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Die Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung für eine Sanitärarmatur gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Sanitärarmaturen, die mit Magnetventilen ausgestatten sind, benötigen üblicherweise eine Stromquelle in Form einer Batterie, eines Energiespeichers oder eines Energiewandlers, um die Elektrospulen des Magnetventils fortwährend mit Energie zu versorgen. Als Energiewandler werden beispielsweise Solarzellen verwendet, die Energie aus dem Umgebungslicht gewinnen. Zur Speicherung der Energie werden Akkumulatoren oder Kondensatoren eingesetzt. Da sich Energiespeicher selbst entladen können oder aufgrund der Versorgung einer Steuerelektronik die elektrische Energie zu Betätigung des Magnetventils nicht mehr ausreicht, ist es üblich, zusätzlich zur elektrischen Ansteuerung der Ventile eine manuelle Betätigung von Sanitärarmaturen vorzusehen. Die
DE 25 11 384 C2 zeigt eine Sanitärarmatur mit zwei Magnetventilen, deren Öffnungs- und Schließhub von einer elektronischen Annäherungselektronik steuerbar ist und die zusätzlich mit handbedienbaren Drehknöpfen zur Einstellung des Durchflussquerschnitts ausgestattet sind.
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Die
US 5 358 213 offenbart eine Sanitärarmatur mit einem Mischventil, das sowohl manuell als auch elektromagnetisch ansteuerbar ist.
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Schließlich zeigt die
DE 196 23 104 C2 einen Einhebelmischer, dessen Mischbatterie ein elektrisch steuerbares Ventil nachgeschaltet ist, dessen Funktion nicht nur von Steuerelektronik sondern auch von der Stellung des Betätigungshebels der Armatur abhängig ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Bedienung einer Sanitärarmatur mit einem elektrisch steuerbaren Ventil zu verbessern (vorzusehen, die energieautark betrieben werden kann).
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Die Aufgabe wird durch eine Sanitärarmatur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem Verfahren zur Betätigung dieser Sanitärarmatur gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Mit der Erfindung wird eine Sanitärarmatur mit einem Armaturenkörper, der einen Energiespeicher und/oder Energiewandler für elektrische Energie und ein elektrisch steuerbares Absperrventil oder Mengenventil bereitgestellt, das über eine elektronische Steuereinheit mit einem Sensor verbunden ist. Der Sensor dient als Signalgeber für die Steuerelektronik und kann in Form eines kapazitiven, piezoelektrischen, optoelektronischen, elektromagnetischen oder Temperatursensors an dem Armaturenkörper oder an einem separaten Bedienelement vorgesehen sein. Im letzteren Fall ist der Sensor drahtlos mit der Steuerelektronik verbunden. Das elektrisch steuerbare Absperr- oder Mengenventil besteht aus einem bistabilen Magnetventil, das einen Ventilkörper und einen schaltbaren Magnetkopf umfasst. Im Magnetkopf des Magnetventils sind ein Dauermagnet und ein Elektromagnet in Form einer Elektrospule angeordnet. Zum Aufbau einer die Magnetkraft des Dauermagneten verstärkenden oder der Magnetkraft des Dauermagneten entgegen wirkenden Kraft wird die elektrische Polarität und somit jeweils die Stromrichtung in der Elektrospule vertauscht.
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Der Ventilkörper des Magnetventils umfasst eine Ventilkammer mit wenigstens einem Wassereinlass und wenigstens einem Wasserauslass, einen Ventilsitz und einen Dichtkörper, der in seiner Ausgangslage von einer Feder beaufschlagt am Ventilsitz anliegt und somit den Wasserauslass oder den Wassereinlass versperrt.
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Bei der elektrischen Betätigung der Sanitärarmatur wird zum Öffnen des Absperrventils der Elektromagnet des Magnetkopfs aktiviert, wodurch der Dichtkörper mit Hilfe der Magnetkraft des Dauermagneten und des Elektromagneten gegen die Rückstellkraft der Feder bewegt wird und den Ventilsitz und somit den Wasserauslass oder Wassereinlass freigibt. Der Schließvorgang erfolgt erst nach einem weiteren elektrischen Schaltimpuls. Hierbei wird nach einer Veränderung der Stromrichtung mittels der Elektrospule eine magnetische Kraft erzeugt, die der Magnetkraft des Dauermagneten entgegenwirkt. Die Rückstellkraft der Feder ist somit größer als die auf den Dichtkörper wirkende Magnetkraft und der Dichtkörper kehrt in seine Ausgangslage zurück. Das Ventil befindet sich wieder in der Schließposition.
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Um einerseits das Magnetventil bei fehlender elektrischer Energie ohne erhöhten Kraftaufwand manuell betätigen zu können und andererseits die beliebige Bedienbarkeit der Armatur -sowohl elektrisch als auch manuell- sicher stellen zu können, ist an dem Magnetventil ein zweiter Dauermagnet vorgesehen, der verschieblich gelagert ist und durch eine am Armaturenkörper angeordnete manuelle Betätigungsvorrichtung aus seiner Ausgangsposition bewegt werden kann, derart, dass mittels der Magnetkraft des zweiten Dauermagneten ebenfalls eine Bewegung des Dichtkörpers erfolgt.
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Hierbei ist die Magnetkraft des zweiten Dauermagneten so groß, dass sie den Dichtkörper gegen die Kraft der Rückstellfeder aus seiner Ausgangsposition bewegt und der Ventilsitz des Magnetventils freigegeben wird.
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Somit kann bei der erfindungsgemäßen Sanitärarmatur die Bewegung des Dichtkörpers mittels der Magnetkraft des zweiten Dauermagneten manuell oder mittels der Magnetkraft des ersten Dauermagneten und des zugehörigen Elektromagneten elektrisch erfolgen.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der zweite Dauermagnet als eine – das Ventil umschließende Ringscheibe ausgebildet ist, wobei der Durchmesser eines zentralen Lochs der Ringscheibe größer/gleich ist als der Durchmesser des Ventilkörpers und des Magnetkopfs.
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Alternativ dazu kann der zweite Dauermagnet als radial an das Ventil ansetzbarer Stabmagnet ausgebildet sein. Weiterhin können mehrere Einzelmagneten angeordnet sein, die gezielt den Magnetschluss erzeugen.
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Vorteilhafterweise kann der zweite Dauermagnet gegen die Kraft einer Feder verlagerbar sein. Hierbei stützt sich die unterstützende Feder gegen ein Widerlager ab.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Dauermagnet in Relation zum Dichtkörper weiter entfernt gelagert als der erste Dauermagnet. Dadurch hat er in der Schließposition des Magnetventils keine Auswirkung auf den Dichtkörper, da er ausreichend von diesem entfernt ist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der zweite Dauermagnet mittels eines an der Oberseite des Armaturenkörpers angeordneten Druckknopfs oder Hebels gegen die Kraft der Feder verlagerbar ist und nach Auslenkung des Dichtkörpers wieder in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Dabei kann der zweite Dauermagnet über eine separate Verbindungsstange mit dem Druckknopf oder dem Hebel der Sanitärarmatur verbunden sein.
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Auch wenn keine elektrische Energie zur Versorgung der Steuereinheit oder des Elektromagneten ansteht, ist die Magnetkraft des ersten Dauermagneten des Magnetventils so bemessen, dass sie größer als die Rückstellkraft der auf den Dichtkörper wirkenden Feder ist. Somit wird der Dichtkörper nach der Bewegung aus seiner Ausgangslage durch die Magnetkraft des ersten Dauermagneten in der Öffnungsposition des Magnetventils gehalten. Der Schließvorgang wird entweder durch eine weitere manuelle Betätigung des zweiten Dauermagneten oder elektrisch eingeleitet.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Energiewandler eine einen elektrischen Generator antreibende Wasserturbine zur Erzeugung elektrischer Energie für die Speisung der Steuereinheit, des Absperrventils und/oder des Energiespeichers vorgesehen ist. Die Wasserturbine wird dabei durch den in der Öffnungsposition des Magnetventils anstehenden Wasserdruck bzw. den vorhandenen Durchfluss angetrieben. Somit kann bei leerem Energiespeicher durch manuelle/mechanische Betätigung des zweiten Dauermagneten das Magnetventil geöffnet und durch den anstehenden Wasserdruck mittels der Turbine elektrische Energie erzeugt werden, sodass der Energiespeicher elektrische Energie zur Versorgung der Elektrospulen erhält und bei Betätigung des Sensors ein elektrischer Impuls zur Aktivierung des elektrischen Schließvorgangs des Magnetventils erzeugt wird.
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Damit kann die erfindungsgemäße Sanitärarmatur auf unterschiedliche Weise betrieben werden.
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Einerseits kann das Absperrventil der erfindungsgemäßen Sanitärarmatur manuell geöffnet werden, indem der Dichtkörper unter Einwirkung der Magnetkraft des zweiten Dauermagneten gegen die Rückstellkraft der Feder bewegt wird und den Wassereinlass der Ventilkammer freigibt. Da gewünscht ist, dass das Ventil jeweils in der gewählten Position verbleibt und nicht selbst schließt, wird der Dichtkörper durch die Magnetkraft des ersten Dauermagneten in der Ventilöffnungsposition gehalten und kehrt erst nach einem elektrischen Schaltimpuls, der eine Schwächung der Magnetkraft des ersten Dauermagneten bewirkt, in die Ausgangslage und die Schließposition des Absperrventils zurück.
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Weiterhin kann bei leerem Energiespeicher das Magnetventil durch manuelle/mechanische Betätigung des zweiten Dauermagneten geöffnet und durch den anstehenden Wasserdruck mittels der einen elektrischen Generator antreibenden Wasserturbine elektrische Energie erzeugt werden, sodass der Energiespeicher elektrische Energie zur Versorgung der Steuereinheit und der Elektrospulen des Ventils erhält. Bei anschließender Betätigung des Sensors wird wiederum ein elektrischer Impuls zur Aktivierung des elektrischen Schließvorgangs des Magnetventils erzeugt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. In den Zeichnungsunterlagen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Funktionsteile. Es zeigt in der Zeichnung die
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1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Sanitärarmatur;
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2 einen Schnitt durch ein in der Sanitärarmatur angeordnetes Magnetventil im geschlossenen Zustand;
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3 einen Schnitt durch das Magnetventil aus 2 im elektromagnetisch geöffnetem Zustand;
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4 einen Schnitt durch das Magnetventil aus 2 im permanentmagnetisch geöffneten Zustand.
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1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Sanitärarmatur 1. In einem Armaturenkörper oder Gehäuse 12 ist wenigstens ein Wassereintrittskanal 13, der zu einem Absperrventil, in diesem Fall einem Magnetventil 2 führt und wenigstens ein Wasseraustrittskanal 14, der von dem Magnetventil 2 zum Wasserauslass 16 des Gehäuses 12 führt, angeordnet. Üblicherweise sind Teile des Wassereintrittskanals 13 und der Wasseraustrittskanal 14 in einem Anschlusssockel 19 vorgesehen, der in einer Aufnahme des Gehäuses 12 lagert. An der Oberseite des Armaturenkörpers 12 ist ein Bedienknopf 11 angeordnet, der gegen die Kraft einer Feder 17 hinuntergedrückt und mit dessen Hilfe das Magnetventil 2 mechanisch betätigt werden kann. Vorrangig wird das Magnetventil 2 jedoch elektrisch angesteuert. Dazu ist im Bereich des Armaturenkörpers 12 oder des Bedienknopfes 11 ein Sensorfeld 111 angeordnet, das bei Berührung oder Annäherung einen elektrischen Impuls an eine Steuereinheit 3, die ebenfalls im Armaturenkörper 12 angeordnet ist, sendet.
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Unterhalb einer Armaturenbank (nicht dargestellt) ist eine Turbine 5 mit einem Generator im Bereich des Wassereintrittskanals 13 angeordnet. Bei geöffnetem Absperrventil 2 treibt das zufließende Wasser die Turbine 5 an, so dass mittels des angeschlossenen Generators Strom erzeugt werden kann. Dieser Strom wird in einem Energiespeicher 4, der unabhängig von der Steuereinheit 3 vorgesehen ist, gespeichert. Alternativ dazu können eine Energiequelle und/oder ein Energiespeicher zusammen mit der Steuereinheit als Baugruppe im Armaturenkörper oder außerhalb des Armaturenkörpers angeordnet sein.
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2 zeigt einen Schnitt durch das Magnetventil 2 aus 1 im geschlossenen Zustand. Das Magnetventil 2 weist einen Ventilkörper 21 und einen Magnetkopf 22 auf, die bezüglich einer Mittelachse 23 symmetrisch und koaxial zueinander angeordnet sind. Im Ventilkörper 21 sind Eingänge 212, 213 zu einer Ventilkammer 211 und wenigstens ein Ausgang 219 vorgesehen, der mit dem Wasseraustrittskanal 14 in der Sanitärarmatur 1 verbunden ist. Der Ausgang 219 bildet an seinem der Ventilkammer 211 zugewandten Seite einen Ventilsitz 210, der von einem Dichtkörper 215 im geschlossenen Zustand des Magnetventils 2 verschlossen ist. Der Dichtkörper 215, der aus einem Elastomer besteht, wird von einer Scheibenfeder 216 in dieser Verschlussposition gehalten. Weiterhin ist der Dichtkörper 215 mit einer Ankerplatte 214 form- oder stoffschlüssig verbunden, die axial beweglich innerhalb des Ventilkörpers 21 angeordnet ist.
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Der Magnetkopf 22 besitzt eine Elektrospule 221, die auf einem Spulenkern (nicht dargestellt) gelagert sein kann. Die Elektrospule 221 ist elektrisch mit der Steuereinheit 3 verbunden. Zusätzlich weist der Magnetkopf 22 eine Magnetkreiseinheit auf, die mehrere Einzelteile umfasst. Die Magnetkreiseinheit besteht aus einem Joch 226, einem Innenkern 227, einem zwischen Joch 226 und Innenkern 227 angeordneten Dauermagneten 228 und einem Außenkern 229, sowie einer nicht magnetisierbaren Scheibe 230, die die Magnetkreiseinheit gegenüber der medienführenden Ventilkammer 211 dicht abschließt.
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Der kreiszylindrische Außenkern 229 der Magnetkreiseinheit umgibt die Elektrospule 221 und ist für die Magnetkreisbildung mit dem Joch 226 durch Reibschluss verbundnen.
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Außerdem ist an der Außenseite des Magnetkopfs 22 ein weiterer Dauermagnet 240 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dieser als Kreisringscheibe ausgebildet. Seine Mittelöffnung ist etwas größer als der Durchmesser des Magnetkopfs 22 und des Ventilkörpers 21, so dass dieser axial entlang der Außenseite des Magnetventils 2 verschieblich ist. In der dargestellten verschlossenen Position des Magnetventils 2 ist der kreisringförmige Dauermagnet 240 in einer Ebene oberhalb des Dauermagneten 228 im Innern des Magnetkopfs 22 gelagert.
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Je nach Ausführungsform des Magnetventils 2 kann es vorteilhaft sein, wenn der kreisringförmige Dauermagnet 240 von einer schraubenförmigen Feder 250 unterstützt ist, die sich wiederum an einem Widerlager abstützen kann.
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Wird im geschlossenen Zustand des Magnetventils 2 der Sensor 111 angeregt, wird ein Signal an die Steuereinheit 3 geleitet, von der dann ein elektrischer Einschaltimpuls eine Verstärkung der Magnetkraft erzielt. Hierbei wird dann die Ankerscheibe 214 mit Unterstützung des Dauermagneten 228 gegen die Kraft der Scheibenfeder 216 in Richtung des Innenkerns 227 gezogen. Durch die Bewegung der Ankerscheibe 214, mit der der Dichtkörper 215 verbunden ist, hebt dieser vom Ventilsitz 210 ab und gibt den Ausgang 219 frei. Durch die Eingänge 212, 213 strömt Wasser in die Ventilkammer 211 ein und gelangt durch den geöffneten Ausgang 219 zum Auslass des Armaturenkörpers 16. Das Ventil bleibt in dieser geöffneten Position, da die Kraft des Dauermagneten 228 so bemessen ist, dass der gegen den Innenkern 227 und gegen die Kraft der Scheibenfeder 216 verlagerte Anker 214 selbsttätig in der Öffnungsposition gehalten wird. 3 zeigt das Magnetventil 2 in geöffneter Stellung.
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Erst bei erneuter Anregung des Sensors 111 und dem zugehörigen Elektroimpuls wird die Elektrospule 219 und somit der Elektromagnet des Magnetkopfs 22 wieder aktiviert. Allerdings wurde für den Schließvorgang die elektrische Polarität vertauscht, so dass der elektrische Strom gegenüber dem zuvor beschriebenen Öffnungsvorgang in entgegen gesetzter Richtung durch die Elektrospule 219 fließt. Dadurch wird ein Magnetfeld aufgebaut, das der Kraft des Dauermagneten 228 entgegen wirkt. Dadurch wird die Kraft des durch den Dauermagneten 228 erzeugten Magnetfelds geschwächt, so dass die Rückstellkraft der Scheibenfeder 216 überwiegt und die Ankerscheibe 214 von ihrem Anlagepunkt weg in Richtung des Ventilsitzes 210 bewegt wird.
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Obwohl das Absperrventil auf dieser Art sehr stromsparend betrieben werden kann, da zum Öffnen und Schließen des Ventils nur sehr kurze Elektroimpulse notwendig sind und das Ventil ansonsten stromlos in den jeweiligen Ventilpositionen gehalten wird, kann es vorkommen, dass nach längerer Stillstandszeit die Spannung der Stromquelle nicht mehr ausreicht, um einen Öffnungsvorgang herbeizuführen.
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Um das Ventil auch dann betätigen zu können, wenn eine zur Erregung des Magnetkopfs 2 notwendige elektrische Spannung nicht zur Verfügung steht, kann zusätzlich eine manuelle Betätigung aktiviert werden.
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Dazu kann der Bedienknopf 11 der Sanitärarmatur 1 heruntergedrückt werden. Über eine Verbindungsstange 15, die mit dem kreisringförmigen Dauermagneten 240 verbunden ist, wird dieser aus seiner Ausgangsposition gegen die Kraft einer äußeren Rückstellfeder 250 verschoben, so dass er in die in 4 dargestellte Position gelangt. Dabei befindet sich die Unterseite des kreisringförmigen Dauermagneten 240 etwa in der Ebene der Oberseite der Ankerscheibe 214. Die Magnetkraft des kreisringförmigen Dauermagneten 240 wirkt nun auf die Ankerscheibe 214 und die Ankerscheibe 214 wird durch die Magnetkraft des Dauermagneten 240 in Richtung des Innenkerns 227 nach oben verlagert. Dabei hebt der Dichtkörper 215 wiederum vom Ventilsitz 210 ab, so dass das Wasser wie beim elektrischen Öffnungsvorgang von den Eingängen 212, 213 in die Ventilkammer 211 und von dort zum Ausgang 219 fließen kann.
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Aufgrund der Kraft der Rückstellfeder 250 kehrt der kreisringförmige Dauermagnet 240 wieder in seine Ausgangslage zurück. Auf die Ankerscheibe 214 wirkt die Kraft des innen liegenden Dauermagneten 228, so dass der Dichtkörper 215 mitsamt der Ankerscheibe 214 in der geöffneten Position gehalten wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Sanitärarmatur 1 fließt nun, nachdem das Magnetventil 2 manuell geöffnet wurde, Wasser durch den Wassereintrittskanal 13 und somit durch eine dort angeordnete Turbine 5. Durch den mit der Turbine 5 verbundenen Generator wird durch die Fließbewegung des Wassers und die Drehbewegung der Turbine Strom erzeugt, der in einem Energiespeicher 4 gespeichert werden kann. Dieser Energiespeicher 4 ist wiederum mit der Steuereinheit 3 verbunden, so dass der Schließvorgang des Magnetventils 2 wiederum elektrisch betrieben werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sanitärarmatur
- 11
- Betätigungskappe, Druckknopf zur mechanischen Bedienung
- 111
- Sensorfläche
- 12
- Armaturenkörper, Gehäuse
- 13
- Wassereintrittskanal
- 14
- Wasseraustrittskanal
- 15
- Verbindungsstange
- 16
- Auslass
- 17
- Feder
- 18
- Befestigungsbügel
- 19
- Anschlusssockel
- 2
- Magnetventil
- 21
- Ventilkörper
- 210
- Ventilsitz
- 211
- Ventilkammer
- 212
- Eingangsöffnung
- 213
- Eingangsöffnung
- 214
- Anker
- 215
- Dichtkörper
- 216
- Scheibenfeder
- 219
- Ausgang
- 22
- Magnetkopf
- 23
- Mittelachse
- 221
- Elektrospule
- 226
- Magnetkreiseinheit-Joch
- 227
- Innenkern
- 228
- Dauermagnet
- 229
- Außenkern
- 230
- nichtmagnetisierbare Dichtscheibe
- 240
- kreisringförmiger Dauermagnet
- 250
- Stützfeder
- 3
- elektronische Steuereinheit
- 31
- elektr. Verbindungsleitung zwischen Steuereinheit und Sensor
- 32
- elektr. Verbindungsleitung zwischen Steuereinheit und Magnetventil
- 33
- elektr. Verbindungsleitung zwischen Steuereinheit und Speicher
- 34
- elektr. Verbindungsleitung zwischen Generator und Energiespeicher
- 4
- Energiespeicher
- 5
- Turbine und Generator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2511384 C2 [0002]
- US 5358213 [0003]
- DE 19623104 C2 [0004]