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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben
von unterschiedlichen Signalen, wobei der Ausgabeeinheit wenigstens
ein Sensor zugeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches
Bauelement, insbesondere einen Schalter, zur Steuerung eines elektrischen
Gerätes sowie
ein Verfahren zum Ausgeben von unterschiedlichen Signalen durch
eine Ausgabeeinheit.
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Aus
der Personal Computer Umgebung ist bekannt, das graphische Elemente
auf der Bildschirmoberfläche
durch Überstreichen
mit einer Maus, durch die Funktionalität der Software animiert werden
kann. Das Betriebssystem stellt der Software Positionsinformationen
der Mausspitze zur Verfügung.
Daraufhin kann die Software entscheiden, was sie mit der Information
anfangen kann.
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In
der elektrischen Installationstechnik halten flächige Hinterleuchtungen Einzug,
die bei Dunkelheit eine Orientierungsmöglichkeit geben, dass der Anwender
beispielsweise einen Lichtschalter leicht finden und das Licht einschalten
kann. Neben der praktischen Orientierungshilfe kann eine Hinterleuchtung
ebenfalls ästhetische
Kriterien erfüllen.
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Aus
der
WO 2007/066195
A2 ist eine Vorrichtung zum Schalten und Kontrollieren
von elektronischen Bauelementen bekannt. Die Vorrichtung weist einen
Näherungssensor
auf, der eine Ausgangsspannung in Abhängigkeit der Annäherung eines menschlichen
Körpers
erzeugt, wobei eine Frequenzänderung
als Parameter für
die Anpassung des elektronischen Bauelementes dient. Die
WO 2007/066195 A2 offenbart
eine Ausgabeeinheit, beispielsweise in Form eines Dimmers, die ein
Leuchtmittel zum Ausgeben von optischen Signalen aufweist, wobei
der Ausgabeeinheit wenigstens ein berührungsloser Abstands- bzw.
Distanzsensor zugeordnet ist. Der berührungslose Abstands- bzw. Distanzsensor
erzeugt in Abhängigkeit
seines Anregungszustandes unterschiedliche Sensorwerte. Ferner offenbart
die
WO 2007/066195
A2 ein elektrisches Bauelement, eine Rechnereinheit, eine
Speichereinheit sowie eine Aktionsentscheidungseinheit. So offenbart
die
WO 2007/066195
A2 , dass die Aktionsentscheidungseinheit einen Vergleich
zwischen einen aktuell gemessenen Wert, der die Entfernung des Körpers wiedergibt,
und dem zuvor gemessenen Wert durchführt. Um die Lichtstärke der
Lampe über den
Dimmer zu verändern,
ist eine Umsetzung von gemessenen Werten in entsprechende Signale,
die die Lichtstärke
bestimmen, gegeben.
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Aufgabe
der Erfindung ist es ein elektrisches Bauelement, insbesondere einen
Schalter, für
ein elektrisches Gerät
zu schaffen, bei dem in Abhängigkeit
der Nähe
eines Gegenstandes, insbesondere einer Hand einer Person, zu dem
Schalter eine dynamisch veränderbare
Signalausgabe ermöglicht
wird, wobei die Signalausgabe je nach Einsatzbereich leicht individuell
angepasst werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
elektrisches Bauelement zur Steuerung eines elektrischen Gerätes mit
den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere Merkmale und Details der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie
der Zeichnung. Merkmale und Details die im Zusammenhang mit der
Ausgabeeinheit beschrieben sind gelten dabei selbstverständlich auch
im Zusammenhang mit dem elektrischen Bauelement sowie dem Verfahren,
und jeweils umgekehrt.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch ein elektrisches Bauelement zur
Steuerung eines elektrischen Gerätes,
wobei dem elektrischen Bauelement eine Ausgabeeinheit zugeordnet
ist, die wenigstens ein Leuchtmittel und/oder wenigstens eine Lautsprechereinheit
zum Ausgeben von optischen und/oder akustischen Signalen aufweist,
wobei der Ausgabeeinheit wenigstens ein berührungsloser Abstands- bzw.
Distanzsensor zugeordnet ist, wobei der berührungslose Abstands- bzw. Distanzsensor
in Abhängigkeit
seines Anregungszustandes unterschiedliche Sensorwerte erzeugt,
wobei der Ausgabeeinheit eine Rechnereinheit, in der Sensorschwellwerte
abgelegt sind, die mit Steuersignalen für die Ausgabeeinheit verknüpft sind,
zugeordnet ist, wobei die Rechnereinheit Mittel zur Veränderung
bzw. Einstellung der Sensorschwellwerte und/oder der Steuersignale
aufweist, wobei die Rechnereinheit eine Aktionsentscheidungseinheit
aufweist, die die erzeugten Sensorwerte mit den Sensorschwellwerten
vergleicht, wobei die Rechnereinheit eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen
von Steuersignalen an die Ausgabeeinheit aufweist, und dass die
Ausgabeeinheit eine Umwandlungseinrichtung aufweist, die die von der Übertragungseinrichtung
der Rechnereinheit übertragenen
Steuersignale in optische und/oder akustische Signale umsetzt, gelöst.
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Die
Ausgabeeinheit kann dabei derart dem elektrischen Bauelement zugeordnet
sein, dass beispielsweise die Leuchtmittel das elektrische Bauelement,
beispielsweise den Schalter, anstrahlen. Bevorzugt ist die Ausgabeeinheit
direkt an dem elektrischen Bauelement angeordnet. So kann beispielsweise
die Ausgabeeinheit um das elektrische Bauelement herum an diesem
angeordnet sein. Ferner kann das elektrische Bauelement, beispielsweise
ein Wippschalter, selbst als Ausgabeeinheit ausgebildet sein. So
kann das elektrische Bauelement beispielsweise einen durchsichtigen
Schalter aufweisen, dem die Leuchtmittel der Ausgabeeinheit hinterlegt
sind.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben
von unterschiedlichen Signalen, wobei der Ausgabeeinheit wenigstens
ein Sensor zugeordnet ist, wobei der Sensor in Abhängigkeit
seines Anregungszustandes unterschiedliche Sensorwerte erzeugt,
wobei der Ausgabeeinheit eine Rechnereinheit, in der Sensorschwellwerte
abgelegt sind, die mit Steuersignalen für die Ausgabeeinheit verknüpft sind,
zugeordnet ist, wobei die Rechnereinheit eine Aktionsentscheidungseinheit aufweist,
die die erzeugten Sensorwerte mit den Sensorschwellwerten vergleicht,
wobei die Rechnereinheit eine Übertragungseinrichtung
zum Übertragen von
Steuersignalen an die Ausgabeeinheit aufweist, und wobei die Ausgabeeinheit
eine Umwandlungseinrichtung aufweist, die die von der Übertragungseinrichtung
der Rechnereinheit übertragenen
Steuersignale in unterschiedliche Signale umsetzt, gelöst.
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Eine
derartige Ausgabeeinheit kann Signale unterschiedlichster Form ausgeben.
So können
die Signale beispielsweise akustisch ausgeben werden. Bevorzugt
werden die Signale jedoch in Form von optischen Signalen ausgegeben.
Der Ausgabeeinheit ist wenigstens ein Sensor zugeordnet. Der oder
die Sensor(en) kann/können
unterschiedlichster Art sein. Ein Sensor im Lichte der Erfindung
stellt ein technisches Bauteil dar, welches bestimmte physikalische oder
chemische Eigenschaften, wie z. B. Wärmestrahlung, Temperatur, Feuchtigkeit,
Druck, Schall, Helligkeit oder Beschleunigung, und/oder die stoffliche
Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgröße quantitativ
erfassen kann. Diese Größen werden
mittels physikalischer oder chemischer Effekte erfasst und in weiterverarbeitbare
Größen, d. h.
in der Regel elektrische Signale, umgewandelt. Diese weiterverarbeitbare
Größen werden
im Weiteren als Sensorwerte bezeichnet.
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Der
Sensor ist dabei derart ausgebildet, dass er in Abhängigkeit
seines Anregungszustandes unterschiedliche Sensorwerte erzeugt.
Dies bedeutet, dass der Sensor durch Vorgänge in seiner unmittelbaren
Umgebung unterschiedlich angeregt werden kann und dadurch unterschiedliche
Sensorwerte, d. h. unterschiedliche elektrische Signale, erzeugt.
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Der
Ausgabeeinheit ist ferner eine Rechnereinheit zugeordnet. In der
Rechnereinheit sind Sensorschwellwerte abgelegt, die mit Steuersignalen
für die
Ausgabeeinheit verknüpft
sind. Die Sensorschwellwerte sind einstellbar. In der Rechnereinheit kann
eine Vielzahl von Sensorschwellwerten abgelegt bzw. gespeichert
sein. Die Sensorschwellwerte stellen beispielsweise Grenzwerte der
Stärke
oder der Größe elektrischer
Signale dar. Die Sensorschwellwerte sind mit Steuersignalen für die Ausgabeeinheit
verknüpft.
Dies bedeutet, dass jedem Sensorschwellwert ein bestimmtes Steuersignal
zugeordnet ist. Die Rechnereinheit weist eine Aktionsentscheidungseinheit
auf, die die vom dem Sensor erzeugten Sensorwerte mit den in der
Rechnereinheit gespeicherten Sensorschwellwerten vergleicht. Die Rechnereinheit
weist des Weiteren eine Übertragungseinrichtung
zum Übertragen
von Steuersignalen an die Ausgabeeinheit auf. Wenn die Aktionsentscheidungseinheit
feststellt, dass ein von Sensor erzeugter Sensorwert einem Sensorschwellwert
entspricht, überträgt die Übertragungseinrichtung
das dem Sensorschwellwert zugeordnete Steuersignal an die Ausgabeeinheit.
Die Ausgabeeinheit weist eine Umwandlungseinrichtung auf, die die übertragenen
Steuersignale in unterschied liche Signale umsetzt. D. h., wenn der
Sensor dauerhaft verschiedene Sensorwerte erzeugt, überträgt die Übertragungseinrichtung
dauerhaft unterschiedliche Steuersignale an die Ausgabeeinheit,
deren Umwandlungseinrichtung aufgrund der unterschiedlichen übertragenen
Steuersignale unterschiedliche Signale erzeugt. Die unterschiedlichen
Signale können
dabei beispielsweise unterschiedliche akustische Signale oder unterschiedliche
optische Signale sein.
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Je
unterschiedlicher die von dem Sensor erzeugten Sensorwerte sind
und je mehr Sensorschwellwerte in der Rechnereinheit gespeichert
sind, die mit entsprechend unterschiedlichen Steuersignalen verknüpft sind,
desto mehr unterschiedliche Signale können von der Ausgabeeinheit
ausgeben werden. So kann sich das ausgegebene Signal dynamisch ändern, wenn
der Sensor dauerhaft unterschiedliche Messgrößen aufnimmt bzw. dementsprechend
dauerhaft unterschiedliche Sensorwerte erzeugt. Bei einer ständigen Änderung
des Anregungszustandes des Sensors wird eine dynamisch veränderte Ausgabe
der Signale der Ausgabeeinheit erreicht.
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Eine
derartige Ausgabeeinheit ermöglicht
die Ausgabe unterschiedlicher Signale in Abhängigkeit der Nähe eines
Gegenstandes, insbesondere einer Hand, zu dem der Ausgabeeinheit
zugeordneten Sensor. So kann die Annäherung einer Hand von dem Sensor
erfasst werden, wobei der Sensor je nach der Entfernung der Hand
zu dem Sensor unterschiedliche Sensorwerte erzeugt. D. h., durch
die Annäherung
der Hand an den Sensor wird dieser in unterschiedliche Anregungszustände versetzt,
wodurch dieser verschiedene Sensorwerte, d. h. verschiedene elektrische
Signale, erzeugt. Sobald ein Sensorwert einem in der zugeordneten
Rechnereinheit gespeicherten Sensorschwellwert entspricht, wird
ein mit diesem Sensorschwellwert verknüpftes Steuersignal an die Ausgabeeinheit übertragen,
die das Steuersignal in ein Ausgabesignal, d. h. in einen Ton oder
in ein optisches Signal, umsetzt.
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Bevorzugt
ist eine Ausgabeeinheit, die wenigstens ein Leuchtmittel zur optischen
Anzeige der Signale aufweist. Das wenigstens eine Leuchtmittel ist
ein elektrischer Verbraucher, der dazu dient, Licht zu erzeugen
oder ein Gegenstand, der durch chemische oder physikalische Vorgänge Licht
erzeugen kann. Das Leuchtmittel kann beispielsweise eine Glühlampe sein.
Bevorzugt weist das wenigstens eine Leuchtmittel zumindest eine
Leuchtdiode, die elektrische Energie in Licht umwandelt, auf. Besonders
bevorzugt ist es, wenn das Leuchtmittel eine Vielzahl von Leuchtdioden
aufweist. Die Leuchtdioden können
bevorzugt verschiedene Farben aufweisen. Die Leuchtmittel sind dabei
derart ausgebildet, dass Sie unterschiedliche Helligkeiten anzeigen
können.
Je nach empfangenem Steuersignal wandelt die Umwandlungseinrichtung
diese in unterschiedliche Signale um, wobei die Umwandlungseinrichtung
die Steuersignale in elektrische Energien umsetzt, die zur Beleuchtung
der Leuchtmittel erforderlich sind.
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Alternativ
oder zusätzlich
zu einer Anzeige durch ein Leuchtmittel, kann die Ausgabeeinheit
wenigstens eine Lautsprechereinheit zur akustischen Anzeige der
Signale aufweisen. Durch eine derartige Ausgabeeinheit kann eine
dynamische Änderung
der angegebenen akustischen Signale erreicht werden. Empfängt die
Umwandlungseinrichtung eine Vielzahl unterschiedlicher Steuersignale,
so setzt diese die unterschiedlichen Steuersignale in unterschiedliche akustische
Signale um, die dann über
die Lautsprechereinheit ausgeben werden. So kann eine Annäherung einer
Hand an den Sensor dazu führen,
dass das ausgegebene akustische Signal sich dynamisch ändert. So
kann bei einer Annäherung
eines Gegenstandes, insbesondere einer Hand, zu dem Sensor, der
ausgegebene Ton immer lauter werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann vorgesehen sein, dass die Ausgabeeinheit wenigstens eine Sprüheinheit
zur geruchsspezifischen Anzeige der Signale aufweist. So kann je
nach Anregungszustand des Sensors ein anderer Geruch oder eine veränderbare
Intensität
eines bestimmten Geruchs ausgegeben werden.
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Generell
bestehen Sensoren aus zwei Komponenten: Die erste Komponente registriert
die Änderung
eines Zustandes, die zweite Komponente setzt die Signale der ersten
Komponente in elektrische Signale, die Sensorwerte, um. Der Sensor
kann ein binärer
Sensor, der ein eindeutiges High-Low Signal erzeugt, oder ein analoger
Sensor sein. Hierbei gibt der Sensor einen analogen Sensorwert ab,
welcher zur Messung und/oder Regelung weiter ausgewertet wird.
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Der
wenigstens eine Sensor der Ausgabeeinheit ist bevorzugt ein berührungsloser
Abstands- bzw. Distanzsensor. Der Sensor kann ein induktiver Sensor
sein, welcher auf ein elektrisch leitfähiges Material reagiert. Induktiven
Sensoren ist ein HF-Oszillator mit einem L-C-Schwingkreis zugeordnet,
dessen Induktivität
mit einem Schalenkern zur Ausrichtung eines Magnetfeldes versehen
ist. Wird nun in das aus der aktiven Fläche austretende Magnetfeld ein
elektrisch leitfähiges
Material gebracht, so tritt durch Ausbildung von Wirbelströmen eine
Dämpfung der
Oszillatorschwingung ein. Die Schwingungsamplitude nimmt ab und
die Stromaufnahme des Oszillators sinkt. Ein Schwellwertschalter
setzt die Änderung
in ein eindeutiges, statisch stabiles Signal, den Sensorwert, um.
Ein derartiger Sensor kann verwendet werden, wenn beispielsweise
eine Person ein Metallstück
in die Hand nimmt und sich dann mit dem Metallstück dem Sensor nähert.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausgabeeinheit, bei der der wenigstens eine Sensor
ein kapazitiver Sensor ist. Kapazitive Sensoren arbeiten ebenfalls
berührungslos
und erfassen leitende und nicht leitende Materialien in festem,
pulverförmigem
oder flüssigem
Zustand. Die aktive Fläche
eines kapazitiven Sensors kann von zwei konzentrisch angeordneten
metallischen Elektroden gebildet werden, die den Elektroden eines
aufgeklappten Kondensators gleichen. Die Elektrodenflächen sind
im Rückkopplungszweig
eines Hochfrequenz-qOszillators angeordnet, der so abgestimmt ist,
dass er bei freier Fläche
nicht schwingt. Nähert
sich ein Objekt der aktiven Fläche des
Sensors, so gelangt es in das elektrische Feld vor den Elektrodenflächen und
bewirkt eine Änderung
der Koppelkapazität.
Der Oszillator beginnt zu schwingen und die Schwingungsamplitude
wird über eine
Auswerteschaltung erfasst und in ein Signal, den Sensorwert, umgesetzt.
D. h., bei einem kapazitiven Sensor wird die Kapazität zwischen
der aktiven Elektrode des Sensors und dem elektrischen Erdpotential
gemessen. Ein sich dem Sensor annäherndes Objekt, beispielsweise
ein Hand, beeinflusst das elektrische Wechselfeld zwischen diesen
beiden "Kondensatorplatten". Das gilt sowohl
für metallische als
auch für
nicht-metallische Gegenstände.
Bereits geringste Kapazitätsänderungen
beeinflussen die Schwingungsamplitude des Oszillators. Die nachgeschaltete
Auswerteelektronik setzt diese dann in ein Signal um. Mit einem
Potentiometer kann die Empfindlichkeit des Sensors eingestellt werden.
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Der
elektromagnetische Oszillator schwingt ohne externe Beeinflussung
mit der Resonanzfrequenz des Systems. Wird das Oszillator-System
hinreichend offen für
eine externe Einkopplung entworfen, so verändert sich die Resonanzfrequenz
des Oszillator-Systems durch Einführung einer physikalischen
Störgröße. Die
Sensoren bzw. Geräte
der Elektroinstallations technik mit derartigen Sensoren werden jeweils
in individuelle Umgebungen eingebaut und befinden sich in Räumen, bei
denen Gegenstände
dauerhaft ihre Positionen verändern.
Geschieht dies in der direkten Umgebung eines sensorischen Oszillators,
so ändert
sich die Resonanzfrequenz, die sich dann dauerhaft auf eine andere
Frequenz einpendelt. Die Aktionsentscheidungseinheit entnimmt dem
Oszillator daher als Entscheidungskriterium nicht die absolute Frequenz
(f), da diese individuell von der Umgebung des eingebauten Sensors bzw.
Gerätes
abhängt.
Die Aktionsentscheidungseinheit kann als Entscheidungskriterium
einen Schwellenwert, der sich aus der Geschwindigkeit der Resonanzfrequenzänderung
ergibt (df/dt > x),
verwenden. Ist ein Sensorschwellwert überschritten, so wird eine einstellbare Änderung
herbeigeführt.
Die Änderung bewirkt
eine veränderte
Ansteuerung der Ausgabeeinheit. Weist die Ausgabeeinheit Leuchtmittel
auf, so verändert
die Umwandlungseinrichtung die Illuminierung der Leuchtmittel und
erzeugt somit eine visuelle Rückkopplung
zum menschlichen Auge.
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Das
Erfinderische ist die Verwendung eines elektromagnetisch verkoppelten
Oszillator-Systems mit seiner Umgebung, wobei unter Zuhilfenahme
einer Aktionsentscheidungseinheit in einer Rechnereinheit beispielsweise
eine Änderung
der Illuminierung, insbesondere eine dynamisch veränderbare
Illuminierung, eines Leuchtmittels der Ausgabeeinheit bewirkt wird.
Ist die Ausgabeeinheit beispielsweise einem elektrischen Gerät zugeordnet,
so kann sie eine Veränderung
der Illuminierung auf einem Teil einer sichtbaren Geräteoberfläche des
elektrischen Gerätes
bewirken.
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Eine
denkbare Anwendung ist eine Hinterleuchtung eines Schalters, beispielsweise
eines Wandschalters, mittels der Leuchtmittel. Der Schalter kann
Teil einer elektrischen Gebäudein stallationstechnik
sein. Verfügt
die Hinterleuchtung über steuerbare
und farblich unterschiedliche Leuchtmittel bzw. Lichtquellen, so
ist die dynamische Änderung der
ausgegebenen Signale durch die sensorische Annäherungserkennung möglich.
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Bevorzugt
ist eine Ausgabeeinheit, bei die Rechnereinheit Mittel zur Veränderung
bzw. Einstellung der Sensorschwellwerte und/oder der Steuersignale
aufweist. Die gespeicherten Sensorschwellwerte und/oder Steuersignale
können
beispielsweise über
eine Eingabeeinrichtung, beispielsweise eine Tastatur, verändert werden.
Die Aktionsentscheidungseinheit entscheidet anhand der Sensorschwellwerte über die
Art der dynamischen Veränderung
der visuellen Erscheinung, d. h. der Ansteuerung der Ausgabeeinheit
bzw. der Leuchtmittel oder Lichtquellen. Der Sensorschwellwert (x)
kann sich dabei aus der Geschwindigkeit der zeitlichen Frequenzänderung
(df/dt) ergeben.
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Eine
Person, die das elektrische Bauelement, beispielsweise einen Wippschalter,
bedienen möchte,
nähert
sich der dem Wippschalter zugeordneten Ausgabeeinheit bzw. dem Sensor
der Ausgabeeinheit, wodurch die Ausgabeeinheit ein sich änderndes
Signal ausgibt. Das sich ändernde
Signal ist bevorzugt ein optisches Signal, insbesondere eine Veränderung
der Helligkeit eines Leuchtmittels der Ausgabeeinheit.
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Gemäß des letzten
Aspektes der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum
Ausgeben von unterschiedlichen Signalen durch eine Ausgabeeinheit
gelöst,
wobei ein Sensor in Abhängigkeit
seines Anregungszustandes unterschiedliche Sensorwerte erzeugt und
an eine der Ausgabeeinheit zugeordnete Rechnereinheit weiterleitet,
wobei eine Aktionsentscheidungseinheit in der Rechnereinheit die erzeugten
Sensorwerte mit in der Rechnereinheit abgelegten Sensorschwellwerten
vergleicht, wobei nach Feststellung, dass ein Sensorwert einem Sensorschwellwert
entspricht, eine Übertragungseinrichtung
der Rechnereinheit Steuersignale an die Ausgabeeinheit überträgt, wobei
jeder Sensorschwellwert mit einem Steuersignal für die Ausgabeeinheit verknüpft ist,
wobei eine Umwandlungseinrichtung der Ausgabeeinheit die von der
Rechnereinheit übertragenen
Steuersignale in unterschiedliche Signale umsetzt und wobei die
Ausgabeeinheit die umgesetzten unterschiedlichen Signale ausgibt.
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In
einem ersten Schritt erzeugt ein Sensor in Abhängigkeit seines Anregungszustandes
unterschiedliche Sensorwerte. Der Sensor kann dabei wie zuvor beschrieben
ausgebildet sein. D. h., nach dem Messen einer Größe wandelt
der Sensor diese in ein entsprechendes Signal, den Sensorwert, um.
Der Sensorwert wird von dem Sensor an eine der Ausgabeeinheit zugeordnete
Rechnereinheit weitergeleitet. Eine Aktionsentscheidungseinheit
in der Rechnereinheit vergleicht die erzeugten Sensorwerte mit in
der Rechnereinheit abgelegten Sensorschwellwerten. Die Sensorschwellwerte
sind einstellbar bzw. veränderbar.
D. h., die Ausgabe der Signale durch die Ausgabeeinheit hängt von
den parametrisierten Sensorschwellwerten und den mit den Sensorschwellwerten verknüpften Steuersignalen
ab. Stellt die Aktionsentscheidungseinheit fest, dass ein Sensorwert
einem Sensorschwellwert entspricht, so überträgt die Übertragungseinrichtung der
Rechnereinheit das mit dem Sensorschwellwert verknüpfte Steuersignal
an die Ausgabeeinheit. D. h., jeder Sensorschwellwert ist mit einem
Steuersignal für
die Ausgabeeinheit verknüpft.
Die der Ausgabeeinheit zugeordnete Umwandlungseinrichtung setzt
die von der Übertragungseinrichtung übertragenen
Steuersignale in unterschiedliche Signale um. D. h., jedes Steuersignal wird
in ein unterschiedliches Signal umgewandelt und von der Ausgabeeinheit
entspre chend ausgegeben. Hierdurch kann bei einer Annäherung eines
Gegenstandes, insbesondere einer Hand einer Person, in Richtung
des Sensors eine dynamisch veränderbare
Signalausgabe durch die Ausgabeeinheit erfolgen.
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Erzeugt
der Sensor eine Vielzahl von verschiedenen Sensorwerten, beispielsweise
wenn eine Hand einer Person sich dem Sensor der Ausgabeeinheit nähert, so
werden alle Sensorwerte mit einer Vielzahl von Sensorschwellwerten
verglichen und bei Feststellung, dass diese jeweils einen bestimmten Sensorschwellwert
entsprechen, werden eine Vielzahl verschiedener Steuersignale an
die Ausgabeeinheit übertragen.
Diese wandelt die vielen empfangenen unterschiedlichen Steuersignale
in Ausgabesignale um. Diese Ausgabesignale sind bevorzugt optische
Signale, so dass beispielsweise über
eine Gruppe von LEDs eine sich verändernde Illumination ergibt.
So kann vorgesehen sein, dass bei einer Annäherung einer Hand an den Sensor,
die der Ausgabeeinheit zugeordneten Leuchtmittel dynamisch heller
leuchten. D. h., es ist vorteilhaft, wenn wenigstens ein Leuchtmittel
der Ausgabeeinheit die von der Umwandlungseinrichtung umgesetzten
Signale optisch anzeigt.
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Bevorzugt
ist des Weiteren ein Verfahren, bei dem wenigstens eine Lautsprechereinheit
die Signale akustisch anzeigt. D. h., die Annäherung einer Hand an den Sensor
kann dann zur Folge haben, dass mit zunehmender Annäherung die
Lautstärke eines
ausgegebenen Tons ebenfalls zunimmt.
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Der
wenigstens eine Sensor der Ausgabeeinheit misst die Veränderung
seines Umfeldes bevorzugt berührungslos.
Der Sensor kann dabei die Veränderung
in unmittelbarer Nähe
des Sensors induktiv messen. Hierbei reagiert ein induktiver Sensor auf
ein elektrisch leitfähiges
Material. Dem induktiven Sensor ist ein HF-Oszillator mit einem
L-C-Schwingkreis zugeordnet, dessen Induktivität mit einem Schalenkern zur
Ausrichtung des Feldes versehen ist. Nähert sich ein elektrisch leitfähiges Material
dem aus der aktiven Fläche
austretenden Feld, so tritt durch Ausbildung von Wirbelströmen eine
Dämpfung der
Oszillatorschwingung ein. Die Schwingungsamplitude nimmt ab und
die Stromaufnahme des Oszillators sinkt. Ein Schwellwertschalter
setzt die Änderung
in ein eindeutiges, statisch stabiles Schaltsignal, dem Sensorwert,
um. Diese induktive Messung ist dann gut einsetzbar, wenn beispielsweise
eine Person ein Metallstück
in die Hand nimmt und sich dann mit dem Metallstück dem Sensor nähert.
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Besonders
bevorzugt ist ein derartiges Verfahren, wenn der Sensor die Veränderung
in unmittelbarer Nähe
des Sensors kapazitiv misst und in Sensorwerte umwandelt. Die kapazitive
Messung erfolgt ebenfalls berührungslos.
Durch die kapazitive Messung können
leitende und nicht leitende Materialien in festem, pulverförmigem oder
flüssigem
Zustand erfasst werden. Somit können
auch Hände
einer Person durch die kapazitive Messung erfasst werden, wenn diese
sich dem Sensor annähern.
Die aktive Fläche
eines kapazitiven Sensors wird von zwei konzentrisch angeordneten
metallischen Elektroden gebildet, die den Elektroden eines aufgeklappten
Kondensators gleichen. Die Elektrodenflächen sind im Rückkopplungszweig
eines Hochfrequenz-Oszillators angeordnet, der so abgestimmt ist,
dass er bei freier Fläche
nicht schwingt. Nähert
sich ein Objekt der aktiven Fläche
des Sensors, so gelangt es in das elektrische Feld vor den Elektrodenflächen, so
dass eine Änderung
der Koppelkapazität
bewirkt wird. Der Oszillator beginnt zu schwingen, die Schwingungsamplitude
wird über
eine Auswerteschaltung erfasst und in ein Schaltsignal, den Sensorwert,
umgesetzt. D. h., bei der kapazitiven Messung wird die Kapazität zwischen
der aktiven Elektrode des Sensors und dem elektrischen Erdpotential
gemessen. Ein sich dem Sensor annähernde Hand beeinflusst das
elektrische Wechselfeld zwischen diesen beiden "Kondensatorplatten". Bereits geringste Kapazitätsänderungen
beeinflussen die Schwingungsamplitude des Oszillators.
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Bevorzugt
misst der Sensor die Veränderung eines
elektrischen bzw. magnetischen Feldes in unmittelbarer Nähe des Sensors.
Es sind aber beispielsweise auch optische Sensoren einsetzbar. So kann
ebenfalls ein Sensor verwendet werden, der zur Erkennung eines sich
annähernden
Gegenstandes Lichtwellen, wie beispielsweise infrarotes Licht, benutzt.
Auch eine akustische Observierung ist denkbar. Dabei kann der Sensor
einen Sender und einen Empfänger
aufweisen, die auf der Basis von Ultraschallwellen operieren, um
sich annähernde
Gegenstände
zu identifizieren. D. h., als „berührungslose" Sensoren können Sensoren
eingesetzt werden, die mit eine Feldbeeinflussung, induktiv oder
kapazitiv, oder die mit einer Energieübertragung, beispielsweise
optisch, akustisch, pneumatisch, funktechnisch oder kerntechnisch,
arbeiten.
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Bei
optischen Sensoren können
als Sender beispielsweise Lumineszensdioden (Ga-As-Dioden) eingesetzt
werden. Sender und Empfänger
können als
sogenannte Einweglichtschranken eingesetzt werden. Der Sender wird
so ausgerichtet, dass ein möglichst
großer
Teil des gepulsten Lichtes seiner Sendediode auf den Empfänger fällt. Dieser
wertet das empfangene Licht so aus, dass es klar vom Umgebungslicht
und von anderen Lichtquellen unterschieden werden kann. In den Strahlengang
gehaltene Gegenstände
führen
zu einer Unterbrechung des Empfangssignals und damit zur Änderung
des Schaltzustandes. Die optischen Achsen von Sender und Empfänger sollten
genau übereinstimmen,
da sonst nur ein Bruchteil des Lichtes auf das Fotoelement fällt und
dadurch die Betriebssicherheit und die Reichweite abnehmen.
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Es
sind als optische Sensoren auch sogenannte Reflexionslichtschranken
einsetzbar. Hierbei sind Sender und Empfänger des Sensors in einem Gehäuse vereint.
Dies erspart Kabelverbindungen und bewirkt einen kompakteren Aufbau.
Das ausgesandte Licht wird am Ende der zu überwachenden Strecke von einem
Retroreflektor in sich selbst zurückreflektiert und vom Empfänger aufgenommen. Als
geeignete Retroreflektoren bieten sich Triplexspiegel und Glasperlen-Reflexfolien
an, die einfallendes Licht unabhängig
vom Einfallswinkel in die gleiche Richtung zurückwerfen. Das Licht der Sendediode
wird durch eine Linse fokussiert und über einen Polarisationsfilter
auf einen Reflektor (Prinzip des Tripelspiegels) gerichtet. Ein
Teil des reflektierten Lichtes erreicht über einen weiteren Polarisationsfilter den
Empfänger.
Die Filter sind so ausgewählt
und angeordnet, dass nur das von dem Reflektor zurückgeworfene
Licht auf den Empfänger
gelangt, nicht aber Licht von anderen Objekten im Strahlbereich.
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Denkbar
sind auch Reflexionslichttaster, die im Prinzip den gleichen Aufbau
wie Reflexionslichtschranken aufweisen. Im unbetätigten Zustand wird von einen
Sender des Sensors Licht ausgesandt, welches vom Empfänger des
Sensors wegen fehlender Reflexion nicht mehr erreicht wird. Taucht
ein Gegenstand in das Lichtbündel,
wird ein Teil des Lichtes zum Empfänger reflektiert und dort in
ein Signal, d. h. in einen Sensorwert, umgesetzt. Dabei bestimmt
das Reflexionsvermögen
des Betätigungsgegenstandes in
Abhängigkeit
von Material, Lichteinfallswinkel, Oberflächenbeschaffenheit und Wellenlänge des
verwendeten Lichts die Position des sich annähernden Gegenstandes.
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Bei
energetischen Reflexions-Lichttaster Tastern trifft das Licht des
Senders auf ein Objekt und wird dort diffus reflek tiert. Ein Teil
davon gelangt zu dem im gleichen Gerät befindlichen Empfänger. Bei genügender Empfangsstärke schaltet
der Ausgang. Der Erfassungsbereich hängt von der Größe und Farbe
des Objektes sowie von dessen Oberflächenbeschaffenheit ab. Der
Erfassungsbereich kann mit dem eingebauten Potentiometer in weiten
Grenzen verändert
werden. Der energetische Taster eignet sich somit auch zum Erkennen
von Farbunterschieden.
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Reflexions-Lichttaster
mit Hintergrundausblendung sind in der Lage, Objekte bis zu einem
bestimmten Erfassungsbereich zu erkennen. Alles Dahinterliegende
wird ausgeblendet. Die Fokusebene kann verändert werden. Die Ausblendung
des Hintergrunds erfolgt durch die geometrische Konstellation zwischen
Sender und Empfänger.
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Ferner
kann der Sensor als Sonar-Näherungssensor
oder als Temperatursensor ausgebildet sein.
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Eine
denkbare Anwendung ist eine Hinterleuchtung eines Schalters, beispielsweise
eines Wandschalters, mittels der Leuchtmittel. Der Schalter kann
Teil einer elektrischen Gebäudeinstallationstechnik
sein. Verfügt
die Hinterleuchtung über steuerbare
und farblich unterschiedliche Leuchtmittel bzw. Lichtquellen, so
ist die dynamische Änderung durch
die sensorische Annäherungserkennung
möglich.
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn die Sensorschwellwerte und/oder die Steuersignale
in der Rechnereinheit veränderbar
sind. Hierzu können über entsprechende
Mittel, beispielsweise eine Tastatur, die Sensorschwellwerte und/oder
die Steuersignale verändert
bzw. eingestellt werden. Die eingestellten Sensorschwellwerte und/oder
die Steuersignale werden in der Rechnereinheit gespeichert.
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Bevorzugt
ist des Weiteren ein Verfahren, bei dem die Signale durch die Ausgabeeinheit
in Abhängigkeit
der erzeugten Sensorwerte dynamisch angezeigt werden. Dabei werden
bei einer Annäherung
eines Gegenstandes an den Sensor viele unterschiedliche Sensorwerte
erzeugt, die in der Aktionsentscheidungseinheit der Rechnereinheit
mit gespeicherten Sensorschwellwerten verglichen werden. Sobald
ein Sensorwert einem Sensorschwellwert entspricht, wird ein diesem
Sensorschwellwert zugeordnetes Steuersignal von der Rechnereinheit
bzw. von einer Übertragungseinrichtung
der Rechnereinheit an die Umwandlungseinrichtung der Ausgabeeinheit übertragen
und in ein entsprechendes Ausgabesignal umgesetzt. Dieses Ausgabesignal
ist bevorzugt ein optisches Signal, welches über der Ausgabeeinheit zugeordnete
Leuchtmittel ausgegeben wird, so dass ein Betrachter dies erkennen
kann. Aufgrund der ausgegebenen Signale kann ein Nutzer erkennen,
ob er sich beispielsweise einem nicht auf den ersten Blick erkennbaren
Schalter richtig nähert oder
nicht. Werden beispielsweise die von einem Leuchtmittel ausgegebenen
optischen Signale dynamisch heller, so weiß der Nutzer, beispielsweise
ein Installateur, dass er sich dem Schalter, dem die Ausgabeeinheit
zugeordnet ist, nähert.
Die von der Ausgabeeinheit ausgegebenen Signale sind für einen Nutzer
ein Indiz, dass er sich beispielsweise einem bestimmten elektrischen
Gerät richtig
annähert.
Dies ist insbesondere in der Gebäudetechnik
von Bedeutung, da aufgrund der Vielzahl von über- und/oder nebeneinander
angeordneten Schaltern das Auffinden bestimmter Schalter schwierig
ist. Durch ein dynamisch verändertes
Signal kann der Nutzer daher in Richtung eines bestimmten Zieles
geführt
werden.
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So
werden in der elektrischen Installationstechnik bisher keine dynamischen Änderungen der
visuellen Erscheinung von Hinterleuchtungen, in Abhängigkeit
einer kapazitiven Änderung in
der unmittelbaren Umgebung eines Hinterleuchtungselementes, durchgeführt. Ein
effektvoll gestalterisches Element wäre hierbei die dynamische Änderung
der Hinterleuchtungsfarbe bei Annäherung der Hand vor einem Lichtschalter.
Diese Anwendung wäre
das Äquivalent
zu einer animierten Computergraphik, die ihre Aktion in Abhängigkeit
zur Mausposition durchführt.
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Die
Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme
auf die beiliegende Zeichnung näher
erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer Ausgabeeinheit zum Ausgeben von unterschiedlichen
Signalen, wobei der Ausgabeeinheit wenigstens ein Sensor zugeordnet
ist.
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In
der 1 ist schematisch eine Ausgabeeinheit 1 zum
Ausgeben von unterschiedlichen Signalen dargestellt, wobei der Ausgabeeinheit 1 wenigstens
ein Sensor 2 zugeordnet ist. Der Sensor 2 ist
bevorzugt ein kapazitiver Sensor. Der Sensor 2 erzeugt
ein elektrisches Feld 10. Nähert sich eine Hand 8 eines
Nutzers 9, beispielsweise eines Installateurs, dem Sensor 2 bzw.
gelangt in das von dem Sensor erzeugte elektrische Feld 10,
so wird der Sensor 2 in unterschiedliche Anregungszustände versetzt.
Durch die Bewegung der Hand 8 des Nutzers 9 erzeugt
der Sensor 2 eine Vielzahl unterschiedlicher Sensorwerte.
Diese Sensorwerte werden von dem Sensor 2 an eine Rechnereinheit 3 weitergeleitet.
In der Rechnereinheit 3 sind Sensorschwellwerte gespeichert.
Die Rechnereinheit 3 weist eine Aktionsentscheidungseinheit 4 auf,
die die von dem Sensor 2 erzeugten Sensorwerte mit den
in der Rechnereinheit 3 gespeicherten Sensorschwellwerten
vergleicht. Die Sensorschwellwerte sind mit Steuersignalen zur Steuerung der
Ausgabeeinheit 1 verknüpft.
Stellt die Aktionsentscheidungseinheit 4 fest, dass ein
von dem Sensor 2 erzeugter Sensorwert einem Sensorschwellwert
entspricht, so sendet eine der Rechnereinheit 3 ebenfalls
zugeordnete Übertragungseinrichtung 5 ein
mit diesem Sensorschwellwert verknüpftes Steuersignal an die Ausgabeeinheit 1.
Eine Umwandlungseinrichtung 6 der Ausgabeeinheit 1 setzt
die von der Rechnereinheit 3 übertragenen Steuersignale dann
in unterschiedliche Signale um. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Ausgabeeinheit 1 Leuchtmittel 7 auf,
so dass die umgesetzten Signale optisch dargestellt werden. Die
Leuchtmittel 7 sind bevorzugt Leuchtdioden. Die Steuersignale
sind elektrische Signale, die direkt von den Leuchtdioden in optische
Signale umgewandelt werden. Die Umwandlungseinrichtung 6 ist
in diesem Fall Teil des Leuchtmittels 7, d. h. der Leuchtdioden.
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Da
der Sensor 2 bei einer Änderung
des elektrischen Feldes 10 dauerhaft unterschiedliche Sensorwerte
erzeugt, kann eine dynamische Veränderung der von der Ausgabeeinheit 1 ausgegebenen Signale
erfolgen. Aufgrund der Ausgabe von unterschiedlichen Signalen durch
die Ausgabeeinheit 1 erhält der Nutzer 9, beispielsweise
ein Installateur, eine Rückmeldung
darüber,
ob er sich beispielsweise einem elektrischen Gerät, wie einem Schalter, nähert oder
nicht. Werden durch die Ausgabeeinheit 1 optische Signale
aufgegeben, die immer heller werden, weiß der Nutzer 9, dass
er sich dem elektrischen Gerät
richtig annähert.
Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn viele elektrische Geräte nebeneinander angeordnet
sind und nicht gleich erkennbar ist, welches welche Funktion aufweist.
-
- 1
- Ausgabeeinheit
- 2
- Sensor
- 3
- Rechnereinheit
- 4
- Aktionsentscheidungseinheit
- 5
- Übertragungseinrichtung
- 6
- Umwandlungseinrichtung
- 7
- Leuchtmittel
- 8
- Gegenstand,
insbesondere Hand
- 9
- Nutzer
(Auge des Nutzers)
- 10
- elektrisches
Feld