EP2578319B1

EP2578319B1 - Brausekopf

Info

Publication number: EP2578319B1
Application number: EP12006844.0A
Authority: EP
Inventors: Thomas Vorel
Original assignee: Grohe AG
Current assignee: Grohe AG
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2017-07-12
Anticipated expiration: 2032-10-02
Also published as: EP2578319A1; DE102011114945A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Brausekopf für Sanitärbrausen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Viele Brauseköpfe von Sanitärbrausen sind dazu geeignet, unterschiedliche Strahlarten abzugeben. Neben Einzelstrahlen sind belüftete Strahlen, die häufig auch Champagnerstrahlen genannt werden, bekannt, bei denen dem Wasserstrahl Luftblasen beigefügt werden.
Zur Erzeugung der belüfteten Brausestrahlen sind unterschiedliche Ausführungsarten von Brauseköpfen bekannt. Die in der CH 686 409 A5 offenbarte Handbrause weist im Handgriff eine Wasserzuleitung mit einer einen Düsenstrahl bildenden Durchflussbegrenzerdüse auf, die wie die vorhandene Luftzufuhrleitung in einen sich erweiternden Injektorraum mündet, wobei im Anschluss an den Injektorraum ein Druckaufbau- und Vermischungsraum angeordnet ist, der unmittelbar durch den Strahlbildner begrenzt ist. Da der Brausekopf nur zur Abgabe einer einzigen Strahlart vorgesehen ist und es sich zudem um einen einschaligen Brausekopf handelt, sind an die Konstruktion hinsichtlich der Bauhöhe keine Anforderungen zu stellen.
Aus der EP 1 020 571 A1 ist eine Handbrause mit einer nach Art einer Wasserstrahlpumpe arbeitenden Luftansaugeinrichtung bekannt. Die Luftansaugeinrichtung kann je nach Wunsch ein- und abgeschaltet werden. Zudem ist der Durchflussquerschnitt für die Flüssigkeit bei Abschaltung der Luftansaugeinrichtung erweiterbar. Die Belüftungseinrichtung ist im Handgriff der Handbrause vorgesehen, an den sich ein ausgedehnter Mischraum anschließt.
Zudem ist aus der DE 38 25 537 A1 ein Brausekopf zur Herstellung von belüfteten Strahlen bekannt, der mehrere Mischkammern mit trichterförmigen Einlässen und einem zentralen Kanal für die Luftansaugung aufweist. Durch die Querschnittsverringerung an den Einlässen und der erhöhten Geschwindigkeit des Wassers wird an der engsten Stelle ein Unterdruck erzeugt, so dass durch eine Öffnung an der engsten Stelle der Mischkammer nach dem Venturiprinzip ständig Luft angesaugt wird.
Weiterhin ist aus der CH 686 409 A5 ein Brausekopf bekannt, der aus einem die Wasserzuleitung bildenden Haltegriff und mindestens einem über der Wasseraustrittsöffnung angebrachten Brausesieb besteht. Die Wasserzuleitung weist eine Durchflussbegrenzerdüse auf, die in einem Injektorraum mündet. Eine von außen kommende Luftzufuhrleitung im Handgriff mündet ebenfalls in den Injektorraum, an den ein sich chronisch erweiternder Druckaufbau- und Vermischungsraum anschließt.
Schließlich ist aus der US 4,135,670 A eine Brauseeinrichtung mit einem wassereindüsenden Abschnitt bekannt, der aus einer Düsenplatte mit einer Mehrzahl von Düsen und einer Abdeckung mit Austrittsöffnungen gebildet ist. Die Düsenplatte und die Abdeckung weisen beide die gleiche Anzahl von Öffnungen auf und sind in einem festen Abstand zueinander angeordnet. Die Düsen und die Austrittsöffnungen sind verjüngt, um einen kleinen Durchmesser in Richtung der Auslassseite vorzusehen.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Brausekopf mit unterschiedlichen Strahlarten, der einen wirksamen belüfteten Strahl bei verringerter Wasserdurchflussmenge aufweist, zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Brausekopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Mit der Erfindung wird ein Brausekopf für eine Sanitärbrause mit einem Brausekopfgehäuse, das einen Strahlbildner mit einer Vielzahl von Strahlaustrittsöffnungen zur Erzeugung unterschiedlicher Strahlarten umfasst, bereitgestellt. Weiterhin ist in dem Brausekopfgehäuse wenigstens eine Wasserführung angeordnet, über die Wasser zu den Strahlaustrittsöffnungen oder einer bestimmten Anzahl von Strahlaustrittsöffnungen gelangt. Zur Erzeugung von belüfteten Strahlen bzw. zur Erzeugung eines Luft-Wassergemischs ist in dem Brausekopf wenigstens eine Belüftungseinrichtung, die eine Lufteintrittsöffnung und einen Luftkanal umfasst, vorgesehen. Weiterhin weist der Brausekopf eine Mischkammer auf, die in Fluidverbindung mit der Wasserführung und der Belüftungseinrichtung bzw. dem Luftkanal steht.
Erfindungsgemäß ist zur Verbindung von Wasserführung und Mischkammer wenigstens ein Düsenkanal vorgesehen. Der Düsenkanal weist einen konstanten Durchflussquerschnitt auf. Die Austrittsöffnung, deren Form der des Durchflussquerschnitts entspricht, kann vor oder innerhalb der Mischkammer angeordnet sein. Hierbei ist die Mischkammer in Form eines Rohres ausgebildet, das einen gegenüber dem Düsenkanal größeren oder sprunghaft erweiterten Durchflussquerschnitt aufweist. Weiterhin ist die Mischkammer derart geformt, dass sie sich in Fließrichtung des Wassers zu ihrem Ende hin verjüngt.
Das Luftansaugprinzip des erfindungsgemäßen Brausekopfes funktioniert dabei ähnlich einer Strahlpumpe. Diese besitzt zwei Eingänge und einen Ausgang und besteht im Prinzip aus zwei ineinander gesteckten Rohren. Am Wassereingang tritt ein Wasserstrahl unter dem vollen Leitungsdruck aus dem Düsenkanal in die Mischkammer, also einem Rohr mit größerem Durchmesser. Der Düsenkanal wird hierbei auch als Treibdüse und die Mischkammer als Fangdüse bezeichnet. Der Wasserstrahl reißt auf und durch die Reibung und Verwirbelung mit der umgebenden Luft kommt es zur Vermischung. Bei diesem Vorgang wird kinetische Energie vom Wasserstrahl auf die umgebende Luft übertragen, womit ein effektiver Fördermechanismus zur Verfügung steht. Die Saugleistung ist direkt proportional zum Wasserdurchfluss.
Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass die Querschnittsform des Düsenkanals oder der Austrittsöffnung des Düsenkanals eine wesentliche Auswirkung auf den Belüftungsgrad der Brausestrahlen haben. Gemäß der Erfindung weisen daher der Düsenkanal und/oder die Austrittsöffnung des Düsenkanals einen polygonalen, insbesondere einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt auf. Aufgrund dieser Querschnittsausbildung ist an der Eintrittsstelle des Wassers in die Mischkammer eine bessere Luftaufnahme durch die Wassertropfen möglich, da der Strahl besser aufgerissen wird und in feinere Tröpfchen zerfällt.
Allerdings ist es auch möglich, den Düsenkanal mit einem runden Querschnitt auszuführen.
Weiterhin spielen für die Förderung bzw. für das Ansaugen der Luft und den Grad der Luft-Wasservermischung auch die Größenverhältnisse von Düsenkanal und Mischkammerdurchflussquerschnitt eine Rolle. Es hat sich gezeigt, dass eine sehr gute Luftdurchmischung bei einem Größenverhältnis des Durchflussquerschnitts des Düsenkanals zum kleinsten Durchflussquerschnitt der Mischkammer von kleiner als 1:3, insbesondere 1:3,7 gegeben ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Anschluss an die Mischkammer ein Diffusor angeordnet. Dieser schließt sich an die engste Stelle im Durchflussquerschnitt der Mischkammer an. Mittels des Diffusors wird die Strömung des belüfteten Wassers verlangsamt und der Flüssigkeitsdruck erhöht. Hierzu weist der Diffusor einen Strömungsquerschnitt auf, der sich stetig oder unstetig über dessen Länge erweitert. Der Diffusor kann hierbei mechanisch mit der Mischkammer verbunden werden oder als Bauteil einteilig zusammen mit der Mischkammer vorgesehen sein.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur Verteilung des Fluidgemischs oder Wasser-Luftgemischs -in Fließrichtung gesehen- vor den Strahlaustrittsöffnungen des Brausekopfs eine Ringkammer oder Wasserverteilkammer angeordnet ist. Üblicherweise sind die Strahlaustrittsöffnungen, durch die das Wasser-Luftgemisch abgegeben werden soll, ringförmig um einen Mittelpunkt des Strahlbildners angeordnet. Um bei den gering vorgesehenen Bauhöhen des Brausekopfes alle Strahlaustrittsöffnungen mit dem Wasser-Luftgemisch versorgen zu können, muss in Fließrichtung nach der Mischkammer oder dem Diffusor eine Verteilkammer vorgesehen sein, die die Verbindung von der Mischkammer zu allen Strahlaustrittsöffnungen gewährleistet. Vorteilhafterweise sind zur gleichmäßigen Versorgung der Ringkammer oder Wasserverteilkammer mehrere Düsenkanäle und Mischkammern vorgesehen. Je nach Größe der Brause hat sich hierbei gezeigt, dass die gewünschte Durchflussmenge an Wasser-Luftgemisch über eine größere Anzahl der Düsenkanäle und Mischkammern erzielbar ist, während eine Vergrößerung der Durchflussquerschnitte keine ausreichende Luft-WasserVermischung und damit einhergehende Wasserersparnis verspricht.
Weiterhin ist es möglich, den Düsenkanal als Einzelteil oder Baueinheit vorzusehen, das gedichtet in die Wasserführung einsetzbar oder einschraubbar ist. Da Untersuchungen ebenfalls gezeigt haben, dass der Belüftungsgrad ebenfalls vom Abstand der Austrittsöffnung des Düsenkanals und dem kleinsten Durchflussquerschnitt der Mischkammer abhängig ist, kann somit dieser Abstand variiert und je nach gewünschtem Strahlbild und Belüftungsgrad eingestellt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Gleichwirkende Elemente sind dabei in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Einzelnen zeigen dabei:

Fig. 1: einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Brausekopf
Fig. 2: das Detail II aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Brausekopf 1. Der Brausekopf 1 umfasst ein Brausekopfgehäuse 2, in welchem an der Unterseite ein Strahlbildner 3 oder eine Strahlbildnereinheit angeordnet ist, der oder die eine Vielzahl von Strahlaustrittsöffnungen 31, 32, 33 aufweist. Die Strahlaustrittsöffnungen 31, 32, 33 haben unterschiedliche Formen und/oder Größen und sind unterschiedlichen Wasserführungen 4 oder Zuflusskanälen zugeordnet, die über eine Betätigungseinrichtung 10 wahlweise angesteuert werden können. Somit sind unterschiedliche Strahlarten wie z.B. Einzelstrahlen, die durch die Wasseraustrittsöffnungen 31 abgegeben werden, realisierbar. Bei der vorliegenden Erfindung stehen belüftete Strahlen, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Wasseraustrittsöffnungen 33 abgegeben werden, im Vordergrund.
Zur Erzeugung belüfteter Brausestrahlen ist in dem Brausekopf 1 eine Wasserführung 4 angeordnet, die mit einer Mischkammer 6 in Verbindung steht. Außerdem steht die Mischkammer 6 mit einem Luftkanal 5 in Verbindung, dessen Luftansaugöffnung im Brausekopfgehäuse 2 angeordnet ist. Hierzu weist die Mischkammer 6 eine Öffnung 62 auf, deren Form der jeweils notwenigen Geometrie der Wasserführung 4 oder des Brausekopfgehäuses 2 angepasst sein kann.
Das Wasser für die belüfteten Strahlen gelangt über einen Düsenkanal 7, in welchem die Durchflussgeschwindigkeit des Wassers aufgrund des verengten Querschnitts extrem erhöht wird, aus der Wasserführung 4 in die Mischkammer 6. Die Anreicherung des Wassers mit Luft erfolgt dabei nach dem Wirkprinzip einer Wasserstrahlpumpe. Das Wasser dient als Treibmedium, das mit hoher Geschwindigkeit aus der Austrittsöffnung 71 des Düsenkanals 7 bzw. der Treibdüse in die Mischkammer 6 - oder auch Fangdüse genannt - einströmt. Dort trifft das Wasser auf die sich hier befindliche Luft, die als Saugmedium dient. Durch innere Reibung und Turbulenzen entsteht eine Scherspannung in der Grenzschicht zwischen dem schnellen Wasser und dem wesentlich langsameren Saugmedium Luft, so dass das Saugmedium beschleunigt und mitgerissen wird. Da auch die Luft in der Mischkammer 6 beschleunigt wird, entsteht auch für das Saugmedium ein Druckabfall, so dass Luft aus dem Luftkanal 5 nachgefördert wird.
Innerhalb der sich verjüngenden Mischkammer 6 wird die Geschwindigkeit des Wasser-Luftgemischs bis zum kleinsten Durchflussquerschnitt 61 am Ende der Mischkammer 6 erhöht und anschließend in einem Diffusor 8, dessen Querschnitt sich in Fließrichtung des Fluidgemischs stetig erweitert, wieder reduziert. Hierbei wird die Druckenergie des Wasser-Luftgemischs gleichzeitig erhöht.
Im Anschluss an den Diffusor 8 tritt das Wasser-Luftgemisch in eine Wasserverteilkammer 9 ein, die in Verbindung mit den zugehörigen Wasseraustrittsöffnungen 33 steht. Hiermit kann das Wasser-Luftgemisch optimal über die ganze gewünschte Strahlbildnerfläche verteilt werden.
Aufgrund der Geometrie des Düsenkanals 7, der Austrittsöffnung 71, der Mischkammer 6 und des Luftkanals 5 ist über das zuvor beschriebene Prinzip trotz minimaler Bauhöhe des Brausenkopfs 1 eine effiziente Anreicherung des Wassers mit Luft möglich.
Damit wird eine Steigerung des Volumenstroms trotz geringer Wassermenge ermöglicht. Durch den zugefügten Luftanteil im Wasser und der daraus resultierenden Steigerung der Strahlenergie sind gleiche Wurfweiten wie bei unbelüfteten Strahlen jedoch bei geringerer Wassermenge möglich, Dadurch wird eine Wassereinsparung und somit eine Energieeinsparung bei gleichem Duschkomfort möglich.
Fig. 2 zeigt das Detail II mit der Mischkammer 6, Düsenkanal 7 und Diffusor 8 in vergröBerter Darstellung. Mischkammer 6 und Diffusor 8 sind im dargestellten Beispiel einteilig ausgeführt. Der Düsenkanal 7 ist wiederum einteilig mit der Wasserführung 4 ausgeführt.
Die Mischkammer 6 und die zugehörige Öffnung 62 für die Luftansaugung sind dabei den geometrischen Gegebenheiten angepasst. Alternativ könnte die Öffnung auch als radiale Öffnung in der Mischkammerwand vorgesehen sein.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Brausekopf
2: Brausekopfgehäuse
3: Strahlbildner
31: Wasseraustrittsöffnung
32: Wasseraustrittsöffnung
33: Wasseraustrittsöffnung
4: Wasserführung
5: Luftkanal
6: Mischkammer
61: engster Durchflussquerschnitt der Mischkammer
62: Lufteintrittsöffnung der Mischkammer
7: Düsenkanal für Wasser
71: Austrittsöffnung Düsenkanal
8: Diffusor
9: Wasserverteilkammer
10: Betätigungseinrichtung

Claims

Brausekopf (1) für eine Sanitärbrause mit
- einem Brausekopfgehäuse (2),

- einem Strahlbildner mit einer Vielzahl von Strahlaustrittsöffnungen (31, 32, 33),

- wenigstens einer in dem Brausekopfgehäuse (2) angeordneten Wasserführung (4), über die Wasser zu den Strahlaustrittsöffnungen (31, 32, 33) oder einer bestimmten Anzahl von Strahlaustrittsöffnungen (31, 32, 33) gelangt,

- wenigstens einer Belüftungseinrichtung, die eine Lufteintrittsöffnung und einen Luftkanal (5) umfasst,

- und wenigstens einer in dem Brausekopfgehäuse (2) angeordneten Mischkammer (6), die in Fluidverbindung mit der Wasserführung (4) und der Belüftungseinrichtung oder dem Luftkanal (5) steht,
wobei zur Verbindung von Wasserführung (4) und Mischkammer (6) wenigstens ein Düsenkanal (7) angeordnet ist, wobei die Mischkammer (6) in Form eines Rohres vorgesehen ist, das einen gegenüber dem Düssenkanal (7) größeren / sprunghaft erweiterten Durchflussquerschnitt aufweist,
- und sich die Mischkammer (6) in Fließrichtung des Wassers zu ihrem Ende hin verjüngt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Düsenkanal (7) und/oder die Austrittsöffnung (71) des Düsenkanals (7) einen polygonalen Querschnitt, insbesondere einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen.
Brausekopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (71) des Düsenkanals (7) vor oder innerhalb der Mischkammer (6) angeordnet ist.
Brausekopf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Durchflussquerschnitt der Mischkammer (6) gegenüber dem Durchflussquerschnitt des Düsenkanals sprunghaft erweitert ist.
Brausekopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die Mischkammer (6) oder im Anschluss an den kleinsten Durchflussquerschnitt (61) der Mischkammer (6) ein Diffusor (8) angeordnet ist, der sich in Fließrichtung des Wassers zu seinem Ende hin erweitert.
Brausekopf (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Mischkammer (6) und Diffusor (8) einteilig vorgesehen sind.
Brausekopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Durchflussquerschnitts des Düsenkanals (7) zum kleinstem Durchflussquerschnitt (61) der Mischkammer (6) kleiner als 1:3 vorgesehen ist.
Brausekopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das zur Verteilung des aus der Mischkammer (6) oder dem Diffusor (8) austretenden Fluidgemischs oder Wasser-Luftgemischs -in Fließrichtung gesehenvor den Strahlaustrittsöffnungen (33) des Brausekopfs (1) eine Ringkammer oder Wasserverteilkammer (9) vorgesehen ist.
Brausekopf (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, das pro Ringkammer oder Wasserverteilkammer (9) mehrere Düsenkanäle (7) und Mischkammern (6) vorgesehen sind.
Brausekopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkanal (7) als Einzelteil oder Baueinheit gedichtet in die Wasserführung (4) einsetzbar oder einschraubbar ist.
Brausekopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Austrittsöffnung (71) des Düsenkanals (7) und dem kleinsten Durchflussquerschnitt (61) der Mischkammer (6) variabel einstellbar ist.