DE10056998A1 - Hydraulisch betätigtes Mischventil - Google Patents

Abstract

Ein Heiß- und Kaltwassermischventil zum Aufrechterhalten der Auslaßwassertemperatur auf einem vorbestimmten Niveau durch Verwendung elektronischer Sensoren zum Betätigen von pulsgetriebenen Niederspannungssolenoidventilen zur Regulierung des Drucks in Stelldurchflüssen. Der Stelldurchfluß-Druckunterschied quer über eine Membran verursacht eine Bewegung der Membran als Reaktion auf den Druck, wodurch die Stellung des Hauptmischventils verändert wird. Daher wird nur minimale elektrische Energie aufgewendet, um das Temperaturniveau zu regulieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein integriertes, hydraulisch betätigtes Mischventil, das am vorteilhaftesten in Verbindung mit einem elektronischen Regelsystem zur Regulie­ rung der Mischtemperatur von heißen und kalten Versorgungsfluiden verwendet wird.

In den letzten Jahren ist die Verwendung elektronischer Regelsysteme in Gas- und Wasserarmaturvorrichtungen zunehmend populär geworden. Ein Nachteil, der ei­ ner weiteren Verbreitung entgegensteht, wird in den erhöhten Kosten im Vergleich zu gegenwärtig erhältlichen Vorrichtungen einfacher mechanischer Bauart gese­ hen. Obgleich elektronische Regelsysteme wünschenswerte Möglichkeiten eröff­ nen, sind die Kosten und die Komplexität ihrer Installation wesentliche Nachteile, die ihrer vollständigen Akzeptanz und Verwendung entgegenstehen. Die Installa­ tion von handbetriebenen Standardwasserarmaturvorrichtungen erfordert lediglich die Tätigkeit eines Klempners, wohingegen die Installation von elektrischen Re­ gelsystemen die Arbeitskosten für eine Stromversorgungsleitung beinhalten muß, die zum Betrieb des Mischstellglieds und der elektronischen Steuerungen not­ wendig ist. Ein weiterer Faktor, der zu den Installationskosten eines elektronischen Regelsystems beiträgt, besteht darin, daß viele einzelne Komponenten installiert werden müssen.

Die gegenwärtig zur Regelung der Mischungstemperatur von heißen und kalten Versorgungsfluiden verwendeten Mischventile weisen viele unterschiedliche Strukturen auf und werden häufig in Armaturvorrichtungen wie Duschen und Handwaschbecken installiert. Mischventile bestehen grundsätzlich aus zwei Ele­ menten, einer Mischvorrichtung zur Mischung der Fluide, und einem Stellglied, so daß die Mischvorrichtung die Anteile von heißem und kaltem Fluid variieren kann, um die gewünschte Mischtemperatur zu erhalten. Beide genannte Vorrich­ tungen existieren in einer großen Vielfalt von Formen, z. B. elektrischen Motoren oder Solenoiden in Kombination mit Schnüffelventilen, Absperrschiebern, usw.

Gegenwärtig werden anscheinend am häufigsten Stellglieder vom Typ des Elek­ tromotors für die Mischungsproportionierung und die Temperaturregelung einge­ setzt. Obgleich der Elektromotor als Stellglied viele wünschenswerte Eigenschaf­ ten aufweist, wie eine angemessene Betätigungskraft und die Möglichkeit der Präzisionssteuerung, hat er verschiedene inhärente Nachteile bei der Verwendung als Mischventilstellglied. Diese Nachteile sind hauptsächlich: ein relativ hoher Stromverbrauch, insbesondere, wenn der Elektromotor die Mischvorrichtung aus einer extremen Stellung von heiß zu kalt oder kalt zu heiß bewegen muß, aber auch bei anderen Betriebseinstellungen, die eine signifikante Arbeitszeit erfordern. In einigen Regelsystemen kann das Elektromotorstellglied zur Ermöglichung eines variablen Misch-Ansprechens Relais' oder andere Drehzahlsteuerungen aufweisen, die jedoch die Komplexität zusätzlich erhöhen können. Ein anderer Einwand ge­ gen den Elektromotor als Stellglied ist der, daß er eine Fluid-nach-Außen-Luft- Dichtung benötigt, um ihn von dem Fluid der Mischvorrichtung zu trennen. Da es sich dabei um eine bewegliche oder dynamische Dichtung handelt, ist sie dem Verschleiß und eventuellen Undichtigkeiten ausgesetzt. Da dieser Dichtungstyp zur Vermeidung von Fluidlecks auch geeignete Kompressionskräfte benötigt, kön­ nen das Erreichen eines ausreichenden Drehmoments und einer geringen Stromversorgung ebenfalls Probleme erzeugen. Darüber hinaus ist die Fluid-nach-Luft- Dichtung häufig geringen Versickerungen hinter der Dichtung ausgesetzt, wo ge­ löste Minerale aus dem Fluid ausgeschieden werden und einen Motorwellenfraß verursachen können. Die Montage des Motors ist eine weitere Schwierigkeit. Wenn die Motorwelle nicht richtig mit der Dichtung ausgerichtet ist, kann eine ex­ zentrische Bewegung der Welle in bezug auf die Dichtung auftreten, die übermä­ ßige Anforderungen an das Motordrehmoment, Wellenfraß und/oder eine un­ gleichmäßige, frühzeitig Fluidlecks hervorrufende Belastung der Dichtung verur­ sachen kann. Da kleine Elektromotoren für diese Anwendungen hohe Drehzahlen haben, müssen sie durch mit Getriebe versehene Drehzahlminderereinheiten ange­ paßt werden, um ein adäquates Betriebsdrehmoment und eine geeignete Drehzahl­ verringerung zum Betrieb der Mischvorrichtung zu ermöglichen. Aufgrund des hohen Übersetzungsverhältnisses müssen Mittel eingesetzt werden, um zu verhin­ dern, daß die Drehzahlmindererhauptwelle ein kritisches Drehmoment erreicht, das zum Bruch des Drehzahlminderergetriebes führen könnte. Zur Beseitigung dieses Problems benötigt der Elektromotor eine Rutschkupplung, eine Überweg­ vorrichtung oder andere Vorrichtungen zum Schutz des mit Getriebe versehenen Drehzahlminderers vor Schaden. Alle diese Faktoren erhöhen die Komplexität des Motorstellglieds oder der Mischventilvorrichtung. Wenn beispielsweise der Motor eine Mischvorrichtung des Schnüffelventiltyps betreibt und der Ventilkörper in seine Sitzstellung bewegt wird, tritt ein plötzlicher Kraftanstieg auf, der das Dreh­ zahlminderergetriebe überlastet, falls nicht Mittel zur Absorption oder zum Ablei­ ten des plötzlichen Kraftanstiegs an dem Getriebe verwendet werden. Dement­ sprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, das Erfordernis der oben erwähnten Dichtungen und die durch den Elektromotor bedingte Komplexität zu eliminieren. Diese Aufgaben werden durch die Verwendung eines hydraulischen Stellglieds gelöst, ein solches Stellglied des Stands der Technik ist in dem US-Patent 3 561 481 des John F. Toplan gezeigt, das am 9. Februar 1971 herausgegeben wurde.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein in integrierter einzelner Bauform ausgeführtes Ventil zu schaffen, das zur Verwendung in verschiedenen elektroni­ schen Regelsystemen geeignet ist. Die integrierte Einzelbauform versorgt die Konstrukteure und Hersteller von elektronischen Regelsystemen mit dem grundle­ genden Bauteil zur Wassermischung für ihre Regelsysteme.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mischventil zu schaffen, das mit sehr geringem elektrischen Leistungsbedarf betrieben werden kann. Mit geringem elektrischen Leistungsbedarf ist die Möglichkeit gemeint, ein Mischventil während langer Zeiträume durch ohne weiteres erhältliche Batterien zu betreiben. Dies hat den Vorteil, daß die Kosten für einen Elektriker zur Installation einer Stromver­ sorgung, wie sie für ein netzbetriebenes Mischventil vonnöten ist, vermieden wer­ den können. Zusätzlich hat das batteriebetriebene Ventil den Vorteil, daß es selbst dann betrieben werden kann, wenn die elektrische Stromversorgung ausfällt.

Zur Lösung der oben beschriebenen Aufgaben wurde überraschenderweise eine Mischventilkombination geschaffen, die in einer einzelnen, integrierten Baugruppe die folgenden Elemente mit geringem Leistungsbedarf aufweist: erstens, eine elektrisch betriebene Vorrichtung zum Starten und Stoppen des Flusses, zweitens, eine Mischvorrichtung für heiße und kalte Fluide und, drittens, ein elektrisch ge­ steuertes Stellglied zum Betrieb der Mischvorrichtung. Optional kann die inte­ grierte Baugruppe beinhalten: a) einen Temperatursensor, der elektrische Signale als Reaktion auf die Temperatur der Fluidmischung überträgt, b) eine Misch­ fluidvolumen-Strömungsraten-Steuereinrichtung, die den Wasserschutzstandards entspricht, die die maximale Strömungsrate über einen weiten Druckbereich der Wasserversorgung begrenzen, c) eine mechanische Druckausgleichseinrichtung, die einen relativ gleichbleibenden Fluiddruck auf den Einlaßkanälen der Wasser­ mischvorrichtung aufrechterhält in Reaktion auf die Druckschwankungen der Heiß-und-Kaltwasserversorgung und d) ein Rückflußventil in den Heiß-und Kalt­ wasser-Ventileinlaßkanälen.

Ein Aspekt des erfindungsgemäßen Ventils umfaßt einen Temperatursensor zum Übertragen von Signalen in Reaktion auf die Temperaturabweichung des strömen­ den Wassers von einem vorgegebenen Wert und eine Hauptkammer mit Heiß-und Kaltwassereinlässen, ein elastisches Teil zur Unterteilung der Hauptkammer in ei­ ne Stellkammer und eine Mischkammer, einen Auslaß zum Ablassen des gemisch­ ten heißen und kalten Wassers, wobei der Sensor an den Auslaß angeschlossen ist; zwei Stelldurchflüsse, von denen einer die Stellkammer mit der Auslaßseite der Mischkammer und der andere die Stellkammer mit der Einlaßseite der Misch­ kammer verbindet; eine innere Mischeinrichtung, die auf die Bewegung des elastischen Teils anspricht, und ein impulsbetriebenes Niederspannungssolenoidventil, das jeweils an einen Stelldurchfluß angeschlossen ist, wobei jedes Impulsventil auf Signale von dem Sensor zur Steuerung des Wasserdrucks in dem jeweilig zugehö­ rigen Durchfluß anspricht, wodurch eine Bewegung des elastischen Teils erzeugt wird und die innere Mischvorrichtung die Anteile von heißem und kaltem Wasser verändert.

Zur Erfüllung des niedrigen elektrischen Leistungsbedarfs zur Gewährleistung ei­ ner angemessenen Batterielebenszeit werden bei einer Ausführung der Erfindung Magnetschließ-Solenoidventile eingesetzt. Die Verwendung dieses Ventiltyps er­ gibt eine signifikante Leistungsersparnis, da nur Millisekunden an elektrischen An/Aus-Impulsen zum Betrieb der Mischvorrichtung über ihren ganzen Betriebs­ bereich erforderlich sind. Im Gegensatz dazu muß ein durch einen Elektromotor betriebenes Ventil kontinuierlich mit Energie versorgt werden, während es sich durch seinen ganzen Arbeitsbereich bewegt, wodurch erheblich größere Mengen an elektrischer Leistung verbraucht werden. Da sie nur Millisekunden an elektri­ scher Energie zur Ausführung ihrer Funktionen benötigen, wird der elektrische Leistungsbedarf durch die Verwendung von Verschlußventilen für den Haupt­ fluidstart- und -stopbetrieb auch in anderer Hinsicht der Erfindung minimiert. Die Trennung der Mischvorrichtung und der Hauptfluß-Start/Stop-Vorrichtung er­ möglicht es, daß die Einstellwertposition des Mischteils erhalten bleibt, wenn der Hauptfluß häufig gestartet und gestoppt wird. Die Start/Stop-Ventile für die Fluß­ funktion beseitigen das Erfordernis einer leckdichten Dichtung für die Mischvor­ richtung im abgeschalteten Zustand, wodurch die Vorrichtung einfacher und zu­ verlässiger wird, und verringern zudem den Betriebskraftbedarf des Mischteils, was zu einem geringeren elektrischen Leistungsverbrauch führt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann als eine weitere Ausführung der Mischventilbaugrauppe zur weiteren Veringerung des elektrischen Leistungs­ bedarfs des Mischventils ein Druckausgleichsventil hinzugefügt werden. Der Zweck des Mischventils ist es, die Druckschwankungen zu minimieren, die eine Abweichung von dem Mischungstemperatursollwert verursachen können, und die Beseitigung oder Reduzierung dieser Schwankungen durch das Ausgleichsventil verringert das Erfordernis, Mischvorrichtungen zum Wiedererreichen ihrer Soll­ werttemperatur elektrisch zu betätigen. Auf diese Weise reduziert das Ausgleichsventil den elektrischen Leistungsverbrauch signifikant. Auf eine andere Weise er­ laubt das Ausgleichsventil auch eine zusätzliche Leistungsersparnis durch die Er­ zeugung angeglichener Drücke in den Einlaßkanälen für heiße und kalte Fluide der Mischvorrichtung. Die angeglichenen Drücke ermöglichen einen Kraftabgleich quer über eine nicht abgeglichene Druckmischvorrichtung zur Ermöglichung einer Betätigung dieser Vorrichtung zum Betrieb mit minimalen Kräften und minimaler elektrischer Leistung.

Die Ventile der Erfindung sind mit Druckabfalleinrichtungen versehen, die als die innere Reibung in der Hauptkammer des Ventils gekennzeichnet werden können, die aus der besonderen Ventilkonstruktion resultiert, d. h. das Ventil muß mit ei­ nem ausreichenden Druckabfall über das Ventil ausgelegt werden, so daß eine ad­ äquate Druckdifferenz durch die Stellkanäle zum Bewegen des hydraulisch be­ wegbaren Teils verfügbar ist.

Vom Standpunkt der elektrischen Leistungsversorgung kann der Temperatursensor ohne weiteres entsprechend dem elektronischen Regelsystem für minimalen Lei­ stungsverbrauch ausgelegt werden und daher ist die Verringerung seines Lei­ stungsverbrauchs keine Aufgabe der Erfindung.

Andere Elemente der Mischventilbaugruppe, wie die Flußratensteuerung und die Rückflußventile sind vollständig mechanisch und benötigen daher keine elektri­ sche Leistung.

Obgleich die Erfindung primär auf die vollständige elektronische Regelung fo­ kussiert ist, kann das Mischventil auch einen Temperatursensor mechanischer Art und Steuerstellglieder wie z. B. Bimetallausführungen oder andere Alternativen zu dem elektrisch betätigten Stellventil und elektronischen Sensor verwenden.

Bei diesen Anwendungen wird das Mischventil eingestellt auf eine einzelne ver­ minderte Mischungs-Solltemperatur, wodurch das elektronische Regelsystem stark vereinfacht werden kann, da der Bedarf der Regelung der Mischungstemperatur nicht gegeben ist, sondern nur eine An-/Aus-Steuerung des Hauptflusses durch das Mischventil vorgesehen ist. Diese Systeme sind natürlich kostengünstig und wer­ den in Systemen angewendet, bei denen zwar elektronische Systemsteuerungen erwünscht sind, aber nicht in einem Ausmaß, daß die Mischungstemperaturen kontinuierlich variiert werden können. Diese Systeme sind auf kommerzielle Handwascharmaturanwendungen begrenzt, haben aber immer noch einen weiten Anwendungsbereich und ihren Reiz.

Dementsprechend wird durch die Kombination von Komponenten mit geringem Leistungsverbrauch, durch die Verwendung von mechanischen Einrichtungen zum Verringern des Leistungsbedarfs der Mischvorrichtung im Betrieb und durch die Reduktion der Betätigungen aufgrund von Druckschwankungen eine Vorrichtung mit einem Mischventilaufbau mit sehr geringem Leistungsverbrauch für ein prak­ tisches batteriegespeistes elektronisches Heiß- und Kaltfluid-Mischsystem ge­ schaffen.

Obgleich die Hauptaufgabe der Erfindung darin liegt, wie oben beschrieben eine Mischventilbaugruppe mit geringem elektrischen Leistungsverbrauch zu schaffen, die für Batteriebetrieb geeignet ist, kann die Kombination aller oder bestimmter Elemente auch bei Anwendungen eingesetzt werden, bei denen gewöhnlich gelie­ ferter Netzstrom bevorzugt wird oder erforderlich ist. Daher ist die Erfindung nicht auf batteriebetriebene Einrichtungen begrenzt.

Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung ist anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die ein Beispiel der Erfindung zeigt, ohne weiteres verständlich. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm der Erfindung, das die Elemente eines integrierten Mischventilaufbaus zur Verwendung in einem elektronischen Regelsy­ stem veranschaulicht;

Fig. 2 eine Ausführungsform der Erfindung, die eine abgeglichene Ventilre­ gel-Mischvorrichtung, Temperatursteuerventile und ein Membran- Stellglied beinhaltet;

Fig. 3 eine Ausführungsform der Erfindung, die eine federbelastete Druckab­ falleinrichtung beinhaltet, die in einem Auslaß des Ausführungsbei­ spiels der Fig. 2 angeordnet ist, und

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die eine Rotationsschei­ benmischvorrichtung, Temperatursteuerventile und ein Doppelmem­ bran-Stellglied beinhaltet.

Die integrierte Mischventilbaugruppe der Erfindung kann mit einer großen Vielfalt an Optionen ausgestattet sein, von der Basismischvorrichtung und ihrem Stellglied bis hin zu all ihren verfügbaren Ausführungsbeispielen. Da die Baugruppe die we­ sentlichen Sensoren, elektrischen Stellglieder, Vorrichtungen und Steuerungen enthält, kann das Elektroniksystem um diese Grundelemente herum entworfen und ausgelegt werden. Außerdem wird ein hohes Maß an Qualitätskontrolle dadurch erhalten, daß die innerhalb des Mischventils integrierten Komponenten einheitlich von einem Einzellieferanten-Herstellungsbetrieb geliefert werden. Diese Einheit­ lichkeit der Mischventilelemente vergrößert die Anzahl der bekannten Hardware­ komponenten für denjenigen, der die elektrische Steuerung entwirft und auslegt, und hilft die ordnungsgemäße Funktionsweise des gesamten Regelsystems zu ge­ währleisten, da bekannt ist, daß die integrierten Mischventilkomponenten die Spezifikation erfüllen, für die das elektronische Regelsystem ausgelegt ist. Im Ge­ gensatz hierzu ist bei einem elektronischen Regelsystem, bei dem die Mischventile nicht, wie hier beschrieben, eine integrierte Baugruppe bilden und verschiedene Elemente getrennt installiert werden, eine viel größere Wahrscheinlichkeit der Verwendung von Ersatzkomponenten gegeben. Dies könnte zu einem minderwer­ tigen oder fehleranfälligen System führen. Außerdem wird durch die Verwendung einer integrierten Baugruppe und Basissystemkomponenten im Vergleich zur Ein­ zelkomponenteninstallation eine erhebliche Installationskostenersparnis erzielt. Obgleich die Mischventilbaugruppe die Haupterfordernisse eines elektronischen Basissteuersystems abdeckt, könnten zusätzlich Sensoren, Ventile usw. für zusätz­ liche Betriebsfunktionen der Basismischventilsteuerung wie gewünscht oder be­ nötigt zu jeder beliebigen Anlage hinzugefügt werden. In ähnlicher Weise könnte die Mischventilbaugruppe mit den minimalen Komponenten geliefert werden, die für die Auslegung des elektronischen Systems vonnöten sind.

Bezugnehmend auf Fig. 1 veranschaulicht das Blockdiagramm Bestandteile der Erfindung, die in Kombination der Steuer- und Ventilelemente einen Aufbau bil­ den, der grundsätzlich mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist und eine Kombi­ nation darstellt mit einem Mischventil 11, einem Mischventil-Stellglied 12 mit einem Verbindungsteil 13 zum Betrieb des Mischventils 11, einem elektrisch betrie­ benen Ventil 14, das zwischen den Fluiddurchfluß-Stellkanälen 15 und 16 ange­ ordnet ist, die es mit dem Auslaßkanal 17 des Mischventils 11 und dem Stellglied 12 verbinden. Ein weiteres elektrisch betriebenes Ventil 18 ist zwischen den Fluiddurchfluß-Stellkanälen 19 und 20 angeordnet, die es mit dem Stellglied 12 und dem Auslaßkanal 17 des Mischventils 11 verbinden. Der Stellkanal 20 ist mit dem Auslaßkanal 17 stromaufwärts des Stellkanals 16 zur Bereitstellung des be­ nötigten Druckabfalls zum Betrieb des Stellglieds 12 verbunden. Der Ausfluß 21 ist zwischen der Stellkanalverbindung 20 und der Stellkanalverbindung 16 zur Er­ zeugung eines zusätzlichen Druckabfalls zum Betreiben des Stellglieds 12, falls nötig, angeordnet. Mit dem Auslaßkanal 17 sind auch eine Strömungsratensteue­ rung 22, ein Fluidtemperatursensor 23, der bei Änderung der Fluidtemperatur elektrische Signale übertragen kann, und ein elektrisch betätigbares Ventil 24, das einen Durchfluß gestattet und verhindert, und ein Auslaßanschluß 25 des Ge­ samtaufbaus 10 verbunden. Der Gesamtaufbau 10 umfaßt außerdem ein Aus­ gleichsventil 26 mit den Einlässen 27 und 28 und den Auslässen 29 und 30. Ein Rückflußverhinderungsventil 31 ist zwischen dem Gesamtaufbau-Einlaßanschluß 33 und dem Ausgleichsventileinlaß 27 angeordnet und ein Rückflußverhinde­ rungsventil 32 ist zwischen dem Gesamtaufbau-Einlaßanschluß 34 und dem Aus­ gleichsventileinlaß 28 angeordnet.

Die Zufuhr der Fluide mit verschiedenen Temperaturen zu den Einlaßanschlüssen 34 und 33 ermöglicht den Fluidstrom von dem Einlaßanschluß 34, durch das Rückflußverhinderungsventil 32, durch den Ausgleichsventileinlaß 28 und -auslaß 30 in das Mischventil 11. In ähnlicher Weise strömt durch den Einlaßanschluß 33 zugeführtes Fluid durch das Rückflußverhinderungsventil 31, durch den Aus­ gleichsventileinlaß 27 in das Ausgleichsventil 26 und durch seinen Auslaß 29 in das Mischventil 11. Die durch die Einlaßanschlüsse 33 und 34 zugeführten Fluide erreichen das Mischventil 11 wie beschrieben und strömen von dem Mischventil 11 als eine Mischung in den Auslaßkanal 17 durch die Strömungsratensteuerung 22 zu dem Temperatursensor 23, durch das elektrisch geöffnete Ventil 24 und dann zu dem Auslaßanschluß 25 des Gesamtaufbaus zur Verbindung einer Dusche oder einer Handwascheinrichtung.

Das Ausgleichventil 26 ermöglicht eine Angleichung der Drücke zwischen den Kanälen 29 und 30, falls der Versorgungsdruck an den Einlässen 33 und 34 schwankt, wodurch die Mischungsproportionierung und dadurch die Mi­ schungstemperatursteuerung am Ausflußkanal 17 gestört wird. Die Rückflußver­ hinderungsventile 31 und 32 verhindern das Ineinanderfließen durch das Misch­ ventil 11, wenn der Versorgungsdruck an den Einlässen 33 und 34 Druckunter­ schieden unterliegt. Weitere und detailliertere Aspekte der Rückflußverhinde­ rungsventile 31 und 32, des Ausgleichsventils 16, der Durchflußsteuerung 22, des Temperatursensors 23 und des Abschlußventils 24 sind kommerziell erhältlich und dem Fachmann gut bekannt und bedürfen keiner weiteren Erklärung.

Das Mischventil 11 wird durch eine innere Mischvorrichtung durch ein hydrauli­ sches Stellglied 12 über das Verbindungsteil 13 betrieben, das die beiden Fluide mit unterschiedlichen Temperaturen proportioniert, die bei 29 und 30 und in einen Mischungsablaßkanal 17 einströmen. Wenn die Mischung durch den Kanal 17 strömt, wird ein Druckabfall zwischen dem stromaufwärtigen Stellkanal 20 und dem stromabwärtigen Kanal 16 durch die innere Druckabfallseinrichtung erzeugt. Die daher zwischen den Stellkanälen 20 und 16 erzeugte Druckdifferenz wird durch das Öffnen der Stellventile 14 oder 18 auf ein druckempfindliches hydrauli­ sches Stellglied 12 aufgebracht, wodurch die Mischvorrichtung durch das Verbin­ dungsteil 13 zum Proportionieren der heißen und kalten Zufuhrfluide bewegt wird gemäß einer gewünschten Fluidmischungstemperatur im Kanal 17, wie durch den Temperatursensor 23 gemessen. Das Schließen der Steilventile 14 und 18 entfernt die Betätigungsdruckdifferenz über das hydraulische Stellglied 12 und fixiert da­ durch seine und die Position der Mischvorrichtung und die Mischungsflußtempera­ tur. Variable Millisekundenimpulse zum Öffnen und Schließen der Stellventile 14 und 18 bewegen das hydraulische Stellglied, um schrittweise die Proportionierung der heißen und kalten Zufuhrfluide zu ändern, zur Einstellung der gewünschten Mischungstemperatur. Der Temperatursensor 23 erfaßt und überträgt Signale der Mischungstemperatur an ein elektronisches Regelsystem (nicht gezeigt), welches durch eine elektronische Rückführschleife die Stellventile 14 und 18 öffnet und schließt, um die Mischungstemperatur in dem Auslaßdurchfluß 17 wirksam zu re­ geln.

Die Strömungsratensteuerung 22 erhält eine konstante Durchflußrate durch den Mischkanal 17 aufrecht, um eine konstante Druckdifferenz zwischen den Stellka­ nälen 20 und 16 zu erhalten, wodurch für eine gegebene Öffnungs- und Ver­ schlußzeit der Steilventile 14 und 18 die Bewegung des hydraulischen Stellglieds 12 über große Druckunterschiede quer über das Mischventil konstant bleibt und die Regelung der Mischungsproportionierung der heißen und kalten Zufuhrfluide vereinfacht wird. Durch das Hinzufügen paralleler Stellkanäle mit unterschiedlich großen der Öffnungen 35 und 36 können vielfache Stellgliedbewegungsge­ schwindigkeiten erzielt werden. Mehrstellige Stellgliedgeschwindigkeitsänderun­ gen können durch elektrische Betätigung eines Stellventils erzeugt werden, das in mehreren verschiedenen Steuerkanälen mit unterschiedlichen Mündungsgrößen zur Steuerung der Strömungsrate zu oder von dem Stellglied angeordnet sind. Dies ist hilfreich, wo ein schneller Mischungsfluß von einer extremen Temperatur zu einer anderen extremen erforderlich ist oder wo langsame oder kleine stufenweise Änderungen für eine genaue Temperatursteuerung benötigt werden. Ohne die Strömungsratensteuerung 22 für ein gegebenes Zeitinkrement zum Öffnen und Schließen der Steilventile 14 und 18 wird die Bewegung des hydraulischen Stell­ glieds 12 gemäß der variierenden Strömungsdruckdifferenz zwischen den Stellka­ nälen 20 und 16 variieren. Obwohl die Strömungssteuerung 22 für den Betrieb des Mischventils nicht wesentlich ist, wird ihre Verwendung grundsätzlich bevorzugt.

Bezugnehmend auf Fig. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mischven­ tils und des Stellgliedaufbaus mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet und enthält ein Gehäuse 50, Fluideinlässe 51 und 52 mit den jeweiligen Fluidkanälen 53 und 54, die mit den Kanälen 55 und 56 in Verbindung stehen, alle mit grundsätzlich kreisförmigem Querschnitt, wobei die Durchflüsse 55 und 56 durch ein verschieb­ bares Kolbenteil 57 und einen darum verlaufenden Dichtungsring 58 abgetrennt und abgedichtet sind. Der Kolben 57 ist an Ventilen mit Ventilkegeln 60 und 61 durch die jeweiligen Teile 62 und 63 befestigt zur Bildung eines hin- und herbe­ weglichen Queraufbaus 59 zum Hin- und Herbewegen der Ventilkegel 60 und 61 über eine Strecke, die durch den Kontakt der jeweiligen Ventilkegel in ihren je­ weiligen Sitzen 64 und 65 begrenzt ist. Der Ventilkegel 60 ist an dem Aufbau 59 mit einer Federklemme 74 befestigt, eine Schraube 75 befestigt die elastomere Membran 88 zwischen dem Führungsteil 76 und dem Endflansch 77 des Ventilke­ gels 61, die Membran 88 mit dem Queraufbau 59 ist durch die Feder 94 vorgespannt, so daß normalerweise der Ventilkegel 61 gegen den Sitz 65 angedrückt ist und der Ventilkegel 60 von seinem Sitz 64 wegbewegt ist. Der Queraufbau 59 ist ein druckabgeglichener Aufbau, bei dem der Durchmesser der Druckfläche des Kolbens 57 mit der Druckfläche der Ventilkegel 60 und 61 abgeglichen ist und ein Betrieb des Queraufbaus 59 mit einer minimalen Vorspannkraft der Feder 94 er­ möglicht wird. Alternativ kann zum Weglassen der Feder 94 die Vorspannung des Queraufbaus 59 dadurch erzielt werden, daß eine relativ größere Druckabgleichs­ fläche des Kolbens 57 im Vergleich zur Druckfläche des Ventilkegels 61 verwen­ det wird. Innerhalb des Gehäuses 50 und stromabwärts der Sitze 64 und 65 ist eine Mischkammer 70 ausgebildet. Eine Mündungsöffnung 71 ist zwischen der Misch­ kammer 70 und dem Mischungsdurchflußkanal 72 angeordnet, der am Auslaß 73 endet. Das Gehäuse 50 enthält außerdem die Stellkanäle 80 und 81, die mit den Stellkanälen 82 und 83 des Stellgliedkörpers 84 in Verbindung stehen, der an das Gehäuse 50 montiert ist.

Innerhalb des Stellgliedkörpers 84 ist ein elektrisch betriebenes Öffnungs- und Schließteil 90 zwischen den Stellkanälen 82 und 85 angeordnet, um den Durchfluß des Fluids aus der Kammer 87 durch die Stellkanäle 85, 82 in den Stellkanal 80 und zum Mischungsdurchflußkanal 72 zu gestatten und zu verhindern. Ein elek­ trisch betriebenes Öffnungs- und Schließteil 89 ist zwischen den Stellkanälen 83 und 86 angeordnet und gestattet oder verhindert die Strömung des Fluids von der Kammer 66 durch die Kanäle 81, 83 und 86 zur Kammer 87. Die elastomere Membran 88 mit einer ringförmigen um ihren äußeren Umfang gebildeten Verdic­ kung 91 ermöglicht eine Fluiddichtung zwischen dem Gehäuse 50 und dem Stellgliedkörper 84. Die elastomeren Dichtringe 92 und 93 sind zwischen den Ka­ nälen 80 und 82 und zwischen den Kanälen 81 und 83 angebracht zur Vervoll­ ständigung der Fluiddichtung für die Befestigung des Körpers 84 an dem Gehäuse 50. Ein Abschlußdeckel 95 mit einem Dichtring 96 ist an dem Gehäuse 50 zur Vervollständigung des Mischventils und des Stellgliedaufbaus befestigt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wird die Proportionierung der über die Einlässe 51 und 52 zugeführten mit unterschiedlicher Temperatur einströmenden Fluide zur Regelung der Temperatur am Auslaß 73 durch die axiale Positionierung des Queraufbaus 59 bestimmt. Die Positionierung des Queraufbaus 59 wird durch Öffnen und Schließen der Stellteile 89 und 90 vorgenommen, die das Volumen des Fluids in der Kammer 87 steuern. Bei geöffneter Stellung des Teils 90 steht der Druck des Mischungsdurchflußkanals 72 mit der Kammer 87 in Verbindung, wo­ durch eine Druckdifferenz quer über das Membranteil 88 zur Erzeugung einer Kraft gebildet wird, die die Kraft der Feder 94 übertrifft, um dadurch den Ventil­ kegel 61 weg von seinem Sitz 65 zu bewegen, zur Erhöhung des Flusses von dem Versorgungskanal 54, und gleichzeitig bewegt sich der Ventilkegel 60 näher an den Sitz 64 zur Erniedrigung der Fluidzufuhr durch 53, wobei beide Fluide zu­ sammen in die Mischkammer 70 fließen, quer durch die Mündungsöffnung 71, in den Mischungskanal 72 und den Auslaß 73.

Das Schließen des Teils 90 beseitigt die Druckdifferenz quer über die Membran 88 und fixiert dadurch die axiale Position des Queraufbaus 59 und die Strömungs­ mengen an den Ventilkegeln 60 und 61. Bei geöffneter Stellung des Teils 89 steht die Kammer 87 mit der Kammer 66 in Verbindung, wodurch ein Durchfluß von der Kammer 66 zur Kammer 87 ermöglicht wird und dadurch ermöglicht die Fe­ derkraft 94 eine Bewegung des Queraufbaus 59 in Richtung auf ein Verschließen des Ventilkegels 61 und ein Öffnen des Ventilkegels 60. Das Schließen des Teils 89 verhindert einen Fluß von der Kammer 66 zur Kammer 87, wodurch jede wei­ tere Bewegung des Queraufbaus 59 gestoppt wird, und dadurch werden die Mi­ schungsanteile in der Kammer 70 und dem Mischungsströmungskanal 72 festge­ legt. Die Öffnungszeit der Teile 89 und 90 bestimmt die axiale Bewegung und Positionierung des Querteils 59 und die beabstandeten Ventilkegel 60 und 61 be­ wegen sich in Richtung auf oder von ihren jeweiligen Sitzen 64 und 65 und pro­ portionieren dadurch den Fluß des Fluids von den Durchflußkanälen 53 und 54 zur Mischkammer 70. Intervalle mit längeren Öffnungszeiten der Teile 89 oder 90 führen zu großen axialen Bewegungen des Querteils 59, wie sie auftreten können, wenn die gewünschte Mischungstemperatur von einem Extrem zum anderen ver­ ändert wird. Wenn die Teile 89 und 90 elektrisch betätigte Magnetschließventile verwenden, kann der Queraufbau 59 mit äußerst geringem elektrischen Leistungs­ bedarf durch seinen äußersten Bewegungsbereich bewegt werden durch einzelne wenige Millisekunden an elektrischen Impulsen, die zum Öffnen und Schließen der Teile 89 und 90 erforderlich sind. Wenn eine geringe schrittweise Positionie­ rung des Queraufbaus zur genauen Fluidproportionierung und Steuerung der Mi­ schungstemperatur erforderlich ist, werden die Teile 89 und 90 zum Öffnen und Schließen mit ihren geringstmöglichen Millisekundenzeiten elektrisch gepulst. In Abhängigkeit von der Genauigkeit der benötigten Mischungstemperaturregelung können mehrere Millisekunden-Impulszyklen zwischen den Teilen 89 und 90 auf­ treten, bis eine gewählte Mischungstemperatur erzielt wird, woraufhin keine wei­ teren elektrischen Impulse und elektrischer Energieverbrauch notwendig sind, da die Position des Queraufbaus 59 und dadurch der Fluidproportionierung erhalten bleibt.

Die Druckabfallvorrichtung, beispielsweise in Fig. 2, umfaßt eine innere Strö­ mungswegkonfiguration innerhalb des Ventils. Der Strömungsweg erzeugt den Druckabfall der Fluidströmung, während das Fluid von der Kammer 66 durch die Mischkammer 70 zum Auslaßdurchfluß 72 fließt. Der beschriebene Strömungs­ wegdruckabfall kann erniedrigt oder verstärkt werden, um in Abhängigkeit der Kraft, die nötig ist, um gegen das Federteil 94 zu wirken, einen geringeren oder größeren Druckabfall zu ermöglichen.

In Verbindung mit Fig. 2 veranschaulicht Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit ei­ nem Ventilgehäuse 50 und innerhalb des Gehäuses 50 einer Kammer 70, einer Einlaßbohrung 160, einem Kanal 79 und einem Steuerkanal 80, alle in Verbindung mit einem Armaturenauslaßteil 73 zum Ablassen des Mischungsfluidflusses. Ein ringförmiger Ventilsitz 161 ist koaxial innerhalb des Kanals 79 ausgebildet und ein runder Vorsprung 162 erstreckt sich von der Einlaßbohrung 160 und strom­ aufwärts des Steuerungskanals 80, ein auf Druck ansprechendes Teil 164 hat eine Wirkdruckfläche gebildet durch die Fläche 166 zum Kontaktieren des Sitzes 161 und ein geriffeltes Teil 168, das verschiebbar in Eingriff steht mit der Wand der Bohrung 160 zur Führung des Teils 164 und der Fläche 166 zum Kontaktieren des Sitzes 161, eine Vorspannfeder 167 steht in Eingriff mit einem zylinderförmigen Vorsprung 169 zum Vorspannen des Teils 164 und seiner Wirkdruckfläche der Fläche 166 gegen den Sitz 161, um einen feststehenden Druckabfall quer über den Sitz 161 und die Flächen 166 zu erzeugen und ein Federhalter 171 ist zwischen dem Auslaßarmaturenteil 73 und dem Gehäuse 50 gehalten zur Sicherung des Fe­ derhalters 171 in einer fixierten Stellung.

Wenn in Fig. 3 eine Strömung von der Kammer 70 zum Auslaß 73 variabel ist, aber innerhalb des ausgelegten Strömungsbereichs von Wasserhahn-Anwendun­ gen liegt, typischerweise von 0,5 bis 2,5 GPM (≘ 1,89-5,67 l/min), wirkt die Kraft der Feder 167 durch das Teil 164 und dadurch auf die Wirkdruckfläche der Fläche 166 und gegen die Strömung zur Erzeugung eines Druckabfalls quer über die Öffnung, die durch den Fluß zwischen der Sitzfläche 161 und der Fläche 166 gebildet wird. Der Bewegungsabstand der Fläche 166 und des Teils 164 von der Sitzfläche 161 bildet eine Durchflußfläche, die zum Aufrecherhalten des Druckab­ falls notwendig ist, wie er durch die durch Konstruktion ausgelegte Kraft der Fe­ der 167 und die Wirkdruckfläche der Fläche 166 erzeugt wird. Daher wird für jede gegebene Strömungsrate innerhalb der ausgewählten Konstruktionsgrenzen die Fläche 166 im Abstand von der Sitzfläche 161 variieren zur Erzeugung einer va­ riablen Querflußfläche, die durch einen konstanten Druckabfall durch die durch Konstruktion ausgelegte Kraft der Feder 167 aufrechterhalten wird, die gegen die durch Konstruktion ausgelegte Wirkdruckfläche der Fläche 166 wirkt. Bezugneh­ mend auf beide Fig. 2 und 3 wird der gewünschte konstante Druckabfall über das druckempfindliche Teil 88 auch dann erhalten, wenn das Stellglied 90 in einer geöffneten Stellung ist, da der gewünschte Druckabfall mit variablen Strömungsra­ ten durch die variable Strömungsfläche quer über die Sitzfläche 161 und die Flä­ che 166 und daher auch quer über die Strömungsverbindung von der Kammer 66 zu den Stellkanälen 80, 82 aufrechterhalten wird.

Die Ausführungsform der Fig. 2 ist hauptsächlich bei solchen Duschensteuerungen anwendbar, bei denen die Strömungsratensteuerung normalerweise bei einem ein­ zelnen Wert von 2,5 GPM gehalten wird. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 zur Verwendung im Ventil der Fig. 2 ist hauptsächlich anwendbar für Handwaschwas­ serhähne, bei denen die Strömungsregelungen des Strömapparats über einen er­ heblichen Flußbereich variieren (gewöhnlich 0,5 bis 2,5 GPM) (≘ 1,89-­ 5,67 l/min). Die Auswahl der Ausführung hängt von der Anwendung ab und von der Rechtfertigung der erhöhten Kosten, die durch den Aufbau der Fig. 3 hinzu­ kommen, der jedoch eine Betriebsflexibilität ermöglicht.

In Fig. 4 wird ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht und mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet, mit einem Gehäuse 101 mit Fluideinlaß­ kanälen 102 und 103 mit grundsätzlich kreisförmigem Querschnitt, die mit den Kanälen 104 und 105 in Verbindung stehen, die an den Aperturen 106 und 107 enden und in verschiebbarem Kontakt mit einer an der Welle 110 befestigten, ro­ tierbaren Mischscheibe 108 steht, die in den Lagern 111 und 112 rotiert. An der Welle 110 ist ein Ritzel 113 befestigt, das in einen Zahnstangentrieb 114 eingreift zum Antrieb des Ritzels 113 und der rotierbaren Mischscheibe 108. Ein an das ei­ ne Ende des Zahnstangentriebs 114 befestigter Kolbenaufbau 115 und ein an dem gegenüberliegenden Ende des Zahnstangentriebs 114 befestigter Kolbenaufbau 116 erlauben es, den Zahnstangentrieb 114 hin- und herzubewegen zur Drehung des Ritzels 113, der Welle 110 und der Mischscheibe 108, wodurch die Fluidka­ naldurchflußflächen der Aperturen 106 und 107 durch die Stellung der Misch­ scheibe 108 variiert werden können. Innerhalb des Gehäuses 101 und stromab­ wärts der Aperturen 106 und 107 ist eine Mischkammer 117 mit Begrenzungsöff­ nungen 120 und 121 in der Mischkammer 117 angeordnet. Eine Strömungsraten­ steuerung 124 und ein Temperatursensor 125 und ein Auslaß 126 stehen in Ver­ bindung mit dem Durchfluß 122 und der Kammer 117. Die Mischkammer 117 steht in Verbindung mit einer Kammer 130 durch einen Stellkanal 131, ein elek­ trisch gesteuertes Öffnungs-/Schließteil 132 und einen Stellkanal 133. Die Misch­ kammer 117 steht auch in Verbindung mit der Kammer 134 durch den Stellkanal 135, das elektrisch gesteuerte Öffnungs-/Schließteil 136 und einen Stellkanal 137. Die Kolbenaufbauten 115 und 116 enthalten je eine Membran 140 und 141 mit ei­ ner Verdickung 142 und 143 um ihren äußeren Umfang für eine Fluiddichtung zwischen den jeweiligen Kammern 130 und 134 und der Mischkammer 117. Die elastomeren Membranen 140 und 141 sind an dem Kolben 140 und 145 befestigt und enthalten eine Mündungsöffnung 146, die zwischen der Kammer 130 und der Mischkammer 117 angeordnet ist, und eine Mündungsöffnung 147, die zwischen der Kammer 134 und der Mischkammer 117 angeordnet ist.

An dem Gehäuse 101 sind elektrisch betriebene An-/Aus-Ventile 150 und 152 montiert. Das Ventil 150 steuert die Fluidströmung zu dem Kanal 102 von einem Versorgungsfluid, das über den Einlaß 151 des An-/Aus-Ventils 150 eingebracht wird, während das elektrisch betriebene An-/Aus-Ventil 152 die Fluidströmung eines zweiten in den Einlaß 153 des An-/Aus-Ventils 152 eingebrachten Versor­ gungsfluids zu dem Kanal 103 steuert.

Wenn ein relativ heißes Fluid an dem Einlaß 151 zugeführt wird und ein relativ kaltes Fluid an dem Einlaß 153 der elektrisch geöffneten Ventile 150 und 152 zu­ geführt wird, fließt heißes Fluid durch die Kanäle 102, 104 und durch die variable Durchflußflächenapertur 106 und kaltes Fluid fließt durch die Kanäle 103, 105 und durch die variable Durchflußflächenapertur 107, wo beide Fluide abgelassen und in die Kammer 117 gemischt werden zur Erzeugung einer Mischungstempera­ tur im Verhältnis zu der Strömungsfläche der Apertur 106 für das heiße Fluid und der Strömungsfläche der Apertur 107 für das kalte Fluid, wie durch die Rotations­ stellung der Mischscheibe 108 bestimmt, Fig. 4. Die gemischten Fluide strömen dann in die Kammer 117 durch die Begrenzungsöffnungen 120 und 121 in den Mischungskanal 122, durch die Strömungsratensteuerung 124 und den Tempera­ tursensor 125 und durch einen Auslaß 126 zu einer Dusche oder einer Wasser­ hahnarmatur (nicht dargestellt). Die Temperatursteuerung des Mischungsflusses wird durch das Öffnen und Schließen der Öffnungs-/Schließ-Stellteile 132 und 136 bewerkstelligt. Wenn das Teil 132 geöffnet ist, wird ein Flußweg von der stromaufwärtigen Seite der Kammer 117 durch die Mündungsöffnung 146 in die Kammer 130, die Kanäle 133, 131 und durch das geöffnete Stellteil 132 zur stromabwärtigen Seite der Kammer 117 gebildet. Die Strömung durch die Mün­ dungsöffnung 146 erzeugt einen Druckabfall quer über den Kolbenaufbau 115 und die Membran 140 zur Erzeugung einer Kraft zur Bewegung der Kolbenaufbauten 115, 116, des Zahnstangentriebs 114, zur Drehung des Ritzels 113, der Welle 110 und der Mischscheibe 108 zum Variieren der Aperturflächen 106 und 107 zum Proportionieren der heißen und kalten Fluide von den Kanälen 102 und 103 zur Steuerung der Mischungstemperatur. Das Schließen des Teils 132 beseitigt den Druckabfall und die Kräfte quer über den Kolbenaufbau 115, wodurch dessen Be­ wegung, die des Zahnstangentriebs 114 und die Drehung der Mischscheibe 108 gestoppt wird und wodurch die Flächen der Aperturen 106 und 107 fixiert werden zum Beibehalten der Anteile der heißen und kalten Fluide in dieser Mischschei­ benstellung. Die Öffnungs- und Schließbetätigung des Öffnungs-/Schließteils 136 verursacht eine Bewegung des Kolbenaufbaus 116, des Zahnstangentriebs 114 und der Scheibe 108 in ähnlicher Weise wie zuvor beschrieben für die Betätigung des Öffnungs-/Schließteils 132, außer daß die Mischscheibe 108 in die entgegenge­ setzte Richtung rotiert. Daher wird beim Öffnen und Schließen der Stellteile 132 und 136 die Mischscheibe 108 in die eine oder andere Richtung rotiert zum Variie­ ren der Fläche der Aperturen 106 und 107, und dadurch variieren die Anteile der heißen und kalten Fluide für die Steuerung der Mischungstemperatur. Relative lange Öffnungszeiten der Öffnungs-/Schließteile 132 und 136 erzeugen relativ große Änderungen der Mischungstemperatur, wohingegen relativ kurze Öffnungs­ zeiten zu geringen Änderungen der Mischungstemperatur für die genauere Temperatursteuerung führen. Die Strömungsratensteuerung 124 wird zum Beibehalten einer relativ konstanten Mischungsströmungsrate unabhängig von den Druckände­ rungen der Versorgungsfluide an den Einlaßkanälen 102 und 103 verwendet. Da die Strömungsrate der Mischung durch die Mischkammer 117 und die Begren­ zungsöffnung 120 und 121 relativ konstant gehalten wird, wird auch ein konstan­ ter Druckabfall durch die Mischungsdurchflußkammer 117 beibehalten. Die Be­ grenzungsöffnungen 120 und 121 können entfernt oder vergrößert oder verkleinert werden zur Erzeugung eines gewünschten Druckabfalls quer über die Kammer 117 zur Erzeugung der Kräfte, die quer über die Kolbenaufbauten 115, 116 zur Betätigung der Mischscheibe 108 benötigt werden. Dieser konstante Druckverlust, der gleiche wie der Druckverlust quer über den Kolbenaufbau 115, wenn das Teil 132 geöffnet, und quer über den Kolbenaufbau 116, wenn das Teil 136 geöffnet ist, erzeugt eine konstante Drehbewegung der Mischscheibe 108 für eine gegebene Öffnungszeit des Teils 132 oder 136, sogar in dem Falle, daß Fluiddruckänderun­ gen in den Zufuhrkanälen 102 und 103 auftreten. Ohne die Strömungsratensteue­ rung 124 würden Druckänderungen in diesen Zufuhrkanälen einen Anstieg oder Abfall des Flusses und des Druckabfalls quer über die Kammer 117 erzeugen und eine variable Drehbewegung der Mischscheibe 108 für eine gegebene Öffnungs­ zeit der Teile 132 oder 136 verursachen. Obgleich der Funktionsbetrieb des Mischventilaufbaus 100 auch ohne Strömungsratensteuerung 124 erhalten werden könnte, wären die Drehpositionierung der Scheibe 108 und die Regelung der Mi­ schungstemperatur schwieriger zu bewerkstelligen.

Obgleich bestimmte bevorzugte Ausführungsformen hier beschrieben und gezeigt wurden, ist es selbstverständlich, daß viele Änderungen und Modifikationen vor­ genommen werden können, ohne den Umfang der angefügten Ansprüche zu ver­ lassen.

Claims (27)

1. Hydraulisch betätigtes Mischventil zum Betrieb innerhalb eines Systems zur Steuerung der Strömung und der Temperatur von gemischten heißen und kalten Fluiden mit

• a) einem Gehäuse (50) mit einer Hauptkammer mit Heiß- und Kaltflui­ deinlässen zur Aufnahme heißer und kalter Zufuhrfluide;
  • - ein hydraulisch bewegbares auf Fluiddruckunterschiede ansprechen­ des Teil (12; 88) zur Unterteilung der Hauptkammer in eine Stell­ kammer (87) und eine Mischkammer (70);
  • - ein Auslaß (73) zum Ablassen der gemischten heißen und kalten Flui­ de;
  • - eine innere Mischvorrichtung (59), die auf die Bewegung des hydrau­ lisch bewegbaren Teils (12; 88) anspricht;
  • - eine Druckabfallvorrichtung zugehörig zu der Kammer zur Erzeugung einer ausreichenden Druckdifferenz quer über das hydraulisch beweg­ bare Teil (88) zum Betätigen des bewegbaren Teils (12; 88) und ent­ sprechend zur Bewegung der Mischvorrichtung (11; 59);
  • - wenigstens zwei Stelldurchflüsse (15, 16, 19, 20; 80, 82, 85, 81, 83, 86), von denen einer die Stellkammer (87) mit einer stromaufwärtigen Seite der Druckabfallvorrichtung und der andere die Stellkammer (87) mit einer stromabwärtigen Seite der Druckabfallvorrichtung verbindet, und
  • - ein Stellventil (14, 18; 89, 90) zugehörig zu wenigstens einem der Stelldurchflüsse (15, 16, 19, 20; 80, 82, 85, 81, 83, 86) zur Steuerung der Fluidströmung in dem Stelldurchfluß (15, 16, 19, 20; 80, 82, 85, 81, 83, 86), wodurch eine Bewegung des hydraulisch bewegbaren Teils (12; 88) erzeugt wird und die innere Mischeinrichtung (11; 59) die Anteile von heißem und kaltem Fluid zur Steuerung der Fluidmi­ schungstemperatur ändert.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellventil (14, 18; 89, 90) elektrisch betrieben wird.

3. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Druckabgleichventil (26) zur Erzeugung eines im wesentlichen gleichen Druckes an den Einlässen (33, 34; 51, 52) für heiße und kalte Fluide.

4. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Strömungssteuereinrich­ tung (22), die am Auslaß positioniert ist zum Aufrechterhalten einer im we­ sentlichen konstanten Strömung und eines stabilen Druckabfalls von den Einlässen (33, 34; 51, 52) zu dem Auslaß (25; 73).

5. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor (23) zugehörig zu dem Stellventil (14, 18; 89, 90) zur Steuerung der Strömung in dem Stellkanal (15, 16, 19, 20; 80, 82, 85, 81, 83, 86) in Abhängigkeit der Temperaturabweichung der gemischten heißen und kalten Fluide, wodurch die Bewegung des hydraulisch bewegbaren Teils (12; 88) erzeugt wird und die innere Mischvorrichtung (11; 59) die Anteile der heißen und kalten Flui­ de zur Temperaturregelung der Fluidmischung verändert.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (23) elektrische Signale in Abhängigkeit von den Temperaturänderungen der gemischten Fluide zur Regelung des Stellventils (14, 18; 89, 90) überträgt.

7. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ventileinrichtung (24) zum Gestatten und Verhindern der Fluidströmung durch die Einlässe (33, 34; 51, 52) und den Auslaß (25, 73).

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (24) elektrisch betrieben wird.

9. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Rückflußventile (31, 32) stromabwärts der Einlässe (33, 34) zur Verhinderung des Rückflusses der zugeführten heißen und kalten Fluide.

10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückflußventile (31, 32) eine integrierte Einheit sind.

11. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch betrie­ bene Ventil (24) durch eine elektrisch betätigte Magnetschließeinrichtung betrieben wird.

12. Ein Mischventil als Teil eines Regelsystems zum Aufrechterhalten einer strömenden Mischung aus heißen und kalten Fluiden auf einem relativ kon­ stanten voreingestellten Temperaturniveau mit

• - heißen und kalten Fluideinlässen (51, 52; 33, 34) zum jeweiligen Emp­ fangen der heißen und kalten Fluide und einem Auslaß (25; 73) zum Ablassen der gemischten Fluide darin;
• - einer Hauptkammer innerhalb des Mischventils (11), die durch ein auf Druck ansprechendes hydraulisch bewegbares Teil (88; 12) in eine Mischkammer (70) und eine Stellkammer (87) unterteilt ist, und die Mischkammer (70) so angeordnet ist, daß sie die heißen und kalten Flui­ de von den Mischventileinlässen (51, 52; 33, 34) empfängt und die ge­ mischten Fluide durch den Mischungsventilauslaß (73; 25) abläßt, wobei das hydraulisch bewegbare Teil (88; 12) in einer Stellung fixiert ist, wenn der Druck zwischen den Kammern (70, 87) ausgeglichen ist;
• - innere Ventilmischeinrichtung (11; 59) innerhalb der Mischkammer (70) zur Steuerung der Anteile der heißen und kalten Fluide, die der Misch­ kammer (70) durch die Einlässe (51, 52; 33, 34) zugeführt werden, wo­ bei die innere Ventilmischeinrichtung (11; 59) durch die Bewegung des hydraulisch bewegbaren Teils (12; 88) betätigt wird;
• - eine Druckabfallvorrichtung quer über die Stellkammer (87) zum Erzeu­ gen eines Druckabfalls quer über das hydraulisch bewegbare Teil (88; 12) zur Ermöglichung einer Bewegung des Teils (88; 12) zur Bewegung der Mischvorrichtung (11; 59);
• - ein Stelldurchfluß (15, 16; 80, 82, 85) der eine stromaufwärtige Seite der Druckabfallvorrichtung mit der Stellkammer (87) verbindet, wobei der Stelldurchfluß (15, 16; 80, 82, 85) ein elektrisch betätigtes zugehöriges Ventil (14; 90) aufweist zur Regulierung der Fluidströmung hierdurch und
• - einen Stelldurchfluß (19, 20; 81, 83, 86), der eine stromabwärtige Seite der Druckabfallvorrichtung mit der Stellkammer (87) verbindet und ein daran angeschlossenes elektrisch betriebenes Ventil (18; 89) zur Regulie­ rung der Fluidströmung hierdurch aufweist.

13. Ventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulisch be­ wegbare Teil (12; 88) eine Membran ist.

14. Ventil nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein Ausgleichsventil (26) zum Aufrechterhalten eines im wesentlichen gleichen Wasserdrucks an den Einlässen (33, 34) für heiße und kalte Fluide.

15. Ventil nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Strömungssteuervor­ richtung (22) mit einem Einlaß zur Aufnahme der gemischten Fluide, die von dem Mischventilauslaß abgelassen werden, und die einen Ablaßauslaß und Mittel zum Aufrechterhalten des Wasserflusses von dem Ablaßauslaß bei ei­ ner vorbestimmten konstanten Geschwindigkeit aufweist, wodurch ein im wesentlichen stabiler Druckabfall von den Mischventileinlässen zu dem Mischventilauslaß aufrechterhalten wird.

16. Ventil nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor (23), der angeschlossen ist an den Auslaß und Ablaß (17) der gemischten heißen und kalten Fluide und der ausgelegt ist, elektronische Signale als Re­ aktion auf die Änderung der Ablaßwassertemperatur von dem vorbestimmten Niveau an das elektrisch betriebene Ventil zum jeweiligen Öffnen und Schließen dieser Ventile (14, 15; 89, 90) zu übertragen, wodurch das Volu­ men innerhalb der Stellkammer (87) geändert wird, was dazu führt, daß das hydraulisch bewegbare Teil (88) die innere Ventilmischvorrichtung (59; 11) betätigt zum Bewegen und Ändern der Anteile der heißen und kalten Fluide zum Aufrechterhalten der festgesetzten Temperatur.

17. Ventil nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine elektrisch betriebene Ventilvorrichtung (24) zum Erlauben und Verhindern des Stroms durch die Einlässe (33, 34) und den Auslaß (25).

18. Ventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (88) federvorgespannt ist umgekehrt zur Richtung des hydraulisch bewegbaren Teils.

19. Ventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch betrie­ bene Ventil (24) durch eine elektrisch betätigte Magnetschließeinrichtung betrieben wird.

20. Ventilsystem nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Batterie als elektrische Energieversorgung.

21. Ein Verfahren zur Erzeugung einer geregelten Mischungstemperatur heißer und kalter Fließfluide zum Erhalt einer ausgewählten Fluidmischungstempe­ ratur, wobei das Verfahren einen relativ geringen Energiebedarf zum Betrieb hat mit den Schritten

• a) Bereitstellen eines Mischventils (11) mit einer Mischkammer (70), Ein­ lässen (33, 34; 51, 52) für heiße und kalte Fluide und einem Auslaß (25; 73) für eine Fluidmischung,
• b) Bereitstellen von Stelldurchflüssen (15, 16, 19, 20; 80, 82, 85, 81, 83, 86);
• c) Bereitstellen eines Stellventils (14, 18; 89, 90) zur Steuerung eines Fluidflusses in wenigstens einem der Stelldurchflüsse;
• d) Bereitstellen eines hydraulischen bewegbaren Teils (88), das auf eine Fluidströmung zu oder von den Steuerdurchflüssen (15, 16, 19, 20; 80, 82, 85, 81, 83, 86) anspricht;
• e) Bereitstellen von Mitteln (88) zum Unterteilen der Hauptkammer in eine Stellkammer (87) und eine Mischkammer (77) und zum Steuern des Flusses zwischen diesen, wobei die Mischkammer (77) in Verbindung mit den Einlässen (33, 34; 51, 52) und dem Auslaß (25; 73) steht;
• f) Bereitstellen von Mischmitteln (59) innerhalb der Mischkammer (77) zum Proportionieren der heißen und kalten Fluide, die durch die Einlässe (33, 34; 51, 52) eingebracht werden, um durch den Auslaß (25; 73) abge­ lassen zu werden, und die Mischmittel (59) werden betätigt durch die Bewegung des hydraulisch bewegbaren Teil-Unterteilungsmittels (88),
• g) Erzeugen eines Druckabfallmittels quer über die Stellkammer (87), um dem hydraulisch bewegbaren Teil (88) zu gestatten, die Mischmittel (59) auf Betätigung von dem Stellventil (14, 15; 89, 90) hin zu bewegen;
• h) Erfassen der Auslaßtemperatur des gemischten Fluids und
• i) hydraulisches Vergrößern und Verkleinern des Volumens der Stellkam­ mer (87) als Reaktion auf die Auslaßwassertemperatur, wodurch eine geringe Vergrößerung oder Verkleinerung des Stellkammervolumens die Mischmittel (59) betätigen wird zur Änderung der Auslaßtemperatur der Fluidmischung.

22. Verfahren nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch den Schritt des Vergrö­ ßerns des Volumens der Stellkammer durch Verwendung von Federmitteln (94) zum Unterstützen des hydraulisch bewegbaren Teil-Unterteilungsmittels (88).

23. Verfahren nach Anspruch 21, wobei Schritt f) den Schritt des Verbindens der Stellkammer (87) mit dem Fluidmischungsauslaß (72) einschließt zur Ver­ ringerung des Volumens der Stellkammer (87) und Verbinden der Stellkam­ mer (87) mit der Mischkammer (70) zum Vergrößern des Druckes in der Stellkammer (87).

24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt 15) beinhal­ tet den Schritt des Druckabgleichs der Kräfte, die mit den Mischmitteln (59) verbunden sind zur Minimierung der Betätigungskräfte des hydraulisch be­ wegbaren Teils (88).

25. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt g) den Schritt des Erzeugens eines im wesentlichen konstanten Druckabfalls quer über die Steuerkammer umfaßt zum Ermöglichen, daß das hydraulisch be­ wegbare Teil (88) die Mischmittel (59) in direktem Verhältnis zu Öffnungs­ zeitabschnitten des Stellventils (14, 18; 89, 90) bewegt, wodurch lange bzw. kurze Dauer der schrittweisen Öffnungszeiten entsprechend große und kleine Bewegungen des beweglichen Teils hervorrufen mit daraus resultierenden großen und kleinen Mischungstemperaturänderungen.

26. Verfahren nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch den Schritt des Erzeu­ gens eines größeren oder kleineren konstanten Druckabfalls quer über die Stellkammer zum Ermöglichen, daß das hydraulisch bewegbare Teil die Mischmittel (59) mit einer schnelleren oder langsameren konstanten Bewe­ gungsgeschwindigkeit bewegt.

27. Verfahren nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch den Schritt des Bereit­ stellens einer größeren oder kleineren Stellkanalströmungsfläche zum Erzeu­ gen eines größeren oder kleineren Stroms quer über das hydraulisch beweg­ bare Teil (88) zum Bewegen der Mischmittel (59) mit einer schnelleren oder langsameren konstanten Bewegungsgeschwindigkeit.