-
Beschreibung
-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Steuerung
einer Doppelfunktion, insbesondere zur Temperaturregelung, nach dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
-
In den verschiedensten Gebieten der Technik, insbesondere auch in
der Sanitär-Technik, ist es bekannt, bestimmte Größen berührungslos zu schalten.
Hierzu werden unter anderem mit Licht arbeitende Vorrichtungen benutzt. Sie besitzen
eine Sendeeinrichtung mit einer Lichtquelle, sowie eine Empfangseinrichtung mit
einem Empfänger, der auf das Licht der Sendeeinrichtung anspricht.
-
Während früher eher Geräte im Einsatz waren, die nach dem Lichtschranken-Prinzip
arbeiteten, die also auf eine Unterbrechung des Lichtstrahles durch einen Gegenstand
ansprachen, finden heute zunehmend Geräte Verwendung, die nach dem Reflexions-Prinzip
arbeiten. Hier spricht der Empfänger auf solches Meßlicht an, das von einem Gegenstand,
beispielsweise der Hand des Benutzers, reflektiert wurde. Alle diese bekannten Vorrichtungen
übten eine Funktion aus, die man in gewissem Sinne digital nennen kann : Die zu
steuernde Größe, beispielsweise der Wasserlauf einer Sanitär-Armatur, war entweder
ein- oder ausgeschaltet.
-
Es gibt nun auch Fälle, in denen die berührungslose Steuerung der
Amplitude einer Größe erwünscht ist. Beispielsweise soll im Bereich der Sanitär-Technik
die Temperatur oder die Menge des aus einer
Armatur ausfließenden
Wassers in einem gewissen Bereich stufenlos eingestellt werden können. Hierzu müßte
die Steuerungsvorrichtung auf zwei unterschiedliche Weisen ansprechen können, die
der Veränderung der zu steuernden Größe in den beiden denkbaren Richtungen entsprechen.
Die Steuerungsvorrichtung darf dabei aber nicht in der Lage sein, auf beide Weisen
gleichzeitig anszusprechen. Eine ähnliche Problematik ergibt sich dort, wo zwei
verschiedene Größen in der Weise wahlweise berührungslos gesteuert werden sollen,
daß sie alternativ niemals aber gleichzeitig verändert werden. Eine derartige Steuerung
wird hier "Steuerung einer Doppelfunktion" genannt.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur berührungslosen
Steuerung einer Doppelfunktion zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch beschriebene Erfindung
gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Im Sanitärbereich kommen mit der vorliegenden Erfindung die Vorteile
der bekannten berührungslosen Steuerung des Wasserlaufes erst zum Tragen. Diese
Vorteile liegen bekanntlich auf hygienischem Sektor. Es hat nun wenig Sinn, zwar
das An- und Abstellen des Wasserlaufes berührungslos vorzunehmen, die Einstellung
von Auslaufmenge und Auslauftemperatur jedoch weiterhin der Hand zu überlassen.
Mit der vorliegenden Erfindung wird es möglich, alle diese
Furrktionen
berührungslos durchzuführen. Der Benutzer kommt in keinem Falle mehr in direkte
Berührung mit Betätigungsorganen der Armatur. Erst dadurch ist eine vollständige
Hygiene gewährleistet.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgende anhand der
Zeichnung näher erläutert; es zeigen Fig. t die Draufsicht auf eine erste Ausführungsform
der Erfindung; Fig. 2 schematisch die bei der in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform
zum Einsatz kommende Schaltungsanordnung; Fig. 3 ein Beispiel eines Schwellwert-Diskriminators,
der für die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsanordnung verwendet werden kann; Fig. 4
einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie
eine hierfür bestimmte, schematische Schaltungsanordnung; Fig. 5 eine Variante der
in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform, bei der nur eine Sendediode mit einem Strahlungsteiler
Verwendung findet; Fig. 6 eine andere Variante der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform,
bei der zwei getrennte Sendedioden verwendet werden.
-
Die in den Figuren 1 bis3 gezeigte, eine erste Ausführungsform der
Erfindung darstellende Vorrichtung ist auf einer Grundplatte 1 aufgebaut. Bei Verwendung
der Vorrichtung im Sanitärbereich sind die Abmessungen dieser Grundplatte 1 so gewählt,
daß sie an die Stelle einer oder mehrerer Kacheln der Raumverfliesung treten kann.
-
Aus der Grundplatte 1 ragt mit schräg verlaufender Oberfläche eine
Nase 2, die in der senkrecht zur Zeichenfläche gerichteten unteren Fläche 3 zwei
lichtdurchlässige Fenster 4,5 trägt. Durch das Fenster tritt das Licht einer (nicht
dargestellten) Sendediode in bekannter Weise aus; befindet sich im Strahlenwege
dieses Sendelichts ein reflektierender Gegenstand, beispielsweise eine Hand 6, so
tritt ein Teil des Sendelichts über das Fenster 5 wieder in die Nase 2 ein und beleuchtet
dort eine (ebenfalls nicht dargestellte) Empfangsdiode.
-
Die Funktionsweise dieser Vorrichtung ist folgende (wobei zu Zwecken
der Erklärung angenommen werden soll, daß die Temperatur des Ausl aufwasse rs einer
Sanitärarmatur einzustellen ist) Befindet sich der reflektierende Gegenstand, in
der Regel also die Hand 6 des Benutzers, in verhältnismäßig großem Abstand von der
Nase 2, so wird entsprechend wenig Sendelicht durch das Fenster 5 auf die Empfangsdiode
reflektiert. Diese erzeugt demzufolge ein Signal mit verhältnismäßig kleiner Amplitude.
Liegt diese Amplitude tn einem Größenbereich, der einer Handstellung im Feld 7 (vergl.Fig.1)
entspricht, so bewirkt die nachfolgend beschriebene Schaltungsanordnung eine Veränderung
der Tempntur des Auslaufwassers im einen Sime, beispielsweise im Sinne einer Erniedrigung.
Dies ist in Fig. 1 durch ein im Feld 7 angebrach Minuszeichen angedeutet.
-
Mit zunehmender Annäherung der Hand 6 an die Nase 2 erhöht sich die
Menge des auf die Empfangsdiode reflektierenden Sendelichts
und
damit die Amplitude des Meßsignals. Bei Überschreiten einer Amplitudenschwelle,
die dem Übergang der Hand 6 aus dem Feld 7 in das Feld 8 entspricht, reagiert die
nachfolgend beschriebene Schaltungsanordnung im anderen Sinne, im Beispiel also
mit einer Erhöhung der Wasser-Auslauftemperatur. Dies Ist durch das Im Feld 8 angebrachte
Pluszeichen (vgl.Fig. 1) angedeutet.
-
Der Benutzer kann durch das Aufleuchten verschiedenfarbiger Kontroll-Lampen
darüber informiert werden, ob die Vorrichtung tatsächlich in der gewünschten Weise
anspricht. Daneben oder auch zusätzlich kann es sich empfehlen, die jeweils eingestellte
Wassertemperatur anzuzeigen. Dies kann mittels einer handelsüblichen Ziffern-Anzeige
9, z.B. unter Verwendung von Lumineszenzdioden oder Gllmmlampen geschehen. Alternativ
hierzu kann eine thermometerähnllche Analoganzeige 10 verwendet werden, die wiederum
unter Verwendung von Lumineszenzdioden handelsüblich ist oder auch mechanisch ausgebildet
sein kann.
-
Die Vorrichtung verändert die Auslauftemperatur des Wassers so lange
in der einen oder anderen Richtung, so lange sich die Hand 6 Im entsprechenden Feld
7 oder 8 befindet. Trifft kein Licht auf die Empfangsdiode oder doch nur so wenig,
daß die Amplitude des Empfangs-Signals einen bestimmten Minimalwert nicht überschreitet,
so spricht die Vorrichtung nicht an und die Auslauftemperatur des
Wassers
bleibt unverändert.
-
Fig. 2 zeigt schematisch die Schaltungsanordnung, mit der die beschriebene
Funktionsweise erzielt wird. Der Sendeteil, der die Sendediode enthält, ist weggelassen,
da er in jeder bekannten Weise aufgebaut sein kann.
-
Die vom Reflektionslicht mehr oder weniger stark beleuchtete Empfangsdiode
11 liegt am Eingang eines Verstärkers 12 Bei impulsmäßigem Aufbau der Schaltung,
also bei intermittierendem Betrieb der Sendediode, wird der Verstärker 12 selektiv
auf die Frequenz des Sendeteils abgestimmt. Hierdurch werden Störeinflüsse weitgehend
ausgeschaltet.
-
Der Ausgang des Verstärkers 12 ist mit dem Eingang 18 eines Amplitudendiskriminators
13 verbunden. Dieser weist drei Schaltzustände auf: Liegt die Amplitude der Eingangsspannung
U unter einem minix malen, ersten Schwellwert, so liegt an keinem der beiden Ausgänge
16,17 Spannung. Die In den beiden Ausgangskreisen liegenden Relais 14,15 bleiben
stromlos. Ist die Spannung U am Eingang x 18 des Diskriminators 13 größer als dieser
erste Schwellwert, dabei jedoch kleiner als ein zweiter Schwellwert, so liegt der
Ausgang 16 unter Spannung. Das Relais 14 wird bestromt und betätigt dabei ein Stellglied
(nicht dargestellt), z.B. einenStellmotor, in der einen Richtung. Von diesemStellmotor
wird dann ein Mischventil
oder ein Thermostat so verdreht, daß
sich die Auslauftemperatur des Wassers in einem Sinne verändert, beispielsweise
verringert.
-
Ist die Amplitude der am Eingang 18 des Diskriminators 13 liegenden
Spannung U auch größer als der zweite Schwellwert, so erx scheint eine Ausgangsspannung
am Ausgang 17 . Der Ausgang 16 wird spannungsfrei. Hierdurch wird das Relais 15
bestromt und der Stellmotor in einer Richtung betätigt, die der vorherigen entgegengesetzt
ist, im Beispiel also eine Temperaturerhöhung des Ausl aufwasse rs bewirkt.
-
Schaltungsanordnungen für Amplitudendi skriminatoren, welche die beschriebenen
drei Schaltzustände aufweisen, sind bekannt. Ein Beispiel hierfür Ist in Fig. 3
gezeigt. Ist die Spannung U am Einx gang kleiner als der erste, am Potentiometer
P 1 einstellbare Schwellwert, so liegen die Ausgänge der beiden Tore 19,20 hoch;
die beiden Relais 14 und 15, die einerseits an Betriebsspannung liegen und andererseits
mit den Ausgängen der Tore 19,20 verbunden sind, sind stromlos.
-
Liegt die Eingangsspannung U oberhalb des ersten Schwellwertes, x
aber unterhalb des zweiten, am Potentiometer P 2 einzustellenden Schwellwerts, so
liegt der Ausgang des Tores 20 hoch; das Relais 15 bleibt stromlos. Dagegen liegt
der Ausgang des Tores 19 niedrig; das Relais 14 schaltet. Übersteigt die Spannung
U den zweiten x Schwellwert, so kehren sich die Verhältnisse um : nun bleibt das
Relais
14 stromlos, während das Relais 15 schaltet.
-
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel lagen diejenigen Überwachungsräume
des Empfängers, die zu unterschiedlichem Ansprechverhalten führen, in unterschiedlicher
Entfernung vom Empfänger. Nachfolgend wird anhand der Fig. 4 bis 6 eine zweite Ausführungsform
der Erfindung beschrieben, bei der die Überwachungsräume des Empfängers, die zu
unterschiedlichem Ansprechverhalten fuhren, unter verschiedenem Raumwinkel gegenüber
der Vorrichtung liegen.
-
Auch die Ausführungsform nach den Fig. 4 bis 6 ist auf einer Grundplatte
101 montiert, die sich in eine Raumverfliesung einpassen läßt.
-
Die optischen Elemente, insbesondere also die Sendediode (n) 121 (in
Fig.4 nur schematisch als Kästchen dargestellt), sowie zwei Empfangsdioden 111 a,
111 b sind wiederum in einer aus der Grundplatte 101 ragenden Nase 102 untergebracht.
Das Meßlicht tritt jedoch an gegenüberliegenden Seiten durch zwei Austrittsfenster
1 04a und 104b in unterschiedliche Raumwinkel aus.
-
Der in zwei Richtungen verlaufende Sendelichtstrahl kann entweder
dadurch erzeugt werden, daß, wie in Fig. 5 dargestellt, das Licht einer einzigen
Sendediode 121 durch einen Strahlenteiler 122 geteilt und danach durch die Austrlttsfenster
104a, 1 04b geleitet wird. (Fig. 5 ist ein Schnitt in einer Ebene senkrecht zur
Ebene der Fig. 4 in Höhe der als Kästchen dargestellten Sendeelnrichtung
).
Der doppelt gerichtete Sendelichtstrahl kann auch durch Verwendung zweier gesonderter
Sendedioden 121a, 121b erzielt werden, die in der Nase 102 hinter den Austrittsfenstern
104a, 104b angeordnet sind. Dies ist in Fig. 6 gezeigt, in der die beiden Sendelichtstrahlen
allerdings nicht diametral einander entgegengesetzt sind, sondern einen stumpfen
Winkel einschliessen. Entscheidend ist, daß sich die beiden Meßlichtstrahlen nicht
gegenseitig überlappen.
-
Entsprechend den beiden Austrlttsfenstern 104a, 104b sind in der Nase
102 zwei Eintrittsfenster 105a, 1 05b vorgesehen, durch welche Reflexiansicht auf
die Empfängerdioden lila bzw. 111 b fallen kann.
-
Die Eintrittsfenster 105a, 105b können hierzu als Linse ausgebildet
sein.
-
Die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtung in folgende Befindet
sich ein reflektierender Gegenstand in genügender Nähe zur Empfangsdiode lila in
demjenigen Raum, der in den Fig. 4 bis 6 mit einem Pluszeichen versehen ist, so
bewirkt das von der Empfangsdiode lila über die nachfolgend beschriebene Schaltung
eine Veränderung der zu steuernden Größe in einem Sinne, beispielsweise eine Erhöhung
des Auslauftemperatur des Wassers.
-
Befindet sich dagegen der reflektierende Gegenstand in genügender
Nähe an der Empfangsdiode Illb in dem in den Fig. 4 bis 6 mit einem Minuszeichen
versehenen Raum, so löst die Empfangsdiode Illb eine Veränderung der zu steuernden
Größe im entgegengesetzten Sinne aus, im Beispiel eine Verringerung der Auslauftemperatur
des Wassers.
-
Eine hierfür geeignete Schaltungsanordnung ist in Fig. 4 mit eingezeichnet.
-
Die erste Empfangsdiode 111 a steuert einen ersten Verstärker 1 12a
an, der Eingangs-Signale unterhalb einer Minimalamplitude unterdrückt. Mit dem Ausgangs-Signal
des Verstärkers 1 12a wird entweder, wie dargestellt, das Stellglied 123 direkt
so gespeist, daß es sich in einem Sinne verstellt, oder es wird, wie beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2, ein Relais angesteuert, das mittelbar dieselbe Funktion hervorruft.
-
Entsprechend steuert die Empfangsdiode 111 b über einen zweiten Verstärker
11 2b das Stellglied 123 direkt oder mittelbar über ein Relais in entgegengesetztem
Sinne an.
-
Beim Stellglied 123 kann es sich wiederum um einen Stellmotor handeln,
der die Achse eines Mischventils oder eines Thermostaten betätigt.
-
Eine Verriegelungs- oder Negierungsschaltung 124 verhindert, daß beide
Meßkanäle gleichzeitig betätigt werden können, wodurch Schaden am Stellglied hervorgerufen
werden könnte.
-
Die obige Beschreibung nahm die derzeit gebräuchlichsten Sendelichtquellen
und Empfänger, nämlich Halbleiterdioden, zum Beispiel.
-
Selbstverständlich können auch alle anderen Sendelichtquellen und
Empfängerdioden verwendet werden.