EP4121477A1 - Dehnstoffelement für ein thermostatmischventil - Google Patents

Dehnstoffelement für ein thermostatmischventil

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Publication number
EP4121477A1
EP4121477A1 EP21707232.1A EP21707232A EP4121477A1 EP 4121477 A1 EP4121477 A1 EP 4121477A1 EP 21707232 A EP21707232 A EP 21707232A EP 4121477 A1 EP4121477 A1 EP 4121477A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
expansion
mixing valve
expansion material
expansion element
thermostatic mixing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21707232.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ole Benedikt Kostorz
Björn Riedel
Jens REUNERT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Grohe AG
Original Assignee
Grohe AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Grohe AG filed Critical Grohe AG
Publication of EP4121477A1 publication Critical patent/EP4121477A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/01—Control of temperature without auxiliary power
    • G05D23/13—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures
    • G05D23/1306—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids
    • G05D23/132—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids with temperature sensing element
    • G05D23/134—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids with temperature sensing element measuring the temperature of mixed fluid
    • G05D23/1346—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids with temperature sensing element measuring the temperature of mixed fluid with manual temperature setting means
    • G05D23/1353—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids with temperature sensing element measuring the temperature of mixed fluid with manual temperature setting means combined with flow controlling means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/061—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element
    • F03G7/06112—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element using the thermal expansion or contraction of enclosed fluids
    • F03G7/06113—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element using the thermal expansion or contraction of enclosed fluids the fluids subjected to phase change
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F03G7/061—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element
    • F03G7/0616—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element characterised by the material or the manufacturing process, e.g. the assembly
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03C—DOMESTIC PLUMBING INSTALLATIONS FOR FRESH WATER OR WASTE WATER; SINKS
    • E03C1/00—Domestic plumbing installations for fresh water or waste water; Sinks
    • E03C1/02—Plumbing installations for fresh water
    • E03C1/04—Water-basin installations specially adapted to wash-basins or baths
    • E03C1/042—Arrangements on taps for wash-basins or baths for connecting to the wall

Definitions

  • the present invention relates to an expansion element for a thermostatic valve and / or thermostatic mixing valve, a thermostatic mixing valve for a sanitary fitting and a sanitary fitting with a corresponding thermostatic mixing valve.
  • the expansion element can, for example, keep a temperature of a liquid mixed by the thermostatic mixing valve (essentially) constant.
  • Sanitary fittings are used, in particular, to provide the liquid, in particular water, as required in a wash basin, a sink, a shower or a bathtub.
  • Known expansion elements have an expansion material that expands as a function of an ambient temperature of the expansion element.
  • the expansion material can, for example, be wax.
  • copper powder or expanded graphite for example, to the expansion material.
  • a thermostatic valve opens or closes a fluid line, a thermostatic mixing valve mixes two fluids or fluid flows in such a way that a mixed fluid with a target temperature is emitted.
  • the object of the invention is therefore to at least partially solve the problems described with reference to the prior art and, in particular, to provide an expansion element for a thermostatic mixing valve which has a particularly high reaction speed.
  • a thermostatic mixing valve for a sanitary fitting is to be specified, the expansion element of which has a particularly high reaction speed.
  • a Sanitary fittings are specified whose thermostatic mixing valve has an expansion element with a particularly high reaction speed.
  • thermoelectric mixing valve which has an expansion material which comprises at least one additive from the following group: synthetic graphite,
  • the expansion element is in particular an actuator and / or a final control element, by means of which a change in the ambient temperature of the expansion element can be converted into an (actuating) movement proportional to the change in the ambient temperature.
  • the expansion element has an expansion material, which can in particular be wax, hard paraffin, alcohol or oil or a mixture of the substances mentioned.
  • the expansion material is arranged in the expansion element in particular in such a way that the expansion material is at least partially separated from the surroundings of the expansion element only by an outer wall of the expansion element.
  • the outer wall of the expansion element consists in particular at least partially of metal, for example stainless steel or copper or alloys thereof, and / or has a high thermal conductivity of, for example, at least 100 W / (mx K) (Watts per meter and Kelvin) at a temperature of 20 ° C (Celsius). Furthermore, the outer wall preferably has a wall thickness of 0.2 mm (millimeters) to 2 mm. It has been shown that such wall thicknesses offer a good compromise between mechanical stability and thermal properties (thermal conductivity and thermal mass of the outer wall). When the ambient temperature changes, a volume of the expansion material changes.
  • the expansion material When the ambient temperature rises, the expansion material expands, so that its volume increases, and when the ambient temperature falls, the expansion material shrinks, so that its volume is reduced.
  • the changing volume of the expansion material leads to the (adjusting) movement of the expansion material element.
  • the expansion material includes at least one additive.
  • the additive thus increases a reaction rate of the expansion element.
  • the additive is in particular added to the expansion material during the manufacture of the expansion element.
  • the additive can in particular be designed in powder form and / or in particulate form. This enables a (essentially) uniform distribution of the additive in the expansion material.
  • the expansion material can contain other, in particular chemical, substances that “keep the additive in solution” in the expansion material and / or prevent the additive from separating out in the expansion material.
  • the additive is synthetic graphite, highly conductive graphite with a thermal conductivity of at least 350 W / (mx K) and / or boron nitride.
  • the high-conductivity graphite can be graphite, which is made from natural graphite and, in particular, is always present as graphite in the manufacturing process.
  • the highly conductive graphite can in particular not be expanded graphite or expandable graphite.
  • synthetic graphite is made from carbon-rich raw materials (artificial) that are not present in graphite form, which in particular have a graphitizable basic structure or in particular can be converted into synthetic graphite.
  • the starting materials can be, for example, petroleum coke, pitch coke or anthracite.
  • the starting materials are in the absence of air at temperatures of in particular 2,500 ° C to 3,000 ° C graphitized.
  • the synthetic graphite in particular has a purity or a mass fraction of carbon of 99.5% to 99.9995%.
  • the synthetic graphite preferably has a thermal conductivity of 1700 W / (mx K) to 1850 W / (mx K).
  • the highly conductive graphite is, in particular, very finely ground natural flake graphite with at least 98% carbon content and a particle size of d50 approx. 45 ⁇ m
  • the boron nitride is a boron-nitrogen compound.
  • the boron nitride preferably has a thermal conductivity of at least 350 W / (m ⁇ K).
  • Boron nitrite is distinguished from highly conductive and synthetic graphite, among other things, in that it is not electrically conductive. This makes it possible, especially when using a non-electrically conductive outer wall, to provide an electrically non-conductive actuator which offers increased user safety against electric shocks.
  • the synthetic graphite, the highly conductive graphite and the boron nitride have a common property of very high thermal conductivity.
  • the additive therefore improves the thermal conductivity of the expansion material and thus the reaction rate of the expansion element.
  • the expansion material can contain a lower mass fraction of the additive with the same reaction rate. This can reduce the cost of the expansion element.
  • the expansion element can be made smaller with the same change in volume of the expansion material (with a change in the ambient temperature of, for example, 1 ° C) or with the same size of the expansion element, the expansion material can have a larger change in volume (with a change in the ambient temperature of, for example, 1 ° C). sen.
  • a mass fraction of the at least one additive in the expansion material can be BO% to 80%, in particular 55% to 80%, in particular 60% to 70%.
  • the at least one additive can have an average particle size D50 of 0.4 miti (micrometers) to 550 miti.
  • the at least one additive can have a mean particle size D50 of 0.4 miti (micrometers) to 550 miti.
  • the at least one additive can have an average particle size D50 of 0.4 ⁇ m (micrometers) to 550 ⁇ m.
  • the expansion material can be arranged in a housing of the expansion element.
  • the housing consists in particular at least partially of metal and / or has a high thermal conductivity of, for example, at least 100 W / (m ⁇ K) (watts per meter and Kelvin) at a temperature of 20 ° C (Celsius).
  • the housing preferably has a wall thickness of 0.5 mm (millimeters) to 2 mm.
  • the housing can in particular be formed in a pot-shaped manner.
  • a working piston of the expansion element can be driven by the expansion material. This can mean in particular that a change in volume of the expansion material leads to a movement of the working piston, in particular a linear movement.
  • the working piston is in particular movably arranged in a guide opening of a closure element of the housing. In the event of an expansion or enlargement of the volume of the expansion material, the working piston is in particular at least partially moved out of the guide opening. In the event of a shrinkage or a reduction in the volume of the expansion material, the working piston can be moved at least partially into the guide opening, in particular by means of a return spring.
  • the working piston is in particular cylindrical and / or pin-shaped.
  • a membrane can be arranged between the expansion material and the working piston.
  • the membrane can in particular be designed to be flexible and / or clamped between the housing and the closure element of the housing.
  • the membrane can in particular prevent the expansion material from exiting the housing via the guide opening of the closure element. At the same time, the membrane enables the working piston to be adjusted by the expansion material.
  • a thermostatic mixing valve for a sanitary fitting which has at least the following:
  • a housing element with a mixing space for mixing cold water and hot water to form mixed water
  • a control element for setting a mixing ratio between the cold water and hot water in the mixing space and an expansion element according to the invention with which the control element can be actuated.
  • the thermostatic mixing valve is used in particular to mix cold water with a cold water temperature and hot water with a hot water temperature to form a mixed water with a desired mixed water temperature.
  • the thermostatic mixing valve has a mixing space in or on a housing element which is designed, for example, in the manner of a valve housing or cartridge head piece.
  • the cold water can be fed to the mixing chamber via at least one cold water regulating gap and / or the hot water can be fed to the mixing chamber via at least one hot water regulating gap.
  • the cold water temperature of the cold water is in particular a maximum of BO ° C (Celsius), preferably a maximum of 25 ° C, preferably 1 ° C to 25 ° C, particularly preferably 5 ° C to 20 ° C and / or the warm water temperature of the warm water in particular a maximum of 90 ° C, preferably 25 ° C to 90 ° C, particularly preferably 55 ° C to 65 ° C.
  • the thermostatic mixing valve has a control element, for example in the manner of a Control slide is formed. The control element is used to set a mixing ratio between the cold water and the hot water in the mixing room.
  • the Re gel element is arranged, in particular, so as to be movable in the mixing space.
  • the thermostatic mixing valve comprises an expansion element according to the invention.
  • the Re gel element can be actuated by the expansion element, in particular as a function of a mixed water temperature of the mixed water in the mixing space.
  • the mixed water can in particular at least partially flow around the expansion element.
  • a sanitary fitting which has at least one fitting housing and a thermostatic mixing valve according to the invention.
  • the sanitary fitting is used in particular to provide mixed water on a wash basin, a sink, a shower or a bathtub as required.
  • the sanitary fitting has a fitting housing and a thermostatic mixing valve according to the invention.
  • the fitting housing consists in particular at least partially of plastic and / or (cast) metal, such as brass, for example.
  • the fitting housing can be fastened to a support, for example a wall, countertop, a sink, a wash basin, a bath tub or a shower.
  • the sanitary fitting can have an operating element by means of which a setpoint mixed water temperature of the mixed water and / or a removal amount of the mixed water can be set.
  • Fig. 3 a sanitary fitting with a thermostatic mixing valve having the expansion element.
  • Fig. 1 shows an expansion element 1 at a first temperature in a longitudinal section.
  • the expansion element 1 comprises a housing 5, which here is cup-shaped.
  • an expansion material 3 which is wax here and which has an additive 4.
  • the additive 4 is powdery or particulate and mixed with the Dehn material 3.
  • the additive 4 can be synthetic graphite, highly conductive graphite with a thermal conductivity of at least X S / m and / or boron nitride.
  • the expansion element has a working piston 6, which by a flexible
  • the membrane 7 is separated from the expansion material 3.
  • the working piston 6 is guided in a guide opening 13 of a closure element 14, so that the working piston 6 can be occupied by the expansion material 3 in the guide opening 13.
  • Fig. 2 shows the expansion element 1 at a second temperature in a longitudinal section. Since the second temperature is higher than the first temperature, the expansion material 3 has expanded in comparison to the state shown in FIG. 1 and has driven the working piston 6 a little way out of the guide opening 13. As the temperature drops, the volume shrinks of the expansion material 3, so that the working piston 6, for example by a return spring, not shown here, can be reset.
  • Fig. 3 shows a sanitary fitting 8 in a longitudinal section, which can be used, for example, in a shower.
  • the sanitary fitting 8 comprises a fitting housing 12 with a thermostatic mixing valve 2 having the expansion element 1 shown in FIGS. 1 and 2 and a valve 15.
  • the fitting housing 12 can be supplied with cold water via a cold water inlet 16 and hot water via a hot water inlet 17.
  • the cold water and the hot water can be fed to the thermostatic mixing valve 2 via liquid channels formed in the fitting housing 12.
  • the thermostatic mixing valve 2 Through the thermostatic mixing valve 2, the cold water and the hot water can be mixed to form a mixed water with a mixed water temperature.
  • the thermostatic mixing valve 2 has a housing element 9 which is (essentially) tubular and extends along a longitudinal axis 18 of the thermostatic mixing valve 2 or the fitting housing 12 of the sanitary fitting 8. At least one hot water inlet 20 and at least one cold water inlet 21 are formed in a cartridge head piece 19 of the thermostatic mixing valve 2.
  • the embodiment variant of the thermostatic mixing valve 2 shown here has a plurality of hot water inlets 20 and cold water inlets 21, which are arranged distributed in a circumferential direction around the longitudinal axis 18 of the cartridge head piece 19. The hot water can be fed via the hot water inlets 20 and the cold water can be fed into a mixing space 10 of the thermostatic mixing valve 2 via the cold water inlets 21.
  • the mixing chamber 10 is arranged downstream of the hot water inlets 20 and the cold water inlets 21 in a flow direction of the water.
  • the hot water and the cold water can be mixed to form a mixed water with a mixed water temperature.
  • the mixing chamber 10 is followed by a mixed water outlet 22 in the flow direction of the water, through which the mixed water can leave the thermostatic mixing valve 2 at the mixed water temperature. From the Mischwas water outlet 22, the mixed water can be fed to the valve 15, with the valve body 23 of which a delivery of the mixed water from the sanitary fitting 8 can be controlled.
  • the mixed water temperature of the mixed water is determined by a mixing ratio between the hot water and the cold water and a hot water temperature of the hot water and a cold water temperature of the cold water.
  • the thermostatic mixing valve 2 has an operating element 24.
  • the operating element 24 comprises an operating handle 25 which is connected to a regulating nut 26 of an over load unit 27 in a rotationally fixed manner.
  • the actuating handle 25 can thus be rotated with the regulating nut 26 about an axis of rotation 28, which here corresponds to the longitudinal axis 18.
  • a spring sleeve 29 is adjusted in an axial direction 30, ie parallel to the longitudinal axis 18.
  • the movement of the spring sleeve 29 in the axial direction 30 is transmitted to the expansion element 1, which in turn moves a control element 11 in the axial direction 30 in the manner of a control slide.
  • the regulating element 11 can alternately open and close a hot water regulating gap, which cannot be seen here, and a cold water regulating gap, which cannot be recognized here.
  • a corresponding amount of hot water and cold water is passed into the thermostatic mixing valve 2 through the hot water regulating gap and the cold water regulating gap, from which the mixed water is mixed with a corresponding mixed water temperature.
  • the control element 11 can be actuated by the working piston 6 of the expansion element 1 also shown in FIGS Maintaining the mixed water temperature.
  • the expansion material 3 of the expansion material element 1 is heated and expanded, whereby it adjusts the control element 11 in the axial direction 30 in the direction of the mixed water outlet 22, so that the warm water control gap is reduced and the cold water control gap is increased.
  • the warm water control gap is reduced and the cold water control gap is increased.
  • the expansion material 3 of the expansion element 1 shrinks, whereby the expansion element 1 removes the control element 11 from the mixing valve. Water outlet 22 moved away so that the hot water control gap is enlarged and the cold water control gap is reduced.
  • the present invention enables a particularly high reaction speed of an expansion element to be achieved.

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Abstract

Dehnstoffelement (1) für ein Thermostatmischventil (2), aufweisend einen Dehnstoff (3), der zumindest einen Zusatzstoff (4) aus folgender Gruppe umfasst: • - synthetischer Graphit, • - hochleitender Graphit mit einer thermischen Leitfähigkeit von mindestens 350 W/(m x K), • - Bornitrid. Zudem wird ein Thermostatmischventil (2) mit einem solchen Dehnstoffelement (1) und eine Sanitärarmatur (8) mit einem solchen Thermostatmischventil (2) vorgeschlagen.

Description

Dehnstoffelement für ein Thermostatmischventil
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dehnstoffelement für ein Thermostatventil und/oder Thermostatmischventil, ein Thermostatmischventil für eine Sanitärarmatur und eine Sanitärar- matur mit einem entsprechenden Thermostatmischventil. Durch das Dehnstoffelement kann beispielsweise eine Temperatur einer durch das Thermostatmischventil gemischten Flüssigkeit (im Wesentlichen) konstant gehalten werden. Sanitärarmaturen dienen insbesondere der be darfsgerechten Bereitstellung der Flüssigkeit, insbesondere Wasser, an einem Waschbecken, einem Spülbecken, einer Dusche oder einer Badewanne.
Bekannte Dehnstoffelemente weisen einen Dehnstoff auf, der sich in Abhängigkeit einer Umge bungstemperatur des Dehnstoffelements ausdehnt. Bei dem Dehnstoff kann es sich beispiels weise um Wachs handeln. Um eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit eines Dehnstoffelements auf sich ändernde Umgebungstemperaturen zu gewährleisten, ist es bereits bekannt, dem Dehnstoff beispielsweise Kupferpulver oder expandiertes Graphit beizumischen. Es bestehen jedoch Anwendungsfälle, für die eine andere Reaktionscharakteristik bzw. Temperaturantwort des Dehnstoffelements gewünscht ist, für die eine längere Lebensdauer des Dehnstoffelements gewünscht ist oder für die die Reaktionsgeschwindigkeit der bekannten Dehnstoffelemente noch nicht hoch genug ist. Ein Thermostatventil öffnet bzw. schließt eine Fluidleitung, ein Ther- mostatmischventil mischt zwei Fluid bzw. Fluidströme so, dass ein Mischfluid mit einer Soll- Temperatur abgegeben wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Dehnstoffelement für ein Ther- mostatmischventil anzugeben, das eine besonders hohe Reaktionsgeschwindigkeit aufweist. Zudem soll ein Thermostatmischventil für eine Sanitärarmatur angegeben werden, dessen Dehnstoffelement eine besonders hohe Reaktionsgeschwindigkeit aufweist. Weiterhin soll eine Sanitärarmatur angegeben werden, dessen Thermostatmischventil ein Dehnstoffelement mit einer besonders hohen Reaktionsgeschwindigkeit aufweist.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Dehnstoffelement, einem Thermostatmischventil und einer Sanitärarmatur gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vor teilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Pa- tentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Hierzu trägt ein Dehnstoffelement für ein Thermostatmischventil bei, das einen Dehnstoff auf weist, der zumindest einen Zusatzstoff aus folgender Gruppe umfasst: - synthetischer Graphit,
- hochleitender Graphit mit einer thermischen Leitfähigkeit von mindestens 350 W/(m x K),
- Bornitrid.
Bei dem Dehnstoffelement handelt es sich insbesondere um einen Aktor und/oder ein Stell- glied, durch das eine Änderung einer Umgebungstemperatur des Dehnstoffelements in eine zur Änderung der Umgebungstemperatur proportionale (Stell-)Bewegung umsetzbar ist. Hierzu weist das Dehnstoffelement einen Dehnstoff auf, bei dem es sich insbesondere um Wachs, Hartparaffin, Alkohol oder Öl oder um ein Gemisch der genannten Stoffe handeln kann. Der Dehnstoff ist in dem Dehnstoffelement insbesondere derart angeordnet, dass der Dehnstoff von einer Umgebung des Dehnstoffelements zumindest teilweise nur von einer Außenwand des Dehnstoffelements getrennt ist. Die Außenwand des Dehnstoffelements besteht insbesondere zumindest teilweise aus Metall, zum Beispiel Edelstahl oder Kupfer bzw. Legierungen davon, und/oder weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit von beispielsweise mindestens 100 W/(m x K) (Watt pro Meter und Kelvin) bei einer Temperatur von 20 °C (Celsius) auf. Weiterhin weist die Außenwand vorzugsweise eine Wandstärke von 0,2 mm (Millimeter) bis 2mm auf. Es hat sich gezeigt, dass solche Wandstärken einen guten Kompromiss zwischen mechanischer Stabilität und thermischen Eigenschaften (Wärmeleitfähigkeit und thermische Masse der Außenwand) bieten. Bei einer Änderung der Umgebungstemperatur ändert sich ein Volumen des Dehnstoff. Bei steigender Umgebungstemperatur dehnt sich der Dehnstoff aus, sodass sich sein Volumen vergrößert, und bei fallender Umgebungstemperatur schrumpft der Dehnstoff, sodass sich sein Volumen verringert. Das sich ändernde Volumen des Dehnstoffs führt zu der (Stell-)Bewegung des Dehnstoffelements. Damit diese (Stell-)Bewegung möglichst verzögerungsfrei erfolgt, um fasst der Dehnstoff zumindest einen Zusatzstoff auf. Der Zusatzstoff erhöht somit eine Reakti onsgeschwindigkeit des Dehnstoffelements. Der Zusatzstoff wird dem Dehnstoff bei der Her stellung des Dehnstoffelements insbesondere beigemischt. Hierzu kann der Zusatzstoff insbe sondere pulverförmig und/oder partikelförmig ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine (im We sentlichen) gleichmäßige Verteilung des Zusatzstoffs in dem Dehnstoff. Der Dehnstoff kann wei tere, insbesondere chemische, Stoffe enthalten, die den Zusatzstoff in dem Dehnstoff „in Lö sung halten" und/oder ein Entmischen des Zusatzstoffs in dem Dehnstoff verhindern.
Bei dem Zusatzstoff handelt es sich um synthetischen Graphit, hochleitenden Graphit mit einer thermischen Leitfähigkeit von mindestens 350 W/(m x K) und/oder Bornitrid. Bei dem hochlei tenden Graphit kann es sich um Graphit handeln, der aus natürlichem Graphit hergestellt wird und insbesondere im Herstellungsprozess immer als Graphit vorliegt. Ferner kann es sich bei dem hochleitenden Graphit insbesondere nicht um expandierten Graphit bzw. Blähgraphit han deln. Synthetischer Graphit wird im Gegensatz zu natürlichem bzw. bergmännisch abgebautem Graphit aus kohlenstoffreichen nicht in Graphit-Form vorliegenden Ausgangsmaterialien (künst lich) hergestellt, die insbesondere eine graphitierbare Grundstruktur aufweisen bzw. insbeson dere zu, dann synthetischem, Graphit umgewandelt werden können. Bei den Ausgangsmateria lien kann es sich beispielsweise um Petrolkoks, Pechkoks oder Anthracit handeln. Die Ausgangs materialien werden unter Luftausschluss bei Temperaturen von insbesondere 2.500 °C bis 3.000 °C graphitiert. Der synthetische Graphit weist insbesondere eine Reinheit bzw. einen Massenanteil an Kohlenstoff in Höhe von 99,5 % bis 99,9995 % auf. Zudem weist der syntheti sche Graphit bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit von 1700 W/(m x K) bis 1850 W/(m x K) auf. Bei dem hochleitenden Graphit handelt es sich insbesondere um sehr fein gemahlenen natürli chen Flockengraphit mit mindestens 98% Kohlenstoffgehalt mit einer Partikelgröße von d50 ca. 45 pm
Bei dem Bornitrid handelt es sich um eine Bor-Stickstoff-Verbindung. Das Bornitrid weist bevor- zugt eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 350 W/(m x K) auf. Das Bornitrit zeichnet sich ge genüber dem hochleitenden und dem synthetischen Graphit unter anderem dadurch aus, dass es nicht elektrisch leitfähig ist. Dies ermöglicht es, insbesondere bei Verwendung einer nicht elektrisch leitfähigen Außenwand, einen elektrisch nicht leitfähigen Aktor bereitzustellen, der eine erhöhte Nutzersicherheit gegen Stromschläge bietet.
Der synthetische Graphit, das hochleitende Graphit und das Bornitrid weisen als gemeinsame Eigenschaft eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf.
Durch den Zusatzstoff wird daher die Wärmeleitfähigkeit des Dehnstoffs und damit die Reakti- onsgeschwindigkeit des Dehnstoffelements verbessert. Weiterhin kann der Dehnstoff im Ver gleich zu bekannten Dehnstoffelementen einen geringeren Massenanteil des Zusatzstoffes bei gleicher Reaktionsgeschwindigkeit enthalten. Dies kann die Kosten des Dehnstoffelements re duzieren. Zudem kann das Dehnstoffelement bei gleicher Volumenänderung des Dehnstoffs (bei einer Änderung der Umgebungstemperatur von beispielsweise 1 °C) kleiner ausgebildet werden oder bei gleicher Größe des Dehnstoffelements der Dehnstoff eine größere Volu menänderung (bei einer Änderung der Umgebungstemperatur von beispielsweise 1 °C) aufwei- sen. Ein Massenanteil des zumindest einen Zusatzstoffs an dem Dehnstoff kann BO % bis 80 %, ins besondere 55 % bis 80%, insbesondere 60% bis 70% betragen.
Der zumindest eine Zusatzstoff kann im Falle von Bornitrid eine mittlere Teilchengröße D50 von 0,4 miti (Mikrometer) bis 550 miti aufweisen.
Der zumindest eine Zusatzstoff kann im Falle von synthetischem Graphit eine mittlere Teilchen größe D50 von 0,4 miti (Mikrometer) bis 550 miti aufweisen.
Der zumindest eine Zusatzstoff kann im Falle von hochleitendem Graphit eine mittlere Teilchen größe D50 von 0,4 pm (Mikrometer) bis 550 miti aufweisen.
Der Dehnstoff kann in einem Gehäuse des Dehnstoffelements angeordnet sein. Das Gehäuse besteht insbesondere zumindest teilweise aus Metall und/oder weist eine hohe Wärmeleitfä higkeit von beispielsweise mindestens 100 W/(m x K) (Watt pro Meter und Kelvin) bei einer Temperatur von 20 °C (Celsius) auf. Weiterhin weist das Gehäuse vorzugsweise eine Wand stärke von 0,5 mm (Millimeter) bis 2 mm auf. Das Gehäuse kann insbesondere topfförmig aus gebildet sein.
Durch den Dehnstoff kann ein Arbeitskolben des Dehnstoffelements antreibbar sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass eine Volumenänderung des Dehnstoffs zu einer, insbesondere li nearen, Bewegung des Arbeitskolbens führt. Der Arbeitskolben ist insbesondere in einer Füh rungsöffnung eines Verschlusselements des Gehäuses bewegbar angeordnet. Bei einer Ausdeh nung bzw. Vergrößerung des Volumens des Dehnstoffs wird der Arbeitskolben insbesondere zumindest teilweise aus der Führungsöffnung herausbewegt. Bei einem Schrumpfen bzw. einer Reduktion des Volumens des Dehnstoffs kann der Arbeitskolben insbesondere durch eine Rück stellfeder zumindest teilweise in die Führungsöffnung hineinbewegbar sein. Der Arbeitskolben ist insbesondere zylinderförmig und/oder stiftförmig ausgebildet. Zwischen dem Dehnstoff und dem Arbeitskolben kann eine Membran angeordnet sein. Die Membran kann insbesondere flexibel ausgebildet und/oder zwischen dem Gehäuse und dem Verschlusselement des Gehäuses eingespannt sein. Durch die Membran ist insbesondere ver- hinderbar, dass der Dehnstoff über die Führungsöffnung des Verschlusselements aus dem Ge häuse austritt. Gleichzeitig ermöglicht die Membran eine Verstellung des Arbeitskolbens durch den Dehnstoff.
Einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend wird auch ein Thermostatmischventil für eine Sa- nitärarmatur vorgeschlagen, das zumindest folgendes aufweist:
- ein Gehäuseelement mit einem Mischraum zum Mischen von Kaltwasser und Warmwasser zu Mischwasser;
- ein Regelelement zur Einstellung eines Mischungsverhältnisses zwischen dem Kaltwasser und Warmwasser in dem Mischraum; und - ein erfindungsgemäßes Dehnstoffelement, mit dem das Regelelement betätigbar ist.
Das Thermostatmischventil dient insbesondere dem Mischen von Kaltwasser mit einer Kaltwas sertemperatur und Warmwasser mit einer Warmwassertemperatur zu einem Mischwasser mit einer gewünschten Mischwassertemperatur. Hierzu weist das Thermostatmischventil einen Mischraum in oder an einem Gehäuseelement auf, das beispielsweise nach Art eines Ventilge häuse oder Kartuschenkopfstücks ausgebildet ist. Das Kaltwasser ist dem Mischraum über zu mindest einen Kaltwasserregelspalt und/oder das Warmwasser den Mischraum über zumindest einen Warmwasserregelspalt zuführbar. Die Kaltwassertemperatur des Kaltwassers beträgt ins besondere maximal BO °C (Celsius), bevorzugt maximal 25 °C , bevorzugt 1 °C bis 25 °C, beson- ders bevorzugt 5 °C bis 20 °C und/oder die Warmwassertemperatur des Warmwassers insbe sondere maximal 90 °C, bevorzugt 25 °C bis 90 °C, besonders bevorzugt 55 °C bis 65 °C. Weiter hin weist das Thermostatmischventil ein Regelelement auf, das beispielsweise nach Art eines Regelschieber ausgebildet ist. Das Regelelement dient der Einstellung eines Mischungsverhält nisses zwischen dem Kaltwasser und dem Warmwasser dem Mischraum. Hierzu ist das Re gelelement insbesondere bewegbar in dem Mischraum angeordnet. Durch eine Bewegung des Regelelements ist zudem insbesondere eine Größe des zumindest einen Kaltwasserregelspalts und/oder des zumindest einen Warmwasserregelspalts änderbar. Eine Vergrößerung des zu mindest einen Kaltwasserregelspalts führt dabei insbesondere zu einer Verkleinerung des zu mindest einen Warmwasserregelspalts und umgekehrt. Weiterhin umfasst das Thermostat mischventil ein erfindungsgemäßes Dehnstoffelement. Durch das Dehnstoffelement ist das Re gelelement, insbesondere in Abhängigkeit von einer Mischwassertemperatur des Mischwassers in dem Mischraum, betätigbar. Hierzu ist das Dehnstoffelement insbesondere zumindest teil weise durch das Mischwasser umströmbar. Für weitere Einzelheiten wird auf die Beschreibung des erfindungsgemäßen Dehnstoffelements verwiesen.
Einem noch weiteren Aspekt der Erfindung folgend wird auch eine Sanitärarmatur angegeben, die zumindest ein Armaturengehäuse und ein erfindungsgemäßes Thermostatmischventil auf weist.
Die Sanitärarmatur dient insbesondere der bedarfsgerechten Bereitstellung eines Mischwassers an einem Waschbecken, einem Spülbecken, einer Dusche oder einer Badewanne. Hierzu weist die Sanitärarmatur ein Armaturengehäuse und ein erfindungsgemäßes Thermostatmischventil auf. Das Armaturengehäuse besteht insbesondere zumindest teilweise aus Kunststoff und/oder (Guss-)Metall, wie zum Beispiel Messing. Das Armaturengehäuse kann an einem Träger, bei spielsweise einer Wand, Arbeitsplatte, einem Spülbecken, einem Waschbecken, einer Bade wanne oder einer Dusche, befestigbar sein. Zudem kann die Sanitärarmatur ein Bedienelement aufweisen, mittels dem eine Soll-Mischwassertemperatur des Mischwassers und/oder eine Ent nahmemenge des Mischwassers einstellbar ist. Für weitere Einzelheiten wird auf die Beschrei bung des erfindungsgemäßen Dehnstoffelements und erfindungsgemäßen Thermostatmisch ventils verwiesen. Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher er läutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvari ante der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dabei sind gleiche Bauteile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen beispielhaft und schematisch:
Fig. 1: ein Dehnstoffelement bei einer ersten Temperatur in einem Längsschnitt;
Fig. 2: das Dehnstoffelement bei einer zweiten Temperatur in dem Längsschnitt; und
Fig. 3: eine Sanitärarmatur mit einem das Dehnstoffelement aufweisenden Thermostat mischventil.
Die Fig. 1 zeigt ein Dehnstoffelement 1 bei einer ersten Temperatur in einem Längsschnitt. Das Dehnstoffelement 1 umfasst ein Gehäuse 5, das hier topfförmig ausgebildet ist. In dem Ge häuse 5 befindet sich ein Dehnstoff 3, bei dem es sich hier um Wachs handelt und der einen Zu satzstoff 4 aufweist. Der Zusatzstoff 4 ist pulverförmig bzw. partikelförmig und mit dem Dehn stoff 3 vermischt. Bei dem Zusatzstoff 4 kann es sich um synthetischen Graphit, hochleitenden Graphit mit einer thermischen Leitfähigkeit von mindestens X S/m und/oder Bornitrid handeln. Weiterhin weist das Dehnstoffelement einen Arbeitskolben 6 auf, der durch eine flexible
Membran 7 von dem Dehnstoff 3 getrennt ist. Der Arbeitskolben 6 ist in einer Führungsöffnung 13 eines Verschlusselements 14 geführt, sodass der Arbeitskolben 6 durch den Dehnstoff 3 in der Führungsöffnung 13 belegbar ist. Die Fig. 2 zeigt das Dehnstoffelement 1 bei einer zweiten Temperatur in einem Längsschnitt. Da die zweite Temperatur höher ist als die erste Temperatur, hat sich der Dehnstoff 3 im Vergleich zu dem in der Fig. 1 gezeigten Zustand ausgedehnt und den Arbeitskolben 6 ein Stück weit aus der Führungsöffnung 13 herausgetrieben. Bei sinkender Temperatur schrumpft das Volumen des Dehnstoff 3, sodass der Arbeitskolben 6, beispielsweise durch eine hier nicht gezeigte Rück stellfeder, zurückstellbar ist.
Die Fig. 3 zeigt eine Sanitärarmatur 8 in einem Längsschnitt, das beispielsweise in einer Dusche verwendbar ist. Die Sanitärarmatur 8 umfasst ein Armaturengehäuse 12 mit einem das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Dehnstoffelement 1 aufweisenden Thermostatmischventil 2 und einem Ventil 15. Dem Armaturengehäuse 12 ist über einen Kaltwasserzulauf 16 Kaltwasser und über einen Warmwasserzulauf 17 Warmwasser zuführbar. Das Kaltwasser und das Warmwasser sind dem Thermostatmischventil 2 über in dem Armaturengehäuse 12 ausgebildete Flüssigkeitska- näle zuführbar. Durch das Thermostatmischventil 2 sind das Kaltwasser und das Warmwasser zu einem Mischwasser mit einer Mischwassertemperatur mischbar. Das Thermostatmischven til 2 weist ein Gehäuseelement 9 auf, das (im Wesentlichen) rohrförmig ausgebildet ist und sich entlang einer Längsachse 18 des Thermostatmischventils 2 bzw. dem Armaturengehäuse 12 der Sanitärarmatur 8 erstreckt. In einem Kartuschenkopfstück 19 des Thermostatmischventils 2 ist zumindest ein Warmwassereinlass 20 und zumindest ein Kaltwassereinlass 21 ausgebildet. Die hier gezeigte Ausführungsvariante des Thermostatmischventils 2 weist eine Mehrzahl von Warmwassereinlässen 20 und Kaltwassereinlässen 21 auf, die in einer Umfangsrichtung um die Längsachse 18 des Kartuschenkopfstücks 19 verteilt angeordnet sind. Über die Warmwasserein- lässe 20 ist das Warmwasser und über die Kaltwassereinlässe 21 ist das Kaltwasser in einen Mischraum 10 des Thermostatmischventils 2 führbar. Somit ist der Mischraum 10 den Warm wassereinlässen 20 und den Kaltwassereinlässen 21 in einer Strömungsrichtung des Wassers nachgeordnet. In dem Mischraum 10 sind das Warmwasser und das Kaltwasser zu einem Mischwasser mit einer Mischwassertemperatur mischbar. Dem Mischraum 10 ist in Strömungs richtung des Wassers ein Mischwasserauslass 22 nachgeordnet, durch den das Mischwasser mit der Mischwassertemperatur das Thermostatmischventil 2 verlassen kann. Von dem Mischwas serauslass 22 ist das Mischwasser dem Ventil 15 zuführbar, mit dessen Ventilkörper 23 eine Ab gabe des Mischwassers aus der Sanitärarmatur 8 steuerbar ist. Die Mischwassertemperatur des Mischwassers wird durch ein Mischungsverhältnis zwischen dem Warmwasser und dem Kaltwasser sowie einer Warmwassertemperatur des Warmwassers und einer Kaltwassertemperatur des Kaltwassers bestimmt. Zur Einstellung der Mischwasser temperatur weist das Thermostatmischventil 2 ein Bedienelement 24 auf. Das Bedienelement 24 umfasst einen Betätigungsgriff 25, der verdrehfest mit einer Reguliermutter 26 einer Über lasteinheit 27 verbunden ist. Der Betätigungsgriff 25 ist somit mit der Reguliermutter 26 um eine Drehachse 28 drehbar, die hier der Längsachse 18 entspricht. Beim Drehen des Betäti gungsgriffs 25 wird eine Federhülse 29 in einer axialen Richtung 30, d. h. parallel zu der Längs achse 18, verstellt. Die Bewegung der Federhülse 29 in die axiale Richtung 30 wird auf das Dehnstoffelement 1 übertragen, das wiederum ein Regelelement 11 nach Art eines Regelschie bers in der axialen Richtung 30 bewegt. Je nach Position des Regelelements 11 in der axialen Richtung 30 kann das Regelelement 11 einen hier nicht zu erkennenden Warmwasserregelspalt und einen hier nicht zu erkennenden Kaltwasserregelspalt wechselweise öffnen und schließen. Je nach Position des Regelelements 11 wird eine entsprechende Menge Warmwasser und Kalt- wasser in das Thermostatmischventil 2 durch den Warmwasserregelspalt und den Kaltwasser regelspalt geleitet, woraus das Mischwasser mit einer entsprechenden Mischwassertemperatur gemischt wird. Durch den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Dehnstoff 3 des Dehnstoffelements 1 ist das Regelelement 11 durch den ebenfalls in den Fig. 1 und 2 gezeigten Arbeitskolben 6 des Dehnstoffelements 1 derart betätigbar, dass das Mischwasser auf einer (im Wesentlichen) kon- stanten Mischwassertemperatur gehalten halten wird. Strömt beispielsweise zu viel Warmwas ser oder zu wenig Kaltwasser in das Thermostatmischventil 2, erwärmt und dehnt sich der Dehnstoff 3 des Dehnstoffelements 1 aus, wodurch es das Regelelement 11 in der axialen Rich tung 30 in Richtung des Mischwasserauslasses 22 verstellt, sodass der Warmwasserregelspalt verkleinert und der Kaltwasserregelspalt vergrößert wird. Somit strömt weniger Warmwasser und mehr Kaltwasser in den Mischraum 10. Strömt demgegenüber beispielsweise zu viel Kalt wasser oder zu wenig Warmwasser in das Thermostatmischventil 2, schrumpft der Dehnstoff 3 des Dehnstoffelements 1, wodurch das Dehnstoffelement 1 das Regelelement 11 vom Misch- wasserauslass 22 wegbewegt, sodass der Warmwasserregelspalt vergrößert und der Kaltwas serregelspalt verkleinert wird. Somit strömt mehr Warmwasser und weniger Kaltwasser in den Mischraum 10. Durch die vorliegende Erfindung ist besonders hohe Reaktionsgeschwindigkeit eines Dehnstof felements erzielbar.
Bezugszeichenliste
1 Dehnstoffelement
2 Thermostatmischventil 3 Dehnstoff
4 Zusatzstoff
5 Gehäuse
6 Arbeitskolben 7 Membran 8 Sanitärarmatur
9 Gehäuseelement
10 Mischraum 11 Regelelement 12 Armaturengehäuse 13 Führungsöffnung
14 Verschlusselement
15 Ventil
16 Kaltwasserzulauf 17 Warmwasserzulauf 18 Längsachse
19 Kartuschenkopfstück
20 Warmwassereinlass 21 Kaltwassereinlass 22 Mischwasserauslass 23 Ventilkörper
24 Bedienelement
25 Betätigungsgriff
26 Reguliermutter 27 Überlasteinheit Drehachse Federhülse axiale Richtung

Claims

Patentansprüche
1. Dehnstoffelement (1) für ein Thermostatventil oder ein Thermostatmischventil (2), aufwei send einen Dehnstoff (3), der zumindest einen Zusatzstoff (4) aus folgender Gruppe um- fasst:
- synthetischer Graphit,
- hochleitender Graphit mit einer thermischen Leitfähigkeit von mindestens 350 W/(m x
K),
- Bornitrid.
2. Dehnstoffelement (1) nach Patentanspruch 1, wobei ein Massenanteil des zumindest einen Zusatzstoffs (4) an dem Dehnstoff (3) 50 % bis 80 % beträgt.
3. Dehnstoffelement (1) nach einem dervorhergehenden Patentansprüche, wobei derzumin- dest eine Zusatzstoff (4) eine mittlere Teilchengröße D50 von 0,4 pm bis 550 pm aufweist.
4. Dehnstoffelement (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Dehn stoff (3) in einem Gehäuse (5) des Dehnstoffelements (1) angeordnet ist.
5. Dehnstoffelement (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei durch den
Dehnstoff (3) ein Arbeitskolben (6) des Dehnstoffelements (1) antreibbar ist.
6. Dehnstoffelement (1) nach Patentanspruch 5, wobei zwischen dem Dehnstoff (3) und dem Arbeitskolben (6) eine Membran (7) angeordnet ist.
7. Thermostatmischventil (2) für eine Sanitärarmatur (8), zumindest aufweisend: ein Gehäuseelement (9) mit einem Mischraum (10) zum Mischen von Kaltwasser und Warmwasser zu Mischwasser; ein Regelelement (11) zur Einstellung eines Mischungsverhältnisses zwischen dem Kalt wasser und Warmwasser in dem Mischraum (10); und ein Dehnstoffelement (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit dem das Regelelement (11) betätigbar ist.
8. Sanitärarmatur (8), zumindest aufweisend ein Armaturengehäuse (12) und ein Thermos tatmischventil (2) nach dem vorhergehenden Patentanspruch.
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