DE60217198T2 - Vorrichtung mit einem Wassermischventil - Google Patents

Vorrichtung mit einem Wassermischventil Download PDF

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James George Elcoate Smith
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wassermischventileinrichtung und insbesondere Verbesserungen des Steuersystems einer Wassermischventileinrichtung mit einem servo-gesteuerten Mischventil.
  • Bisher war bekannt, ein elektronisch gesteuertes Mischventil zum Mischen von heißem und kaltem Wasser vorzusehen, um Auslasswasser einer Solltemperatur vorzusehen. Die Einrichtung war mit einem Regelkreis mit einem Temperatursensor im Auslass des Mischventils versehen, so dass das Mischventil verstellt werden konnte, um eine erwünschte Auslasstemperatur vorzusehen. Es war auch bekannt, die Mischventileinrichtung als Teil einer Dusche, z.B. zum Waschen, vorzusehen.
  • US 5,174,495 beschreibt eine Einrichtung, die in Kombination mit einem Mischventil mit Heiß- und Kaltwassereinlässen und einem Mischwasser-Auslass und einem Betätigungsantrieb zum Betreiben des Ventils zum Ändern der Mischung von heißem und kaltem Wasser am Auslass einsetzbar ist. Die Einrichtung steuert und stellt das Ventil mittels des Betätigungsantriebs ein und hat einen Sensor am Auslass zum Erzeugen einer Istwertausgabe, die der Temperatur des Wassers am Auslass entspricht, einen digitalen Computer, eine den Computer mit dem Sensor und dem Betätigungsantrieb verbindende Leitung, eine Anzeige zum Anzeigen von Einstellungen des Computers, ein entnehmbares Programmmodul, das zum Liefern eines ventil- und nutzer-spezifischen Programms dafür in den Computer einlegbar ist, und ein mit dem Computer verbundenes Eingabefeld zum Programmieren desselben.
  • Bei vorbekannten Mischventilen zum Steuern der Temperatur eines Wasserauslasses war es bekannt, einen dazwischen befindlichen Höchsttemperaturstopp vorzusehen, um die Verwendung des Auslasses über einer vorgewählten Temperatur zu verhindern. Es besteht aber das Problem, dass diese Stopps unbeabsichtigt außer Kraft gesetzt werden können.
  • Erfindungsgemäß wird eine Mischventileinrichtung mit folgendem an die Hand gegeben:
    einem Mischventil zum verstellbaren Mischen von Heiß- und Kaltwasser;
    einem Ventilservo zum Bewegen des Mischventils;
    einem Steuersystem zum Betreiben des Ventilservos, um eine erwünschte Mischwassertemperatur vorzusehen; und
    einem Bedienfeld fern des Mischventils und des Ventilservos zum Liefern eines Steuersignals zum Steuersystem, um die gewünschte Temperatur zu wählen, wobei:
    das Steuersystem eine Höchsttemperatur-Wahlvorrichtung aufweist, mit welcher ein Bediener eine durch das Bedienfeld wählbare maximale Mischwassertemperatur festlegen kann; und wobei
    das Bedienfeld eine Anzeige von wählbaren Mischwassertemperaturen aufweist, wobei die Anzeige nur Temperaturen bis hinauf zu der gewählten maximalen Mischwassertemperatur zeigt, und
    die Anzeige einen festen vorbestimmten Bereich aufweist, dessen Skala entsprechend der gewählten maximalen Mischwassertemperatur verändert wird.
  • Auf diese Weise werden Benutzern nur die verfügbaren Mischwassertemperaturen vorgelegt, und im Gegensatz zu vorbekannten Systemen, bei denen höhere nicht wählbare Temperaturen angezeigt werden, wird keine Motivation geboten, höhere Temperaturen zu wählen. Weiterhin nutzt die Skala die verfügbare Anzeige voll aus, und weiterhin kann zwecks niedriger Höchsttemperaturen die Skala vergrößert werden, um Temperaturänderungen mit größerer Genauigkeit zu zeigen.
  • Bevorzugt ist die Höchsttemperatur-Wahlvorrichtung nahe dem Mischventil und dem Ventilservo vorgesehen.
  • Da das Bedienfeld fern des Mischventils und des Ventilservos vorgesehen ist und da die Höchsttemperatur-Wahlvorrichtung nahe dem Mischventil und Ventilservo vorgesehen ist, kann ein Bediener nicht unabsichtlich die von der Höchsttemperatur-Wahlvorrichtung festgelegte Temperatur ändern. Somit kann ein Bediener ohne Gefahr der Auswahl einer Temperatur über der von der Höchsttemperatur-Wahlvorrichtung festgelegten Temperatur hinaus mit Hilfe des Bedienfelds frei Temperaturen wählen.
  • Dennoch ist es durch Zugriff auf das Mischventil und den Ventilservo immer noch möglich, eine Höchsttemperatur-Wahlvorrichtung vorzusehen, die die gewählte Höchsttemperatur entsprechend den Anforderungen einfach verändert.
  • Das Bedienfeld kann ein zwischen zwei vorbestimmten Endpositionen bewegliches Element zum Wählen der Mischwassertemperatur aufweisen, wobei eine der vorbestimmten Endpositionen die gewählte maximale Mischwassertemperatur wählt und die Skala wählbarer Mischwassertemperaturen zwischen den zwei vorbestimmten Endpositionen entsprechend der gewählten maximalen Mischwassertemperatur eingestellt wird.
  • Auf diese Weise ist bei niedrigeren Höchsttemperaturen immer noch der volle Bewegungsbereich möglich, so dass Temperaturen mit größerer Genauigkeit gewählt werden können. Dies ist auf Schieber und auch auf drehbare Steuerknöpfe anwendbar.
  • Zu beachten ist, dass es auch möglich wäre, eine ähnliche Mindesttemperatur-Wahlvorrichtung vorzusehen und die Skalen der Anzeige und/oder des Bedienelements entsprechend zu ändern.
  • Die bekannte Mischventileinrichtung hat ein Problem, wenn sie in einer nicht linearen Umgebung installiert ist. Wenn zum Beispiel ein Mischventil in einem Wassernetz mit einer Kaltwasserzufuhr höheren Drucks eingebaut ist, hat der erste Teil der Bewegung des Mischventils wenig Wirkung beim Anheben der Auslasstemperatur, und die Auslasstemperatur spricht stark auf die Bewegung des Ventils in einem späteren kleinen Bereich an.
  • Um dieses Problem zu lösen, ist es möglich, das Mischventil für ein bestimmtes Drucksystem anzupassen, zum Beispiel durch Einsetzen von Durchflussbegrenzern in die Einlassrohre. Der Einbau dieser Durchflussbegrenzer ist aber keine triviale Angelegenheit, und sofern die Natur eines Wassernetzes nicht vorab bekannt ist, ist es erforderlich, den richtigen Durchflussbegrenzer durch Ausprobieren zu ermitteln. Weiterhin ist es erforderlich, eine Auswahl verschiedener Durchflussbegrenzer für verschiedene Wassernetzarten herzustellen und zu lagern.
  • Es ist auch möglich, einen Regelkreis zu verwenden, der die entsprechend erfassten Betriebsbedingungen dynamisch anpasst. Dies ist aber zu kompliziert und erfordert, dass sich der Regelkreis selbst neu konfiguriert, wenn das Ventil zwischen verschiedenen Teilen einer stabilen, aber nicht linearen Umgebung bewegt wird.
  • Im Hinblick auf das Vorstehende kann eine Mischventileinrichtung mit folgendem an die Hand gegeben werden:
    einem Mischventil zum Mischen von Wasser von einem Kaltwassereinlass und einem Heißwassereinlass und Befördern des Mischwassers zu einem Wasserauslass, wobei die Wassereinlässe und -auslässe zum Anschluss an ein externes Wassernetz ausgelegt sind;
    einem Ventilservo zum Bewegen der Position des Ventils;
    einem Steuersystem zum Betreiben des Ventilservos und dadurch zum Steuern mindestens der Temperatur am Wasserauslass, wobei
    das Steuersystem das externe Wassernetz charakterisiert, in dem das Mischventil angeschlossen ist, und die Steuerung des Ventils entsprechend der Charakterisierung optimiert.
  • Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, dass verschiedene Mischventile für verschiedene Installationen vorgesehen werden oder dass zusätzliche Teile zum Anpassen des Mischventils an verschiedene Installationen vorgesehen werden. Das Steuersystem kann die Art, in der es das Mischventil steuert, entsprechend den Eigenschaften des externen Wassernetzes anpassen. Insbesondere bei einer vorgegebenen Temperaturänderung an einem bestimmten Punkt des Temperaturbereichs kann das Steuersystem entsprechend der Charakterisierung des externen Wassernetzes das Mischventil um einen anderen Betrag bewegen. Wenn das Steuersystem einen Auslasstemperatursensor mit einem Regelkreis nutzt, kann es die Steuerung des Ventils durch Verändern des Bewegungsbetrags des Ventils entsprechend der Charakterisierung optimieren, um eine von dem Temperatursensor erfasste Differenz zwischen Ist- und Solltemperatur zu korrigieren. Der Regelkreis setzt mit anderen Worten tatsächlich eine Verstärkung ein, die sich entsprechend der Charakterisierung über den Ventilbereich verändert.
  • Für die bestimmte Charakterisierung sind aber geeignete Verstärkungen für Positionen im gesamten Betriebsbereich bekannt, und es besteht keine Notwendigkeit, dass das System die Verstärkung auf der Grundlage der erfassten Bedingungen dynamisch ändert. Eine jeweilige Charakterisierung stellt einen ganzen Betriebsbereich dar.
  • Bevorzugt berücksichtigt die Charakterisierung mindestens eines von Strömen, Drücken und Temperaturen des Einlasswassers. Dies ermöglicht ein Optimieren der Mischventileinrichtung für eine Vielzahl externer Wassernetze.
  • Die von dem Steuersystem verwendete Charakterisierung kann von dem Bediener zum Beispiel mittels einer Eingabewahlvorrichtung gewählt werden. Auf diese Weise wählt der Bediener lediglich vorab die Art des externen Wassernetzes, in dem die Mischventileinrichtung installiert ist, oder ändert die Auswahl, bis eine optimale Reaktion beobachtet wird.
  • Dagegen könnte das Steuersystem auf der Grundlage der Betriebsbedingungen des Ventils automatisch die Charakterisierung ermitteln.
  • Auf diese Weise ermittelt das Steuersystem die Charakterisierung des externen Wassernetzes auf der Grundlage der Eigenschaften des Wassers am Auslass des Mischventils verglichen mit der gesteuerten Position des Ventils, um diese Eigenschaften zu erzeugen.
  • Somit können die Betriebsbedingungen die Mischtemperatur am Auslass und die Position des Mischventils umfassen. Weiterhin können sie die Kaltwassereinlasstemperatur oder eine Schätzung derselben umfassen. Analog können die Betriebsbedingungen ein Maß der Änderung der Position des Mischventils bezüglich einer Änderung der tatsächlichen Mischwassertemperatur am Auslass umfassen.
  • Durch zusätzliches Berücksichtigen der Kaltwassereinlasstemperatur benötigt das Steuersystem nur Daten bezüglich zwei anderen Betriebspositionen, um das externe Netz zu charakterisieren.
  • Die Betriebsbedingungen können zusätzlich die Temperatur des Eingangskaltwassers umfassen.
  • Auf diese Weise benötigt das Steuersystem nur Daten bezüglich einer Zwischenposition des Ventils, um das externe Netz zu charakterisieren.
  • Dadurch kann das Steuersystem durch Verwenden der Eingangskalt- und/oder Eingangsheißwassertemperaturen das externe Netz schneller und einfacher charakterisieren.
  • Bevorzugt ist das Steuersystem kontinuierlich adaptiv, so dass sich bei Änderung der Eigenschaften des externen Netzes auch die Charakterisierung ändert. Die zutreffende Reaktion bzw. Verstärkung für den Betriebsbereich ändert sich mit anderen Worten. Das Steuersystem kann aber daneben auch die Charakterisierung des externen Wassernetzes bezüglich Zeit bestimmen. Auf diese Weise kann das Steuersystem Bedingungen vorhersagen, bei denen sich die Eigenschaften des externen Wassernetzes zeitlich ändern. Das Steuersystem könnte zum Beispiel die Temperatur des Heißwassereinlasses, die zeitlich abnimmt, wenn die Temperatur in einem Heißwasserzufuhrtank sinkt, ausgleichen. Analog könnte das Steuersystem Nachlauf in Zufuhrrohren entsprechend der Zeit seit der letzten Nutzung des Mischventils und/oder Änderungen, wenn sich die Temperatur eines Zufuhrrohrs der Temperatur des Wassers nähert, das es befördert, ausgleichen.
  • Bevorzugt nutzt das Steuersystem bei Einschalten die Charakterisierung, um das Ventil zu einer vorhergesagten Position zu bewegen, um am Wasserauslass die erforderliche Temperatur zu erzeugen.
  • Im Hinblick auf das Vorstehende kann eine Mischventileinrichtung mit folgendem an die Hand gegeben werden:
    einem Mischventil zum Mischen von Wasser von einem Kaltwassereinlass und einem Heißwassereinlass und Liefern des Mischwassers zu einem Wasserauslass, wobei die Einlässe und Auslässe zum Anschluss an ein externes Wassernetz ausgelegt sind;
    einem Ventilservo zum Bewegen der Position des Ventils; und
    einem Steuersystem zum Betreiben des Ventilservos und dadurch zum Steuern des Strömens vom Wasserauslass, wobei
    das Steuersystem Informationen speichert, die die Position des Ventils und des Ventilservos zur Temperatur am Auslass in Beziehung setzen, so dass bei Einschalten bei Auswahl einer Solltemperatur der Ventilservo zunächst betrieben wird, um das Ventil zu der für die gewählte Temperatur gespeicherten Position zu bewegen.
  • Wenn das Steuersystem zusammen mit einem Regelkreis einen Temperatursensor in dem Auslass verwendet, positioniert das Steuersystem das Ventil eine kurze vorbestimmte Zeit lang ohne Verwenden des Regelkreises. Wenn der Regelkreis wieder genutzt wird, sollten auf diese Weise die Ventilposition und die Ist-Temperatur nahe der erforderlichen Position und Temperatur sein, so dass die erforderliche Temperatur schneller und mit geringerer Temperaturschwankung erreicht werden kann.
  • Häufig werden Mischventile in Systemen verwendet, die innerhalb eines kurzen Zeitraums abgeschaltet und neu gestartet werden. Bei einer Heimdusche kann die Dusche zum Beispiel kurz abgeschaltet werden, während der Benutzer Seife oder Shampoo aufträgt.
  • Wenn das Mischventil für nur kurze Zeit nicht verwendet wird, nimmt das Steuersystem bevorzugt an, dass sich die Bedingungen des Wassernetzes nicht geändert haben, und führt einen Schnellstart einer Einschaltregelung aus, um das Ventil zu seiner zuvor verwendeten Position zurückzuführen.
  • Es kann auch eine Mischventileinrichtung mit folgendem an die Hand gegeben werden:
    einem Mischventil zum Mischen von Wasser von einem Kaltwassereinlass und einem Heißwassereinlass und Liefern des Mischwassers zu einem Wasserauslass, wobei die Einlässe und Auslässe zum Anschluss an ein externes Wassernetz ausgelegt sind;
    einem Ventilservo zum Bewegen der Position des Ventils; und
    einem Steuersystem zum Betreiben des Ventilservos und dadurch zum Steuern des Strömens vom Wasserauslass, wobei
    bei Nichtverwenden des Mischventils über eine nur sehr kurze Zeit das Steuersystem annimmt, dass sich die Bedingungen des externen Wassernetzes nicht geändert haben und einen Schnellstart einer Einschaltregelung ausführt, um das Ventil zu seiner zuvor verwendeten Position zurückzuführen.
  • Unabhängig von anderen Steuersystemen oder Regelkreisen kann das Ventil mit anderen Worten direkt zu der Position gesteuert werden, die es bei der letzten Verwendung hatte.
  • Auf diese Weise wird das Ventil direkt zu einer zum Erzeugen der erwünschten Auslassbedingungen geeigneten Position bewegt. Dies ist insbesondere bei einem Mischventil hilfreich, das zum Steuern sowohl von Strömen als auch Temperatur verwendet wird. Weiterhin vermeidet das System durch Schnellstarten der Einschaltregelung, so dass der Regelkreis zuerst ignoriert wird, übermäßige Schwankungen und Zeitverzögerungen, wenn der Regelkreis das Ventil zu seiner erforderlichen Position bringt. Der Regelkreis kann aktiviert werden, sobald das Ventil die erforderliche Position erreicht hat.
  • Bei vorbekannten Systemen, bei denen ein Wasserstrom durch ein elektrisch betreibbares Mischventil gesteuert wird, besteht ein Problem bei Eintreten von Stromausfällen. Ohne elektrischen Strom für das Mischventil bleibt es insbesondere in seiner offenen Stellung. Es wurde vorgeschlagen, mechanische Aktoren vorzusehen, um das manuelle Schließen des Ventils zu ermöglichen. Diese sind aber unpraktisch in der Verwendung, insbesondere wenn das Mischventil in einer Dusche eingebaut ist und der Benutzer daher nass ist.
  • Im Hinblick auf das Vorstehende kann eine Mischventileinrichtung mit folgendem an die Hand gegeben werden:
    einem Mischventil zum Steuern des Strömens von Wasser;
    einem Ventilservo zum Bewegen des Mischventils;
    einem Steuersystem zum Betreiben des Ventilservos und zum Bewegen des Mischventils;
    einem Stromeingang zum Empfangen von Strom für den Ventilservo und das Steuersystem; und
    einem Speicher für elektrische Energie zum Versorgen des Ventilservos und des Steuersystems, falls von dem Stromeingang kein Strom empfangen wird, wobei in einem solchen Fall das Steuersystem den Ventilservo betreibt, um das Ventil zu einer Position ohne Strömen zu bewegen.
  • Somit liefert der Speicher für elektrische Energie im Fall eines Stromausfalls Strom zum Schließen des Ventils und Abschaltens der Wasserzufuhr vom Auslass.
  • Dies ist insbesondere bei Ventilen brauchbar und bevorzugt weist die Vorrichtung ein Ventilelement mit Öffnungen für Heiß- und Kaltwasser auf, das zwischen einer Position ohne Strömen und Positionen mit Mischströmen zwischen maximal heiß und maximal kalt beweglich ist.
  • Bei diesen Ventilen kann ein Stromausfall auch zu Änderungen des externen Netzes führen, das das Heiß- und Kaltwasser liefert, so dass der Wasserauslass Wasser liefert, das unannehmbar heiß oder kalt ist. Mittels des Speichers für elektrische Energie ist es möglich, das Ventil gefahrlos abzuschalten.
  • Das Ventilelement kann an zwei Positionen, einer neben der maximal kalten Position und eine neben der maximal heißen Position, eine strömfreie Position vorsehen.
  • Zwar könnte das Ventilelement in normalem Gebrauch zu der strömfreien Position neben der maximal kalten Position bewegt werden, fall von der Stromeinrichtung kein Strom erhalten wird, doch betreibt das Steuersystem den Ventilservo bevorzugt so, dass er das Ventilelement zu der nächsten der beiden strömfreien Positionen bewegt.
  • Auf diese Weise wird das Ventil sehr schnell und mit dem geringsten Energiebetrag zu seiner Aus-Position bewegt.
  • Falls von der Stromeinrichtung kein Strom erhalten wird, schaltet das Steuersystem bevorzugt Strom zu unnötigen Komponenten der Mischventileinrichtung ab, um Strom zu sparen.
  • Dadurch liefert das Steuersystem Strom nur zu Komponenten, die für das Betreiben des Mischventils wesentlich sind. Zum Beispiel könnte eine Beleuchtung eines zugehörigen Bedienfelds abgeschaltet werden.
  • Auf diese Weise kann es abhängig von der Größe des Speichers für elektrische Energie möglich sein, den Betrieb der Mischventilvorrichtung einige Zeit fortzusetzen, bevor der Ventilservo das Ventil zu einer strömfreien Position bewegt.
  • Diesbezüglich könnte das Steuersystem auf der Grundlage, dass sich die Betriebsbedingungen während des kurzen Zeitraums im Anschluss an den Stromausfall nicht ändern, den Strom zu einem Regelkreis für das Ventil abschalten.
  • Bevorzugt ist der Speicher für elektrische Energie ein Kondensator. Dieser bietet eine längere Lebensdauer als eine Batterie und ermöglicht auch Energiespeicherung bei einer höheren Spannung.
  • Während Strom von dem Stromeingang erhalten wird, kann der Kondensator bis zur höchstmöglichen unbedenklichen Spannung geladen werden, zum Beispiel mindestens 40 Volt oder eine gesetzlich zulässige Höchstspannung wie 42,4 Volt.
  • Falls von dem Stromeingang kein Strom erhalten wird, kann das Steuersystem die restliche elektrische Energie, die in dem Speicher für elektrische Energie gespeichert ist, ermitteln und den Ventilservo so betreiben, dass er das Ventil zur strömfreien Position bewegt, wenn die restliche elektrische Energie gleich der zum Bewegen des Ventils zur strömfreien Position erforderlichen Energie ist.
  • Auf diese Weise wäre es bei Stromausfällen relativ kurzer Dauer möglich, den Betrieb der Mischventileinrichtung ohne Unterbrechung fortzusetzen.
  • Der Ventilservo kann einen Schrittmotor umfassen. In diesem Fall betreibt das Steuersystem den Schrittmotor bevorzugt in halben Schritten, wenn von dem Stromeingang Strom erhalten wird, und in ganzen Schritten, wenn von dem Stromeingang kein Strom erhalten wird.
  • Wird von dem Stromeingang kein Strom erhalten, betreibt das Steuersystem den Ventilservo bevorzugt so, dass er das Mischventil unter Verwendung der optimalen Servotrajektorie zu einer strömfreien Position bewegt, was zu minimalem Stromverbrauch führt.
  • Es versteht sich, dass es möglich ist, einen Servo auf vielerlei Weise zu betreiben. Bei Normalbetrieb wird der Servo für gewöhnlich so betrieben, dass er eine optimale Reaktion bietet, indem er das Ventil schnell zu einer Sollposition bewegt. Abhängig von den Eigenschaften des Servos ist es auch möglich, den Servo so zu betreiben, dass er sich bei minimalem Stromverbrauch zu einer Sollposition bewegt. Durch Bewegen des Mischventils zu einer strömfreien Position bei minimalem Stromverbrauch kann die Größe des Speichers für elektrische Energie minimiert werden oder die Zeit, während der die Mischventileinrichtung während eines Stromausfalls weiter arbeiten kann, kann maximiert werden.
  • Bei bekannten elektrisch betriebenen Mischventilen besteht das Problem, eine sehr präzise Steuerung des Mischventils aufgrund des Spiels in der Rädertriebübertragungsbewegung zu dem Mischventil vorzusehen.
  • Im Hinblick auf das Vorstehende kann eine Mischventileinrichtung mit folgendem an die Hand gegeben werden:
    einem Mischventil zum Mischen von Wasser von einem Kaltwassereinlass und einem Heißwassereinlass und Befördern des Mischwassers zu einem Wasserauslass;
    einem Schrittmotor;
    einem Rädertrieb zum Übertragen der Bewegung des Schrittmotors zu dem Mischventil;
    einem Detektor zum Detektieren mindestens einer vorbestimmten Position des Mischventils; und
    einem Steuersystem zum sequentiellen Betreiben des Schrittmotors, um das Mischventil in eine Richtung an der mindestens einen vorbestimmten Position vorbei und in eine Gegenrichtung an der mindestens einen vorbestimmten Position vorbei zu bewegen, um dadurch bezüglich des Detektors Spiel im Rädertrieb zu ermitteln.
  • Wenn das Steuerventil das Mischventil in eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung bewegen muss, in die es zuletzt bewegt wurde, kann es auf diese Weise den Schrittmotor um einen zusätzlichen Betrag gleich dem Spiel in dem Rädertrieb betreiben, um das Mischventil präzis zu der erforderlichen Position zu bewegen. Dies kann die Genauigkeit des Steuersystems wesentlich verbessern.
  • Das Steuersystem reagiert bevorzugt auf ein Steuersignal, um das Mischventil zu einer durch das Steuersignal angezeigten Position zu bewegen, wobei das Steuersystem den Schrittmotor entsprechend betrieb, wobei es das Spiel im Rädertrieb berücksichtigt.
  • Dadurch könnte das Steuersignal von einem Temperatursensor im Wasserauslass zum Steuern der Wasserauslasstemperatur abgeleitet werden. Durch Korrigieren des Spiels im Rädertrieb ist es dann möglich, das Mischventil präzis im Rahmen des Regelkreises zu bewegen und kleine Änderungen der Mischventilposition vorzunehmen, um die Auslasstemperatur genauer zu steuern.
  • Natürlich kann das Steuersignal auch von einem Bediener von einer Wunschtemperatureingabe abgeleitet werden.
  • Bei den bisherigen Mischventilen besteht ein Problem bei Nichtbetrieb des Mischventils über lange Zeiträume. Aufgrund von Haftreibung und dergleichen zwischen elastischen Dichtungen und deren Dichtflächen kann auf den Ventilservo und Betriebsmechanismus eine übermäßige Beanspruchung ausgeübt werden. Ferner werden auf die elastischen Dichtungen selbst zusätzliche Abnutzung und Beanspruchung ausgeübt.
  • Im Hinblick auf das Vorstehende kann eine Mischventileinrichtung mit folgendem an die Hand gegeben werden:
    einem Ventil mit mindestens einer Dichtfläche, gegen die mindestens eine elastische Dichtung drückt;
    einem Ventilservo zum Bewegen des Ventils;
    einem Steuersystem zum Betreiben des Ventilservos als Reaktion auf ein Steuersignal;
    wobei
    bei Fehlen eines Steuersignals zum Bewegen des Ventils innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums das Steuersystem das Ventil automatisch betreibt, um ein Haftenbleiben der elastischen Dichtung an der Dichtfläche zu vermeiden.
  • Bevorzugt beträgt der vorbestimmte Zeitraum mindestens 24 Stunden. Dies ist insbesondere für in Duschen verwendete Mischventile sinnvoll. Duschen werden häufig regelmäßig jeden Tag zur gleichen Zeit genutzt. Somit betreibt das Steuersystem den Ventilservo, wenn die Dusche vom Benutzer nicht zu dieser regelmäßigen Zeit betrieben wird.
  • Eine Bewegung des Ventils muss nur ausreichend sein, um ein Anhaften der elastischen Dichtungen an den Dichtflächen zu verhindern. Bevorzugt ist das Ventil so angeordnet, dass es ausreichend bewegt werden kann, um die elastischen Dichtungen bezüglich ihrer Dichtflächen zu bewegen, ohne dass das Ventil Strömen dadurch vorsieht.
  • Auf diese Weise wird das externe Netz, in dem das Ventil eingebaut ist, durch den Betrieb in keiner Weise beeinträchtigt.
  • Wenn ein Mischventil mittels eines Regelkreises mit einem Sensor im Auslass gesteuert wird, ist es häufig notwendig, eine gedämpfte Reaktion zu haben. Wenn der Regelkreis zum Beispiel zum Beibehalten einer bestimmten Wassertemperatur am Auslass verwendet wird, ist es unerwünscht, dass der Regelkreis ungedämpft ist, da das System übermäßig schwingt, wenn es sich zu einer neuen Temperatur bewegt, und auf Temperaturänderungen, die sich aus geringfügigen Änderungen der Einlassströme ergeben, zum Beispiel aufgrund einer anderen Nutzung an der gleichen Wasserversorgung, überreagiert. Unter bestimmten Umständen, zum Beispiel einem Kaltwasserzufuhrausfall ist es dagegen äußerst wichtig, dass das System schnell reagiert, um den Wasserfluss abzusperren, bevor ein Benutzer sich verbrüht.
  • Im Hinblick auf das Vorstehende kann eine Mischventileinrichtung mit folgendem an die Hand gegeben werden:
    einem Mischventil zum Mischen von Wasser von einem Kaltwassereinlass und einem Heißwassereinlass und Befördern des Mischwassers zu einem Wasserauslass, wobei die Einlässe und Auslässe zum Anschluss an ein externes Wassernetz dienen;
    einem Ventilservo zum Bewegen der Position des Ventils; und
    einem Steuersystem zum Betreiben des Ventilservos und dadurch zum Steuern des Strömens aus dem Wasserauslass, wobei das Steuersystem einen Temperatursensor zum Vorsehen einer Anzeige der Temperatur am Wasserauslass und einen Regelkreis zum Vergleichen der Solltemperatur mit der von dem Temperatursensor vorgesehenen Temperatur umfasst, um den Ventilservo zu betreiben, wobei
    das Steuersystem zusätzlich einen Transientendetektor zum Ermitteln von Transienten im Wasserstrom von der durch den Temperatursensor angezeigten Temperatur und zum Außerkraftsetzen des Regelkreises umfasst, um den Ventilservo im Fall einer Transienten zu steuern.
  • Auf diese Weise kann der Regelkreis während der normalen Nutzung die erwünschte gedämpfte Reaktion zum Steuern der Auslasstemperatur vorsehen. Wenn aber von dem Transientendetektor eine Transiente detektiert wird, kann der Regelkreis außer Kraft gesetzt werden, um im Hinblick auf die detektierten Temperaturänderungen dem Steuersystem das Ergreifen sofortiger Maßnahmen zu ermöglichen.
  • Der normale Regelkreis hat mit anderen Worten keine Kontrolle mehr über die Bewegung des Ventils, und der Transientendetektor veranlasst ein schnelles Bewegen des Ventils zu einer sicheren Position.
  • Es versteht sich, dass die Wirkung des Dämpfens oft durch den Temperatursensor selbst vorgesehen wird, da bei normalem Gebrauch diese Notwendigkeit nur eine relativ langsame Reaktionszeit hat.
  • Im Fall einer Transiente wird der Ventilservo bevorzugt so gesteuert, dass er die Wasserzufuhr von dem Heißwassereinlass zu dem Wasserauslass schnell auf im Wesentlichen Null senkt.
  • Bevorzugt überwacht der Transientendetektor ständig die Änderungsrate der Temperatur, die von dem Temperatursensor angezeigt wird.
  • Auf diese Weise kann der Transientendetektor die Ist-Temperatur am Wasserauslass aus der Änderungsrate der Temperatur, die von dem Temperatursensor angezeigt wird, und der Zeitkonstante des Temperatursensors vorhersagen.
  • Bei Kenntnis der Zeitkonstante des Temperatursensors und somit des Grenzwerts, bis zu dem er eine Änderungsrate der Temperatur zeigen kann, kann mit anderen Worten der Transientendetektor eine Ist-Änderungsrate vorhersagen, die viel größer ist, wenn der Temperatursensor eine Änderungsrate bei diesem Grenzwert anzeigt.
  • Auf diese Weise kann der Transientendetektor einen unzulässigen Temperaturanstieg vorhersagen, so dass das Steuersystem geeignete Maßnahmen ergreifen kann.
  • Wesentliche Probleme können mit vorbekannten elektronisch gesteuerten Mischventilen aufgrund von Fehlern im System auftreten. Der Ausfall eines Temperatursensors kann zum Beispiel ein Bewegen des Mischventils zu einer Position veranlassen, die eine unzulässig hohe oder niedrige Temperatur erzeugt.
  • Im Hinblick auf das Vorstehende kann eine Mischventileinrichtung mit folgendem an die Hand gegeben werden:
    einem Mischventil zum Mischen von Wasser von einem Kaltwassereinlass und einem Heißwassereinlass und Befördern des Mischwassers zu einem Wasserauslass, wobei die Einlässe und Auslässe zum Anschluss an ein externes Wassernetz dienen;
    einem Ventilservo zum Bewegen der Position des Ventils; und
    einem Steuersystem zum Betreiben des Ventilservos und dadurch zum Steuern des Strömens aus dem Wasserauslass, wobei
    das Steuersystem eine Fehlerdetektionsschaltung zum Detektieren mindestens eines von folgendem umfasst:
    eines Ausfalls eines Temperatursensors, der eine Anzeige der Temperatur am Auslass liefert;
    eines Ausfalls
    Ausfall einer gewählten dazwischen liegenden Höchsttemperatur zur Zufuhr vom Auslass; und
    Abschaltung eines Bedienfelds zum Steuern des Steuersystems.
  • Auf diese Weise kann die Mischventileinrichtung trotz eventuell eintretender Ausfälle sicher arbeiten.
  • Bei Detektieren eines Fehlers kann das Steuersystem das Mischventil in einem ausfallsicheren Modus betreiben, zum Beispiel das Ventil zu ganz kalt, zu einer mittleren Temperatur bewegen oder das Strömen von Wasser von dem Auslass absperren.
  • Bevorzugt erkennt die Fehlerdetektionsschaltung nur Temperaturanzeigen zwischen vorbestimmten Grenzwerten als gültige Temperaturen und ermittelt den Ausfall des Temperatursensors, wenn die Anzeigetemperatur außerhalb der vorbestimmten Grenzwerte liegt.
  • Die Temperaturgrenzwerte können so eingestellt werden, dass bei Leer- oder Ruhebetrieb des Temperatursensors die Fehlerdetektionsschaltung einen Fehler ermittelt. Dies verhindert, dass das Steuersystem das Ventil als Reaktion auf ein falsches Signal, das maximale oder minimale Temperatur anzeigt, auf ganz kalt oder ganz heiß steuert.
  • Die dazwischen liegende Höchsttemperatur kann unter Verwenden eines Potentiometers gewählt werden, wobei die maximale wählbare dazwischen liegende Höchsttemperatur mit dem Potentiometer bei dessen Maximalwiderstand gewählt wird und ein fester Widerstand in Reihe mit dem Potentiometer vorgesehen wird, so dass höhere Widerstände als Fehler detektiert werden.
  • Wenn auf diese Weise das Potentiometer zum Wählen der dazwischen liegenden Höchsttemperatur abgeschaltet wird, wird der Leerlauf nicht als hohe dazwischen liegende Höchsttemperatur erkannt und das Steuersystem ergreift geeignete Maßnahmen, zum Beispiel das Ausgeben einer Warnung und das Absperren des Ventils oder das Verwenden einer internen dazwischen liegenden maximalen Standardtemperatur.
  • Bevorzugt entspricht die Mindesttemperatur, die als dazwischen liegende Höchsttemperatur wählbar ist, einem Ruhebetrieb, so dass der ein unerwünschter Kurzschluss gefahrlos eintritt.
  • Insbesondere bei Eintreten eines Kurzschlusses reagiert das System darauf, als ob die Mindesttemperatur als dazwischen liegende Höchsttemperatur gewählt wurde. Somit verursacht ein Ausfall kein Verbrühen des Nutzers.
  • Bevorzugt prüft die Fehlerdetektionsschaltung regelmäßig auf gültige Signale von dem Bedienfeld und detektiert einen Fehler, wenn kein gültiges Signal empfangen wird.
  • Bei analogen Bedienfelder prüft die Fehlerdetektionsschaltung auf gültige Signalwerte und bei digitalen Bedienfeldern prüft die Fehlerdetektionsschaltung, dass das Bedienfeld kommunizieren kann.
  • Sollte das Bedienfeld ausfallen oder abgeschaltet werden, kann auf diese Weise das Steuersystem geeignete Maßnahmen ergreifen, zum Beispiel das Ventil absperren.
  • Es kann eine Mischventileinrichtung mit folgendem an die Hand gegeben werden:
    einem Mischventil zum Mischen von Wasser von einem Kaltwassereinlass und einem Heißwassereinlass und Befördern des Mischwassers zu einem Wasserauslass, wobei die Einlässe und Auslässe zum Anschluss an ein externes Wassernetz dienen;
    einem Ventilservo zum Bewegen der Position des Ventils; und
    einem Steuersystem zum Betreiben des Ventilservos und dadurch zum Steuern des Strömens aus dem Wasserauslass, wobei
    das Steuersystem Informationen speichert, die die Position des Ventils und Ventilservos zu der Temperatur am Auslass in Beziehung setzen, so dass bei Einschalten bei Auswahl einer Solltemperatur der Ventilservo zunächst betrieben wird, um das Ventil zu der für die gewählte Temperatur gespeicherten Position zu bewegen.
  • Es kann auch eine Mischventileinrichtung mit folgendem an die Hand gegeben werden:
    einem Mischventil zum veränderlichen Mischen von Heiß- und Kaltwasser;
    einem Ventilservo zum Bewegen des Mischventils;
    einem Steuersystem zum Anschluss an ein fern angeordnetes Bedienfeld und zum Betreiben des Ventilservos, um eine erwünschte Mischwassertemperatur gemäß dem Bedienfeld vorzusehen, wobei
    das Steuersystem einen Eingangskanal umfasst, der zum selektiven Anschluss an ein analoges Bedienfeld und ein digitales Bedienfeld geeignet ist.
  • Bevorzugt umfasst der Eingangskanal sechs Leitungen, von denen zwei Leitungen für analoge Steuersignale geeignet sind.
  • Bevorzugt umfasst der Eingangskanal eine Eingangsabschlussschaltung.
  • Bevorzugt umfasst die Eingangsabschlussschaltung:
    einen ersten Kondensator zwischen Erde und einem Eingangskanal;
    einen ersten Widerstand zwischen dem Eingangskanal und einem digitalen Eingang;
    einen zweiten Widerstand zwischen dem Eingangskanal und einem analogen Eingang; und
    einen zweiten Kondensator zwischen dem analogen Eingang und der Erde; wobei
    der zweite Widerstand bezogen auf den ersten Widerstand eine höhere Impedanz hat.
  • Es kann auch ein Verfahren zum Kommunizieren mit einer Mischventileinrichtung mit einem Mischventil zum veränderlichen Mischen von Heiß- und Kaltwasser, einem Ventilservo zum Bewegen des Mischventils und einem Steuersystem zum Betreiben des Ventilservos und Vorsehen einer Sollmischtemperatur vorgesehen werden, wobei das Verfahren umfasst:
    Vorsehen einer Steuermittelung von 8 Bits mit – in dieser Reihenfolge – einem Zieladressenbyte, einem Quelladressenbyte, einem Befehlsanzahlbyte, drei Nutzlastbytes und zwei CRC-Bytes.
  • Bevorzugt weist die Befehlsanzahl mindestens sechs Werte auf, die jeweils Systemstatus melden, Ventil einschalten oder abschalten, Temperatur einstellen, Pumpe einschalten oder abschalten, Temperatur melden und Pumpenstatus melden darstellen.
  • Zu beachten ist, dass jedes der vorstehend erläuterten Merkmale zusammen in beliebiger Kombination in einer Wassermischventileinrichtung kombiniert werden kann, um eine Mischventileinrichtung mit den entsprechenden vorteilen zu erzeugen.
  • Anhand der folgenden Beschreibung, die lediglich beispielhaft erfolgt, wird die Erfindung unter Bezug auf die Begleitzeichnungen besser verständlich. Hierbei zeigen:
  • 1 schematisch eine ferngesteuerte Wassermischventileinrichtung, die die vorliegende Erfindung verkörpert;
  • 2 einen Querschnitt durch ein zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignetes Ventil;
  • 3 ein Ventilelement zur Verwendung in dem Ventil von 2;
  • 4 typische Profile zum Mischen von Heiß- und Kaltwasserzufuhr;
  • 5 schematisch einen Regelkreis für das Steuersystem von 1;
  • 6 das Profil für ein externes Wassernetz, unterteilt in Temperaturbänder;
  • 7(a) und (b) Ausführungen von Bedienfeldern; und
  • 8 ein Steuersystem unter Verwendung eines zusätzlichen Speichers für elektrische Energie;
  • 9 Beispiele von Temperatur ./. Ventilposition;
  • 10 eine graphische Darstellung von Gradienten der Kurven von 9;
  • 11 die maximale Gradientenkurve für die 9 und 10;
  • 12 eine Eingangsabschlussschaltung.
  • Wie in 1 dargestellt umfasst die Wassermischeinrichtung ein Mischventil 2, das durch einen Ventilservo 4 unter der Steuerung eines Steuersystems 6 betrieben wird. Das Steuersystem 6 empfängt ein Steuersignal von einem fernen Bedienfeld 8.
  • Wie gezeigt ist das Bedienfeld 8 mittels eines Kabels oder Drahts 10 mit dem Steuersystem 6 verbunden. Es kann aber jede geeignete Kommunikation zwischen dem Bedienfeld 8 und dem Steuersystem 6 vorgesehen werden, darunter drahtlose Systeme. Das Bedienfeld 8 ist mindestens in der Lage, in dem Steuersignal eine erwünschte Wasserauslasstemperatur anzuzeigen. Es kann dem Steuersystem 6 in dem Steuersignal aber auch andere Eigenschaften anzeigen. Weiterhin kann ein Signal von dem Steuersystem 6 zu dem Bedienfeld 8 übermittelte werden, um auf dem Bedienfeld 8 Informationen anzuzeigen.
  • Das Mischventil 2 umfasst mindestens zwei Einlässe 12 und 14. Diese Einlässe 12, 14 dienen jeweils zum Befördern von Flüssigkeit unterschiedlicher Eigenschaften zu dem Mischventil 2. Somit kann der Einlass 12 einen Strom kalten Wassers zu dem Mischventil 2 vorsehen und Einlass 14 kann einen Strom heißen Wassers zu dem Mischventil 2 vorsehen.
  • Die von dem Mischventil 2 gemischte Flüssigkeit fließt mittels eines Auslasses 16 aus dem Mischventil 2.
  • Wie vorstehend erwähnt wird das Mischventil 2 mittels eines Ventilservos 4, zum Beispiel eines Schrittmotors, betrieben. Der Ventilservo 4 wird durch das Steuersystem 6 so gesteuert, dass er das Mischventil 2 zu einer Position bewegt, die den erwünschten gemischten Ausgabestrom durch den Auslass 16 vorsieht.
  • 1 veranschaulicht einen Temperatursensor 18, der in dem Mischflüssigkeitsstrom angeordnet ist, um die Temperatur von Mischflüssigkeit zu detektieren. Wie dargestellt ist der Temperatursensor 18 in dem Auslass 16 positioniert. Der Temperatursensor 18 kann aber auch in der Mischkammer des Mischventils 2 positioniert sein, sofern er sich bei einer Position befindet, die eine korrekte Darstellung der Auslassmischtemperatur ergibt.
  • Mittels des Temperatursensors 18 kann das Steuersystem 6 den Ventilservo 4 so betreiben, dass das Mischventil 2 zu einer Position bewegt wird, die eine erwünschte Ausgabetemperatur vorsieht.
  • 2 zeigt einen Querschnitt durch ein bevorzugtes Mischventil 2 zur Verwendung in der Vorrichtung von 1. Das Mischventil 2 umfasst ein Ventilelement 20, wie in 3 gezeigt wird.
  • Die Einlässe 12, 14 umfassen Becherdichtungen 22, 24, die gegen die Fläche 26 des Ventilelements 20 abdichten.
  • Wie in 3 gezeigt, umfasst das Ventilelement 20 verjüngte Öffnungen 28. Auf diese Weise wird durch Drehen des Ventilelements 20 im Verhältnis zu den Becherdichtungen 22, 24 der Einlässe 12, 14 einer der Einlässe zur Mischkammer des Mischventils 2 ganz geöffnet, und dann wird, während Strömen von diesem Einlass zunehmend reduziert wird, Strömen von dem anderen Einlass zunehmend verstärkt. Auf diese Weise kann jede erwünschte Mischung von den Einlässen 12, 14 erhalten werden.
  • Wie in 2 gezeigt kann das Ventilelement 20 durch eine Welle 30 gedreht werden, die sich durch das Mischventil 2 erstreckt. Die Welle 30 wird durch den Ventilservo 4 entweder direkt oder mittels eines Rädertriebs gedreht. Der Rädertrieb kann separat vorgesehen werden oder innen im Ventilservo 4 untergebracht werden.
  • Es versteht sich, dass auch andere Anordnungen der servo-betriebenen Mischventile möglich sind.
  • Wenn das Mischventil 2 in einem System mit gleichen Druck- und Strömeigenschaften zur Zufuhr zu beiden Einlässen 12 und 14 verwendet wird, ist es möglich, eine lineare Mischreaktion bezüglich der Bewegung des Ventils vorzusehen. Zum Mischen von heißen und kalten Flüssigkeiten wird dies durch die durchgehende Linie in der graphischen Darstellung von 4 gezeigt.
  • In der Praxis hat das System an verschiedenen Zufuhrrohren unterschiedliche Druck- und Strömeigenschaften. Insbesondere bei einer Haushaltswasserversorung, bei der dem Mischventil 2 Heiß- und Kaltwasser zugeführt wird, kann das Kaltwasser von höherem Druck als das Kaltwasser sein oder das Heißwasser kann von höherem Druck als das Kaltwasser sein. Diese beiden Situationen werden in 4 dargestellt. Insbesondere wenn das Heißwasser von höherem Druck als das Kaltwasser ist, folgt die gemischte Ausgabetemperatur der durch die gestrichelte Linie von 4 mit der Bezeichnung A dargestellten Kennlinie. Wenn dagegen das Kaltwasser von höherem Druck als das Heißwasser ist, folgt die Auslasstemperatur der durch die gestrichelte Linie von 4 mit der Bezeichnung B dargestellten Kennlinie. Somit versteht sich, dass das System, bei dem das Mischventil eingebaut ist als ein System mit einer besonderen Charakterisierung klassifiziert werden kann.
  • Bei dem oben vorgelegten Beispiel kann das Wassernetz ganz einfach als System mit einer von drei Charakterisierungen charakterisiert werden, nämlich ein Heißwassernetz mit hohem Druck, ein Netz mit gleichen Druck oder als Kaltwassernetz mit hohem Druck.
  • Anhand vorstehender Erkenntnis wird nun vorgeschlagen, das Steuersystem mit einem von einem Benutzer betätigbaren Schalter 32 zu versehen, der die Auswahl der geeigneten Charakterisierung für das System ermöglicht, in dem die Mischventileinrichtung eingebaut ist. In einer Anordnung könnte der Schalter 32 mit nur drei Zuständen versehen sein, die jeweils den drei grundlegenden Charakterisierungen entsprechen. Gleichermaßen könnte er in einer anderen Anordnung mit zusätzlichen Zuständen für dazwischen liegende Charakterisierungen versehen sein. Alternativ könnte der Schalter eine stufenlose Auswahl von Charakterisierungen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs erlauben.
  • Auf der Grundlage der Charakterisierung kann das Steuersystem 6 den Ventilservo 4 in einer Weise betrieben, die die Reaktion des Systems optimiert, wodurch höhere Reaktionszeiten und eine stabilere Steuerung erreicht werden. Insbesondere passt das Steuersystem 6 die Position des Ventils 2 bei einer Rate an, die bei der tatsächlichen Änderung des sich aus einer Positionsänderung ergebenden Mischens geeignet ist. Auf diese Weise kann das Steuersystem 6 die Reaktion der Steuerung so schnell wie möglich machen und auch ein Überschreiten minimieren.
  • Diesbezüglich versteht sich, dass bei Vorhandensein eines Regelkreises, wie er zum Beispiel durch den Temperatursensor 18 von 1 vorgesehen wird, das Steuersystem 6 jede erwünschte Ausgabemischung wählen kann, ohne die Charakterisierung des externen Netzes zu kennen. Durch Kennen der Charakterisierung des externen Netzes kann das Steuersystem 6 aber den Ventilservo 4 so betreiben, dass er das Mischventil 2 mehr oder weniger bewegt, als andernfalls bei einer vorgegebenen Mischungsänderung am Auslass erwartet würde. Somit würde zum Beispiel bei der Charakterisierung A in 4 das Steuersystem 6 den Ventilservo 4 so betreiben, dass er das Ventil 2 bei Temperaturen am unteren Ende des Temperaturbereichs weniger bewegt als am höheren Ende des Temperaturbereichs. Die Verstärkung ändert sich mit anderen Worten mit der Ventilposition, und diese Information wird zum Optimieren des Regelkreises genutzt.
  • Somit wird eine geeignete Charakterisierung gewählt, die die Beziehung zwischen der Ventilposition und der Auslasstemperatur für mindestens den üblichen Betriebsbereich definiert. Diese wird dann zum Erhalten einer Sollauslasstemperatur verwendet. Die Regelkreisverstärkung muss während der Bewegung des Ventils zwischen verschiedenen Positionen nicht dynamisch verändert werden, da die Charakterisierung des externen Netzes zum Optimieren der Steuerung über mindestens dem üblichen Betriebsbereich ausreicht.
  • Anstatt oder zusätzlich zum Benutzerwahlschalter 32 ist es möglich, ein Steuersystem 6 vorzusehen, das die Eigenschaften des Systems, in dem die Mischventileinrichtung eingebaut ist, automatisch ermittelt. Insbesondere kann das Steuersystem 6 automatisch eine aus einer vorbestimmten Anzahl verschiedener Charakterisierungen wählen. Sie kann vergleichen, wie weit sie den Ventilservo 4 anweist, das Mischventil 2 bezüglich der detektierten Mischungsänderungen, zum Beispiel der vom Temperatursensor 18 detektierten Temperaturänderungen, zu bewegen. Dadurch kann das Steuersystem alternativ ein Profil der Mischreaktion aufbauen und somit das Mischventil 2 effektiver steuern. Das sich ergebende Profil bildet aber wiederum eine Charakterisierung, die den Betriebsbereich darstellt, wodurch ein freies Bewegen des Ventils zwischen verschiedenen Positionen und Auslasstemperaturen ohne Notwendigkeit, die Regelkreisverstärkung für jede neue Position dynamisch anzupassen, ermöglicht wird.
  • Bevorzugt überwacht das Steuersystem 6 die Reaktionskurve auf ständiger Basis, so dass bei Änderung der Reaktion im zeitlichen Verlauf das Steuersystem 6 seine Charakterisierung des externen Netzes ändert und seine Steuerung des Ventilservo 4 entsprechend ändert. Somit kann das Steuersystem 6 einen ständigen Lernprozess durchlaufen.
  • Um ein vollständiges und genaues Profil für die Charakterisierung zu haben, muss ei einem allgemeinen System das Steuersystem 6 das Mischventil 2 durch den vollständigen Bereich an Positionen und resultierenden Mischungen betreiben. Auf diese Weise kann das Steuersystem jedes Profil aufbauen, sogar ein Profil unregelmäßiger Form, das keinem der in 4 gezeigten Profile entspricht.
  • Unter manchen Umständen kann es nicht erwünscht sein, dass das Ventil durch seinen vollständigen Bereich bewegt wird, weil es Zeit erfordert und weil ein Bediener das Mischventil nur mit einer einzigen vorbestimmten Mischung arbeiten lassen möchte.
  • Durch die Annahme, dass die Charakterisierung durch eines einer vorbestimmten Auswahl an Profilen, wie sie in 4 gezeigt werden, angenähert werden kann, ist es möglich, eine geeignete Charakterisierung schneller und einfacher zu ermitteln. Insbesondere durch Festlegen von mindestens 3 Punkten bezüglich Ventilposition und Mischeigenschaften ist es möglich, ein geeignetes Profil zu schätzen und die erforderlichen Eigenschaften für das Steuersystem festzulegen.
  • Zum Mischen von heißen und kalten Flüssigkeiten wird vorgeschlagen, die kalte Eingangstemperatur zu messen oder zumindest zu schätzen. Dies gibt dann dem Steuersystem 6 den niedrigsten Punkt, wie in 4 gezeigt, und ermöglicht dem Steuersystem 6 die Vorhersage einer geeigneten Charakterisierung basierend auf nur zwei anderen Punkten auf dem Temperatur-/Positionsprofil.
  • Zum Ermitteln der Kalttemperatur ist es möglich, einen (nicht dargestellten) Temperatursensor im Kalteinlass 12 zu verwenden. Eine Alternative besteht aber darin, die von dem Temperatursensor 18 bei Einschalten gemessene Temperatur zu verwenden. Es versteht sich, dass bei den meisten Systemen ein gewisser Nachlauf, d.h. eine Länge an Fluid in den Rohren, zwischen der Heißfluidzufuhr und dem Mischventil 2 besteht. Somit wird bei Einschalten kein heißes Fluid mit dem kalten Fluid gemischt und die von dem Temperatursensor 18 gemessene Temperatur ist die Temperatur des Fluidnachlaufs. Diese Temperatur ist gewöhnlich die Umgebungstemperatur des Gebäudes, in dem das System installiert ist. Diese ist wiederum repräsentativ für die Kaltfluidtemperatur, wenngleich sie in der Praxis für gewöhnlich etwas höher ist.
  • Um die effiziente Erkennung einer geeigneten Charakterisierung weiter zu unterstützen, könnte das Steuersystem 6 die Heißfluidtemperatur in dem Heißeinlass 14 messen. Dies ist nicht wesentlich, könnte aber unter Verwenden eines (nicht dargestellten) Temperatursensors in dem Heißeinlass 14 verwirklicht werden. Auf diese Weise würde das Steuersystem 6 die Endpunkte des Temperaturprofils wissen und könnte eine geeignete Charakterisierung mit nur einem dazwischen liegenden Wert für Ventilposition gegenüber Auslasstemperatur schätzen.
  • Es versteht sich, dass die durch das Steuersystem 6 ermittelte Charakterisierung nicht allein auf die in 4 dargestellten und vorstehend erläuterten nicht linearen Profile beschränkt ist. Wie vorstehend erwähnt kann das Steuersystem 6 insbesondere durch Überwachen von Betriebsbedingungen der Einrichtung auf fortlaufender Basis eine Darstellung von Eigenschaften eines Systems aufbauen.
  • Im Anschluss an das Vorstehende versteht sich, dass sich die Eigenschaften eines Systems im Laufe der Zeit ändern können. Bei einer Haushaltswasserversorgung kann zum Beispiel die Temperatur des Heißwassers am Heißwassereinlass 14 nach Einschalten ansteigen, wenn die Versorgungsrohre auf die Temperatur des Heißwassers gebracht werden. Alternativ kann eine der Zufuhreinrichtungen von einer Quelle gespeist werden, die bei Verwenden von Wasser an Druck verliert.
  • Das Steuersystem 6 kann daher eine Charakterisierung überwachen und sie zeitlich aufzeichnen. Auf diese Weise kann das Steuersystem 6 die Charakterisierung ändern, die im zeitlichen Verlauf nach Einschalten des Fluidstroms auf das System zutrifft.
  • Das Steuersystem kann auch eine geeignete Charakterisierung danach auswählen, wie lange das Mischventil 2 sich in einem strömfreien Zustand mit beiden Einlässen 12, 14 abgesperrt befunden hat. Wenn zum Beispiel bei einer Haushaltswasserversorgung das Mischventil 2 nur 15 Minuten in einem strömfreien Zustand war, haben sich das Wasser und die Rohre zwischen der Heißwasserquelle und dem Mischventil 2 nicht auf Raumtemperatur abgekühlt, so dass bei Einschalten das Steuersystem 6 eine Charakterisierung verwenden kann, die zutreffender als die gewöhnliche Einschaltcharakterisierung ist.
  • Wenn dagegen das Mischventil 2 nur sehr kurze Zeit in dem strömfreien Zustand ist, zum Beispiel 1 Minute, dann kann das Steuersystem 6 annehmen, dass sich die Betriebsbedingungen der Einrichtung überhaupt nicht geändert haben. Auf diese Weise kann das Steuersystem 6 sofort die gleiche Charakterisierung anwenden, die vor dem Abschalten der Einrichtung verwendet wurde.
  • Wenn das Steuersystem keine separaten Charakterisierungen für verschiedene Einschaltarten speichert, wie vorstehend erläutert wurde, kann es immer noch den Einschaltvorgang optimieren. Insbesondere kann das Steuersystem 6 seine Charakterisierungen für normale Betriebsbedingungen und/oder eine Aufzeichnung der Position des Ventils 2 unmittelbar vor dem Abschalten nutzen.
  • Wird das Mischventil nur kurze Zeit nach dem Ausschalten wieder eingeschaltet, dann kann angenommen werden, dass sich die Eingangsbedingungen nicht geändert haben. Wenn sich in dieser Situation die geforderte Mischung seit der letzten Nutzung nicht geändert hat, kann das Ventil 2 sofort zur letzten stabilen Position gesteuert werden. Auf diese Weise ignoriert das Steuersystem 6 die aktuellen Bedingungen, wie sie zum Beispiel durch den Temperatursensor 18 und den zugeordneten Regelkreis angezeigt werden, und übergibt die Steuerung des Ventils 2 nach einer nur kurzen Wartezeit von zum Beispiel etwa 3 Sekunden an den Regelkreis. Dies ergibt die schnellstmögliche Einschaltzeit.
  • Wenn das Mischventil nach einer langen Abschaltzeit, zum Beispiel mehr als ein paar Minuten, wieder eingeschaltet wird, dann kann angenommen werden, dass sich die Eingangsbedingungen geändert haben. Selbst unter diesen Umständen ist es aber noch möglich, die von dem Steuersystem 6 verwendete Charakterisierung des Normalbetriebs zum Steuern des Ventils zu in etwa der richtigen Position zu nutzen, d.h. unter Verwenden der erlernten Daten um die Durchschnittswertposition bei einer vorgegebenen Mischung, die durch die Charakterisierung dargestellt wird. Unter diesen Umständen wird der Regelkreis nach einer längeren Wartezeit, zum Beispiel etwa 20 Sekunden, oder wenn zum Beispiel durch den Temperatursensor 18 detektiert wird, dass sich die Mischung den geforderten Bedingungen nähert, erneut gestartet. Im Fall einer Haushaltswasserversorgung gewährleistet dies somit eine stabilere Reaktion im System, wenn der Nachlauf in der Heißwasserversorgung durchgelaufen ist und Heißwasser erstmals das Mischventil 2 erreicht. Wie nachstehend erläutert wird, kann das System bei einer solchen Installation auch ein weiteres Sicherheitsmerkmal integrieren, beispielsweise dass, wenn der Temperatursensor 18 eine unzulässig hohe Temperatur anzeigt, das Steuersystem 6 die vorstehend erläuterten Prozesse außer Kraft setzt und das Mischventil 2 trotzdem auf ganz kalt steuert.
  • Zum Steuern des Ventils kann das Steuersystem 6 ein PID-Steuergerät verwenden, da es flexibel genug ist, um bei den meisten Bedingungen eine stabile und sichere Reaktion zu liefern. Es ist aber durch Berechnung, Simulation oder Experimente schwer zu optimieren.
  • Alle Anlagen- und Systemzeitreaktionen können durch Experimente und Annäherung an abtastzeitabhängige Funktionen bei einem annehmbaren Genauigkeitswert gefolgert werden, z.B. durch Experimente zum Festlegen der Geschwindigkeitsprofile des Motors. Daher ist es möglich, Steuergerätparameter für eine optimale Reaktion zu berechnen. Durch Reduzieren der Größenordnung des Steuergeräts wird diese Aufgabe relativ einfach gemacht.
  • Der integrale Term kann aus dem Steuergerät entfernt werden, wenn die Steuergerätausgabe den Positionsfehler statt die absolute Position anzeigt. 5 zeigt eine geeignete Anordnung.
  • Um dem Trajektorienplaner eine absolute Position zu liefern, muss die Ist-Position (Pa) zum Positionsfehler (Pe) addiert werden, um eine geforderte Position (Pd) zu erhalten. Diese lokale Rückkopplungsschleife stellt sicher, dass der Motor jederzeit so schnell wie möglich angetrieben wird.
  • Der Ableitungsterm ergibt eine Ausgabe proportional zur Änderungsrate des Fehlers. Dies bietet zwei Vorteile. Zum einen erzeugt der Ableitungsvorgang als Reaktion auf plötzliche Temperaturfehler (d.h. Wasserdruckstörungen) eine große ausgleichende Steuergerätmaßnahme. Wenn sich der Aktor schnell hin zu der geforderten Temperatur bewegt, erzeugt der Ableitungsterm zum anderen eine Ausgabe, um den Aktor zu verlangsamen. Auf diese Weise kann bei Vergrößern des Ableitungsterms der proportionale Term ebenfalls vergrößert werden, was die Anstiegszeit des Steuergeräts verbessert.
  • Der Ableitungsterm wird vorrangig durch Systemrauschen beschränkt. Wenn die Ableitungsverstärkung vergrößert wird, veranlasst das Rauschen, das schnelle Kanten enthält, den Aktor zu ,Rattern', was zu unnötigem Motor- und Zahnradverschleiß führt. Die Proportionalverstärkung ist hauptsächlich durch die Thermistorzeitreaktion beschränkt.
  • Bezüglich der vorstehend erläuterten adaptiven Strategie können die Zeitkonstanten des Systems als fest betrachtet werden, daher ist nur die momentane Verstärkung der Anlage erforderlich, um den Regelkreis kritisch gedämpft zu halten. Das Einschalten ist ebenfalls wichtig, und Daten zur korrekten Position bei einer vorgegebenen Temperatur erlauben eine optimale Einschaltreaktion. Eine Einschränkung liegt darin, dass es wenig Zeit zum Ausführen komplexer mathematischer Funktionen online gibt. Wenn diese stattgefunden haben, werden sie daher bevorzugt offline ausgeführt. Das Steuergerät kann den neuen Verstärkungswert berechnen, wenn es zur Vorbereitung auf den nächsten Betrieb des Ventils aus ist. Es tut dies, weil der Verarbeitungsaufwand zum Berechnen neuer Verstärkungen recht hoch ist. Ein billiger Microcontroller hat nicht ausreichend Verarbeitungsleistung, um gleichzeitig die Steueralgorithmen laufen zu lassen und die neuen Verstärkungen zu berechnen. Wenn das Ventil aus ist, hat der Microcontroller praktisch keine andere Verarbeitung auszuführen. Es wird vorgeschlagen, dass das Ventil mit einem Zyklus von 0,2 Sekunden arbeiten sollte, während denen der Algorithmus die geforderte Temperatur, die Ist-Temperatur prüft, die beiden vergleicht und den Fehler berechnet, dann kann die Steuerung unter Kenntnis des vorherigen Fehlers eine erforderliche Anpassung ausführen. Es wären erhebliche Verarbeitungsgeschwindigkeiten erforderlich, um die Verstärkungswerte innerhalb der Zyklen von 0,1 Sekunden ständig neu zu berechnen.
  • Nach einer Ausführung ist die Anlagenreaktion in 5 Temperaturbänder unterteilt, und in jedem dieser Bänder ist eine einzige Temperatur-/Positionskoordinate gespeichert. Dies wird in 6 dargestellt. Die Koordinate wird aus einem laufenden Mittel stabiler Punkte abgeleitet, die in diesem Temperaturband erreicht werden. Die Verstärkung wird durch die Anzahl der Aktorschritte gebildet, die für ein Grad Temperaturänderung erforderlich sind und wird offline zwischen jeder der gespeicherten Koordinaten berechnet. Die Verstärkung wird oberhalb und unterhalb der oberen und unteren Punkte extrapoliert. Wenn keine Daten erfasst wurden, wird eine vordefinierte „sichere" Verstärkung verwendet.
  • Bezüglich des Systems von 5 ist nur das Steuergerät (PD oder anderer Art) adaptiv, und die korrekte Verstärkung wird für die aktuelle Temperatur oder Position gewählt. Sie wird proportional zum Kehrwert der Anlagenverstärkung definiert. Die Proportionalitätskonstante ist abstimmbar.
  • Wenn nach Einschalten Daten im gleichen Temperaturband wie die geforderte Temperatur erfasst wurden, dann wird eine geforderte Position mit Hilfe der gespeicherten Verstärkung aus der nächsten aufgezeichneten Koordinate interpoliert. Das Ventil kann somit direkt zur berechneten Position bewegt werden. Das System verlässt diesen Modus, wenn die geforderte Temperatur erreicht ist oder wenn die geforderte Temperatur geändert ist. Nach einer vorbestimmten Zeit verlässt das System auch diesen Modus. Diese Zeit sollte etwas länger als die erwartete kalte Nachlaufzeit (Kaltwasser im heißen Rohr) eingestellt werden, da sie ein Bewegen des Aktors zur ganz heißen Position stoppt.
  • Das Verhalten des Ventils bei verschiedenen externen Wasseranschlüssen kann durch den Auslegungsprozess gekennzeichnet werden. Dies ergibt eine graphische Darstellung (9), die eine Gruppe von Kurven enthält, die Mischwassertemperaturen bei Ventilposition darstellen. Eine mathematische Differenzierung dieser Kurven erzeugt ein Diagramm von Gradienten bei Ventilposition (10). Eine den maximalen Gradienten bei jeder Position darstellende neue Kurve kann abgeleitet werden (11). Damit das System so schnell wie möglich arbeiten und für alle externe Wasseranschlüsse stabil sein kann, muss die maximale Steuergerätverstärkung proportional zum Kehrwert der maximalen Gradientenkurve bei jeder Position sein. In 11 wird die maximale Steuergerätverstärkung (abgeleitet aus der maximalen Gradientenkurve) bezüglich der Aktorposition gezeigt, wobei sie gemittelt wurde, um eine glattere Kurve zu ergeben.
  • Wenn die Mischventileinrichtung zum Mischen von Heiß- und Kaltwasser für den Haushaltsgebrauch verwendet wird, beispielsweise für eine Dusche, ist die Temperatur des Heißwassers am Einlass 14 zum Auslassen aus dem Auslass 16 eventuell nicht sicher. Insbesondere bei Verwendung der Einrichtung zum Beispiel durch Kinder oder ältere Menschen kann die Gefahr bestehen, dass das Bedienfeld 8 auf eine zu heiße Temperatur gestellt ist.
  • Es ist möglich, einen mechanischen Anschlag an dem Steuerknopf des Bedienfelds 8 vorzusehen, der ein Drehen des Steuerknopfs über eine wählbare Höchsttemperatur hinaus verhindert. Ferner ist es möglich, ein anderes Mittel an dem Bedienfeld 8 zum elektronischen Festlegen einer maximal wählbaren Temperatur zu integrieren. Leider haben diese Anordnungen den Nachteil, dass der Bediener die vorgewählte Höchsttemperatur unbeabsichtigt außer Kraft setzen oder ändern und dann eine Temperatur wählen kann, die zu hoch ist.
  • Um dies zu lösen, kann das Steuersystem 6, wie in 1 gezeigt, selbst mit einer Eingabe 36 versehen werden. Die Eingabe 36 dient zum Festlegen der Höchsttemperatur, die durch das Bedienfeld 8 gewählt werden kann. Nach Einbau kann auf das Steuersystem 6 und das Mischventil 2 im Allgemeinen nicht zugegriffen werden. Daher kann der Benutzer unter Verwenden des Bedienfelds 8 nur Temperaturen bis zu der durch die Eingabe 36 gewählten Höchsttemperatur wählen. Die Eingabe 36 kann jede geeignete Form haben, zum Beispiel ein Schieber oder ein drehbarer Knopf, der zum Beispiel ein Potentiometer betätigt, oder Auf- und Abtasten, die in Verbindung mit einer Anzeige auf dem Steuersystem 6 selbst oder auf dem Bedienfeld 8 verwendet werden. In manchen Ausführungen könnte die Eingabe 36 auch durch eine Steuerung vorgesehen werden, die nur durch ein spezielles Werkzeug betätigbar ist, zum Beispiel eine durch einen Schraubendreher zu drehende Schlitzschraube.
  • Bei den bisherigen Anordnungen, bei denen eine vorwählbare Höchsttemperatur vorgesehen wird, besteht der Nachteil, dass nur ein Teil des Bewegungsbereichs des Steuerknopfs je genutzt wird. Nunmehr wird erkannt, dass es vorteilhaft wäre, dem Steuerknopf immer seinen vollen Bewegungsbereich zu geben, aber das Ansprechvermögen so zu verändern, dass die Höchstposition der vorgewählten Höchsttemperatur entspricht. Die von dem Bedienfeld 8 verwendete Skala wird mit anderen Worten automatisch angepasst. Dies ermöglicht eine optimale Verwendung des Steuerknopfes, so dass bei einem niedrigeren vorgewählten maximalen und somit kleinen Bereich der Steuerknopf eine präzisere Steuerung der Temperatur erlaubt.
  • Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn statt eines mechanischen Anschlags die Höchsttemperatur elektronisch eingestellt wird. Diesbezüglich kann die Skala für die Eingabesteuerung des Bedienfelds 8 angepasst werden, um nur den Temperaturbereich abzudecken, der durch die von der Eingabe 36 festgelegte Höchsttemperatur definiert wird.
  • Bei manchen Anordnungen kann der Steuerknopf mit einer entsprechenden Anzeigeskala mit unbezeichneten Maßangaben versehen sein. Die Anzeigeskala kann zum Beispiel von „MIN" zu „MAX" reichen, mit mehreren Unterteilungen dazwischen. Wenn aber die Anzeigeskala spezifische Werte anzeigt, beispielsweise Temperaturen, ist es bevorzugt, dass die Anzeige automatisch entsprechend der Vorwahl der maximalen Temperatur angepasst wird, um geeignete Werte bis zum Höchstwert zu zeigen.
  • In einer weiteren Anordnung sind Mittel zum Vorwählen der Mindesttemperatur vorgesehen. In diesem Fall kann das Steuersystem die Bereiche und die Anzeige des Bedienfelds 8 entsprechend anpassen.
  • 7(a) zeigt ein Bedienfeld 8 mit einem Schieber 38 zum Wählen der Solltemperatur. Der Schieber 38 kann sich von einer Mindesttemperaturposition 40 zu einer Höchsttemperaturposition 42 bewegen. Das Steuersystem 6 weist die Höchsttemperaturposition 42 der von der Eingabe 36 gewählten Höchsttemperatur zu. Auf diese Weise steht der volle Bewegungsbereich des Schiebers 38 zum Wählen der Solltemperatur zur Verfügung. Bei normalem Einsatz würde der Bediener nicht einmal die Höchsttemperatureinstellung kennen.
  • Optional kann eine Anzeige 44 zum Anzeigen der gewählten Temperatur vorgesehen werden.
  • 7(b) zeigt ein Bedienfeld 8 mit einem ähnlichen Schieber 38 mit Mindest- und Höchsttemperaturpositionen 40, 42. Das Bedienfeld 8 ist mit einer Anzeige 46 zum Vorsehen einer Darstellung der wählbaren Temperaturskala entlang des Schiebers versehen. Die Anzeige 46 umfasst Segmente 48, die wählbare Temperaturen anzeigen. Somit werden die auf der Anzeige 46 dargestellte Skala und die in den Segmenten 48 angezeigten Temperaturen entsprechend dem Bereich der Temperaturen bestimmt, die bis zu dem durch die Eingabe 36 gewählten Maximum wählbar sind. Die Anzeige 46 kann als LCD oder dergleichen ausgestaltet sein und dadurch das Darstellen einer Vielzahl von Skalen und alphanumerischen Zeichen zulassen.
  • Es versteht sich natürlich, dass die gleichen Prinzipien auf andere Formen eines Bedienfelds 8 angewendet werden können, beispielsweise auf solche mit Drehknöpfen.
  • Es ist dem System möglich, eine externe oder interne Wasserpumpe zu steuern. Diese Pumpe wird eingeschaltet, wenn das geöffnet wird, und wird ausgeschaltet, wenn das Ventil geschlossen wird. Bevorzugt wird das Einschalten der Pumpe verzögert, wenn das Ventil geöffnet wird. Dies ermöglicht dem Ventil das Bewegen durch die Kaltposition, bevor die Pumpe die Strömrate erhöht. Dies minimiert das während des Einschaltens zugeführte unerwünschte Kaltwasser.
  • Wenn ein Ventil, wie es in den 2 und 3 gezeigt wird, ein Strömen von Fluid mittels eines Ventilservos steuert, besteht das Problem, dass im Fall eines Stromausfalls während des Betriebs das Ventil unbefristet offen bleibt und weiter Fluid zuführt.
  • Wie in 8 gezeigt ist das Steuersystem 6 mit einem Stromeingang 50 und einem Speicher 52 für elektrische Energie versehen. Auch wenn er als separate Komponente dargestellt ist, ist der Speicher 52 für elektrische Energie bevorzugt als internes Teil des Steuersystems 6 ausgestaltet, wie in 1 gezeigt wird. Somit arbeitet das Steuersystem 6 während Normalbetrieb unter der Leistung des Stromeingangs. Im Fall eines Stromausfalls wird aber von dem Speicher 52 für elektrische Energie Leistung zugeführt. Das Steuersystem 6 nutzt insbesondere die von dem Speicher 52 für elektrische Energie verfügbare Energie, um den Ventilservo 4 zu betreiben, um das Ventil zu einer geschlossenen Position zu bewegen, mit anderen Worten das Ventil abzusperren und es zu einer Position zu steuern, in der kein Strömen durch das Ventil erfolgt.
  • Der Speicher 52 für elektrische Energie wird während des normalen Einsatzes bevorzugt durch den Stromeingang 50 in einem geladenen Zustand gehalten. Der Energiespeicher 52 ist mit anderen Worten von wiederaufladbarer Art.
  • Statt der Verwendung einer Art von Batterie wird vorgeschlagen, einen Kondensator als Speicher für elektrische Energie zu verwenden.
  • Nicht wiederaufladbare Batterien müssten offensichtlich ersetzt werden. Verglichen mit Kondensatoren pflegen wiederaufladbare Batterien eine niedrigere Energiedichte aufzuweisen; benötigen einen komplexen Ladeschaltkreis und weisen eine beschränktere Lade-/Entladelebensdauer auf. Sie sind auch allgemein von niedriger Spannung, so dass es erforderlich wäre, die Spannung von etwa 1,5 V auf etwa 40 V zu erhöhen, um den Motor anzutreiben.
  • Damit der Kondensator ausreichend Leistung zum Betreiben des Ventils liefern kann, wird bevorzugt, dass er auf eine relativ hohe Spannung aufgeladen wird, da die gespeicherte Energie proportional zum Quadrat der Spannung ist, aber nur linear mit dem Wert des Kondensators ansteigt. Idealerweise sollte die Energie bei der höchstmöglichen Spannung gespeichert werden.
  • Im Hinblick auf Sicherheitsbelange in Haushaltswasserinstallationen wird bevorzugt, dass der Kondensator auf mindestens 40 Volt und bevorzugt mindestens 50 Volt geladen wird. Wenn die Energie zum Beispiel an der Niederspannungsseite des Transformators gespeichert wird, liegt eine praktische Beschränkung von 42,4 V vor, die von den geltenden Sicherheitsnormen des United Kingdom auferlegt werden. Somit würde in diesem Fall die Energie bei 42,2 V gespeichert werden. Die Versorgung mit 230 V Wechselstrom könnte durch einen Transformator auf eine sichere niedrige Spannung gesenkt und dann auf Gleichstrom gleichgerichtet werden. Um die Energie bei einer höheren Spannung zu speichern, bestünde ein alternativer Ansatz dann aus dem Verwenden einer Lösung mit einer Schaltmodus-Stromversorgung. Ein solches System würde fordern, dass der eingehende 230 V Wechselstrom auf Gleichstrom gleichgerichtet und die Energie an diesem Punkt gespeichert wird. Eine Schaltmodus-Stromversorgungsschaltung würde dann zum Umsetzen derselben hinunter auf eine sichere isolierte Gleichspannung verwendet werden.
  • Auf diese Weise kann ein kleinerer Kondensator für eine vorgegebene Energie verwendet werden, was zu Einsparungen bei Kosten und Platzbedarf führt.
  • Im Fall eines Stromausfalls kann das Steuersystem 6 die zum Bewegen des Ventils zu seiner Aus-Position, d.h. ohne Strömen, erforderliche Leistung schätzen. Dies ist natürlich entsprechend der aktuellen Position des Ventils unterschiedlich. Das Steuersystem 6 kann auch den verfügbaren Betrag elektrischer Energie schätzen, der in dem Speicher 52 für elektrische Energie verbleibt. Somit kann das Steuersystem 6 die Ventileinrichtung weiter mit dem gewählten Strömen arbeiten lassen, bis es ermittelt, dass die in dem Speicher 52 für elektrische Energie gespeicherte Energie sich dem zum Absperren des Ventils erforderlichen Betrag nähert. Somit wird im Fall einer vorübergehenden Unterbrechung der Stromversorgung das Steuersystem 6 das Ventil nicht unnötig absperren.
  • Um die erforderliche Größe des Speichers 52 für elektrische Energie zu minimieren und/oder die Zeit zu maximieren, in der die Einrichtung während eines Stromausfalls weiter arbeiten kann, kann das Steuersystem 6 den Strom zu unnötigen Teilen der Einrichtung unter ihrer Steuerung abschalten. Im Fall eines Stromausfalls kann das Steuersystem 6 mit anderen Worten eine weitere Stromversorgung nur einiger der Komponenten in der gesamten Einrichtung zulassen. Wenn das Bedienfeld 8 zum Beispiel mit einer Anzeige und/oder Beleuchtung versehen ist, kann diese ausgeschaltet werden. Das Steuersystem 6 kann abgeschaltet werden und der Ventilaktor wird nur als Reaktion auf anomale Bedingungen betrieben. Analog können digitale Kommunikationen mit dem Bedienfeld anderer Zusatzeinrichtungen abgeschaltet werden.
  • Natürlich wird das Steuersystem bevorzugt nur weiteres Strömen zulassen, solange es innerhalb bestimmter Grenzwerte bleibt und nicht ohne Berücksichtigung der Einlassbedingungen.
  • Während des Normalbetriebs des Steuersystems 6 und des Ventils werden das Ventil und der Ventilservo ohne große Rücksicht auf Stromverbrauch verwendet, aber mit verstärktem Blick auf das Optimieren von Geschwindigkeit und Steuerung.
  • Im Fall eines Stromausfalls kann das Steuersystem 6 den Ventilservo auf unterschiedliche Weise steuern. Insbesondere kann es dem Ventilservo Strom so zuführen, dass die Bewegung des Ventils zu seiner Aus-Position optimiert wird. Die Trajektorie der Bewegung des Ventilservos und Ventils wird mit anderen Worten so gewählt, dass sie das Ventil unter Einsatz von so wenig Energie wie möglich zu seiner strömfreien Position bringt. Somit kann das System mit Hilfe des effizientesten Motorantriebsstroms und der effizientesten Geschwindigkeit für den Motor arbeiten. Die effizienteste Art der Stromversorgung könnte auch verwendet werden, wenn zum Beispiel eine Schaltmodus-Stromversorgung verwendet wird.
  • Als Ventilservo kann ein Schrittmotor verwendet werden. Wie gut bekannt ist, kann man einen Schrittmotor in halben Schritten betreiben. Daher wird vorgeschlagen, dass während eines normalen Einsatzes der Schrittmotor in halben Schritten betrieben wird, um eine maximale Steuerung vorzusehen. Im Fall eines Stromausfalls betreibt das Steuersystem 6 den Schrittmotor aber in ganzen Schritten, um das Ventil so schnell und effizient wie möglich zu seiner Aus-Position zu bewegen.
  • Bei einigen Ventilen, zum Beispiel den in den 2 und 3 gezeigten, ist es möglich, dass ein strömfreier Zustand an zwei Positionen des Ventils erreicht wird.
  • Für die Ausführung der 2 und 3 kann das Steuersystem 6 bei Verwenden zum Zuführen einer Mischung aus Heiß- und Kaltwasser so ausgelegt werden, dass es normalerweise immer das Ventil zu einer Aus-Position neben der maximalen Kaltwasserzufuhr bewegt. Auf diese Wiese erhält der Benutzer bei Beginn der Nutzung der Einrichtung immer Kaltwasser vor Heißwasser, wodurch ein unnötiges Verbrühen des Benutzers vermieden wird. Das Steuersystem könnte aber so ausgelegt werden, dass es im Fall eines Stromausfalls das Ventil zur nächsten Aus-Position bewegt, ob dies nun neben der Heiß- oder Kaltwasserzufuhr ist.
  • Wenngleich der Ventilservo 4 direkt an das Ventil 2 angeschlossen werden kann, um eine guten Steuerung des Ventils 2 zu erreichen, übersteigt eine Bewegung des Ventilservos 4 häufig die für das Ventil 2 erforderliche Bewegung. Es wird mit anderen Worten ein Rädertrieb zwischen dem Ventilservo und dem Ventil 2 verwendet. Leider können Rädertriebe jeder Art zu einem gewissen Spiel führen. Wenn die Bewegungsrichtung des Ventilservos 4 umgekehrt wird, muss mit anderen Worten das Spiel im Rädertrieb aufgenommen werden, bevor eine Bewegung in dem Ventil 2 einsetzt.
  • In der gezeigten Ausführung ist der Rädertrieb innen im Gehäuse des Ventilservos 4 ausgebildet.
  • Wie in 1 gezeigt kann ein Sensor 54 am Ventil 2 oder zumindest an einer direkt mit der Bewegung des Ventils 2 verbundenen Welle vorgesehen werden. Das Steuersystem 6 kann dann einen Einschaltvorgang betätigen, um das Spiel im Rädertrieb zu ermitteln.
  • Der Detektor 54 muss nur eine einzige vorbestimmte Position des Ventils 2 detektieren.
  • Dann bewegt das Steuersystem 6 den Ventilservo um einen ausreichenden Betrag zur Aufnahme von Spiel im Rädertrieb in eine Richtung und an der von dem Detektor 54 detektierten mindestens einen Position vorbei. Nach Ermitteln durch den Detektor 54, dass sich das Ventil 2 an der vorbestimmten Position vorbeibewegt hat, kehrt das Steuersystem 6 dann die Richtung des Ventilservos 4 um, bis das Ventil 2 erneut die von dem Detektor 54 detektierte Position passiert. In einem perfekten System ist der Betrag, um den der Ventilservo 4 betrieben wird, um das Ventil 2 zur detektierten Position zurückzuführen, der gleiche Betrag, um den er wegbewegt wurde. In der Praxis muss der Ventilservo 4 aber zum Zurückführen des Ventils 2 zur detektierten Position um einen größeren Betrag betrieben werden. Der zusätzliche Betrag, um den er betrieben wird, stellt das Spiel im Rädertrieb dar.
  • Nach Ermitteln des Spiels im Rädertrieb kann das Steuersystem dann diese Informationen nutzen, wenn es den Ventilservo 4 zum Bewegen des Ventils 2 während des Normalbetriebs betreibt. Insbesondere wenn der Ventilservo 4 verwendet wird, um das Ventil 2 in einer Richtung entgegengesetzt zur vorherigen Bewegungsrichtung zu bewegen, betreibt das Steuersystem 6 dann den Ventilservo 4 um einen zusätzlichen Betrag, um das Spiel im Rädertrieb auszugleichen.
  • Auf diese Weise kann das Steuersystem eine viel größere Genauigkeit und Betriebsgeschwindigkeit erreichen.
  • Um einen guten Abdichtbetrieb vorsehen, werden Ventile mit elastischen Dichtungen konstruiert, die gegen Dichtflächen drücken. In dem in 2 gezeigten Ventil dichten zum Beispiel die Becherdichtungen 22, 24 gegen die Oberfläche 26 des Ventilelements 20 ab. Wenn ein Ventil lange Zeit nicht betrieben wird, kann das die elastischen Dichtungen bildende Material anfangen, an der Dichtoberfläche anzuhaften, so dass bei dem nächsten Einsatz des Ventils die elastischen Dichtungen beschädigt werden können. Ferner lässt die Haftreibungswirkung der Dichtungen auf der Scheibenoberfläche 26 das Betriebsmoment im zeitlichen Verlauf ansteigen. Eine hohe Haftreibung zwischen den Dichtungen und der Scheibenoberfläche könnte ein Blockieren des Ventils in der Aus-Position bewirken oder könnte langfristig eine schädliche Wirkung auf das Getriebe haben.
  • Außerbetrieb kann aus einer Reihe von Gründen eintreten. Wenn zum Beispiel die Einrichtung von 1 zum Mischen von Heiß- und Kaltwasser für eine Heimdusche verwendet wird, kann die Dusche nur gelegentlich verwendet werden.
  • Es wird nunmehr erkannt, dass durch regelmäßiges Betreiben des Ventils ein zu großes Zunehmen von Haftreibung verhindert wird. Diesbezüglich kann das Steuersystem 6 einen Zeitgeber umfassen und kann die Zeit seit dem letzten Betreiben des Ventils 2 überwachen. Wenn die Zeit seit dem letzten Betrieb einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, kann das Steuersystem 6 dann den Ventilservo 4 betreiben, um das Ventil 2 zu bewegen. Die Bewegung des Ventils 2 muss nur sehr gering sein, insbesondere nur ausreichen, um die elastische Dichtung in jede Richtung zu schieben. Bevorzugt ist die Konstruktion des Ventils 2 solcher Art, dass eine leichte Bewegung in dem strömfreien Zustand möglich ist, so dass das Ventil und die elastischen Dichtungen ausreichend bewegt werden können, um die Dichtungen zu schieben, ohne ein Strömen durch das Ventil 2 zu starten. Auch wenn dies nicht möglich ist, ist die Bewegung natürlich so gering und so schnell, dass es kaum zu Strömen durch das Ventil 2 kommt.
  • Bei Heimduschenanwendung ist es üblich, dass das Ventil alle 24 Stunden betrieben würde. In diesem Fall sollte das Steuersystem 6 einen vorbestimmten Zeitraum von über 24 Stunden für eine automatische Bewegung des Ventils 2 verwende. Ein Zeitraum von etwa 30 Stunden erlaubt einem Benutzer zum Beispiel seinen Tagesablauf etwas später als normal zu beginnen, und würde verglichen mit einem Zeitraum von etwa 24 Stunden unter diesen Umständen vermeiden, dass der Benutzer den Automatikbetrieb hört. Bei einem Zeitraum von etwa 20 Stunden dagegen, würde bei Verwenden der Dusche am Morgen diese nicht bis mitten in der Nacht betrieben und daher nicht bemerkt werden. Sicherlich besteht wenig Bedarf an einem Automatikbetrieb innerhalb von 12 Stunden, und in der Praxis wäre eine automatische Bewegung einmal die Woche ausreichend.
  • Bei einem Steuersystem mit einem auf den detektierten Mischbedingungen beruhenden Regelkreis umfasst der Regelkreis eine Verstärkung und eine Dämpfung, die geeignet sind, um eine optimale Reaktion unter üblichen Arbeitsbedingungen zu geben. Es wird nunmehr aber erkannt, dass unter manchen Umständen, beispielsweise einem Installationsfehler oder einem Fluidzufuhrausfall, die Reaktion auf den normalen Regelkreis nicht angemessen wäre. Somit wird vorgeschlagen, dass das Steuersystem 6 einen Transientendetektor-Regelkreis unabhängig von dem Normaltemperatur-Regelkreis umfasst und dass sie diesen zum Absperren des Ventils 2 während außergewöhnlicher Umstände nutzt.
  • Das vorstehend beschriebene Steuersystem versucht, den Fehler zwischen einem geforderten Wert, z.B. einer geforderten Temperatur, und einem tatsächlichen Anlagenausgabewert, d.h. einer gemessenen Temperatur, zu minimieren. Kein Steuersystem kann aber stufenlos schnell auf Änderungen von Eingabebedingungen reagieren. Es ist möglich, die Verstärkung des Rückkopplungssystems zu vergrößern, so dass eine kleine Änderung des Fehlers eine große korrigierende Maßnahme bewirkt. Dies kann aber unter normalen Bedingungen zu Instabilität des Regelkreises führen.
  • Es ist möglich, dass sich Eingabebedingungen dramatisch ändern, und diese Fälle werden hier als Transienten beschrieben. Bei einer Heimduscheninstallation kann ein Kaltwasserzufuhrverlust eintreten. In diesem Fall bestünde das Risiko, dass der normale Regelkreis das Ventil nicht ausreichend schnell steuern kann, um zu verhindern, dass ein Strahl reinen Heißwassers den Benutzer erreicht. Mit einem schnellen Temperaturfühler und hoher Rückkopplung ist es möglich, den Betrag der Temperaturabweichung zu beschränken. In der Praxis ist es aber erwünscht, ein kostengünstiges Steuergerätsystem und kostengünstige Temperaturfühler, z.B. Thermistoren, die langsamer sind, zu verwenden.
  • Es wird vorgeschlagen, dass ein Transientendetektor-Regelkreis unabhängig von dem normalen Regelkreis vorgesehen werden sollte, entweder als separate Softwareroutine oder als unabhängiger Prozessor in dem Steuersystem. Somit würde bei der Anordnung von 1 im Gegensatz zum Normaltemperaturregelkreis der Transientendetektor-Regelkreis ständig die Ist-Temperatur statt der geforderten Temperatur überwachen. Er wird dann so ausgelegt, dass er vorhersagt, was ein schnellerer Temperaturfühler im System gesehen hätte.
  • Der Transientendetektor arbeitet insbesondere durch ständiges Überwachen der Änderungsrate der Temperatur, die von dem Temperatursensor detektiert wird. Durch Kennen der Zeitkonstante des Sensors kann der Transientendetektor dann vorhersagen, welche Temperatur die Vorrichtung tatsächlich „sieht". Ein Thermistor könnte beispielsweise 0,3 Sekunden brauchen, um 30% einer Temperaturänderung zu registrieren. Wenn in diesem Fall der Transientendetektor eine 4°-Änderung in 0,3 Sekunden überwacht, kann er eine tatsächliche Änderung von 12°C vorhersagen.
  • Wenn der Transientendetektor detektiert, dass ein sicheres Zeit-/Temperaturprofil überschritten ist, setzt er den Normaltemperatur-Regelkreis außer Kraft und zwingt das Steuersystem in einen „transienten" Zustand. Es kann ein Profil zulässiger Temperaturen über dem geforderten Wert bezüglich Zeit verwendet werden, um den Transientendetektor bei Überschreiten auszulösen.
  • Wird der Transientendetektor ausgelöst, wird nicht versucht, den Normaltemperatur-Regelkreis zu nutzen, zum Beispiel durch dynamisches Ändern der Verstärkung. Der Transientendetektor setzt den Normaltemperatur-Regelkreis (5) aus, übernimmt die Steuerung des Ventils und veranlasst, dass das Ventil sofort zur voll kalten oder Aus-Position gesteuert wird. Er stellt insbesondere sicher, dass das Heißwasser im Wesentlichen auf Null reduziert wird.
  • Sobald die detektierte Temperatur um einen vorbestimmten Grenzwert unter die geforderte Temperatur fällt, kann der Transientendetektor die Steuerung wieder dem Normaltemperatur-Regelkreis übergeben.
  • Auf diese Weise kann der Normaltemperatur-Regelkreis für optimale Leistung ausgelegt werden, während der Transientendetektor eine separate Sicherung vor unerwünschten Transienten der Wasserzufuhr vorsieht.
  • Für die Anordnung von 1, die für eine Brausedusche verwendet wird, ist es wichtig, dass ein Ausfall nicht zur Zufuhr von allein Heißwasser führt. Somit wird vorgeschlagen, dass das Steuersystem 6 auch Mittel zum Detektieren von Fehlern in der Einrichtung und dem Betrieb des Systems umfasst. Insbesondere kann es dann einen fehlersicheren Modus betreiben.
  • Die Rolle der Fehlerdetektion besteht darin, zu detektieren, ob ein anomaler Fehlerzustand vorliegt, der eine Sicherheitsauswirkung haben kann, und geeignete Maßnahmen zu ergreifen.
  • Der Temperatursensor, zum Beispiel ein Thermistor, kann auf Leerlauf oder Ruhebetrieb schalten. Wenn er zum Beispiel auf Leerlauf schaltet, weil sich ein Draht abgelöst hat, kann der hohe Widerstand wie eine kalte Temperatur aussehen, und somit wird der Regelkreis das Ventil zu ganz heiß bewegen. Ein Kurzschlussausfall sieht dagegen wie eine sehr heiße Temperatur aus, und somit wird sich das Ventil auf ganz kalt bewegen.
  • Der interessierende Normalbereich wäre 15°C bis 55°C. Es wird somit vorgeschlagen, dass, falls das System Temperaturen unter oder über diesen Grenzwerten detektiert, es dann ermittelt, dass ein Fehler eingetreten ist, und es das Ventil absperrt.
  • In einer Ausführung wird ein Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) verwendet, wodurch der Widerstand mit steigender Temperatur fällt. Der Widerstand des Thermistors wird mittels einer Signalaufbereitungsschaltung zu einem Spannungswert umgewandelt, wobei dieser Spannungswert einem Analog/Digital-Wandler vorgelegt wird. Die Signalaufbereitungsschaltung kann so ausgelegt werden, dass die Spannungswerte auf den dynamischen Bereich von ADC (z.B. 0 V bis 5 V) beschränkt werden, und kann so ausgelegt werden, dass 0 V (zum Beispiel) einem Extrem des Temperaturbereichs (zum Beispiel dem Minimum) und 5 V (zum Beispiel) einem anderen Extrem der Temperatur (zum Beispiel dem Maximum), entspricht, das gemessen werden soll. Temperaturen außerhalb dieser Extreme würden auf 0 V bzw. 5 V gekappt.
  • Der wahrscheinlichste Ausfall ist, dass ein Thermistor abgeschaltet wird und somit der gemessene Widerstand sehr groß erscheint, was einer sehr niedrigen Temperatur entspricht. Ein solcher Zustand ist sehr gefährlich, da das Steuersystem beim Messen einer anscheinend niedrigen Temperatur das Ventil zur voll heißen Position bewegen würde, wenn die erwünschte eingestellte Temperatur nicht erhalten werden könnte. Durch Nutzen der Tatsache, dass die Temperatur des Wassers unter Normalbetriebsbedingungen nie unter 0°C liegt, kann diese Temperatur (oder weniger) als unzulässige Temperatur detektiert werden und das Steuersystem 6 kann dafür ausgelegt werden, das Ventil unter diesen Bedingungen abzusperren. Es wird auch zugestanden, dass andere Temperaturen als geeigneter Grenzwert gewählt werden können.
  • Ein anderer häufiger Ausfall besteht darin, dass der Thermistor oder die Verbindungsschaltung einen Kurzschluss haben, so dass der Widerstand sehr klein erscheint. Dieser Zustand kann auch detektiert werden, wenn die Signalaufbereitungsschaltung skaliert ist, so dass die von dem ADC messbare Höchsttemperatur als Temperatur bekannt sein kann, die unter Normalbetriebsbedingungen nie eintritt. Ein gutes Beispiel ist 100°C in einem Wassermischventil. Es wird erkannt, dass auch andere Höchsttemperaturen gewählt werden können.
  • Wenn das Steuersystem auf diese Weise die unzulässigen Zustände von 0°C oder 100°C (+/– einer Toleranz) detektiert, dann kann ein Fehler geflaggt und das Ventil abgesperrt werden.
  • In einer anderen Ausführung können zwei Komparatoren verwendet werden, die die unzulässigen Zustände detektieren und dem Steuersystem eine Einzelbitanzeige liefern.
  • Wie vorstehend beschreiben kann die Steuerung 36 für die wählbare Höchsttemperatur ein Potentiometer zum Ändern der gewählten Höchsttemperatur verwenden. Wenn das Potentiometer ausfallen sollte (Leerlauf oder Ruhebetrieb), dann könnte eine zuvor sichere Temperatur, zum Beispiel 35°C, möglicherweise zur maximalen wählbaren Temperatur von zum Beispiel 55°C zurückkehren. Durch Zuordnen der Mindestposition der wählbaren Temperatur zu Null Widerstand wird ein Kurzschluss dann immer sicher ausfallen und muss nicht detektiert werden. Durch Zuordnen der maximalen wählbaren Temperatur zu dem maximalen Potentiometerwiderstand ist es dagegen möglich, eine Unterbrechung zu detektieren, zum Beispiel mittels eines externen festen Widerstands in Reihe mit dem Potentiometer.
  • Wenn das Bedienfeld 8 während Gebrauch von dem Steuersystem 6 abgelöst wird, ist dies eine möglicherweise gefährliche Situation. Diesbezüglich wird vorgeschlagen, dass das Steuersystem ständig auf gültige Signale von dem Bedienfeld prüft und das Ventil abschaltet, wenn ungültige Bedingungen detektiert werden. Bei analogen Bedienfeldern erfordert dies das Prüfen gültiger Signalwerte, und bei digitalen Bedienfeldern erfordert dies das Prüfen, dass die Einrichtung kommunizieren kann.
  • Dies ermöglicht das Einstecken entweder analoger oder digitaler Bedienfelder oder Zusatzeinrichtungen zu unterschiedlichen Zeiten am gleichen Anschluss. Das Ventilsteuergerät kann sich entsprechend selbst neu konfigurieren. Wenn ferner das Bedienfeld oder die Zusatzeinrichtung abgelöst wird, detektiert das Steuergerät dies und schaltet ab.
  • Wie vorstehend erwähnt ist das Bedienfeld 8 mittels einer Übertragungsstrecke 10 mit dem Steuersystem 6 verbunden. Die Übertragungsstrecke 10 erlaubt den Anschluss verschiedener Bedienfelder an das Steuersystem 6. Diesbezüglich ist das Steuersystem 6 mit einer Steuerschnittstelle versehen. Bei Anschluss eines Bedienfelds 8 kann das Steuersystem 6 es analysieren, um dessen Typ zu ermitteln.
  • Das System verwendet einen einzigen Eingangsanschluss zum Unterstützen eines analogen elektronischen Bedienfelds und eines digitalen elektronischen Bedienfelds. Der Eingangsanschluss hat 6 Leitungen, und diese sind wie in Tabelle 1 gezeigt ausgelegt. Nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann durch Auslegen analoger und digitaler Bedienfelder nach diesen Kriterien das Ventilsystem zwischen den Bedienfeldern unterscheiden und sich selbst entsprechend konfigurieren. Das analoge Bedienfeld verwendet 2 Leitungen, die zwischen 0 V und 5 V variieren, um die geforderte Temperatur und den Status der Bedienfeldtasten darzustellen. Das digitale Bedienfeld nutzt das digitale Kommunikationsprotokoll I2C Access Buss, das bei 16 kHz arbeitet, um Daten zu der geforderten Temperatur und gedrückte Tasten zu übertragen. Das System hat die Fähigkeit, zu erkennen, welche der 2 Bedienfeldarten angeschlossen ist, indem es die Signalwerte an einer anderen Leitung (Leitung 6) am Eingangsanschluss prüft.
  • Figure 00480001
  • Die digitale Kommunikation nutzt zwei der gleichen Eingangsanschlussleitungen wie das analoge Bedienfeld. Die duale Funktion dieser Leitungen wird durch die in 12 gezeigte Konfiguration ermöglicht. Jede Eingangsleitung des elektrischen Ventilsystems schließt in gleicher Weise ab. Die Klemmdioden D1 und D2 schützen die Abschlussschaltung vor Über- und Unterspannungszuständen. C1 und R1 sind durch die digitale Kommunikation erforderlich. R2 und C2 liefern Filtern der analogen Eingangssignale. Wenn die digitalen Kommunikationen eingesetzt werden, verhindert R2, dass die relativ hohe Kapazität von C2 die Kommunikationen stört. Das Vorhandensein von C2 in großer Nähe zum ADC (Analog-/Digital-Wandler) verleiht dem ACD zusätzliche Störsicherheit. Die gezeigten Werte von R2 und C2 sind nicht erfindungsspezifisch, sie können geändert werden, um den Filterwert an den analogen Signalen abzustimmen. Eine Anforderung besteht darin, dass R2 bezüglich R1 eine hohe Impedanz aufweist.
  • Das digitale Protokoll lässt andere Vorrichtungen als ein Bedienfeld mit dem Ventilsystem kommunizieren. Dies könnte Pumpen, Badfüllsysteme, Handwaschvorrichtungen, Absauggebläse, Beleuchtungssysteme usw. umfassen. Das Protokoll definiert ein in Tabelle 2 gezeigtes Mitteilungsformat.
  • Figure 00490001
  • Es gibt eine Reihe verfügbarer Befehle, um eine Mitteilung des Systemstatus, der Temperaturen und Ströme zu ermöglichen (Tabelle 3)
    Figure 00490002

Claims (3)

  1. Mischventileinrichtung mit: einem Mischventil (2) zum verstellbaren Mischen von Heiß- und Kaltwasser; einem Ventilservo (4) zum Bewegen des Mischventils; einem Steuersystem (6) zum Betreiben des Ventilservos (4), um eine erwünschte Mischwassertemperatur vorzusehen; und einem Bedienfeld (8) fern des Mischventils (2) und des Ventilservos (4) zum Liefern eines Steuersignals zum Steuersystem (6), um die gewünschte Temperatur zu wählen, wobei: das Steuersystem (6) eine Höchsttemperatur-Wahlvorrichtung (36) aufweist, mit welcher ein Bediener eine durch das Bedienfeld wählbare maximale Mischwassertemperatur festlegen kann; und wobei das Bedienfeld eine Anzeige (46) von wählbaren Mischwassertemperaturen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige (46) nur Temperaturen (48) bis hinauf zu der gewählten maximalen Mischwassertemperatur zeigt, und die Anzeige (46) einen festen vorbestimmten Bereich aufweist, dessen Skala entsprechend der gewählten maximalen Mischwassertemperatur verändert wird.
  2. Mischventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höchsttemperatur-Wahlvorrichtung (36) nahe dem Mischventil (2) und dem Ventilservo (4) vorgesehen ist.
  3. Mischventileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienfeld (8) ein zwischen zwei vorbestimmten Endpositionen bewegliches Element zum Wählen der Mischwassertemperatur aufweist und dass eine der vorbestimmten Endpositionen die gewählte maximale Mischwassertemperatur wählt und die Skala wählbarer Mischwassertemperaturen zwischen den zwei vorbestimmten Endpositionen entsprechend der gewählten maximalen Mischwassertemperatur eingestellt wird.
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