DE4309409C2 - Mischventil zum Mischen von kaltem und warmem Wasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mischventil zum Mischen vom kaltem und warmem Wasser nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es sind Mischventile oder Mischer bekannt, bei denen aus einem Zulauf für warmes Wasser und einem Zulauf für kaltes Wasser über zwei Servoventile fließendes Wasser in eine Mischkammer gelangt und dort gemischt wird. Dabei weisen die Servoventile jeweils Ventil­ körper auf, wobei der Durchflußquerschnitt zwischen Ventilkörper und zugeordnete Ventilsitze durch Steu­ erorgane gesteuert wird. Das gemischte Wasser fließt dann aus einem Auslauf heraus. Bei einem solchen be­ kannten Mischer werden die Öffnungsquerschnitte der Servoventile und damit die Stellung der Ventilkörper allein durch eine entsprechende Drosselung der Entla­ stungsbohrungen der Gegendruckkammern in Abhängigkeit zum gegebenen Durchflußquerschnitt der Befüllungsdü­ sen gesteuert. Diese Bauart läßt nur geringe Wege der Steuerorgane zu, wobei Bauteiltoleranzen durch auf­ wendige Justierarbeiten kompensiert werden müssen. Die Stellung der Ventilkörper läßt sich dabei nicht genau bestimmen.

Weiterhin ist aus der DE 29 51 718 A1 eine Mischarma­ tur zum stufenlos einstellbaren Vermischen von Warm- und Kaltwasser mit jeweils einem zugeordneten Zulauf und einem gemeinsamen Auslauf bekannt. Diese Mischar­ matur ist mit zwei Selbstschlußventilen versehen, welche nach einer Öffnungsbetätigung die Armatur nach Ablauf einer einstellbaren Betriebszeit selbsttätig wieder schließen. Zur Einstellung der Betriebszeit sind die Durchflußquerschnitte zwischen den Ventil­ körpern und Ventilsitzen über Steuerglieder veränder­ lich steuerbar, wobei den einzelnen Ventilen Gegen­ druckkammern für den Druckausgleich zugeordnet sind. Die Ventilkörper der beiden Selbstschlußventile sind starr miteinander verbunden, so daß die Bewegung des einen Ventilkörpers zwangsläufig auf den anderen Ven­ tilkörper übertragen wird. Um zu verhindern, daß Was­ ser von dem einen Zulauf in den anderen Zulauf ein­ tritt, sind weiterhin die Selbstschlußventile unter Zwischenschaltung eines das Warm- und Kaltwasser über einen Mischer zum Auslauf freigebenden gemeinsamen Hilfsventils miteinander verbunden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrun­ de, ein Mischventil zu schaffen, mit dem das Mischungsverhältnis zwischen kaltem und warmem Wasser genau bestimmbar ist und keine Kompensation von Bau­ teiltoleranzen nötig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst. Dadurch, daß bei Verstellung der Steuerbuchsen aufgrund der auftretenden Druckdifferenzen die Ventilkörper sich aufgrund des Servo-Prinzips der Stellung der Steuer­ buchsen definiert annähern und einen vorgegebenen Abstand zu diesen im Gleichgewichtszustand einnehmen, ist es möglich, das Mischungsverhältnis zwischen Kalt- und Warmwasser genau zu bestimmen, so daß sich das Mischventil besonders gut mit einer Regelelektro­ nik kombinieren läßt, die den Istwert der Mischwas­ sertemperatur auf einen vorgegebenen Sollwert hält. Die Ventilkörper lassen sich exakt in die durch die Stellungen der Steuerbuchsen vorgegebenen Positionen bringen.

Durch die in den Unteransprüchen vorgegebenen Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch das erfindungsge­ mäße Mischventil,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des linken Teils des Mischventils nach Fig. 1, und

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht der rechten Seite des Mischventils nach Fig. 1.

Das in Fig. 1 dargestellte Mischventil ist in einem Gehäuse 1 aufgenommen, das einen Zulauf 2 für Warm­ wasser, einen Zulauf 3 für Kaltwasser und einen Ab­ lauf 4 für das Mischwasser aufweist. Die Zuläufe 2, 3 stehen über Ventile, die jeweils aus einem Ventilsitz 5 und einem Ventilkörper 7 bestehen, mit einer in axialer Richtung des Gehäuses angeordneten und als Bohrung 6 ausgebildeten Mischkammer in Verbindung, an deren jeweiligem Ende der Ventilsitz 5 eingeformt ist. Der Ablauf 4 mündet in der die Mischkammer bil­ denden Bohrung 6. Der jeweilige Ventilkörper 7 ist einerseits im Gehäuse 1 und andererseits in der Boh­ rung 6 geführt. Hinter und in dem jeweiligen Ventil­ körper 7 ist an der dem Ventilsitz 5 entgegengesetz­ ten Seite eine Gegendruckkammer 9 vorgesehen, wobei die Ventilkörper über Dichtungen 8 gegen das Gehäuse 1 bzw. die Gegendruckkammern 9 abgedichtet sind. Die Gegendruckkammern 9 sind über Zuströmbohrungen 10 mit dem jeweiligen Zulauf 2 bzw. 3 und über eine mittig in dem jeweiligen Ventilkörper 7 angeordneten Entla­ stungsbohrung 11 mit der die Mischkammer bildenden Bohrung 6 verbunden. Das Gehäuse 1 wird beidseitig mit Deckeln 12 verschlossen.

Eine Achse 13 durchgreift in axialer Richtung des Gehäuses 1 sowohl die Bohrung 6 als auch die jeweili­ gen Ventilkörper 7, wobei sie durch die jeweiligen zweiten Entlastungsbohrungen 11 hindurchgehen, und ist in den Ventilkörpern 7 verschiebbar gelagert. Am linken und rechten Ende der Achse 13 ist jeweils eine Steuerbuchse 17 befestigt, die innerhalb einer einen Bestandteil der Gegendruckkammer 9 bildenden Vertie­ fung im Ventilkörper 7 liegt. Dabei steht sie der Öffnung der Entlastungsbohrung gegen über. An der Ach­ se 13 rechts ist eine Achsverlängerung 14 befestigt, die den Deckel 12 dichtend durchgreift und in einem Axialgetriebe 15 endet, das von einem Motor 16 ange­ trieben wird. Das Getriebe 15 ist auf einem Sockel 18 montiert und die Baugruppe, bestehend aus Sockel 18, Getriebe 15 und Motor 16, ist mit einer Abdeckung 19 geschützt, die eine Kabelverschraubung 20 aufweist.

In der Seitenwand des Ablaufs 4 ist eine Querbohrung 21 vorgesehen, die zur Aufnahme eines nicht darge­ stellten Temperaturfühlers dient. Der Temperaturfüh­ ler mißt die Temperatur des Mischwassers und ist mit einem nicht dargestellten Steuer- und Regelkreis ver­ bunden, der einen Sollwert für das Mischwasser vor­ gibt. Der Steuer- und Regelkreis ist mit dem Motor 16 verbunden, der entsprechend eines von dem Steuer- und Regelkreis gelieferten Signals die Achse 13 über das Axialgetriebe 15 verschiebt.

Die Funktion des Mischers wird im folgenden beschrie­ ben. Am Zulauf 2 wird der Mischer mit Warmwasser und am Zulauf 3 mit Kaltwasser gespeist. Diese Teilströme fließen über den zwischen dem Ventilkörper 7 und dem Ventilsitz 5 freigelassenen Durchströmquerschnitt von beiden Seiten in die Bohrung 6, vermischen sich dort und fließen als Mischwasser in den Ablauf 4. Mit Hil­ fe des in der Querbohrung 21 aufgenommenen Tempera­ turfühlers wird die Mischwassertemperatur gemessen und dem Steuer- und Regelkreis gemeldet. Weicht der Istwert vom vorgegebenen Sollwert ab, so gibt der Steuer- und Regelkreis ein Stellsignal an den Motor 16, der das Axialgetriebe 15 betreibt. Das Getriebe 15 verschiebt die Achse 13 über die Achsverlängerung 14, wodurch sich die Ventilkörper 7 nach dem Servo-Prin­ zip in Richtung Ventilsitz 5 bzw. vom Ventilsitz 5 weg bewegen und dadurch die Durchströmquerschnitte zu der Bohrung 6 verringern bzw. vergrößern. Die Verschiebung der Ventilkörper 7 führt zu einer Ände­ rung der jeweiligen Durchflußmenge an kaltem und war­ men Wasser und somit zu einer Veränderung der Misch­ wassertemperatar, wodurch sich die Isttemperatur an die Solltemperatur angleicht.

Die durch die Achsbewegung bewirkte Verschiebung der Ventilkörper 7 wird in der folgenden Weise hervorge­ rufen. Das durch die Zuläufe 2 und 3 strömende Kalt- und Warmwasser fließt über die Zuströmbohrung 10 auch in die Gegendruckkammer 9 hinter den Ventilkörpern 7. Wenn, wie in Fig. 3 dargestellt, die ringspaltförmige Öffnung der Entlastungsbohrung 11 von der Steuerbuch­ se, die vorzugsweise eine schräge Fläche aufweist, geschlossen wird, ist der Druck in der Gegendruckkam­ mer 9 gleich dem Druck im Zulauf 3. Die auf den Ven­ tilkörper 7 wirkende wirksame Fläche der Gegendruck­ kammer ist gegenüber der Fläche vor dem Ventilkörper 7 wesentlich größer, wodurch eine Kraft auf die Rück­ seite des Ventilkörpers 7 wirkt, die ihn in der Schließstellung hält. Wenn, wie in Fig. 3 darge­ stellt, der eine Ventilkörper sich in bezug auf den Ventilsitz 5 in geschlossenem Zustand befindet, ist der gegenüberliegende Ventilkörper voll offen, d. h. es wird der maximale Durchströmquerschnitt zwischen Ventilkörper 7 und Bohrung 6 zur Verfügung gestellt.

Wenn eine Differenz zwischen Ist- und Solltemperatur besteht, d. h. ist das Mischwasser zu heiß, muß das Ventil entsprechend Fig. 3 aufgesteuert werden. Dazu gibt der Steuer- und Regelkreis ein Signal auf den Motor 16 und dieser verschiebt die Achse 13 über das Axialgetriebe 15 entsprechend Fig. 1 nach rechts. Dadurch wird die Steuerbuchse 17 auf der rechten Sei­ te von der Entlastungsbohrung 11 weg bewegt, wodurch aus der Gegendruckkammer 9 Wasser in die den Misch­ raum bildenden Bohrung 6 strömen kann. Dadurch fällt der Druck in der Gegendruckkammer 9 ab und die von hinten auf den Ventilkörper 7 wirkende Kraft läßt nach, so daß sich der Ventilkörper 7 durch die vom Zulauf 2 bzw. von der Bohrung 6 wirkende Kraft vom Ventilsitz 5 entfernt und den Durchlaßquerschnitt zwischen Ventilkörper 7 und Bohrung 6 vergrößert. Dabei bewegt sich wiederum der Ventilkörper 7 zu der Steuerbuchse 17 hin, und wenn sich die zweite Entla­ stungsbohrung 11 der Steuerbuchse 17 nähert, wird aufgrund des sich verringernden Durchflußquerschnitts der Durchfluß durch die Entlastungsbohrung 11 gedros­ selt. Gleichzeitig strömt über die Zuströmbohrung 10 Wasser in die Gegendruckkammer 9 und es stellt sich ein Gleichgewichtszustand zwischen der Zuströmung über die Bohrung 10 und der Abströmung über die Boh­ rung 11 ein. In diesem Gleichgewichtszustand wird die Entlastungsbohrung 11 nicht vollständig von der Steu­ erbuchse 17 geschlossen, sondern es besteht immer ein definierter Abstand zwischen Ende der Bohrung 11 und Steuerbuchse 17.

Gleichzeitig mit dem Verschieben der Achse 13 und des Ventilkörpers 7 entsprechend der Fig. 3 nach rechts setzt die linke Steuerbuchse 17 auf die Öffnung der linken zweiten Entlastungsbohrung 11 auf, und zieht den linken Ventilkörper entsprechend Fig. 2 in eine weiter geschlossene Stellung. Dadurch entsteht in der Gegendruckkammer 9 ein Unterdruck und das Wasser strömt von dem Zulauf 2 über die Zuströmbohrung 10 in die Gegendruckkammer 9. Dadurch wiederum erhöht sich die von hinten auf den Ventilkörper 7 wirkende Kraft, so daß sich der Ventilkörper 7 von der Steuerbuchse löst und sich wiederum ein Gleichgewichtszustand zwi­ schen Zuströmung über die Bohrung 10 und Abströmung über die Bohrung 11 einstellen kann.

Der Gleichgewichtszustand wird in jeder Stellung der Steuerbuchse 17 erreicht, so daß der Ventilkörper 7 der Steuerbuchse 17 von der vollständig geschlossenen Stellung entsprechend Fig. 3 bis zur vollständigen Öffnung entsprechend Fig. 2 folgen kann. Die Kraft zur Verstellung der Ventilkörper 17 wird dabei aus­ schließlich über den Wasserdruck aufgebracht, so daß die Energie zur Einstellung des Mischers gering ist und im wesentlichen nur zur Verstellung der Achse 13 benötigt wird.

Wie zu erkennen ist, sind die Ventilkörper 7 im Ge­ häuse 1 gegenüberliegend angeordnet und ihre zugeord­ neten Ventilsitze sind über eine gemeinsame Bohrung 6 verbunden, wobei durch die Bewegung der Achse 13 und damit durch die Bewegung der Steuerbuchsen 17 die Ventile gegenläufig gesteuert werden, d. h., wenn das eine Ventil weiter aufmacht, schließt das andere in entsprechender Weise. Die gemeinsame Bohrung bewirkt eine intensive Vermischung nach dem Gegenstromprin­ zip. Dies läßt eine Temperaturmessung ohne große Tot­ strecken zu, was sich vorteilhaft auf den zugeordne­ ten Regelprozeß auswirkt.

Claims (7)

1. Mischventil zum Mischen von Kalt- und Warmwasser mit einem Zulauf (2) für Warmwasser und einem Zulauf (3) für Kaltwasser, einer Mischkammer (6), in die jeweils das Kalt- und Warmwasser über Servoventile fließt, deren Durchflußquer­ schnitte zwischen Ventilkörper (7) und Ventil­ sitz (5) über Steuerorgane (17) veränderlich steuerbar sind, mit den Servo-Ventilen zugeord­ neten Gegendruckkammern (9), mit Zuströmbohrun­ gen (10) und Entlastungsbohrungen (11) für den Druckausgleich und mit einem Auslauf (4) für das Mischwasser, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gegendruckkammern (9) die Steuerorga­ ne (17) vorgesehen sind, bei deren gesteuerter Bewegung die Durchströmöffnung der Entlastungs­ öffnung (11) veränderbar ist, und daß aufgrund der Druckdifferenz zwischen Gegendruckkammer (9) und Druck vor dem Ventilkörper (7) dieser der Bewegung des Steuerorgans (17) folgt, bis sich wieder ein Gleichgewichtszustand herstellt, bei dem das Steuerorgan (17) und der zugeordnete Ventilkörper (7) einen vorbestimmten Abstand zueinander einnehmen.

2. Mischventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mischkammer als Bohrung (6) ausgebildet ist, an deren Enden jeweils ein Ven­ tilsitz (5) ausgebildet ist und daß die zu dem jeweiligen Ventilsitz (5) zugeordneten Ventil­ körper (7) einander gegenüberliegen.

3. Mischventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ventile gegenläufig steu­ erbar sind.

4. Mischventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerorgane als Steuerbuchsen (17) ausgebildet sind, die fest auf einer antreibbaren Bohrung (6) und Ventil­ körper (7) durchgreifenden gemeinsamen Achse (13) angeordnet sind und jeweils der Öffnung der einen Entlastungsbohrung (11) gegenüberliegen.

5. Mischventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuströmboh­ rung (10), Gegendruckkammer (9) und zugehöriger Zulauf (2, 3) und eine Entlastungsbohrung (11) mittig durch den jeweiligen Ventilkörper (7) gehend Gegendruckkammer (9) und Bohrung (6) ver­ binden, wobei die Steuerbuchse (17) in der Ge­ gendruckkammer (9) jeweils der Entla­ stungsbohrung (11) gegenüberliegend angeordnet ist.

6. Mischventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Achse (13) über einen Motor (16) mit Axialgetriebe (15) verschiebbar ist.

7. Mischventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Ablauf (4) ein Temperaturfühler zur Messung der Isttemperatur angeordnet ist, der mit einem Steuer- und Regel­ kreis verbunden ist, wobei abhängig von der Ist- und einer vorgegebenen Solltemperatur die Steu­ erbuchsen (17) über die Achse (13) ansteuerbar sind.