DE2711500B2 - Mischhahn - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Mischhahn zur Regelung der Strömungsmengen von zwei Flüssigkeiten.

Derartige Mischhähne enthalten im allgemeinen ein bewegliches Verschlußglied, welches mit zwei Durchtrittsöffnungen versehen und zwischen einem festen Anschlag und zwei Stutzen zur Zufuhr von warmem und kaltem Wasser verschieblich ist, an welchen es dicht gleitet, wobei diese Stutzen gegen das bewegliche Verschlußglied durch elastische Mittel gedrückt werden, z. B. Federn, um die erforderliche Abdichtung herzustellen.

Durch Verschiebung des Verschlußgliedes regelt der Benutzer die gegenseitigen Stellungen der öffnungen und der Stutzen so, daß er die Durchtrittsquerschnitte für das warme Wasser bzw. das kalte Wasser auf den gewünschten Wert einstellt.

Bei einer ersten, durch die französische Patentschrift 21 05 339 bekannten Ausführung sind der Anschlag und das Verschlußglied aus einem Kunststoff hergestellt, welcher genügend hart und widerstandsfähig ist, um den Wasserdruck auszuhalten, während die — hier Stutzen genannten — Einsätze durch Federn gegen das Verschlußglied gedrückt werden und insbesondere aus einem Elastomer hergestellt sind. Bei dieser Ausführung kann das Verschlußglied in zwei zueinander senkrechten Richtungen verschoben werden. Die Kombination der öffnungen des Verschlußgliedes mit denen der Einsätze ermöglicht die Regelung der Strömungsmenge sowie die Dosierung des Gemischs.

Obwohl diese Ausführung hinsichtlich ihrer Einfachheit und der Bequemlichkeit der Betätigung mittels eines einzigen Handgriffs mit zwei Freiheitsgraden interessant ist, hat die Erfahrung gezeigt, daß beim Gebrauch verschiedene Unvollkommmenheiten auftreten.

Insbesondere bei einer längeren Betriebsunterbrechung sucht das Elastomer der Stutzen an dem Kunststoff des Verschlußgliedes zu haften, da die in diesem enthaltenen Vulkanisierungsprodukte höchst-Polymere zur Folge haben, wie bei den üblichen Metallen.

Ferner erzeugt der Druck der Stutzen auf das Verschlußglied eine besonders starke Reibung, wobei ■> der Reibungswinkel einen hohen Wert von größenordnungsmäßig 0,27 erreicht Diese Reibung macht den Mischhahn hart, ungenau und unbequem, wobei unangenehme Rucke und Knirschen entstehen.

Um diesen Fehlern abzuhelfen, ist es üblich, die miteinander in Berührung kommenden Teile beim Zusammenbau mit z. B. Silikon enthaltenden Spezialfetten zu schmieren. Der leichte, zwischen die Teile gebrachte Film bewirkt vorübergehend eine Verringerung der Reibungskoeffizienten und die teilweise

'■"· Aufhebung der Klebeerscheinungen, das Arbeiten mit heißem Wasser und die wiederholte Betätigung des Mechanismus beseitigen jedoch schnell diesen Film, und die Fehler treten wieder auf.

Bei einer anderen aus der US-PS 37 47 641 bekannten

2" Ausführung hat das aus Metall hergestellte Verschlußglied Kugelform, und die Stutzen sind in eine Grundplatte aus einem elastischen Material eingebaut, welches eine Schale bildet, auf weiche eine Schicht aus Polytetrafluoräthylen geklebt ist, während der Anschlag

-· ringförmig, aus Metall hergestellt und mit Polytetrafluoräthylen überzogen ist.

Eine derartige Vorrichtung ist schwer zu verwirklichen, da die Formung der Polytetrafluoräthylenschicht vor ihrem Aufkleben heikel und die erhaltene

^J" Kugelform unvollkommen ist, was die Anlage des Verschlußgliedes an der Grundplatte unregelmäßig macht.

Ferner erfordert die Dichtigkeit der Verbindungsstelle zwischen dem Polytetrafluoräthylen und dem Metall,

J'' daß das Verschlußglied einen Oberflächenzustand hoher Qualität besitzt, was die Kosten der Vorrichtung erheblich erhöht. Selbst so erfordert die Abdichtung eine starke Zusammendrückung der Grundplatte, welche gleichzeitig eine Erhöhung der Reibungen und

^w des Fließens des Polytetrafluoräthylens während der Ruhezeiten nach dem Innern der öffnungen unter dem Druck des elastischen Materials bewirkt.

Es wurden ferner ohne Erfolg Mittel gesucht, um unter Ausgang von der ersten obigen Ausführung und

^v· ohne Änderung des Aufbaus derselben einen Mischhahn herzustellen, welcher gleichzeitig geräuschlos, weich zu betätigen, dicht, dauerhaft, einfach und wirtschaftlich ist, indem sie folgende Versuche vorgenommen hat:

Hierbei wurde zunächst versucht, einen reibungs-

^r>(l mindernden Überzug, insbesondere aus Polytetrafluoräthylen, an dem Verschlußglied oder an den Stutzen herzustellen. Derartige Überzüge können jedoch nur in kaltem Zustand hergestellt werden, da die genannten Unterlagen die Erhitzungstemperatur des Polytetra-

" fluoräthylens nicht aushalten. Unabhängig von der benutzten Technik zur Aufbringung durch einen Lack oder ein Aerosol hat es sich daher als unmöglich erwiesen, eine dauerhafte Herabsetzung der Reibung zu erhalten, da die erzielte Verbesserung fast ebenso

•»ο vorübergehend blieb wie bei der oben erwähnten Schmierung mit einem Silikonfett, und das Verhalten der hergestellten Überzüge war ungenügend.

Hierauf wurde versucht, ein Verschlußglied aus massivem Polytetrafluoräthylen herzustellen, die unge-

^b5 nügende mechanische Festigkeit dieses Materials und insbesondere seine Fließneigung haben jedoch allmähliche Verformungen hervorgerufen, welche für das

cine oberflächliche SChSCU⁰Un** eier richtige Arbeiten unter der kombinierten Wirkun" des

Wasserdrucks und des Andrückdrucks der Stutzen „chädlich waren.

Ferner mußten andere ins Auge gefaßte Möglichkeiten aus folgenden Gründen ausgeschieden werden:

Die Verwendung eines vollständig metallischen Verschlußgliedes, insbesondere aus rostfreiem Stahl, welches mit bei hoher Temperatur gesintertem Polytetrafiuoräthylen überzogen ist, hätte heikle Bearbeitungen infolge der verwickelten herzustellenden Formen erfordert und in unzulässiger Weise den Preis ι ο des fertigen Materials erhöht

Die Benutzung eines Verschlußgliedes aus einem Kunststoff geringer Härte, z. B. einem Polyamid, hätte nicht gestattet, die erforderliche mechanische Festigkeit zu erhalten, wobei das Problem der Blockierung des '5 Verschlußgliedes durch Anhaften der Stutzen nach iangen Ruhezeiten bestehen blieb.

Dagegen ist es durch die Erfindung gelungen, das gewünschte Resultat durch eine spezifische Änderung des Aufbaus des Verschlußgliedes bei Benutzung einer 2(i komplexen Kombination von Materialien zu erhalten.

Der erfindungsgemäße Mischhahn enthält ein bewegliches Verschlußglied mit zwei Durchtrittsöffnungen, welches zwischen einem Anschlag und zwei Stutzen zur Zufuhr von warmem und kaltem Wasser angeordnet ist, an welchen es gleiten kann, und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied einen plastischen Gleitschuh aufweist, welcher mit einer metallischen Schale überdeckt ist, gegen welche sich dicht die Stutzen legen, wobei diese Schale auf der Seite der Anlage der J<> Stutzen mit einem Überzug aus einem selbstschmierenden Polymer überzogen ist.

Hierdurch erteilt man dem Verschlußglied gleichzeitig die erforderliche Steifigkeit zum Aushalten des Wasserdrucks und Gleiteigenschaften, welche ein i~> weiches, geräuschloses Arbeiten ohne Zerstörung der Einsätze gewährleisten. Gleichzeitig kann eine dauerhafte Befestigung des Polytetrafluoräthylenüberzuges an der Schale erzielt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die «· Schale aus rostfreiem gezogenem, mit einer dünnen Schicht von Polytetrafiuoräthylen überzogenem Stahl, und die Stutzen sind aus einem Elastomer hergestellt, z. B. einem Nitrilkomplex, während der Anschlag aus einem Polymer mit hoher Festigkeit und hoher Härte ■»5 ist, z. B. einem Acetalharz, und der Gleitschuh aus einem Polymer geringer Härte mit guten Gleiteigenschaften, z. B. einem Polyamid.

Die so definierte komplexe Kombination gestattet, zusammen alle durch die obige Änderung des Aufbaus so ermöglichten Vorteile zu erhalten und einen Mischhahn herzustellen, welcher alle erforderlichen Eigenschaften hat, wobei das Verschlußglied hinsichtlich der Reibung gleichzeitig mit den Stutzen und dem Anschlag verträglich ist.

Die Ei'findung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert

Fig. 1 zeigt in einem Schnitt längs der Linie 1-1 der F i g. 2 eine erste Ausführungsform der Erfindung und der Leitungen zur Zufuhr und Abfuhr des Wassers. «>

F i g. 2 ist ein Schnitt der gleichen Ausführung unter den gleichen Bedingungen längs der Linie II-1I der Fig. 1.

F i g. 3 ist eine schaubildliche auseinandergezogene Ansicht des Mischhahns der Fig. 1 und 2 ohne den <>5 Hahnkörper.

F i g. 4 ist eine Ansicht des in F i g. 2 mit IV bezeichneten Teils in sehr großem Maßstab, welche den Einbau des Anschlags des Mischhahns der Fig. 1 bis 3 zeigt

F i g. 5 und 6 sind vergrößerte Ansichten des gleichen Mischhahns in Fig. 1 bzw. 2 entsprechenden Schnitten, wobei der Körper nicht dargestellt ist und sich der Betätigungshebel in einer anderen Stellung befindeu

Fig.7 ist eine auseinandergezogene schaubildliche Ansicht des Anschlags, des Verschlußgliedes und der Stutzen einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

F i g. 8 zeigt schaubildlich die gegenseitigen Stellungen der Teile der Fig.7 bei ihrer betriebsfertigen Vereinigung.

Der Mischhahn der F i g. 1 bis 3 enthält ein bewegliches Verschlußglied I in Form eines Zylinderabschnitts mit zwei quadratischen Durchtrittsöffnungen 2 für das warme Wasser und das kalte Wasser, welcher zwischen einem Anschlag 4 aus einem harten Material und zwei Stutzen aus elastischem Material 5 zur Zufuhr des warmen Wassers und des kalten Wassers gleitet.

Das Verschlußglied 1 besitzt einen Gleitschuh 6, welcher von einer aufgesetzten metallischen Schale 7 bedeckt ist, gegen welche sich dicht die Stutzen 5 legen, und welche auf der Seite 8 der Anlage der Stutzen 5 mit einem Überzug aus einem selbstschmierenden Polymer 9(F i g. 6) überzogen ist.

Das Verschlußglied 1, der Anschlag 4, die Stutzen 5 werden zwischen einer halbzylindrischen Schale 10 mit zwei radialen parallelen Durchlässen 11 gehalten, in welchen die Stutzen 5 mit einer geringen, die Abdichtung gewährleistenden Reibung untergebracht sind, wobei ein Deckel 12 lösbar an der Schale 10 befestigt ist und mit einem Lager 13 für einen mit einem Kugelgelenk versehenen Betätigungshebel 14 versehen ist. Die so erhaltene Anordnung bildet eine Patrone 15, welche auseinandergezogen in F i g. 3 und im Schnitt in F i g. 5,6 dargestellt ist.

Im Betrieb befindet sich die Patrone 15 in einem Hahnkörper 16 mit einem doppelten, mit den Durchlässen 11 und den Stutzen 5 verbundenen Eingangsrohransatz 17 und einem Ausgang 18, welcher bei der dargestellten Ausführung mit einem Ausfluß 19 in Verbindung steht. Sie wird durch einen in ein Innengewinde des Körpers 16 geschraubten Ring 20 in ihrer Stellung gehalten, welcher sie gegen einen fest mit dem doppelten Rohransatz 17 verbundenen Bund 21 drückt, welcher zwischen einer Schulter 16a des Körpers 16 und einem entfernbaren Gewindering 21a eingespannt ist.

Der Anschlag 4 umfaßt zwei in einer Flucht angeordnete halbzylindrische Anlageflächen 23, welche die Stutzen 5 übergreifen und der Schale 10 gegenüberliegen. Die Anlageflächen 23 sind durch eine kreisförmige Platte 22 verbunden, welche in einer Durchmesserebene der Schale 10 quer zu der Richtung der Stutzen 5 liegt.

Wie dies Fig.4 für einen der betreffenden Punkte zeigt, ist die Platte 22 an zwei diametral gegenüberliegenden Punkten zwischen den Innenflächen 24a von zwei Ansätzen 24 eingespannt, weiche die Flanken der Schale 10 verlängern und einen in eine entsprechende Nut 26 des Deckels 12 eingreifenden äußeren Vorsprung 25 tragen.

Da£ Verschlußglied 1 hat im wesentlichen die Form eines Zylinderabschnitts, dessen konvexe Fläche durch die Schale 7 gebildet wird und sich der Schale 10 anpaßt, und die vom Gleitschuh 6 gebildete konkave Fläche paßt sich den Anlageflächen 23 an. Es kann in zwei Frcihcitsgraden zwischen der Schale JO und den

Anlageflächen 23 so gleiten, daß sich seine öffnungen 2 gegenüber den Stutzen 5 verschieben.

Die Schale 7 ist an dem Gleitschuh 6 durch zwei seitliche Laschen 28 befestigt, welche eine Feder bilden und in Nuten 29 am Ende des Gleitschuhs eingepreßt sind, welchen sie einspannen.

Gegenüber den öffnungen 2 des Gleitschuhs 6 besitzt die Schale 7 entsprechende öffnungen 2a ebenfalls mit quadratischem Querschnitt, welche bei der dargestellten Ausführung mit umgebogenen Randleisten versehen sind.

In dem mittleren Abschnitt der Konkavität des Gleitschuhs 6 ist eine Ausnehmung 30 für den Betätigungsfinger 31 des Hebels 14 ausgebildet, deren Innenflächen von dien Seiten eines metallischen Schutzeinsatzes 32, -/.. B. aus gebogenem rostfreiem Blech, überdeckt sind.

Die konvexe Oberfläche 8 der Schale 7 ist mit einem vorzugsweise sehr dünnen, in F i g. 5 und 6 dargestellten reibungsmindemden Überzug 9 versehen, gegen welchen jeder Stutzen 5 durch eine in dem entsprechenden Durchlaß 11 untergebrachte Feder 34 gedrückt wird.

Zur Sicherstellung der Dichtigkeit dieser Berührung weist jeder Stutzen 5 eine Randleiste 35 auf, welche gemäß der Zylinderfläche 8 so ausgeschnitten ist, daß sie sich dieser genau anpaßt.

Der Anschlag 4 besteht vorzugsweise aus einem Polymer hoher Festigkeit und Härte, z. B. einem Acetalharz, während der Gleitschuh 6 aus einem anderen Polymer geringerer Härte hergestellt ist, z. B. einem Polyamid, welches gute Gleiteigenschaften gegenüber dem Acetalharz hat.

Ferner kann die Gelenkkugel des Hebels 14 einen reibungsmindemden Überzug, z. B. aus Polytetrafluoräthylen, erhalten und ist im Betrieb in eine in den Deckel 12 eingespannte Dichtung 40 mit hohlem Innenprofil eingesetzt.

Ferner wird die Schale 7 zweckmäßig aus gezogenem rostfreiem Stahl hergestellt, wobei dann der reibungsmindernde Überzug 9 durch bei hoher Temperatur, insbesondere bei 350^c C. gesintertes Polytetrafluoräthy-Ien gebildet wird, während die Stutzen 5 aus einem Elastomer sind, z. B. einem Nitrilkomplex, oder aus einem plastischen Werkstoff mit der zur Erzielung der erforderlichen Abdichtung gewünschten Elastizität.

Vorzugsweise wird ein sehr dünner Überzug aus Polytetrafluorethylen mit einer Dicke von größenordnungsmäßig 35 Mikron benutzt.

Der reibungsmindernde Überzug 9 kann durch Aufbringung des Mischpolymerisats in Form von Pulver hergestellt werden, z. B. durch elektrostatisches Aufstäuben, Elektrophorese, Eintauchen oder Aufbringung mit der Rolle, worauf die Schale 7 während der erforderlichen Zeit auf die Sintertemperatur gebracht wird, bevor sie an dem Gleitschuh 6 angebracht wird.

Vor der obigen Aufbringung kann die Fläche 8 durch chemischen oder mechanischen Angriff (Sandstrahlen, Schroten oder dgL) porös gemacht oder aufgerauht worden sein.

Im Betrieb kommt das warme und das kalte Wasser durch einen der Kanäle des doppelten Rohransatzes 17 gemäß den Pfeilen Fund G an, durchströmt die Stutzen 5 und die entsprechenden öffnungen 2 gemäß den Pfeilen H und / mischen sich miteinander in dem Korper 16 und fließen zu der Benutzungsstelle über den Ausgang 18 in Richtung des Pfeils K.

Durch Betätigung des mit einer Gelenkkugel versehenen Betätigungshebels 14 kann der Benutzer das Verschlußglied 1 gemäß dem einen oder dem anderen seiner Freiheitsgrade verstellen und den einen oder den anderen der Stutzen 5 mehr oder weniger freilegen, was ihm die bequeme Regelung der Ausflußmenge und der ι gegenseitigen Anteile der beiden Wässer in dem Gemisch ermöglicht.

Dank dem reibungsmindemden Überzug 9, insbesondere wenn dieser aus Polytetrafluorethylen ist, erfolgt das Gleiten des Verschlußgliedes 1 an den Stutzen 5 bei

κι den Regelungen mit einer sehr geringen Reibung, wobei außerdem der restliche Reibungswiderstand im Stillstand vernachlässigbar ist Dieses vorteilhafte Ergebnis wird erhalten, selbst wenn der die Stutzen 5 auf die Schale 7 drückende Druck der Federn 34 hoch ist, so daß

is die Abdichtung ohne Nachteil hergestellt werden kann.

Der Überzug 9 besitzt eine große chemische Trägheit und das Haften verhindernde Eigenschaften, welche jede Kesselsteinablagerung und jedes Kleben der Stutzen an der Fläche 8 verhindern. Die erzielte Qualität

2« der Reibung ist daher dauerhaft, und der erfindungsgemäße Mischhahn hat eine lange Lebensdauer.

Ferner ermöglicht die Erfindung, zu diesen ersten Ergebnissen andere vorteilhafte unerwartete Folgen hinzuzufügen, welche die vollständige Lösung der durch

2ϊ die bekannten Mischhähne gestellten Probleme ermöglichen.

Zunächst besitzt die Schaie 7 eine ausgezeichnete Steifigkeit und verhindert jede Verformung des Verschlußgliedes 1 trotz der Plastizität des Gleitschuhs

jo 6, indem sie diesem eine mechanische Festigkeit erteilt, welche ausreicht, um den Druck des Wassers und der Federn 34 auszuhalten.

Hierdurch wird die Wahl des für die Herstellung des Gleitschuhs 6 zu benutzenden plastischen Materials beträchtlich erweitert, und man kann ohne Nachteil ein Polymer geringer Härte der oben beschriebenen Art benutzen, welches so ein gutes Gleiten des Verschlußgliedes 1 an der Anlagefläche 23 gewährleistet, umso mehr, als diese aus einem Material hergestellt ist, welches erheblich härter als der Gleitschuh 6 ist.

Auf diese Weise werden unangenehme Reibungen sowie Abnutzung durch Abschleifen weitgehend in Fortfall gebracht, umso mehr, als die Gelenkkugel des Hebels 14 ihrerseits mit einem reibungsmindemden

Überzug überzogen ist, welcher ihr Kleben an der Dichtung 40 verhindert Die von dieser Gelenkkugel auszuhaltenden Beanspruchungen sind verhältnismäßig gering, und das zeitliche Verhalten des reibungsmindernden Überzugs ist zufriedenstellend, selbst bei

so Benutzung eines im kalten Zustand aufgebrachten Überzugs.

Aus den obigen Gründen kann der Anschlag 4 sehr starr sein, was ihm gestattet, die Benutzungskräfte auszuhalten und zusätzlich die Blockierung der beiden Ansätze 24 der Schale 10 sicherzustellen, wodurch jede Verformung derselben durch Verbiegen infolge ihrer Einspannung durch den Deckel 12 vermieden wird.

Die obige Anordnung ist übrigens besonders wirtschaftlich herstellbar. Ihr Aufbau ist nämlich einfach und verwendet nur billige, in der Form geformte Materialien ohne Bearbeitung oder Ziehvorgänge, wobei die teuersten Bestandteile, wie Polytetrafluorethylen und rostfreier Stahl, nur in kleinen Mengen benutzt werden.

Die Erfindung kann abgewandelt werden. So kann insbesondere, wie in Fig.5 und 6 dargestellt, der konkave Teil des Verschlußgliedes 1 mit den Stutzen 5 Ober die Schale 7 in Berührung stehen. Der Anschlag 4 würde dann halbzylindrische Wiegen 37 anstelle der

Anlageflächen 23 aufweisen.

Die Gleitfläche der Schale 7 kann sphärisch oder eben sein, wobei die Verschiebungsmöglichkeiten derselben die beiden obigen Freiheitsgrade beibehalten.

Schließlich braucht das Verschlußglied 1 nur gemäß einem einzigen Freiheitsgrad verschiebiich zu sein, z. B. um nur die Dosierung eines Gemischs aus warmem und kaltem Wasser zu bewirken, und der Querschnitt der öffnungen 2 braucht nicht quadratisch zu sein.

Der Betätigungsfinger 31 kann lösbar an dem Hebel 14 befestigt sein, was die Vereinfachung der Herstellung desselben ermöglichen würde, wenn er aus Metall ist, wobei der eigentliche Finger 31 aus einem Polymer

hoher Härte sein kann, z. B. einem Acetalharz.

Die von dem Finger 31, der Ausnehmung 30 und dem Einsatz 32 gebildete Anordnung kann eine andere Form haben, wobei der eingreifende Teil fest mit dem Gleitschuh 6 verbunden sein kann, während sich der umgreifende Teil an dem Hebel 14 befindet.

Die Ausnehmung 30 kann vollständig durch den Gleitschuh 6 hindurchtreten, wobei der Einsatz 32 unmittelbar fest mit der Schale 7 verbunden ist.

Die Schale 7 kann aus Messing oder einem anderen Metall hergestellt werden, vorausgesetzt, daß sie einen Schutzüberzug aufweist, wenn das verwendete Metall oxydierbar ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Mischhahn mit einem beweglichen Verschlußglied mit zwei Durchtrittsöffnungen, welches zwischen einem Anschlag und zwei Stutzen zur Zufuhr von warmem und kaltem Wasser angeordnet ist, an welchen es gleiten kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied (1) einen plastischen Gleitschuh (6) aufweist, welcher von einer metallischen Schale (7) überdeckt wird, gegen welche sich dicht die Stutzen (S) legen, wobei die Schale (7) auf der Anlagefläche der Stutzen (5) mit einem Überzug (9) aus einem selbstschmierenden Polymer überzogen ist

2. Hahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (7) aus gezogenem Metall ist

3. Hahn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der selbstschmierende Überzug (9) eine dünne Schicht aus Polytetrafluorethylen ist

4. Hahn nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (7) zwei Laschen (28) aufweist, welche die beiden entgegengesetzten Enden des Gleitschuhs (6) federnd umfassen.