DE60009972T2

DE60009972T2 - Vorrichtung zum Druckausgleich von kaltem und warmem Wasser und Armatur, insbesondere themostatische Armatur, mit einer solchen Ausgleichvorrichtung

Info

Publication number: DE60009972T2
Application number: DE2000609972
Authority: DE
Inventors: Christian Bommelaer; Laurent Bongrand
Original assignee: Watts Eurotherm SA
Current assignee: Watts Eurotherm SA
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2020-02-12
Also published as: ATE265059T1; FR2789747A1; FR2789747B1; US6382517B1; DE60009972D1; EP1030233A1; ES2219288T3; CA2298180A1; EP1030233B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausgleichen der Drucke von kaltem und warmem Wasser in einem Sanitär-Warmwasserhahn, beispielsweise einem thermostatischen Hahn.
Sie betrifft außerdem insbesondere einen thermostatischen Hahn, der mit der genannten Ausgleichsvorrichtung ausgestattet ist.
Üblicherweise umfasst ein so genannter thermostatischer Hahn:

– ein Gehäuse, das lokal eine so genannte Mischkammer umgibt, der einerseits mindestens indirekt durch eine Zulaufleitung kaltes Wasser und andererseits mindestens indirekt durch eine Zulaufleitung warmes Wasser zugeführt werden,
– einen Ablauf für Mischwasser, das eine gegebene Temperatur hat, und
– eine Einrichtung zur Einstellung der Durchflussmengen von kaltem Wasser und warmem Wasser, um ein Ablaufwasser mit der geeigneten Temperatur zu erhalten, wobei diese Einrichtung ein Element umfasst, das entsprechend der Temperatur des Wassers in der Mischkammer die Verschiebung eines Verteilungsschiebers steuert, der die Durchflussquerschnitte der Kaltwasser- und Warmwasser-Zuläufe als Funktion eines Stellwerts (vorgegebenen Wertes) steuert.

Wenn dann das Wasser in der Mischkammer die vorgegebene Temperatur übersteigt, vermindert das Fühlelement den Durchflussquerschnitt des Warmwasser-Zulaufs und gleichzeitig vergrößert es den Durchflussquerschnitt des Kaltwasser-Zulaufs und umgekehrt, wenn die Temperatur unterhalb der vorgegebenen Temperatur liegt.
Das Fühlelement weist notwendigerweise eine Trägheit auf, um zu vermeiden, dass das System ständig instabil ist.
Die Aufrechterhaltung der Wassertemperatur am Hahnausgang hängt hauptsächlich von den Durchflußschwankungen des kalten Wassers und des warmen Wassers im Zulauf und somit von der Stabilität der Kaltwasser- und Warmwasserdrucke ab, die notwendigerweise die Durchflussmengen beeinflussen.
Es ist bereits ein Druckausgleichssystem bekannt, das stromaufwärts von der Mischkammer eines thermostatischen Hahns angeordnet ist ( FR-A-2 636 705 ) und dessen Aufgabe darin besteht, die Druckschwankungen zu vermindern.
Diese Vorrichtung besteht aus einem Kolben, dessen Enden hohl sind, um in diesen eine Kaltwasser-Kammer, durch welche das kalte Wasser fließt, und eine Warmwasser-Kammer, durch welche das warme Wasser fließt, zu bilden, wobei diese Kammern stromaufwärts und stromabwärts durch radiale Öffnungen miteinander in Verbindung stehen. Der Kolben wirkt wie ein Verteilungsschieber.
Es ist auch bereits eine Vorrichtung zum Ausgleichen der Warmwasser- und Kaltwasserdrucke in einem solchen Hahn bekannt ( US-A-5 341 987 und US-A-3 724 480 ), die stromaufwärts von einer thermostatischen Einheit umfasst:

– ein bewegliches Organ, das besteht aus einer Membran, deren Ebene die Symmetrieebene der beiden Kammern bestimmt, und einer Steuerstange, welche die Membran in ihrem Zentrum durchquert und auf der die genannte Membran fixiert ist,
– Absperrventile, die auf jedem der beiden Enden der gemeinsamen Steuerstange montiert sind, die mit ihren Sitzen kooperieren,
– Einrichtungen zur translatorischen Führung der Steuerstange,
– ein Rückschlagventil, das auf jedem der Kammerauslässe montiert ist.

Ein Nachteil dieses Systems ist eine geringe Empfindlichkeit und außerdem ein nicht vernachlässigbares Festklemm-Risiko nach einer Zeitspanne des Nicht-Gebrauchs.
Eines der Ziele, die mit der Erfindung erreicht werden sollen, ist die Verbesserung insbesondere der Sicherheit der Sanitär-Warmwasserhähne, wie z.B. der thermostatischen Hähne.
Gegenstand der Erfindung ist daher eine Ausgleichsvorrichtung des vorgenannten Typs, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Führungseinrichtungen in jedem der Enden der Steuerstange angeordnet sind und verkleinerte Führungsoberflächen, verglichen mit dem Querschnitt des Ventils und der Steuerstange, aufweisen.
Die Erfindung wird nachstehend besser verständlich anhand der nachstehenden beispielhaften, die Erfindung jedoch nicht beschränkenden Beschreibung derselben unter Bezugnahme auf die beiliegenden 1 und 2, die in schematischer Form eine axiale Schnittansicht einer Ausgleichsvorrichtung zeigen, die auf einem thermostatischen Wasserhahn montiert ist.
In den beiliegenden Zeichnungen ist ein Sanitär-Wasserhahn 1, beispielsweise ein thermostatischer Hahn, zu erkennen. Ein solcher thermostatischer Hahn 1 umfasst:

– einen Körper 2, der lokal eine so genannte Mischkammer 3 begrenzt, die einerseits mindestens indirekt durch eine Kaltwasserzulauf-Leitung 4 und andererseits mindestens indirekt durch eine Warmwasserzulauf-Leitung 5 beschickt wird,
– einen Ablauf 6 für Mischwasser, das eine vorgegebene Temperatur hat, und
– eine Einrichtung 7 zur Einstellung der Kaltwasser- und Warmwasser-Durchflussmengen, um ein Ablaufwasser mit der gewünschten Temperatur zu erhalten, wobei die Einrichtung ein Element 8 umfasst, das entsprechend der Wassertemperatur in der Mischkammer die Verschiebung eines Verteilungsschiebers steuert, wodurch die Warmwasser- und Kaltwasser-Durchflussquerschnitte als Funktion eines vorgegebenen Soll- bzw. Stellwerts modifiziert werden.

Sobald das Wasser in der Mischkammer die vorgegebene Temperatur übersteigt, vermindert das Fühlelement den Durchflussquerschnitt für den Warmwasser-Zulauf und gleichzeitig vergrößert es den Durchflussquerschnitt für den Kaltwasser-Zulauf und umgekehrt, wenn die Temperatur unterhalb der vorgegebenen Temperatur liegt.
Das Fühlelement weist notwendigerweise eine Trägheit auf, um zu vermeiden, dass das System ständig instabil ist.
Zweckmäßig ist der Wasserhahn stromaufwärts von der Mischkammer und somit stromaufwärts von einer thermostatischen Einheit 200 mit einer Ausgleichsvorrichtung ausgestattet, um die Druckschwankungen des warmen Wassers und des kalten Wassers zu verringern.
Üblicherweise umfasst diese Ausgleichsvorrichtung:

– ein Gehäuse 100, das einen Raum 101 begrenzt, in dem zwei symmetrische Kammern 102, 103, die so genannte Kaltwasser-Kammer 102, in die kaltes Wasser eingeführt wird, und die so genannte Warmwasser-Kammer 103, in die warmes Wasser eingeführt wird, angeordnet sind, wobei jede der Kammern eine Eintrittsöffnung 104, 105 und eine Austrittsöffnung 106, 107 aufweist,
– ein bewegliches Organ 108, das dann, wenn es dem Druck des in den kalten und warmen Kammern enthaltenen Wassers ausgesetzt ist, den Durchflussquerschnitt der Eintrittsöffnung 104 für warmes Wasser und der Eintrittsöffnung 105 für kaltes Wasser modifiziert.

Üblicherweise umfasst die Ausgleichsvorrichtung außerdem:

– ein bewegliches Organ 108, das besteht aus einer Membran 109, deren Ebene die Symmetrieebene der Kammern bestimmt, und einer Steuerstange 110, welche die Membran 109 in ihrem Zentrum durchquert und auf der die genannte Membran fixiert ist,
Absperrventile 111, 112, die auf jedem der beiden Enden der gemeinsamen Steuerstange montiert sind, die mit ihren Ventilsitzen 113, 114 kooperieren,
– Einrichtungen 115, 116 zur translatorischen Führung der Steuerstange,
– ein Rückschlagventil 117, 118, das auf jedem der Kammerausgänge montiert ist.

Gemäß einer Charakteristik der vorliegenden Erfindung sind die Führungseinrichtungen 115, 116 an jedem der Enden der Steuerstange angeordnet und sie haben Führungsoberflächen, die verkleinert sind gegenüber dem Querschnitt des Ventils und der Steuerstange.
Die Führungseinrichtungen 115, 116 haben beispielsweise die Form eines Schlittens (Schiebers) mit vermindertem Querschnitt, insbesondere gegenüber dem Querschnitt der Steuerstange, wobei der Schlitten (Schieber) mit dem Ende dieser Steuerstange eine Einheit bildet und in einer Bohrung verschoben wird.
Diese Bohrung ist in dem Körper vorgesehen, der die Ausgleichseinrichtung enthält. Insbesondere hat die Bohrung die Form eines Einsatzstückes, wie z. B. eines Stopfens (Deckels) 310.
Einer dieser Stopfen (Deckel) kann mit einem Stößel ausgerüstet sein, dessen Verschiebung durch ein Steuerorgan 400 bewirkt wird.
Dieser Stößel erlaubt insbesondere die Einwirkung auf eines der Enden der Steuerstange und das Andrücken eines der Ventile auf seinen Sitz, um den Wasserzulauf zu schließen.
Die Kombination dieser technischen Punkte ermöglicht es dem System, in einer Position sehr nahe bei dem Gleichgewicht zu funktionieren und sehr schnell zu reagieren.
Die Reibungskräfte des beweglichen Organs sind nämlich vermindert, insbesondere wegen der kleinen Kontaktoberfläche und auch wegen der Verlagerung der Führung an das Ende.
Der Durchmesser des Schlittens (Schiebers) ist mindestens geringer als die Hälfte des Durchmessers der Steuerstange und neigt mehr zu einem Drittel des Durchmessers der Steuerstange.
Um diese Eigenschaften zu verbessern, können die Führungseinrichtungen auf einem der miteinander in Kontakt stehenden Teile einen Ring oder eine Hülse 300 aus einem Polymer aufweisen, um einen Metall-Metall-Kontakt zu vermeiden, der im Verlaufe der Zeit oxidiert wird und verkalkt.
Die am Ausgang der Kammer und damit stromaufwärts von der Mischkammer des thermostatischen Hahns montierten Rückschlagventile vermeiden, dass der Druck in der Mischkammer die Drucke beeinflusst, die in den Warmwasser- und Kaltwasser-Kammern herrschen.
Zweckmäßig verläuft die Verschiebungsachse dieser Rückschlagventile parallel zur Längsachse der Steuerstange.
Diese Ausrichtung erleichtert die Montage/Demontage der Rückschlagventile und die Kompaktheit der Einheit.
Um den Trägheitseffekt des Organs zu minimieren und die Sicherheit zu erhöhen, drückt ein elastisches Organ 120 auf das bewegliche Organ in der Richtung, dass das auf den Warmwasser-Zulauf montierte Ventil geschlossen wird. Es ist auch möglich, ein bewegliches Ausgleichsorgan mit Einstellfedern vorzusehen.
Das Verhältnis zwischen den Querschnitten der Ventile und der Membran-Oberfläche kann etwa 15 bis 20 betragen, wodurch die Empfindlichkeit verbessert wird.
Die Ventile 111, 112, die auf den Zuläufen montiert sind, sind mit Lippendichtungen versehen. Die Oberfläche dieser Ventile ist geringfügig größer als der Durchflussquerschnitt, den diese Ventile steuern, sodass eine Resultierende erzeugt wird, die das Schließen des Ventils begünstigt, wodurch ein Beitrag geliefert wird zu einer Begrenzung der Durchflußmenge bei einer Druckerhöhung.
Gemäß einer anderen Charakteristik ist der Wasserhahn außerdem stromabwärts von dem Mischwasserablauf 6, d. h. am Ausgang der thermostatischen Einheit 200, mit einer Sicherheitseinrichtung ausgestattet, die den Ausgang als Reaktion auf eine übermäßig hohe Temperatur verschließt. Die Sicherheitseinrichtung 38 umfasst:

– ein Gehäuse 9, das einen es vollständig durchquerenden Raum 10 begrenzt, wobei ein Ende 11 der beiden Enden 11, 12 dieses Raumes, das stromaufwärts gelegene Ende 11, das mindestens indirekt hydraulische Verbindungseinrichtungen mit dem Ausgang eines Warmwasserhahns und, stromaufwärts von dem anderen Ende 12, eine so genannte Evakuierungsleitung 13 aufweist, die einerseits aus dem Gehäuse ins Freie mündet und andererseits an einem dazwischen liegenden Punkt in hydraulischer Verbindung steht mit den zwei Enden des Raumes, der dem Gehäuse die Form eines T gibt,
– einen Sitz 14 für das Absperrventil 15, der in der Bohrung nahe bei ihrem stromaufwärts gelegenen Ende angeordnet ist, und - angeordnet in dem Raum ab seinem stromabwärts gelegenen Ende,
– ein Absperrventil 15 mit einem elastischen Organ 16, das es in seine geschlossene Position bringt durch Andrücken an den Ventilsitz 14, und
– eine Bedienungsstange 17 für das Absperrventil, die mit einer Steuereinrichtung 18 verbunden und geeignet ist, das Absperrventil in die offene Position zu schieben entgegen der Wirkung des oben genannten elastischen Organs, zwischen dem Absperrventil und der Steuereinrichtung, wobei diese Bedienungsstange lokal ein schmelzbares Material 19 umfasst, das , wenn es einer Temperatur oberhalb einer vorgegebenen Temperatur ausgesetzt wird, schmilzt, sodass die Länge der Bedienungsstange abnimmt und damit das Schließen des Absperrventils bewirkt wird.

Die Bedienungsstange 17 des Ventils besteht aus zwei Teilen 17A, 17B:

– ein Teil 17A der beiden Teile bildet mit dem Absperrventil eine Einheit und stellt einen Ventilschaft dar, der sich entlang der Längsachse der Bohrung erstreckt, und
– das andere Teil 17B liegt auf dem freien Ende des Ventilschafts durch das schmelzbare Material 19 auf.

Das schmelzbare Material 19 ist in einer Hülle 21 angeordnet, die das schmelzbare Material gegenüber abnehmenden Temperaturschwankungen isoliert.
Diese Hülle erlaubt es außerdem, schmelzbare Materialien zu verwenden, die für Lebensmittel nicht zugelassen sind. Der Schaft des Absperrventils erstreckt sich teilweise in diese Hülle hinein und eine am Eingang in die Hülle 21 angeordnete O-Ring-Dichtung 22 vervollständigt die Isolierung des schmelzbaren Materials gegenüber dem Wasser.
Die Evakuierungsleitung ist in einem Rückschlagventil 20 angeordnet

Claims

Vorrichtung zum Ausgleichen der Drucke von warmem Wasser und kaltem Wasser in einem Sanitär-Warmwasser-Hahn, die stromaufwärts einer thermostatischen Einheit (200) umfasst: – ein bewegliches Organ (108), das besteht aus einer Membran (109), deren Ebene die Symmetrieebene der beiden Kammern für warmes Wasser und für kaltes Wasser festlegt, und einer Steuerstange (110), welche die Membran (109) in ihrem Zentrum durchquert und auf der die Membran fixiert ist, – Absperrventile (111, 112), die auf jedem der beiden Enden der gemeinsamen Steuerstange montiert sind, die mit Ventilsitzen (113, 114) kooperieren, – Führungseinrichtungen (115, 116) für die Steuerstange bei ihrer Verschiebung, und – Rückschlagventile (117, 118), die an jedem der Ausgänge der Kammern angeordnet sind, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Führungseinrichtungen (115, 116) an jedem der Enden der Steuerstange angeordnet sind und Führungsoberflächen mit einem verminderten Querschnitt im Vergleich zu dem Querschnitt der auf jedem der beiden Enden der Steuerstange montierten Absperrventile aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtungen die Form eines Schlittens mit einem verminderten Querschnitt haben, der in einer Bohrung verschiebbar ist, die in dem Körper vorgesehen ist, in dem die Druckausgleichsvorrichtung untergebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtungen auf einem der Teile, die in Kontakt miteinander stehen, einen Ring (300) oder eine Hülse aus einem Polymer aufweisen, um einen Metall-Metall-Kontakt zu vermeiden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebungsachse der Rückschlagventile (117, 118) parallel zur Längsachse der Steuerstange verläuft.
Hahn, insbesondere thermostatischer Hahn, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Ausgleichsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist.
Hahn nach Anspruch 5, der umfasst: – ein Gehäuse (100), das einen Raum (101) begrenzt, in dem zwei symmetrische Kammern (102, 103) untergebracht sind, eine so genannte kalte Kammer (102), der kaltes Wasser zugeführt wird, und eine so genannte warme Kammer (103), der warmes Wasser zugeführt wird, wobei jede der Kammern eine Eintrittsöffnung (104, 105) und eine Austrittsöffnung (106, 107) aufweist, – ein bewegliches Organ (108), das, wenn es dem Druck des in den kalten und warmen Kammern enthaltenen Wassers ausgesetzt ist, den Durchtrittsquerschnitt der Eintrittsöffnungen (104) für warmes Wasser und (105) für kaltes Wasser modifiziert, und – eine thermostatische Einheit (200), wobei der Hahn dadurch gekennzeichnet ist, dass er stromabwärts von dem Ausgang (6) für Mischwasser mit einer Sicherheitseinrichtung ausgestattet ist, die den Ausgang bei einer übermäßig hohen Temperatur verschließt.
Hahn nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung (38) umfasst: – ein Gehäuse (9), das einen es vollständig durchquerenden Raum (10) begrenzt, wobei eines (11) der beiden Enden (11, 12) dieses Raums, das so genannte stromaufwärts gelegene Ende (11), das mindestens indirekt hydraulische Verbindungseinrichtungen mit dem Ausgang eines Warmwasserhahns und, stromaufwärts von dem anderen Ende (12), eine so genannte Evakuierungsleitung (13) aufweist, einerseits aus dem Gehäuse ins Freie mündet und andererseits an einem dazwischenliegenden Punkt in hydraulischer Verbin dung steht mit den zwei Enden des Raumes, der dem Gehäuse die Form eines T gibt, – einen Sitz (14) für das Absperrventil (15), der in der Bohrung nahe bei ihrem stromaufwärts gelegenen Ende angeordnet ist, und, – angeordnet in dem Raum ab seinem Ende stromaufwärts, – ein Absperrventil (15) mit einem elastischen Organ (16), das es in seine geschlossene Position bringt durch Andrücken an den Ventilsitz (14), und – eine Bedienungsstange (17) für das Absperrventil, die mit einer Steuereinrichtung (18) verbunden und geeignet ist, das Absperrventil in die offene Position zu schieben entgegen der Wirkung des oben genannten elastischen Organs, zwischen dem Absperrventil und der Steuereinrichtung, wobei diese Bedienungsstange lokal ein schmelzbares Material (19) umfasst, das , wenn es einer Temperatur oberhalb einer vorgegebenen Temperatur ausgesetzt wird, schmilzt, sodass die Länge der Bedienungsstange abnimmt und damit das Schließen des Absperrventils bewirkt wird.
Hahn nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienungsstange (17) des Absperrventils aus zwei Teilen (17A, 17B) besteht: – wobei eines (17A) der Teile mit dem Absperrventil eine Einheit bildet und einen Ventilschaft darstellt, der sich entlang der Längsachse der Bohrung erstreckt, und – das andere Teil (17B) auf dem freien Ende des Ventilschafts durch das schmelzbare Material (19) aufliegt.
Hahn nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzbare Material (19) in einer Hülle (21) angeordnet ist, die das schmelzbare Material gegenüber abnehmenden Temperaturschwankungen isoliert.
Hahn nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft des Absperrventils sich teilweise in diese Hülle hinein erstreckt und dass eine O-Ring-Dichtung (22), die am Eingang in die Hülle (21) angeordnet ist, die Isolierung des schmelzbaren Materials gegenüber dem Wasser vervollständigt.