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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von temperiertem Mischwasser. Mischwasser ist das Ergebnis einer Mischung von Kaltwasser und Warmwasser. Temperiertes Mischwasser ist Mischwasser einer gewünschten bzw. eingestellten, insbesondere einer von einem Benutzer gewünschten bzw. eingestellten, Temperatur.
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Vorrichtungen der in Rede stehenden Art sind aus der Praxis hinlänglich bekannt. Solche Vorrichtungen umfassen einen Anschluss für eine Kaltwasserversorgungsleitung und einen sich daran anschließenden Kaltwasserkanal sowie einen Anschluss für eine Warmwasserversorgungsleitung und einen sich daran anschließenden Warmwasserkanal. Der Kaltwasserkanal und der Warmwasserkanal sind jeweils durch ein Ventil begrenzbar und münden jeweils in einem Mischwasserkanal, der den Auslass für temperiertes Mischwasser bildet.
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Um die Erzeugung von temperiertem Wasser komfortabel für den Benutzer zu gestalten, sind des Weiteren gattungsgemäße Vorrichtungen bekannt, die Aktoren umfassen. Die Aktoren sind jeweils einem der Ventile zugeordnet und sind jeweils dazu eingerichtet, das zugeordnete Ventil anzusteuern bzw. zu betätigen, um den entsprechenden Kanal zu begrenzen. Eine solche Vorrichtung ermöglicht es, die von einem Benutzer gewünschte Mischwassertemperatur umzusetzen, indem die Aktoren der Vorrichtung das jeweils zugeordnete Ventil passend öffnen oder schließen.
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Ein nachteiliges Phänomen der bekannten, gattungsgemäßen Vorrichtungen besteht jedoch darin, dass im Falle eines Druckunterschieds zwischen dem Anschluss für Kaltwasser bzw. der Kaltwasserversorgungsleitung und dem Anschluss für Warmwasser bzw. der Warmwasserversorgungsleitung die tatsächliche Mischwassertemperatur von der gewünschten Mischwassertemperatur abweicht. Mit anderen Worten: Im Falle eines solchen Druckunterschieds ist das Mischwasser kälter oder wärmer als vom Benutzer gewünscht bzw. eingestellt. Grund hierfür ist, dass, wenn eines der beiden Ventile durch einen höheren Druck beaufschlagt ist als das andere der beiden Ventile, eine größere Wassermenge durch dieses Ventil fließt als es für das Erreichen der gewünschten Mischwassertemperatur erforderlich wäre. Dies wirkt sich unmittelbar auf das Mischungsverhältnis des Mischwassers und somit auf dessen Temperatur aus.
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Ein solcher Druckunterschied kann entstehen, wenn beispielsweise durch Betätigung der Toilettenspülung relativ viel Kaltwasser aus derselben Versorgungsleitung, die den Anschluss für Kaltwasser der gattungsgemäßen Vorrichtung speist, innerhalb relativ kurzer Zeit entnommen wird. Durch die Entnahme von Kaltwasser fällt der Druck in der Kaltwasserversorgungsleitung kurzzeitig ab, sodass die aufgrund dieses Druckunterschieds tatsächlich in den Mischwasserkanal abgegebene Warmwassermenge die für die Erzeugung der gewünschten Mischwassertemperatur erforderliche Warmwassermenge übersteigt. Falls infolge der Kaltwasserentnahme der Druck in der Warmwasserversorgungsleitung den Druck in der Kaltwasserversorgungsleitung außerordentlich übersteigt, kann es so zu einer gefährlich hohen Mischwassertemperatur kommen, die zu Verbrühungen beim Benutzer führen kann.
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Im umgekehrten Fall kann ein solcher Druckunterschied auch entstehen, wenn beispielsweise zwecks Händewaschen relativ viel Warmwasser aus derselben Versorgungsleitung, die den Anschluss für Warmwasser der gattungsgemäßen Vorrichtung speist, innerhalb relativ kurzer Zeit entnommen wird. Als Folge dieser Warmwasserentnahme fällt der Druck in der Warmwasserversorgungsleitung kurzzeitig ab. Durch diesen Druckunterschied übersteigt die tatsächlich in den Mischwasserkanal abgegebene Kaltwassermenge die für die Erzeugung der gewünschten Mischwassertemperatur eigentlich erforderliche Kaltwassermenge. Dies kann wiederum zu einer von dem Benutzer als unangenehm niedrige Mischwassertemperatur führen.
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Zur Adressierung des beschriebenen Phänomens ist es denkbar, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit Druck- und/oder Temperatursensoren in dem Kaltwasserkanal und in dem Warmwasserkanal auszustatten, die so erfassten Informationen einer Regelung zuzuführen und somit ein stabileres Verhalten der gattungsgemäßen Vorrichtung im Hinblick auf die Erzeugung von temperiertem Mischwasser zu erreichen. Dies erfordert jedoch einen konstruktiv und schaltungstechnisch hohen Aufwand und ist daher sowohl in der Herstellung als auch in der Wartung kostenintensiv.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die voranstehend insgesamt erläuterte Problematik zumindest teilweise zu lösen und insbesondere eine Vorrichtung zum Erzeugen von temperiertem Mischwasser anzugeben, die unabhängig von etwaigen Druckunterschieden in den Versorgungsleitungen der Vorrichtung temperiertes Mischwasser erzeugen kann, und zwar mit vergleichsweise einfachen Mitteln.
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Die hier zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Erzeugen von temperiertem Mischwasser mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich jeweils aus den Unteransprüchen.
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Es wird eine Vorrichtung zum Erzeugen von temperiertem Mischwasser vorgeschlagen, die einen an eine Kaltwasserversorgungsleitung anschließbaren Kaltwasserkanal, einen an eine Warmwasserversorgungsleitung anschließbaren Warmwasserkanal und einen Mischwasserkanal, in den der Kaltwasserkanal und der Warmwasserkanal jeweils münden, umfasst. Der Kaltwasserkanal und der Warmwasserkanal umfassen jeweils einen Anschluss für eine entsprechende Versorgungsleitung, der jeweils den entsprechenden Wassereinlass bzw. -zulauf der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet. Der Mischwasserkanal bildet den Mischwasserauslass bzw. -ablauf der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ein in dem Kaltwasserkanal angeordnetes Kaltwassermembranventil zum Begrenzen der durch den Kaltwasserkanal fließenden Kaltwassermenge und ein in dem Warmwasserkanal angeordnetes Warmwassermembranventil zum Begrenzen der durch den Warmwasserkanal fließenden Warmwassermenge. Das Kaltwassermembranventil dient somit auch zum Begrenzen der in den Mischwasserkanal fließenden Kaltwassermenge. Analog dient das Warmwassermembranventil somit auch zum Begrenzen der in den Mischwasserkanal fließenden Warmwassermenge.
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Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Kaltwasseraktor zum, vorzugsweise stufenlosen, Betätigen, das heißt zum Öffnen und Schließen, des Kaltwassermembranventils und einen Warmwasseraktor zum, vorzugsweise stufenlosen, Betätigen, das heißt zum Öffnen und Schließen, des Warmwassermembranventils.
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Schließlich umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ein stromaufwärts des Kaltwassermembranventils, das heißt stromaufwärts vor dem Kaltwassermembranventil, in dem Kaltwasserkanal angeordnetes und stromaufwärts des Warmwassermembranventils, das heißt stromaufwärts vor dem Warmwassermembranventil, in dem Warmwasserkanal angeordnetes Druckausgleichsventil. Es handelt sich um ein einziges Druckausgleichsventil. Das Druckausgleichsventil ist sowohl in dem Kaltwasserkanal angeordnet als auch in dem vom Kaltwasserkanal separaten, insbesondere mit dem Kaltwasserkanal nicht fluidisch verbundenen, Warmwasserkanal angeordnet.
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Der Kaltwasserkanal der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die gesamte Kavität innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung von dem Anschluss für eine Kaltwasserversorgungsleitung, über den vom Kaltwasser durchströmten Teil des Druckausgleichsventils bis hin zu dem Kaltwassermembranventil. Analog umfasst der Warmwasserkanal der erfindungsgemäßen Vorrichtung die gesamte Kavität innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung von dem Anschluss für eine Warmwasserversorgungsleitung, über den vom Warmwasser durchströmten Teil des Druckausgleichsventils bis hin zu dem Warmwassermembranventil.
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Das Druckausgleichsventil ist erfindungsgemäß so ausgebildet, dass es im Falle eines Druckunterschieds zwischen der Kaltwasserversorgungsleitung und der Warmwasserversorgungsleitung selbsttätig den Strömungsquerschnitt des durch das Druckausgleichsventil strömenden Kaltwassers und gleichzeitig den Strömungsquerschnitt des durch das Druckausgleichsventil strömenden Warmwassers ändert, sodass der Druckunterschied stromabwärts des Druckausgleichsventils ausgeglichen ist. Der wirksame Strömungsquerschnitt des Kaltwasserkanals ist kleinste Strömungsquerschnitt entlang des Kaltwasserkanals. Der wirksame Strömungsquerschnitt des Warmwasserkanals ist kleinste Strömungsquerschnitt entlang des Warmwasserkanals.
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Vorzugsweise umfasst das Druckausgleichsventil einen Kaltwassereinlass, einen Warmwassereinlass, einen Kaltwasserauslass, einen Warmwasserauslass und einen verschiebbaren Kolben, wobei der Kolben zwischen dem Kaltwassereinlass und dem Warmwassereinlass sowie zwischen dem Kaltwasserauslass und dem Warmwasserauslass angeordnet ist, sodass der Kolben das durch das Druckausgleichsventil strömende Kaltwasser und das durch das Druckausgleichsventil strömende Warmwasser fluidisch voneinander trennt. Der Kolben ist insbesondere derart ausgebildet, dass dieser sich entsprechend den Druckverhältnissen an dem Kaltwassereinlass und an dem Warmwassereinlass verschiebt. Die Druckverhältnisse an dem Kaltwassereinlass und an dem Warmwassereinlass bewirken eine axiale Verschiebung des Kolbens entlang der Längsachse des Druckausgleichsventils, nämlich so, dass sich ein Kräftegleichgewicht an dem Kolben einstellt.
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Der Kolben ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass durch die Verschiebung des Kolbens sich der jeweilige Strömungsquerschnitt des durch das Druckausgleichsventil strömenden Kaltwassers und Warmwassers vergrößert oder verkleinert - je nach vorherrschenden Druckverhältnissen. Konkret kann der Kolben derart ausgebildet sein, dass, wenn der Druck in der Kaltwasserversorgungsleitung größer ist als der Druck in der Warmwasserversorgungsleitung, sich der Kolben in Richtung des Warmwasserkanals verschiebt und sich dadurch der Strömungsquerschnitt des durch das Druckausgleichsventil strömenden Kaltwassers verkleinert und gleichzeitig sich der Strömungsquerschnitt des durch das Druckausgleichsventil strömenden Warmwassers vergrößert. Ein derart ausgebildeter Kolben kann weiter derart ausgebildet sein, dass, wenn der Druck in der Warmwasserversorgungsleitung größer ist als der Druck in der Kaltwasserversorgungsleitung, sich der Kolben in Richtung des Kaltwasserkanals verschiebt und sich dadurch der Strömungsquerschnitt des durch das Druckausgleichsventil strömenden Warmwassers verkleinert und gleichzeitig sich der Strömungsquerschnitt des durch das Druckausgleichsventil strömenden Kaltwassers vergrößert.
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Das Druckausgleichsventil ist insbesondere so ausgestaltet, dass der Kolben in einer ersten Endposition den Kaltwassereinlass vollständig verschließt und gleichzeitig den Warmwassereinlass vollständig öffnet, dass der Kolben in beliebig vielen Zwischenstellungen den Kaltwassereinlass teilweise verschließt und gleichzeitig den Warmwassereinlass ebenfalls teilweise verschließt, wobei gilt, dass je mehr der Kolben den Kaltwassereinlass verschließt, desto weniger verschließt der Kolben gleichzeitig den Warmwassereinlass, und umgekehrt, und dass der Kolben in einer zweiten Endposition den Kaltwassereinlass vollständig öffnet und gleichzeitig den Warmwassereinlass vollständig verschließt.
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Durch die selbsttätige Änderung bzw. Anpassung des Strömungsquerschnitts des durch das Druckausgleichsventil strömenden Kalt- und Warmwassers gleicht das Druckausgleichsventil den beschriebenen Druckunterschied stromabwärts des Druckausgleichsventils aus. Dadurch wiederum ist unabhängig von etwaigen Druckunterschieden in den Versorgungsleitungen der Vorrichtung temperiertes Mischwasser erzeugbar, und zwar mit vergleichsweise einfachen Mitteln.
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Eine weitere positive Auswirkung des Druckausgleichsventils auf die erfindungsgemäße Vorrichtung ist, dass im Falle eines Druckunterschieds zwischen der Kaltwasserversorgungsleitung und der Warmwasserversorgungsleitung der Kaltwasseraktor oder der Warmwasseraktor - je nach dem, ob der Druck in der Kaltwasserversorgungsleitung den Druck in der Warmwasserversorgungsleitung übersteigt oder umgekehrt - das Kaltwassermembranventil oder das Warmwassermembranventil weniger stark auslenken müssen, um das gewünschte Mischwasserverhältnis bzw. die gewünschte Mischwassertemperatur zu erreichen. Dies ist einerseits materialschonend für die entsprechenden Membranventile und andererseits energiesparend für die entsprechenden Aktoren. Zudem verhindert dies ein als Flattern bezeichenbares Phänomen, wonach ein druckbeaufschlagtes Membranventil sich unkontrolliert öffnet und schließt.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Kaltwasseraktor ein linearer Schrittmotor. Dabei handelt es sich um einen Motor, der dazu eingerichtet ist, eine Antriebswelle axial zu verschieben. Je nach Verschiebung der so angetriebenen Welle öffnet oder schließt sich dadurch ein Wasserkanal des Kaltwassermembranventils. Durch den linearen Schrittmotor ist das Kaltwassermembranventil präzise steuerbar bzw. betätigbar, das heißt öffenbar und schließbar.
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Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform ist der Warmwasseraktor ein linearer Schrittmotor. Dabei handelt es sich um einen Motor, der dazu eingerichtet ist, eine Antriebswelle axial zu verschieben. Je nach Verschiebung der so angetriebenen Welle öffnet oder schließt sich dadurch ein Wasserkanal des Warmwassermembranventils. Durch den linearen Schrittmotor ist das Warmwassermembranventil präzise steuerbar bzw. betätigbar, das heißt öffenbar und schließbar.
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Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einen in dem Mischwasserkanal angeordneten Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Mischwassers. Durch das Erfassen der Mischwassertemperatur kann diese Information in einem geschlossenen Regelkreis nutzbar gemacht werden. Außerdem kann die Information der Mischwassertemperatur einer Überwachung bzw. Qualitätskontrolle zugeführt werden. Beispielsweise kann dies dazu genutzt werden, etwaige technische Defekte frühzeitig zu erkennen.
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Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Batterie zum Versorgen des Kaltwasseraktors und des Warmwasseraktors mit elektrischer Energie. Der Kaltwasseraktor und der Warmwasseraktor sind elektrische Maschinen, die für ihren jeweiligen Betrieb elektrische Energie erfordern. Der Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglichen eine energiesparende Arbeitsweise der Aktoren, insbesondere da im Falle des beschriebenen Druckunterschieds aufgrund des Druckausgleichsventils geringere Auslenkungen der jeweiligen Membranventile erforderlich sind, um das gewünscht temperierte Mischwasser zu erzeugen. Dadurch können vergleichsweise leistungsschwache Aktoren in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden. Dies wiederum ermöglicht es erst, auf eine kabelgebundene Energieversorgung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verzichten und stattdessen eine Batterie vorzusehen. Der Einsatz einer Batterie ermöglicht wiederum einen besonders vielseitigen Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Alternativ umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform einen Akkumulator zum Versorgen des Kaltwasseraktors und des Warmwasseraktors mit elektrischer Energie. Auch hierzu gilt, dass der Kaltwasseraktor und der Warmwasseraktor elektrische Maschinen sind, die für den Betrieb elektrische Energie erfordern. Der Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglichen eine energiesparende Arbeitsweise der Aktoren, insbesondere da im Falle des beschriebenen Druckunterschieds aufgrund des Druckausgleichsventils geringere Auslenkungen der jeweiligen Membranventile erforderlich sind, um das gewünscht temperierte Mischwasser zu erzeugen. Dadurch können vergleichsweise leistungsschwache Aktoren in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden. Dies wiederum ermöglicht es erst, auf eine kabelgebundene Energieversorgung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verzichten und stattdessen einen Akkumulator vorzusehen. Der Einsatz eines Akkumulators ermöglicht wiederum einen besonders vielseitigen Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Darüber hinaus ist der Einsatz eines Akkumulators vergleichsweise umweltfreundlich, da dieser wiederaufladbar ist.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Darin ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, wobei die Erfindung nicht auf diese vorteilhafte Ausführungsform beschränkt ist. Gleiche Bauteile sind in den Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und sind daher grundsätzlich nur einmal benannt bzw. erwähnt. Es zeigt im Einzelnen
- 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen, halbtransparenten Seitenansicht.
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Die einzige Figur zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Erzeugen von temperiertem Mischwasser.
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Die Vorrichtung 1 umfasst einen an eine Kaltwasserversorgungsleitung 2 anschließbaren Kaltwasserkanal 3, einen an eine Warmwasserversorgungsleitung 4 anschließbaren Warmwasserkanal 5 und einen Mischwasserkanal 6, in den der Kaltwasserkanal 3 und der Warmwasserkanal 5 jeweils münden. Der Mischwasserkanal 6 ist an eine weiterführende Wasserleitung 7 anschließbar.
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Weiter umfasst die Vorrichtung 1 ein in dem Kaltwasserkanal 3 angeordnetes Kaltwassermembranventil 8 zum Begrenzen der durch den Kaltwasserkanal 3 bzw. in den Mischwasserkanal 6 fließenden Kaltwassermenge. Außerdem umfasst die Vorrichtung 1 ein in dem Warmwasserkanal 5 angeordnetes Warmwassermembranventil 9 zum Begrenzen der durch den Warmwasserkanal 5 bzw. in den Mischwasserkanal 6 fließenden Warmwassermenge. Noch weiter umfasst die Vorrichtung 1 einen Kaltwasseraktor 10 in Form eines linearen Schrittmotors zum Betätigen des Kaltwassermembranventils 8 mittels einer axial verschiebbaren Antriebswelle 11 und einen Warmwasseraktor 12 in Form eines linearen Schrittmotors zum Betätigen des Warmwassermembranventils 9 mittels einer axial verschiebbaren Antriebswelle 13.
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Schließlich umfasst die Vorrichtung 1 ein Druckausgleichsventil 14, das stromaufwärts des Kaltwassermembranventils 8 in dem Kaltwasserkanal 3 und stromaufwärts des Warmwassermembranventils 9 in dem Warmwasserkanal 5 angeordnet ist. Das Druckausgleichsventil 14 ist so ausgebildet, dass es im Falle eines Druckunterschieds zwischen der Kaltwasserversorgungsleitung 2 und der Warmwasserversorgungsleitung 4 selbsttätig den Strömungsquerschnitt des durch das Druckausgleichsventil 14 strömenden Kaltwassers und gleichzeitig den Strömungsquerschnitt des durch das Druckausgleichsventil 14 strömenden Warmwassers ändert.
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Das Druckausgleichsventil 14 weist einen hohlzylindrischen, beidseitig offenen Grundkörper auf. Es umfasst einen Kaltwassereinlass 15 und einen Warmwassereinlass 16, die jeweils als Durchbrechungen in der Mantelfläche des Grundkörpers des Druckausgleichsventils 14 ausgebildet sind. Weiter umfasst das Druckausgleichsventil 14 einen Kaltwasserauslass 17 und einen Warmwasserauslass 18, die jeweils durch die offenen Endseiten des Grundkörpers des Druckausgleichsventils 14 gebildet sind. Der Kaltwassereinlass 15 und der Kaltwasserauslass 17 des Druckausgleichsventils 14 bilden gemeinsam einen Teil des Kaltwasserkanals 3. Der Warmwassereinlass 16 und der Warmwasserauslass 18 des Druckausgleichsventils 14 bilden gemeinsam einen Teil des Warmwasserkanals 5. Noch weiter umfasst das Druckausgleichsventil 14 einen entlang der Längsachse des Druckausgleichsventils 14 verschiebbaren Kolben 19, wobei der Kolben 19 zwischen dem Kaltwassereinlass 15 und dem Warmwassereinlass 16 sowie zwischen dem Kaltwasserauslass 17 und dem Warmwasserauslass 18 angeordnet ist.
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Zur Erfassung der Temperatur des Mischwassers umfasst die Vorrichtung 1 weiter einen Temperatursensor 20, dessen Messfühler in den Mischwasserkanal 6 hineinragt.
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Weiter umfasst die Vorrichtung 1 einen Akkumulator 21 zum Versorgen des Kaltwasseraktors 10 und des Warmwasseraktors 12 mit elektrischer Energie.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zum Erzeugen von temperiertem Mischwasser
- 2
- Kaltwasserversorgungsleitung
- 3
- Kaltwasserkanal
- 4
- Warmwasserversorgungsleitung
- 5
- Warmwasserkanal
- 6
- Mischwasserkanal
- 7
- Weiterführende Wasserleitung
- 8
- Kaltwassermembranventil
- 9
- Warmwassermembranventil
- 10
- Kaltwasseraktor
- 11
- Antriebswelle des Kaltwasseraktors
- 12
- Warmwasseraktor
- 13
- Antriebswelle des Warmwasseraktors
- 14
- Druckausgleichsventil
- 15
- Kaltwassereinlass
- 16
- Warmwassereinlass
- 17
- Kaltwasserauslass
- 18
- Warmwasserauslass
- 19
- Kolben
- 20
- Temperatursensor
- 21
- Akkumulator
