Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit für eine Enthärtungsvorrichtung, wobei die Steuereinheit umfasst

- einen Haupt-Zulauf für Rohwasser, - einen Haupt-Ablauf für Verschnittwasser,

- einen Sensor zur Bestimmung der Wasserhärte des Rohwassers WH _rO h oder des Verschnittwassers WH _ver schnitt ,

- einen Unter-Ablauf, welcher aus dem Haupt-Zulauf mit Rohwasser gespeist wird, - einen Unter-Zulauf, welcher auf den Haupt-Ablauf geführt ist,

- eine Bypassleitung, welche parallel zu Unter-Ablauf und Unter-Zulauf geführt ist,

- eine automatisch verstellbare Verschneideeinrichtung zum Mischen eines Verschnittwasserstroms V _ver schnitt(t) aus einem ersten Teilstrom V(t)tein _We ich des Unter-Zulaufs und einem zweiten Teilstrom V(t) _te ii2roh der Bypassleitung, - eine elektronische Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, mittels der bestimmten Wasserhärte WH _rOh oder WH _verschnιtt die Verstellposition der Verschneideeinrichtung so nachzuregeln, dass die Wasserhärte im Verschnittwasserstrom V _verschmtt (t) auf einen vorgegebenen Sollwert eingestellt wird.

Eine Wasserenthärtungsanlage mit einer solchen Steuereinheit ist bekannt geworden durch die EP 0 900 765 B1.

Wasserenthärtung wird überall da eingesetzt, wo über die üblichen

Versorgungssysteme (etwa das Trinkwassernetz) lediglich relativ hartes Wasser zur Verfügung steht, jedoch aus technischen Gründen oder Komfortgründen ein weicheres Wasser erwünscht ist.

Bei der Wasserenthärtung werden Enthärtungsvorrichtungen eingesetzt, die meist nach dem lonenaustauschverfahren arbeiten. Die im Wasser enthaltenen Härtebildner (Calcium- und Magnesium-Ionen) werden dabei in einem lonentauscherharz gegen Natrium-Ionen ausgetauscht. Bei Erschöpfung des lonentauscherharzes muss dieses regeneriert werden, etwa durch Spülung mit einer Salzsole.

Bei einfachen Wasserenthärtungsanlagen wird die Enthärtungsvorrichtung seriell vor eine Wasserinstallation geschaltet, so dass die nachfolgende Wasserinstallation vollenthärtetes Wasser zur Verfügung hat.

Aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen ist es jedoch oft notwendig oder erwünscht, lediglich teilenthärtetes Wasser einzusetzen. So kann vollständig enthärtetes Wasser zu Korrosionsproblemen führen, wenn eine Schutzschichtbildung in der nachgeschalteten Rohrleitungsinstallation nicht mehr möglich ist. Zudem wird bei einer Vollenthärtung die Kapazität der

Enthärtungsvorrichtung schnell erschöpft, und es muss frühzeitig regeneriert werden. Dies ist mit einem hohen Salzverbrauch und damit hohen Kosten verbunden.

Zur Bereitstellung von teilenthärtetem Wasser ist es bekannt, einen zulaufenden Rohwasserstrom aufzuspalten, einen ersten Teilstrom einer Vollenthärtung zu unterziehen (Weichwasser-Teilstrom) und einen zweiten Teilstrom unbehandelt zu lassen (Rohwasser-Teilstrom, auch Bypass- Teilstrom). Anschließend werden die beiden Teilströme wiedervereint (so genannte Verschneidung); der vereinigte Wasserstrom wird meist als Verschnittwasser-Strom bezeichnet. Der Verschnittwasserstrom wird dann in die nachfolgende Wasserinstallation geleitet.

Einfache Wasserenthärtungsanlagen mit Verschneidung sehen ein festes oder auch manuell verstellbares Verhältnis von erstem und zweitem Teilstrom vor; dieses Verhältnis ist der lokalen Rohwasserhärte und der gewünschten Verschnittwasserhärte angepasst.

Nachteilig bei solchen einfachen Wasserenthärtungsanlagen mit Verschneidung ist es, dass eine beispielsweise jahreszeitbedingt schwankende Rohwasserhärte zu schwankenden Verschnittwasserhärten führt. Diese

Schwankung wird meist hingenommen; falls die schwankende Rohwasserhärte erkannt wird, kann auch eine manuelle Nachjustierung des Verhältnis von erstem und zweitem Teilstrom erfolgen.

In letzter Zeit sind auch Wasserenthärtungsanlagen mit vollautomatischer Verschneidung bekannt geworden, siehe EP 0 900 765 B1. Mittels eines Leitfähigkeitssensors wird die Härte des zufließenden Rohwassers bestimmt, und ein Verhältnis der Teilströme, welches über zwei Durchflussmesser bestimmt wird, wird über ein automatisch verstellbares Ventil abhängig von der Rohwasserhärte nachgeregelt. Nachteilig bei den bekannten Wasserenthärtungsanlagen mit automatischer Verschneidung sind vor allem die hohen Kosten, die für eine solche Anlage anfallen. Die bekannten Anlagen sind hochkomplexe, integrierte Vorrichtungen, die etwaige zuvor installierte, einfache (nicht-automatische) Wasserenthärtungsanlagen ohne Verschneidung oder auch mit fester oder manuell verstellbarer Verschneidung vollständig ersetzen.

Aufgabe der Erfindung

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Teilenthärtung von Wasser auf Grundlage einer vollautomatischen Verschneidung unter Nutzung bereits vorhandener Enthärtungsvorrichtungen zu ermöglichen und dadurch Aufwand und Kosten für die Einrichtung einer vollautomatischen Verschneidung zu reduzieren.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuereinheit der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuereinheit als eine externe Steuereinheit für die Enthärtungsvorrichtung ausgebildet ist, wobei die Steuereinheit ein Steuereinheits-Gehäuse aufweist, an dessen Außenseite der Haupt-Zulauf, der Haupt-Ablauf, der Unter-Ablauf und der Unter-Zulauf ausgebildet sind, und wobei das Steuereinheits-Gehäuse den Sensor, die Bypassleitung, die Verschneideeinrichtung und die elektronische Steuereinrichtung enthält.

Die erfindungsgemäße Steuereinheit vereinigt im Steuereinheits-Gehäuse alle für eine automatische Verschneidung notwendigen Bauelemente, insbesondere eine eigene Bypassleitung. Die Steuereinheit kann mit dem Haupt-Zulauf an das örtliche Wasserversorgungssystem (etwa eine öffentliche

Trinkwasserleitung) angeschlossen werden, und versorgt mit dem Haupt-Ablauf eine nachgeschaltete Wasserinstallation, wie beispielsweise das Trinkwassernetz innerhalb eines Gebäudes. An Unter-Ablauf und Unter-Zulauf wird eine Enthärtungsvorrichtung angeschlossen, welche in der Regel aus dem gesamten ihr zulaufenden Rohwasser ein Weichwasser gewinnt. Die erfindungsgemäße Steuereinheit ermittelt selbst mithilfe ihres Sensors (gegebenenfalls ergänzt durch mindestens zwei Durchflussmesser zur Bestimmung der Teilströme V(t) _te iiiweich und V(t) _te ii2roh) alle Daten, die zu einer automatischen Nachregelung der Verschneideeinrichtung notwendig sind. Ist der Sensor im Verschnittwasserbereich angeordnet, so kann die Verschnittwasserhärte unmittelbar bestimmt und nachgeregelt werden, und Durchflussmesser werden zur Nachregelung der Verschnittwasserhärte nicht benötigt. Ist der Sensor im Rohwasserbereich angeordnet, was die Härtemessung vereinfacht, so kann die Verschnittwasserhärte über die durch zwei Durchflussmesser bestimmten Teilströme V(t) _te inweich und V(t) _te ii2roh indirekt ermittelt und nachgeregelt werden. Auch ohne Bestimmung der Teilströme V(t)teinweich und V(t) _te ii2roh kann eine grobe Steuerung der Verschneideeinrichtung allein anhand der Rohwasserhärte erfolgen; in diesem Fall werden Durchflussmesser ebenfalls nicht benötigt. Die Steuereinheit kann sich insbesondere selbsttätig auf die momentane Wasserhärte einstellen und Schwankungen in der Rohwasserqualität ausgleichen, so dass die Verschnittwasserhärte am Haupt-Ablauf konstant gehalten wird.

Die Steuereinheit wird über den Unter-Ablauf und den Unter-Zulauf an die Enthärtungsvorrichtung angeschlossen. Die Steuereinheit benötigt keinerlei Daten der Enthärtungsvorrichtung oder anderer externer Sensoren. Daher kann die erfindungsgemäße Steuereinheit mit prinzipiell jedem Typus von Enthärtungseinrichtung zusammenarbeiten. Weiterhin fallen keine Arbeiten für Abstimmungen und Justagen in Hinblick auf die verwendete Enthärtungsvorrichtung an, so dass nach der Installation (d.h. dem Anschluss von Haupt-Zulauf, Haupt-Ablauf, Unter-Zulauf und Unter-Ablauf) das Ensemble von Steuereinheit und Enthärtungsvorrichtung sofort einsatzbereit ist ("plug and Play").

Als Enthärtungsvorrichtung können insbesondere bereits vorhandene, einfache Wasserenthärtungsanlagen fungieren, die selbst über keine oder nur über eine als unzureichend empfundene Steuerungsfunktion verfügen; alternativ kann die Steuereinheit auch mit einer neuen Enthärtungsvorrichtung zusammenwirken. Falls die angeschlossene Enthärtungseinrichtung selbst über eine (einfache) Steuerungsfunktion verfügt, wird diese durch die Steuerfunktionen der erfindungsgemäßen Steuereinheit ersetzt; eine etwaige geräteinterne Verschneidung in der angeschlossenen Enthärtungsvorrichtung sollte geschlossen werden (d.h. der geräteinterne Bypass wird geschlossen, so dass die angeschlossene Enthärtungsvorrichtung reines Weichwasser produziert).

Die vorliegende Erfindung stellt somit eine universelle, von einer anzuschließenden Enthärtungsvorrichtung separate und bezüglich dieser externe Steuereinheit für die Enthärtungsvorrichtung zur Verfügung. Die Steuereinheit gewinnt alle Daten für die Regelung ihrer Verschneideeinrichtung selbst, und kann damit auf einfache Weise eine konstante Verschnittwasserqualität bereitstellen. Das Steuereinheits-Gehäuse "endet" insbesondere bei Unter-Zulauf und Unter-Ablauf, und enthält insbesondere nicht die Enthärtervorrichtung, was zur Universalität der erfindungsgemäßen Steuereinheit beiträgt.

Der vorgegebene Sollwert der Verschnittwasserhärte kann erfindungsgemäß ein einzelner Härtezielwert oder auch ein Härtezielwert-Intervall sein, bei dessen Verlassen eine Nachregelung der Verstellposition der Verschneideeinrichtung erfolgt.

Man beachte, dass der Regelungsmechanismus der Verschneideeinrichtung sowohl auf der Rohwasserhärte basieren kann (in diesem Fall ergibt sich die momentane Verschnittwasserhärte über das momentane Verhältnis der momentanen Teilströme V(t) _te iiiweich und V(t) _te ii2roh; die Teilströme V(t) _te iiiweich und V(t) _te ii2r _oh können experimentell über Durchflussmesser exakt bestimmt werden, oder anhand der Verstellposition der Verschneideeinrichtung geschätzt werden), als auch auf der Verschnittwasserhärte (die dann unmittelbar mit dem Sollwert der Verschnittwasserhärte verglichen wird). Die Bestimmung der Teilströme kann mit Durchflussmessern unmittelbar im jeweiligen Teilstrom erfolgen (direkte Bestimmung), oder aber über Differenzbildung eines bestimmten Gesamtstroms mit (in der Regel) einem bestimmten Teilstrom (indirekte Bestimmung).

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinheit ist der Sensor als ein Leitfähigkeitssensor ausgebildet. Aus der Leitfähigkeit wird mittels mathematischer Berechnung oder Auslesen einer Tabelle die Wasserhärte bestimmt, typischerweise in der elektronischen Steuereinrichtung. Leitfähigkeitssensoren zur Wasserhärtebestimmung sind kostengünstig und zuverlässig. Alternativ kann der Sensor beispielsweise auch als Tritrator oder eine ionenselektive Elektrode ausgebildet sein.

Bevorzugt ist weiterhin eine Ausführungsform, bei der der Sensor im Rohwasserbereich der Steuereinheit angeordnet ist. Der Sensor kann beispielsweise in der Bypassleitung angeordnet sein, oder direkt hinter dem Haupt-Zulauf. Der Sensor dient dann zur unmittelbaren Bestimmung der

Rohwasserhärte WH _rOh - Die Rohwasserhärte kann zur Bestimmung eines Soll- Verhältnisses von erstem und zweitem Teilstrom zur Erreichung des Wasserhärte-Sollwerts im Verschnittwasser verwendet werden; dieses Soll- Verhältnis kann mittels der überwachten Teilströme nachgeregelt werden. Die Kenntnis der Rohwasserhärte ist auch nützlich zur Bestimmung einer Restkapazität der Enthärtervorrichtung für eine automatische Regenerationssteuerung. Alternativ kann der Sensor im Verschnittwasser angeordnet sein; eine bestimmte Verschnittwasserhärte kann dann unmittelbar mit dem Sollwert zum Zwecke der Nachregelung der Verstellposition der Verschneideeinrichtung verglichen werden. Falls die Rohwasserhärte benötigt wird, kann diese indirekt über die Verschnittwasserhärte und das zugehörige momentane Teilstromverhältnis rückgerechnet werden (unter der Annahme, dass eine angeschlossene Enthärtungsvorrichtung vollständig enthärtet).

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das Steuereinheits- Gehäuse als Anschluss-Zwischenstück ausgebildet ist. Dies gestattet eine einfache und platzsparende Installation, und ist insbesondere für eine Nachrüstung gut geeignet.

Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuereinheit weiterhin mindestens zwei Durchflussmesser zur direkten oder indirekten Bestimmung der Teilströme V(t) _te iiiweich und V(t) _te ii2roh aufweist, dass die elektronische Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Verstellposition der Verschneideeinrichtung auch anhand der bestimmten Teilströme V(t) _te ιiiweich und V(t) _te ii2roh nachzuregeln, und dass das Steuereinheits-Gehäuse auch die mindestens zwei Durchflussmesser enthält. In diesem Fall kann die Verschnittwasserhärte sehr genau anhand einer gemessenen Rohwasserhärte und den bestimmten Teilströmen ermittelt und nachgeregelt werden. Die Härtebestimmung im Rohwasser kann zuverlässig und kostengünstig über einen Leitfähigkeitssensor erfolgen.

Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, die vorsieht, dass ein ersten Durchflussmesser zur Bestimmung eines gesamten Rohwasserzuflusses V(t) _rohges zwischen Haupt-Zulauf und dem Verzweigungspunkt der

Bypassleitung angeordnet ist, und dass ein zweiter Durchflussmesser zur Bestimmung des zweiten Teilstroms V(t) _te ιi2roh in der Bypassleitung angeordnet ist. Dieser Aufbau ist in der Praxis bewährt. Insbesondere können mit dem ersten Durchflussmesser vielfältige, untypische Strömungszustände gut erkannt werden.

Eine bevorzugte Weiterbildung dieser Ausführungsform sieht vor, dass die Steuereinheit einen Messeingang für einen dritten Durchflussmesser aufweist, mittels dessen ein Spülwasserstrom V(t) _teι i _3s puifür die elektronische Steuereinrichtung bestimmbar ist, und dass die elektronische Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den ersten Teilstrom V(t) _te ιiiweιch gemäß der Gleichung

V(t)teιl1weιch ⁼ V(t) _ro hges — V(t)t _e ιl2roh — V(t)teιl3spul zu bestimmen. Die Bestimmung des dritten Teilstroms erhöht die Genauigkeit der Verschnittsteuerung bei indirekter Bestimmung eines Teilstroms. Typischerweise ist der dritte Durchflussmesser außerhalb des Steuereinheits- Gehäuses angeordnet und gibt Signale an den Messeingang, der dann an der Außenseite des Steuereinheits-Gehäuses liegt. Alternativ kann der dritte Durchflussmesser aber auch innerhalb des Steuereinheits-Gehäuses angeordnet sein; in diesem Fall muss ein Teil der Steuereinheit einen Spülwasser-Zulauf und einen Spülwasser-Ablauf besitzen, und der Messeingang kann dann direkt an der elektronischen Steuereinrichtung ausgebildet sein. Man beachte, dass bei mehrkammerigen Enthärtungsvorrichtungen gleichzeitig Verschnittwasser entnommen und die Enthärtungsvorrichtung gespült werden kann.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist zusätzlich zum Sensor eine Messeinrichtung im Verschnittwasserbereich zur Bestimmung der Konzentration der Härtebildner Calzium und Magnesium Charteverschmtt im Verschnittwasserstrom V(t) _ve rs _c hnι _t t angeordnet ist. Die Messeinrichtung erlaubt eine zusätzliche Kontrolle und nötigenfalls Nachregelung der Verschneidung, insbesondere wenn der Sensor im Rohwasserbereich angeordnet ist. Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Messeinrichtung als Titrator für eine titrimetrische Bestimmung der Härtebildner ausgebildet. Alternativ kann die Messeinrichtung einen ionenselektiven Sensor, insbesondere eine ionensensitive Elektrode, umfassen.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, die vorsieht, dass unmittelbar hinter dem Haupt-Zulauf ein automatisch betätigbares Absperrventil angeordnet ist, und dass die elektronische Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, bei Vorliegen einer Leckage das Absperrventil automatisch zu schließen. Die Festestellung einer Leckage (an der Steuereinheit, einer angeschlossenen Enthärtungsvorrichtung, und/oder in der nachfolgenden Wasserinstallation) kann über Feuchtigkeitssensoren und/oder (bevorzugt) über untypische Strömungszustände, erschlossen aus den Messgrößen der Durchflussmesser, erfolgen; untypische Strömungszustände umfassen beispielsweise sehr große absolute Durchflüsse (großes Leck, "Rohrbruch") oder lang andauernde, konstante, kleine Durchflüsse (kleines Leck bei sonst geschlossenen Armaturen, "tropfender Wasserhahn").

Ausführungsformen betreffend eine Regeneration der Enthärtungsvorrichtung

Besonders bevorzugt ist auch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinheit, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuereinheit einen Steueranschluss zum Auslösen einer Regeneration der Enthärtungsvorrichtung aufweist, und dass die elektronische Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von den seit einer letzten ausgelösten Regeneration erfolgten Weichwasserentnahmen und einer oder mehreren, zughörigen, bestimmten Rohwasserhärten eine Restkapazität der Enthärtungsvorrichtung zu ermitteln und bei deren Erschöpfung automatisch zum Auslösen einer Regeneration einen Steuerpuls auf den Steueranschluss auszugeben. In dieser Ausführungsform kann die Steuereinheit zusätzlich eine Regeneration der Enthärtungsvorrichtung, die typischerweise ein lonentauscherharz enthält, automatisch ansteuern.

Typischerweise wird von einer immer gleichen Grundkapazität der Enthärtungsvorrichtung nach einer Regeneration ausgegangen, die bei einer zugrunde gelegten Rohwasserhärte in eine bestimmte erzeugbare Weichwassermenge umgerechnet werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die zugrunde zu legende Rohwasserhärte über den Sensor direkt oder indirekt empirisch ermittelt. Im einfachsten Fall wird nach Abschluss einer Regeneration die Rohwasserhärte (etwa zu Beginn der ersten Wasserentnahme) einmalig neu bestimmt und die erzeugbare Weichwassermenge für den laufenden Betriebszyklus (=Zeit zwischen zwei Regenerationen) entsprechend aktualisiert. Die Aktualisierung der Weichwassermenge kann aber zur Vereinfachung unterbleiben, wenn die Änderung in der neu bestimmten Rohwasserhärte gegenüber der letzten zugrunde gelegten Rohwasserhärte unterhalb eines Grenzwerts bleibt. Typische Änderungsgrenzwerte, unterhalb denen die Aktualisierung der Wassermenge unterbleibt, liegen im Bereich 0,5°dH bis 2,0°dH.

Zur Erhöhung der Genauigkeit der Bestimmung der Restkapazität können auch die verschiedenen Weichwasserentnahmen innerhalb eines Betriebszyklus mit den zughörigen, momentanen Rohwasserhärten gewichtet werden. Dabei kann meist ohne merklichen Genauigkeitsverlust eine einzige, zu Beginn einer jeden Weichwasserentnahme bestimmte Rohwasserhärte für eine gesamte restliche Wasserentnahme vereinfachend unterstellt werden. Die bei einer jeden Wasserentnahme jeweils verbrauchte Kapazität verringert die verbleibende Kapazität (Restkapazität) der Enthärtungsvorrichtung im laufenden Betriebszyklus. Alternativ kann aber auch mit aufwändigeren mathematischen Verfahren (etwa Faltungsverfahren) eine kontinuierliche Erfassung des Kapazitätsverbrauchs erfolgen, die auch Änderungen der Rohwasserhärte während einer einzelnen Wasserentnahme berücksichtigt. Die Rohwasserhärte wird im einfachsten Fall mittels eines Sensors direkt im Rohwasserbereich bestimmt; es kann aber auch die Rohwasserhärte aus der momentanen Verschnittwasserhärte in Verbindung mit den momentanen Teilströmen (insbesondere deren momentanem Verhältnis) bestimmt werden.

Die Grundkapazität der Enthärtungsvorrichtung (nach einer Regeneration) wird typischerweise fest programmiert; falls eine Messeinrichtung oder ein Sensor im Verschnittwasser vorhanden ist kann die Grundkapazität auch (nach Installation einer Enthärtungsvorrichtung typischerweise einmalig) empirisch bestimmt werden; dazu wird eine Regeneration ausgelöst und Rohwasser bekannter Härte durch die Enthärtungsvorrichtung geleitet, bis die Konzentration an Ca- und Mg-Ionen im Verschnittwasser wieder ansteigt.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Sensor als Leitfähigkeitssensor zur Messung der Leitfähigkeit des Rohwassers L _rOh ausgebildet ist, und dass die elektronische Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Gesamthärte I des Rohwassers, die zur Steuerung der Auslösung der Regeneration verwendet wird, mittels einer ersten Kalibrierkennlinie (F1) aus der gemessenen Leitfähigkeit L _rOh abzuleiten, und eine Gesamthärte Il des Rohwassers, die zur Steuerung der Verschneideeinrichtung verwendet wird, mittels einer zweiten Kalibrierkennlinie (F2) aus der gemessenen Leitfähigkeit L _rO h abzuleiten.

Durch die Verwendung der beiden unterschiedlichen Kalibrierkennlinien kann die Genauigkeit der automatischen Verschneidung sowie die Genauigkeit und Sicherheit (Rechtzeitigkeit) der automatischen Regenerationsauslösung verbessert werden. Bevorzugt ist die aus der ersten Kalibrierkennlinie (F1) abgeleitete Gesamthärte I zumindest abschnittsweise größer als die aus der zweiten Kalibrierkennlinie (F2) abgeleitete Gesamthärte II. Typischerweise hat die erste Kalibrierkennlinie (F1) einen Umrechnungsfaktor von 28-35 μS/cm pro °dH, insbesondere 30-33 μS/cm pro °dH, und die zweite Kalibrierkennlinie (F2) hat typischerweise einen Umrechnungsfaktor von 35-44 μS/cm pro °dH, insbesondere 38-41 μS/cm pro °dH.

Weitere Ausführungsformen

Bevorzugt ist weiterhin eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinheit, bei der die automatisch verstellbare Verschneideeinrichtung als ein mit einem Stellmotor verstellbares Ventil ausgebildet ist. Dies hat sich in der Praxis bewährt.

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein Wasserenthärtungssystem, umfassend eine Enthärtungsvorrichtung mit einem Enthärter-Gehäuse und eine erfindungsgemäße, externe Steuereinheit, wobei die Steuereinheit außerhalb des Enthärter-Gehäuses angeordnet ist, und wobei die

Enthärtungsvorrichtung am Unter-Ablauf und Unter-Zulauf der Steuereinheit an der Außenseite des Steuereinheits-Gehäuses angeschlossen ist. Das erfindungsgemäße Wasserenthärtungssystem kann schnell und einfach aus einer erfindungsgemäßen Steuereinheit und einer beliebigen Wasser- Enthärtungsvorrichtung gebildet werden. Enthärter-Gehäuse und

Steuereinheits-Gehäuse sind vollständig separat, d.h. es ist weder die Enthärtungsvorrichtung im Steuereinheits-Gehäuse enthalten, noch ist die Steuereinheit im Enthärter-Gehäuse enthalten. Ein Teil des Enthärter- Gehäuses kann jedoch in einen Rücksprung des Steuereinheits-Gehäuses eingeschoben sein (hineinragen) oder umgekehrt.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wasserenthärtungssystems, das eine oben beschriebene Steuereinheit mit automatischer Regenerationsauslösung umfasst, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserenthärtungssystem ein Vorratsgefäß für

Regeneriermittellösung sowie Mittel zur automatischen Durchführung einer Regeneration der Enthärtungsvorrichtung, insbesondere umfassend ein mit einem Stellmotor ansteuerbares Regenerationsventil, aufweist, und dass der Steueranschluss mit den Mitteln zur automatischen Durchführung einer Regeneration verbunden ist. Mit diesem Wasserenthärtungssystem kann auch eine automatische Regeneration der Enthärtungsvorrichtung erfolgen. Das Vorratsgefäß und die Mittel zur automatischen Durchführung der Regeneration der Enthärtungsvorrichtung können innerhalb oder außerhalb des Enthärter-Gehäuses angeordnet sein, und sind in aller Regel außerhalb des Steuereinheits-Gehäuses angeordnet. Alternativ zu einem Stellmotor kann auch beispielsweise ein Flügelradantrieb für ein Regenerationsventil vorgesehen sein.

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt schließlich auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Wasserenthärtungssystems, wobei die Enthärtungsvorrichtung eine eigene Verschneideeinrichtung aufweist, und wobei die eigene Verschneideeinrichtung der Enthärtungsvorrichtung geschlossen ist, so dass die Enthärtungsvorrichtung nur vollenthärtetes Wasser bereitstellt. Im Rahmen dieser Verwendung übernimmt die erfindungsgemäßen Steuereinheit die volle Kontrolle über die Verschneidung; die eigene (geräteinterne) Verschneideeinrichtung der Enthärtungsvorrichtung wird überbrückt. Die eigene Verschneideeinrichtung ist typischerweise gar nicht, nur manuell oder nur mit geringerer Genauigkeit verstellbar als die Verschneideeinrichtung der erfindungsgemäßen Steuereinheit.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausfüh- rungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen

Wasserenthärtungssystems mit einer erfindungsgemäßen Steuereinheit, mit einem Leitfähigkeitssensor im Rohwasserbereich;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen

Wasserenthärtungssystems mit einer erfindungsgemäßen Steuereinheit, mit einer ionenselektiven Elektrode im Verschnittwasserbereich.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Steuereinheit 1 , welche an eine Enthärtungsvorrichtung 2 angeschlossen ist. Die Gesamtheit von Steuereinheit 1 und Enthärtungsvorrichtung 2 bilden im Wesentlichen ein erfindungsgemäßes Wasserenthärtungssystem. Man beachte, dass die Enthärtungsvorrichtung 2 relativ zur Steuereinheit 1 stark verkleinert dargestellt ist.

Die Steuereinheit 1 weist ein eigenes Steuereinheits-Gehäuse 3 auf, an oder in welchem alle wesentlichen Komponenten der Steuereinheit 1 angeordnet sind. In der Außenwand des Steuereinheits-Gehäuses 3 sind ein Haupt-Zulauf 4, ein Unter-Ablauf 5, ein Unter-Zulauf 6, und ein Haupt-Ablauf 7 ausgebildet. Diese Anschlüsse sind von außen zugänglich und mit standardisierten Flanschen oder dergleichen versehen. An Unter-Zulauf 5 und Unter-Ablauf 6 ist die Enthärtungsvorrichtung 2 angeschlossen; sie weist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein lonentauscherharz auf und verfügt über ein separates Enthärter-Gehäuse 2a. Das Enthärtergehäuse 2a ragt teilweise in einen Rücksprung des Steuereinheits-Gehäuses 3; jedoch ist die Enthärtungsvorrichtung 2 vollständig außerhalb des von der Außenwand des Steuereinheits-Gehäuses 3 umschlossenen Raumes angeordnet. Die Enthärtungsvorrichtung 2 enthärtet mit dem lonentauscherharz vollständig ihr durch den Unter-Ablauf 5 zufließendes Rohwasser und führt dieses als Weichwasser dem Unter-Zulauf 6 zu. Eine in die Enthärtungsvorrichtung 2 integrierte, nur manuell verstellbare, eigene Verschneideeinrichtung (nicht näher dargestellt) ist stillgelegt, indem deren Bypassleitung vollständig geschlossen ist, so dass Wasserfluss durch die Enthärtungsvorrichtung 2 (mit Ausnahme des Regenrationsprozesses) nur noch voll enthärtend durch das lonentauscherharz erfolgen kann.

Der Haupt-Zulauf 4 ist mit einer örtlichen Wasserversorgungseinrichtung (hier dem Trinkwassernetz) verbunden. Durch den Haupt-Zulauf 4 fließt ein Gesamt- Rohwasserstrom V(t) _rOh g _es der Steuereinheit 1 zu. An den Haupt-Zulauf 4 schließt sich ein Leitungsabschnitt 4a an, welcher zu einem Verzweigungspunkt 8 führt. Dort spaltet sich der der Rohwasserstrom V(t) _rOh g _es auf in einen ersten Teilstrom, welcher über einen Leitungsabschnitt 5a dem Unter-Ablauf 5 zufließt, und einen zweiten Teilstrom, welcher durch eine Bypassleitung 9 fließt und daher auch als V(t)b _yP assroh oder V(t) _te ii2roh bezeichnet wird. Die Bypassleitung 9 führt vom Verzweigungspunkt 8 bis zu einem Vereinigungspunkt 10. Ein weiterer Leitungsabschnitt 6a führt vom Unter-Zulauf 6 ebenfalls zum

Vereinigungspunkt 10. Am Vereinigungspunkt 10 werden der erste, nunmehr durch die Enthärtungsvorrichtung 2 enthärtete Teilstrom V(t) _te iiiw _e i _c h und der zweite, rohwasserführende Teilstrom V(t) _te ii _2roh aus der Bypassleitung 9 zu einem Verschnittwasserstrom V(t) _ve r _sc hni _tt vereint. Schließlich führt ein Leitungsabschnitt 7a vom Vereinigungspunkt 10 zum Haupt-Ablauf 7. Am Haupt-Ablauf 7 ist eine (nicht näher dargestellte) nachfolgende Wasserinstallation angeschlossen.

Man beachte, dass somit die Leitungsabschnitte 4a und 5a sowie die Bypassleitung 9 Rohwasser führen (Rohwasserbereich), weiterhin der Leitungsabschnitt 6a Weichwasser führt (Weichwasserbereich), und der Leitungsabschnitt 7a Verschnittwasser führt (Verschnittwasserbereich).

In der gezeigten Ausführungsform weist die Steuereinheit 1 einen Sensor, nämlich einen Leitfähigkeitssensor 16, im rohwasserführenden

Leitungsabschnitt 4a auf, welcher Messsignale an eine elektronische Steuereinrichtung 11 gibt. In der Steuereinrichtung 11 werden die Messsignale in eine Rohwasserhärte WH _rOh umgerechnet. Anhand eines in der Steuereinrichtung 11 programmierten Sollwerts für eine Wasserhärte im Verschnittwasserstrom V(t) _versc hni _tt wird daraus ein Sollverhältnis der beiden Teilströme V(t) _te inweich und V(t) _te ii2roh ermittelt, mit welchem sich eine dem Sollwert entsprechende Wasserhärte im Verschnittwasser ergibt. Beträgt beispielsweise der Sollwert 8°dH (dH = Deutsche Härte), und die Rohwasserhärte beträgt 16°dH, so ergibt sich das Sollverhältnis von erstem Teilstrom (dessen Wasserhärte zu 0°dH angenommen wird) und zweitem Teilstrom (dessen Wasserhärte der Rohwasserhärte entspricht) zu 1 :1.

Im Leitungsabschnitt 4a ist weiterhin ein erster Durchflussmesser 12 angeordnet, mit dem der gesamte, der Steuereinheit 1 momentan zufließende Rohwasserstrom V(t) _rO hg _es bestimmt wird. In der Bypassleitung 9 ist weiterhin ein zweiter Durchflussmesser 13 vorgesehen, welcher den momentanen, zweiten Teilstrom V(t) _te ii2roh bestimmt. Beide Durchflussmesser geben ihre Messergebnisse an die elektronische Steuereinrichtung 11 weiter. Aus den momentanen Durchflusswerten an den Durchflussmessern 12 und 13 ermittelt die Steuereinrichtung 11 indirekt den momentanen ersten Teilstrom V(t) _te in _we i _ch , welcher sich (ohne Spülstrom, siehe unten) aus V(t) _te inwβich = V(t) _rO hges - V(t)teii2ron ergibt.

Mittels dem indirekt bestimmten ersten und dem direkt bestimmten zweiten Teilstrom kann die Steuereinrichtung 11 nun überprüfen, ob momentan das Soll-Verhältnis der Teilströme eingehalten wird. Falls nicht, so kann sie mittels eines Stellmotors 14 eine Änderung der Verstellposition eines Ventils 15 in der Bypassleitung 9 und damit eine Änderung des zweiten Teilstroms V(t) _tΘ ii2roh ansteuern. Dadurch wird auch das Verhältnis des zweiten Teilstroms V(t) _te ιi2roh zum ersten Teilstrom V(t) _te inweich im Verschnittwasserstrom V(t) _ve rschnitt verändert. Mit üblichen Verfahren, etwa PD- oder PID-Regelungen, kann die Verstellposition des Ventils 15 rasch auf den richtigen Wert eingestellt werden, welcher das Soll-Verhältnis der Teilströme und somit die gewünschte Verschnittwasserhärte ergibt.

Die momentane Rohwasserhärte WH _rOh wird in der erfindungsgemäßen Steuereinheit 11 laufend bestimmt und entsprechend das momentane Soll- Verhältnis der Teilströme angepasst. Die Verstellposition des Ventils 15 wird ebenso laufend nachgeregelt, so dass das tatsächliche Verhältnis der momentanen Teilströme dem momentanen Soll-Verhältnis entspricht und im Verschnittwasserstrom die vorgegebene Soll-Wasserhärte stets eingehalten wird.

In der gezeigten Ausführungsform ist weiterhin im Verschnittwasser führenden Leitungsabschnitt 7a eine Messeinrichtung 17 vorgesehen, mit der direkt die Konzentration der Härtebildner Calzium und Magnesium bestimmt werden kann. Die Messeinrichtung ist hier für eine zusätzliche Kontrolle der Verschnittwasserhärte vorgesehen und gibt ihre Messergebnisse entsprechend an die elektronische Steuereinrichtung 11 weiter, die gegebenenfalls auf Grundlage dieser Messergebnisse die automatisch verstellbare Verschneideeinrichtung in Gestalt des mit dem Stellmotor 14 verstellbaren Ventils 15 nachregelt.

Weiterhin ist unmittelbar hinter dem Haupt-Zulauf 4 in Leitungsabschnitt 4a ein Absperrventil 18 vorgesehen, welches mittels eines Stellmotors 19 automatisch von der Steuereinrichtung 11 betätigt werden kann. Die Steuereinrichtung 11 schließt das Absperrventil, wenn sie eine Leckage bestimmt oder mitgeteilt bekommen hat. Die Steuereinrichtung 11 spürt dazu im gezeigten Ausführungsbeispiel insbesondere ungewöhnliche Strömungszustände am Durchflussmesser 12 auf, etwa sehr große Durchflüsse oder aber kleine, aber unveränderliche Durchflüsse, die jeweils auf Leckagen hinweisen.

In der vorliegenden Ausführungsform verfügt das erfindungsgemäße Wasserenthärtungssystem auch über ein Vorratsgefäß 23 mit einer Regeneriermittellösung 23a, mit der das lonentauscherharz der Enthärtungsvorrichtung 2 regeneriert werden kann, und Mittel zur automatischen Durchführung einer Regeneration. Vorliegend weist die Enthärtungsvorrichtung 2 eine fallweise auslösbare Regenerationsfunktion auf, im Zuge derer insbesondere ein Regenerationsventil 24 zum Vorratsgefäß 23 mit einem Stellmotor 25 geöffnet und geschlossen wird.

An der Steuereinheit 1 ist ein Steuerausgang 22 an der Außenwand des Steuereinheits-Gehäuses 3 eingerichtet, auf den die Steuereinrichtung 11 ein Signal (Steuerpuls) zur Auslösung einer Regeneration senden kann. Dieser Steuerausgang 22 ist nun erfindungsgemäß mit der (händischen) Auslösung der Regeneration an der Enthärtungsvorrichtung 2 verbunden. Die Steuereinrichtung 11 , welche den Kapazitätsverbrauch der Enthärtungsvorrichtung 2 durch die Messergebnisse der Durchflussmesser 12, 13 und des Leitfähigkeitssensors 16 kennt, kann dann bei programmierter Kapazität der Enthärtungsvorrichtung 2 eine Regeration rechtzeitig vor Erschöpfung des lonentauscherharzes anstoßen. Nötigenfalls kann die Steuereinrichtung 11 erfindungsgemäß die Kapazität der Enthärtungsvorrichtung 2 selbst empirisch bestimmen, indem sie eine Regeneration auslöst (was die volle Kapazität der Enthärtungsvorrichtung 2 herstellt) und die verbrauchte Kapazität bis zu Auftreten eines wieder ansteigenden Gehalts an Härtebildnern im Verschnittwasser (Härtedurchbruch, bestimmt über die Messeinrichtung 17) feststellt.

Die Steuereinheit 1 weist weiterhin einen Messeingang 20 in der Außenwand 3 des Steuereinheits-Gehäuses 3 für einen dritten Durchflussmesser 21 auf. Der dritte Durchflussmesser 21 ist außerhalb der Steuereinheit 1 angeordnet und bestimmt einen bei einer Regeneration der Enthärtervorrichtung 2 anfallenden Spülwasserfluss V(t) _te ii3spüi, auch kurz bezeichnet als V(t) _spü ι, welcher ursprünglich aus dem über den Unter-Ablauf 5 der Enthärtungsvorrichtung 2 zufließenden Rohwasser abgezweigt wird. Bei der indirekten Bestimmung des ersten Teilstroms V(t) _te inw _e i _c h in der Steuereinrichtung 11 wird dieser dann mitberücksichtigt gemäß V(t) _te in weich = V(t) _rohge s - V(t) _tei i2roh - V(t) _te ii3s _P üi-

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wasserenthärtungssystems wie Fig. 1 ; im folgenden werden nur die wesentlichen Unterschiede zur Ausführungsform von Fig. 1 erläutert.

Die Steuereinheit 1a des in Fig. 2 gezeigten Wasserenthärtungssystems weist im Leitungsabschnitt 4a (zwischen Haupt-Zulauf 4 und Verzweigungspunkt 8) keinen Leitfähigkeitssensor auf; stattdessen ist eine ionenselektive Elektrode 16a im Leitungsabschnitt 7a im Verschnittwasserbereich (zwischen Vereinigungspunkt 10 und Haupt-Ablauf 7) angeordnet. Die in der Ausführungsform von Fig. 1 vorgesehene zusätzliche Messeinrichtung 20 ist in der Ausführungsform von Fig. 2 nicht vorgesehen.

Die elektronische Steuereinrichtung 11a von Fig. 2 bestimmt den ersten

Teilstrom V(t) _te in _we i _ch , welcher aus der Enthärtungsvorrichtung 2 über den Unter- Zulauf 6 der Steuereinheit 1a zufließt, indirekt über den Gesamt- Rohwasserstrom V(t) _rO hges, der mit dem ersten Durchflussmesser 12 bestimmt wird, und dem zweiten, rohwasserführenden Teilsstrom V(t) _te i2r _o h in der Bypassleitung 9, der mit dem zweiten Durchflussmesser 13 bestimmt wird. Die über die ionenselektive Elektrode 16a bestimmte Verschnittwasserhärte wird unmittelbar mit dem in der Steuereinrichtung 11a hinterlegten Sollwert für die Verschnittwasserhärte verglichen und die automatisch verstellbare Verschneideeinrichtung, hier in Gestalt des mit dem Stellmotor 14 verstellbaren Ventils 15, entsprechend nachgeregelt. Bei dieser Ausführungsform sind die Durchflussmesser 12, 13 für die Nachregelung der Verstellposition der

Verschneideeinrichtung nicht notwendig (die Durchflussmesser 12, 13 können daher in einer alternativen Ausführungsform auch weggelassen werden). Falls die gewünschte Verschnittwasserhärte nur durch einen stark ansteigenden Anteil des enthärteten Teilstroms V(t)teinweich (ermittelt über die Durchflussmesser 12, 13) gehalten werden kann, so ist dies ein Zeichen für eine baldige vollständige Erschöpfung der Enthärtungsvorrichtung 2, und die Steuereinrichtung 11a löst dann eine Regeneration aus.

Man beachte, dass bei unmittelbarer Bestimmung der Wasserhärte im Verschnittwasser eine geräteinterne, eigene Verschneideeinrichtung in der Enthärtungsvorrichtung 2 nicht unbedingt stillgelegt zu sein braucht, sondern auch beispielsweise ein festes, geräteinternes Verschnittverhältnis vorsehen kann. In diesem Fall muss die Enthärtungsvorrichtung 2 Wasser mit einer geringeren Härte zur Verfügung stellen als im Verschnittwasser der Steuereinheit 1 a gewünscht.

Die erfindungsgemäße Steuereinheit 1 , 1a ist unabhängig von der Enthärtungsvorrichtung 2 ausgebildet, und kann somit insbesondere bei einer vorhandenen Enthärtungsvorrichtung 2, die bisher seriell in eine Wasserleitung geschaltet ist, leicht nachgerüstet werden. Dazu wird die Steuereinheit 1 , 1a zwischen die Enthärtungsvorrichtung 2 und die Wasserleitung geschaltet (eingebaut). Die Steuereinheit 1 , 1a leistet alle Funktionen für eine automatische Verschneidung selbst, insbesondere Wasserhärtebestimmung, Durchflussmessungen und Einstellung einer Verschneideeinrichtung, und bevorzugt auch die automatische Auslösung einer Regeneration. Die Steuereinheit kann daher universell eingesetzt werden.