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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Mischen von strömenden Medien in veränderlichen Mischungsverhältnissen und zum plötzlichen Verändern des Mischungsverhältnisses, insbesondere zur Erzielung des sogenannten Impulsduschens, mit wenigstens zwei, je mit einem Ventil versehenen Einlässen, die in eine Mischkammer münden, von der ein Auslass wegführt.
Es ist oft wünschenswert, z. B. das Mischungsverhältnis zwischen zwei oder mehreren strömenden Medien auf automatische Weise regeln zu können. Beispielsweise verwendet man zum Mischen von heissem und kaltem Wasser gewöhnlich einen sogenannten Mischer, der aus einem Doppelventil besteht, bei dem die Abflusskanäle für das heisse und das kalte Wasser beide beispielsweise servogesteuert werden können, um das gewünschte Mischungsverhältnis zu erhalten. Eine solche Anordnung erfüllt jedoch nicht die Anforderungen, um das Mischungsverhältnis plötzlich ändern zu können, und sie erlaubt auch nicht die Anwendung einer entsprechenden Technik, um z. B. eine Strömungsregelung bei sogenannten Impulsduschanlagen und in ähnlichen technischen Zusammenhängen zu erzielen.
Impulsduschanlagen arbeiten in der Weise, dass gewöhnliches, durch Mischung temperiertes Wasser von beispielsweise Körpertemperatur einer Duschdüse zugeführt und dieser Zufluss von temperiertem Wasser periodisch kurzzeitig, beispielsweise für einen Zeitraum von 0, 5 bis 2 sec, unterbrochen wird, wobei während dieser kurzen Zeit kaltes Wasser zugeführt wird. Eine solche Strömungsregelung stellt besondere Anforderungen an die Einrichtung zur Regelung der Zuflüsse.
Die Erfindung bezweckt, das aufgezeigte Problem auf einfache Weise zu lösen. Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Anordnung, die hochgestellte Anforderungen bei der Regelung von strömenden Medien erfüllt.
Die erfindungsgemässe Anordnung besteht darin, dass jedes Ventil an je einen Arbeitskreis eines Multivibrators mit einstellbaren Pulslängen angeschlossen ist, deren Dauer kürzer als die mechanische Reaktionszeit der Ventile für vollständiges öffnen ist, wobei sich ein durch einen Puls beeinflusstes Ventil nur teilweise schliesst, ehe der folgende Puls von neuem das Ventil beeinflusst, und dass der Multivibrator von einem Steuergerät derart gesteuert ist, dass er abwechselnd in wirksamen und unwirksamen Zustand überführt wird, wobei während des unwirksamen Zustandes nur ein Ventil in die Offenstellung gebracht ist und das andere Ventil in der Schliessstellung verbleibt, und wobei der genannte unwirksame Zustand wenigstens eine solche Dauer hat,
dass im Auslass im wesentlichen ein gleichförmiger Strömungsabschnitt des aus dem offenen Einlass zuströmenden Mediums entsteht. Dadurch ist es nicht nur möglich, das Mischungsverhältnis zwischen den zugeführten Medien stufenlos zu verändern, sondern es kann das Mischungsverhältnis auch plötzlich verändert werden, so dass während eines beliebig einstellbaren, meist kurzen Zeitintervalls nur das durch einen Einlass zuströmende Medium durch den Auslass austritt.
Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Anordnung möglich. So werden vorzugsweise Magnetventile verwendet, die auf einfache Weise durch mit Transistoren versehene Steuerkreise der Multivibratorschaltung betätigt werden können. Zur weiteren Regelung der Temperatur der ausströmenden vermischten Medien kann ein Thermistorstromkreis vorgesehen sein, und auch das weitere Steuergerät, welches die plötzlichen Veränderungen des Mischungsverhältnisses bewirkt, kann verhältnismässig einfach unter Verwendung von zwei Transistoren aufgebaut sein. Schliesslich kann eine weitere Mischkammer mit eigenen Magnetventilen vorgesehen sein, die zur Erzielung eines Wechsels zwischen den zugeführten strömenden Medien unabhängig von den beiden Magnetventilen der ersten Mischkammer durch das Steuergerät gesteuert werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die in den Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigt Fig. l eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung in Form eines Blockschemas, die für sogenannte Impulsduschanlagen geeignet ist, und Fig. 2 das Schaltschema der zugehörigen elektrischen Schaltung. In den Fig. 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei Fig. 3 das Blockschema einer abgewandelten Ausführungsform der erfmdungsgemässen Anlage und Fig. 4 die zugehörige elektrische Schaltung zeigt.
Die Anordnung nach Fig. l besteht aus Magnetventilen--SK und SV--, die an eine Kaltwasserleitung --K-- bzw. an eine Heisswasserleitung-V-angeschlossen sind. Die Auslässe der Magnetventile sind direkt mit einer kleinen Mischkammer-B-zusammengebaut, die mit einer Auslassleitung-U-versehen ist. Die Auslässe der Magnetventile--SK, SV-sind in der Mischkammer gegeneinander gerichtet, um ein turbulentes Mischen zu erzielen. In der Auslassleitung-U-ist ein Temperaturfühler-TH1-angeordnet, der mit einem Multivibrator-ST-elektrisch verbunden ist.
Mit dem Multivibrator-ST-sind weiterhin die Magnetventile-SK und SV-sowie ein Steuergerät-KT-elektrisch verbunden, welches eine Schaltung zur Steuerung des Multivibrators aufweist, wie nachfolgend näher beschrieben wird. Der Multivibrator-ST-ist über einen Schalter--Sl--an eine geeignete Stromquelle angeschlossen.
Die Magnetventile--SK und SV--sind als sogenannte indirekt wirkende Ventile ausgeführt. Solche Ventile weisen im Ventilverschlussstück einen kleinen Entlastungskanal auf, der durch einen magnetbetätigten Kolben geöffnet und geschlossen werden kann. Der Leitungsdruck wird dabei zur Erzielung des erforderlichen Dichtungsdruckes des Ventilverschlussstückes in dessen Schliesslage verwendet. Wenn die den Kolben betätigende elektrische Spule erregt wird, öffnet der Kolben den Entlastungskanal, so dass der an der Oberseite des Ventilverschlussstückes herrschende Druck auf die Auslassseite des Ventils hin abgebaut wird. Dadurch entsteht
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ein unausgeglichenes Druckverhältnis und das Ventilverschlussstück hebt sich von seinem Sitz ab, so dass der Hauptdurchflusskanal geöffnet wird.
Ventile dieser Art benötigen nur eine geringe elektromagnetische Betätigungskraft und eignen sich daher besonders gut zur Zusammenschaltung mit elektronischen Regelkreisen.
Ausserdem ist die Reaktionszeit dieser Ventile besonders kurz, wobei vom geschlossenen bis zum offenen Zustand Werte von nur etwa 0, 1 sec erreichbar sind. Diese Art von Magnetventilen ist an sich bekannt.
Bei der sogenannten Impulsduschenbehandlung soll, wie einleitend erwähnt wurde, der Patient Duschstrahlen von temperiertem Wasser ausgesetzt werden, die in längeren oder kürzeren Zeitabständen von Kaltwasserstrahlen unterbrochen werden. Die Intervalleinteilung kann so vorgenommen werden, dass das temperierte Wasser während einer Zeit von 2 sec abgegeben wird, worauf ein Zeitraum von 1/2 sec kaltem Wasser folgt, an welchen sich eine neue 2 sec lang dauernde Periode mit temperiertem Wasser anschliesst usw. Es hat sich als zweckmässig erwiesen, die Intervallänge für das temperierte Wasser fest einzustellen und die Länge der Kaltwasserintervalle nach Wunsch regelbar auszuführen.
Die genannte Wirkungsweise einer Duschenanlage kann mit der in Fig. 2 dargestellten Schaltung des Multivibrators--ST--und des Steuergerätes--KT--erreicht werden. Dabei ist zu beachten, dass die Mischkammer-B-nicht so gross sein darf, dass die Kaltwasserintervalle hinsichtlich der Temperatur wesentlich von dem in der Kammer verbliebenen temperierten Wasser beeinflusst werden.
Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung umfasst vier Transistoren--T1 bis T4--. Die Stromzufuhr zu den Transistoren erfolgt von einer Stromquelle aus, wobei in eine Leitung ein Gleichrichter --D1-- und in die andere Leitung ein Schalter--Sl--eingeschaltet ist. Zwischen die beiden Leitungen ist ein Glättungskondensator--Cl--geschaltet. Die mit dem Schalter--S l--versehene Leitung ist die positive
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während die andern Klemmen der Spulen mit den Kollektoren der Transistoren-T3 und T4-verbunden sind. Die Spule des Magnetventils--SK--ist über eine Diode --D2-- an den Kollektor des Transistors - angeschlossen.
Die Emitter der Transistoren-T3 und T4-- sind beide mit dem Kollektor des Transistors--T2--verbunden, wobei dieser Kollektor über einen Kondensator --C2-- und einen dazu in Serie geschalteten einstellbaren Widerstand-R3-auch mit der Basis des Transistors--Tl--in Verbindung
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beim niedrigsten Widerstandswert öffnet.
An die Zuleitungen der Transistoren-T3 und T4-sind in bekannter Weise Stromausgleichswiderstände --R4, R5 und R6, R7--für deren Basen angeschlossen. Der Kollektor des Transistors --T3-- ist über einen Kondensator --C3-- und einen Widerstand-R9-mit der Basis des Transistors --T4-- verbunden. Mit dem Widerstand-R9-ist der in Fig. 1 mit--TH1-bezeichnete Temperaturfühler parallelgeschaltet, welcher im Ausführungsbeispiel aus einem temperaturabhängigen Widerstand, also aus einem sogenannten
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Verstellung in entgegengesetzten Richtungen wirkt. Die Transistoren--T3 und T4--bilden zusammen den Multivibrator--ST--.
Die beschriebene Schaltung funktioniert in folgender Weise, wobei angenommen wird, dass der Schalter - -S2-- geschlossen und der Kondensator --C2-- nicht aufgeladen ist :
Beim Schliessen des Schalters--Sl--wird der Transistor --T1-- leitend, wobei er zwar nicht vollen Strom erhält, jedoch genug, um die Schaltung wirksam zu machen. Sobald der Transistor --T1-- leitend wird, tritt am Kollektor eine positive Spannung auf und die Spule des Magnetventils-SK-wird erregt.
Durch die positive Spannung am Kollektor des Transistors--Tl-erhält die Basis des Transistors --T2-- über den
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eine positive Spannung entsteht, wobei der Kondensator --C2-- über die Transistoren-T3 und T4-und die Spulen der Magnetventile aufgeladen wird. Der Strom ist jedoch zu klein, um die Transistoren --T3 und T4-- in Funktion zu setzen. Die Aufladezeit des Kondensators --C2-- ist mit Hilfe des einstellbaren Widerstandes-R3-regelbar. Dadurch, dass die positive Spannung an der Basis des Transistors --T1-zufolge der Aufladung des Kondensators--C2--zunimmt, wird die Basis bei einem bestimmten Aufladezustand des Kondensators --C2-- blockiert und der Transistor --T1-- nichtleitend.
Der Kollektor des Transistors-Tl-nimmt dabei ein negatives Potential an, desgleichen die über den Widerstand-R2angeschlossene Basis des Transistors-T2-, worauf der Transistor --T2-- unmittelbar leitend wird. Hiebei werden die beiden Transistoren--T3 und T4--mit Betriebsspannung gespeist.
Es wird nun davon ausgegangen, dass die Widerstände --R8 und R9-- auf ihre mittleren Werte eingestellt sind und dass die vorliegenden Aufladezustände der Kondensatoren--C3 und C4--derart sind, dass der
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Transistor --T3-- zuerst leitend wird. Hiebei nimmt die Spannung am Kollektor des Transistors --T3-- in positiver Richtung zu, wobei gleichzeitig der Strom durch die Spule des Magnetventils-SK-fliesst und der Kondensator --C3-- positiv geladen wird. Der Aufladestrom durch die Widerstände --R9 und R7--erzeugt dabei ein positives Potential an der Basis des Transistors--T4--, so dass dieser während des Aufladeverlaufes nichtleitend bleibt.
Nach Beendigung der Aufladung kehrt die Basis des Transistors --T4-- zu einer Normalspannung zurück, bei welcher der Transistor --T4-- leitend wird. Nun fliesst Strom durch den Transistor --T4-- und somit durch die Spule des Magnetventils--SV--, so dass das Magnetventil im Sinne einer Öffnung gesteuert wird. Gleichzeitig steigt die Spannung am Kollektor des Transistors --T4-- in positivem Sinne, wobei der Kondensator --C4-- positiv aufgeladen wird und der Ladestrom durch die Widerstände--R8 und R5--hindurchgeht. Dadurch nimmt die Basisspannung des Transistors --T3-- in positiver Richtung zu und ruft eine Blockierung des Transistors--T3--hervor, so dass dieser nichtleitend wird.
Der Strom durch die Spule des Magnetventils-SK-hört sodann auf und der Kollektor des Transistors --T3-- nimmt ein negatives Potential an. Dies bedeutet, dass der Kondensator --C3-- entladen wird, wobei das Basispotential des Transistors --T4-- sich weiterhin in negativer Richtung ändert, wodurch der Transistor
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-T4-- in leitendem--T3-- zu ihrer Normalspannung zurück, bei welcher der Transistor --T3-- leitend wird, worauf die Kollektorspannung des Transistors --T3-- von neuem zunimmt, der Kondensator --C3-- neuerlich positiv geladen wird und Strom durch die Spule des Magnetventils--SK--fliesst, so dass sich der beschriebene Vorgang wiederholt.
Wie ersichtlich ist, besteht eine gewisse überlagerung zwischen der Erregung und der Abschaltung der beiden Magnetventile, was bei der Mischung von Flüssigkeiten in der Praxis vorteilhaft ist. Die Widerstände - R8 und R9-- bestimmen sowohl die Auflade- als auch die Entladezeiten für die Kondensatoren-C3 und
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bistabilen Zustände sind durch die genannten Widerstände --R8 und R9-einstellbar. Die Umschaltfrequenz des Multivibrators soll so hoch sein, dass die Wirkungszeit der die Magnetventile-SK bzw. SV-beeinflussenden Pulse kürzer wird als die mechanische Reaktionszeit der Magnetventile für vollständiges öffnen, und dass ein von einem Puls beaufschlagtes Magnetventil sich nicht völlig schliessen kann, ehe der folgende Puls das Magnetventil wieder in Öffnungsrichtung beeinflusst.
Während des Betriebes pendeln also die Magnetventile ununterbrochen zwischen durch die Einstellungen der Widerstände--R8 und R9-- bestimmten Zwischenlagen, die von den jeweiligen Schliessstellungen mehr oder weniger weit entfernt sind. Diese Arbeitsweise der Ventile hat den Vorteil, dass während des Betriebes der Vorrichtung in der Flüssigkeitszuführung keine Öffnungs- und Schliessungsstosswellen auftreten. Der Thermistor --TH1-- bewirkt, dass bei zu grosser Wärme in der Auslassleitung die Aufladungs- und Entladungszeiten des Kondensators --C3-- auf Grund des steigenden Widerstandes des Thermistors länger werden, wodurch die Pulszeiten für die Betätigung des Magnetventils - länger werden als jene des Magnetventils-SV--.
Durch Regelung der Einstellungen der beiden Widerstände --R8 und R9-- ist es somit möglich, das gewünschte Mischungsverhältnis und die gewünschte Temperatur des ausfliessenden Wassers einzustellen. Der Thermistor --TH1-- kann natürlich so eingeregelt werden, dass er nur bei Temperaturen oberhalb eines schädlichen Wertes in Tätigkeit tritt.
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--C2-- inKondensators --C2-- ab. Schliesslich kehrt die Basis des Transistors-Tl-zu einer bestimmten negativen Spannung zurück, bei welcher der Transistor-Tl-von neuem leitend wird, wobei Strom durch die Spule des Magnetventils --Sk-- fliesst und dieses Ventil ganz geöffnet wird, während der Transistor--T2blockiert ist und nichtleitend wird. Die Stromzufuhr zu den Transistoren-T3 und T4-- hoort dabei auf.
Während des folgenden Intervalls wird der Auslassleitung-U-somit nur Kaltwasser zugeführt, da nur das Magnetventil --SK-- erregt ist. In dieser Zeitspanne wird jedoch der Kondensator --C2-- entladen und auf entgegengesetzte Polarität aufgeladen, da durch den Transistor--Tl--Basisstrom fliesst. Sobald die Aufladung des Kondensators --C2-- so weit fortgeschritten ist, dass an der Basis des Transistors --T1-- eine Sperrspannung entsteht, wird dieser nichtleitend, wobei der Strom durch die Spule des Magnetventils-SKaugenblicklich aufhört und der Transistor --T2-- leitend wird und die Transistoren-T3 und T4-- mit Strom versorgt, so dass diese in der oben beschriebenen Weise zu arbeiten beginnen.
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diese in der angegebenen Weise schwingen.
Bei dieser Einstellung der Anordnung findet also keine abwechselnde Zufuhr von Kaltwasser statt sondern eine kontinuierliche Zufuhr von temperiertem Wasser.
Die Diode --D2-- ist aus folgendem Grund vorgesehen : Wenn der Transistor--Tl--leitend und der Transistor--T2--gesperrt ist, wird den Emittern der Transistoren--T3 und T4--von der Stromquelle aus keine Spannung zugeführt. Sie erhalten daher über die Spule des Magnetventils--SV--und die nicht vollständig gesperrte Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors--T4--ein negatives Potential, wogegen die Spule des Magnetventils-SK-über den Transistor --T1-- mit der positiven Leitung der Stromquelle verbunden ist. Die Diode --D2-- ist nun in den Kollektorstromkreis des Transistors --T3-- als Sperre eingeschaltet, um eine Beschädigung des Transistors --T3-- auf Grund der zwischen Emitter und Kollektor vorhandenen Spannungsdifferenz zu vermeiden.
Mit Hilfe der beschriebenen Schaltung zur Steuerung der Magnetventile ergibt sich eine brauchbare und leicht zu bedienende Regelungsanordnung, die sehr anpassungsfähig ist und auch auf andern als dem hier beschriebenen Gebiet angewendet werden kann. Wie leicht zu erkennen ist, ist nur die Schaltung mit den Transistoren-T3 und T4-- erforderlich, um ein gewünschtes Mischungsverhältnis zwischen den strömenden Medien zu erzielen, wogegen mittels der Transistoren--Tl und T2-- das Mischungsverhältnis plötzlich verändert werden kann. Der Thermistor-TH1-kann allenfalls entfallen oder durch einen Viskositätsfühler od. dgl. ersetzt werden.
Im Rahmen der Erfindung kann die Regelung der Flüssigkeitsmischung und des Wechselns zwischen temperiertem und kaltem Wasser auch getrennt durchgeführt werden. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Anordnung ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.
Fig. 3 zeigt wie Fig. l eine Anordnung mit einer Kaltwasserleitung--K--und einer Heisswasserleitung --V- mit Magnetventilen--SK bzw. SV--, die direkt mit einer Mischkammer--B--zusammengebaut
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über ein weiteres Magnetventil--SV--in eine weitere Mischkammer--B'--, an die ein Magnetventil --SK'-- für Kaltwasser angebaut ist, das mit einer Abzweigung der Kaltwasserleitung--K--verbunden ist.
Die Mischkammer-B'--ist mit einer Auslassleitung-U'--versehen. Die Magnetventile-SV'und SK'-- sind elektrisch mit einem Steuergerät--KT'--verbunden. Der Multivibrator--ST'--besteht im wesentlichen aus einer Schaltung, welche die Transistoren--T3 und T4-- umfasst, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, und das Steuergerät --KT'-- umfasst im wesentlichen eine Schaltung mit den Transistoren--Tl und T2-gemäss Fig. 2. Der Multivibrator--ST'--und das Steuergerät--KT'--sind gemeinsam über einen Schalter --S1-- an eine geeignete Stromquelle angeschlossen.
Die elektrische Schaltung des Multivibrators--ST'--und des Steuergerätes--KT'--ist aus Fig. 4 ersichtlich, in welcher die übereinstimmenden Schaltungselemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 bezeichnet sind. Abweichend von der Ausführung nach Fig. 2 bilden gemäss Fig. 4 die Transistoren--Tl und T2-- eine von den Transistoren-T3 und T4-getrennte Schaltung. Die Spulen der zusätzlichen Magnetventile-SK'und SV-sind in die Kollektorstromkreise der Transistoren-Tl und T2-eingeschaltet, die daher nur den Wechsel zwischen Kaltwasser und temperiertem Wasser steuern.
Die Anordnung arbeitet in folgender Weise : Nach erfolgter Einschaltung des Schalters --S1-- werden die beiden Transistoren --T3 und T4-- unmittelbar mit Betriebsspannung versorgt, wobei sie in der im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Art schwingen. Die Magnetventile-SK und SV-leiten somit temperiertes Wasser durch die Mischkammer--B--, dessen Temperatur durch die Einstellung der Widerstände --R8 und R9--bestimmt ist. Gleichzeitig mit dem Schliessen des Schalters--Sl--werden auch die Transistoren --T2 und T1-- erregt, die in gleicher Weise wie bei der Ausführung nach Fig. 2 über die Widerstände --R2 und Round den Kondensator --C2-- zusammengeschaltet sind.
Wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben, werden die beiden Transistoren--Tl und T2--dadurch im Rhythmus der Aufladung und Entladung des Kondensators-C2-abwechselnd leitend und nichtleitend. Diese beiden Transistoren betätigen die zusätzlichen Magnetventile--SK'und SV--, deren Spulen unmittelbar in die Kollektorstromkreise der Transistoren-Tl und T2-- eingeschaltet sind.
Die Einschaltzeiten der Magnetventile - und SV-bestimmen die Intervalle für die abwechselnde Zufuhr von temperiertem Wasser aus der Auslassleitung--U--und von Kaltwasser aus der Leitung--K--in die Mischkammer--B'--und damit den Wechsel zwischen temperiertem Wasser und Kaltwasser in der Auslassleitung-U'-. Wie bei der Schaltung nach Fig. 2 kann die Dauer der Kaltwasserzufuhr mit Hilfe des den Ladestrom des Kondensators--C2-regelnden Widerstandes-R3-eingestellt bzw. verändert werden.
Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte und eben beschriebene Anordnung ist etwas komplizierter und kostspieliger als die Anordnung nach den Fig. l und 2, verdient aber in manchen Fällen den Vorzug, insbesondere bei grossen Duschanlagen oder bei andern technischen Vorgängen, wo es auf eine genaue Steuerung von strömenden Medien ankommt.