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Die Erfindung betrifft ein Wassersparsystem für Sanitärarmaturen für unterschiedliche Zapfstellen, wie zum Beispiel Dusche, Badewanne oder Waschbecken, im privaten, kommerziellen und öffentlichen Bereich nach dem Obergriff des Patentanspruches 1.
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Die Hauptfunktion einer Sanitärarmatur besteht darin das kalte und heiße Wasser, welches aus der installierten Wasserleitung zur Verfügung gestellt wird, zu mischen und bedarfsgerecht den Verbraucher zur Verfügung zu stellen. Die eingestellte Wunschtemperatur wird am Anfang des Zapfvorganges in der Regel nicht erreicht, weil das Wasser in der Heißwasserleitung sich in der Zeit der Nichtnutzung abgekühlt hat. Die Länge der Wasserleitung von der Armatur bis zum Wassererhitzer und die Zeitdauer zwischen den Nutzungen beeinflussen die abgekühlte Wassermenge. Der Benutzer lässt häufig vor der eigentlichen Nutzung des Mischwassers das nicht wunschgemäß temperierte Mischwasser ungenutzt in den Ablauf des Sanitärobjektes fließen. Es handelt sich dabei auf der einen Seite um das ökologische Problem des Wassersparens und auf der anderen Seite um ein Komfortproblem, wenn beispielweise beim Duschen am Anfang zu kaltes Wasser aus der Brause kommt und man zu lange auf die wunschgemäße Wassertemperatur warten muss.
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Das Problem ist bekannt und kann beispielsweise durch den Einsatz einer Zirkulationspumpe behoben werden. Dabei wird das heiße Wasser im Leitungssystem für die Warmwasser-Versorgung kontinuierlich umgewälzt. Dazu muss eine separate Rückflussleitung installiert werden. Zusätzlich treten höhere Wärmeverluste und ein weiterer Energiebedarf für die Pumpe auf. Ökologisch und ökonomisch wird mit einem Zirkulationssystem das Problem nicht ausreichend gelöst.
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Aus der Patentschrift
US2012/0118414 ist ein System zum Wassersparen für eine Duscheinrichtung bekannt. Dabei ist zwischen Armatur und Kopfbrause ein temperaturempfindliches 2-Wege-Ventil in Kombination mit einem Rückfluss-Verhinderer installiert. Bei Beginn der Wassernutzung wird automatisch Wasser in den Speichertank geleitet, welches kälter ist als die eingestellte Wunschtemperatur. Nach Erreichen der eingestellten Temperatur wird das Wasser automatisch zur Kopfbrause geleitet. Das Wasser aus dem Speichertank wird anschließend über einen Kanal mit Dosieröffnung in das fließende Wasser zur Kopfbrause geleitet. Die Nachteile des Systems liegen in der Unterbringung und Größe des Speichers und in dem Hygieneproblem durch das Restwasser im Speichertank, sodass eine Trinkwasserqualität nicht gewährleistet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein universell einsetzbares System zum Wassersparen und zur Erhöhung des Komforts bei unterschiedlichen Wasseranwendungen zu schaffen. Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass ein Bypass-Ventil vor dem Sanitär-Absperrventil angeordnet ist. Beim Zufluss von Warmwasser unterhalb einer voreingestellten Temperatur wird im Bypass-Ventil das Wasser in einen anderen Wasserkanal geleitet. Der Schaltvorgang wird manuell oder automatische durch unterschiedliche Technologien, wie beispielsweise hydraulische, elektrische, pneumatische, magnetische Funktionsweise, durchgeführt. Ein elektrisches Bypass-Ventil besteht vorzugsweise aus zwei Magnetventilen, einem Temperatursensor und einer elektronischen Steuerung, die über Kabel und/oder kabellos angesteuert werden kann.
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Das vorgeschaltete Bypass-Ventil soll sicherstellen, dass beim Öffnen der Armatur immer Warmwasser in der gewünschten Temperatur ausläuft. Die Ableitung des abgekühlten Wassers in der Warmwasserleitung erfolgt beim Öffnen der Sanitärarmatur, sodass für den Benutzer eine kurze Wartezeit entsteht. Alternativ kann eine Ableitung zeitversetzt vor dem Öffnen durch den Benutzer erfolgen, sodass beim Öffnen der Armatur sofort Wasser in der gewünschten Temperatur ausfließt. Dies ist mittels unterschiedlichere Technologien möglich, wie beispielweise ein automatisches Öffnen des Ventils aufgrund einer voreingestellte Zeit über eine Zeitschaltuhr oder durch eine elektrisches Signal zum Schalten des Ventils durch einen Sensor an der Tür, am Lichtschalter oder durch anderer elektrische Impulse. Dies bietet besonders bei Hotelbädern große Vorteile bei der Wassereinsparung und einer Komforterhöhung für den Benutzer, da sofort die gewünschte Wassertemperatur zur Verfügung steht.
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Eine einfache technische Lösung ist das manuelle Einschalten mittels eines Schalters, Druckknopfes oder ähnlicher Betätigungselemente direkt am Ventil, welches als einzelnes Modul in oder vor der Wand montiert ist. Die Bedienung des elektrischen Bypass-Ventils wird bei einer Anbindung an ein Smarthome Netzwerk komfortabler durchgeführt, beispielsweise durch Berührungssensor, Fernbedienung über Smartphone und mittels einer intelligenten Steuerung, die das Benutzerverhalten speichert und auswertet.
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Der Benutzer erkennt die Einstellung des Ventils, in Spar- oder Normalfunktion, anhand einer Anzeige, beispielsweise Farbmarkierungen, Symbole oder Schriftzeichen. Dies ermöglicht den Benutzer je nach Bedarf einfach zwischen den beiden Funktionsarten zu wechseln. Die Rückstellung von der Spar- in die Normalfunktion erfolgt in der Regel automatisch über ein thermostatisches Ventil. Denkbar ist auch einen manuelle Rückstellung durch ein entsprechendes Bedienelement. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein manuelles 2-Wege-Ventil. Das Wassersparsystem ist modular aufgebaut, sodass je nach Bedarf und Installationsgegebenheiten die Module einzeln oder in Kombination verwendet werden können. Das Thermo-Bypass-Ventil, montiert in einem Gehäuse mit einem Zulauf und zwei Abgängen, wird zwischen den Warmwasserzulauf zur Armatur an unterschiedlichen Positionen installiert, ebenso im Gehäuse der Sanitärarmatur, wie auch an den Anschlüssen der Armatur, zum Beispiel S-Anschluss oder Schlauchanschluss. Eine Zugänglichkeit zur Wartung des Ventils sollte geben sein. Das Rücklaufwasser wird über einen entsprechenden Kanal in den vorgesehen Speicher geleitet.
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Das Rücklaufwasser wird je nach Installation unterschiedlich genutzt. Eine einfache technische Lösung ist das Ableiten des Wassers in einen vorhandenen Regenwasser- oder Grauwassertank. Dieses Wasser wird dann in der Regel über eine separate Leitung beispielweise zur Bewässerung, Toilettenspülung oder für die Waschmaschine genutzt.
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Bei der Integration in der Armatur wird das Bypass-Ventil vorzugsweise zwischen Warmwasseranschluss und Mischeinheit, beispielweise einer manuelle, keramische Mischeinheit oder einer thermostatische Regeleinheit, platziert.
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Auch in dieser Integration in der Armatur ist ein mechanisches, elektrisches oder automatisches Bypass-Ventil einsetzbar. Aufgrund des Anschlusses für die Wasser-Rückführung ist eine Unterputzinstallation vorzugsweise anzuwenden, da sonst der dritte Wasseranschluss von außen sichtbar ist.
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Das thermische Bypass-Ventil mit elektrischer Ansteuerung bietet die Möglichkeit eine thermische Desinfektion der Wasserleitung bis zur Sanitärarmatur durchzuführen. Dabei wird das System so geschaltet, dass das heiße Wasser über die Rücklaufleitung zurückgeführt wird. Dies bedeutet eine große Erhöhung des Verbrühschutzes für den Benutzer und eine Verringerung des Wasserverbrauchs.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen in schematischer Darstellung:
- 1 eine Sanitärarmatur mit vorgeschalteten Bypass-Ventil
- 2 eine Armatur mit integriertem Bypass-Ventil im Warmwasser-Zulauf
- 3 eine Armatur mit integriertem Bypass-Ventil im Mischwasserkanal
- 4 Ausführungsbeispiel Bypass-Ventil in Normalstellung
- 5 Ausführungsbeispiel Bypass-Ventil in Sparstellung
- 6 Ausführungsbeispiel Bypass-Ventil mit manueller Umstellung
- 7 Ausführungsbeispiel eines elektrischen Bypass-Ventils
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In der 1 ist schematisch ein Bypass-Ventil 1, mit einer Sanitärarmatur 2 gezeigt. Über eine Rohrleitung 8 wird das Warmwasser durch das Bypass-Ventil 1 zum Anschluss an der Armatur 11 geleitet. Die Sanitärarmatur 2 wird über die Kaltwasserleitung 9 mit Wasser versorgt. Das vorgeschaltete Bypass-Ventil soll sicherstellen, dass bei Öffnen der Armatur immer Warmwasser in der eingestellten Temperatur ausläuft. Über ein Betätigungselement 4 kann das Ventil in eine Stellung gebracht werden, in der das zulaufende Wasser 8 nicht zur Sanitärarmatur 2, sondern in eine Wasserrückleitung 10 geleitet wird. Nicht dargestellt sind alternative Systeme zum Umschalten des Ventils. Die Einstellung des Ventils kann außerhalb des Ventilgehäuses 7 erfolgen. Die Einstellung ist vorzugsweise für den Benutzer erkennbar. Die Rückstellung des Ventils kann über das Betätigungselement 4 oder automatisch mittels eines entsprechenden Temperatursensors und eines Aktors, wie beispielsweise Bimetall oder Magnetventile, erfolgen. Das Betätigungselement 4 kann beispielsweise auch mit einer zeitgesteuerten automatischen Schließ- und Öffnungsfunktion ausgestattet sein.
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In 2 ist schematisch eine Sanitärarmatur mit integriertem Bypass-Ventil, angeordnet im Warmwasser-Zulauf, dargestellt. Das Kaltwasser 9 wird über den Kaltwasseranschluss 12 innerhalb des Armaturengehäuses 14 zum Temperatur-Mischventil 13 geleitet. Das Warmwasser 8 wird über den Warmwasseranschluss 11 innerhalb des Armaturengehäuses 14 zum Bypass-Ventil 1 und danach zum Temperatur-Mischventil 13 geleitet. Nach dem Temperatur-Mischventil ist ein Absperrventil 15 angeordnet, sodass der Nutzer der Sanitärarmatur die Temperatur über das Temperatur-Mischventil und die Menge über das Absperrventil 15 einstellen kann. Diese Funktionalität der geregelten Temperatur ist eine bekannte Technologie bei Thermostaten. Eine Kombination der Temperatur- und Mengeneinstellung ist bekannt als Mischkartusche mit keramischen Dichtscheiben.
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Die Sanitärarmatur mit integriertem Bypass-Ventil wird vorzugsweise Unterputz installiert, da abweichend von der normalen Armatureninstallation eine dritte Wasserleitung erforderlich ist. Mit einem entsprechenden Anschluss-System für die Armatur mit drei Zu- und Ablaufanschlüssen lassen sich Aufputz-Armaturen ebenso einfach installieren und austauschen.
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In 3 ist schematisch eine Sanitärarmatur mit integriertem Bypass-Ventil, angeordnet hinter dem Absperrventil, dargestellt. Das Kaltwasser 9 wird über den Kaltwasseranschluss 12 innerhalb des Armaturengehäuses 14 zum Temperatur-Mischventil 13 geleitet. Das Warmwasser 8 wird über den Warmwasseranschluss 11 innerhalb des Armaturengehäuses zum Temperatur-Mischventil 13 geleitet. In Wasserfließrichtung folgend ist ein Absperrventil 15 und das Bypass-Ventil 1 angeordnet. Vom Bypass-Ventil wird das gemischte Wasser zum Auslauf 17 der Sanitärarmatur 14 geleitet. Bei eingeschalteter Sparfunktion wird das Wasser vom Bypass-Ventil innerhalb der Sanitärarmatur zum Ableitungsanschluss 16 und über die Rückwasserleitung 10 geleitet.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines manuellen, thermischen Bypass-Ventils in Kartuschen Bauweise. Dargestellt ist eine Normalstellung bei der warmes Wasser durch das Ventil zur üblichen Wasserentnahmestelle geleitet wird. Das warme Wasserfließt vom Zulauf 8 in die Ventilkammer 18, mit den beiden Ventilöffnungen zum Ablauf für die Nutzung 17 und dem Ablauf zu einem Speicher 16. Mit der Doppeldichtung 20 kann jeweils eine Öffnung durch die Funktion des integrierten Aktors aus Memory-Metall 19 geöffnet und geschlossen werden. Im dargestellten Beispiel hat das Memory-Metall bei Warmwasser im Ventilraum eine gebogene Form, bei Kaltwasser eine gerade Form. Durch die entsprechende Legierung des Memory-Metalls kann der Temperaturpunkt der Formveränderung genau festgelegt werden. Aufgrund der Formgebung des Memory-Metalls, der Abstand der beiden Dichtungen und der Abstand der Dichtflächen wird automatisch beim Öffnen eines Ablaufes der andere Ablauf geschlossen. Das Memory-Metallelement 19 ist mit der Doppeldichtung 20 und einem Schiebelement 23 fest verbunden, so dass mit dem Bedienelement 4 eine manuelle Umstellung zwischen den beiden Ablauföffnungen 21 und 22 möglich ist.
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In 5 ist die Stellung des Bypass-Ventils in einer Sparfunktion dargestellt, in der beispielsweise kaltes Wasser aus der Ventilkammer 18 zum Speicherablauf 16 geleitet wird. Das Memory-Metall 19 hat bei kaltem Wasser die gerade Form angenommen und verschiebt dadurch die Doppeldichtung 20.
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In 6 ist die Stellung des Bypass-Ventils mit gesperrter Sparfunktion dargestellt. Die bewegliche Lagerung 23 der Ventileinheit mit Doppeldichtung 20 ermöglicht ein manuelles Verschieben der Ventileinheit, so dass unabhängig von des Stellung des Aktors 19, beispielweise das Memory-Metall, die Ablauföffnungen 21 und 22 geöffnet oder geschlossen werden können. Das kalte, einlaufende Wasser wird nun nicht zum in Richtung Speicher geleitet, sondern fließt durch die Ventilöffnung 22 zum Auslauf der Armatur.
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In 7 ist schematisch ein elektrisches Bypass-Ventil 25 mit einer Sanitärarmatur dargestellt. Bei der Anordnung des elektrischen Bypass-Ventils vor dem Misch- und Absperrventil der Armatur werden vorzugsweise zwei Ventile, beispielsweise Magnetventile, eingesetzt, die auch bei üblichen Wasserdruck in der Versorgungsleitung voll funktionsfähig sind und die beiden Abgänge jeweils zu 100% öffnen und schließen können. Die Einstellungen sind in der Regel temperaturgesteuert und/oder zeitgesteuert.
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Über eine Rohrleitung 8 wird das Warmwasser durch ein Magnetventil 26 zum Anschluss 11 der Sanitärarmatur 2 geleitet. Die Sanitärarmatur wird über die Kaltwasserleitung 9 mit Wasser versorgt. Im Bypass-Ventil 25 sind zwei Magnetventile 26 und 27 mit einer elektrischen Steuerung 28 verbunden. Ein Temperatursensor 5 meldet die Wassertemperatur in der Rohrleitung 8 an die elektronische Steuerung, die über die Kabelleitung 29 mit Strom versorgt wird. Die Bedienung des Bypass-Ventils kann über Kabel 30 mit Betätigungselement 31 und/oder über Funksender 32 und Betätigungselement 33 erfolgen. Mittels der elektronischen Steuerung kann die Temperatur des Schaltpunktes zwischen den beiden Magnetventilen eingestellt werden. Liegt die Temperatur des ankommenden Wassers unter der eingestellten Temperatur des Schaltpunktes wird das Magnetventil 27 geöffnet und das Magnetventil 26 geschlossen, damit das ankommende Wasser in einen Speicher geleitet wird. Ist die Temperatur des ankommenden Wassers höher als die eingestellte Temperatur des Schaltpunktes wird das Magnetventil 26 geöffnet und das Magnetventil 27 geschlossen, damit das ankommende Wasser zu Sanitärarmatur geleitet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bypass-Ventil, mechanisch oder elektrisch
- 2
- Sanitärarmatur
- 3
- 2-Wege-Ventil
- 4
- Betätigungselement
- 5
- Temperatursensor
- 6
- Anzeigeelement
- 7
- Ventilgehäuse
- 8
- Warmwasser-Versorgungsleitung
- 9
- Kaltwasser-Versorgungsleitung
- 10
- Wasserrückleitung
- 11
- Warmwasser-Anschluss
- 12
- Kaltwasser-Anschluss
- 13
- Temperatur Mischventil
- 14
- Armaturengehäuse
- 15
- Absperrventil
- 16
- Ableitungsanschluss
- 17
- Armaturen Auslauf
- 18
- Ventilkammer
- 19
- Aktor Memory-Metall
- 20
- Doppeldichtung
- 21
- Ventilöffnung Speicher
- 22
- Ventilöffnung Ablauf
- 23
- Ventileinheit
- 24
- Kartuschengehäuse
- 25
- Bypass-Ventil, elektrisch
- 26
- Magnetventil Zulauf
- 27
- Magnetventil Rücklauf
- 28
- Elektronische Steuerung
- 29
- Stromanschluss
- 30
- Verbindungskabel
- 31
- Betätigungselement, Kabel
- 32
- Funksender
- 33
- Betätigungselement, kabellos
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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