DE102004012782A1

DE102004012782A1 - Thermostatventil

Info

Publication number: DE102004012782A1
Application number: DE200410012782
Authority: DE
Inventors: Dieter Katzer; Frank Sommer; Michael Schmidt; Peter Schumacher; Guido Wiesendahl
Original assignee: Kludi GmbH and Co KG
Current assignee: Kludi GmbH and Co KG
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-16
Also published as: FR2867545A1; FR2874245A1; DE102004012782B4; FR2874245B1; FR2867545B1; ITSV20050008A1

Abstract

Thermostatventil (100), insbesondere für Sanitärarmaturen, wenigstens umfassend:
– ein Gehäuse (10) mit jeweils wenigstens einer Heißwasserzulaufausnehmung (14), einer Kaltwasserzulaufausnehmung (15) und einer Auslaufausnehmung (11),
– einer über ein Gewinde (16, 26) mit dem Gehäuse verbundene Verstellspindel (27),
– ein an der Verstellspindel (27) abgestütztes Thermoelement (22) mit einem Kolben (20), der in einer Gehäusebohrung des Gehäuses (10) unter wenigstens teilweiser Überdeckung wenigstens einer der Zulaufausnehmungen (14, 15) verschiebbar angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (22) über eine Zugfeder (25) direkt oder indirekt mit der Verstellspindel (27) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil, insbesondere für Sanitär- und Küchenarmaturen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 5.
Derartige Regelungsvorrichtungen dienen dazu, eine vom Benutzer vorgewählte Temperatur für das Mischwasser am Wasserablauf dadurch zu regeln, dass der Volumenstrom des Zulaufs an Kaltwasser und an Heißwasser verändert wird. Dadurch kann die Temperatur beispielsweise an einer Duscharmatur konstant gehalten werden. Dies wird durch einen Kolben erreicht, der innerhalb eines Gehäuses beweglich angeordnet ist und der über ein Thermoelement verstellbar ist. Der Kolben bewegt sich zwischen einer Kaltwasser- und einer Heißwasserzulaufausnehmung im Gehäuse und überdeckt diese ganz oder teilweise. Das Thermoelement besteht im wesentlichen aus einem Ausdehnungsgefäß und einem damit verschiebbaren Thermokolben. Durch eine Verstellspindel werden das Thermoelement und der Kolben entsprechend der gewünschten Temperatur axial im Gehäuse verschoben. Der Thermokolben stützt sich an der Verstellspindel ab und verschiebt sich bei Ausdehnung der Füllung des Thermoelements gegenüber dem Ausdehnungsgefäß, wodurch der den Wasserzulauf regulierende und fest mit dem Ausdehnungsgefäß verbundene Kolben, verschoben wird und den Heißwasserzulauf zunehmend überdeckt.
Bei Abkühlung hingegen werden keine Rückstellkräfte am Thermoelement erzeugt, so dass eine zusätzliche Druckfeder notwendig ist, die sich am Gehäuseboden abstützt und das Thermoelement samt seiner Kolbenstange an die Verstellspindel anpresst. Durch diese Druckfeder als Rückholfeder wird eine Kraft parallel zur Längsachse der Gehäusebohrung auf die üblicherweise in einem Feingewinde gelagerte Verstellspindel ausgeübt. Die Gewindegänge werden somit axial belastet, so dass erhebliche Reibungskräfte im Gewinde auftreten, die nur durch ein entsprechend großes Drehmoment an der Verstellspindel überwunden werden können.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Thermostatventil der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die Reibungskräfte am Gewinde der Verstellspindel reduziert sind.

Diese Aufgabe wird gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung durch ein Thermostatventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, bei dem das Thermoelement über eine Zugfeder mit der Verstellspindel verbunden ist. Die Verbindung kann direkt oder indirekt über weitere Elemente bestehen.

Damit ist gemäß der Erfindung die gesamte Einheit aus Verstellspindel und Thermoelement in sich selbst abgestützt. Hierdurch wird das Gewinde nicht durch axiale Kräfte belastet und kann leicht durch Elektromotoren mit geringer Stromaufnahme, die auch batteriegespeist sein können, betätigt werden. Es ist somit möglich, elektronische Vorwahleinrichtungen vorzusehen, über die die Verstellspindel betätigt wird.

Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform besonders, dass das mechanische System gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Thermostat-Regelvorrichtungen im Prinzip unverändert ist, soweit die Federkonstante der Zugfeder entsprechend der Federkonstante der im Stand der Technik eingesetzten Druckfeder, die sich am Gehäuseboden abstützt, gewählt wird. Damit kann das im Stand der Technik an sich bewährte mechanische Regelungssystem übernommen werden.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Thermostatventil mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.

Hierbei kann das Thermoelement über ein oder mehrere Druckfedern zwischen zwei Festlagern am Gehäuse geführt sein. Die Kräfte am Thermoelement wirken aber wiederum, wie bei der ersten Ausführungsform auch, nicht auf das Gewinde der Verstellspindel.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu den Ausführungsformen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen jeweils im Schnitt:
1 eine erste Ausführungsform der Erfindung in einer Betriebsstellung;
2 die erste Ausführungsform in einer Sperrstellung bei Kaltwasserausfall; und
3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Thermostat-Regelvorrichtung 100, die im Wesentlichen besteht aus:

– einem Gehäuse 10,
– einem in einer Gehäusebohrung des Gehäuses 10 verschiebbar angeordneten Thermoelement 22 mit Kolben 20, sowie
– einer Verstellspindel 27 zur Vorwahl der gewünschten Temperatur.

Das Gehäuse besitzt neben einer Auslaufausnehmung 11 eine Heißwasserzulaufausnehmung 14 und eine Kaltwasserzulaufausnehmung 12. Letztere sind axial beabstandet zueinander angeordnet, so dass ein zwischen ihnen angeordneter Kolben 20 entweder eine der Zulaufausnehmungen 14, 15 vollständig verdeckt, und somit den Wasserzulauf durch diese eine Ausnehmung sperrt, oder aber die beiden Zulaufausnehmungen 14, 15 jeweils teilweise abdeckt und durch die Veränderung des Querschnitts in den Zulaufausnehmungen 14, 15 den jeweiligen Volumenstrom an Kalt- bzw. Heißwasser so regelt, dass an der Auslaufausnehmung 11 die gewünschte Wassertemperatur vorliegt.
Das Thermoelement 22 ist mit seinem Thermoelement-Ausdehnungsgefäß 22.1 fest mit dem Kolben 20 verbunden, wohingegen eine Kolbenstange 22.2 verschiebbar gegenüber dieser Einheit ist.
Diese Anordnung wird aus Platzgründen bevorzugt gewählt. Die umgekehrte Anordnung mit einem Kolben, der mit der Kolbenstange verbunden ist und einem Thermoelement-Ausdehnungsgefäß, das sich an der Verstellspindel abstützt, ist ebenso möglich.
Der Weg des Kolbens 20 im Gehäuse 10 kann durch wenigstens einen Festanschlag 12 begrenzt sein.
Das Gehäuse 10 ist durch eine die Verstellspindel 27 umfassende Dichtung 23 nach außen abgedichtet.
Durch Drehen der Verstellspindel 27 wird das gesamte Thermoelement 22 vom Benutzer gegenüber dem Gehäuse 10 in einer bestimmten axialen Ausgangslage, die einer gewünschten Wassertemperatur entspricht und durch eine Skala an der Verstellspindel dargestellt sein kann, positioniert. In dieser Ausgangslage sind die Heißwasser- und die Kaltwasserzulaufausnehmung 12, 14 teilweise vom Kolben 20 überdeckt. Warm- und Kaltwasser können ins Gehäuse 10 gelangen, wo sie sich vermischen und als Mischwasser an der Auslaufausnehmung 11 austreten.
Ändert sich nun der Druck oder die Temperatur an der Heißwasserzulaufausnehmung 12, kommt es zu einer Ausdehnung im Thermoelement-Ausdehnungsgefäß 22.1, wodurch die Kolbenstange 22.2 aus dem Thermoelement 22 heraus geschoben wird. Durch die Abstützung des Kolbenstange 22.2 an der Verstellspindel 27 wird das Thermoelement-Ausdehnungsgefäß 22.1 zusammen mit dem fest damit verbundenen Kolben 20 zunehmend weiter über die Heißwasserzulaufausnehmung 14 geschoben, wodurch die Temperatur an der Auslaufausnehmung 11 wieder abgesenkt wird.
Kommt es hingegen zu einem vollständigen Ausfall des Kaltwasserzulaufs, erfolgt durch die alleinige Umspülung mit Heißwasser eine schlagartige Ausdehnung des Thermoelement-Ausdehnungsgefäßes 22.1, durch das dieses sich zusammen mit dem Kolben 20 soweit verschiebt, dass die Heißwasserzulaufausnehmung 14 vollständig überdeckt ist, wodurch der Heißwasserstrom gestoppt ist. Diese Stellung ist in 2 dargestellt. Durch diese Funktion wird die Gefahr von Verbrennungen im Falle einer Unterbrechung des Kaltwasserzulaufs verhindert.
Erfindungsgemäß ist die Thermoelement-Einheit 22 mit ihrem Ausdehnungsgefäß 22.1 oder auch mit dem Kolben 20 über eine Zugfeder 25 an die Verstellspindel 27 gekoppelt. Das Thermoelement-Ausdehnungsgefäß 22.1 wird zusammen mit dem Kolben 20 durch die vorgespannte Zugfeder 25 gegen die Verstellspindel 27 gezogen. Als Anschlag für die Zugfeder kann ein Bund 28 an der Verstellspindel 27 vorgesehen sein.
Bei Temperaturanstieg und Ausdehnung im Thermoelement-Ausdehnungsgefäß 22.1, die ein Herausschieben der Kolbenstange 22.2 bewirkt, wird die Zugfeder 24 vorgespannt, so dass bei einem anschließenden Abkühlvorgang die Einheit aus Ausdehnungsgefäß 22.1 und Kolben 20 wieder an die Verstellspindel 27 herangezogen wird.
Zwischen der Kolbenstange 22.2 und der Verstellspindel 27 kann noch eine Überhubfeder 24 vorgesehen sein, die eine sehr hohe Federkonstante aufweist und insbesondere dazu dient, eine Zerstörung des Thermoelements 22 zu verhindern, wenn dieses zwischen dem Festanschlag 12 und der Verstellspindel blockiert ist und sich zugleich durch Erwärmung ausdehnt. In diesem Fall kann die Längenänderung am Thermoelement 22 durch eine Stauchung der Überhubfeder 24 kompensiert werden.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Thermostatventils 200, bei der das Thermoelement 222 mit einem Kolben 220 axial zwischen einer Druckfeder 225 und einer Überhubfeder 224 gelagert ist. Die Überhubfeder 224 drückt gegen das Gehäuse 230. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Verbindung zum Gehäuse 230 über einen Stift 229 als Festanschlag hergestellt.
In radialer Erstreckung ist zwischen dem Kolben 220 und dem Mantel des Gehäuses 230 eine Schiebehülse 210 angeordnet. Die Schiebehülse 210 weist eine Heißwasserausnehmung 214 und eine Kaltwasserausnehmung 212 auf, von den wenigstens eine durch den Kolben 220 ganz oder teilweise abgedeckt werden kann. Den Heiß- und Kaltwasserausnehmungen 214, 212 der Schiebehülse gegenüber liegen Heiß- und Kaltwasserausnehmungen 234, 232 des Gehäuses 230, die entsprechend größer sind, so dass der Querschnitt der Ausnehmungen 212, 214 bei allen Positionen der Schiebehülse 210 immer vollständig frei in den Ausnehmungen 232, 234 des Gehäuses liegt.
Die Schiebehülse 210 kann starr mit der Verstellspindel 227 verbunden sein. Da mit deren Verstellung dann die Schiebehülse 210 rotiert, sind bogenförmige Einlaufbereiche am Gehäuse 230 und/oder an der Schiebehülse 210 vorgesehen, die zu den Heiß- und Kaltwasserausnehmungen 214, 212 führen.
Möglich ist auch, die Schiebehülse 210 verdrehsicher im Gehäuse 230 zu führen und über Formschlusselemente, die eine relative Rotation von Schiebehülse 210 und Verstellspindel 227 erlauben, miteinander zu verbinden.
Das Thermoelement-Ausdehnungsgefäß 222.1 zusammen mit dem Kolben 220 ist innerhalb des Bereichs zwischen der Kaltwasser- und der Heißwasserausnehmung 212, 214 in der Schiebehülse verschiebbar. Bei Änderungen im Zulauf werden die Querschnitte der Ausnehmungen 214, 215 entsprechend verändert, so dass am Auslauf 211 die gewünschte Temperatur anliegt. Das Vorwählen der gewünschten Temperatur erfolgt jedoch nicht mehr über eine Verschiebung der gesamten Einheit aus Thermoelement und Kolben, sondern über eine axiale Verschiebung der Kaltwasser- und Heißwasserausnehmungen 212, 214 an der Zulaufseite.
Bei einer Temperatur- oder Druckerhöhung im Heißwasserzulauf dehnt sich das Thermoelement 222 aus, das sich über die Überhubfeder 224 am Stift 229 und damit am Gehäuse 230 abstützt und sein Thermoelement-Ausdehnungsgefäß 222.1 samt Kolben 220 weiter über die Heißwasserzulaufausnehmung 214 schiebt und damit den Querschnitt verringert und den Volumenstrom verringert. Gleichzeitig wird die Kaltwasserzulaufausnehmung 212 weiter geöffnet. Bei der nachfolgenden Abkühlung und im Falle eines Kaltwasserausfalls zieht sich das Thermoelement 222, unterstützt durch die Druckfeder 225 wieder in Richtung des Festanschlags 229 zurück.
Beiden Ausführungsformen der Erfindung ist gemeinsam, dass sie eine Relativbewegung zwischen Kolben und den Heißwasser- und Kaltwasserzulaufausnehmung ermöglichen, ohne das Gewinde der Verstellspindel zu belasten.

Claims

Thermostatventil (100), insbesondere für Sanitärarmaturen, wenigstens umfassend: – ein Gehäuse (10) mit jeweils wenigstens einer Heißwasserzulaufausnehmung (14), einer Kaltwasserzulaufausnehmung (15) und einer Auslaufausnehmung (11), – einer über ein Gewinde (16, 26) mit dem Gehäuse verbundene Verstellspindel (27), – ein an der Verstellspindel (27) abgestütztes Thermoelement (22) mit einem Kolben (20), der in einer Gehäusebohrung des Gehäuses (10) unter wenigstens teilweiser Überdeckung wenigstens einer der Zulaufausnehmungen (14, 15) verschiebbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (22) über eine Zugfeder (25) direkt oder indirekt mit der Verstellspindel (27) verbunden ist.
Thermostatventil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (22) über eine Überhubfeder (24) an der Verstellspindel (27) abgestützt ist.
Thermostatventil (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (22) wenigstens aus einem Thermoelement-Ausdehnungsgefäß (22.1) und einer Thermoelement-Kolbenstange (22.2) gebildet ist.
Thermostatventil (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermolement-Ausdehnungsgefäß (22.1) mit dem Kolben (20) direkt oder indirekt verbunden ist.
Thermostatventil (200), insbesondere für Sanitärarmaturen, wenigstens umfassend: – ein Gehäuse (230) mit jeweils wenigstens einer Heißwasserzulaufausnehmung (234), einer Kaltwasserzulaufausnehmung (232) und einer Auslaufausnehmung (231), – einer über ein Gewinde (226) mit dem Gehäuse (230) verbundene Verstellspindel (227), – ein Thermoelement (222) mit einem Kolben (220), der in einer Gehäusebohrung des Gehäuses unter wenigstens teilweiser Überdeckung wenigstens einer der Zulaufausnehmungen verschiebbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Gehäusebohrung eine mit der Verstellspindel (227) verbundene Schiebehülse (210) verschiebbar angeordnet ist, in der der Kolben (220) angeordnet ist und die eine Heißwasserzulaufausnehmung (234) und eine Kaltwasserzulaufausnehmung (215) im Bewegungsbereich des Kolbens (200) aufweist, und dass das Thermoelement (222) an wenigstens einem Festlager (229) am Gehäuse (210) abgestützt ist.
Thermostatventil (200) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (222) wenigstens aus einem Thermoelement-Ausdehnungsgefäß (222.1) und einer Thermoelement-Kolbenstange (222.2) gebildet ist.
Thermostatventil (200) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermolement-Kolbenstange (222.2) mit dem Festlager (229) verbunden ist und dass das Thermolement-Ausdehnungsgefäß (222.1) mit dem Kolben (220) verbunden ist und über eine am Gehäuse (210) abgestützte Druckfeder (225) gegen das Festlager (229) gedrückt ist.
Thermostatventil (100) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (222) über eine Überhubfeder (224) an dem Gehäuse (230) abgestützt ist.