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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Handbrause, insbesondere eine Handbrause zum Bewältigen unterschiedlicher Wasserdurchflussmengen und zum Vorsehen einer verbesserten Konstruktion.
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Typischerweise umfasst eine Handbrause eine Sprühplatte mit mehreren Düsen zum Vorsehen eines Auslass-Sprühmusters.
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Es sind verschiedene Muster bekannt, und es ist sogar bekannt, Handbrausen vorzusehen, die mehrere verschiedene Sprühmuster aufweisen, aus denen der Anwender wählen kann.
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Handbrausen können einfache Öffnungen, entweder rund oder länglich, in der Sprühplatte aufweisen oder können so genannte Elastomernoppen zum Bilden des Sprühmusters aufweisen. Elastomernoppen lassen sich einfach durch manuelles Reiben und Verformen der Noppen (von Kalk und anderen Ablagerungen) reinigen. Gängige Noppen sind für gewöhnlich kegelförmig und bestehen aus Gummi oder einem gummiartigen Material. Öffnungen in einer Sprühplatte sind dagegen leichter herzustellen, haben aber den Nachteil, dass sie schwierig von Kalk und anderen Ablagerungen zu reinigen sind. Diesbezüglich können aber innen in der Handbrause Stifte zum Einführen durch die Öffnungen zu deren Reinigen vorgesehen sein. Die Stifte können von Hand oder als Teil des Vorgangs des Wechselns von Sprühmustern betätigt werden.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf einem Erkennen eines Problems bei vorbekannten Handbrausen. Insbesondere bei Verwenden einer Handbrause mit einer Durchflussmenge, die unter Normal liegt, sind die Strahle des Sprühmusters aufgrund der Tatsache, dass die Düsen für die gewählte Durchflussmenge zu groß sind, weich und schwach. Bei einer Durchflussmenge, die über Normal liegt, bringt die Handbrause dagegen einen unnötig großen Druckabfall ein und die Strahle werden unerwünscht hart. Diesbezüglich sollte bedacht werden, dass die Handbrause einer Dusche meist am stärksten zum gesamten Druckabfall der Dusche beiträgt und häufig die Leistung des ganzen Duschsystems beschränkt, ob dies nun ein Mischventil, ein elektrischer Duschendurchlauferhitzer etc. einschließt.
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Das vorstehend erkannte Problem könnte durch Vorsehen von Handbrausen und Sprühplatten gelöst werden, die für bestimmte Durchflussmengen optimiert sind. Manchmal ist es aber so, dass eine bestimmte Installation sich verändernde Durchflussmengen bewältigen muss. Insbesondere bei einem elektrischen Durchlauferhitzer wird die Temperatur meist durch Verändern der Durchflussmenge durch den Erhitzer geregelt. Dies bedeutet, dass, wenn der Anwender eine kältere Duschtemperatur wählt, z. B. im Sommer, bei der wenig Aufheizen erforderlich ist, die Durchflussmenge sehr hoch ist, zum Beispiel 15 Liter pro Minute, wohingegen die Durchflussmenge relativ niedrig ist, zum Beispiel 3 Liter pro Minute, wenn der Anwender eine heißere Duschtemperatur wählt, z. B. im Winter, bei der starkes Aufheizen erforderlich ist.
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Vorbekannte Handbrausen und Sprühplatten müssen nicht hinreichend mit diesem Bereich an Durchflussmengen fertig werden. Herkömmlicherweise werden während des Winters für die niedrigeren Durchflussmengen weiche und schwache Strahle erzeugt. Typische Handbrausen weisen sogar verhältnismäßig große Druckabfälle bei hohen Durchflussmengen auf und beschränken daher die Durchflussmenge durch die Duscheinrichtung.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorstehend erkannten Probleme zu lösen.
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Die vorliegende Anmeldung erkennt auch zum ersten Mal die Erwünschtheit, ein Sprühmuster vorzusehen, das von der Sprühplatte der Handbrause abweicht, sowie Probleme beim Umsetzen davon bei Verwendung von Elastomernoppen. Die vorliegende Erfindung beruht auf einem Erkennen von Problemen bezüglich dem Formgießen und dem Zusammenbau der Bestandteile, die das abweichende Sprühmuster liefern. Insbesondere wenn ein Bestandteil mit Hilfe unkomplizierter Formverfahren geformt wird, ist es erforderlich, die beiden Hälften des Formwerkzeugs zu trennen, und somit wird es erforderlich, dass alle die Strahle bildenden Düsen parallele Seiten haben oder bezüglich der Aushebelinie abweichen. Zur Konstruktion einer Handbrause mit einem abweichenden Sprühmuster wäre es möglich, Elastomernoppen separat zu formen und dann diese in der Sprühplatte so zusammenzubauen, dass das abweichende Muster gebildet wird. Dies steigert aber die Komplexität und die Kosten des Zusammenbaus erheblich. Daher ist es wünschenswert, alle Elastomernoppen zusammen als einzige Komponente formen zu können. Zwar ist es möglich, alle Noppen zusammen an einer Noppenmappe gleichzeitig zu formen, diese Auslegung erfordert aber, dass alle Noppen unterschiedlich sind und dass die Form jeder Noppe entsprechend ihrer Position auf der Matte angepasst wird.
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DE-A-4039337 offenbart einen Duschkopf nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 mit einer biegsamen Platte, die mit einer relativ starren Sprühplatte verbunden ist, so dass Düsen in der biegsamen Platte mit Düsen in der Sprühplatte ausgerichtet sind, das die Düsen in der biegsamen Platte umgebende Material aber unter Wasserdruck weggebogen werden kann, um die Geometrie der Düsen in der biegsamen Platte zu verändern.
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Erfindungsgemäß wird eine Handbrause an die Hand gegeben, welche umfasst:
einen Einlass für Wasser; und
mehrere Düsen zum Vorsehen eines Auslass-Sprühmusters; wobei sich die Querschnittfläche und somit der Strömungswiderstand der Düsen automatisch als Reaktion auf die Durchflussleistung ändert,
dadurch gekennzeichnet, dass jede der mehreren Düsen einen jeweiligen Auslass bildet, der zumindest teilweise von mehreren sich nach innen erstreckenden biegsamen Klappen abgedeckt wird, wobei die biegsamen Klappen jeder jeweiligen Düse so angeordnet sind, dass sie sich bei zunehmender Durchflussleistung von der Düse und voneinander weg biegen, um die Querschnittfläche der Auslass-Strömstrecke zu vergrößern, so dass die Handbrause über einen großen Bereich an Durchflussleistungen ein im Allgemeinen ähnliches Sprühmuster erzeugt und ein übermäßiger Druckabfall bei hohen Durchflussleistungen vermieden werden kann.
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Auf diese Weise kann die vorliegende Erfindung eine Öffnung an die Hand geben, die automatisch die Größe der Düse als Funktion der Durchflussleistung ändert und daher eine optimale Leistung und ein optimales Erscheinungsbild über einem breiteren Bereich von Durchflussmengen verwirklicht. Das Andern der Größe der Düse als Funktion der Durchflussleistung erlaubt ein Anpassen des Druckabfalls der Öffnung, so dass er den Anforderungen des jeweiligen Duschsystems gerecht wird. Verglichen zum Beispiel mit einer vorbekannten Handbrause vermindert die erfindungsgemäße Handbrause den Druckabfall über der Handbrause bei hohen Durchflussmengen erheblich, während sie bei niedrigen Durchflussmengen gleichzeitig ein ästhetisch annehmbares Sprühmuster bietet.
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Um diese beiden Eigenschaften in einer Sprühplatte zu kombinieren, wird die Größe und/oder Form der Öffnungen in der Platte als Funktion von Durchflussmenge verändert. Bei niedrigen Durchflussmengen sind die Öffnungen klein genug, um die Bildung von gut ausgebildeten Strahlen zu ermöglichen, die ästhetisch ansprechend sind. Bei höheren Durchflussmengen dagegen ist der Öffnungsdurchmesser größer, so dass ein geringer Druckabfall quer über die gesamte Sprühplatte verwirklicht werden kann.
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Mindestens eine der Düsen kann eine Elastomernoppe mit einem Auslass an einem Ende aufweisen.
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Auf diese Weise können die Vorteile von durch Reiben zu reinigenden Auslegungen integriert werden. Die Elastomernoppen müssen aber nicht eine für den Reinigungsvorgang durch Reiben geeignete Form aufweisen, da sie andere Vorteile haben, auf die nachstehend einzugehen ist.
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Die Elastomernoppe kann eine Umfangswand aufweisen, die einen den Auslass speisenden im Allgemeinen kegelförmigen inneren Durchlass bildet, der hin zu dem einen Ende eine zunehmend kleiner werdende Querschnittfläche aufweist.
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Auf diese Weise weist der Auslass der Elastomernoppe zumindest in seinem entspannten Zustand eine kleinere Querschnittfläche als sein Einlass auf.
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Somit ist der Auslass zumindest teilweise durch mehrere sich nach innen erstreckende biegsame Klappen bedeckt, die sich bei zunehmender Durchflussleistung weg vom Auslass biegen, um so die Querschnittfläche der Auslass-Strömstrecke zu vergrößern. In der Praxis kann die Düse mit solchen Klappen an Stelle einer Noppe versehen sein.
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Auf diese Weise wird der wirksame Wasserdurchlass durch die zwischen den Klappen verbleibende Fläche gebildet. Somit bleiben die Klappen bei kleinen Durchflussmengen relativ ungebogen, wodurch sie eine relativ kleine wirksame Auslass-Querschnittfläche bilden. Wenn dagegen die Durchflussmenge zunimmt, werden die Klappen weggebogen, so dass eine größere wirksame Auslass-Querschnittfläche gebildet wird. Somit kann das gleiche Sprühmuster im Allgemeinen für alle Durchflussleistungen aufrechterhalten werden und es kann ein unzulässiger Druckabfall bei hohen Durchflussmengen vermieden werden.
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Vorzugsweise sind die drei sich nach innen erstreckenden biegsamen Klappen symmetrisch für jeden Auslass vorgesehen, wobei sie durch drei sich in der Mitte des Auslasses treffende radiale Schlitze getrennt sind.
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Die Verwendung von drei Klappen ist aus Gründen der Herstellbarkeit, die nachstehend weiter ausgeführt werden, besonders vorteilhaft. Insbesondere wird das gemeinsame Formen von Noppen einstückig an einer Platte ohne Ausbilden von Luftblasen in den Klappen der Noppen einfacher.
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Es versteht sich, dass die Elastizitäts-/Federkonstante durch Verändern der Anzahl an Klappen und somit der Breite einer Klappe angepasst werden kann.
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Die Elastizität der Klappen kann ebenfalls durch Ändern der Dicke, der Materialhärte und/oder der Geometrie angepasst werden. Ferner können in die Auslegung der Klappe Strukturen wie Rippen und Vertiefungen aufgenommen werden, um die Federkonstante maßzuschneidern.
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Vorzugsweise erstrecken sich die Noppen von einem gemeinsamen Grundteil, wobei der Grundteil einstückig mit den Noppen ist.
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Vorzugsweise bestehen die Noppen und der Grundteil aus einem Material, das so weich wie möglich ist, um die erwünschte Elastizität zu erhalten. Ein geeignetes Material ist flüssiges Silicon. Aufgrund praktischer Beschränkungen und der Notwendigkeit, haltbare Noppen vorzusehen, liegt die Shore-Härte des Materials bevorzugt in dem Bereich von 30 bis 60. Insbesondere haben sich Materialien mit einer Shore-Härte in dem Bereich von 40 als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Erfindungsgemäß wird ferner eine Brausennoppenplatte zur Verwendung in einer Handbrause an die Hand gegeben, wobei die Platte einen Grundteil und mehreren Noppen umfasst, die sich von dem Grundteil erstrecken, wobei jede Noppe einen Auslass an dem Ende distal des Grundteils aufweist, wobei der Auslass zumindest teilweise durch mehrere sich nach innen erstreckende biegsame Klappen abgedeckt wird, die durch sich in der Mitte des Auslasses treffende radiale Schlitze getrennt sind, wobei die Schlitze so zueinander ausgerichtet sind, dass bei einem Prozess des Spritzgießens der Platte von einer Kante das Gießmaterial strömen kann, um die Klappen zu erzeugen, ohne Lufttaschen zu bilden.
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Die Ausrichtung der Klappen und Schlitze kann daher von erheblicher Bedeutung für das Erleichtern der Herstellung des Grundteils und der Noppen als einzelne einstückige Einheit sein.
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Die Verwendung von mehreren Klappen erleichtert das Öffnen und Verschließen der Auslässe. Bevorzugt sind aber drei sich nach innen erstreckende biegsame Klappen an jedem Auslass vorgesehen.
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Dies bietet gute Leistung im Gebrauch und erleichtert das Formen der Platte ohne Erzeugen von Lufttaschen.
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Die Noppen können an einer Elastomerplatte mit einem Grundteil mit einer stromaufwärts und einer stromabwärts befindlichen Oberfläche und mehreren Noppen ausgebildet sein, die sich von der stromabwärts befindlichen Oberfläche in Richtungen erstrecken, die parallel sind, wenn die Elastomerplatte unbelastet ist; es kann eine Sprühplatte mit einer Innenfläche, einer Außenfläche und mehreren Durchgangsöffnungen, die den Noppen entsprechen, vorhanden sein, wobei die stromabwärts befindliche Oberfläche des Grundteils neben der Innenfläche der Sprühplatte angeordnet ist, wobei sich die Noppen durch die Durchgangsöffnungen erstrecken; und die Handbrause kann weiterhin eine Tragstruktur zum Halten der Elastomerplatte neben der Innenfläche umfassen, so dass der Grundteil und mindestens eine erste der Noppen weggebogen wird.
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Wenn zum Beispiel die Elastomerplatte veranlasst wird, sich einer konkaven Innenfläche anzupassen, werden somit die Noppen entsprechend weggebogen.
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Bevorzugt weist die Handbrause aber mindestens ein Ablenkelement zwischen der stromabwärts befindlichen Oberfläche und der Innenfläche, das radial einwärts oder auswärts der mindestens einen ersten der Noppen angeordnet ist, auf; wobei die Tragstruktur den Grundteil gegen die Innenfläche drückt, so dass sich der Grundteil um das Ablenkelement wegbiegt und die eine erste der Noppen weggebogen wird.
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Bevorzugt erstreckt sich die eine erste der Noppen bei Wegbiegen nicht in die Richtung mindestens einer zweiten der Noppen.
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Auf diese Weise ist es möglich, alle Noppen als einzige geformte Komponente zu erzeugen. Da sich alle Noppen in der Komponente bei Formen in einer parallelen Richtung erstrecken, kann die Elastomerplatte gerade in der Aushebelinie geformt werden. Die beiden Hälften der Form können mit anderen Worten in der Richtung des Verlaufs der Noppen getrennt werden. Es ist nicht erforderlich, mehrere separate Noppen anzuordnen oder Noppen einer Noppenmatte mit verschiedenen Formen entsprechend ihrer Position zu formen. Dies erlaubt ein einfacheres Herstellen des Formwerkzeugs und ein Herstellen der Noppen mit identischen Formen.
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Wenn die Elastomerplatte in der Handbrause eingebaut ist, werden die Noppen durch die Tragstruktur und das Ablenkelement weggebogen, um das erwünschte Sprühmuster vorzusehen.
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Die mehreren Noppen können als eine oder mehrere Anordnungen vorgesehen werden, zum Beispiel als konzentrische ringförmige Anordnungen. Die mindestens erste und die mindestens zweite der Noppen können in der gleichen Anordnung vorgesehen werden. Alternativ können die mindestens erste und die mindestens zweite der Noppen in jeweiligen konzentrischen Anordnungen von Noppen vorgesehen werden.
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Jeweilige Ablenkelemente können für einzelne Noppen oder Gruppen von Noppen vorgesehen werden, um diese Noppen oder Gruppen nach Bedarf wegzubiegen. Wenn aber die mindestens eine erste der Noppen als ringförmige Anordnung vorgesehen ist, kann ein einziges ringförmiges Ablenkelement für die Anordnung vorgesehen werden, um die Noppen dieser Anordnung alle bei dem gleichen Ablenkwinkel wegzubiegen. Der Ablenkwinkel wird durch die Tiefe des Elements bestimmt.
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Durch Vorsehen des Ablenkelements an der Innenseite einer Anordnung von Noppen wird die Außenseite der Noppen hin zur Innenfläche der Sprühplatte gebogen, so dass die Noppen so weggebogen werden, dass nach innen gerichtete Strahle vorgesehen werden. Durch Vorsehen eines Ablenkelements an der Außenseite einer Noppe wird dagegen der entsprechende Strahl nach außen gerichtet.
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Bevorzugt weist die Elastomerplatte weiterhin mindestens eine dritte der Noppen auf, optional in der Form einer dritten konzentrischen ringförmigen Anordnung, die sich von der stromabwärts befindlichen Oberfläche und durch entsprechende der Durchgangsöffnungen erstreckt, wobei die Handbrause weiterhin mindestens ein weiteres Ablenkelement zwischen der stromabwärts befindlichen Oberfläche und der Innenfläche, das radial einwärts oder auswärts der einen dritten der Noppen angeordnet ist, aufweist, so dass der Grundteil durch das weitere Ablenkelement weggebogen wird und die dritte der Noppen sich nicht in die Richtung der zweiten der Noppen erstreckt.
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Auf diese Weise können die gleichen Vorteile für zusätzliche Anordnungen von Noppen verwirklicht werden.
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Bevorzugt erstreckt sich die dritte der Noppen nicht in die Richtung der ersten der Noppen.
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Somit kann ein sich stärker verändernderes Sprühmuster vorgesehen werden.
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Bevorzugt bildet die mindestens eine dritte der Noppen ein sich bezüglich der mindestens einen ersten der Noppen unterschiedliches Sprühmuster.
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Wenn somit mehrere der dritten der Noppen eine dritte Anordnung bilden, werden alle von der dritten Anordnung von Noppen erzeugten Wasserstrahle bezüglich der Strahle von einer Anordnung der ersten der Noppen nach außen gerichtet.
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Bevorzugt bildet die mindestens eine erste der Noppen ein zu der mindestens einen zweiten der Noppen unterschiedliches Sprühmuster.
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Bei jeder der ersten, zweiten und dritten Noppen der jeweiligen Anordnungen kann somit jede Anordnung bei einem sich von den anderen Anordnungen anderen Winkel abweichen, um ein erwünschtes und volles Sprühmuster vorzusehen.
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Das Ablenkelement kann als separate Komponente zum Einsetzen in die Handbrause vorgesehen werden. Die Anzahl an Bauteilen wird aber gesenkt und der Zusammenbau vereinfacht, wenn das Ablenkelement integral entweder mit der Sprühplatte oder dem Grundteil ist.
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Bevorzugt wird es integral mit dem Grundteil vorgesehen, wenngleich sich versteht, dass die Ablenkelemente für verschiedene Anordnungen nicht alle an der einen gleichen Sprühplatte oder dem einen gleichen Grundteil ausgebildet sein müssen.
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Bevorzugt umfasst das Ablenkelement eines von ringförmiger Wulst und Kante eines ringförmigen Profils des Grundteils.
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In jedem Fall bewirken der Stufenteil und daher der Höhenunterschied ein Wegbiegen bei einem Winkel des lokalen Bereichs des Grundteils, von dem die Noppe absteht.
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Bevorzugt bildet jede der Noppen eine jeweilige Düse, so dass die Noppen zusammen ein Auslass-Sprühmuster bilden, wobei sich die Querschnittfläche der Düsen automatisch als Reaktion auf die Durchflussmenge ändert.
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Aus der folgenden Beschreibung, die lediglich beispielhaft gegeben wird, geht die Erfindung unter Bezug auf die Begleitzeichnungen besser hervor. Hierbei zeigen:
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1 eine Handbrause, in der die vorliegende Erfindung verkörpert sein kann;
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2(a) bis (c) eine Sprühdüsennoppe;
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3(a) und (b) die Funktionsweise der Noppe der 2(a) bis (c);
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4(a) und (b) die Funktionsweise einer alternativen Sprühdüse, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
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5(a) und (b) die Funktionsweise einer alternativen Sprühdüse, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
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6(a) bis (c) eine die vorliegende Erfindung verkörpernde Noppe;
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7(a) und (b) die Funktionsweise der Noppe der 6(a) bis (c);
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8(a) und (c) eine alternative Anordnung;
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9 eine auseinander gezogen dargestellte Ansicht einiger der Bestandteile der Anordnung der 8(a) bis (c);
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10 eine die vorliegende Erfindung verkörpernde Noppenplatte;
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11 eine Sprühplatte zur Verwendung mit der Noppenplatte von 10;
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12(a) und (b) ein Wegbiegen von Noppen;
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13 bevorzugte Noppen-Schlitzausrichtungen; und
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14(a) und (b) Strömen in der Form bei Ausbilden von Klappen in Düsen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Handbrause, wie sie beispielsweise in 1 gezeigt wird.
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Die Handbrause 2 umfasst einen Wassereinlass 4, eine Sprühplatte 6 und mehrere Düsen 8 in der Sprühplatte 6. Dem Einlass 4 wird Wasser geliefert und tritt aus der Handbrause 2 durch die Düsen 8 aus, um ein vorbestimmtes Sprühmuster zu bilden.
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Die folgende Beschreibung ist mit dem automatischen Ändern der wirksamen Querschnittfläche der Düsen, so dass die Handbrause über einen breiten Bereich an Durchflussmengen ein im Allgemeinen ähnliches Sprühmuster erzeugt, befasst. Es ist aber auch möglich, die Form und/oder die Länge der Düsen zu verändern, um deren Strömwiderstand zu verändern. Eine Aufgabe besteht insbesondere darin, unnötig scharfe Strahle und große Druckabfälle bei hohem Durchfluss zu vermeiden und bei niedrigen Durchflussmengen ästhetisch ansprechende bzw. scharf eingestellte Strahle zu wahren.
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Die Auslegung der Sprühplatte könnte Elastomernoppen verwenden, die entlang ihrer Längsachse in verschiedene Segmente unterteilt sind.
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2(a) zeigt eine geeignete Noppe 10, und die 2(b) und (c) zeigen jeweils eine Draufsicht und einen Querschnitt entlang deren Länge. Die dargestellte Noppe 10 ist asymmetrisch und soll eine Strömstrecke durch die Noppe vorsehen, die zum Grundteil abgewinkelt ist. Dennoch versteht sich, dass auch symmetrische Noppen für ein senkrechtes Strömen vorgesehen werden könnten.
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Wie dargestellt weist die Noppe 10 einen Grundteil 12 auf, der an einer Stirnplatte befestigt werden kann und eine im Allgemeinen kegelförmige Außenumfangswand 14 aufweist, die sich zu einem Auslass 16 erstreckt. Mehrere axial verlaufende Schlitze 18 unterteilen die kegelförmige Wand in mehrere dazwischen angeordnete Klappen oder Segmente 20.
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Die 3(a) und (b) zeigen jeweils schematisch Handbrausen und Sprühdüsen jeweils für niedrige und hohe Durchflussleistung. Diese Sprühdüsen umfassen symmetrische Noppen.
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Bei niedrigen Durchflussmengen reicht der Wasserdruck nicht aus, um die verschiedenen Noppensegmente 20 auseinander zu biegen. Die Auslassöffnung 16 ist daher relativ klein und stellt die Bildung eines gut ausgebildeten Strahls sicher. Bei höheren Durchflussmengen reicht der Wasserdruck aus, um die verschiedenen Noppensegmente 20 auseinander zu biegen. Dieser Vorgang führt zu einem vergrößerten Sprühöffnungsdurchmesser.
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In der gezeigten Anordnung weist die Noppe eine in etwa konstante Dicke der Umfangswand auf und hat somit eine im Allgemeinen kegelförmige Außenform. Es reicht aber aus, dass der innere Durchlass kegelförmig ist. Die Außenform kann somit jede geeignete Form annehmen. Andere Anordnungen könnten auch innere Durchlässe von anderen Formen aufweisen.
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Während der Herstellung der Noppe, zum Beispiel durch Gießen, können in den Noppen an Ort und Stelle Schlitze ausgebildet werden. Alternativ können sie durch Schneiden oder Strukturieren der Noppe in einer geeigneten Weise eingebracht werden.
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Abhängig von der Anwendung und den erwünschten zu verwirklichenden Wirkungen kann die Anzahl an Schlitzen in einer Noppe schwanken. Es wird vorgeschlagen, dass Noppen mit 2 bis 4 Schlitzen verwendet werden sollten, da diese relativ einfach herzustellen sind und eine zweckdienliche Leistung bieten.
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Statt die einzelnen Noppen zu spalten, kann die gleiche Wirkung durch Integrieren von Falten in die Noppen verwirklicht werden, die es der Sprühdüse erlauben, sich mit Durchflussleistung/Wasserdruck zu weiten. Die 4(a) und (b) zeigen schematisch eine Handbrause und Sprühdüsen bei niedrigen Durchflussmengen bzw. hohen Durchflussmengen.
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Eine im Allgemeinen kegelförmige Umfangswand 22 umfasst eine Reihe von Klappen 24, die axial von dem Auslass 26 abstehen.
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Wie dargestellt werden die Klappen bei den höheren Durchflussmengen nach außen verformt, so dass die Querschnittfläche des Auslasses 26 vergrößert wird.
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Die Noppen können aus jedem elastomeren oder verformbaren Material hergestellt werden. Für die Anwendung in einer Handbrause wird die Verwendung von Neopren, thermoplastischem Elastomer, flüssigem Silicon oder einem beliebigen Gummi oder gummiartigem Material bevorzugt.
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Die Noppen können als einzelne Einheiten hergestellt werden, die dann in die Handbrause eingebaut werden. Alternativ können Unterbaugruppen, die mehrere (oder alle) Noppen auf einer geeigneten Rückplatte oder einem geeigneten Grundteil kombinieren, hergestellt werden, um den Vorgang des Zusammenbaus der Handbrause zu vereinfachen. Ferner können die Noppen durch Überformen in einem geeigneten Teil (z. B. der Öffnungsplatte) der Handbrause hergestellt werden.
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Die Geometrie und die Materialparameter der Noppe zusammen mit der Anzahl oder Länge der Schlitze/Klappen bestimmen die Elastizitäts-/Federkonstante der verschiedenen Noppensegmente. Diese Parameter können daher zum Anpassen und Maßschneidern der Leistung der Noppen, insbesondere der Änderung der Öffnungsgröße und der Funktion des Wasserdrucks/der Durchflussleistung, verwendet werden.
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Statt Falten 25 in der kegelförmigen Umfangswand 22 der Düse vorzusehen, ist es möglich, durch Zulassen, dass sich die kegelförmige Wand selbst elastisch verformt, eine ähnliche Wirkung zu erzielen. Die 5(a) und (b) zeigen eine solche Sprühdüse für niedrige bzw. hohe Durchflussmengen.
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Wie zuvor weist die Düse eine kegelförmige Umfangswand 30 auf. Der Hauptunterschied besteht aber darin, dass die Wanddicke reduziert ist, um sie biegsamer und verformbarer zu machen. Somit ist bei niedrigen Durchflussmengen, wie in 5(a) gezeigt, der Wasserdruck zu gering, um die Noppe wesentlich zu dehnen. Der Auslass 32 ist daher klein, was zu einem gut ausgebildeten und ästhetisch ansprechenden Strahl führt. Mit zunehmender Durchflussleistung nimmt die Druckdifferenz quer über der Wand 30 der Noppe zu. Folglich wird die Noppe, wie in 5(b) gezeigt, gedehnt, wobei die größten Verformungen in den verdünnten Abschnitten auftreten. Dieses Dehnen lässt die Größe der Sprühöffnung 22 größer werden.
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Da sich die Sprühdüsenwände weiten, versteht sich, dass es nicht erforderlich ist, dass die Noppe einen inneren kegelförmigen Durchlass hat.
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Die zur Herstellung dieser Noppen verwendeten Herstellungsmaterialien und -prozesse können den für die oben beschriebenen gespaltenen Noppen verwendeten ähneln. Es wird jedoch vorgeschlagen, elastischere Materialien zu verwenden. Insbesondere können die Noppen aus flüssigem Silicon oder einem anderen Gummi oder gummiartigen Materialien mit relativ geringer Shore-Härte hergestellt werden, z. B. Shore A20 bis 50, bevorzugt 25 bis 40.
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6(a), (b) und (c) zeigen eine andere, die vorliegende Erfindung verkörpernde Bauart, bei der der Auslass durch eine Reihe von Klappen teilweise verschlossen ist.
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Die Noppe umfasst einen Grundteil 42 und eine Umfangswand 44, die einen Durchgangskanal zu dem Auslass 46 bildet. Quer über dem Auslass 46 befinden sich mehrere Klappen 48, die den Auslass am Ende der Noppe teilweise verschließen.
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Wie in 7(a) gezeigt, ist der Wasserdruck bei einer niedrigen Durchflussleistung nicht ausreichend, um die Klappen 48 zu verformen, was zu einer kleinen Sprühöffnung 46 führt. Bei einer hohen Durchflussleistung, wie in 7(b) gezeigt, kann der Wasserdruck aber die Klappen 48 nach außen biegen, wodurch die wirksame Querschnittfläche des Auslasses 46 vergrößert wird.
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Die Anzahl an Klappen 48 in jeder Sprühdüse, deren Geometrie (z. B. Breite, Länge und Dicke) und das zur Herstellung der Sprühdüsen verwendete Material hängen von der gewählten Bauart und der erwünschten Leistung ab. Das Erscheinungsbild des Sprühstrahls bei Austreten aus der Sprühdüse kann zum Beispiel durch Ändern der Anzahl an Klappen maßgeschneidert werden. Es wird vorgeschlagen, 3 bis 4 Klappen pro Noppe zu verwenden, da dies eine zufrieden stellende Leistung ergibt, dabei aber relativ einfach herzustellen ist. In einer bevorzugten Ausführung werden in jeder Noppe 3 Klappen vorgesehen.
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Die Geometrie der Klappen zusammen mit der Dicke und den Materialparametern wie Härte bestimmen die Elastizitäts-/Federkonstante der Klappen. Es ist auch möglich, strukturelle Merkmale, beispielsweise Rippen und Vertiefungen, in die Klappen zu integrieren, um deren Steifheit anzupassen. Diese Parameter können zum Anpassen von Änderungen in der Öffnungsgröße als Funktion von Wasserdruck verwendet werden.
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Bevorzugt sind die Klappen symmetrisch und daher von gleicher Größe.
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Die zur Herstellung dieser Noppen verwendeten Herstellungsmaterialien und -prozesse ähneln den oben erläuterten. Es wird vorgeschlagen, dass die Noppen aus flüssigem Silicon mit einer Shore-Härte von Shore A30 bis 60, bevorzugt in dem Bereich von 40, hergestellt werden, da dies gute Leistung bringt. Es kann aber auch ein anderes elastomeres, biegsames oder verformbares Material mit anderen Härten verwendet werden.
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Wenngleich dies zwar nicht gezeigt wird, besteht eine Abwandlung dieser Ausführung darin, die Klappen direkt in den Düsen der Sprühplatte ohne Verwendung von Noppen vorzusehen.
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In einer anderen Anordnung kann die Größe der Sprühöffnung durch Einführen eines Stifts in diese verändert werden.
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8(a), (b) und (c) zeigen schematisch eine solche Handbrause und Sprühdüse jeweils für keinen Durchfluss, geringen Durchfluss und starken Durchfluss.
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Wie gezeigt ist die Sprühplatte 50 mit einer Reihe von relativ großen Öffnungen 52 gebildet. Diese Öffnungen 52 können, wie dargestellt, Öffnungen in einer Öffnungsplatte oder alternativ in Noppen sein. Hinter der Sprühplatte 50 ist eine weitere Platte 54 mit einer Reihe von Stiften 56 angebracht. Diese kann als Kammplatte beschrieben werden. Jeder der Stifte 56 ist einer jeweiligen Sprühöffnung 52 zugeordnet, und die Sprühöffnungen 52 und die Stifte 56 sind kegelförmig.
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Das Eindringen der Stifte 56 in die Sprühöffnungen 52 ändert sich mit der Durchflussleistung. Somit kann die „scheinbare” Größe der Auslassöffnung als Funktion der Durchflussleistung verändert werden. Jede Öffnung in der Sprühplatte kann einem Stift zugeordnet werden. Alternativ ist es möglich, eine Untergruppe der Öffnungen in der Sprühplatte durch den vorgeschlagenen Mechanismus anzupassen. 9 zeigt eine Sprühplatte 50 mit einer Kammplatte 54, die in einem Gehäuse 58 der Handbrause unterzubringen ist.
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Eine Bewegung der Kammplatte 54 bezüglich der Sprühplatte 50 kann mittels einer Membran 60 verwirklicht werden, die sich als Funktion von Durchflussleistung verformt. Die Kammplatte 54 ist an der Membran 60 fest angebracht. Die Membran 60 ist an der Rückseite 62 der Handbrause gegenüber der Öffnungsplatte 50 angebracht und sieht eine „verformbare” Dichtung zwischen dem Inneren der Handbrause und der Umgebung um diese herum vor. Mit zunehmender Durchflussleistung steigt der Wasserdruck in der Handbrause, was die Membran 60 nach außen biegt und somit die Kammplatte 54 weg von der Sprühplatte 50 zieht. Als Folge davon wird die wirksame Querschnitffläche des Auslasses 52 größer.
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Statt nur auf die in der Membran 60 aufgrund der Verformung durch eine Änderung des Wasserdrucks induzierten elastischen Kräfte zu bauen, ist es auch möglich, eine Feder in die Konstruktion zu integrieren, um die Membran 60 und die Kammplatte 54 zu veranlassen, sich zu ihrer Anfangsposition zu bewegen, sollte der Wasserdruck auf seinen anfänglichen Wert zurückgeführt werden.
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Die Konstruktion kann eine Führung zum Ausrichten der Kammplatte 54 bezüglich der Sprühplatte 50 umfassen. Die Membran 60 kann aus Gummi oder einem anderen biegsamen verformbaren Material gefertigt sein. Alternativ kann ein anderer geeigneter Mechanismus, der sich als Funktion des Wasserdrucks in der Handbrause verformt, verwendet werden, um die Kammplatte 54 bezüglich der Sprühplatte 50 zu bewegen. Zum Beispiel kann an Stelle der Membran 60 ein Ausdehnungsstück oder eine so genannte Rollmembran verwendet werden.
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Als Alternative zur Membran kann in der Handbrause ein Ballon vorgesehen werden. Wenn der Druck/Durchfluss steigen, ändern sich die Form und das Volumen des Ballons und die Stifte bewegen sich gemäß dieser Form-/Volumenänderung.
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Alternativ kann in der Handbrause eine federbelastete Klappe vorgesehen werden. Die Klappe erstreckt sich in den Durchfluss. Der Durchfluss übt eine bestimmte Kraft auf die Klappe aus, der die Federkraft entgegenwirkt. Wenn sich der Durchfluss ändert, ändert sich die Kraft auf die Klappe und daher die Ausrichtung der Klappe. Diese Änderung der Ausrichtung kann wiederum genutzt werden, um die Stifte bezüglich der Düsen zu bewegen. Analog zur Klappe ist im Durchfluss ein Leitblech oder eine Turbine denkbar, die in ähnlicher Weise wirkt.
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Somit ist vorstellbar, dass die Kammplatte 54 mittels eines Gegenhebels, Leitblechs oder einer Turbine, die gegen eine Feder oder ein elastisches Element wirken, im Verhältnis zur Sprühplatte 50 bewegt wird. Bei Änderung des Wasserdrucks ändert sich die Kraft auf den Mechanismus und somit dessen Position/Größe. Die Änderung von Position/Größe wird genutzt, um die Kammplatte 54 im Verhältnis zur Sprühplatte 50 zu bewegen.
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Elastomernoppen werden bevorzugt zusammen einstückig mit dem Boden der Platte 54 als elastomere Platte oder Noppenplatte gebildet.
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10 zeigt eine aus einem Boden 142 mit drei konzentrischen ringförmigen Anordnungen von Noppen 140 gebildete elastomere Noppenplatte 100. In der gezeigten Ausführung sind die Noppen jeweils mit drei Klappen 148 versehen, die in der unter Bezug auf die 6(a) bis (c) beschriebenen Weise funktionieren. Es geht aber aus dem Folgenden hervor, dass das bevorzugte Konstruktions- und Zusammenbauverfahren für die Noppenplatte und die Handbrause auch bei beliebigen der anderen vorstehend beschriebenen Noppen oder bei herkömmlichen Noppen angewendet werden kann.
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11 zeigt die Außenfläche einer entsprechenden Sprühplatte 200 für eine Handbrause. Die Sprühplatte 200 weist Öffnungen 210 auf, die den Noppen 140 der Platte 100 entsprechen, so dass mit der hinter der Sprühplatte 200 angeordneten Noppenplatte 100 die Noppen 140 sich durch die Öffnungen 210 erstrecken. Die Sprühplatte 200 ist bevorzugt aus einem Material gefertigt, das härter als das der Noppenplatte 100 ist, und bildet die Außenfläche der Handbrause.
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12(a) zeigt schematisch einen Teilquerschnitt der in einer Position hinter der Sprühplatte 200 vorgesehenen Noppenplatte 100. Insbesondere ist eine stromabwärts befindliche Fläche 143 des Grundteils 142 neben der Innenfläche 220 der Sprühplatte 200 angeordnet, so dass sich die Noppen 140 durch die Öffnungen 210 erstrecken.
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Wie dargestellt ist eine Tragstruktur 250 in der Handbrause nicht vollständig eingebaut und hat noch nicht die stromaufwärts befindliche Fläche 144 des Grundteils 142 berührt.
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In diesem Zustand ist ersichtlich, dass sich die Elastomerplatte in einem entspannten, spannungsfreien oder unverformten Zustand befindet und die Noppen alle in die gleiche Richtung verlaufen. Insbesondere sind die Wände der Noppen allgemein parallel oder (wie vorstehend beschrieben) kegelförmig, um während des Formvorgangs eine gerades Herausheben zu ermöglichen. Die elastomere Noppenplatte kann mit anderen Worten mühelos mit zwei Hälften einer Form gegossen werden, die in Richtung der Noppen auseinander gezogen werden.
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Wie in 10 dargestellt, ist an der stromabwärts befindlichen Fläche 143 der Grundplatte benachbart zu der mittleren Anordnung von Noppen 140 eine konzentrische Wulst 150 vorgesehen. Analog ist an der Kante der Noppenplatte das Profil der stromabwärts befindlichen Fläche 143 angehoben, um eine Kante oder Schulter 152 neben einer Seite der äußeren ringförmigen Anordnung von Noppen 140 vorzusehen.
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Wie in den 12(a) und (b) gezeigt liegen diese erhabenen Teile 150 und 152 an der Innenfläche 220 der Sprühplatte 200 an und bilden, was als Ablenkelemente beschrieben wird.
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Der Grundteil 142 ist Teil der Elastomerplatte und ist somit aus einem biegsamen Material gebildet. Wenn die Tragstruktur 250 gegen die stromaufwärts befindliche Fläche 144 drückt, wird daher der Grundteil 142 nach außen hin zur Innenfläche 220 der Sprühplatte 200 gedrückt und gebogen.
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Da die Ablenkelemente 150, 152 bereits an der Innenfläche 220 der Sprühplatte 200 anliegen, kann der Grundteil 142 den Grundteil an diesen Stellen nicht bewegen oder Wegbiegen. An der gegenüberliegenden Seite der Noppen ist dagegen praktisch ein Raum freigelassen, in den der Grundteil 142 gebogen werden kann. Dadurch wird, wie in 12(b) gezeigt, für die Bereiche des Grundteils 142 um die Noppen herum der Grundteil 142 bei einem Winkel weggebogen. Dadurch werden die Noppen 140 analog weggebogen, so dass sie sich bei einem Winkel zu ihrer ursprünglichen Ausrichtung erstrecken.
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Bevorzugt drückt die Tragstruktur 250 wie gezeigt auf die stromaufwärts befindliche Fläche 144 an den Stellen des Grundteils 142 an der gegenüberliegenden Seite der Noppen von den Ablenkelementen 150 und 152. Dies gewährleistet, dass der Grundteil 142 und somit die Noppen entsprechend weggebogen werden.
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Durch Verändern der Tiefe der Ablenkelemente 150 und 152, d. h. der Wulste oder Kanten der Profile der stromabwärts befindlichen Fläche 142, kann auch der Betrag, um den die Noppen weggebogen werden, verändert werden. Somit ist es wie gezeigt möglich, die äußere Anordnung um einen Winkel α wegzubiegen, der größer als der Ablenkwinkel β der mittleren Anordnung ist. Dadurch kann unter Verwenden einer Elastomerplatte, die mit einem einfachen Formvorgang erzeugt wird, ein voll auseinander gezogenes Sprühmuster gebildet werden.
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Die Tiefe der Ablenkelemente 150, 152 kann für verschiedene Noppen unterschiedlich sein, um ein unterschiedlicheres Sprühmuster vorzusehen. Die Ablenkelemente 150, 152 könnten sogar als separate Bestandteile vorgesehen werden. Des mühelosen Zusammenbaus wegen ist es aber bevorzugt, die Ablenkelemente einstückig mit der elastomeren Platte oder der Sprühplatte vorzusehen.
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In der gezeigten Ausführung sind die Ablenkelemente natürlich einstückig mit der Elastomerplatte ausgebildet.
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Es versteht sich, dass die gezeigte Ausführung kreisförmige Noppenanordnungen nutzt. Der Hinweis auf kreisförmige Anordnungen etc. ist hier aber im allgemeinsten Sinn gedacht und umfasst auch elliptische, längliche, quadratische Anordnungen etc. Es sind auch andere unregelmäßige und abwechselnde Noppenanordnungen möglich.
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Die Noppen können in der Praxis auch einzeln weggebogen werden und müssen somit nicht als Anordnungen betrachtet werden. Ein kranzförmiger Ring aus Noppen könnte einzelne Noppen aufweisen, die bei anderen Beträgen weggebogen werden.
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In einer anderen Ausführung kann die Tragstruktur die Form von Merkmalen zwischen der Noppenplatte 100 und der Sprühplatte 200 annehmen, die ein Wegbiegen der Noppenplatte 100 dank ihrer eigenen Elastizität gegen die Innenfläche 220 der Sprühplatte verursachen. Zum Beispiel durch Anordnen der Noppenplatte 100 zwischen Elementen mit einem kleineren Abstand als dem entspannten Durchmesser der Noppenplatte 100 wird die Noppenplatte 100 in einer axialen Richtung vorgespannt, zum Beispiel hin zur Innenfläche 220.
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Beim Formen einer Noppenplatte, wie in 10 gezeigt, wird Formmaterial in die Form an einer Seite der Form eingebracht, zum Beispiel an einer inneren oder äußeren Kante der Platte 100, und wandert nach und nach durch den Raum in der Form, um diese zu füllen. Wenn aber in der Form Taschen vorhanden sind, kann Luft eingeschlossen werden, so dass die sich ergebende Noppenplatte 100 an den Stellen der Lufttaschen Fehlstellen aufweist. Dies ist insbesondere beim Formen der relativ kleinen und empfindlichen Klappen 148 der Noppen 140 von Belang.
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Weiterhin sollten die die Klappen 148 bildenden Schlitze so ausgerichtet sein, dass ein erfolgreiches Füllen des gesamten Raums in der Form sichergestellt wird.
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13 zeigt die erforderliche Ausrichtung für ein Muster mit drei konzentrischen ringförmigen Anordnungen von Noppen mit 28, 28 bzw. 14 Noppen. Wenn das Einspritzmaterial von dem Einspritzpunkt strömt, wandert es in jeden der Räume zum Bilden von Klappen, ohne Lufttaschen zu hinterlassen. Es ist offensichtlich, dass die Ausrichtung für andere Anordnungen abgewandelt werden kann.
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Unter Bezug auf 14(a) ist ersichtlich, dass das Formmaterial bei Treffen auf eine Noppe nach oben hin der Oberseite des Kegels strömt. Aufgrund des Strömens in der Form um das Werkzeug können sich bestimmte Teile des Kegels schneller als andere füllen, was eine Vorderkante des Stroms in der Form erzeugt, wenn er den Kegel füllt und die Noppe erzeugt. Die Ausrichtung der Vorderkante und daher die Art, in der sich der Noppenkegel füllt, hängt von der Position der Noppe im Werkzeug ab.
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Sollte das Strömen in der Form so sein, dass es den „Schenkel”-Teil des „Y” zuerst füllt, würde das Material von zwei Seiten über das „obere Ende” des Y strömen, um die obere Klappe zu erzeugen. Aufgrund dieses Strömmusters ist es aber wahrscheinlich, dass Luft am fernen Ende der oberen Klappe eingeschlossen wird (wenn z. B. die beiden Ströme, die schnell oben über das Y strömen, sich vereinen, bevor die obere Klappe vollständig gefüllt ist, kann die eingeschlossene Luft nicht länger entweichen und es wird eine Lufttasche am Ende dieser Klappe gebildet). Diese Luft kann nicht aus dem Werkzeug herausgedrückt werden, da sie an einer Seite von dem Werkzeug und an der anderen Seite von dem Formmaterial, das schnell über die obere Klappe strömt, eingeschlossen ist.
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Die „Y” sind daher so ausgerichtet, dass sie sicherstellen, dass sich die „Vorderkante” des Materials an jedem Kegel nicht zuerst am „Schenkel”-Teil des „Y” füllt, da dies ein schnelles Strömen des Materials über die obere „Klappe” des Kegels und gegenüber einen „Lufteinschluss/Minderfüllung” bewirken würde (was somit die erwünschte Regulierung des Strömens durch die Sprühdüse reduzieren würde).
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Diesbezüglich wird vorgeschlagen, jede Noppe 140 mit 3 Klappen 148 zu versehen. Denn die Wahrscheinlichkeit, dass Lufteinschlüsse und Lufttaschen ausgebildet werden, ist bei vier Klappen höher als bei drei. Vom Gesichtspunkt der Herstellbarkeit sind daher drei Klappen bevorzugt.
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Wie aus 14(b) ersichtlich ist, gibt es bei einer Auslegung mit vier Klappen keine Noppenausrichtung, die das „plötzliche Strömen” von Formmaterial über eine Klappe von zwei Seiten verhindert. Somit ist die Wahrscheinlichkeit des Einschließens von Luft am Ende einer Klappe sehr hoch. Die Auslegung mit drei Klappen vermeidet dieses Problem, wenn die Noppenausrichtung korrekt gewählt wird.