专利名称：改进的球阀龙头的制作方法
技术领域：
本发明的领域涉及水龙头混合阀，具体涉及混合阀的球阀阀筒(阀芯)。
背景技术：
普通称作混合阀的用于控制热水和冷水两种水流的单把手龙头已经得很多消费者的认可。这种水龙头通常这样构造，使得把手或旋钮可以在两个不同的方向运动，从而调节冷热水的混合和体积比率即流量。
作为商品已得到最广泛认可的两种基本的混合阀是板阀和球阀。球阀提供了使用寿命长的可靠的小型结构。板阀提供了一种驱动机构，该机构始终适合于被装在阀筒结构中。
已知的板阀装有活动的和固定的阀板。为了可以简便地修理水龙头，阀筒可以容易地卸下，并用另一个阀筒替换。在关掉龙头的水源之后，只需打开水龙头便可以替换阀筒。这种修理不需要熟练工人便可以完成。
虽然板阀一直被装入阀筒结构，但球阀仅在近来才适合于装在阀筒中。开发成功的商品球阀阀筒困难很多。首先，传统球阀的浮动特性要求阀筒完全包围和卡住球阀，否则球阀便直接地从阀筒的底部掉下来。第二，由于水龙头主体中的球阀结构具有小型特点，所以基本上没有留下装入阀筒的空间。将小球装入和捕获在水龙头壳体中的常规阀筒的装入便不得不要求将壳体作得高一些，从而增加了装入阀筒所需的附加高度。
另外，传统阀筒妨碍选择性修理磨损的弹性密封件。阀筒装有活动阀部件和通常包括弹性的出入口密封件的固定的阀出入口。活动球阀部件在弹性的出入口密封件上的重复的运动造成大部分磨损并导致水龙头的泄漏。因为密封件被包在阀筒中，所以得替换整个阀筒，而在该阀筒中还包括很多仍然很好的还有很长使用寿命的阀筒部件。而且，清除废物的要求相当于需要简化修理操作。此外，很多阀筒是永久性地组装在一起，不允许临时拆开。
即使阀筒可以拆卸，但如果阀筒完全拆卸成其构成部件，则失去阀筒的优点。活动阀部件脱开，常常不能放回到其正确的方位。对于对称的板阀和本性是对称的球阀很容易产生这些错位装配。而且为了避免将阀筒中外形对称的球阀装在不正确的方位，还需要有经验的和技术熟练的人员来安装。
已经设计的球阀阀筒可以使把手以相同于已知板或混合阀的方式被操作。一些这种球形混合阀要求加入另一个呈转动板形式的活动部件，该转动板装在球阀部件的上面。在1984年5月22日授予的美国专利No.4,449,551中公开了一种这样的球阀。在1992年12月23日出版的PCT公开物WO92/22765中公开了一种模仿板阀把手运动的另一种球阀结构。该球阀装有穿过其赤道的水平销，从而将球垂直固定在阀壳内。
在上述两个公开物中公开的水龙头的球阀结构考虑到把手绕水龙头主体固定纵轴的运动和摆动，即相对阀主体绕活动水平轴的转动。活动水平轴垂直于水龙头主体的纵轴，并且相对把手是固定的，使得当把手绕固定纵轴转动时，该活动水平轴绕外壳转动。由于具有固定纵轴，所以可以进行这种运动的球阀利用穿过该球并进入阀筒中水平槽的销可以迅速地固定在阀筒中。
当把手位于或靠近断开位置时，使把托绕纵轴转动可以准确调节冷热水的混合温度。
然而当阀转向全开位置时，上述球阀结构的温度灵敏度和温度细调作用便降低了。这种降低效应是由于控制转柄通常连接于从转柄向前伸的杠杆式移动的把手上。在启开运动时即转柄向后摆动时，杠杆把手的远端便更加向温度转动件的垂直固定纵轴靠近。因而调节温度的有效转矩臂长度显著缩短。这种缩短的转矩臂阻止了温度细调。
可以利用其它类型的球驱动机构，在全流量期间需要准确调节温度的情况下可能需要这种机构。这些其它类型的球驱动机构具有转动的固定轴，该固定轴横向于水龙头主体的纵轴，即在很多盥洗龙头上的水平轴。一种球阀驱动机构具有第二水平固定轴和大体垂直于该固定轴的活动轴。转动的活动轴可以随球的运动在一个垂直平面内绕固定轴转动，并且以水平位置为中心。在1962年10月2日授予Adams等人的美国专利3,056,418中公开了这种类型的球驱动机构的例子。另一种已知的球驱动机构是将Adams公开的机构中的固定轴和活动轴的位置颠倒过来。在1952年4月8授予Perry的美国专利2,592,062中公开了这种球驱动机构的例子。
然而，这些其它类型的球阀驱动机构虽然在高流量时可以更好地调节温度，但仍由于若干原因而不适合于以有利的方式装在阀筒组件中。一个原因是部分由于缺少纵向穿过龙头主体的固定转轴。缺少固定的纵轴妨碍了研制这样一种机构，该机构可以适当地使球封装在方便尺寸的阀筒中，同时使得球既固定在垂直锁定位置又保持受到约束，从而使球绕要求的两根轴转动，该固定轴是水平的，而活动轴垂直于固定轴。
需要的是一种可快速制作的球阀结构，该结构可使球部件装在混合阀的阀筒中，该混合阀可操作地固定球阀，还需要的是一种具有球阀部件的快速制作的水龙头，该阀部件在全开位置期间可以容易地调节温度。
发明概述按照本发明的一个方面，水龙头的混合阀具有活动的球阀部件，该球阀部件可转动地安装在龙头主体的腔中，该腔与多个入口和至少一个出口流体相通。球阀至少具有部分球形阀表面和在该阀表面上的多个入口开孔，该开孔与出入口配合可控制流体的流速和混合温度。球阀具有穿过水龙头主体中控制开孔的附着的控制转柄。把手可操作地连接于该转柄。密封垫沿控制开孔设置在密封座中，并密封地压靠活动的球阀部件和水龙头主体。
球阀部件具有穿过该球阀部件的销，该销位于球阀部件中冷热水开孔之间的一个对称平面上。壳体具有第一纵向延伸的槽口，该槽口沿冷热水入口之间的对称平面延伸。该槽口中可滑动地和可转动地装入销，使得球阀部件可以绕与销准直的第一活动轴和与纵向槽口及第一轴二者正交的第二固定轴转动。
水龙头主体最好包括可转动地安装球阀的阀筒外壳件。水龙头主体具有腔，该腔的尺寸可固定安置阀筒外壳。阀筒外壳具有上开口，控制转柄穿过该上开口。阀筒外壳中具有第一纵向延伸槽口。该槽口位于阀筒的内壁内，该销从球阀部件横向延伸，并且可滑动地和可转动地装在阀筒的槽口中，使得球阀部件可绕第一和第二轴线转动。
阀筒具有下部开口，球阀部件突出于下部开口，从而与入口配合，因而球阀部件直接压靠在装在相应入口下游端的弹性入口密封垫上。阀筒外壳最好具有第二纵向延伸的槽口，该槽口与第一纵向延伸槽口径向相对。销最好完全穿过球阀部件，使得该销具有第一和第二远端，该远端在球阀的径向相对部分延伸，销的各个端部装入阀筒中相应的第一和第二槽口。相应的第一和第二槽口具有位于下部开口上面一定距离的下端。每个下端具有支承相应销端部的支承肩部。与下部开口直径相比，销的相应端部分得更开一些，因而球阀部件通过位于支承肩部上面槽口中的销的端部便可以保持在上述阀筒中。
在一个实施例中，在阀筒中的一个槽口具有穿过阀筒外壁的侧通道。该销穿过该侧通道压入到该球阀中，从而将球阀装在阀筒中。
在一个实施例中，阀筒或阀体的上部开口被形成一定形状，并配置成对于包含纵向槽口轴的对称平面对称。该开口具有约180°的半圆弧形前边缘和其间形成约160°角的两条径向延伸的直的后边缘。在半圆形边缘的中点配置一个切口，该切口尺寸被作成在以后可装入控制转柄。
球阀部件最好具有一对由细的分隔条分开的冷水入口和一对由另一个细分隔条分开的热水入口。当球阀处于中间混合位置时，对称平面位于两对入口之间。另外，球阀部件最好具有一对出口，该出口对称配置在冷热水入口之间。
按照本发明的另一方面，球阀阀筒组件具有一个带销的球阀，该销穿过该球阀并伸入位于阀筒外壳内壁上的垂直槽口中。
附图的简要说明现在参考附图，这些附图是
图1是本发明一个实施例的水龙头混合阀的侧视图和部分截面图，图中水龙头位于断开位置；图2是沿图1的2-2线截取的阀筒组件和水龙头主体的局部截面图；图3是图1所示混合阀的分解透视图；图4是图1所示阀筒组件的局部放大截面图；图5是图1所示阀筒组件的底视平面图；图6是阀筒组件的顶视平面图。
优选实施例的详细说明现在参考图1-3，混合阀10具有常规阀壳或阀体12，该阀体由阀壳底部件14和盖组件16构成。底部件14具有腔22，该腔又具有大体为半球形的下表面21。冷热水的两个入口18和19具有进入下表面21的下游端部埋头孔，从而形成两个偏压弹簧的座子，该偏压弹簧对着装在阀筒组件26中的球阀部件对管形的弹性密封件25施加偏压。前后出口通道20从下表面21开始延伸，通过侧面圆筒形壁27，以便通过从腔22流出的混合水。
常规的管形外壳17密封地可滑动地绕下底部件14安装，形成与前后出口通道20流体相通的环形腔15。O形环28位于外壳12和管形外壳17之间，它可以防止不希望的水渗漏。出水口29固定在外壳17上，通过该外壳17上的孔13与环形腔15相通。盖组件16包括螺帽部件30，该部件拧在底部件14上。装饰性外壳11可以配置在部件30上。
如图5清楚示出的那样，球阀部件24具有大体为球形的阀表面31，该阀表面31上具有适当形状和位置的冷水入孔32、33以及热水入孔34、35。冷水入口32、33分开一定距离，在其间形成细条(薄肋)39。热水入孔34、35也同样分开一定距离，在其间也具有同样的细条39。一对出水口36、37也穿过该表面。表面31的形状基本上与腔22下表面21的凹状表面互补。孔32、33、34、35、相应的入口18、19和与出口通道20进行流体连接的出孔35、36配合，可以调节水的混合比和流量，即单位时间内从两个入口18、19流到出水口通道20的水的总体积。
盖组件16具有穿过它的控制开孔40。盖16这样配置，使得阀体12的纵轴线28穿过控制开40。阀筒26包括外壳件56，该外壳件具有在开口40下面与之对齐的上部开口58。
控制转柄(阀杆)42固定地连接于球形阀部件24。控制转柄42穿过控制开40。控制转柄42被作成以常规方式固定在水龙头把手43上。把手43是杠杆式把手，具有杠杆远端45。
阀筒组件26具有可转动地装在阀筒外壳件56内的球阀部件24。外壳件56可以采用适合用于水龙头的已知塑料制作。球阀部件24还具有穿过它的柱形销60，该销具有伸过球阀表面31外部的远端62。销60通过压入到穿通表面31的径向相对孔61而固定在球阀上。销60被配置成与球阀24的球心66相交并垂直于控制转柄42。
每个远端62配置在阀筒外壳件56内圆筒壁57上的纵向延伸槽口68和70中。槽口径向相对，如图所示竖直取向。然而，应当明白，当水龙头阀装在壁上时，纵方向可以是水平的。在下部开口端92上面的槽口68和70的端部中的下端部形成支承肩部82。肩部82分开的距离小于端部62的间隔，因而可使球阀保持在外壳件56中。
每个槽口68、70具有位于对称平面69中的中心轴线。槽口70具有穿过阀筒外壳56内壁80的窗通道。如图2所示，槽口68和70之间具有的宽度只是形成一个足够的间隙，使得销的端部62可以在槽口68、70中绕垂直于平面69并且也垂直于纵向槽口68、70的固定水平轴64滑动。在槽口68、70和销端部之间最好不存在侧面间隙，因而球阀不会沿通常称槽口宽度的方向进行显著的转动。
因为每个远端62是柱形的，所以它们具有圆形横截面，该横截面使得它们可以在槽口68和70中绕销60的轴75转动。轴线75位于垂直于水平固定轴线64的对称平面69中。轴线75在球心66与轴线64相交，并与销60一起运动，即它相对于球阀24是静止的，而相对于阀壳12是活动的。轴线75还垂直于控制转柄42的轴线。换言之。活动轴线75在正常操作水龙头期间一直保持与控制转柄42和固定轴线64正交。轴线64垂直于轴线75，也垂直于纵向槽口68和70。
球阀部件24具有阀表面31的下部分90，该下部分凸出于阀筒外壳56的大的下部开口端92。如图1和2清楚示出的那样，凸出部分90是球阀24的重要部分。如图2所示，具有入孔32、33、34和35与出孔36、37的阀表面31直接压靠在由弹簧加偏压的密封件25上，该密封件装在入口18和19中。
入口18和19对称地置于对称平面69的相对两侧。出口20与位于销60下面的对称平面69准直。销60在入口18和19之间延伸。如图2和5所示，当球阀位于中间温度位置时，冷水入孔32、33和热水入孔34、35对于对称平面69是对称配置的。如图2和5所示，当球阀位于中间混合位置时，出孔36、37也与对称平面69对称地准直。
球阀24的上部分99装在部分由内部悬挂圆筒壁80形成的阀筒外壳56的内腔101中。内腔101与阀壳12的腔22流体相通。
如图1和4所示，环形衬垫座94沿上部开口58配置，面对腔101中的球阀部件24。衬垫座94是倾斜的，其内圆周95高于其外圆周96。向下悬着的肩部或凸缘97垂直地悬挂在内圆周上，并紧邻球阀的上部分99，从而可兼顾制造公差。
环形的衬垫密封环98装在阀筒外壳56中靠着座子94，使得它在预加载下被装入，其内圆周100被扭曲为高于其外圆周102。压靠衬垫密封环98的球阀表面29的上部分99被适当地抛光成适当的光滑度，以便与衬垫形成正确的密封。
其它的密封构件例如简单的O形密封件或唇形密封件也是可行的。密封件不需要作成经受剧烈地压缩，因为凸缘97对于施加在球阀24和阀筒外壳56之间密封件上的压力形成了可控的上限。
外壳壁80的外表面具有安装O形环112的环形槽111。O形环作成一定尺寸，使得阀筒外圆周110与外壳12的下部主体件14中的腔22隔绝。
控制转柄42沿固定水平轴线64的摆动使球阀部件24绕转动轴线64转动，此转动与球阀部件绕活动轴线75的转动位置无关。销60的远端部62沿相应的槽口68和70滑动，从而使球阀部件24绕轴线64转动。销60在槽口68和70中的转动使得球阀部件24绕轴线75转动。
球阀部件24绕轴线64的转动受到支承销64的槽口68、70的下部止动肩部82和上部止动肩部84的限制。示于图4的球阀部件24绕轴线64的转动可调节排出水的流量。
另外，或除了止动肩82和84之外，球阀绕轴线64和75的转动还受到阀筒外壳件56上的上部开口58的径向边缘的限制。如图6清楚示出的那样，开口58可以这样成形，使得切口86宽到足以装入控制转柄42。约180°的半圆弧形边缘87从切口处开始对称地延伸。两个直的后边缘从圆弧处伸出并相交，在对称平面69上形成约160°角度。
组装阀筒，正确放置衬垫98和112。将球阀装入阀筒中，步骤是先将球阀从下部开口92放入外壳56中，然后使转柄42穿过开口58。使孔61与窗85准直。然后将销60推入窗85，并加压嵌入两个孔61，用压力配合固定在该孔中。
下部开口92可选择地具有稍小于球阀24的直径。在靠近端部92处弯曲阀筒外壳件56的塑料，使两肩部82 离变得更大一些，由此可使球阀24通过开口92嵌入腔101中。
具有销60的球阀然后滑过肩部82。在松开塑料时，肩部82迅速反弹就位，从而使球阀和销保持在其中。组装的阀筒26是一个独立的组件，它可以作为修理替换件单独出售，用于以后装在水龙头的混合阀10中。
如图3所示，组装的阀筒26设置在水龙头主体14的腔22中。底部件14上的槽口71配合阀筒上的凸耳72可正确定位阀筒。凸级130可正确地将阀筒26垂直定位在底部件14的相应凸缘132上。螺纹盖部件23然后拧在竖直法兰133上，以便对着凸缘132向下压阀筒26。
对于水龙头的维修，事实上只替换需要替换的那些部件，一般仅是弹性密封件25，同时保持了水龙头的阀筒组件容易组装和容易再装配的优点。
不需要用于对着弹簧偏压密封件25向下推球阀24的大的弹性偏压调节环。垫圈密封环98唯一地起着防止球阀部件24和阀筒外壳56之间渗漏的作用。O形环112唯一地起着防止阀筒外壳56和下部底部件14之间渗漏的作用。
另外，球阀部件可容易地装入到可互换的阀筒组件26中，与先有技术的装有球阀部件的混合阀相比不需要增加阀外壳12的总的高度。阀筒组件容易组装。
这种球阀的驱动机构不管流量如何提供了方便的温度调节。把手43的远端部45与两根转轴64和75保持恒定的距离，因此可独立于流量保持相同的温度操作灵敏度。
可以进行各种改变和变型而不违背由所附权利要求书所确定的本发明的范围和精神。
权利要求
1.一种水龙头混合阀，该阀具有装在阀壳主体中的活动球阀部件，该壳体形成一个腔，上述阀壳主体具有多个与上述腔流体相通的入口和一个出口，上述球阀部件与上述入口配合，既控制通过上述出入口的液流流量，又控制其混合温度，上述阀壳主体具有穿过它的控制开口，上述球阀部件具有与其连接的控制转柄，该转柄穿过上述控制开口，其特征在于上述混合阀呈阀筒形式，阀筒具有外壳部件；上述阀筒外壳部件具有允许上述控制转柄穿过的上部开口和下端部；上述阀筒外壳具有围绕上述上部开口的密封件座；密封衬垫设置在围绕上述阀筒壳体中上述上部开口的上述密封件座中，该密封衬垫密封地压靠上述活动的球阀部件；上述阀筒外壳具有在上述上部开口和上述下端部之间延伸的第一纵向延伸槽口；一个销，该销从球阀中横向伸出，并且可滑动地和可转动地装在上述阀筒的上述槽口中，使得上述球阀可绕与上述销准直的第一轴线转动和绕横向于上述纵向槽口与上述第一轴线的第二轴线转动。
2.如权利要求1所述的水龙头混合阀，其特征在于上述阀筒具有下部开口，上述活动球阀部件凸出于该下部开口，进入上述外壳主体中的上述凹部，从而与上述入口配合；第二纵向延伸槽口，该槽口与上述第一纵向延伸槽口径向相对；上述球阀具有销的第一和第二远端部，该端部在上述球阀的径向相对部分延伸，而且每个销的端部装在相应的第一和第二槽口中。上述相应的第一和第二槽口具有下端部，该下端部具有支承肩部，用于将上述相应销的端部支承在下部开口的上面；上述相应的销的端部间隔大于上述下部开口的直径，因而通过将上述销的端部装入位于上述支承肩部上面的上述槽口中可使球阀保持在上述阀筒中。
3.如权利要求2所述的水龙头混合阀，其特征还在于各个纵向槽口沿多个入口之间的对称平面准直；
4.如权利要求3所述的水龙头混合阀，其特征在于上述阀筒的上部开口作成一定形状，配置成对于包含纵向槽口轴线的对称平面对称；上述开口具有约180°的半圆弧前边缘和两个形成约160°角的径向延伸的直线后边缘；一切口位于半圆弧的中心，其尺寸作成可侧向装入控制转柄。
5.如权利要求3所述的水龙头混合阀，其特征在于上述球阀具有一对由细分隔条分开的冷水入孔和一对由另一细分隔条分开的热水入孔；上述对称平面当上述球阀位于中间混合位置时位于该两对入口之间。
6.如权利要求5所述的水龙头混合阀，其特征在于上述球阀具有一对出孔，该出孔对称配置在上述冷热水入孔之间。
7.一种水龙头混合阀，该阀具有装在阀壳体中的活动球阀部件，该壳体形成一个腔，上述阀壳主体具有多个与上述腔流体相通的入口和一个出口，上述球阀部件与上述入口配合，既控制通过上述入口的液流流量，又控制其混合温度，上述阀壳主体具有穿过它的控制开口，上述球阀部件具有与其连接的控制转柄，该转柄穿过上述控制开口，其特征在于上述阀壳主体中具有第一纵向延伸槽口；一个销，该销从球阀部件中横向伸出，并可滑动地和可转动地装在上述外壳主体的上述槽口中，使得上述球阀部件可绕与上述销准直的第一轴线和绕横向于上述纵向槽口和上述第一轴线的第二轴线转动；上述纵向槽口沿一个对称平面准直，该平面位于所述多个入口之间。
8.如权利要求7所述的水龙头混合阀，其特征在于；上述控制开口包括有轮廓的边缘，该边缘作成一定形状，配置成对于包含纵向槽口轴线的对称平面对称；上述有轮廓的边缘具有约180°角的半圆弧形前边缘部和形成约160°角的两条径向延伸的直线后边缘；一个位于半圆弧的中心的切口，其尺寸可以侧向装入控制转柄。
9.如权利要求7所述的水龙头混合阀，其特征在于上述球阀部件具有一对由细分隔条分开的冷水入孔和一对由另一个细隔条分开的热水入孔；当球阀位于中间位置时，上述对称平面位于两对入孔之间。
10.如权利要求9所述的水龙头混合阀，其特征在于上述球阀部件具有一对出孔，该出孔对称配置在上述冷热水入口之间。
11.一种用于混合阀的球阀阀筒，其特征在于球阀部件至少具有一个入口和一个出口上述阀筒外壳件具有上部开口，使得控制转柄可以穿过该上部开口；阀筒外壳具有下部开口，上述球阀部件凸出于该下部开口，上述球阀部件可靠近位于阀筒下面的上述混合阀的入口配置，使得其至少一个入孔选择性地与上述入口准直或不准直；密封衬垫固定在在上述球阀和上述阀筒外壳之间，该衬垫用于防止流体流过上述阀筒外壳中的上述上部开口；上述阀筒外壳中具有在上述上部开口和上述下部开口之间延伸的第一纵向延伸槽口；一个销，该销伸出上述球阀，并且可滑动地和可转动地装在上述阀筒外壳件的上述槽口中。
12.如权利要求11所述的球阀阀筒，其特征还在于上述阀筒具有下部开口，上述活动球阀部件凸出于上述下部开口，进入上述阀壳主体中的凹部，从而与上述入口配合；第二纵向延伸槽口，该槽口与上述第一纵向延伸槽口径向相对；上述球阀具有销的第一和第二远端部，该端部从上述球阀的径向相对部分伸出，而且各个销端部装入相应的第一和第二槽口；上述相应销端部的间隔宽于上述下部开口的直径，因而通过在上述槽口中的上述销端部可以将球阀保持在上述阀筒中。
13.如权利要求12所述的球阀阀筒，其特征在于上述纵向槽口沿在多个入口之间的对称平面准直；
14.如权利要求13所述球阀阀筒，其特征在于阀筒的上部开口作成一定形状，配置成对于包含纵向槽口轴线的对称平面对称；上述开口具有约180°角的半圆弧前边缘和形成约160°角的两条径向延伸的直线后边缘；一个位于半圆弧的中心的切口，其尺寸可以侧向装入控制转柄。
15.如权利要求13所述的球阀阀筒，其特征在于上述球阀部件具有一对由一细分隔条分开的冷水入口和一对由另一细分隔条分开的热水入口；当上述球阀部件位于中间混合位置时，上述对称平面处于两对入孔之间。
16.如权利要求15所述的球阀阀筒，其特征在于上述球阀部件具有一对出孔，该出孔地称配置在上述冷热水入孔之间。
全文摘要
混合阀(10)具有阀筒组件(26)，该组件包括球阀(24)和控制转柄(42)，该控制转柄用于调节活动球阀，从而控制混合水的流量和混合温度。球阀(24)具有穿过它的销(60)，该销被装在阀筒外壳件(56)上的垂直延伸槽口(68)和(70)中。该销用压力压入球阀(24)中，以防止球从阀筒的下部开口端部(92)中掉出来。
文档编号F16K11/087GK1157649SQ95195003
公开日1997年8月20日 申请日期1995年10月5日 优先权日1994年10月5日
发明者塔格·D·坦格 申请人:马斯科工业公司