DE3030716A1

DE3030716A1 - Ventileinrichtung

Info

Publication number: DE3030716A1
Application number: DE19803030716
Authority: DE
Inventors: Harro Prof. Dr.rer.nat. 5810 Witten Kiendl
Original assignee: Friedrich Grohe Armaturenfabrik GmbH and Co
Current assignee: Grohe Water Technology AG and Co KG
Priority date: 1980-08-14
Filing date: 1980-08-14
Publication date: 1982-02-25
Also published as: DK359481A; GB2082350A; SE8104671L; FR2488706A1; JPS5759212A; IT1168153B; GB2082350B; US4359186A; IT8123190A0; FR2488706B1; DE3030716C2

Description

_4_ 303071G

Friedrich Grohe Armaturenfabrik GmbH & Co.

GRP - 456

Vent ile i nr icht ung

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Derartige Einrichtungen sind z.B. aus der CH-PS 451 626 und der DE-OS 23 23 841 bekannt. Bei diesen vorbeschriebenen Mischventilen kann lediglich die Temperatur des erzeugten Mischwassers, nicht aber zugleich auch die Auslaufmenge des Mischwassers elektronisch eingestellt bzw. variiert werden. Vielmehr ist für die Einstellung der Auslaufmenge ein gesondertes, von Hand zu betätigendes Mengenreguliervent il erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Mischventile so zu verbessern, daß die Mischwassertemperatur elektronisch eingestellt werden kann und geregelt wird und zusätz-

ORIGINAL INSPECTED

lieh die Auslaufmenge elektronisch eingestellt bzw. geregelt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Bedienungskomfort wesentlich vergrößert werden kann, wobei die Auslaufmenge z.B. durch einen leichtgängigen Potentiometerdrehknopf, durch Drücken von elektrischen Tasten oder auch berührungslos eingestellt werden kann. Auch eine Ferneinstellung der Auslaufmenge, die in Sonderfällen von Interesse sein kann, ist ohne weiteres möglich.

Die stationäre Charakteristik,durch die die beiden Eingangsgrößen q und r einerseits und die result ierenden Größen der Mischwassertemperatur T„ und der Mischwassermenge Q„ andererseits bei der erf indungsgemäßen Anordnung miteinander verbunden sind , ist für das Erreichen einer hohen Güte der Temperaturregelung sehr vorteilhaft. Eine Variation der Auslauf menge hat nämlich keinen Einfluß auf die Mischwassertemperatur. Demgegenüber wirkt sich bei den bekannten Mischventilen in der Regel eine Reduktion der Auslaufmenge durch Betätigen des Mengenventils so aus, daß bei unsymmetrischen Drücken im Kaltwasserbereich P„ und im Warmwasserbereich P die Teilströme nicht im gleichen Verhältnis abgeschwächt werden , wodurch sich die Mischwassertemperatur anfänglich ändert und erst später durch Eingriff der Regelung wieder korrigiert wird. Die vorgeschlagene Einrichtung ermöglicht daher eine größere Regelgüte für die Temperatur.

Die erfindungsgemäße Einrichtung stellt außerdem keine besonderen Anforderungen an die Linearität der mechanischen Ventile, da sich die Charakteristik durch die Kennlinienglieder auf elektronischem Wege korrigieren läßt, so daß der Einsatz von kosten-

günstiger, mechanischer Standardventile ermöglicht wird. In besonderen Fällen, z.B. bei bekannt stark unsymmetrischen Druckverhältnissen, ist eine nichtlineare Ventilcharakteristik für das Erreichen einer hohen Regelgüte günstiger als eine lineare Charakteristik. Die Kennlinienglieder

ermöglichen es, daß unveränderte mechanische Ventile auch in solchen Situationen optimal eingesetzt werden können.

Schließlich läßt sich die erfindungsgemäße Einrichtung problemlos mit einer Zeitschaltuhr kombinieren, so daß z.B. ein programmiertes Füllen einer Badewanne durchgeführt werden kann. Auch kann vorteilhaft die Einrichtung direkt mit einem Füllstandsmesser zusammengeschaltet werden, wobei z.B. der Füllvorgang beim Erreichen eines voreingestellten Pegels in einer Badewanne beendet wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Figur 1 eine Ventileinrichtung in schematischer Darstellung;

Figur 2 die Strömungswege mit den zugeordneten Zuflußventilen in schematischer Darstellung der Einrichtung gemäß Figur 1;

Figur 3 ein Blockschaltbild des Entkopplungsgliedes mit Verknüpfungsmodul und Kennliniengliedern der Einrichtung gemäß Figur 1.

Die in der Zeichnung dargestellte Ventileinrichtung 1 besteht im wesentlichen aus jeweils einem in einer Warmwasserzuleitung 9 und einem in einer Kaltwasserzuleitung 10 angeordneten Zuflußventil 2,3, einem nachgeschalteten Mischraum 11 zur Erzeugung von Mischwasser und einer anschließenden Mischwasserableitung 12. Im Bereich des Mischraums 11, stromabwärts gelegen, sind ein elektronischer Temperaturfühler 8 und ein Meßglied 4 für die

Mischwasserauslaufmenge angeordnet, die zusammen mit einem Temperaturvorwähler 6 und einem Mengenvorwähler 7 über eine elektronische Regeleinrichtung 53 , 54 und über das Entkopplungsglied 5 die Stellgrößen für die Zuflußventile 2,3 erzeugen. Die Zuflußventile 2,3 haben dabei jeweils ein Stellglied 21,31, mit dem jeweils ein Verschlußstück 16,17 der Zuflußventile 2,3 stufenlos oder feingestuft steuerbar ist. Die Stellglieder 21,31 werden jeweils mit einer Eingangsgröße x_go-Q und Y₈₀T₁ angesteuert, die dem gewünschten Sollwert der tatsächlichen Position χ des Verschlußstückes 16 und der Position y des Verschlußstückes 17 entspricht (vgl .Fig.2) . Die Stellglieder 21,31 sindso konzipiert, daß sich der aktuelle Wert χ bzw. y schnell und ohne Überschwingen nahezu exakt auf den gewünschten Sollwert einstellt.

Ein derartiges Stellglied läßt sich z.B. mit Hilfe eines Gleichstrommotors als konventioneller unterlagerter Positionierungsregelkreis realisieren. Die dafür notwendige Größe χ bzw. y kann z.B. durch ein Potentiometer oder berührungslos induktiv gemessen werden. Eine andere Ausführungsform für ein derartiges Stellglied, die ohne ein Meßglied für die Positionsbestimmung auskommt, kann mit Hilfe eines konventionellen Schrittmotors realisiert werden. In diesem Fall werden die Signale χ bzw. y durch Vorwärts- und Rückwärtszählen der Impulse gewonnen, die den Schrittmotor ansteuern. Ferner können auch direkt angetriebene elektrische Proportional ventile eingesetzt -werden. Ein mit zwei Steuereingängen 51,52 versehenes elektronisches Entkopplungsglied 5 läßt sich gemäß Figur 3 realisieren. Es besteht im wesentlichen aus dem Verknüpfungsmodul 13, der die beiden Eingangsgrößen q und r (O £ ο i 1, O ^ r £ 1) in die Größen

^FK, soll ^{und F}w, soll ^mit ° - ^FK, soll ~ ^{3 und} ° = ^F _w, soll * ¹ umwandelt, die die Sollwerte für die Durchlaßquerschnitte F₁, und

a.

F^ in den Zuflußventilen 2,3 darstellen. Die Größen Fg _soii ^v · ·λπ werden durch nicht nichtlineare Kennlinienglieder 14,15 ge^^hickt, deren Ausgangsgrößen die Größen x_so1t und y ,. mit w " ^x _soii — 1 ^und O £■ ^ysoll ^^{1 sind}· Aufgabe der Kennlinien-,^ leder 14,15 ist es, eine ggf. vorhandene,störend große Nicht-

BAD ORIGfNAL

linearität in der Ventilcharakteristik F„ = f(x) bzw. F = f(y) auszugleichen. Im Falle eines ausreichend guten linearen Zusammenhangs F_K =cx und F_w = cy können die Kennlinienglieder entfallen. Wird dieses Entkopplungsglied 5 gemäß Figur 1 mit den Stellgliedern 21,31 verbunden, so wirkt die Steuergröße q hauptsächlich auf die Mischwassertemperatur T„. (Bei symmetrischen Drücken P und P der Vorläufe hat q keinen, bei unsymmetrisehen Drücken hat q einen gewissen Einfluß auf die Mischwasserausflußmenge Q„.) Die Steuergröße r hat stets allein Einfluß auf die Mischwasserausflußmenge Q„, beeinflußt also nicht die Mischwassertemperatur T_M. (Dies gilt für einen zu vernachlässigenden Auslaufwiderstand.) Die elektronische Realisierung eines Verknüpfungsmoduls 13 ist mit Hilfe konventioneller Operationsverstärker und eines elektronischen Multiplizierers leicht möglich. Die Kennlinienglieder 14,15 lassen sich z.B. durch Dioden-Funktionsglieder realisieren.

Als Regler für den Temperatur-Regelkreis kann z.B. ein konventioneller PI- oder PID-Regler eingesetzt werden. Dabei wird das Stellsignal, das vom Temperaturvorwähler 6 kommt, vor Eintritt in den eigentlichen Regelkreis, d.h. vor dem Vergleich mit dem Istwert der Mischwassertemperatur, durch ein elektronisches Verzögerungsglied geschickt _t dessen Zeitkonstante der Zeitkonstante des elektronischen Temperaturfühlers 8 entspricht. Auf diese Weise wird bei sprungartigen Änderungen des Temperatur-Sollwertes ein anfängliches Überschwingen der Mischwassertemperatur vermieden.

Für die Bestimmung der Auslaufmenge ist ein Meßglied 4 vorgesehen, das z.B. als direktes Meßglied für die Durchflußmenge Q₁. des Mischwassers ausgeführt sein kann. Ein Beispiel für ein derartiges Meßglied ist ein Rotameter, das auf der Verwendung eines Schwebekörpers basiert. Die Position des Schwebekörpers, die ein Maß für die Auslaufmenge darstellt, kann z.B. induktiv ge-

ο r> ο η ^Γ7 1 ρ

messen werden.

Eine andere Möglichkeit für eine Realisierung des Meßgliedes 4 zur Bestimmung der Auslaufmer ;:' Q„ des Mischwassers besteht darin, daß die beiden Zuflußmengen Qjr und Q in den Vorlaufleitungen mit Hilfe je eines direkten Meßgliedes, z.B. je eines Rotameters, gemessen ur-Ί die resultierenden Werte addiert werden. Diese Möglichkeit erfordert gegenüber der zuvorgenannten einen zweiten Durchflußmesser; sie bietet jedoch den folgenden Vorteil: Aus den bekannten Jurchflußmengen Q„ und Q sowie aus den bekannten Ventildurchtrittsquerschnitten F« und F kann auf die Drücke P - P und P - P_M und insbesondere

W I». ill W Dd

auf deren Verhältnis (P„ - P,.) : (P - P„) geschlossen werden, wobei mit P„ der Druck in der MischkL-imer 11 bezeichnet ist. Dieses Verhältnis beeinflußt wesentlich den Zusammenhang zwischen der Eingangsgröße q des Entkopplungsgliedes 5 und der resultierenden Mischwassertemperatur T„. Daher kann die mit e iner elektronischen Rechenschaltung gebildete Größe (¹V-IV)=(P "¹V) ^oenutzt werden, um die verwendete Temperaturregelung durch die bekannte Maßnahme der "Störgrößenaufschaltung" zu verbessern.

Eine dritte Möglichkeit zur Realisierung des Meßgliedes 4 ist indirekter Natur. Sie basiert auf einer Messung der Vorlaufdrücke P„ und P sowie ggf. auch des Drucks des Mischwassers

JV W

P . Hierfür können z.B. bekannte Druckmesser auf der Basis von

M
Dehnungsmeßstreifen eingesetzt werden. Aus den Größen Pj^, P ,

P sowie aus den Größen F^ und F kann dann mit Hilfe einer M KW

elektronischen Rechenschaltung die interessierende Größe Q_M gebildet werden. Bei dieser Re-lisierungsmöglichkeit kann wieder das Verhältnis (P„ - P₁.) : (P - M₁.) durch eine elektronische

Λ. Μ WM

Rechenschaltung gebildet und zur Verbesserung der Temperaturregelung durch Störgrößenaufschaltung verwendet werden.

Zu bemerken ist, daß sich die Gut*=? der Temperaturregelung in jedem Falle auch dadurch noch weiter verbessern läßt, daß die

.../1O

ORIGINAL INSPECTED

Vorlauftemperaturen T^ und T zusätzlich elektronisch gemessen und für eine Störgrößenaufschaltung verwendet werden.

Leerseite

Claims

Friedrich Grohe Armaturenfabrik GmbH & Co.

GRP - 456

ANSPRÜCHE

Ventileinrichtung, insbesondere zur Erzeugung von temperiertem Mischwasser, wobei je ein elektromagnetisch betätigtes Zuflußventil in der Kalt- und Warmwasserzuleitung und ein im Mischraum angeordneter elektronischer Temperaturfühler mit einer Vorwähleinrichtung und einem elektronischen Regler als elektrischer Regelkreis zusammengeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwähleinrichtung von einem Temperaturvorwähler (6) und einem Mengenvorwähler (7) gebildet ist und stufenlos oder feingestuft unabhängig voneinander stellbare Zuflußventile (2,3) eingesetzt sind, deren Stellglieder (21,31) über ein elektrisches Entkopplungsglied (5) durch zwei elektrische Steuereingänge (51,52) derart

angesteuert werden, daß ein erster Steuereingang (51) im wesentlichen nur die Temperatur und ein zweiter Steuereingang (52) im wesentlichen nur die Durchflußmenge des Mischwassers beeinflußt, wobei der erste Steuereingang (51) durch einen mit dem Tempersturfühler (8) und dem Temperaturvorwähler (6) verbundenen elektrischen Regelkreis (53) angesteuert wird und der zweite Steuereingang (52) alternativ direkt durch den Mengenvorwähler (7) gesteuert wird oder durch einen mit dem Mengenvorwähler (7) und einem Meßglied (4) für die Bestimmung der Mischwasserauslaufmenge verbundenen elektrischen Regelkreis (54).
2. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Zuflußventilen (2,3) die Verschlußstücke (16,17) jeweils durch mechanisch voneinander getrennte elektrische Stellglieder (21,31) betrieben werden.
3. Ventileinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Entkopplungsglied (5) im wesentlichen aus einem Verknüpfungsmodul (13) besteht, der die Eingangsgrößen in die Sollwerte der Durchlaßquerschnitte der Zuflußventile (2,3) umwandelt.
4. Ventileinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verknüpfungsmodul (13) und den Stellgliedern (21,31) Kennlinienglieder (14,15) angeordnet sind.
5. Ventileinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Temperaturvorwähler (6) erzeugte Stellsignal vor dem Eintritt in den eigentlichen Temperaturregelkreis^durch ein elektronisches Verzögerungsglied geführt

ist, dessen Zeitkonstante der Zeitkonstante des elektronischen Temperaturfühlers (8) entspricht.
6. Ventileinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßglied (4) zur Erfassung der auslaufenden Mischwassermenge vorgesehen ist.
7. Ventileinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeleinrichtung eine Zeitschaltuhr zugeschaltet ist.
8. Ventileinrxchtung nach der: .„nsprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet j daß der Regeleinrichtung ein Füllstandsmesser zugeschaltet ist.