DE4107860C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der relativen Öffnungsstellung des elektrisch betätigbaren Kalt- und Warmwasserventiles einer sanitären Misch­ batterie mit einer elektromotorischen Antriebseinheit, die auf die Ventilwelle des jeweiligen Ventiles auf­ steckbar und am Ventilgehäuse befestigbar ist und die ein Potentiometer aufweist, mittels dessen die relative Öffnungs- bzw. Schließstellung über einen dieser Stellung entsprechenden Spannungsmeßwert elektronisch erfaßt und ausgewertet werden kann.

In der DE 35 18 645 C2 wird ein Verfahren zur Steuerung einer Sanitärmischbatterie mit Kalt- und Warmwasserzu­ führung beschrieben. In der deutschen Patentanmeldung P 41 04 318.9 wird ein Ventil mit auf dessen Ventil­ welle anbringbarer elektromotorischer Antriebseinheit samt Potentiometer beschrieben. Bei solchen Ventilen, die beispielsweise nach dem Verfahren gemäß DE 35 18 645 C2 betrieben werden, ergibt sich bei der Erstinstallation die Problematik, daß die relative Stellung des Potentiometers nicht genau bestimmbar ist, so daß eine aufwendige Nullpunkteinstellung er­ folgen muß, um dann dieses mit einem Potentiometer aus­ gestattete Ventil nebst Antriebseinheit mit dem oben beschriebenen Verfahren zu betreiben. Notwendig für einen Betrieb nach dem Verfahren beispielsweise nach der DE 35 18 645 C2 ist nämlich, daß eine eindeutige Nullpunkteinstellung erfolgt, da ansonsten keine exakte Steuerung bzw. Regelung möglich ist.

Im Stand der Technik ist ferner ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Mischbatterie bekannt (DE 35 31 294 A1), wobei allerdings die Problematik der Erstinstallation nicht angesprochen ist. Gleiches gilt für die DE 37 18 039 A1, aus der grundsätzlich eine elektronisch temperaturgeregelte Mischarmatur mit elektrisch betätigbaren Kalt- und Warmwasserventilen von sanitären Mischbatterien bekannt ist.

Ausgehend von der oben beschriebenen Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem es in sehr ein­ facher Art und Weise möglich ist, sanitäre Ventile, ins­ besondere Scheibenventile, mit einer motorischen Antriebs­ einheit zu versehen, die auch als Meß- und Regelgröße die jeweilige Stellung des Ventiles mittels eines Poten­ tiometers angibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird verfahrensmäßig vorge­ schlagen, daß die elektromotorische Antriebseinheit an die Ventilwelle angekuppelt und an die Spannungsver­ sorgung angeschlossen wird, anschließend eine elek­ tronische Steuerung zur Nullpunktermittlung eingeschaltet und das Ventil mittels der Antriebseinheit in die Schließstellung gefahren wird, zur Erfassung der Schließposition der Anstieg des Motorstroms gemessen und mit einem festgelegten Schwellwert verglichen wird, bei einem Stromanstieg über den Schwellwert die Potentiometerspannung erfaßt und über einen Analog/Digital-Wandler in einen ladbaren Zähler eingelesen wird, dieser digitale eingelesene Meßwert als Nullpunktdefinition in einem nicht flüchtigen Speicher abgelegt wird und anschließend die elektronische Steuerung zur Nullpunktermittlung abgeschaltet wird.

Bei den hier betrachteten Ventilen handelt es sich vorzugsweise um Scheibenventile mit einem maximalen Stellwinkel von 345°, wobei aber auch die Betätigung anderer Ventile möglich ist. Selbstverständlich ist auch die Betätigung von Kalt- und Warmwasserventilen möglich, die jeweils einen separaten Auslauf haben, also keine Mischkammer besitzen und demzufolge nicht als Mischbatterie, sondern als einfache Durchflußbatterie ausgebildet sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst die elektromotorische Antriebseinheit nebst dem damit eine Einheit bildenden Potentiometer auf die Ventilwelle aufgesteckt oder in anderer geeigneter Weise mit dieser gekuppelt. Desweiteren wird die elektrische Antriebs­ einheit an die Stromversorgung angeschlossen. Nachfolgend wird dann die ebenfalls spannungsversorgte elektronische Steuerung eingeschaltet; mittels des Stellmotors der Antriebseinheit wird dann das Ventil in die Schließ­ stellung bewegt. Das Ventil wird dabei praktisch auf "Block" gefahren, wobei zur Erfassung dieser Schließ­ position der Stromanstieg gemessen und mit einem fest­ gelegten Schwellwert verglichen wird. Der Stromanstieg wird über einen Widerstand gemessen, der vom Motorstrom durchflossen ist. Wird der voreingestellte Schwellwert überschritten, so wird die diesem zugeordnete Potentio­ meterspannung über einen Analog-Digitalwandler in einen ladbaren Zähler eingelesen. Dieser eingelesene Meßwert wird als Nullpunktdefinition in einen nichtflüchtigen Speicher abgelegt (EEPROM) und anschließend die elek­ tronische Steuerung zur Nullpunktermittlung abgeschal­ tet. Auf diese Weise ist die elektromotorische Stell­ einrichtung betriebsbereit, wobei eine eindeutige Null­ punktdefinition erfolgt ist, so daß das Ventil beispiels­ weise nach dem Verfahren gemäß DE 35 18 645 C2 betrieben werden kann.

Da beim Aufsetzen der elektromotorischen Antriebseinheit auf die Ventilwelle nicht sicher ist, daß nicht zufällig gerade die Schließstellung erreicht ist, ist die elek­ tromotorische Antriebseinheit über eine elektronische Steuerung so gesteuert, daß vor dem Aufsetzen, aber nach Inbetriebnahme (Anklemmen an die Spannungsversorgung) der Motor den Potentiometerabgriff in eine solche Position verfährt, indem eine sichere "Position" des Potentiometerbereiches eingestellt ist. Diese Position kann beispielsweise im EEPROM abgelegt sein und von dort abgerufen werden. Es ist damit sichergestellt, daß auf jeden Fall ein ausreichender Stellbereich zur Verfügung steht, um den ersten Verfahrensschritt einleiten zu können, nämlich das Ventil in die Schließstellung auf Block zu fahren. Danach wird die Antriebseinheit auf das Ventil aufgesteckt.

Vorzugsweise sollte die Einstellung so erfolgen, daß der Potentiometerabgriff etwa in der Mittellage befind­ lich ist, sofern der nutzbare Drehwinkel den maximalen Drehwinkel nicht überschreitet.

Eine bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, daß das Ventil vor dem Zufahren in die Schließstellung zu­ nächst um einen geringen Weg bzw. Winkel aufgefahren wird.

Um das Verfahren einwandfrei ablaufen zu lassen, kann es erforderlich sein, das Ventil um einen kurzen Weg aufzufahren, damit nicht aus der Schließstellung in die Schließstellung gefahren werden muß, was zu ver­ fahrenstechnischen und ablauftechnischen Schwierig­ keiten führen könnte.

Da in der auf Block gefahrenen Schließstellung die Mechanik belastet ist und den internen Schlupf der Mecha­ nik überwindet, ist es zweckmäßig und vorteilhaft, daß nach dem Zufahren des Ventils zum Zwecke des Schwellwert­ vergleichs mittels der elektromotorischen Antriebseinheit die Antriebseinheit um ca. 3° in Öffnungsrichtung zurückgedreht wird, bevor die Potentiometerspannung als Nullpunkt ermittelt und im Speicher abgelegt wird.

Auf diese Weise wird der Schließstellung eine Schlupfaus­ gleichkonstante zugegeben, die ca. 3° betragen kann. Anstelle einer konstanten Schlupfausgleichzugabe oder zusätzlich zu dieser konstanten Schlupfausgleichzugabe kann auch vorgesehen sein, daß nach der Rückdrehung in Öffnungsrichtung um ca. 3° der Motorstrom erfaßt und mit dem Schwellwert verglichen wird, wobei dann, wenn der Motorstrom höher als der Schwellwert ist, in kleinen Schritten, insbesondere über einen Impuls­ generator, eine weitere Einschaltung der Antriebseinheit vorgenommen wird, bis der ermittelte Motorstrom unterhalb des Schwellwertes liegt.

Beispielsweise kann hierbei aus der Blockstellung in die Stellung der Schlupfausgleichkonstanten gefahren werden, wobei die Elektronik dann überprüft, ob der Strom auf einen Wert unterhalb des Schwellwertes abge­ fallen ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird über den Impulsgenerator in kleinen Schritten weiter in Öff­ nungsstellung verfahren, bis der Strom unterhalb des Schwellwertes liegt und somit die Nullpunktdefinition erfolgen kann.

Das Verfahren ist nachstehend anhand einer prinzipiellen Schaltungsanordnung erläutert.

Zur Durchführung des Verfahrens zur Erfassung der relativen Öffnungsstellung eines elektrisch betätigbaren Kalt- oder Warmwasserventils einer sanitären Mischbatterie mit einer elektromotorischen Antriebseinheit M, die auf die Ventilwelle des jeweiligen Ventils aufsteckbar und am Ventilgehäuse befestigbar ist und ein Potentiometer P aufweist, mittels dessen die relative Öffnungs- bzw. Schließstellung über einen dieser Stellung entsprechenden Spannungsmeßwert elek­ tronisch erfaßt und ausgewertet werden kann, besteht im wesentlichen aus einem Mikroprozessor µP, einem nicht­ flüchtigen Speicher EEPROM, einem Analogdigitalwand­ ler W, einem Komparator (Schwellwertschalter) K, einem Meßwiderstand R, einem ladbaren Zähler Z (gegebenenfalls innerhalb des µP) sowie einer Treiberstufe T und einem Digitalanalogwandler D. Desweiteren ist noch eine Abgleichtaste T vorgesehen. Diese Elemente sind in geeigneter Weise miteinander verknüpft, wie dies noch nachstehend weiter beschrieben ist. Die elektromotorische Antriebseinheit M, gesteuert über einen Treiber T und über einen zwischengeschalteten Digitalanalogwandler mit dem Mikroprozessor µP verbunden, ist an die nichtdargestellte Ventilwelle eines Warm- oder Kaltwasserventiles kuppelbar. Zudem ist die Antriebseinheit an die Spannungsversorgung anschließbar. Der Treiberstufe T des Motors ist ein Schwellwertschal­ ter K nachgeordnet, bei dem ein Vergleich des maximalen Motorstroms, gemessen über den Widerstand R, stattfindet und der bei größeren Motorströmen, die oberhalb des Schwellwertes liegen, durchschaltet. Der entsprechende Schaltzustand wird an das Undglied 1 weitergeleitet, wobei die zweite Bedingung durch Betätigung der Abgleichtaste T gegeben wird. Im Falle, daß beide Signale auftreten, wird der Zähler Z zur Aufnahme der entsprechenden Potentiometerspannung freigegeben, welche Potentiometerspannung vom Potentiometer P über einen Analogdigitalwandler W dem Zähler in digitaler Form zugeführt wird. Der Zähler ist wiederum verbunden mit dem Mikroprozessor µP, wobei der erfaßte Potentiometerstellwert in digitaler Form über den Mikroprozessor µP in dem nichtflüchtigen Speicher EEPROM abgelegt wird. Die Schließstellung des Ventils mittels gemessener Potentiometerspannung ist damit geeicht und für elektronische Arbeitsverfahren zum Zwecke der Regelung und Steuerung von Durchflußmengen bzw. Temperaturen geeignet.

Das Verfahren läuft vorzugsweise so ab, daß zunächst die Stromversorgung der elektro­ nischen Schaltung eingeschaltet wird und der Motor in eine "sichere" Position des Potentiometerbereiches ver­ fährt. Diese Position kann in dem EEPROM abgelegt sein und von dort abgerufen werden. Anschließend wird der Motor auf die Ventilwelle gesteckt und in geeigneter Weise am Ventilgehäuse befestigt. Nachfolgend wird dann die Abgleichtaste T gedrückt, so daß das Verfahren selbständig ablaufen kann. Es erfolgt dabei zunächst ein kurzes Auffahren des Ventiles durch ent­ sprechende Drehung des Motors M. Anschließend wird das Ventil in die Schließstellung auf "Block" gefahren, wobei der maximale Motorstrom über den Widerstand R gemessen wird, welcher vom Motorstrom durchflossen ist. Dieser Motorstrom wird in dem Komparator K mit dem ein­ gestellten Schwellwert verglichen. Wird der eingestellte Schwellwert überschritten, was bedeutet, daß das Ventil in Blockstellung ist, so wird die gemessene Potentio­ meterspannung über den Analogdigitalwandler W in den ladbaren Zähler Z eingelesen.

Zusätzlich kann eine Schlupfausgleichkonstante diesem Meßwert zugegeben werden, welche Schlupfausgleich­ konstante einem Stellweg von ca. 3° entspricht. Der Motor M verfährt daraufhin das Ventil aus der Block­ stellung in die Stellung gemäß Schlupfausgleichkonstante. Bei dieser Stellung wird überprüft, ob der Strom so groß ist, daß die gemessene Stromaufnahme des Motors unterhalb des Schwellwertes des Vergleichers K liegt. Falls dies nicht der Fall ist, wird über einen zusätz­ lichen Impulsgenerator I in kleinen Schritten eine Zugabe von weiteren Drehimpulsen des Motors in Richtung des Öffnens des Ventiles gegeben, wobei nach jedem Impuls wiederum ein Vergleich mit dem Schwellwert (Komparator K) erfolgt.

Zum Zwecke der elektronischen Auswertung der Impulse und entsprechenden Steuerung ist ein weiteres Undglied 2 vorgesehen, welches einerseits eingangsseitig vom Komparator K und andererseits vom Impulsgenerator I angesteuert wird. Ausgangsseitig ist das Undglied mit einem weiteren Undglied 3 in Verbindung, welches von dem Undglied 2 und der Abgleichtaste T angesteuert wird. Falls der Motorstrom oberhalb des Schwellwertes des Komparators K liegt, gibt dieser ein entsprechendes Signal an das Undglied 1 ab, wobei das zweite Signal von der Abgleichtaste T eingegeben wird und der Zustand an den Zähler Z weitergegeben wird. Liegt dann nach Zugabe der Schlupfausgleichkonstante der erfaßte Motor­ strom unterhalb des Schwellwertes des Komparators K, so sperrt das Undglied 1 und der Zähler speichert den entsprechenden Meßwert des Potentiometers P ab. Liegt der gemessene Motorstrom noch oberhalb des Schwell­ wertes des Komparators K, so wird durch weitere Zugabe von Schlupfausgleichkonstanten durch den Impulsgenerator eine entsprechende Drehung in Öffnungsrichtung des Ven­ tiles bewirkt, wobei das vom Komparator K kommende Sig­ nal in das Undglied 2 und gleichzeitig das Signal vom Impulsgeber I eingegeben wird, welche Signale die An­ steuerung des weiteren Undgliedes 3 bewirken, welches zudem durch die Taste T gesteuert wird. Der Strom wird hierdurch solange überwacht, bis der Strom wieder unter den Schwellwert abfällt, so daß dann die Nullpunktdefinition und das Ablegen im Zähler bzw. im EEPROM möglich ist.

In der Zeichnung weiter dargestellt sind ein PI-Regler 4, ein Digitalanalogwandler 5, Elemente für die Anzeige bzw. Einstellung des Istwertes und des Sollwertes der Temperatur 6, 7 sowie Leitungsstränge R, L für die Steuerung des Motors in Rechts- oder Linksrichtung. Diese Elemente sind ähnlich der Ausführungsform, wie sie in der DE 35 18 645 C2 beschrieben ist.

Claims (6)

1. Verfahren zur Erfassung der relativen Öffnungsstellung des elektrisch betätigbaren Kalt- und Warmwasser­ ventiles einer sanitären Mischbatterie mit einer elektromotorischen Antriebseinheit, die auf die Ven­ tilwelle des jeweiligen Ventiles aufsteckbar und am Ventilgehäuse befestigbar ist und die ein Potentio­ meter aufweist, mittels dessen die relative Öffnungs­ stellung über einen dieser Stellung ent­ sprechenden Spannungsmeßwert elektronisch erfaßt und ausgewertet werden kann, mit den Merkmalen, daß die elektromotorische Antriebseinheit an die Ventilwelle angekuppelt und an die Spannungsver­ sorgung angeschlossen wird,
anschließend eine elektronische Steuerung zur Nullpunktermittlung einge­ schaltet und das Ventil mittels der Antriebseinheit in die Schließstellung gefahren wird,
zur Erfassung der Schließposition der Anstieg des Motorstroms gemessen und mit einem festgelegten Schwellwert ver­ glichen wird, bei einem Stromanstieg über den Schwell­ wert die Potentiometerspannung erfaßt und über einen Analog/Digital-Wandler in einen ladbaren Zähler einge­ lesen wird,
dieser digitale eingelesene Meßwert als Nullpunktdefi­ nition in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt wird und anschließend die elektronische Steuerung zur Nullpunktermittlung abgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromotorische Antriebseinheit vor der Ankupplung an die Ventilwelle an die Spannungsver­ sorgung angeschlossen wird und über eine elek­ tronische Steuerung in eine mittlere Position ver­ stellt wird, in welcher das Potentiometer einen Stellbereich aufweist, der größer als der maximale Stellweg der Antriebseinheit zum vollständigen Öffnen bzw. Schließen des Ventils ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße für die mittlere Position in dem nichtflüchtigen Speicher abgelegt und von dort abrufbar ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil vor dem Zufahren in die Schließstellung zunächst um einen geringen Weg bzw. Winkel aufgefahren wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zufahren des Ventils zum Zwecke des Schwellwertvergleichs mittels der elektromotorischen Antriebseinheit die Antriebseinheit um ca. 3° in Öffnungsrichtung zurückgedreht wird, bevor die Potentiometerspannung als Nullpunkt er­ mittelt und im Speicher abgelegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Rückdrehung in Öffnungsrichtung um ca. 3° der Motorstrom erfaßt und mit dem Schwellwert verglichen wird, wobei dann, wenn der Motorstrom höher als der Schwellwert ist, in kleinen Schritten, insbesondere über einen Impulsgenerator, eine weitere Einschaltung der Antriebseinheit vorge­ nommen wird, bis der ermittelte Motorstrom unterhalb des Schwellwertes liegt.