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Elektromagnetisches Flüssigkeitsventil
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Flüssigkeitsventil mit Steuerung durch mindestens ein kapazitives Fühlelement und einem Oszillator, wobei bei Annäherung einer Hand des Benützers an das Fühlelement die an einem elektrischen Schalter anliegende Oszillatorspannung abnimmt, wodurch der Schalter anspricht und über einen als Ruhestromschaltung ausgeführten Steuerkreis das Ventil öffnet.
Mittels eines solchen Ventiles kann man die Wasserzufuhr zu einem Waschbecken od. dgl. betätigen, ohne irgendwelche Bedienungsorgane mit der Hand zu berühren. Eine solche Betätigungsweise kann insbesondere in Krankenhäusern und Kliniken aus Gründen der Hygiene erwünscht sein.
Bei einem bekannten Flüssigkeitsventil dieser Art ist das kapazitive Fühlelement in den frequenzbestimmenden Kreis des Oszillators aufgenommen. Wenn die Hand in die Nähe des Fühlelementes gebracht wird, tritt eine Verstimmung des Oszillators, oder sogar eine Unterbrechung der Oszillatorwirkung auf, so dass die Oszillatorspannung abnimmt. Durch diese Abnahme wird ein Schalter betätigt, der über einen als Ruhestromschaltung ausgeführten Steuerkreis das Ventil öffnet. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass für jedes zu steuernde Ventil ein eigener Oszillator notwendig ist. Will man zwei Ventile für verschiedene Flüssigkeiten, z. B. für heisses und kaltes Wasser, getrennt steuern, so braucht man also zwei Oszillatoren.
Es ist weiters bekannt, die Wasserzufuhr zu einem Waschbecken durch die Unterbrechung eines auf eine Photozelle einfallenden Lichtstrahles zu steuern. Bei einer solchen Anordnung kann es aber vorkommen, dass die Wasserzufuhr durch eine zufällige Unterbrechung des Lichtstrahles zu einem unerwünschten Zeitpunkt betätigt wird. Ausserdem sind photoelektrische Anordnungen dieser Art ziemlich empfindlich für das Flackern, das beim Einschalten von Lumineszenzröhren auftritt.
Der Erfindung stellt sich demnach die Aufgabe, ein elektromagnetisches Ventil der eingangs geschilderten Art ohne die aufgezeigten Mängel zu schaffen, und löst die gestellte Aufgabe im wesentlichen dadurch, dass das kapazitive Fühlelement aus zwei in Serie geschalteten Kondensatoren besteht, die eine gemeinsame Elektrode aufweisen und als Spannungsteiler dienen, der zwischen dem Oszillator und dem elektronischen Schalter angeordnet ist, wobei infolge der kapazitiven Ableitung über die gemeinsame Elektrode bei Annäherung an das Fühlelement das Spannungsteilerverhältnis geändert wird, dass die Ausgangsspannung des Fühlelementes nach Verstärkung und Gleichrichtung an einen Steuerkreis angelegt ist, der ein auf jede Annäherung ansprechendes Organ enthält, und dass zwischen dem Fühlelement und dem Steuerkreis ein Impedanzwandler eingefügt ist.
Durch die Erfindung wird der Vorteil erreicht, dass mehrere Flüssigkeitsventile, die sich in einer Wohnung oder einem Gebäude befinden, mittels eines gemeinsamen Oszillators gesteuert werden können.
Bei einer zweckmässigen Ausführungsform der ERfindung weist das kapazitive Fühlelement eine im Luftspalt angeordnete dielektrische Platte auf, auf deren einen Seite eine weitere, zwischen den beiden bereits vorhandenen Kondensatorplatten angeordneten, geerdete Kondensatorplatte vorhanden ist, wobei auch die gegenüberliegende gemeinsame Elektrode geerdet ist. Wenn zwei kapazitive
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Fühlelemente dieser Art zur Verwendung kommen, erzielt man den wichtigen Vorteil, dass das Übersprechen zwischen den beiden Fühlelementen vernachlässigbar ist.
Die Erfindung ist insbesondere für den Fall von Bedeutung, dass man zwei Ventile für verschiedene Flüssigkeiten, z. B. für heisses und kaltes Wasser, getrennt steuern will. Zu diesem Zweck werden zwei von einem gemeinsamen Oszillator gespeiste Fühlelemente auf entgegengesetzten Seiten eines Ausflussrohres angeordnet, wobei die Fühlelemente je ein Ventil steuern. In diesem Fall kann man die beiden Flüssigkeiten je nach Wunsch freigeben, indem man die Hand an die eine oder andere Seite des Ausflussrohres hält. Gegebenenfalls kann auch mit einer einzigen Handbewegung laues Wasser zum Ausfluss gebracht werden. Vorzugsweise werden die beiden Fühlelemente gegeneinander abgeschirmt in einem gemeinsamen Gehäuse aus Isolierstoff angeordnet, das an dem Ausflussrohr befestigt ist.
Die Anschlussleitungen für die Fühlelemente können dabei isoliert durch das Ausflussrohr geführt sein.
Das im Steuerkreis enthaltene, auf jede Annäherung ansprechende Organ kann als Relais ausgebildet sein, das über eine Relaiskette auf einen lediglich eine Ein- und Ausstellung aufweisenden Schalter für die Erregerwicklung des Flüssigkeitsventiles wirkt und diesen bei jeder Erregung im Sinne einer Änderung der jeweiligen Schaltstellung beeinflusst.
Bei einer andern Ausführungsform der Erfindung enthält der Steuerkreis einen Schmitt-Trigger sowie eine nachfolgende, als Frequenzteiler wirkende, von jedem Ausgangsimpuls des Schmitt-Triggers anstossbare Kippschaltung, deren Ausgangsspannung das elektromagnetische Ventil steuert.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen, in der einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen Fig. l das Schaltbild eines elektromagnetischen Flüssigkeitsventils gemäss der Erfindung mit zwei kapazitiven Fühlelementen, Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel des Empfängers, der bei dem Flüssigkeitsventil nach Fig. l an jedes Fühlelement angeschlossen wird, Fig. 3 einen am Ausflussrohr eines Waschbeckens befestigten Steuerkopf mit zwei kapazitiven Fühlelementen, der bei dem Flüssigkeitsventil nach Fig. l verwendet werden kann, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3 und Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel des Empfängers, wobei gleichzeitig eine alternative Ausbildung des kapazitiven Fühlelementes dargestellt ist.
In Fig. l sind mit--Kl und K2--zwei Speiseklemmen bezeichnet, denen eine, beispielsweise durch Gleichrichtung der Netzwechselspannung, erzielte Gleichspannung von 80 V zugeführt wird.
Mittels eines Spannungsteilers, der aus der Reihenschaltung eines Widerstandes--Rl--und einer Zenerdiode--ZI--besteht, wird aus der genannten Gleichspannung eine Spannung von 3, 6 V zur Speisung eines Impulsgenerators--IG--hergeleitet.
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80 V angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors-Tl-ist weiterhin über eine Zenerdiode -Z2-- mit einer Zenerspannung von 40 V mit Erde verbunden, so dass man dem Kollektor eine Rechteckspannung mit einer konstanten Amplitude von 40 V entnehmen kann. Diese Spannung wird über ein Koaxialkabel-Ll-dem Steuerkopf-OK-zugeführt.
Der Steuerkopf-OK-enthält zwei kapazitive Fühlelemente, die in solcher Weise voneinander abgekehrt sind, dass sie getrennt mit der Hand beeinflusst werden können. Das erste Fühlelement besteht aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren-Cl und C2--, die beispielsweise je eine Kapazität von 0, 5 pF haben können und eine gemeinsame Elektrode-El--aufweisen. Das zweite Fühlelement ist in gleicher Weise aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren-C3 und C4-mit einer gemeinsamen Elektrode--E2--aufgebaut. Die gemeinsamen Elektroden--El und E2-liegen auf der Aussenseite des Steuerkopfes. Wird die Hand in die Nähe einer dieser Elektroden gebracht, so wird eine kapazitive Erdverbindung hergestellt, wodurch die Ausgangsspannung stark abnimmt.
Die Ausgangsspannungen der beiden Fühlelemente werden je über ein zugehöriges Koaxialkabel - L2 bzw. L3-einem zugehörigen Empfänger-01 und 02-- zugeführt.
Man kann nun beispielsweise eine solche Anordnung anwenden, dass der Empfänger --01-- ein elektromagnetisches Ventil für die Zufuhr von heissem Wasser und der Empfänger--02--ein elektromagnetisches Ventil für die Zufuhr von kaltem Wasser steuert. In diesem Fall kann man die Heisswasserzufuhr ein-und ausschalten, indem man die Hand in die Nähe des ersten Fühlelementes bringt, und die Kaltwasserzufuhr ein- und ausschalten, indem man die Hand in die Nähe des zweiten Fühlelementes bringt. Erwünschtenfalls kann man die beiden Ventile auch gleichzeitig betätigen, so dass laues Wasser zugeführt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Empfänger--01 und 02--ist in Fig. 2 dargestellt. Die dem Kabel
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- L2 bzw. L3-entnommene Ausgangsspannung des zugehörigen Fühlelementes wird den Klemmen - K3 und K4--zugeführt. Die Klemme --K3-- ist mit der Basis eines Transistors-T2verbunden, der über einen Widerstand-R4-eine geeignete Vorspannung zugeführt wird. Der Emitter des Transistors --T2-- ist geerdet, während der Kollektor über einen Widerstand--R5- an die Speisespannung angeschlossen ist. Die Kollektorspannung des Transistors --T2-- wird der Basis eines als Emitterfolger wirkenden Transistors --T3-- zugeführt.
Der Emitter des Transistors - ist über die Parallelschaltung eines Widerstandes-R6-und eines Kondensators --C5-mit Erde und über die Reihenschaltung eines Kondensators--C6--und eines einstellbaren Widerstandes-R7-mit der Basis eines Transistors --T4-- verbunden. Die vom Transistor - abgegebenen Stromimpulse werden vom Netzwerk --R6, C5-- abgeflacht, so dass über dieses Netzwerk eine Gleichspannung auftritt. Änderungen dieser Gleichspannung werden über die Elemente--C6, R7-an den Transistor --T4-- weitergegeben. Die Basis des Transistors-T4ist zur Erzielung einer geeigneten Vorspannung über einen Widerstand-R8--an die Speisespannung angeschlossen, während der Emitter geerdet und der Kollektor über einen Widerstand-R9--an die Speisespannung angeschlossen ist.
Die Kollektorspannung des Transistors --T4-- wird der Basis eines Transistors --T5-- zugeführt, dessen Emitter über eine Diode-Dl-geerdet ist und dessen Kollektorkreis einen Widerstand-RIO-in Reihe mit der Erregerwicklung eines Relais-RAenthält ; zu dieser Erregerwicklung ist zur Erzielung einer Abfallverzögerung ein Kondensator--C7-parallelgeschaltet. Das Relais-RA-hat einen Wechselkontakt--ra-.
Es wird bemerkt, dass die erforderliche Speisespannung der Transistoren--T4 und T5--, die ungefähr 20 V beträgt, aus der Spannung von 80 V mittels eines Spannungsteilers hergeleitet wird, der
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Spannung von 20 V hergeleitet.
Unter normalen Umständen liegt an der Basis des Transistors --T4-- eine solche Gleichspannung, dass dieser Transistor leitend ist. Der Transistor --T5-- ist dann gesperrt. Wird jedoch eine Hand in die Nähe des Fühlelementes gebracht, so wird die zugeführte Wechselspannung
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gesperrt wird. Gleichzeitig wird der Transistor --T5-- leitend, so dass das Relais-RA-erregt wird. Dieses Relais spricht daher auf jede Annäherung an.
Wird das Relais-RA-zum ersten Mal erregt und demzufolge der Kontakt-ra-umgelegt, so wird über die Kontakte-ra und rc-das Relais-RB-erregt, zu dessen Erregerwicklung eine Diode --D2-- parallelgeschaltet ist. Durch die Erregung des Relais-RB-werden die Kontakte --rbl und rb2-- umgelegt. Über den Kontakt --rb2-- wird der Magnet--M--des elektromagnetischen Ventils eingeschaltet, so dass das Ventil geöffnet wird.
Nach einer durch den Kondensator--C7--bestimmten Verzögerungszeit fällt das Relais --RA-- ab, wobei das Relais --RB-- jedoch über die Kontakte-ra und rbl-erregt bleibt.
Gleichzeitig wird über diese Kontakte das Relais-RC-erregt, zu dessen Erregerwicklung die Diode - parallelgeschaltet ist. Der Kontakt --rc-- unterbricht nunmehr den über den Kontakt - verlaufenden Erregungskreis des Relais --RB--, während der Selbsthaltekreis des Relais --RB-- jedoch geschlossen bleibt.
Wird die Hand erneut in die Nähe des Fühlelementes gebracht und somit das Relais--RA--
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Ventils, so dass die Flüssigkeitszufuhr beendet wird. Das Relais-RC-bleibt jedoch über die Kontakte-ra und rc-erregt, so dass der direkte Erregungskreis des Relais --RB-- unterbrochen bleibt. Erst beim Abfall des Relais-RA-wird das Relais-RC-entregt, so dass die Schaltung in den Ausgangszustand zurückkehrt.
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abfallen und somit das Ventil geschlossen wird, sobald die Speisespannung unter einen vorbestimmten Wert absinkt ; diese Wirkung ist erwünscht, weil die Steuerung mittels der Fühlelemente bei einer so niedrigen Speisespannung nicht mehr möglich ist, so dass man das Ventil nicht mehr mittels des zugehörigen Fühlelementes abstellen kann.
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Die Kippschaltung --26-- wird demzufolge bei der ersten Annäherung von dem Null-Zustand in den ersten Zustand gebracht, bei der zweiten Annäherung in den Null-Zustand zurückversetzt usw..
Die von der Kippschaltung in dem ersten Zustand abgegebene Ausgangsspannung steuert das zugehörige elektromagnetische Ventil.
Zu diesem Zweck wird die genannte Ausgangsspannung der Steuerelektrode eines Thyristors - zugeführt, der in Reihe mit dem elektromagnetischen Ventil --28-- an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist. Solange die Kippschaltung sich in dem ersten Zustand befindet, wird der Thyristor während jeder Periode der Wechselspannung gezündet, so dass das Ventil erregt ist. Kehrt die Kippschaltung in den Null-Zustand zurück, so wird das Ventil sofort ausgeschaltet.
Erwünschtenfalls kann der Thyristor auch mit einer pulsierenden Spannung gespeist werden, die einer Gleichrichterbrücke ohne Abflachung entnommen wird, damit während jeder Halbwelle der Wechselspannung eine Zündung stattfindet.
Bei der Einschaltung der Vorrichtung muss darauf geachtet werden, dass die Kippschaltung in den Null-Zustand gebracht wird, weil sonst die Flüssigkeitszufuhr unmittelbar einsetzen würde. Zu diesem Zweck ist ein Rückstellkreis vorgesehen, der einen langen Spannungsimpuls erzeugt und der Kippschaltung zuführt. Dieser Impuls bringt die Kippschaltung in den Null-Zustand und hält sie in demselben. Der Spannungsimpuls wird dem Ladekreis eines Kondensators entnommen, so dass er verschwindet, sobald der Kondensator vollständig aufgeladen ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektromagnetisches Flüssigkeitsventil mit Steuerung durch mindestens ein kapazitives Fühlelement und einem Oszillator, wobei bei Annäherung einer Hand des Benützers an das Fühlelement die an einem elektrischen Schalter anliegende Oszillatorspannung abnimmt, wodurch der Schalter anspricht und über einen als Ruhestromschaltung ausgeführten Steuerkreis das Ventil öffnet,
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20) aufweisen und als Spannungsteiler dienen, der zwischen dem Oszillator (IG) und dem elektronischen Schalter (T4 bzw. 25) angeordnet ist, wobei infolge der kapazitiven Ableitung über die gemeinsame Elektrode bei Annäherung an das Fühlelement das Spannungsteilerverhältnis geändert wird, dass die Ausgangsspannung des Fühlelementes nach Verstärkung und Gleichrichtung an einen Steuerkreis angelegt ist, der ein auf jede Annäherung ansprechendes Organ (RA bzw.
25) enthält, und dass zwischen dem Fühlelement und dem Steuerkreis ein Impedanzwandler (T3 bzw. 21) eingefügt ist.
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