Verfahren zur Steuerung eines Mischventils

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mischventil für eine Sanitärarmatur und ein Verfahren zur Steuerung eines Mischventils für eine Sanitärarmatur. Sanitärarmaturen dienen insbesondere der bedarfsgerechten Bereitstellung eines Mischwassers an einem Waschbecken, Spülbecken, Badewanne und/oder Dusche.

Sanitärarmaturen weisen hierzu Mischventile auf, die beispielsweise nach Art eines Thermostats ausgebildet sein können. Mit dem Mischventil ist ein Kaltwasser und ein Warmwasser zu dem Mischwasser mit einer gewünschten Mischwassertemperatur mischbar. Zur Einstellung der ge wünschten Mischwassertemperatur kann die Sanitärarmatur ein Einstellelement, wie zum Bei spiel einen Hebel oder einen Drehknopf, aufweisen. Weiterhin sind elektrisch angetriebene Mischventile bekannt, bei denen die Mischwassertemperatur elektronisch steuerbar ist. Hierzu können die elektrisch angetriebenen Mischventile einen Antrieb für ein Verstellelement für das Warmwasser und Kaltwasser aufweisen. Solche Mischventile neigen jedoch bei Druckungleich gewichten zwischen dem zuströmenden Kaltwasser und Warmwasser zu einem starken Schwin gungsverhalten, bei dem die tatsächliche Mischwassertemperatur um die gewünschte Misch wassertemperatur schwingt. Zudem sind elektrisch angetriebene Mischventile bekannt, die für das Kaltwasser und Warmwasser zwei getrennte Verstellelemente aufweisen. Diese erfordern für eine ausreichend genaue bzw. schnelle Regelung der Mischwassertemperatur eine Vielzahl von Sensoren, was zu einem hohen Montageaufwand und hohen Kosten führt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Prob- lerne zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Mischventil für eine Sanitärarmatur an zugeben, mit dem ein Mischwasser mit einer gewünschten Mischwassertemperatur zuverlässig mischbar ist, und das mit einem geringen Montageaufwand hergestellt werden kann. Zudem soll ein Verfahren zur Steuerung eines Mischventils angegeben werden, mit dem das Mischwasser mit einer gewünschten Mischwassertemperatur zuverlässig mischbar ist.

Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Mischventil und einem Verfahren gemäß den Merkma- len der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den ab hängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger technologisch sinnvol ler Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Er findung dargestellt werden.

Hierzu trägt ein Mischventil für eine Sanitärarmatur bei, das zumindest die folgenden Kompo nenten aufweist:

- ein Ventilgehäuse mit einem Kaltwasserzulauf für Kaltwasser, einem Warmwasserzulauf für

Warmwasser, einer Mischkammer und einem Mischwasserablauf,

ein Mischwasserventil zum Mischen des Kaltwassers und des Warmwassers zu einem Misch wasser,

zumindest ein Drucksensor, mittels dem eine Differenz zwischen einem Kaltwasserdruck in dem Kaltwasserzulauf und einem Warmwasserdruck in dem Warmwasserzulauf bestimmbar ist,

zumindest ein Druckausgleichventil in dem Kaltwasserzulauf und dem Warmwasserzulauf und

zumindest ein erster Antrieb, mit dem das zumindest eine Druckausgleichventil derart betä- tigbar ist, so dass der Kaltwasserdruck und der Warmwasserdruck stromabwärts des zumin dest einen Druckausgleichventils zumindest teilweise angleichbar ist. Das Mischventil ist insbesondere nach Art eines Thermostatventils ausgebildet und/oder kann beispielsweise in einem Armaturengehäuse einer Sanitärarmatur angeordnet werden. Eine sol che Sanitärarmatur dient insbesondere der bedarfsgerechten Bereitstellung eines Mischwassers mit einer gewünschten Mischwassertemperatur an einem Waschbecken, Spülbecken, Dusche und/oder Badewanne.

Das Mischventil weist ein Ventilgehäuse mit einem Kaltwasserzulauf für Kaltwasser mit einer Kaltwassertemperatur, einem Warmwasserzulauf für Warmwasser mit einer Warmwassertem peratur, einer Mischkammer und einem Mischwasserablauf für Mischwasser auf. Die Kaltwas- sertemperatur beträgt insbesondere maximal 25 °C (Celsius), bevorzugt 1 °C bis 25 °C, besonders bevorzugt 5 °C bis 20 °C und/oder die Warmwassertemperatur insbesondere maximal 90 °C, be vorzugt 25 °C bis 90 °C, besonders bevorzugt 55 °C bis 65 °C. Das Ventilgehäuse kann zumindest teilweise aus Kunststoff und/oder Metall, wie zum Beispiel Messing bestehen. Bei dem Kaltwas serzulauf und dem Warmwasserzulauf handelt es sich insbesondere um Kanäle in dem Ventilge- häuse, die in die Mischkammer münden und/oder über die das Kaltwasser und das Warmwasser zu der Mischkammer in dem Ventilgehäuse zuführbar ist. Das Kaltwasser ist dem Kaltwasserzu lauf insbesondere über eine Kaltwasserzuleitung und das Warmwasser dem Warmwasserzulauf über eine Warmwasserzuleitung zuführbar. Hierzu ist die Kaltwasserleitung mit dem Kaltwasser zulauf und die Warmwasserleitung mit dem Warmwasserzulauf insbesondere lösbar, beispiels- weise über entsprechende Gewinde, verbindbar. Bei dem Mischwasserablauf handelt es sich ins besondere um einen Kanal in dem Ventilgehäuse, über das das Mischwasser aus der Mischkam mer abfließen kann. Über den Mischwasserablauf ist das Mischwasser insbesondere einem Aus lauf der Sanitärarmatur zuführbar. Zum Mischen des Kaltwassers und des Warmwassers zu dem Mischwasser weist das Mischventil zudem ein Mischwasserventil auf, das insbesondere in der Mischkammer des Ventilgehäuses an- geordnet ist. Mittels des Mischwasserventils ist ein Mischungsverhältnis zwischen dem Kaltwas ser und dem Warmwasser einstellbar, sodass in der Mischkammer das Mischwasser mit der ge wünschten Mischwassertemperatur entsteht. Weiterhin weist das Mischventil zumindest einen Drucksensor auf, mittels dem eine Differenz zwischen einem Kaltwasserdruck in dem Kaltwasserzulauf und einem Warmwasserdruck in dem Warmwasserzulauf bestimmbar ist. Mit anderen Worten kann mit dem zumindest einen Druck sensor bestimmt werden, ob das Kaltwasser in dem Kaltwasserzulauf und das Warmwasser in dem Warmwasserzulauf unterschiedliche Drücke aufweisen. Mittels des zumindest einen Druck- sensors ist die Differenz zwischen dem Kaltwasserdruck und dem Warmwasserdruck insbeson dere kontinuierlich bestimmbar.

Weiterhin weist das Mischventil zumindest ein Druckausgleichventil in dem Kaltwasserzulauf und dem Warmwasserzulauf auf. Mittels des zumindest einen Druckausgleichventils ist der Kaltwas- serzulauf und/oder der Warmwasserzulauf insbesondere zumindest teilweise verschließbar.

Das zumindest eine Druckausgleichventil ist mit zumindest einem Antrieb betätigbar, bei dem es sich insbesondere um einen Elektroantrieb, beispielsweise nach Art eines Linearantriebs, han delt. Die Betätigung des zumindest einen Druckausgleichventils erfolgt derart, dass der Kaltwas- serdruck und der Warmwasserdruck stromabwärts, d. h. in Strömungsrichtung des Kaltwassers und/oder des Warmwassers hinter dem zumindest einem Druckausgleichventil, zumindest teil weise angleichbar ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Betätigung des zumindest einen Druckausgleichventils derart erfolgt, dass ein Druckunterschied zwischen dem Kaltwasser und dem Warmwasser zumindest teilweise oder sogar vollständig ausgeglichen wird. Das Kalt- wasser und das Warmwasser können dem Mischwasserventil hierdurch auch bei stark unter schiedlichen Eingangsdrücken mit (im Wesentlichen) gleichem Druck zugeführt werden, sodass die Mischwassertemperatur des Mischwassers mit einer höheren Präzision einstellbar ist. Die Betätigung des zumindest einen Druckausgleichventils kann beispielsweise mittels einer Steue rung erfolgen, die zumindest einen Mikroprozessor aufweisen kann. Die Steuerung kann zudem datenleitend mit dem zumindest einen Drucksensor verbunden sein, um das zumindest eine Druckausgleichventil in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Kaltwasserdruck in dem Kaltwasserzulauf und dem Warmwasserdruck in dem Warmwasserzulauf derart zu betätigen, dass der Kaltwasserdruck und der Warmwasserdruck stromabwärts des zumindest einen Druck ausgleichventils zumindest teilweise angeglichen ist.

Zudem kann das zumindest eine Druckausgleichventil einen ersten Schieber aufweisen, mittels dem der Kaltwasserzulauf und der Warmwasserzulauf zumindest teilweise verschließbar sind. Bei dem ersten Schieber handelt es sich um ein Ventilelement, das sich zumindest teilweise so wohl in den Kaltwasserzulauf als auch in den Warmwasserzulauf erstreckt. Der Kaltwasserdruck und der Warmwasserdruck können dadurch durch einen einzigen Antrieb eingestellt werden. Mittels des Antriebs ist der erste Schieber insbesondere in eine Schieberichtung verstellbar, die beispielsweise orthogonal zu einer Strömungsrichtung des Kaltwassers in dem Kaltwasserzulauf und/oder einer Strömungsrichtung des Warmwassers in dem Warmwasserzulauf verläuft.

Weiterhin kann der erste Schieber im Bereich des Kaltwasserzulaufs einen ersten keilförmigen Abschnitt und im Bereich des Warmwasserzulaufs einen zweiten keilförmigen Abschnitt aufwei- sen. Der erste keilförmige Abschnitt und der zweite keilförmige Abschnitt befinden sich insbe sondere an einem längsseitigen Ende des ersten Schiebers. Keilförmig bedeutet in diesem Zu sammenhang insbesondere, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt (im Wesentlichen) dreieckförmig sind. Weiterhin vergrößert sich insbesondere ein Durchmesser des ersten Schie bers im Bereich des Kaltwasserzulaufs und des Warmwasserzulaufs in Richtung der längsseitigen Enden des ersten Schiebers.

Darüber hinaus können der erste keilförmige Abschnitt und der zweite keilförmige Abschnitt spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet sein. Des Weiteren können der erste keilförmige Abschnitt eine erste Nase und der zweite keilförmige Abschnitt eine zweite Nase aufweisen, wobei die erste Nase zumindest teilweise in den Kaltwas serzulauf und die zweite Nase zumindest teilweise in den Warmwasserzulauf ragt. Die erste Nase erstreckt sich insbesondere von einer schräg zu der Schieberichtung des ersten Schiebers verlau- fenden Fläche des ersten keilförmigen Abschnitts in Richtung des Kaltwasserzulaufs und die zweite Nase insbesondere von einer schräg zu der Schieberichtung des ersten Schiebers verlau fenden Fläche des zweiten keilförmigen Abschnitts in Richtung des Warmwasserzulaufs. Weiter hin können die erste Nase und die zweite Nase ebenfalls dreieckförmig ausgebildet sein. Eine Fläche der ersten Nase kann zudem orthogonal zu der Strömungsrichtung des in dem Kaltwas- serzulauf zuströmenden Kaltwassers und eine Fläche der zweiten Nase orthogonal zu der Strö mungsrichtung des in dem Warmwasserzulauf zuströmenden Warmwassers verlaufen.

Zudem können der erste keilförmige Abschnitt und der zweite keilförmige Abschnitt über eine erste Achse verbunden sein. Insbesondere sind der erste keilförmige Abschnitt und der zweite keilförmige Abschnitt in der Schieberichtung des ersten Schiebers starr miteinander verbunden.

Weiterhin kann der zumindest eine Drucksensor als Differenzdrucksensor ausgebildet sein. Bei dem Differenzdrucksensor handelt es sich um einen Drucksensor, mit dem die Differenz zwi schen dem Kaltwasserdruck in dem Kaltwasserzulauf und dem Warmwasserdruck in dem Warm- Wasserzulauf bestimmbar ist. Der Differenzdrucksensor kann zwei Messkammern umfassen, von denen jeweils eine fluidleitend mit dem Kaltwasserzulauf und dem Warmwasserzulauf verbun den ist. Die beiden Messkammern können durch eine Membran voneinander getrennt sein, wo bei eine Auslenkung der Membran als Maß für die Größe des Differenzdruckes dienen kann. Darüber hinaus kann der Kaltwasserzulauf, der Warmwasserzulauf oder der Mischwasserablauf einen Temperatursensor aufweisen. Die Temperatursensoren können ebenfalls datenleitend mit der Steuerung verbunden sein. Durch die Temperatursensoren des Kaltwasserzulaufs und des Warmwasserzulaufs kann mithilfe einer Ventilkennlinie und einer Mischungsformel eine Reakti onszeit des Mischwasserventils reduziert werden.

Des Weiteren kann das Mischwasserventil einen zweiten Schieber aufweisen, mittels dem eine Mischwassertemperatur des Mischwassers steuerbar ist. Der zweite Schieber ist insbesondere identisch zu dem ersten Schieber ausgebildet, sodass die in Bezug auf den ersten Schieber be schriebenen Eigenschaften in entsprechender Weise auf den zweiten Schieber übertragen wer den können. Einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend wird auch ein Verfahren zur Steuerung eines Mischventils mit einem Kaltwasserzulauf, einem Warmwasserzulauf und einem Mischwasserab lauf angegeben, das zumindest die folgenden Schritte aufweist:

a) Bestimmen einer Differenz zwischen einem Kaltwasserdruck in dem Kaltwasserzulauf und einem Warmwasserdruck in dem Warmwasserzulauf,

b) Angleichen des Kaltwasserdrucks und des Warmwasserdrucks mit zumindest einem Druck ausgleichventil in dem Kaltwasserzulauf und dem Warmwasserzulauf,

c) Mischen des Kaltwassers und des Warmwassers zu einem Mischwasser, wobei eine Misch wassertemperatur des Mischwassers mit einem Mischwasserventil eingestellt wird. Das Verfahren wird insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Mischventil durchgeführt. Für weitere Einzelheiten wird daher auf die Beschreibung des Mischventils verwiesen.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher er läutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvari- ante der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dabei sind gleiche Bauteile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen beispielhaft und schematisch:

Fig. 1: ein Mischventil; Fig. 2: ein Druckausgleichventil und ein Mischwasserventil des Mischventils;

Fig. 3: das Druckausgleichventil in einer ersten Betriebsstellung; und

Fig. 4: das Druckausgleichventil in einer zweiten Betriebsstellung.

Die Fig. 1 zeigt ein Mischventil 1 in einer perspektivischen Schnittdarstellung. Das Mischventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 mit einem Kaltwasserzulauf 3 für Kaltwasser, einen Warmwasserzulauf 4 für Warmwasser, eine Mischkammer 5 und einen Mischwasserablauf 6 auf. In dem Kaltwasser zulauf 3 und dem Warmwasserzulauf 4 ist ein Druckausgleichventil 9 angeordnet, das durch ei nen ersten Antrieb 10 betätigbar ist. Der Kaltwasserzulauf 3 und der Warmwasserzulauf 4 führen stromabwärts des Druckausgleichventils 9 zu einem Mischwasserventil 7, das in der Mischkam mer 5 angeordnet ist. Das Mischwasserventil 7 ist durch einen zweiten Antrieb 21, bei dem es sich ebenfalls um einen Elektroantrieb nach Art eines Linearantriebs handelt, betätigbar.

Die Fig. 2 zeigt das Druckausgleichventil 9 und das Mischwasserventil 7 des Mischventils 1 in einer Schnittdarstellung. Der Kaltwasserzulauf 3 weist einen ersten Temperatursensor 17 und der Warmwasserzulauf 4 einen zweiten Temperatursensor 18 auf. Weiterhin weist der Kaltwasser- zulauf 3 und der Warmwasserzulauf 4 einen gemeinsamen Drucksensor 8 auf, der nach Art eines Differenzdrucksensors ausgebildet ist. Mittels des Drucksensors 8 ist eine Differenz zwischen ei nem Kaltwasserdruck in dem Kaltwasserzulauf 3 und einem Warmwasserdruck in dem Warm wasserzulauf 4 bestimmbar. Das Druckausgleichventil 9 umfasst einen ersten Schieber 11 mit einem ersten keilförmigen Ab schnitt 12 an einem ersten längsseitigen Ende 24 des ersten Schiebers 11 im Bereich des Kalt wasserzulaufs 3 und einen zweiten keilförmigen Abschnitt 13 an einen zweiten längsseitigen Ende 25 des ersten Schiebers 11 im Bereich des Warmwasserzulaufs 4. Der erste keilförmige Ab schnitt 12 und der zweite keilförmige Abschnitt 13 sind spiegelsymmetrisch zueinander angeord net und über eine erste Achse 16 verbunden, sodass der erste keilförmige Abschnitt 12 und der zweite keilförmige Abschnitt 13 gemeinsam mittels des ersten Antriebs 10 in eine Schieberich- tung 22 verstellbar sind. Weiterhin weist der erste keilförmige Abschnitt 12 eine erste Nase 14, die sich in Richtung des Kaltwasserzulaufs 3 erstreckt, und der zweite keilförmige Abschnitt 13 eine zweite Nase 15 auf, die sich in Richtung des Warmwasserzulaufs 4 erstreckt. Das Druckaus gleichventil 9 ist mit dem ersten Antrieb 10 derart betätigbar, dass der Kaltwasserdruck und der Warmwasserdruck stromabwärts des Druckausgleichventils 9 zumindest teilweise angleichbar ist. Hierzu sind der Drucksensor 8, der erste Temperatursensor 17, der zweite Temperatursensor 18 und der Antrieb 10 datenleitend mit einer Steuerung 23 verbunden, durch die der Antrieb 10 steuerbar ist.

Das Mischwasserventil 7 weist einen zweiten Schieber 20 auf, der identisch zu dem ersten Schie- ber 11 ausgebildet ist. Sämtliche Eigenschaften des ersten Schiebers 11 sind daher entsprechend auf den zweiten Schieber 20 übertragbar. Der zweite Schieber 20 ist mittels eines zweiten An triebs 21 in der Schieberichtung 22 verstellbar, wobei der Antrieb 21 ebenfalls durch die Steue rung 23 steuerbar ist. Abweichend zu der Darstellung in der Fig. 2 ist der zweite Schieber 20 um 90° um seine Längsachse (die parallel zu der Schieberichtung 22 verläuft) verdreht zu dem ersten Schieber 11 angeordnet (vgl. Fig. 1). Der Kaltwasserzulauf 3 und der Warmwasserzulauf 4 mün den im Bereich des Mischwasserventils 7 in die Mischkammer 5. Das durch das Mischwasserven til 7 gemischte Mischwasser kann von der Mischkammer 5 über den Mischwasserablauf 6 ablau fen. Der Mischwasserablauf 6 weist einen dritten Temperatursensor 19 auf, der ebenfalls daten leitend mit der Steuerung 23 verbunden ist.

Die Fig. 3 zeigt das Druckausgleichventil 9 in einer ersten Betriebsstellung, bei der der Kaltwas serdruck in dem Kaltwasserzulauf 3 und der Warmwasserdruck in dem Warmwasserzulauf 4 identisch sind. In diesem Fall wird das Druckausgleichventil 9 durch den in der Fig. 2 gezeigten ersten Antrieb 10 derart betätigt, dass sich der erste Schieber 11 in einer Mittelposition befindet. In der Mittelposition des ersten Schiebers 11 kann durch den Kaltwasserzulauf S die gleiche Menge Kaltwasser strömen, wie Warmwasser durch den Warmwasserzulauf 4. Die Fig. 4 zeigt das Druckausgleichventil 9 in einer zweiten Betriebsstellung, bei dem der Warm wasserdruck in dem Warmwasserzulauf 4 größer ist als der Kaltwasserdruck in dem Kaltwasser zulauf S. In diesem Fall wird das Druckausgleichventil 9 durch den in der Fig. 2 gezeigten ersten Antrieb 10 in der Schieberichtung 22 nach rechts verstellt, sodass der Warmwasserzulauf 4 wei ter geschlossen und der Kaltwasserzulauf 3 weiter geöffnet ist. Hierdurch wird der Strömungswi- derstand in dem Warmwasserzulauf 4 erhöht und der Strömungswiderstand in dem Kaltwasser zulauf 3 reduziert, sodass eine Angleichung des Kaltwasserdrucks und des Warmwasserdrucks stromabwärts des Druckausgleichventils 9 erfolgt.

Durch die vorliegende Erfindung ist ein Mischwasser mit einer gewünschten Mischwassertempe- ratur zuverlässig mit einem Mischventil mischbar und das Mischventil mit geringem Montage aufwand herstellbar.

Bezugszeichenliste

1 Mischventil

2 Ventilgehäuse

S Kaltwasserzulauf

4 Warmwasserzulauf

5 Mischkammer

6 Mischwasserablauf

7 Mischwasserventil

8 Drucksensor

9 Druckausgleichventil

10 erster Antrieb

11 erster Schieber

12 erster keilförmiger Abschnitt 13 zweiter keilförmiger Abschnitt

14 erste Nase

15 zweite Nase

16 erste Achse

17 erster Temperatursensor 18 zweiter Temperatursensor

19 dritter Temperatursensor

20 zweiter Schieber

21 zweiter Antrieb

22 Schieberichtung

23 Steuerung

24 erstes längsseitiges Ende

25 zweites längsseitiges Ende