DE3030716C2

DE3030716C2 - Ventileinrichtung

Info

Publication number: DE3030716C2
Application number: DE3030716A
Authority: DE
Inventors: Harro Prof. Dr.rer.nat. 5810 Witten Kiendl
Original assignee: Friedrich Grohe Armaturenfabrik GmbH and Co
Current assignee: Grohe Water Technology AG and Co KG
Priority date: 1980-08-14
Filing date: 1980-08-14
Publication date: 1984-05-30
Also published as: DE3030716A1; JPS5759212A; GB2082350B; GB2082350A; US4359186A; IT1168153B; IT8123190A0; FR2488706B1; DK359481A; SE8104671L; FR2488706A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung mit dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkma-

Eine derartige Ventileinrichtung ist aus der DE-OS 28 36 698 bekannt. Bei dieser Einrichtung mit je einer Vorwähleinrichtung für die Temperatur und für die Gesamtauslaufmenge des Mischwassers sind Digitalventile erforderlich, die nur eine Offen- und Schließstellung einnehmen können. Derartige Digitalventile zeigen allerdings ein relativ ungünstiges Geräuschverhalten und sind darüber hinaus einem erheblich höheren Verschleiß als Analogventile ausgesetzt, was insbesondere im Hinblick auf Ventileinrichtungen für Sanitäreinrichtungen unerwünscht ist. Außerdem wird durch die digitale Betriebsweise ein kontinuierlicher Wasserfluß und eine gute Durchmischung von Kalt- und Warmwasser nicht unerheblich beeinträchtigt.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Druckschrift ist eine Ventileinrichtung gezeigt, die mit Analogventilen arbeitet. Bei dieser Einrichtung kann allerdings nur die Mischwasserteaiperatur eingestellt werden. Eine wahlweise Einstellung der Durchflußmengen ist nicht möglich, da die Ventile für das kalte und warme Wasser gegensinnig zu einander gestellt werden, d. h. wenn der Kaltwasserzulaufquerschnitt um einen bestimmten Betrag verringert wird, so wird gleichzeitig der Warmwasserzulaufquerschnitt um einen entsprechenden Betrag vergrößert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Ventileinrichtung zu verbessern und so zu gestalten, daß bei der elektrischen Einstellung der Mischwassertemperatur und der Auslaufmenge diese unabhängig von Druck und Temperatur der zufließenden Wasseranteile erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.

Die stationäre Charakteristik, durch die die beiden Eingangsgrößen q und /-einerseits und die resultierenden Größen der Mischwassertemperatur Tm und der Mischwassermenge Qm andererseits bei der erfindungsgemäßen Anordnung miteinander verbunden sind, ist für das Erreichen einer hohen Güte der Temperaturregelung sehr vorteilhaft. Eine Variation der Auslaufmenge hat nämlich keinen Einfluß auf die Mischwassertemperatur. Demgegenüber wirkt sich bei den bekannten Mischventilen in der Regel eine Reduktion der Auslaufmenge durch Betätigen des Mengenventils so aus, daß bei unsymmetrischen Drücken im Kaltwasserbereich Pk und im Warmwasserbereich P_w die Teilströrne nicht im gleichen Verhältnis abgeschwächt werden, wodurch sich die Mischwassertemperatur anfänglich ändert und erst später durch Eingriff der Regelung wieder korrigiert wird. Die vorgeschlagene Einrichtung ermöglicht daher eine größere Regelgüte für die Temperatur.
Die erfindungsgemäße Einrichtung stellt außerdem keine besonderen Anforderungen an die Linearität der

mechanischen Ventile, da sich die Charakteristik durch die Kennlinienglieder auf elektronischem Wege korrigieren läßt, so daß der Einsatz von kostengünstiger, mechanischer Stanciardventile ermöglicht wird. In besonderen Fällen, z. B. bei bekannt stark unsymmetrischen Druckverhältnissen, ist eine nichtlineare Ventilcharakteristik für das Erreichen einer hohen Regelgüte günstiger als eine lineare Charakteristik. Die Kennliniengüeder ermöglichen es, daß unveränderte mechanische Ventile auch in solchen Situationen optimal eingesetzt werden können.

Schließlich läßt sich die erfindungsgemäße Einrichtung problemlos mit einer Zeitschaltuhr kombinieren, so daß z. B. ein programmiertes Füllen einer Badewanne durchgeführt werden kann. Auch kann vorteilhaft die Einrichtung direkt mit einem Füllstandsmesser zusammengeschaltet werden, wobei z. B. der Füllvorgang beim Erreichen ehics voreingestellten Pegels in einer Badewanne beendet wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Ventileiürichtung in schematischer Darstellung;

F i g. 2 die Strömungswege mit den zugeordneten Zuflußventilen in schematischer Darstellung der Einrichtung gemäß F i g. 1;

Fig.3 ein Blockschaltbild des Entkopplungsgliedes mit Verknüpfungsmodul und Kennliniengliedern der Einrichtung gemäß F i g. 1.

Die in der Zeichnung dargestellte Ventileinrichtung 1 besteht im wesentlichen aus jeweils einem in einer Warmwasserzuleitung 9 und einem in einer Kaltwasserzuleitung 10 angeordneten Zuflußventil 2, 3, einem nachgeschalteten Mischraum 11 zur Erzeugung von Mischwasser und einer anschließenden Mischwasserableitung 12. Im Bereich des Mischraums 11, stromabwärts gelegen, sind ein elektronischer Temperaturfühler 8 und ein Meßglied 4 für die Mischwasserauslaufmenge angeordnet, die zusammen mit einem Tempfci-iturvorwähler 6 und einem Mengenvorwähler 7 über eine e'^ktronische Regeleinrichtung 53,54 und über das Entkopplungsglied 5 die Stellgrößen für die Zuflußventile 2,3 erzeugen. Die Zuflußventile 2,3 haben dabei jeweils ein Stellglied 21, 31, mit dem jeweils ein Verschlußstück 16,17 der Zuflußventile 2,3 stufenlos oder feingestuft steuerbar ist. Die Stellglieder 21, 31 werden jeweils mit einer Eingangsgröße χ_χομ und y_soii angesteuert, die dem gewünschten Sollwert der tatsächlichen Position χ des Verschlußstückes 16 und der Position y des Verschlußstückes 17 entspricht (vgl. F i g/2). Die Stellglieder 21,31 sind so konzipiert, daß sich der aktuelle Wert χ bzw. y schnell und ohne Überschwingen nahezu exakt auf den gewünschten Sollwert einstellt.

Ein derartiges Stellglied läßt sich z. B. m^;t Hilfe eines Gleichstrommotors als konventioneller unterlagerter Positionierungsregelkreis realisieren. Die dafür notwendige Größe χ bzw. y kann z. B. durch ein Potentiometer oder berührungslos induktiv gemessen werden. Eine andere Ausführungsform für ein derartiges Stellglied, die ohne ein Meßglied für die Positionsbestimmung auskommt, kann mit Hilfe eines konventionellen Schrittmotors realisiert werden. In diesem Fall werden die Signale χ bzw. y durch Vorwärts- und Rückwärtszählen der Impulse gewonnen, die den Schrittmotor ansteuern. Ferner können auch direkt angetriebene elektrische Proportionalventile eingesetzt werden.

Ein mit zwei Steuereingängen 51, 52 Versehens elektronisches Entkopplungsglied 5 läßt sich gemäß Fig.3 realisieren. Es besteht im wesentlichen aus dem Verknüpfungsmodul 13, der die beiden Eingangsgrößen q und r (O^ Di l,Oir< 1) in die Größen F_K. soll und F_w. .„,// mit O S F_k. _so// < 1 und O < F„, _so„ < 1 umwandelt, die die Sollwerte für die Durchlaßquerschnitte Fk und F_w in den Zuflußventilen 2,3 darstellen. Die Größen F_Kjon und FwsoiiwerJen durch nicht nichtlineare Kennlinienglieder 14,15 geschickt, deren Ausgangsgrößen die Größen Ai₃₀/; und jw/mit O £ χ_5αιι S 1 und O < y_soii S 1 sind. Aufgabe de. Kennlinienglieder 14,15 ist es, eine ggf. vorhandene, störend große Nichtlinearität in der Ventilcharakteristik Fk = f(x) bzw. F₁₁ = f(y) auszugleichen. Im Falle eines ausreichend guten linearen Zusammenhangs Fk = ex und F„ = cy können die Kennliniengüeder entfallen. Wird dieses Entkopplungsglied 5 gemäß Fig. 1 mit den Stellgliedern 21,31 verbunden, so wirkt die Steuergröße q hauptsächlich auf die Mischwassertemperatur Tm- (Bei symmetrischen Drücken P, und P„ der Vorläufe hat q keinen, bei unsymmetrischen Drücken hat q einen gewissen Einfluß auf die Mischwasserausflußmenge Qm-) Die Steuergröße rhat stets allein Einfluß auf die Mischwasserausflußmenge Qm. beeinflußt also nicht die Mischwassertemperatur Tm-(Dies gilt für einen zu vernachlässigenden Auslaufwiderstand.) Die elektronische Realisierung eines Verknpüfungsmoduls 13 ist mit Hilfe konventioneller Operationsverstärker und eines elektronischen Multiplizierers leicht ;nöglich. Die Kennliniengüeder 14, 15 lassen sich z. B. durch Dioden-Funktionsglieder realisieren.

Als Regler für den Temperatur-Regelkreis kann z.B. ein konventioneller Pl- oder /W-Regler eingesetzt werden. Dabei wird das Stellsignal, das vom Temperaturvorwähler 6 kommt, vor Eintritt in den eigentlichen Regelkreis, d. h. vor dem Vergleich mit dem Istwert der Mischwassertemperatur, durch ein elektronisches Verzögerungsglied geschickt, dessen Zeitkonstante der Zeitkonstante des elektronischen Temperaturfühlers 8 entspricht. Auf diese Weise wird bei sprungartigen Änderungen des Temperatur-Sollwertes ein anfängliches Überschwingen der Mischwassertemperatur vermieden.

Für die Bestimmung der Auslaufmenge ist ein Meßglied 4 vorgesehen, das z. B. als direktes Meßglied für die Durchflußmenge Qm des Mischwassers ausgeführt sein kann. Ein Beispiel für ein derartiges Meßglied ist ein Rotameler. das auf der Verwendung eines Schwebekörpers basiert. Die Position des Schwebekörpers, die ein Maß für die Auslaufmenge darstellt, kann z. B. induktiv gemessen werden.

Eine andere Möglichkeit für eine Realisierung des Meßgliedes 4 zur Bestimmung der Auslaufmengv; Qm des Mischwassers besteht darin, daß die beiden Zuflußmengen Qk und Q₁₁ in den Vorlaufleitungen mit Hilfe je eines direkten Meßgliedes, z. B. je eines Rotameters, gemessen und die resultierenden Werte addiert werden. Diese Möglichkeit erfordert gegenüber der zuvorgenannten einen zweiten Durch.i'ißmesser; sie bietet jedoch den folgenden Vorteil: Aus den bekannten Durchflußmengin Qk und Q„ sowie aus den bekannten Ventildurchtrittsqucrschnitten Fa, unJ F„ kann auf die Drücke Pk-Pm und P„ — Pm und insbesondere auf deren Verhältnis (Pk-Pm) ■ (P« — Pm) geschlossen werden, wobei mit Pm der Druck in der Mischkammer 11 bezeichnet ist. Dieses

Verhältnis beeinflußt wesentlich den Zusammenhang zwischen der Eingangsgröße σ des Entkopplungsgliedes t und der resultierenden Mischwassertemperatur Tm- Daher kann die mit einer elektronischen Rechenschaltunj gebildete Größe (Pk-Pm) : (Ph-Pm) benutzt werden, um die verwendete Temperaturregelung durch die be kannte Maßnahme der »Störgrößenaufschaltung« zu verbessern.

Eine dritte Möglichkeit zur Realisierung des Meßgliedes 4 ist indirekter Natur. Sie basiert auf einer Messung der Vorlaufdrücke Pk und P_n sowie ggf. auch des Drucks des Mischwassers Pm. Hierfür können z. B. bekannte Druckmesser auf der Basis von Dehnungsmeßstreifen eingesetzt werden. Aus den Größen Pk. P_u, Pm sowie au; den Größen Fk und F» kann dann mit Hilfe einer elektronischen Rechenschaltung die interessierende Größe Q\ gebildet werden. Bei dieser Realisierungsmöglichkeit kann wieder das Verhältnis (Pk-Pm) -.(P^-Mm) durch

ig eine elektronische Rechenschaltung gebildet und zur Verbesserung der Temperaturregelung durch Störgrößen aufschaltung verwendet werden.

Zu bemerken ist, daß sich die Güte der Temperaturregelung in jedem Falle auch dadurch noch weitet verbessern läßt, daß die Vorlauftemperaturen Γα. und T₁, zusätzlich elektronisch gemessen und für eine Störgrö ßenaufschaltung verwendet werden.

ι >

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ventileinrichtung zur Einstellung eines Flüssigkeitsdurchflusses nach Temperatur und Menge, insbesondere zur Erzeugung von temperiertem Mischwasser, bei der je ein über ein Stellglied elektromagnetisch betätigtes ZufluBventil in der Kalt- und Warmwasserzuleitung und ein im Mischraum angeordneter elektronischer Temperaturfühler mit einem elektronischen Regler und Vorwähleinrichtungen als elektrischer Regelkreis zusammengeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Ventile (2,3) stufenlos oder feingestuft unabhängig voneinander stellbar sind, derart, daß deren Stellglieder (21,31) über ein im wesentlichen von einem Verknüpfungsmodul (13), bei dem die Eingangsgrößen q und r in Sollwerte für die Z'iflußventile (2, 3) gemäß Fkjou = γ ■ q und Fwjsoii = r— r ■ q umgewandelt werden, gebildetes, elektrisches Entkopplungsglied (5) durch zwei elektrische Steuereingänge (51,52) angesteuert werden, so daß ein erster Steuereingang (51) im wesentlichen nur die Temperatur und ein zweiter Steuereingang (52) im wesentlichen nur die Durchflußmenge des Mischwassers beeinflußt

2. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Steuereingang (51) durch is einen mit dem Temperaturfühler (8) und einem Temperatuivorwähler (6) verbundenen elektrischen Regelkreis (53) angesteuert wird und der zweite Steuereingang (52) alternativ direkt durch einen Mengenvorwähler (7) gesteuert wird oder durch einen mit dem Mengenvorwähler (7) und einem Meßglied (4) für die Bestimmung der Mischwasserauslaufmenge verbundenen elektrischen Regelkreis (54).

3. Ventileinrichtung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Zuflußventilen (2,3) die Verschlußstücke (16,17) jeweils durch mechanisch voneinander getrennte elektrische Stellglieder^,3*) betrieben werden.

4. Ventileinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verknüpfungsmodul (13) und den Stellgliedern (21, 31) einen Regelfehler verringernde Kennlinienglieder (14, 15) angeordnet sind.

5. Ventileinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Temperaturvorwähler (6) erzeugte Stellsignal vor dem Eintritt in den eigentlichen Temperaturregelkreis (53) durch ein elektronisches Verzögerungsglied geführt ist, dessen Zeitkonstante der Zpitkonstante des elektronischen Temperaturfühlers (8) entspricht.

6. Ventileinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßglied (4) zur Erfassung der auslaufenden Mischwassermenge im Auslauf vorgesehen ist.

7. Ventileinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeid/wet, daß der Regeleinrichtung eine Zeitschalter zugeschaltet ist.

8. Ventileinrichtupg nach rjen Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeleinrichtung ein Fülistandsmes'ser zugeschaltet iit.