DE3518644C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sanitär-Mischarmatur gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine gattungsgemäße Mischarmatur ist aus der DE-OS 34 30 176 bekannt.

Dabei erfolgt die Temperaturregelung durch sensorische Abfrage der Mischwassertemperatur, wobei eine elektro­ nische Steuerungseinrichtung aus dem Vergleich mit einer eingestellten Solltemperatur einen Stellwert für den Ventilantrieb ableitet.

Diese Art der Temperaturregelung ist bei Armaturen im nichtsanitären Bereich bereits Stand der Technik.

Bei der bekannten Mischarmatur ist die Ventil­ anordnung und der jeweils dazugehörige Ventilantrieb im wesentlichen wie folgt realisiert.

Der Kalt- und Warmwassereintritt wird mit je einem Einlaßventil versehen. Der Antrieb der Einlaß­ ventile erfolgt über nur einen Stellmotor, der in Abhängigkeit vom Stellsignal der Steuerungs­ einrichtung über ein Zahnradgetriebe beide Ein­ laßventile gleichzeitig gegensinnig antreibt. Dies führt dazu, daß neben den Mischstellungen in den Regelendlagen ein Ventil geschlossen und das andere Ventil geöffnet ist. Eine gleichzeitige Vollöffnung oder Schließlage beider Einlaß­ ventile ist ausgeschlossen.

Die Einlaßventile sind samt Antrieb ausschließlich für die Temperaturregelung geeignet. Eine Durch­ flußmengenregulierung ist daher nicht möglich. Zwischen den Einlaßventilen und der Mischkammer wird je ein Rückschlagventil angeordnet, um ein wechselseitiges Eindringen von Warmwasser in den Kaltwasserzulauf und umgekehrt zu verhindern.

Diese Rückschlagventile sind für die Betriebssicher­ heit der bekannten Armatur von außerordentlicher Bedeutung. Da die Absperrventile zur Beendigung des Zapfvorganges hinter der Mischkammer angeordnet sind, kommt es bei Mischstellung der Einlaßventile im Armaturenstillstand zu einem Kurzschluß zwischen Heiß- und Kaltwassereintritt. Dieser nicht tolerierbare Kurzschluß soll durch die Rückschlagventile verhindert werden. Diese Lösung ist insoweit nachteilig, als die Zuverlässigkeit durch die Verkalkung und Verschmutzung der Rückschlagventile beeinflußt wird.

Im Anschluß an die Mischkammer wird beim Stand der Technik ein Strömungsmengenregelventil und ein dazugehöriger Schrittmotorantrieb vorgesehen. Der Schrittmotor wird von einer Regeleinheit angesteuert, um das Regelventil entsprechend der gewünschten Ausströmmenge zu öffnen. Nach dem Strömungsmengenregelventil wird der Mischwasserkanal in zwei, durch Magnetventile verschließbare Wasserwege aufgeteilt. Damit kann nach Bedarf das Mischwasser an zwei verschiedene Verbraucher abgegeben werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektronisch steuerbare Sanitär-Mischarmatur zu schaffen, die auf einfache Weise eine genaue und schnelle Temperatur- und Durchflußmengenregulierung ermöglicht und darüber hinaus wenig störanfällig ist und auch dann sicherheitstechnisch voll betriebssicher ist, wenn beispielsweise die elektrische Energieversorgung ausfällt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß sowohl die Mischwassertemperatur als auch die Durchflußmenge des Mischwassers über die Warm- und Kalt­ wassereinlaßventile regelbar sind, daß jedes der beiden Einlaßventile ein elektromechanisch, elektromagnetisch oder hydraulisch antreibbares Stellglied aufweist, das zum Öffnen der Einlaßventile dient, und daß die Ein­ laßventile über Energiespeicher unter Rückstellung der inaktivierten Stellglieder schließbar sind.

Durch diese Ausbildung wird gegenüber dem Stand der Technik die Anzahl der zu regelnden Ventile auf nur zwei Einlaßventile und damit auf eine geringe Anzahl beweglicher Teile beschränkt. Da die Ab­ sperrung der beiden Eintrittskanäle bei der er­ findungsgemäßen Anordnung vor der Mischkammer er­ folgt, ist der Einbau von störanfälligen Rück­ schlagventilen nicht erforderlich.

Infolge der Beschränkung auf zwei Eintrittsventile haben die Öffnungverhältnisse der Ventile einen direkten Einfluß auf Mischtemperatur und gleichzeitig auf die Durchflußmenge.

Bei bekannter Ventilgeometrie ergibt sich für ein Stellglied durch regeltechnisch einfache Subtraktion und daraus ableitbaren proportionalen Stellwert neben der konstanten Temperaturregelung auch die Möglichkeit der Durchflußmengen-Konstant­ haltung auf einem vorwählbaren Wert ohne Messung der Ist-Durchflußmenge. Durch die Anordnung von Ener­ giespeichern ist dafür Sorge getragen, daß im Falle, zum Beispiel eines Stromausfalls, die Ventile schnell geschlossen werden. Hierdurch wird beispielsweise vermieden, daß ein Waschbecken überlaufen kann, oder daß die die Sanitär-Mischarmatur benutzende Person sich an Heißwasser verbrüht. Im übrigen werden unter Umgehung einer Durchflußmengenbestimmung über eine einfache Temperaturmessung im Mischwasser die Kalt- und Warmwasserventile elektromechanisch ge­ öffnet und geschlossen. Die Durchflußmenge des Misch­ wassers wird dabei konstant gehalten. Da die Durch­ flußmenge des Kalt- und Warmwassers bekanntlich nicht nur vom Öffnungswinkel der Ventile, sondern auch von der Druckdifferenz von Eingangs- und Staudruck am Ventilauslauf abhängig ist, wird bei der erfindungs­ gemäßen Mischarmatur davon ausgegangen, daß die Ein­ gangsdrücke zeitlich konstant sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen bezeichnet.

Die Temperaturmessung wird durch einen in der Mischkammer angeordneten Sensor vorgenommen, wobei vorzugsweise die Temperatur am Ausgang der Misch­ kammer erfaßt wird, um Ungenauigkeiten infolge unge­ nügender Durchmischung der Wasserströme auszu­ schalten.

Die elektromechanischen Stellglieder für die beiden Ventile können Elektromotore, wie Schrittschaltmotore, Gleich- oder Wechselstrommotore sein, oder aber es werden Magnetventile verwendet, die eine analoge Einstellung des Öffnungsquerschnitts der Ventile er­ lauben. Auch Magnetventile, die über ein einstell­ bares Puls-Pausen-Verhältnis betrieben werden und somit eine quasi-analoge Betriebsweise zulassen, oder hydraulische Antriebe können hierfür eingesetzt werden. Zum Schließen der Ventile werden vorzugsweise Energiespeicher, z.B. Torsionsfedern, oder auch elektromechanische Speicher, wie Akkumulatoren, Kondensatoren oder Elektromagneten werden, mit denen das inaktivierte Stellglied zurückgestellt wird. Bei Ausfall der Unterbrechung des Antriebes der Stellglieder werden die beiden Ventile über den zugehörigen Energiespeicher zwangsweise zurück­ gestellt. Zur Vermeidung von Verbrühungen ist das Warmwasser-Ventil schneller schließbar, zum Beispiel dadurch, daß die Rückstellenergie des Energiespeichers des Warmwasserventils höher ist als die Rückstell­ energie des Energiespeichers des Kaltwasserventils.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch Sanitär-Mischarmatur sowie die Stellglieder und

Fig. 2 ein Schaltbild, aus dem die Ableitung der Stellwerte zur Betätigung der Ventile, zu ent­ nehmen ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Sanitär-Mischarmatur weist je ein Ventil 1 und 2 für Kalt- und Warmwasserzufuhr 3 und 4 auf. Die Ventile 1 und 2 sind durch zwei auf­ einanderliegende Keramikscheiben 1 a, 1 b und 2 a, 2 b realisiert, die in bekannter Weise gegeneinander verdreht werden können. Angetrieben werden die Keramik­ scheiben z.B. über je einen Elektromotor 5 und 6.

Das Schließen der Ventile 1 und 2 wird hier durch je eine Torsionsfeder 7 und 8 bewirkt, die die inakti­ vierten Elektromotoren 5 und 6 zurückstellt.

Im Anschluß an die Ventilausgänge ist eine Misch­ kammer 9 vorgesehen, an deren Austrittsbereich mindestens ein Temperatursensor 10 angeordnet ist.

Für jedes Ventil 1 und 2 je ein Motor 5 und 6 vorgesehen ist, wobei die eingestellte Soll- Temperatur zur Konstanthaltung der Durchflußmenge des Mischwassers jeweils durch Steuerung des Verhältnisses der Öffnungswinkel der beiden Ventile geregelt wird.

Ist die am Ausgang der Mischkammer 9 gemessene Ist-Temperatur z.B. zu hoch, so wird das Warmwasser- Ventil geschlossen, gleichzeitig aber das Kalt­ wasser-Ventil geöffnet. Die jeweiligen Stell­ werte zur Öffnung bzw. Schließung der beiden Ventile werden mittels einer Elektronik abge­ leitet.

Gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Schaltbild werden die in der Mischkammer 9 gemessene Ist-Temperatur und die bei 11 voreingestellte Soll-Temperatur in einem Subtrahierer 12 miteinander verglichen. Über einen PID-Regler 13 wird aus der Regelabweichung der Stellwert α ₁ für den Antrieb des Ventils 1 ge­ bildet. Der Stellwert α ₂ wird aus dem Stellwert α ₁ und einem der Gesamtdurchflußmenge Qges propor­ tionalen Stellsignal α ges durch Subtraktion (α ges-α ₁) am Ausgang einer Subtrahierschaltung 14 ermittelt.

Claims (7)

1. Sanitär-Mischarmatur zur Regelung einer vorwählbaren Mischwassertemperatur und Durchflußmenge des Misch­ wassers mit je einem Warm- und Kaltwassereinlaßventil und einem Mischwasserauslaß , wobei die Ventile über Stellglieder elektronisch steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Mischwassertemperatur als auch die Durchflußmenge des Mischwassers über die Warm- und Kaltwassereinlaßventile (1, 2) regelbar sind, daß jedes der beiden Einlaßventile (1, 2) ein elektro­ mechanisch, elektromagnetisch oder hydraulisch an­ treibbares Stellglied (5, 6) aufweist, das zum Öffnen der Einlaßventile (1, 2) dient, und daß die Einlaß­ ventile (1, 2) über Energiespeicher (7, 8) unter Rück­ stellung der inaktivierten Stellglieder (5, 6) schließbar sind.

2. Sanitär-Mischarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Energiespeicher Federelemente, vor­ zugsweise Torsionsfedern (7, 8) sind.

3. Sanitär-Mischarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeicher (7, 8) elektrische Speicher, wie Akkumulatoren, Konden­ satoren oder Induktivitäten, sind.

4. Sanitär-Mischarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Temperaturmessung mindestens ein in einer Mischkammer (9), vorzugsweise im Bereich der Austrittsöffnung der Mischkammer (9), angeordneter Temperatursensor (10) vorgesehen ist.

5. Sanitär-Mischarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Verhältnisse der Öffnungswinkel der beiden Ventile (1, 2) ein Regelkreis (12, 13, 14) vorge­ sehen ist, mit dem nach Vergleich der Ist­ Temperatur des Mischwassers mit der vorge­ wählten Soll-Temperatur über einen Regel­ algorithmus (13) die Stellwerte für die beiden Stellglieder (5, 6) ableitbar sind.

6. Sanitär-Mischarmatur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung der Durchflußmenge, einer der Stellwerte durch eine Subtrahierschaltung (14) aus einem der vorge­ wählten Durchflußmenge proportionalen Wert ableit­ bar ist.

7. Sanitär-Mischarmatur nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelalgorithmus ein PID-Regler (13) vorgesehen ist.