DE19852821C2 - Steuerbares Raumbe- und -entlüftungsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein steuerbares Raumbe- und -entlüftungsventil der in Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Steuerbare Ventile dieser Art werden insbesondere als Teile von Be- oder -entlüftungs­ anlagen in Gebäuden angewendet. Sie werden zu diesem Zweck in Wand- oder Deckenöff­ nungen eingebaut, die über Anschlußleitungen mit einem zentralen Schacht verbunden sind, in dem ein den angeschlossenen Räumen oder Wohnungen gemeinsamer Zu- oder Abluftventilator angeordnet ist (z. B. GB 2 090 966 A1, EP 0 414 638 A1). Die Ventile nehmen dabei normalerweise eine Grundstellung ein, die für eine vorgewählte Grundlüf­ tung sorgt oder einer vollständig geschlossenen Stellung entspricht. Besteht ein Bedarf, mehr Zu- oder Abluft zuzuführen, z. B. bei der Benutzung einer Küche oder eines Bades, dann können die Ventile mit Hilfe ihres elektrischen Antriebs in eine Bedarfsstellung gebracht werden, in der sie soweit geöffnet sind, daß sie einen vorgewählten, größeren Volumenstrom zu- oder abführen. Dies kann dadurch unterstützt werden, daß der zentrale Zu- oder Abluftventilator bedarfsgerecht geregelt wird, indem z. B. seine Drehzahl in Abhängigkeit von der Zahl der in Grund- bzw. Bedarfsstellung befindlichen Ventile oder in Abhängigkeit von dem im zentralen Schacht gemessenen Druck verändert wird.

Das Öffnen bzw. Schließen der Ventile wird in der Regel mit Hilfe von im jeweiligen Raum angebrachten Schaltern oder Sensoren ausgelöst. In diesem Zusammenhang ist ein Ventil der eingangs bezeichneten Gattung bekannt (EP 0 208 179 B1), das einen an einem Ventilkörper befestigten Schaft aufweist, der von einem als Magnetspulenanordnung ausgebildeten Antrieb verschiebbar geführt ist und durch diesen zwischen zwei Anschlägen hin- und herbewegt werden kann, die durch Permanentmagnete festgelegt sind. Die Steuerung dieser Bewegung erfolgt dadurch, daß der Ventilkörper beim Betätigen eines in einem Bad oder dgl. angebrachten Lichtschalters mit Hilfe der Magnetspulenanordnung in die Bedarfsstellung gebracht, beim Ausschalten des Lichtschalters dagegen mit Hilfe derselben Magnetspulenanordnung in die Grundstellung zurückgeführt wird. Da für diesen Zweck nur eine parallel zum Lichtnetz betriebene, die Versorgungsspannung liefernde, elektrische Leitung zur Verfügung steht, weist die Steuerung zusätzliche Komponenten in Form von Gleichrichtern, Polumschaltern, Akkumulatoren und ggf. Verzögerungskreisen auf, die im Ventil untergebracht sind und daher den Montage- und Verkabelungsaufwand an der Baustelle reduzieren.

Ein Problem von diesen und anderen Ventilen besteht darin, daß die Steuereinheit nach Art einer fest vorgegebenen, nicht veränderbaren Folgesteuerung ausgebildet ist, d. h. das Einschalten des Lichtschalters hat ein Herstellen der Bedarfsstellung und das Ausschalten des Lichtschalters hat ein Herstellen der Grundstellung des Ventils zur Folge. Dabei sind weder Zwischenstellungen herstellbar, noch ist eine Anpassung an unterschiedliche Lüftungsanforderungen möglich. Abgesehen davon ist es schwierig, die Ventile zusätzlich oder wahlweise mit Hilfe von Sensoren (z. B. Feuchtigkeitssensoren, Bewegungsmeldern oder dgl.) zu steuern und/oder von einer zentralen, z. B. im Keller eines Gebäudes installieren Steuervorrichtung aus zur Durchführung von zyklischen Zwangsentlüftungen unabhängig davon zu verwenden, ob die mit den Ventilen versehenen Räume gerade bewohnt sind oder nicht. Derartige komplexe Steuerungen erfordern bisher einen hohen Vorfertigungs- und Installationsaufwand, der in der Regel auch mit zusätzlichen Bauhilfsleistungen verbunden ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Ventil der eingangs bezeichneten Gattung dahingehend weiterzuentwickeln, daß es unabhängig von einem bestimmten Anwendungsfall und damit universell einsetzbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß das Ventil mit Hilfe einer frei programmierbaren Steuereinheit betrieben wird, die über getrennte Leitungen einerseits fest an eine Spannungsquelle anschließbar ist, andererseits durch Schalter, Sensoren, zentrale Steuervorrichtungen oder dgl. mit Informationen bzw. Signalen versorgt werden kann, die bestimmte Zustände innerhalb des zu lüftenden Raums oder anderswo signalisieren. Ob und ggf. wie diese Zustandsinformationen dann zu einer Verstellung des Ventils genutzt werden, entscheidet das vorher eingegebene Programm, das die zugeführten Daten auswertet und logisch verknüpft. Damit wird erstmals ein intelligentes Ventil geschaffen, das den gesteigerten Bedürfnissen nach komplexen Steuerungen in der Gebäude-Lüftungs­ technik Rechnung trägt. Mit demselben Ventil lassen sich ohne wesentliche Änderung des Installationsaufwandes ganz unterschiedliche Lüftungsaufgaben lösen.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Raumbe- bzw. -entlüftungsventils;

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Steuereinheit des Ventils nach Fig. 1; und

Fig. 3 und 4 schematische Blockschaltbilder der Steuereinheit nach Fig. 2 in unter­ schiedlichen Anwendungsformen.

Gemäß Fig. 1 enthält ein steuerbares Raumbe- und -entlüftungsventil einen Ventilsitz 1 und einen daran befestigten Installationsrahmen 2. Der Installationsrahmen 2 dient zur Befestigung des Ventils an einem eine Wand- oder Deckenöffnung 3 umgebenden Randabschnitt 4. Allerdings könnte der Ventilsitz 1 auch mit einem diesem Zweck dienenden, umgebogenen Bodenteil 5 versehen sein.

Im Ventilsitz 1 ist ein kegelförmiger Ventilkörper 6 des Ventils geführt, der an seiner Rückseite an einer Spindel 7 befestigt ist, die von einem elektrisch steuerbaren Ventil­ antrieb 8 linear, d. h. parallel zur Richtung eines Doppelpfeils v hin- und hergeschoben werden kann, um dadurch den Ventilkörper 6 mehr oder weniger weit vom entsprechend geformten Ventilsitz 1 abzuheben. Der Antrieb 8 besteht z. B. aus einem reversierbaren, rechts- und linksdrehenden Synchron- oder Schrittmotor, der einen drehbaren Rotor aufweist und vorzugsweise selbsthemmend ausgebildet ist. Dazu besteht der Rotor z. B. aus einer Mutter, die mit einem Innengewinde versehen ist, das eine parallel zum Pfeil v verlaufende Achse aufweist und auf einen Außengewindeabschnitt der Spindel 7 aufge­ dreht ist. Durch definierte Verdrehung des Rotors kann somit die Spindel 7 linear aus- und eingefahren werden, um dadurch die Größe des zwischen dem Ventilsitz 1 und dem Ventilkörper 6 befindlichen Öffnungsquerschnitts des Ventils zu steuern. Außerdem braucht der Antrieb 8 nur solange angesteuert werden, bis der Ventilkörper 6 die ge­ wünschte Position erreicht hat, da diese Position im weiteren Verlauf aufgrund der Selbsthemmung beibehalten wird.

Zur Betätigung des Antriebs 8 ist erfindungsgemäß eine elektronische, frei programmier­ bare Steuereinheit 9 vorgesehen, die als Ganzes im Ventil selbst untergebracht ist. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist hierfür der Installationsrahmen 2 vorgesehen, doch könnte die Steuereinheit 9 auch z. B. im Bodenteil 5 untergebracht sein. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 9 so im Ventil unterge­ bracht, daß sie von außen, d. h. beim Blick auf den Ventilkörper unsichtbar ist.

Während Fig. 1 lediglich einen die Steuereinheit 9 repräsentierenden Chip-Baustein andeutet, zeigt Fig. 2 Einzelheiten der Steuereinheit 9. Danach enthält diese insbesondere einen mit einer externen Spannungsversorgung zu verbindenen Eingang 10, der intern z. B. an einen die Betriebsspannung für die Steuereinheit 9 erzeugenden Block 11 angeschlossen ist, und einen mit dem Antrieb 8 verbundenen Ausgang 12. Außerdem enthält die Steuereinheit 9 Signalanschlußmittel, die im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zwei unidirektionale Eingänge 13 und 14, die mit je einem schematisch dargestellten Steuer­ element 15, 16 verbunden werden können, und eine bidirektionale Bus-Schnittstelle 17 enthalten, an die ein übliches Bus-Leitungs-System 18 angeschlossen werden kann. Dabei kann die Betriebsspannung alternativ auch direkt über das Bus-Leitungs-System 18 zugeführt und im Block 11 für die Steuereinheit 9 aufbereitet werden. Dies kann beispiels­ weise durch Anwendung eines vieradrigen Bus-Kabels geschehen, das zwei Adern für Signale und zwei Adern für die Spannung aufweist, oder durch einen zweiadrigen Anschluß, bei dem die Signale auf die Betriebsspannungsadern aufmoduliert werden.

Die Steuereinheit 9 ist vorzugsweise als Mikrocontroller ausgebildet und dazu mit einem Mikroprozessor 20 versehen, an den in an sich bekannter Weise eine Speichereinheit 21 angeschlossen ist, die z. B. je einen Programmspeicher, Arbeitsspeicher, Datenspeicher und Adresspeicher aufweist. Außerdem sind dem Mikroprozessor 20 vorzugsweise eine Programmierschnittstelle 22, eine Zeit- und Taktgebereinheit 23, eine Porteinheit 24 mit den Eingängen 13 und 14, eine LED-Anzeige 25 und ein zum Ausgang 12 führendes Leistungsteil 26 zugeordnet. Andere übliche Einrichtungen können ebenfalls vorhanden sein, auch wenn sie hier nicht näher erläutert sind.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eines der Steuer­ elemente 15 als Sensor ausgebildet, der z. B. ein Bewegungsmelder oder Lichtsensor 15a (Fig. 1) sein kann und der Steuereinheit 9 ein Signal zuführt, wenn eine Person den mit dem Ventil versehenen Raum betritt. Alternativ oder zusätzlich könnte ein Steuerelement 15 in Form eines Feuchtesensors vorgesehen sein, wie in Fig. 1 durch das Bezugszeichen 15b angedeutet ist. Alle diese Steuerelemente 15 sind mit besonderem Vorzug ebenfalls fest in das Ventil eingebaut und mit nicht näher dargestellten Leitungen innerhalb des Ventils mit der Steuereinheit 9 bzw. deren Eingängen 13, 14 verbunden. Eine solche Anordnung ist vorteilhaft, weil Ventile der hier interessierenden Art in der Regel in Deckennähe angeordnet sind, was für den Erfassungsbereich der verschiedenen Sensoren günstig ist.

Das Steuerelement 16 (Fig. 2) ist dagegen z. B. als üblicher Lichtschalter bzw. Taster ausgebildet, der wie üblich in Griffhöhe an der Wand oder dgl. angeordnet und über eine nicht dargestellte Leitung mit dem Eingang 14 verbunden ist, um der Steuereinheit 9 den jeweiligen (ein- bzw. ausgeschalteten) Zustand des Schalters bzw. Tasters mitzuteilen.

Aufgrund der Anwendung einer programmierbaren Steuerung bedeutet ein Signal an den Eingängen 13, 14 nicht zwangsläufig die (sofortige) Einschaltung des Antriebs 8. Viel­ mehr übermitteln die Steuerelemente 15, 16 lediglich Daten bzw. Informationen über Ereignisse, die durch ein im Programmspeicher abgelegtes Programm ausgewertet und ggf. logisch verknüpft werden. Infolge dieser Auswertung kann sich ein aktuelles Lüftungserfordernis ergeben, das eine vorgewählte Stellung des Ventils erfordert. Befindet sich der Ventilkörper 6 nicht in der erforderlichen Stellung, wird der Antrieb 6 über das Leistungsteil 26 entsprechend angesteuert. Andernfalls kann eine derartige Ansteuerung natürlich entfallen. Ein Lüftungserfordernis könnte sich beispielsweise dann ergeben, wenn aus den von mehreren Sensoren übermittelten Temperatur- und Feuchtewerten eine kritische relative Feuchte errechnet wird oder wenn eine durch die Betätigung eines Schalters oder Tasters herbeigeführte Schalter- oder Tasterstellung für eine vorgewählte Mindestdauer erhalten bleibt.

Die bidirektionale Bus-Schnittstelle 17 dient zur Kommunikation der Steuereinheit 9 mit anderen Steuereinheiten oder Baugruppen. So ist es z. B. möglich, das Ventil von einer zentralen Steuervorrichtung aus zwangsweise zu steuern, um z. B. von Zeit zu Zeit eine Grundlüftung auch dann durchzuführen, wenn der betreffende Raum oder die zugehörige Wohnung vorübergehend unbewohnt ist und die Grundstellung des Ventils die völlig geschlossene Stellung ist. Umgekehrt können über die Bus-Schnittstelle an die zentrale Steuerung Signale übermittelt werden, die für den aktuellen, geöffneten bzw. geschlosse­ nen Zustand des Ventils oder andere Zustände im zugehörigen Raum charakteristisch sind und/oder der zentralen Steuerung anzeigen, daß in Kürze ein erhöhter Lüftungsbedarf bestehen wird, weil z. B. eines der Steuerelemente 15, 16 reagiert hat. Daraus könnte dann z. B. eine Änderung der Drehzahl eines zentralen Zu- oder Abluftventilators abgeleitet werden. Weiter wäre es möglich, dem Ventil über das Bus-Leitungs-System 18 mit­ zuteilen, welche Druckverhältnisse im zentralen Abluftschacht herrschen bzw. mit welcher Drehzahl der zentrale Abluftventilator gerade betrieben wird, um dadurch z. B. zu verhin­ dern, daß eine zyklische Grundlüftung durchgeführt wird, wenn bereits eine größere Anzahl von Ventilen in einer geöffneten Stellung ist, um eine Bedarfslüftung durch­ zuführen. Außerdem könnte die beschriebene Kommunikation zwischen den vorhandenen Ventilen dem Zweck dienen, die Zahl der Ventile, die gleichzeitig in ihre geöffnete bzw. geschlossene Stellung bewegt werden, zu begrenzen, um dadurch die Leitungsquerschnitte für die Spannungsversorgung bzw. die an die Dimensionierung der Spannungsquelle gestellten Anforderungen klein zu halten. Wie im Fall der Steuerelemente 15, 16 ver­ knüpft die Steuereinheit 9 die über den Bus erhaltenen Informationen und erzeugt ggf. Steuersignale für den Antrieb 8.

Fig. 3 und 4 zeigen schematisch zwei zusätzliche Anwendungsbeispiele, die sämtlich mit einem und demselben, in erfindungsgemäßer Weise gestalteten Ventil realisiert werden können. Demgegenüber zeigt Fig. 2 die Anwendung des erfindungsgemäßen Ventils in seiner allgemeinsten, vielseitigsten Form.

Bei der Anwendung des Ventils in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise ist lediglich die Bus- Schnittstelle 17 in Benutzung. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden alle zum Betreihen der Ventile erforderlichen Informationen, Daten, Befehle usw. ausschließlich über das Bus-Leitungs-System 18 übertragen. Innerhalb einer komplexen Be- und/oder -entlüftungs­ anlage eines vielgeschossigen Gebäudes sind die Ventile aller Räume bzw. Wohnungen dabei zweckmäßig über dasselbe Bus-Leitungs-System 18 miteinander verbunden. Dennoch arbeitet jedes Ventil im Prinzip autark, da es zwar unter Benutzung der über den Bus erhaltenen bzw. ausgetauschen Daten und Befehle, im übrigen aber ausschließlich aufgrund des Programms betrieben wird, das in dem ihm selbst zugeordneten Programm­ speicher abgelegt ist. Der Adresspeicher ermöglicht dabei in einfacher Weise, jedes Ventil hard- oder softwaremäßig mit einer eigenen, eindeutigen Adresse zu versehen, so daß alle in einem Gebäude vorhandenen Ventile mit exakt demselben, diese Adressen beinhalten­ den Programm betrieben und über den Bus gezielt angesprochen werden können.

Schließlich zeigt Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel, bei dem nur die Eingänge 13 und/oder 14 in Benutzung sind. Eine solche Anwendungsform bietet sich z. B. für Wohnungen oder Gebäude mit nur wenigen Ventilen an. Wie schematisch dargestellt ist, sind im Aus­ führungsbeispiel zwei Ventile und zugehörige Steuereinheiten 9 vorgesehen, die je einem Schalter 27, 28 zugeordnet sind, je einen weiteren, im Stromkreis eines zentralen Ventilators 29 liegenden Ausgang aufweisen und dadurch den Ventilator 29 wahlweise (oder beide gemeinsam) einschalten können. Dabei können die Schaltelemente 15 wie in den anderen Ausführungsbeispielen z. B. als Licht-, Feuchte-, Temperatur-, Bewegungs-, Schall- oder Rauchsensoren, die Steuerelemente 16 dagegen z. B. als Schalter bzw. Taster ausgebildet sein, mittels derer abhängig vom eingegebenen Programm auf Dauerlüftung, Lüftungspause und ggf. andere Sonderfunktionen umgeschaltet werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Dies gilt insbesondere für den speziellen Antrieb 8 des Ventils, der anders als dargestellt ausgebildet sein kann. Außerdem ist es möglich, die Öffnungsquerschnitte der im Einzelfall verwendeten Ventile dadurch zu steuern, daß z. B. in Kenntnis einer vorgegebenen Bewegungsgeschwindigkeit der Spindel 7 die benötigten Verfahrzeiten im Programmspeicher der Speichereinheit 21 gespeichert werden. Dadurch können für unterschiedliche Adressen (Ventile) leicht unterschiedliche Verfahrzeiten gewählt werden, die z. B. in Abhängigkeit von der Lage des jeweiligen Ventils im Gebäude zu unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten führen. Um dabei nach einem Stromausfall wieder definierte Zustände der Ventile herzustellen, könnte mit der Steuereinheit 9 zusätzlich ein Reset durchgeführt werden, in dem alle Antriebe 8 mit der maximal möglichen Verfahrzeit zurückgefahren und dann anhand der gespeicherten Parameter in eine definierte Ausgangsstellung gebracht werden. Auch die Steuereinheit 9 kann anders ausgebildet sein, insbesondere könnten bei ihr im Fall der Fig. 3 die Port­ einheit 24 und im Fall der Fig. 4 die Bus-Schnittstelle 17 fehlen. Herstellungstechnisch am einfachsten wäre es jedoch, die Steuereinheiten aller Ventile entsprechend Fig. 2 auszubil­ den, da hierfür auf dem Markt befindliche Bausteine ohne jede Änderung verwendet werden können. Schließlich versteht sich, daß die einzelnen Merkmale der Erfindung auch in anderen als den dargestellten und beschriebenen Kombinationen verwendet werden können.

Claims (10)

1. Steuerbares Raumbe- und entlüftungsventil für den steuerbaren Verschluß von Wand- und/oder Deckenöffnungen (3) in Gebäuden, enthaltend: einen Ventilsitz (1), einen beweglich zu diesem gelagerten Ventilkörper (6), einen elektrisch steuerbaren Antrieb (8) für den Ventilkörper (6) und eine mit dem Antrieb (8) verbundene Steuereinheit (9), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (9) eine frei programmierbare, in das Ventil integrierte Steuereinheit ist, die einen Programmspeicher (21) zur Speicherung eine dem Ventil einzeln zugeordneten Arbeitsprogramms, einen mit einer Spannungsversorgung zu verbindenden Eingang (10), einen mit dem Antrieb (8) verbundenen Ausgang (12) und Signalanschlußmittel enthält, die wenigstens einen zur Verbindung mit einem Steuer­ element (15, 16) in Form eines Raumsensors oder Schalters bestimmten Eingang (13, 14) und/oder eine bidirektionale Bus-Schnittstelle (17) aufweisen.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bus-Schnittstelle (17) gleichzeitig den Eingang für die Spannungsversorgung bildet.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (9) einen Mikroprozessor (20) enthält.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens ein eingebautes, mit dem Eingang (13) verbundenes Steuerelement (15) in Form eines Sensors aufweist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ einheit (9) und/oder der Sensor in den Ventilsitz (1) eingebaut ist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Installationsrahmen (2) aufweist und die Steuereinheit (9) und/oder der Sensor in den Installationsrahmen (2) eingebaut ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (8) selbsthemmend ausgebildet ist.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (8) in zwei Richtungen steuerbar ist.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (8) ein Linearantrieb ist.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuerelemente (15, 16) und/oder über die Bus-Schnittstelle (17) gemeldete Ereignisse in der Steuereinheit (9) logisch verknüpft und auf das Vorhandensein eines Lüftungserforder­ nisses überprüft werden, das eine vorgewählte Einstellung des Ventilkörpers (6) notwendig macht, und der Antrieb (8) bei Feststellung einer davon abweichenden Stellung des Ventilkörpers (6) entsprechend angesteuert wird.