专利名称：快速响应恒温元件以及装配所述元件的筒体和阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种恒温元件，其包括长形的罩，包含尤其根据温度变化方向膨胀和收缩的材料；以及活塞，可相对于罩在罩纵向移动并且耦合至可膨胀和可收缩材料，以随着材料膨胀或者收缩在相对方向上移动。本发明还涉及装配此元件的恒温筒体或者龙头。
背景技术：
这种恒温元件特别用于两种不同温度流体流混合流体的温度调节领域，以及用于改变两种流体流混合比例的活塞和罩的相对运动调节领域。尤其用于混合装置龙头筒体和混合装置龙头。
对于在此领域的大量应用，恒温元件的响应必须极快，也即是说罩所处介质的温度变化造成活塞在非常短时间内的相应运动。在浸入向卫生设备供应的水流中的恒温元件的情况下尤其如此，对于其中的应用装置，当选择理想温度时，仅仅三度或者四度的温降也会非常不利，而升高几度可能会引起烫伤。
在这种应用中通常采用的恒温元件例如根据图1和2包括金属罩1，其包括无支撑的通常为具有圆底和纵轴X-X的圆筒形的管状部分11。底端12封闭此部分11而另一端向外延伸以连至轴环13。外套2为具有中心通道21的旋转形状，包括处于罩轴环中的底座22，从而除了底座22以外，外套2在与罩的圆筒部分11相对的方向上并且同轴地伸出罩。轴环13围绕底座22锻制。
罩的管状部分11中填充大量随着温度(尤其是在作用温度附近)变化极易膨胀和收缩的材料，这里是蜡3。外套的底座22包括位于其正对此大量蜡的表面中的环形罩23，其中固定圆盘形并且可弹性变形、并阻挡在罩1侧面上的外套中心通道21的隔板4。外套的通道21内部容纳的是受到隔板中心区域运动作用的活塞5，活塞的与隔板相对的端根据蜡所占体积进而根据蜡温度或多或少地从外套突出。管状保护性风箱6围绕外套2和活塞5的部分，其端部固定在处于此两个部分外面的槽中。形状为柔性展开(unrolling)膜的风箱6随着活塞运动而移动，没有弹性形变。活塞5通过垫7和垫片8受到隔板4中心部分运动的作用，所述垫7由可变形弹性体制成，其与隔板的相对于大量蜡的表面接触，所述垫片8由插入垫和活塞之间的聚合物例如PTFE制成，并且在通道21中调整以防止垫弹性体在活塞周围弯曲。
DE-A-30 13 368、DE-A-34 13 466和GB-A-1 385 372描述了罩与图1和2的罩相似的恒温元件，即其的罩在内部限定了存储可热膨胀蜡的单个腔。
这种恒温元件的总体设计非常适合于膨胀系数相对于普通液体非常大(大约大10到20倍)的蜡，因此能够使活塞充分运动。然而，这些蜡具有非常低的导热系数(大约比铜的低1000倍)，因此整个蜡的温度仅仅不完整地、并且还存在较大迟滞地反映了罩浸泡其中的液体的温度。为此，蜡中通常“填充”具有良好导热性的材料粉末，例如颗粒尺寸合适的铜粉末。为简化起见，下文中“蜡”用于指代填充材料和未填充混合物以及单一成份蜡。但是，所有这些办法都不足以获得可以不需要卫生设备中特别预防的快速响应元件。
特别是，为修正这些不足，特别在FR-A-2 775 780和EP-A-0967 536中提出了在恒温元件罩内安装与罩外壁接触的金属嵌件。此嵌件例如位于图1和2的罩1中并与部分11和/或底部12接触。这样，罩外壁的热量传送至内部金属嵌件要比传送至蜡更快，然后蜡除了受到罩外壁的加热以外还被嵌件加热。但是安装这样装配的嵌件是复杂的操作，需要特别注意以保证嵌件和罩外壁之间充分而稳定地接触以有效地从罩向嵌件传送热量。
发明内容
本发明的目标在于提供一种安装上述装配嵌件的可选方案，以及提供一种更可靠更易制造的快速响应恒温元件。
因此，本发明的主题为恒温元件，包括罩，其包含可根据温度变化方向膨胀和收缩的材料；以及活塞，其可相对于所述罩在罩轴向移动，并且所述活塞耦合到可膨胀和可收缩材料以随着材料膨胀或者收缩在相对方向上移动，其特征在于，所述罩被制成为单个金属件，所述金属件在内部限定至少两个内腔以容纳至少一部分所述可膨胀和可收缩的材料。
因为不必进行安装装配嵌件和固定地连接此嵌件的操作，所以使用单件金属部件容纳可膨胀和可收缩材料更容易获得恒温元件。此外，限定腔的罩壁通过连续的金属材料连至罩的外表面，此金属材料在罩的与周围介质接触的外部与存储在腔中的材料之间最佳地导热。另外，在使用中，本发明恒温元件应用中的性能比具有安装嵌件的恒温元件的性能更佳，长期而言，此嵌件和罩外壁之间的接触区有受到破坏的风险，而借助本发明的元件，形成罩和限定腔的金属材料在单件中受到热的作用。
相对于图1和2的常规恒温元件以及在上述文献DE-A-30 13 386、DE-A-34 13 466和GB-A-1 385 372中设想的恒温元件，通过单件的金属罩从本发明的元件外部向分布在腔中的可膨胀和可收缩材料传送的热通量大大增加，同时明显地降低了本发明恒温元件的响应时间。
单独根据此恒温元件的其它特征或者根据所有的技术可能的组合-同一穿过所述恒温元件的横截面经过所述腔；-在所述横截面中，所述腔围绕所述罩的轴分布；-每个腔是盲腔，其在所述罩朝向所述活塞的一侧开口；-每个腔在与所述罩的轴向基本平行的方向上纵向延伸；-每个腔总体为具有圆形底的圆筒形状；-所述罩的外部侧面在与所述罩的轴向基本平行的方向上基本为圆筒形；-所述罩的外部侧面的基本圆筒形具有圆形底
-所述罩的外部侧面的基本圆筒形状适应所述腔的形状；-至少80％的可膨胀和可收缩材料被存储在所述腔中；-所述罩具有向外突出的外部肋。
本发明的另一个主体在于具有上述恒温元件的恒温筒体或者恒温龙头。
基于仅仅作为实例给出并参考附图的下面描述，可更好地理解本发明，在所述附图中图1是上述已知恒温元件的纵截面；图2是图1恒温元件沿此图中平面II-II的横截面；图3、5、7和9是根据本发明的恒温元件四个不同实施例的与图1相似的视图；以及图4、6、8和10分别是图3、5、7和9的恒温元件分别沿这些图的面IV-IV、VI-VI、VIII-VIII和IX-IX的横截面。
具体实施例方式
图1和2的已知恒温元件在上面已经进行了描述，这里不再详细描述。为简便起见，本发明恒温元件对应已知元件的部件采用相同的附图标记。
和已知的恒温元件相同，图3到10中表示的恒温元件设计为安装至龙头筒体或者恒温龙头上，并且包括-金属罩1，其沿中心轴X-X延伸，具有长形无支撑的部分11，并填充有大量基本可膨胀和收缩材料3，例如蜡，并且在一端装配封闭的横向底壁12而另一端向外延伸以连至轴环13，以及-外套2，其为具有中心通道21的旋转形状，并包括处于罩轴环中的底座22，轴环13围绕底座22锻造而成，并且罩和外套沿轴X-X在相反方向上轴向延伸。
图3到10的恒温元件还包括可弹性变形的隔板4、活塞5、和保护性风箱6，所述活塞5通过垫7受到隔板中心区域运动作用，活塞5和垫7之间插入有垫片8。因为前面已经参考附图1和2解释了这些部件，所以这里不再详细描述。
现在转向和图1和2元件的不同，并更详细地考虑图3和4的实施例，罩1单件形成，其内限定四个不同圆筒腔14A，在这些腔内部存储大部分蜡3，而在外部，罩包括基本圆筒状的侧面11A，所述侧面11A以轴X-X为中心、且具有圆底。每个圆筒腔14A在基本上与轴X-X平行的方向上纵向延伸。每个腔在横向上通过由金属罩1的无支撑的部分11组成的壁封闭。此外，每个腔14A的其中一个纵端由罩的底壁12封闭，而在其相对的端部腔14A在轴环13轴向地向隔板4开放。
有利地是，将多于80％甚至90％的蜡3存储在腔14A中。
腔14A例如在设计为形成罩1的固态金属桶中制造，完成之后，进行加工、模锻或者相似的操作。
在操作中，当由于外部介质温度突然升至至θ1从而图3和4的恒温元件从称为“冷态”的第一状态变为加热态时，其中在冷态中其蜡3具有等于外部介质例如从混合装置龙头筒体所排出混合水的温度θ0的均匀温度，产生从外部介质到罩1以及从罩1到热膨胀蜡3的热通量，直到经过时间Δ恒温元件特别是其蜡3达到外部介质新的热温度θ1的均匀温度。热量在整个罩1的金属中非常迅速地传导，具体一直到达限定内腔14A的罩壁。蜡3的温度从θ0提高至θ1后，其膨胀并且因为罩1/外套2组件不可变形蜡3通过膨胀变形，隔板4又使垫7变形，后者在外套的通道21中移动垫片8和活塞5。因此，外部介质的温度突然上升会使活塞5在经过实践中称为“响应时间”的时间Δ后离开外套2。
到达可热膨胀蜡3的热通量越大，则此响应时间越短。因为罩1材料的导热系数比蜡的更好，所以上述热通量基本取决于温度θ0和θ1之差、蜡3和罩之间的接触面积以及横截面上罩和任何蜡颗粒之间的最大距离。更准确地，热通量随着差θ0-θ1以及接触面积的值增加，但是随着最大的罩/蜡距离减小。在图1和2中，为了更明显，以虚线表示的接触面积以S标记，而最大的罩/蜡距离以e表示。在图3和4中，所考虑的接触面积对应限定四个腔14A的壁与蜡之间以SA表示的四个单独接触面积的总和，最大的罩/蜡距离以eA表示，注意此距离在每个腔室14A相同。
在图3和4的恒温元件中，对于相同的蜡容积和罩长度，接触面积SA的总和大于与图1和2的常规恒温元件相关的接触面积S，而距离eA小于距离e。因此图3和4恒温元件的响应时间明显小于图1和2元件的响应时间。
在图5和6的实施例中，和图3和4一样，恒温元件的金属罩1内部限定容纳大部分蜡3的四个圆筒内腔14B。和腔14A不同，腔14B的横截面并不是严格的圆形，而是形成点指向轴X-X的液滴形状。和图3和4罩的外部侧面不同，图5和6的罩1的外部侧面11B适应腔14B的形状，即在横截面中具有通常为四叶苜蓿形状的四叶轮廓。换言之，沿着罩的边界，面11B和限定相应腔14A的相对的壁之间的金属厚度基本上不变。
在图7和8的实施例中，和图3和4一样，罩1的外部侧面11C总体为具有圆形底的圆筒。另一方面，和图3到6的实施例不同，形成图7和8的罩1的整块金属部分仅仅限定存储蜡3的两个内腔14C。这两个腔通过在罩1直径平面上延伸的平隔离板15相互隔开，所述平隔离板15以和此实施例中为圆筒形的无支撑的部分11以及底壁12中的罩剩余部分相同的材料单件制成。
在图9和10的实施例中，包括无支撑的部分的罩1，所述无支撑的部分在外部为具有圆形底的圆筒状、在内部限定存储蜡3的四个腔14D。在横截面中，这些腔不象图4和6具有圆形或者小滴形状的轮廓，而是具有对应罩1无支撑的部分11圆形截面的部分的轮廓。特别是除了部分11的管状壁和底部12以外，还通过罩内部的两个隔离板限定腔14D，所述隔离板和图7和8的隔离板15类似、并以和罩剩余部分相同的材料单件制成，其沿罩的直径平面相互垂直地分别延伸。此外，罩的无支撑的部分11具有肋16，其从侧面11D向外突出延伸并设计为与恒温元件外部的介质接触。
图9和10的实施例与前面实施例的不同之处还在于其沿轴X-X的罩1较短。作为实例，此罩的长度即沿轴X-X的尺寸与其直径基本上相等。
可自然地想到上述恒温元件的各种变化和修变。特别是，可提供适应于恒温元件特别应用的不同尺寸，以及差别很大的腔形状。相似地，可想到罩的各种几何形状，而罩的外部侧面具有更多平面、下陷和/或圆顶或者其长度小于直径。
权利要求
1.一种恒温元件，包括罩(1)，其包含可根据温度变化方向膨胀和收缩的材料(3)；以及活塞(5)，其可相对于所述罩在罩轴向(X-X)移动，并且所述活塞耦合到可膨胀和可收缩材料以随着材料膨胀或者收缩在相对方向上移动，其特征在于，所述罩(1)被制成为单个金属件，所述金属件在内部限定至少两个独立的内腔(14A；14B；14C；14D)以容纳至少一部分所述可膨胀和可收缩的材料(3)。
2.根据权利要求1的恒温元件，其特征在于，同一穿过所述恒温元件的横截面(图4；6；8；10)经过所述腔(14A；14B；14C；14D)。
3.根据权利要求2的恒温元件，其特征在于，在所述横截面中，所述腔(14A；14B；14C；14D)围绕所述罩(1)的轴(X-X)分布。
4.根据前述权利要求中任一项的恒温元件，其特征在于，每个腔(14A；14B；14C；14D)是盲腔，其在所述罩(1)朝向所述活塞(5)的一侧开口。
5.根据前述权利要求中任一项的恒温元件，其特征在于，每个腔(14A；14B；14C；14D)在与所述罩(1)的轴向(X-X)基本平行的方向上纵向延伸。
6.根据前述权利要求中任一项的恒温元件，其特征在于，每个腔(14A)总体为具有圆形底的圆筒形状。
7.根据前述权利要求中任一项的恒温元件，其特征在于，所述罩(1)的外部侧面(11A；11B；11C；11D)在与所述罩的轴向(X-X)基本平行的方向上基本为圆筒形。
8.根据权利要求7的恒温元件，其特征在于，所述罩(1)的外部侧面(11A；11C；11D)的基本圆筒形具有圆形底。
9.根据权利要求7的恒温元件，其特征在于，所述罩(1)的外部侧面(11B)的基本圆筒形状适应所述腔(14B)的形状。
10.根据前述权利要求中任一项的恒温元件，其特征在于，至少80％的可膨胀和可收缩材料(3)被存储在所述腔(14A；14B；14C；14D)中。
11.根据前述权利要求中任一项的恒温元件，其特征在于所述罩(1)具有向外突出的外部肋(16)。
12.一种恒温筒体或者恒温龙头，其装配有根据前述权利要求中任一项的恒温元件。
全文摘要
一种恒温元件，包括罩(1)，其包含可根据温度变化方向膨胀和收缩的材料(3)；以及活塞(5)，其可相对于所述罩在罩轴向(X－X)移动，并且其耦合到可膨胀和可收缩材料以随着材料膨胀或者收缩在相对方向上移动。为了简单可靠地减少元件响应时间，所述罩(1)被制成为单个金属件，所述金属件在内部限定至少两个独立的内腔(14A)以容纳至少一部分所述可膨胀和可收缩的材料(3)。
文档编号G05D23/02GK101084477SQ200580043685
公开日2007年12月5日 申请日期2005年12月19日 优先权日2004年12月20日
发明者G·J·A·勒克朗谢, C·梅斯 申请人:韦内特公司