserströmung, die die Baueinheit 640 verlässt, nicht stören. Ein Taumelbewegungs-Begrenzungsring 648 zum Begrenzen der Taumelbewegung der Turbine 622 erstreckt sich vom Wassereinlass 50 zu einem Punkt direkt über der Taumelbewegungsturbine 622, so dass die konische obere Oberfläche der Taumelbewegungsturbine die innere Oberfläche des Rings 648 berühren kann. Der Grad der Taumelbewegung für das Gehäuse 542 ist ebenso durch die ringförmige Taumelbewegungsplatte 544 und einen Kragen oder ein Raumbegrenzungsmittel 552, einschließlich einer Taumelbewegungs-Begrenzungsplatte 650, begrenzt, die die Oberseite des Gehäuses 542 berührt, um den Grad der Taumelbewegung zu begrenzen, wobei folglich ein kompakter Wasserstrom wie in 48 ermöglicht wird. Die Taumelbewegungs-Begrenzungsplatte 650 kann der Länge nach eingestellt werden, um veränderliche Grade an Taumelbewegung für das Gehäuse 542 zu ermöglichen.
Obwohl sich das vorangehende auf die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung richtet, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung erdacht werden, ohne von deren grundliegendem Schutzbereich abzuweichen, und deren Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt, die folgen.

Claims

Sprühkopf-Baueinheit (40), mit einem Gehäuse (42), das einen Fluideinlass (45) besitzt, einer Düsenbaueinheit und einer Öffnung (52) in dem Gehäuse (42), durch die die Düsenbaueinheit verläuft und die einen äußeren Abschnitt (48), der eine Auslassdüse (48) bildet, und einen inneren Abschnitt (46), der in dem Gehäuse (42) positioniert ist, aufweist, wobei die Düsenbaueinheit einen Fluidkanal besitzt, der den inneren Abschnitt (46) innerhalb des Gehäuses (42) mit der Auslassdüse (48) außerhalb des Gehäuses (42) verbindet, gekennzeichnet durch: ein Taumelbewegungs-Erzeugungselement (44), das in dem Gehäuse (42) positioniert ist und auf den inneren Abschnitt (46) der Düsenbaueinheit wirkt und unabhängig von diesem beweglich ist, wobei das Taumelbewegungs-Erzeugungselement (44) in dem Gehäuse (42) in Bezug auf den Einlass (45) so positioniert ist, dass es eine Taumelbewegung der Düsenbaueinheit erzeugt, die sich dem durch den Einlass (45) strömenden Fluid, das mit dem Taumelbewegungs-Erzeugungselement (44) in Kontakt gelangt, resultiert, und Mittel (72), die der Düsenbaueinheit zugeordnet sind, um deren Taumelbewegung, mit der die Düsenbaueinheit durch das unabhängig bewegliche Taumelbewegungs-Erzeugungselement (44) beaufschlagt wird, zu begrenzen.
Sprühkopf-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Abschnitt (46) der Düsenbaueinheit eine Säule (54) aufweist und das Taumelbewegungs-Erzeugungselement (44) eine Düse (62) aufweist, die an der Säule (54) lose angebracht und in Bezug auf diese beweglich ist.
Sprühkopf-Baueinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Abschnitt (46) der Düsenbaueinheit eine Hülse (62) aufweist und das Taumelbewegungs-Erzeugungselement eine Säule (54) aufweist, die sich in die Hülse (62) erstreckt und in Bezug auf diese beweglich ist.
Sprühkopf-Baueinheit nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die der Düsenbaueinheit zugeordneten Mittel (72) zum Begrenzen ihrer Taumelbewegung eine Platte mit einer kegelstumpfförmigen Oberfläche (72) aufweisen, die mit dem Gehäuse (42) in Umfangsrichtung (51) um die Gehäuseöffnung (52) in Eingriff ist, um die Bewegung der Düsenbaueinheit zu begrenzen.
Sprühkopf-Baueinheit nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Taumelbewegungs-Erzeugungselement (44) Mittel vorhanden sind, die in Reaktion auf das durch den Einlass (45) strömende Fluid das Taumelbewegungs-Erzeugungselement dazu veranlassen, sich in dem Gehäuse (42) zu drehen.
Sprühkopf-Baueinheit nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Taumelbewegungs-Erzeugungselement (44) Mittel (58) vorhanden sind, die in Reaktion auf das durch den Einlass (45) strömende Fluid das Taumelbewegungs-Erzeugungselement (44) dazu veranlassen, in dem Gehäuse (42) zu taumeln.
Sprühkopf-Baueinheit nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Taumelbewegungs-Erzeugungselement (44) in Reaktion auf das durch den Einlass (45) strömende Fluid in dem Gehäuse eine Dreh- und eine Taumelbewegung ausführt.
Sprühkopf-Baueinheit nach einem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch Mittel (162, 164), die die Rate ändern, mit der die Düsenbaueinheit taumelt.
Sprühkopf nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Taumelbewegungs-Erzeugungselement (44) eine Turbine mit mehreren Schaufeln (1432) ist, die so konfiguriert sind, dass sie die Turbine veranlassen, sich zu drehen, wenn ein Strom von dem Fluideinlass (45) auf sie trifft.
Sprühkopf nach einem vorhergehenden Anspruch, ferner gekennzeichnet durch Mittel (1416) zum Einstellen des Bereichs, in dem die Düsenbaueinheit taumeln kann.
Sprühkopf-Baueinheit nach einem vorhergehenden Anspruch, ferner gekennzeichnet durch Mittel (1450) zum Einstellen der Geschwindigkeit des auf das Taumelbewegungs-Erzeugungselement (44) gerichteten Fluids.
Sprühkopf-Baueinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einstellen der Geschwindigkeit ein Durchflusssteuerventil (204) sind.
Sprühkopf-Baueinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflusssteuerventil (222) einen ersten Auslass (224), der eine wahlweise Verbindung von dem Fluideinlass (45) zu dem Taumelbewegungs-Erzeugungselement (44) schafft, und einen zweiten Auslass (226), der eine wahlweise Verbindung von dem Fluideinlass um das Taumelbewegungs-Erzeugungselement (44) schafft, besitzt.