КАРТРИДЖ ДЛЯ СМЕСИТЕЛЯ С УГЛОМ ПОВОРОТА ДО 180 ГРАДУСОВ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к водоразборной арматуре, а именно к картриджам для смесителей холодной и горячей воды, предназначенных для санитарно-технических приборов.
Известен картридж для смесителя, содержащий рычаг и запорно-регулирующий элемент, состоящий из двух пластин, причем одна из пластин зафиксирована в корпусе, а другая пластина установлена с возможностью вращения и поступательного перемещения. В неподвижной пластине выполнены проходы для впуска холодной и горячей воды (Патент US 4733693A, IPC-7: F16K 11/078. Mixing valve [Текст] / KNAPP ALFONS [DE], заявитель MASCO CORP [US]. Дата публикации -29.03.1988)[1]. Такая конструкция картриджа обеспечивает угол поворота до 180 градусов, но требует уплотнения рычага, которое приводит к повышению трения в механизме и создает затруднения при регулировании.
Известен картридж для смесителя, включающий рычаг и запорно-регулирующий элемент, состоящий из двух пластин - подвижной и неподвижной. В неподвижной пластине выполнены проходы для впуска холодной и горячей воды и для выпуска воды, а в подвижной пластине расположена камера смешения. Подвижная пластина установлена с возможностью вращения и поступательного перемещения и связана с рычагом посредством цилиндрического шарнира. Камера смешения расположена внутри круга, центр которого находится на оси вращения рычага, а проходы для впуска полностью расположены за пределами вышеупомянутого круга (Патент US 5329958A, IPC-7: F16K 11/074. Single-control mixer cartridge for hot and cold water [Текст] / BOSIO ORLANDO [IT], заявитель AMFAG SRL [IT]. Дата публикации - 19.07.1994)[2].
Подобная конструкция картриджа позволяет регулировать температуру потока воды только при повороте рычага на угол до 90 градусов, что не слишком удобно.
Известен картридж, который имеет такое же устройство запорного элемента, но управление подвижной пластиной реализовано иным образом. Подвижная пластина связана с рычагом посредством шарового шарнира и связана с корпусом посредством направляющей (Патент US6321789B1, IPC-7: F16K11/074; F16K35/04. Two-stage water-saving structure of a faucet [Текст] / CHEN MEI-LI [TW], заявитель KUCHTNG INT LTD [US]. Дата публикации - 27.11.2001)[3]. Данный картридж имеет те же недостатки, что и предыдущий.
В качестве прототипа по первому варианту выбран картридж с цилиндрическим шарниром [2]. В качестве прототипа по второму варианту выбран картридж с шаровым шарниром [3].
На фигуре 1 изображены пластины картриджа согласно прототипу первого варианта [2] в шести различных положениях. Запорно-регулирующий элемент состоит из неподвижной пластины 1 и подвижной пластины 2. В неподвижной пластине выполнены проходы для впуска 3 холодной и горячей воды и проход для выпуска воды 4. В подвижной пластине расположена камера смешения 5.
В положениях а, б, в картридж находится в закрытом положении при различных углах поворота рычага. В положениях г, д, е картридж находится в полностью открытом положении также при различных углах поворота рычага. Данная фигура иллюстрирует невозможность получения угла регулирования температуры свыше 90 градусов при такой конструкции.
На фигуре 2 изображены пластины картриджа согласно первому варианту полезной модели. Здесь пластины, проходы и камера смешения имеют совершенно иную форму, но обозначены точно таким же образом, как и на предыдущей фигуре. Проходы для впуска воды 3 расположены внутри круга 6, центр которого находится на оси вращения рычага 7, а камера смешения 5 в закрытом положении находится полностью за пределами этого круга. Здесь и далее изображены форма и расположение проходов и камеры смешения именно в плоскости соприкосновения пластин.
В положениях а, б, в картридж находится в закрытом положении при различных углах поворота рычага. В положениях г, д, е картридж находится в полностью открытом положении. Данная фигура иллюстрирует возможность получения угла регулирования до 180 градусов при такой конструкции.
На фигуре 3 изображены механизм и пластины картриджа согласно прототипу для второго варианта в четырех различных положениях [3]. Подвижная пластина связана с рычагом посредством шарового шарнира и связана с корпусом посредством направляющей 8. На фигуре изображена шарнирная полость 9 для шарового шарнира, которая расположена в накладке для подвижной пластины.
В положении а картридж закрыт и при любом повороте рычага положение пластин не изменяется. В положениях 6, в, г картридж полностью открыт, а рычаг повернут под разными углами. Данная фигура также иллюстрирует невозможность получения угла регулирования температуры свыше 90 градусов при такой конструкции.
На фигуре 4 изображены механизм и пластины картриджа согласно второму варианту полезной модели также в четырех различных положениях. Камера смешения 5 имеет U-образную форму и расположена таким образом, что в закрытом положении охватывает проходы для впуска 3 с трех сторон.
В положении а картридж закрыт. В положениях б, в, г картридж полностью открыт, а рычаг повернут под разными углами. Данная фигура иллюстрирует возможность получения угла регулирования температуры до 180 градусов при такой конструкции.
На фигуре 5 изображена конструкция картриджа согласно первому варианту полезной модели. Конструкция имеет всего несколько отличий от прототипа [2]. Картридж содержит рычаг 10 и запорно-регулирующий элемент, состоящий из неподвижной пластины 1 и подвижной пластины 2. Подвижная пластина связана с рычагом посредством цилиндрического шарнира, который состоит из цилиндрической шарнирной головки 11 и шарнирной полости 12, которая расположена в накладке 13 для подвижной пластины.
На фигуре 6 изображена конструкция картриджа согласно второму варианту полезной модели. Конструкция также имеет всего несколько отличий от прототипа [3]. Картридж содержит рычаг 10, неподвижную пластину 1 и подвижную пластину 2, которая связана с рычагом посредством шарового шарнира и связана с корпусом 14 посредством направляющей 15. Шаровой шарнир состоит из шаровой шарнирной головки 16 и шарнирной полости 17, которая выполнена в накладке для подвижной пластины.
На фигуре 7 изображены пластины для картриджа согласно первому варианту с наилучшей формой проходов для впуска 3, проходов для выпуска 4 и камеры смешения 5. Такая форма обеспечивает качественную характеристику регулирования, а также удобна с конструкторской точки зрения.
На фигуре 8 изображены пластины для картриджа согласно второму варианту с наилучшей формой проходов для впуска 3, проходов для выпуска 4 и камеры смешения 5.
На фигуре 9 изображена характеристика регулирования для картриджа согласно прототипу первого варианта [2]. На характеристике по оси абсцисс отмечены значения угла поворота пластины в градусах, а по оси ординат - радиальное перемещение пластины, мм. На характеристику нанесены линии постоянной температуры 18 с шагом 4°C и линии постоянного расхода 19 с шагом 1 л/мин.
На фигуре 10 изображена такая же характеристика, рассчитанная для картриджа согласно первому варианту полезной модели с формой пластин согласно чертежу на фигуре 7. Данная фигура демонстрирует, что угол регулирования температуры равномерно расширяется примерно вдвое, по сравнению с прототипом.
Технический результат заключается в создании картриджа с углом поворота 180 градусов, а также в повышении точности регулирования температуры воды, которое достигается за счет расширения угла регулирования температуры до 180 градусов.
Следует отметить, что в данном случае имеет значение не просто возможность поворота рычага на больший угол, а именно расширение угла регулирования температуры. Под углом регулирования температуры понимается угол поворота рычага, в котором температура смешанной воды монотонно изменяется.
Картридж имеет в целом такую же конструкцию, как и прототипы, основное отличие заключается в местоположении и форме проходов и камеры смешения.
Во всех вариантах картридж содержит рычаг и запорно-регулирующий элемент, состоящий из двух пластин - подвижной и неподвижной. В неподвижной пластине выполнены проходы для впуска холодной и горячей воды и для выпуска воды, в подвижной пластине расположена камера смешения. Подвижная пластина установлена с возможностью вращения и поступательного перемещения.
По первому варианту подвижная пластина связана с рычагом посредством цилиндрического шарнира или кремальеры и отличается тем, что в плоскости соприкосновения пластин проходы для впуска воды 3 расположены внутри круга 6, центр которого находится на оси вращения рычага 7, а камера смешения 5 в закрытом положении полностью находится снаружи вышеупомянутого круга (см. фигуру 2).
Подобное расположение обеспечивает возможность регулирования температуры воды с углом поворота до 180 градусов. Принцип работы ближайшего аналога первого варианта [2] изображен на фигуре 1, которая наглядно иллюстрирует, что если проходы для впуска расположены не в центре, а на периферии, то регулирование температуры возможно только при повороте до 90 градусов даже при максимальном открытии.
На фигуре 2 показано взаимное расположение пластин в различных положениях при конструкции согласно первому варианту. Если картридж находится в закрытом положении, то при вращении рычага камера смешения будет вращаться вокруг проходов для впуска, но не будет их пересекать. Если картридж открыт, то при вращении рычага будет изменяться температура воды. Фигура 2 демонстрирует, что угол регулирования расширяется по сравнению с ближайшим аналогом.
Следует отметить, что проходы и камера смешения, как правило, имеют сложную трехмерную форму, но в данном случае имеет значение только форма и расположение их в плоскости соприкосновения пластин.
По второму варианту подвижная пластина связана с рычагом посредством шарового шарнира и связана с корпусом посредством направляющей и отличается тем, что в плоскости соприкосновения пластин камера смешения 5 имеет U-образную форму и расположена таким образом, что в закрытом положении охватывает проходы для впуска 3 с трех сторон (см. фигуру 4).
Подобное расположение также обеспечивает возможность регулирования температуры воды с углом поворота до 180 градусов. Принцип работы ближайшего аналога второго варианта [3] изображен на фигуре 3, которая иллюстрирует, что если проходы для впуска расположены не в центре, а на периферии, то угол регулирования температуры не может быть более 90 градусов.
Необходимость такой формы и расположения камеры смешения возможно пояснить только с помощью иллюстраций. На фигуре 4 изображены пластины для картриджа по второму варианту в различных положениях, которые иллюстрируют, что только при U-образной форме и таком местоположении камеры смешения картридж может работать должным образом.
С точки зрения производства полезная модель не представляет каких-либо трудностей. Количество деталей и сложность их изготовления по сравнению с обычным картриджем не изменяется.
Согласно первому варианту картридж может быть реализован так, как это изображено на фигуре 5. Картридж содержит рычаг 10, который имеет две степени свободы и связан с подвижной пластиной 2 посредством цилиндрического шарнира, который состоит из цилиндрической шарнирной головки 11 и прямоугольной шарнирной полости 12. В данном случае шарнирная полость позволяет перемещение шарнирной головки в вертикальном направлении, но возможно использование обычного цилиндрического шарнира, который позволяет только вращение, как в ближайшем аналоге [2].
При вращении рычага вокруг вертикальной оси подвижная пластина вращается вместе с рычагом, а при вращении рычага вокруг горизонтальной оси рычаг поступательно перемещает подвижную пластину в радиальном направлении. Если вместо цилиндрического шарнира использовать кремальеру, то можно достичь аналогичного результата (Патент JPS62167983A, IPC-7: F16K11/065. Single lever-type disc-shaped mixing plug with selector valve [Текст] / ISODA HARUO; KAWAMURA SHUNJI; KAWASAKI AKITOSHI, заявитель YANMAA SANGYO KK. Дата публикации - 24.07.1987) [4].
В целом картридж отличается от ближайшего аналога [2] в основном формой пластин, которые могут быть изготовлены так, как изображено на фигуре 7. Такая форма проходов и камеры смешения позволяет получить качественную характеристику регулирования и удобна с конструкторской точки зрения.
Согласно второму варианту картридж может быть реализован так, как это изображено на фигуре 6. Картридж содержит рычаг 10, который имеет две степени свободы, связан с подвижной пластиной 2 посредством шарового шарнира и связан с корпусом 14 посредством направляющей 15. В этом случае шарнирная полость 17 также позволяет перемещение шаровой шарнирной головки 16 в вертикальном направлении.
При вращении рычага вокруг вертикальной оси подвижная пластина будет вращаться вместе с рычагом, но ось вращения пластины не будет совпадать с осью вращения рычага. Конструкция данного картриджа отличается от ближайшего аналога [3] в основном формой пластин.
Пластины могут быть изготовлены так, как это изображено на фигуре 8. Такая форма проходов и камеры смешения позволяет получить качественную характеристику регулирования и удобна с конструкторской точки зрения.
Возможность повышения точности регулирования температуры воды в картриджах на 180 градусов интуитивно понятна. Но чтобы подтвердить то, что поле регулирования картриджа новой конструкции будет удовлетворять всем необходимым требованиям, были проведены расчеты.
На фигуре 9 представлена характеристика картриджа с углом поворота 100 градусов [2], а на фигуре 10 такая же характеристика для картриджа на 180 градусов согласно первому варианту полезной модели. Фигура 10 демонстрирует, что угол регулирования температуры расширяется равномерно примерно вдвое, в остальном характеристика подобна характеристике прототипа.
Список литературы:
1. Патент US 4733693A, IPC-7: F16K 11/078. Mixing valve [Текст] / KNAPP ALFONS [DE], заявитель MASCO CORP [US]. Дата публикации -29.03.1988.
2. Патент US 5329958A, IPC-7: F16K 11/074. Single-control mixer cartridge for hot and cold water [Текст] / BOSIO ORLANDO [IT], заявитель AMFAG SRL [IT]. Дата публикации - 19.07.1994.
3. Патент US6321789B1, IPC-7: F16K11/074; F16K35/04. Two-stage water-saving structure of a faucet [Текст] / CHEN MEI-LI [TW], заявитель KUCHTNG INT LTD [US]. Дата публикации - 27.11.2001.
4. Патент JPS62167983A, IPC-7: F16K11/065. Single lever-type disc-shaped mixing plug with selector valve [Текст] / ISODA HARUO; KAWAMURA SHUNJI; KAWASAKI AKITOSHI, заявитель YANMAA SANGYO KK. Дата публикации - 24.07.1987.