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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung farbiger Flüssigkeitsströme und eine
Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
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Es
ist bekannt, den aus Wasserauslaufarmaturen, Springbrunnen, künstlichen
Wasserfällen
und dergleichen entweichenden Flüssigkeitsströmen zur Erzielung
optischer Effekte ein weißes
oder farbiges Aussehen zu verleihen. Dazu werden Lichtquellen genutzt,
deren Lichtwellen in das Medium eingeleitet werden. Die beabsichtigten
Leuchteffekte werden beim Auftreffen der Lichtwellen an den Rand
des auslaufenden Wasserstrahles und auf ein Medium wie beispielsweise
einem Waschbecken erzielt. Der Leuchteffekt über die gesamte Länge des
Wasserstrahles entsteht durch die Reflexion der gerichteten Lichtwellen
innerhalb des Wasserstrahles, wie er von Glasfaserkabeln bekannt
ist. Unter Licht, Farbe und Leuchteffekt werden sichtbare Farbsignale
verstanden, die mit normalsichtigen Auge im Fluid bzw. an der Stelle
des Auftreffens des Fluids wahrgenommen werden.
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So
ist aus der Patentschrift
EP
0181 896 B1 Beine Flüssigkeitsdüse bekannt,
die mit einer Beleuchtungsquelle zur Erzielung eines weißen oder farbigen
Wasserstrahls versehen ist. Die Beleuchtungsquelle besteht aus einem
Leuchtmittel, dass sich in vierzehn unterschiedlichen Ausführungsformen
entweder direkt an der Austrittsöffnung
der Flüssigkeit
oder einer davon entfernten Stelle befindet. Damit bei der Ausbreitung
des Lichts bis zur Austrittsöffnung
der Flüssigkeit
möglichst
wenig Leuchtkraft verloren geht, sind Mittel zur verlustarmen Lichtleitung
vorgesehen. Die Leuchtmittel sind innerhalb der Wasserauslaufarmatur,
dem Springbrunnen oder dem künstlichen
Wasserfall entweder außerhalb
der zugeführten
Flüssigkeit
oder in der Flüssigkeit
selbst untergebracht. Dabei wird durch geeignete Mittel erreicht,
dass die Flüssigkeit
nicht mit dem Leuchtmittel und den elektrisch leitenden Teilen in
Berührung kommt.
Um einer Veränderung
der Farbe des Wasserstrahls zu erreichen, kann vor die Beleuchtungsquelle
ein drehbares Prisma oder ein optisches Gitter gesetzt werden. Mit Hilfe
dieser Erfindung kann ein Wasserstrahl in kräftige Farben effektvoll zum
Leuchten gebracht werden.
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Eine
weiterer weiß oder
farbig leuchtender Wasserstrahl ist aus der Patentschrift
US 6 393 192 B1 für einen
Zierbrunnen bekannt. Das Wasser zirkuliert ständig im Kreislauf von einem
Becken über
ein Rohrleitungssystem zu einem höher gelegten Auslaufrohr, von
wo aus es als freier Wasserstrahl wieder in das Becken zurück läuft. Die
Wasserbewegung wird mittels einer Pumpe erzeugt. Der Leuchteffekt des
Wassers wird mittels einer außerhalb
des Wasserkreislaufes befindlichen Leuchtquelle erzeugt. Von dieser
Leuchtquelle wird ein Glasfaserkabel wasserdicht in das Rohrleitungssystem
bis zum Auslaufrohr geführt.
Es endet noch vor der Auslauföffnung,
wo der Lichtstrahl in das Wasser übergeht.
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Aus
der Patentschrift
US
6 375 342 B1 ist weiterhin ein künstlicher Wasserfall bekannt,
bei dem Licht von einer Leuchtquelle durch Lichtleitkabel zum unteren
Rand einer Wasseraustrittsöffnung
geleitet wird. Dabei ist das Lichtleitkabel so angebracht, dass sich
die leuchtenden Enden der einzelnen Fasern in einer bestimmten Zuordnung
zueinander unter dem Wasserauslauf befinden.
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Außerdem ist
aus dem Gebrauchsmuster
DE 299
00 790 U1 eine Leuchtbrause für den Duschgebrauch bekannt.
Der Brauskopf ist innen mit einer Leuchtquelle versehen, die durch
eine Streuscheibe die Strahlen des austretenden Wassers anleuchtet und
sich das Licht in den Wasserstrahlen fortpflanzt.
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Mit
diesen vorstehend gewürdigten
bekannten Lösungen
wird durch die leuchtenden Wasserstrahlen eine effektvolle Wirkung
erreicht, die vom Betrachter als schön, beruhigend und ästhetisch empfunden
wird.
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Armaturen,
die durch ein Betätigungselement
oder durch eine berührungsfreie
Personenerfassung betätigt
werden, machen die Erkennung der individuell eingestellten Wassertemperaturbereiche unmöglich, da
das Medium erst bei einer Personendetection austritt und somit eine
Voreinstellung notwendig ist. Dieses erfordert ein Ausprobieren
der Funktionstemperatur durch den Benutzer und birgt die Gefahren
der Verbrühung
durch austretendes heißes
Wasser oder im umgekehrten Fall der Personenunterkühlung durch
zu kaltes Medium.
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Beim
Anrichten eines Wannebades besteht oftmals das Problem, dass die
manuell eingestellte Wassertemperatur nicht über die gesamte Einlaufdauer
konstant bleibt. Die Ermittlung der Temperatur wird in bestimmten
Abständen
nacheinander vom in die Wanne eingelassenen Wasser und vom Wassereinlauf
gefühlt.
Danach wird erforderlichenfalls ein Nachregeln vorgenommen. Um den
zur Bestimmung der Wassertemperatur erforderlichen Handkontakt einzusparen,
ist es bekannt, mit Temperaturanzeigen ausgerüstete Wasserauslaufarmaturen
zu verwenden. Zeigt die Einlasstemperatur eine Abweichung vom Sollwert,
wird manuell ein Nachregeln vorgenommen.
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Weiterhin
ist aus der Offenlegungsschrift
DE 102 19 171 A1 eine Einhebelarmatur bekannt,
die mit einem Betätigungselement
zur automatischen Einstellung eines besonderen Mischungsverhältnis von kaltem
und warmen Wasser zur sofortigen Bereitstellung von Wasser einer
bestimmten Temperatur ausgerüstet
ist. Eine solche Armatur eignet sich insbesondere für öffentliche
Einrichtungen, wo unterschiedliche Benutzer ihre Hände waschen
können, ohne
dass jedes Mal durch Nachregeln und Testen die Wassertemperatur
neu eingestellt werden muss. Betätigungselemente
zur Regelung der Wassertemperatur können mit dem Mischhebel in
funktioneller Verbindung stehende Neigungswinkellaufnehmer und/oder
Beschleunigungsaufnehmer sein. Die gewünschte Wassertemperatur wird
am Anfang eingestellt. Allen nachfolgenden Benutzern der Einhebelarmatur
steht dann für
das Händewaschen
Wasser in einer angenehmen Temperatur zur Verfügung. So wird der Wasserverbrauch
gesenkt, weil ein Einregeln der Wassertemperatur, bei dem eine bestimmte Wassermenge
nutzlos abläuft,
nicht mehr erforderlich ist. Außerdem
wird die Gefahr des Verbrühens der
Hände bei
zu heiß eingestelltem
Mischverhältnis vermieden.
Wenn die Armatur Wasser in einer anderen Temperatur abgeben soll,
wird diese neu eingestellt.
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Aus
der Druckschrift
DE
201 02 857 U1 ist bereits ein Wasserstrahlbeleuchter bekannt,
der aus einer, an den Ausgang einer Warmwasserarmatur schraubbaren
Strahlformer besteht und so den Wasseraustrittskanal der Armatur
verlängert.
Im Inneren des Strahlformers sind verschiedenfarbige Leuchtdioden
angeordnet. Sie werden von einem rohrförmigen Lichtleiter umschlossen,
der strömungstechnisch nach
dem Perlator von außen
durch eine Krümmung in
die Achse des Wasserstrahls hineinführt. In die Durchgangsöffnung dieses
Strahlungsformers ragen zwei Dioden hinein, die durch die Leitfähigkeit
des Wassers elektrisch miteinander verbunden werden, sobald die
Warmwasserarmatur geöffnet
wurde. Dazu ist eine aus elektronischen Bauelementen bestehende
Schalteinrichtung vorgesehen, die durch eine Batterie mit Energie
versorgt wird. Durch einen Temperaturfühler wird die Wassertemperatur
gemessen und das Messergebnis einer elektronischen Auswerteelektronik
zugeführt,
die in Abhängigkeit
von der gemessenen Wassertemperatur Leuchtdioden einer bestimmten
Farbe oder einer unterschiedlichen Kombination der Farben ein- bzw.
ausschaltet. Damit wird dem Benutzer des Wasserhahns nach dem Öffnen durch
die Farbe des Wasserstrahls die vorhandene Wassertemperatur signalisiert.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Anwendung des Verfahrens für
eine einfache Möglichkeit
zur Erkennung der Temperatur des aus einer mit warmen und kalten
Wasser gespeisten Warmwasserauslaufarmatur fließenden Wasser durch eine temperaturabhängige Änderung der
Farbe des Wasserstrahls zu schaffen, auf deren Grundlage bei Bedarf
eine manuelle Nachregelung zur Korrektur der Wassertemperatur vorgenommen werden
kann. Die Vorrichtung soll so in der Warmwasserauslaufarmatur untergebracht
werden können,
dass der den frei sichtbaren Teil der Armatur nicht vergrößert werden
muss. Weiterhin sollen die von den Leuchtmitteln ausgehenden Lichtstrahlen möglichst
verlustarm in den Wasserstrahl eingeleitet werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das
Verfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 5 gelöst. Erreicht
wird dies dadurch, dass direkt im Bereich des Wasserauslaufs Leuchtdioden
angeordnet und der aus der Armatur fließende Wasserstrahl durch die
Leuchtdioden temperaturabhängig
in festgelegten Temperaturstufen in ein farbiges Aussehen versetzt
wird. Es wird ein bevorzugter Temperaturbereich bestimmt, die darüber und
die darunter liegende Temperatur bilden zwei weitere Bereiche. Jeder
dieser Bereiche erhält
eine bestimmte Farbe. In Anlehnung an die Kennzeichnung von rot für warmes
und blau für
kaltes Wasser bietet es sich an, für den oberen Bereich rot und
den unteren Bereich blau zu verwenden. Für den bevorzugten mittleren
Temperaturbereich, der auch als Solltemperaturbereich bezeichnet
werden kann, wird eine dritte Farbe gewählt.
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Das
Verfahren nach der Erfindung sieht vor, dass sich die Vorrichtung
mit dem Anstieg des Druckes in der Mischkammer einschaltet. Dieser
Zustand wird mit dem Öffnen
des Wasserzulaufs erreicht. Es wird die Temperatur des in der Mischkammer
befindlichen Wassers noch vor dem Austritt aus der Mischbatterie
gemessen. Diese tatsächlich
vorhandene Temperatur wird dem betreffenden Bereich „zu kalt", „Solltemperaturbereich" oder „zu warm" zugeordnet. Daraufhin
werden die Leuchtmittel der den Bereich betreffenden Farbe eingeschaltet
und der Nutzer erkennt an der Farbe des Wasserstrahls, ob eine Korrektur
erforderlich ist. Leuchtet der Wasserstrahl in einer Farbe, die
eine zu kalte oder zu warme Temperatur anzeigt, wird vom Nutzer
durch ein Nachregeln so lange eine Korrektur vorgenommen, bis die Farbe
des Wasserstrahls mit dem Sollbereich der Temperatur identisch ist.
Dieser Ist-Zustand wird durch die betreffende Farbe angezeigt, die
in der Mischkammer noch vor dem Entweichen des Wassers aus der Auslaufarmatur
erreicht wird. Nach dem Schließen
der Armatur wird die Vorrichtung durch das Erkennen des Druckabfalls
ausgeschaltet. Das Verfahren wird mit Schwachstrom betrieben.
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Die
Vorrichtung besteht aus einem Druckschalter, durch sie druckabhängig ein- und ausgeschaltet
wird. Als Druckmessstelle ist ein Druckmessfühler vorgesehen, der in der
Mischkammer der Armatur angeordnet ist. Dieser Druckschalter steht
mit dem Regelblock in funktioneller Verbindung. Mit dem Aufbau des
Betriebsdrucks in der Mischkammer schaltet der Druckschalter den
Regelblock ein. Dieser Regelblock erhält von dem ebenfalls in der
Mischkammer angeordneten Temperaturfühler Signale, die er als Temperatur
des gemischten Wassers erkennt. Die tatsächlich in der Mischkammer vorhandene Temperatur
wird im Regelblock einem der drei Temperaturbereiche zugeordnet
und die Leuchtmittel mit der dem Bereich zugeordneten Farbe eingeschaltet. Diese
Leuchtmittel sind Dioden, die in jeder der drei Farben in einer
ausreichenden Anzahl auf einem Multichip angeordnet sind. Dieser
Multichip ist zusammen mit dem Perlator in der Auslassöffnung der Armatur
angeordnet. Dabei bilden der Multichip und der Perlatur einen Schutz
für die
Dioden vor äußeren Einflüssen. Zur
Gewährleistung
einer ausreichenden Durchlassfähigkeit
des Wassers ist der Multichip mit Öffnungen versehen. Die Farbstrahlung
des an den leuchtenden Dioden am Ausgang der Armatur vorbei fließenden Wassers
setzt sich im Wasserstrahl fort und bringt diesen in der betreffenden
zu Leuchten. Zur Reglung der Wassertemperatur betätigt der
Bediener den Hebel, so dass der Zustrom der Anteile des kalten und
des warmen Wassers verändert
werden. Für
die Versorgung des Regelblocks und der Leuchtdioden mit Schwachstrom
ist ein Transformator vorgesehen.
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Mit
der Anwendung der Erfindung sind folgende Vorteile verbunden:
- 1. Durch das Einleiten des Lichtes am Wasserauslauf
treten keine Leuchtverluste auf. Es wird eine hohe Lichtausbeute
erzielt.
- 2. Für
die gesamte Vorrichtung besteht ein geringer Raumbedarf, so dass
sie in einer Warmwasserarmatur normaler Größe untergebracht werden kann.
- 3. Der Transformator wird unter dem Waschbecken angebracht,
so dass er mit seiner Zuleitung nicht sichtbar ist.
- 4. Emotionaler Komforteffekt durch eine Illumination im Luxusbereich
(AHA-Effekt).
- 5. Energiespareffekt durch Heißwassereinsparung.
- 6. Vermeidung von Verbrühungen
durch Temperaturen über
38 °C durch
Kinder und Behinderte/Senioren/Diabetes mellitus.
- 7. Ergänzung
im Bereich Gerontotechnik/Personen mit Hauthandicap für Rekreation
und Meditation.
- 8. Legionellen-Wasserhygienemanagement (Vermeidung von Todesfällen durch
Legionellenbildung im abgestandenen Wasser) > 55 °C
zur Einhaltung von DVGW W 551 und W 552.
- 9. Farbtherapie mit grün
(gegen Stress und Hektik).
- 10. Vermeidung von als unangenehm empfundenen Abkühlungen
der dem kalten Wasser ausgesetzten Körperteilen.
- 11. Messung des Wasserdrucks und der Wassertemperatur gleich
am Anfang des Wasserkanals in der Mischkammer der Armatur, so dass
eine schnelle Inbetriebnahme und Reaktion der Vorrichtung möglich ist.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt. Die Zeichnung zeigt das Blockschaltbild mit
einem Regelkreis und einer Regelstreckendarstellung für eine Einhebelwasserauslaufarmatur.
Sie wird im Folgenden nur noch Armatur genannt.
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Die
Aarmatur ist in der Zeichnung vereinfacht und schematisch im Schnitt
dargestellt. Sie besteht im Prinzip aus dem Grundkörper 1 und
dem Auslaufrohr 2. Der Innendurchmesser 3 des
Auslaufrohres 2 ist durch einen Kreis wiedergegeben. Auf
dem Grundkörper 1 befindet
sich der in unterbrochener Linienführung dargestellte Hebel 4 für die manuelle Auslösung des
Wasserzulaufs. Die Auslauföffnung 5 für das Wasser
ist mit einem Perlator 6 versehen. Im Inneren des Grundkörpers 1 befindet
sich die Mischkammer 7, der sich das Auslaufrohr 2 anschließt. Zur Mischkammer 7 führen die
beiden Leitungen 8, 9 für das kalte Wasser (KW) und
das warme Wasser (WW). Die Armatur ist mit einem Druckschalter 10 ausgerüstet, der über eine
Leitung 11 mit einem in der Mischkammer 7 angeordneten
Druckmessfühler 12 in
funktioneller Verbindung steht. Weiterhin gehören zur Armatur eine Regelblock 13 und
ein Transformator 14. Durch den Transformator 14 wird
dem Regelblock 13 Schwachstrom zugeführt. Vom Regelblock 13 führt eine
Leitung 15 zu einem in der Mischkammer 7 angeordneten
Temperaturfühler 16.
Im Inneren des Auslaufrohres 2 ist vor der Auslauföffnung eine
mit Leuchtdioden (LED) 17 bestückter Multichip 18 angeordnet.
Es werden rote Leuchtdioden 17R, blaue Leuchtdioden 17B und
grüne Leuchtdioden 17Gr verwendet
und auf einer Leiterplatte installiert. Diese Lichtquellen werden
in der erforderlichen Anzahl und den ausgewählten Farben auf dem Multichip 18 mit
den blauen Leuchtdioden 17B, grünen Leuchtdioden 17Gr und
roten Leuchtdioden 17R so angeordnet und über die
Niederspannungsleitung 19 so verschaltet, dass eine in
ihrer Erscheinung beabsichtigte Farbwirkung im Flüssigkeitsstrahl 20 entsteht. Die
Anzahl der Leuchtdioden 17 einer jeden Farbe hängt Lichtstärke der
verwendeten Dioden 17 und von der Gesamtlichtstärke ab,
die erreicht werden soll. Anstelle der blauen, grünen und
roten Leuchtdioden 17 können
auch die als Neuentwicklung zur Verfügung stehenden RGB-LED eingesetzt
werden, bei der in einem Bauelement die 3 Farben Rot, Grün und Blau
zur Verfügung
stehen. Der mit den Leuchtdioden 17 bestückte Multichip 18 wird
in den Perlator 6 integriert und ist so als Baugruppe vor äußeren Einwirkungen
geschützt.
Es besteht auch die Möglichkeit,
die Farbdioden 17 ohne die Leiterplatte direkt im Perlator 6 zu
installieren.
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Für das Aussehen
des aus der Wasserauslaufarmatur fließenden Wasserstrahls werden
temperaturabhängig
folgende drei Farben festgelegt:
- – Für kaltes
Wasser der Bereich bis ca. 18 °C → blaue Wasserfarbe
- – Für warmes
Wasser der Bereich 19 – 38 °C → grüne Wasserfarbe
- – Für heißes Wasser
der Bereich über
38 °C → rote Wasserfarbe.
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Diese
Temperaturbereiche und die Farbwahl sind nicht zwingend, sie können auch
anders festgelegt werden.
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Zur
Auslösung
eines Wasserstrahls 20 aus der Armatur wird der Hebel 4 betätigt. Je
nach der Stellung des Hebels 4 wird entweder nur kaltes,
nur warmes oder anteilig kaltes und warmes Wasser in die Mischkammer 4 eingelassen.
Mittels des Druckmessfühlers 12 wird
der Druckaufbau in der Mischkammer 7 erfasst. Durch diesen
Druckaufbau wird der Regelblock 13 über den Druckschalter 10 in Funktion
gebracht. Dabei gibt ein Schließer
den Stromkreis frei. Der Regelblock 13 erhält vom Temperaturfühler 16 Signale,
die er als die vorhandene tatsächliche
Temperatur erkennt. Durch den Regelblock 13 werden nun
die Leuchtdioden 17B, 17Gr bzw. 17R der
für den
jeweiligen Temperaturbereich bestimmten Farbe auf der Leiterplatte 18 zum
Leuchten gebracht. Die Sollfarbe wird in das Fluid eingeleitet.
Der Benutzer der Armatur kann aus der farbigen Erscheinung des Wasserstrahles 20 die
Wassertemperatur erkennen und so erforderlichenfalls bereits vor
dem Wasserkontakt mit der Hand eine Korrektur durch die Betätigung des
Hebels 4 vornehmen.
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Das
Schließen
des Wasserzulaufs wird als Druckabfall durch den Druckmessfühler 12 erfasst und
die Vorrichtung ausgeschaltet.
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Effektvolle
Farbenspiele können
ebenfalls ohne/mit Temperaturänderung
mit den drei Grundfarben Rot, Grün
und Blau zu allen Mischfarbtönen
erfolgen.
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Es
ist auch möglich,
Leuchtdioden 17 der Farben rot, gelb und blau vorzusehen
und diese Primärfarben
additiv so zu mischen, dass die für die jeweiligen Temperaturbereiche
bestimmten Farben entstehen. Dazu ist der Regelblock 13 entsprechend auszulegen.
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Wenn
die temperaturabhängige
farbige Veränderung
des Wasserstrahls vorübergehend
nicht benötigt
wird, ist es auch möglich,
mit den Leuchtdioden 17 temperaturunabhängig ein Farbspiel zu erzeugen.
Dazu kann ein Schalter zum Wechseln der Betriebsart vorgesehen werden.
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Eine
so ausgerüstete
Armatur kann an Waschbecken, Spülbecken,
Badewannen, Duschen und weiteren Stellen zur Entnahme von Wasser
eines bevorzugten Temperaturbereiches eingesetzt werden.