ТЕРМОСТАТИЧЕСКИЙ ВОДОСМЕСИТЕЛЬНЫЙ КРАН И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОГО ВОДОСМЕСИТЕЛЬНОГО КРАНА
THERMOSTATIC WATER MIXER TAP AND METHOD OF MANUFACTURING SUCH WATER MIXER TAP

Настоящее изобретение относится к термостатическому водосмесительному крану, а также способу изготовления такого водосмесительного крана.
Изобретение используется, в частности, в области санитарно-технического оборудования и относится также к смесительным кранам, как для умывальников, так и, например, для душа, которые обеспечивают «смягчение», то есть смешивание входящего потока холодной воды и входящего потока горячей воды для получения единого потока выходящей воды с температурой, промежуточной между соответствующими температурами горячей воды и холодной воды.
Такие водосмесительные краны называются «термостатическими», когда они позволяют регулировать температуру смешиваемой воды до, по существу, постоянной и регулируемой температуры, независимо от давлений и соответствующих температур холодной воды и горячей воды, и расхода смешанной воды в определенном диапазоне давления и расхода. Такая термостатическая функция обеспечивается специальными средствами, которые в основном размещены внутри полой оболочки, образуя, таким образом, предпочтительно предварительно собранный блок, который называют «термостатическим элементом» и устанавливают на место целиком внутрь внешнего трубчатого корпуса водосмесительного крана. Примеры такого термостатического элемента и водосмесительного крана, содержащего такой элемент, даны в FR-A-2774740.
На практике необходимо герметично фиксировать элемент внутри корпуса водосмесительного крана для его точного удержания на месте во время циркуляции воды через водосмесительный кран. В том случае, если оболочка является металлической, крепление винтами, проходящими сквозь оболочку, гарантирует особенно жесткую связь. Однако такие элементы с металлической оболочкой являются гораздо более дорогими, чем элементы с оболочкой из пластического материала, поэтому использование последних является предпочтительным. Однако крепление оболочек элемента из пластического материала ставит проблемы механической прочности при функционировании. Действительно, известная возможность состоит в соединении пластиковой оболочки с металлическим вкладышем с помощью винта без головки, чтобы не устанавливать элемент косо в корпусе водосмесительного крана. Такое решение позволяет легко и быстро крепить элемент внутри корпуса водосмесительного крана, но вследствие отсутствия жесткой связи между вкладышем и корпусом водосмесительного крана он не сопротивляется большим напряжениям, в частности, связанным с давлением воды в корпусе водосмесительного крана. Другое известное решение заключается в использовании более жестких систем, размещаемых между корпусом водосмесительного крана и оболочкой элемента. Однако эти системы содержат множество мелких деталей, что усложняет их сочленение с остальной частью крана, и/или включают дорогие и громоздкие детали: например, FR-A-2774740 предлагает использовать либо гайку большого диаметра, которая непосредственно ввинчивается в корпус водосмесительного крана, либо вилку, которая проходит сквозь корпус водосмесительного крана с его внешней стороны. Такие более жесткие системы требуют особого выполнения корпуса водосмесительного крана, такого как периферийная винтовая резьба для навинчивания упомянутой гайки, или длинной прорези для установки на место упомянутой вилки, и требуют установки на место элемента в корпус водосмесительного крана перед размещением ручки для регулировки температуры, что усложняет сборку и обслуживание водосмесительного крана.
Целью настоящего изобретения является предложение термостатического водосмесительного крана, крепление которого между корпусом водосмесительного крана и пластиковой оболочкой элемента является более жестким при функционировании и менее сложным при изготовлении.
Для этого объектом изобретения является термостатический водосмесительный кран, описанный в пункте 1 формулы изобретения.
Основной идеей изобретения является размещение между корпусом смесительного крана и пластиковой оболочкой элемента описанной выше жесткой детали: перед закреплением элемента в корпусе водосмесительного крана эта деталь является подвижной по оси перемещения относительно элемента, будучи встроенной в последний для плотного соединения с этим элементом в корпусе водосмесительного крана. Подвижность жесткой детали дает то преимущество, что, когда элемент вставлен внутрь корпуса водосмесительного крана, она прижимается к внутренней поверхности корпуса водосмесительного крана под действием ввинчивания винта, вводимого в его резьбу. Благодаря затягиванию винта, головка которого упирается во внешнюю поверхность корпуса водосмесительного крана, связь между подвижной деталью и корпусом водосмесительного крана становится эффективно жесткой по оси перемещения, что в комбинации с кинематической связью между оболочкой и деталью одновременно в направлении продольной оси корпуса водосмесительного крана и при вращении вокруг упомянутой оси делает оболочку герметично неподвижной относительно корпуса водосмесительного крана. Жесткая структура подвижной детали гарантирует обеспечение эффективной неподвижности оболочки, даже если эта деталь прижата к корпусу водосмесительного крана только с одной стороны. Изобретение, таким образом, обеспечивает жесткую фиксацию оболочки элемента относительно корпуса водосмесительного крана в том смысле, что эта фиксация противодействует статическому давлению и явлениям динамического давления, часто называемым «гидравлическим ударом» внутри водосмесительного крана. Кроме того, предпочтительное использование одного единственного винта и/или одной ручки для регулирования температуры, предварительно собранной целиком с элементом, облегчает сборку и обслуживание водосмесительного крана. Крепление элемента может также осуществляться особенно быстро и экономично без необходимости использования специального инструмента. Что касается корпуса водосмесительного крана, то наличие отверстия для прохода стержня винта способствует минимальному времени сборки. Сверх того, жесткая деталь и винт полностью находятся внутри корпуса водосмесительного крана за исключением головки винта, которая предпочтительно размещается в раззенкованной зоне корпуса водосмесительного крана, не находящейся в поле зрения пользователя для обеспечения эстетичности смесительного оборудования, включающего водосмесительный кран в соответствии с изобретением.
Другие предпочтительные характеристики термостатического водосмесительного крана по изобретению, взятые отдельно или в соответствии со всеми технически возможными комбинациями, заявлены в зависимых пунктах изобретения 2-9.
Объектом изобретения является также способ изготовления термостатического водосмесительного крана, представленный в пункте 10 формулы изобретения.
Способ по изобретению позволяет изготовить описанный выше термостатический водосмесительный кран. Как указано выше и объяснено детально ниже, этот способ является быстрым, экономическим и надежным.
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 схематично изображает вид в аксонометрии термостатического смесительного крана по изобретению;
Фиг.2 изображает продольный разрез водосмесительного крана в плоскости II по фиг.1;
Фиг.3 изображает поперечный разрез водосмесительного крана по линии III-III по фиг.2;
Фиг.4 изображает частичный продольный разрез водосмесительного крана по линии IV-IV по фиг.3; и
Фиг.5 изображает в аксонометрии вид в разборе водосмесительного крана под тем же углом наблюдения, что и на фиг.1.
На фиг.1-5 представлен термостатический водосмесительный кран 1, предназначенный для установки, например, в санитарно-техническом оборудовании, таком как смеситель умывальника или душа.
Водосмесительный кран 1 содержит в качестве основной внешней детали корпус 2 трубчатой формы, вытянутый по центральной оси Х-Х. В представленном на чертежах примере корпус водосмесительного крана имеет в профиле кольцевое сечение с центром на оси Х-Х, открытое с двух продольных концов. Для удобства описание в дальнейшем будет касаться корпуса 2 водосмесительного крана таким образом, что термин «внутренний» описывает направление в сторону оси Х-Х, а термин «наружный» описывает направление в противоположную сторону. Кроме того, термины «верх» и «верхний» описывают направление по оси Х-Х по одному из продольных концов корпуса водосмесительного крана, а именно крайней части, направленной вверх на фиг.1, 2, 4 и 5, тогда как термины «низ» и «нижний» обозначают противоположное направление.
1
2
1
Как хорошо видно на фиг.2, 3 и 5, верхняя часть корпуса 2 водосмесительного крана пересекается отверстием 21 с винтовой резьбой, связывающим между собой внутреннюю поверхность 2А и наружную поверхность 2В корпуса водосмесительного крана. С внутренней стороны отверстия 21 последнее ограничено цилиндрической поверхностью 21 с кольцевым основанием и с центром на оси Z-Z, радиальной относительно оси Х-Х, тогда как с наружной стороны отверстия последнее ограничено поверхностью в форме усеченного конуса 21 с центром на оси Z-Z, расширяющегося наружу от цилиндрической поверхности 21.
Термостатический водосмесительный кран 1 содержит также термостатический элемент 3, который в сборе с водосмесительным краном размещен в основном внутри корпуса 2 водосмесительного крана.
Элемент 3 содержит в качестве внешнего основного компонента оболочку 4 из пластического материала. Оболочка 4 имеет трубчатую форму и вытянута в длину вокруг центральной оси, по существу, совпадающей с осью Х-Х, когда элемент 3 соединен с корпусом водосмесительного крана 2. На своем нижнем конце оболочка 4 фиксированно, в данном случае навинчиванием, снабжена коаксиальной гайкой 41, которая продлевает оболочку вниз. В рассматриваемом на чертежах примере осуществления остальная часть оболочки 4 является моноблочной, учитывая, что в не представленном варианте эта оболочка может быть образована из нескольких жестко соединенных между собой частей с помощью любого подходящего средства так же, как и гайка 41, которая жестко соединена с оболочкой 4.
В собранном виде водосмесительного крана 1 оболочка 4, включая его гайку 41, герметично установлена внутри корпуса 2 водосмесительного крана с радиальным расположением уплотнительных прокладок между наружной поверхностью 4В оболочки и внутренней поверхностью 2А корпуса водосмесительного крана с учетом того, что эти поверхности 4В и 2А, по существу, подогнаны одна к другой, по меньшей мере, с обеих сторон этих уплотнений.
Термостатический элемент 3 позволяет регулировать температуру воды М, выходящей из элемента и получаемой путем смешивания входящей горячей воды С и входящей холодной воды F. Для этого известным образом и, как детально описано в FR-A-2 774 740 от имени настоящего Заявителя, элемент 3 содержит для этого термостатические средства 5, размещенные внутри оболочки 4.
Как хорошо видно на фиг.2, эти средства 5 содержат регулирующий клапан 51, подвижно установленный на оси Х-Х между двумя крайними положениями, в которых он соответственно перекрывает поступление горячей воды и поступление холодной воды внутрь клапана. В двух упомянутых крайних положениях противоположные аксиальные края клапана 51 опираются на соответствующие посадочные места, ограниченные соответственно оболочкой 4 и гайкой 41. Холодная вода F и горячая вода С попадают в клапан, радиально пересекая оболочку 4, которая для этого имеет две последовательные периферические прорези 42 и 43, частично показанные на фиг.5 и изображенные пунктирной линией на фиг.2. В эти прорези 42 и 43 поступает соответственно холодная вода и горячая вода снаружи оболочки 4 через поднимающиеся проходы 22 и 23, ограниченные известным образом корпусом водосмесительного крана 2 и единственно схематично изображенные пунктирными линиями на фиг.2. В соответствии с положением клапана 51 относительно оболочки 4 количества холодной воды F и горячей воды С, поступающие внутрь клапана, регулируются, и их смесь образует выходящий поток воды М.
Положение клапана 51 управляется термостатическим элементом, корпус 52 которого с центром на оси Х-Х жестко соединен с клапаном 51. Этот корпус 52 содержит терморасширяющийся материал, который под действием тепла смешанной воды М, омывающей этот корпус, расширяется и вызывает относительные перемещения в направлении по оси Х-Х поршня 53 с центром на оси Х-Х. Конец поршня 53, противоположный корпусу 52, опирается в шарнирный упор 54 по оси Х-Х внутри втулки 55 с аксиальным взаимодействием пружины 56 хода поршня. Аксиальное положение втулки 55 внутри оболочки 4 и по высоте упора поршня регулируется регулировочным винтом 57, отцентрованным по оси Х-Х и верхний конец которого выполнен зубчатым для возможности соединения при вращении с управляющей ручкой, не изображенной на чертежах. На своем нижнем конце регулировочный винт 57 имеет винтовую резьбу для того, чтобы взаимодействовать с дополняющей гайкой 58, отцентрованной по оси Х-Х, связанной с вращением вокруг этой оси с оболочкой 4 с помощью зубцов, хорошо видных на фиг.3, и опирающейся аксиально вниз на втулку 55. Таким образом, когда винт 57 приводится во вращение вокруг оси Х-Х, гайка 58 перемещается по этой оси, что вызывает соответствующее перемещение втулки 55, при этом термостатические средства 5 дополнительно снабжены возвратной пружиной 59, которая воздействует на клапан 51 противоположно воздействию поршня 53 на корпус 52 термостатического элемента и которая размещена аксиально между этим клапаном и конечной втулкой 41 оболочки 4.
Структура и работа термостатических средств ранее не была здесь описана, так как читатель может для этого обратиться к FR-A-2774740.
Для обеспечения неподвижности оболочки 4 элемента 3 относительно корпуса 2 водосмесительного крана водосмесительный кран 1 содержит фиксирующую деталь 6 и винт 7 для соединения этой детали с корпусом водосмесительного крана. Как хорошо видно на фиг.5, деталь 6 выполнена в виде моноблочной вилки, содержащей две параллельные ветви 61, связанные одна с другой на оной из их сторон мостиком 62. Деталь 6 предназначена для размещения между корпусом водосмесительного крана 2 и оболочкой 4 так, чтобы ее мостик 62 пересекался осью Z-Z и чтобы ее ветви 51 простирались в длину параллельно оси Z-Z с обеих сторон Х-Х. В разрезе, поперечном этой оси Х-Х, деталь 6 имеет, таким образом, U-образное сечение, как хорошо видно на фиг.3.
1
1
1
Деталь 6 предназначена для механического перемещения оболочкой 4 и одновременной кинематической связи с последней по оси Х-Х и вращения вокруг этой оси. Для этого внутренняя поверхность 61А каждой ветви 61 ограничена плоской поверхностью 61А, параллельной плоскости, в которой размещены оси Х-Х и Z-Z. Как изображено на фиг.3, эта плоскость 61А прилегает к дополнительным внешним граням 44 оболочки 4, диаметрально противоположным относительно оси Х-Х. Контакт плоскость-плоскость между каждой из плоскостей 61А и соответствующей гранью 44 эффективно соединяет при вращении вокруг оси Х-Х оболочку 4 и деталь 6.
1
1
1
Кроме того, нижняя поверхность 61D каждой ветви 61 ограничивает плоскую поверхность 61D, простираясь в плоскости, перпендикулярной оси Х-Х. Эта плоскость 61D аксиально прилегает снизу к дополнительной части полок 45 оболочки 4, как это хорошо видно на фиг.4. Контакт плоскость-плоскость между плоскостями 61D и частями полок 45 эффективно связывает в направлении оси Х-Х и вниз оболочку 4 и деталь 6.
1
1
1
1
1
Кроме того, верхняя поверхность 61С каждой ветви 61 ограничивает плоскость 61С опоры книзу упругой лопатки 46 оболочки 4. Эта лопатка 46 выполнена из такого же материала, как и остальная часть эластично деформируемой оболочки для того, чтобы в отсутствие ветви 61 лопатка 46 выступала из остальной части оболочки в направлении соответствующей части полки 45, образуя между ними аксиальное расстояние, несколько меньшее толщины, то есть в соответствии с направлением оси Х-Х ветви 61 между плоскостями 61С и 61D. Понятно, таким образом, что в присутствии ветви 61 каждая лопатка 46 аксиально опирается на плоскость 61С, что связывает по оси Х-Х и вверх оболочку 4 и деталь 6 и удерживает, благодаря упругому эффекту, плоскость 61D прижатой к соответствующей части полки 45.
2
1
2
Впрочем, взаимодействие между внутренними 61А, верхними 61С и нижними 61D плоскостями ветвей 61 и частями 44, 45 и 46 оболочки 4 позволяет детали 6, благодаря скольжению, быть подвижной по оси Z-Z относительно оболочки 4. Предпочтительно для обеспечения того, чтобы деталь 6 подвижно перемещаласьоболочкой 4, препятствуя случайному заклиниванию элемента 3 относительно вертикали, наружная поверхность 61С каждой ветви 61 на своем свободном конце имеет пяту 61С, упругую вверх относительно уровня плоскости 61С. Упираясь в направлении оси Z-Z в соответствующую лопатку 46, эта пята 61С блокирует деталь 6 наружу и мешает ее перемещению.
Мостик 62 детали 6 ограничивает резьбу 63, выполненную по центру оси Z-Z и пересекающую мостик насквозь.
1
1
2
2
Винт 7 содержит стержень 71 с винтовой резьбой, винтовая резьба которого дополнительна к резьбе 63 и имеет максимальный диаметр, равный или слегка меньший внутреннего диаметра поверхности 21 отверстия 21. Винт 7 содержит также на конце стержня 71 фрезерованную головку 72, более широкую, чем стержень 71. На стороне, направленной к стержню 71, головка 72 имеет поверхность в форме усеченного конуса 72, дополнительную к поверхности 21 отверстия 21. На противоположной стороне головка имеет полигональную полость 72, предназначенную для приема головки инструмента для привода винта во вращение.
Изготовление термостатического смесительного крана 1 является следующим.
Первоначально берут компоненты водосмесительного крана 1 в конфигурации, аналогичной конфигурации, представленной на фиг.5. Таким образом, берут корпус 2 водосмесительного крана, предварительно изготовленный для единовременного введения элемент 3, деталь 6 и винт 7.
1
2
На первом этапе соединяют деталь 6 с элементом 3, позиционируя ветви 61 с обеих сторон граней 44 и вводя их между полками 45 и лопатками 46, как показано стрелками Р на фиг.5, до момента, когда пяты 61С пройдут лопатки 46 в направлении оси Z-Z. До или после соединения детали 6 с элементом 3 ручка регулирования температуры, не представленная на чертеже, предпочтительно фиксируется на верхнем зубчатом конце регулирующего винта 57: так как деталь 6 связана вращением с оболочкой 4, эта деталь образует репер угловой индексации вокруг оси Х-Х, позволяющий быстро и точно соединить упомянутую ручку с элементом 3.
2
На втором этапе элемент 3, в случае необходимости снабженный ручкой регулировки температуры, и деталь 6 элемента вводятся внутрь корпуса водосмесительного крана 2, обычно по оси Х-Х, через верхний конец корпуса водосмесительного крана, как показано стрелкой Р на фиг.5. Элемент, таким образом, устанавливается на место в корпус водосмесительного крана так, чтобы отверстие 21 внутри совпадало с винтовой резьбой 63. Понятно, таким образом, что, так как деталь 6 связана при вращении с оболочкой 4, эта деталь индексирует угол элемента 3 вокруг оси Х-Х внутри корпуса водосмесительного крана 2.
В такой конфигурации совмещение внутренней поверхности 2А водосмесительного крана и внешней поверхности 4В оболочки 4, по меньшей мере, на уровне герметизирующих прокладок, размещенных между ними, делает неподвижным оболочку относительно корпуса водосмесительного крана во всех радиальных направлениях по оси Х-Х, в том числе по оси Z-Z.
3
4
1
2
1
5
На третьем этапе вводят стержень 71 снаружи корпуса водосмесительного крана 2 в отверстие 21, как показано стрелкой Р на фиг.5. Затем, приводя во вращение винт 7, как показано стрелкой Р на фиг.2, 3 и 5, ввинчивают стержень 71 по резьбе 63. Это ввинчивание приводит к упору головки 72 в наружную поверхность 2В корпуса водосмесительного крана 2 посредством дополнительного сцепления поверхностей 72 и 21. При дальнейшем ввинчивании винта 7 стержень 71 тянет за собой винтовую резьбу 63 и, следовательно, всю деталь 6, продолжая движение перемещения вдоль оси Z-Z при удалении от оси Х-Х. Деталь 6, таким образом, скользит по направлению оси Z-Z против граней 44 на своей внутренней стороне против частей полок 45 на своей нижней стороне и против лопаток 46 на своей внешней стороне. Наружная поверхность 62В, таким образом, перемещается в направлении внутренней поверхности 2А корпуса водосмесительного крана до тех пор, пока поверхность 62А, ограниченная этой поверхностью 62А, не будет плотно прижата к поверхности 2А, как показано стрелками Р на фиг.2 и 3. Другими словами, стенка корпуса водосмесительного крана 2, окружающая отверстие 21, сжимается по оси Z-Z между мостиком 62 детали 6 и головки 72 винта 7. Корпус водосмесительного крана 2 и деталь 6, таким образом, становятся жестко связанными между собой, как изображено на фиг.1-4, жестко закрепляя, таким образом, оболочку 4 внутри корпуса водосмесительного крана во всех направлениях.
Эта жесткая связь между деталью 6 и корпусом 2 водосмесительного крана является предпочтительно такой, что, будучи комбинированной с этой деталью, последняя участвует в блокировании вращения оболочки 4 элемента 3 вокруг оси, перпендикулярной одновременно оси Х-Х и оси Z-Z. Обеспечение неподвижности элемента 3 внутри корпуса водосмесительного крана 2, таким образом, улучшается.
1
1
В процессе функционирования водосмесительного крана 1 явления статического и динамического давления внутри корпуса водосмесительного крана 2, которые действуют по оси Х-Х и вверх, то есть которые стремятся подняться к верхней части элемента 3 напротив корпуса водосмесительного крана, распределяются деталью 6 на уровне контакта между поверхностями 61D и частями полки 45, то есть в области зоны обширного контакта, так как каждая из этих поверхностей 61D взаимодействует с частью оболочки 45 в угловом секторе α с центром на оси Х-Х с углом, по меньшей мере, в 20º, как изображено на фиг.3. Таким образом, водосмесительный кран 1 выдерживает тяжелые условия эксплуатации без повреждения оболочки 4 и его жесткой связи с корпусом водосмесительного крана 2.
Если элемент 3 нужно заменить, достаточно удалить винт 7 вывинчиванием и целиком заменить элемент, при необходимости снабженный ручкой регулирования температуры. Затем новый элемент так же легко и быстро устанавливают на место, как и оригинальный элемент. Таким образом, обслуживание водосмесительного крана не требует длительных и сложных регулировок и не требует ни специального инструментария, ни специальной подготовки соответствующего персонала.
Впрочем, возможны различные изменения и варианты термостатического водосмесительного крана 1, описанного выше, а также и способа его изготовления. В качестве примеров:
- наличие фиксирующей детали 6 и винта 7 не оказывает никакого значительного воздействия на термостатический элемент 3, так что последний может быть встроен в известное оборудование; например, вокруг корпуса 52 термостатического элемента может быть предусмотрен турбулизатор 8 (см. фиг.2);
- геометрия корпуса водосмесительного крана 2 не ограничивается цилиндрической геометрией в направлении, где, в общем, является достаточной полая и удлиненная форма, которая щадит внутреннюю поверхность 2А, обеспечивающую жесткую опору детали 6 и локально точную установку оболочки 4; в частности, внешняя поверхность 2В корпуса водосмесительного крана может иметь весьма различные виды геометрии, в соответствии, в частности, с эстетикой смесительного оборудования, к которому относится корпус водосмесительного крана;
2
- не представленный вариант эластичных лопаток 46 состоит в замене каждой из этих лопаток твердым выступом, имеющим такие размеры, чтобы с усилием преодолеть локальное утолщение верхней поверхности 61С соответствующей ветви 61, когда последняя соединена с оболочкой 4; преодоление этого утолщения, аналогичного пяте 61С, способствует, таким образом, образованию «жесткой точки», преодоление которой в процессе соединения детали значительно уменьшает риски последующего разрушения этой детали;
- не представленная альтернатива размещению внутренней поверхности детали 6 с целью блокирования вращения этой детали относительно оболочки 4 состоит в использовании для фиксации оболочки выступающего из ее внешней поверхности 4В стержня, который размещается в дополнительном посадочном месте, выполненном во внутренней поверхности мостика 62, когда деталь 6 соединяется с элементом 3; и/или
- другие формы, такие как вилка, возможны для детали крепления 6; в частности, эта деталь может иметь форму кольца или шайбы и, в общем, жесткой структуры, которая имеет винтовую резьбу, аналогичную винтовой резьбе 63, и которая размещается в направлении оси Z-Z, по меньшей мере, с одной стороны оси Х-Х.