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Die Erfindung betrifft eine Sanitärvorrichtung mit einem Bedienfeld, das zumindest ein manuell druckbetätigbares Bedienelement aufweist, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Bedieneinheit für eine solche Sanitärvorrichtung nach dem Patentanspruch 9 und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Bedieneinheit nach dem Patentanspruch 10.
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Im Sanitärbereich kann bei der Temperatur- und/oder Mengeneinstellung für zum Beispiel Duschwasser oder Spülwasser an der Sanitärarmatur ein Bedienfeld mit zumindest einem Bedienelement vorgesehen sein. Das Bedienelement kann ein Drucksensor sein, bei dem durch manuelle Druckbetätigung des Benutzers eine Funktion der Sanitärvorrichtung ausgelöst wird. Ein derartiger Drucksensor kann beispielhaft ein Infrarotsensor sein, der mit reduziertem Energieaufwand zu betreiben ist, jedoch gegenüber äußere mechanische Einflüsse, zum Beispiel Temperatur oder Wasser, störungsanfällig ist. Demgegenüber kann der Drucksensor auch ein Piezo-Element aufweisen, das gegenüber äußere Einflüsse im Sanitärbereich, das heißt höhere Temperaturen oder Wasser, robuster ist, jedoch im Vergleich zu Infrarotsensoren einen gesteigerten Energieverbrauch aufweist.
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Aus der
DE 10 2005 061 754 A1 ist eine gattungsgemäße Sensoranordnung mit einem manuell druckbetätigbaren Bedienelement bekannt. Das Bedienelement aktiviert bei manueller Druckbetätigung eine nicht näher dargelegte Funktion. Das Bedienelement weist zumindest einen Oszillator auf, insbesondere ein Piezo-Element, das über eine Signalleitung mit einer Spannungsquelle in elektrischer Verbindung ist, mit der der Oszillator über ein Spannungssignal in Schwingung versetzbar ist. Bei einer manuellen Druckbeaufschlagung ändert sich das Schwingungsverhalten des Oszillators. Diese Änderung wird von einer Auswerteeinheit detektiert. Bei Detektion einer solchen Änderung des Schwingungsverhaltens generiert die Auswerteeinheit ein Steuersignal, mit dem eine Funktion der Sanitärvorrichtung aktivierbar ist. Die Auswerteeinheit bewertet das Schwingungsverhalten dahingehend, ob es sich um eine vom Benutzer beabsichtigte Betätigung oder um eine unbeabsichtigte Betätigung durch sonstige äußere Einflüsse, etwa Beaufschlagung durch einen Wasserstrahl oder dergleichen handelt. Bei Detektion einer beabsichtigten Schaltbetätigung durch den Benutzer erzeugt die Auswerteeinheit ein Steuersignal, mit dem die vom Benutzer beabsichtigte Funktion ausgelöst werden kann.
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In der
DE 10 2005 061 754 A1 ist der Oszillator, das heißt der Piezo-Schwinger, permanent in Schwingung versetzt, wodurch der elektrische Energieverbrauch entsprechend hoch ist. Bei einem solchen kontinuierlichen Betrieb ist das Bedienelement der Sensoranordnung nicht sinnfällig im Batteriebetrieb nutzbar. Vielmehr ist das Bedienfeld für einen dauerhaften zuverlässigen Betrieb über ein Netzteil am Stromversorgungsnetz anzuschließen.
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Die
DE 10342006 A1 beschreibt eine Bedienvorrichtung für ein Elektrokochgerät, bei der unter einer Bedienfläche, auf welche zur Bedienung ein Finger gelegt werden kann, ein Sender und ein Empfänger angeordnet sind. Schallsignale vom dem Sender werden über die Bedienfläche an dem Empfänder gesendet und hängen in ihrer Eigenart davon ab, ob ein Finger an die Bedienfläche angelegt ist. Dabei werden die abgestrahlten bzw. reflektierten Signale empfangen und mittels einer Auswerte-Einrichtung ausgewertet. Dies geschieht durch Vergleich der abgestrahlten bzw. reflektierten Signale mit und ohne Anlegen eines Fingers oder Körperteils.
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Aus der
DE 10 2005 003 319 A1 ist eine Bedieneinrichtung für ein Elektrogerät bekannt, die auf dem Gehäuse des Elektrogeräts angeordnet ist. Zur Steuerung des Geräts wird ein Bedien-Bereich dahingehend überwacht, wo der Ort des Aufsetzens bzw. Berührens liegt. In Abhängigkeit von dem mit einem Erkennungsmittel bestimmten Ort des Aufsetzens bzw. Berührens des Bedien-Bereichs werden dementsprechende Funktionen gesteuert. Das Erkennungsmittel verfügt über die Fähigkeit, die Stärke und/oder Frequenz eines sich durch den aufgesetzten Finger ändernden Schwingungsfelds oder der Schwingungsantwort am Bedien-Bereich zu erkennen. Hierzu sind beispielsweise Oberflächenwellen-Anreger vorgesehen, die den Bedien-Bereich entsprechend anregen.
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Schließlich ist aus der
DE 10 2011 107 668 A1 ein elektrischer Taster bekannt, der nach dem CVD-(Capacitive Voltage Devider)Messprinzip arbeitet. Um negative Einflüsse einer Klebeverbindung zwischen Leiterplatte und Metallgehäuse auszuschließen, wird die Abdeckung von einem Gehäuseboden des Gehäuses gebildet zu dem beabstandet eine Ringfläche ausgebildet ist. An der Ringfläche liegt die Sensorplatine mit einer Kontaktfläche an. Zusätzlich ist die Sensorplatine mittels eines Gegenhalters toleranzfrei an dem Gehäuse gehalten und zwischen Gehäuseboden und Sensorplatine ist ein Hohlraum ausgebildet.
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Die kontinuierliche Schwingungsanregung des Oszillators führt zudem zu einer Erwärmung, die wiederum eine Änderung des Schwingungsverhaltens des Oszillators bewirken kann. Um trotzdem eine eindeutige Kennung einer manuellen Druckbetätigung durch den Benutzer zu gewährleisten, sind aufwändige Regelalgorithmen in der Auswerteeinheit erforderlich.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Sanitärvorrichtung bereitzustellen, bei der die Bedieneinheit mit einem im Vergleich zum Stand der Technik reduzierten Energieverbrauch arbeitet und/oder ein zuverlässiger, störungsfreier Betrieb in einfacher Weise gewährleistet ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1, des Patentanspruches 9 oder des Patentanspruches 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass eine kontinuierliche Spannungsbeaufschlagung des Oszillators des Bedienelementes im Hinblick auf den Energieverbrauch sowie auf eine einwandfreie Signalkennung nachteilig ist. Vor diesem Hintergrund ist in der Signalleitung zwischen dem Oszillator und der Spannungsquelle ein Zeitglied geschaltet. Mit Hilfe des Zeitgliedes kann das Spannungssignal alternierend in vorgegebenen Ein- und Auszeitintervallen unterbrochen oder freigegeben werden. Erfindungsgemäß wird daher der Oszillator nicht mehr permanent schwingungsangeregt, sondern vielmehr nur zu den vorgegebenen Ein-Zeitintervallen. In den folgenden Aus-Zeitintervallen ist dagegen der Oszillator stillgelegt. Auf diese Weise ist die insgesamt zum Betrieb des Bedienelementes erforderliche elektrische Energie stark reduziert. Zudem wird aufgrund der diskontinuierlichen Betriebsweise eine im Hinblick auf die Signalverarbeitung nachteilige Erwärmung des Oszillators verhindert. Zudem wird aufgrund der Aus-Zeitintervalle, in denen der Oszillator stillgelegt ist, die statistische Fehleranfälligkeit reduziert, das heißt die Wahrscheinlichkeit, dass Störsignale in der Signalverarbeitung eingekoppelt werden.
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Aufgrund des reduzierten Energieverbrauches kann auf ein netzbetriebenes Bedienfeld verzichtet und anstelle dessen das Bedienfeld batteriebetrieben werden. Ein solcher Batteriebetrieb ist bislang bei vergleichbaren Bedienelementen aus dem Stand der Technik aufgrund des hohen Energieverbrauches nicht sinnvoll.
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Das von der Spannungsquelle über die Signalleitung zum Oszillator geführte Spannungssignal kann einen regelmäßigen, insbesondere sinusförmigen Spannungsverlauf mit vorgegebener Frequenz aufweisen. Beispielhaft kann der Spannungsverlauf rechteckförmig, dreieckförmig, trapezförmig oder sägezahnförmig sein. Die Spannungsquelle kann eine Gleichspannungsquelle, etwa eine Batterie sein, bei der das Gleichspannungssignal gepulst wird. Alternativ kann das Spannungssignal ein Wechselspannungssignal sein.
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Zur weiteren Energieeinsparung ist es von Vorteil, wenn die, den Oszillator zugeordnete Steuereinheit in den Aus-Zeitintervallen stromlos geschaltet ist und nur in den Ein-Zeitintervallen bestromt ist. Auf diese Weise ist daher während der Aus-Zeitintervalle sowohl der Oszillator als auch die zugeordnete Steuereinrichtung energielos geschaltet.
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Die elektronische Steuereinrichtung kann eine Auswerteeinheit aufweisen, mit der bei einer manuellen Druckbeaufschlagung eine Änderung des Schwingungsverhaltens des Oszillators detektierbar ist. Die Auswerteeinheit kann mit Hilfe von Algorithmen die detektierte Änderung des Schwingungsverhaltens dahingehend bewerten, ob es sich um eine vom Benutzer beabsichtigte Druckbetätigung oder um eine durch sonstige äußere Einflüsse, etwa Beaufschlagung durch einen Wasserstrahl, handelt. Bei Detektion einer beabsichtigten Schaltbetätigung durch den Benutzer erzeugt die Auswerteeinheit ein Steuersignal, mit dem die vom Benutzer beabsichtigte Funktion der Sanitärvorrichtung aktiviert wird.
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Um in der Auswerteeinheit eine einwandfreie Signalkennung zu gewährleisten, ist die Zeitdauer des Ein-Zeitintervalls von hoher Relevanz. Bevorzugt ist das Ein-Zeitintervall zumindest gleich oder größer als die Schwingungsdauer des Spannungssignals. Die Schwingungsdauer des Spannungssignals kann beispielhaft in einen Bereich von 0,5 ms bis 0,05 ms liegen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass zumindest eine vollständige Sinusschwingung des Spannungssignals von der Auswerteeinheit erfasst wird, wodurch eine einwandfreie Signalkennung gewährleistet ist.
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Um sicherzustellen, dass eine manuelle Druckbetätigung vom Benutzer erfasst wird, ist es von Vorteil, wenn ein sich aus dem Aus-Zeitintervall und dem Ein-Zeitintervall zusammengesetzter Zeitabschnitt zumindest gleich oder kleiner als eine, insbesondere empirisch ermittelte Druckzeitdauer ist, in der die manuelle Druckbetätigung des Bedienelementes durch den Benutzer erfolgt. Eine solche Druckzeitdauer kann empirisch aus Versuchen ermittelt werden und liegt speziell in einem Bereich von 200 ms bis 2 s.
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Im Hinblick auf eine möglichst große Reduzierung des für den Betrieb des Bedienfeldes erforderlichen elektrischen Energie ist es von Vorteil, wenn das Aus-Zeitintervall um ein Vielfaches größer ist als das Ein-Zeitintervall. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Aus-Zeitintervall in einem Bereich von 10 ms bis 50 ms liegen. Das Ein-Zeitintervall kann in einem Bereich von 1 bis 2 ms liegen.
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Speziell bei einer Sanitärarmatur mit einer kombinierten Temperatur- sowie einer Mengeneinstellung des Nutzwassers kann das Bedienfeld der Sanitärarmatur mehrere Bedienelemente zur Temperatur- und/oder Mengeneinstellung des Nutzwassers aufweisen. Entsprechend kann das Bedienfeld zumindest ein erstes Bedienelement mit einem ersten Oszillator und ein zweites Bedienelement mit einem zweiten Oszillator aufweisen. Die beiden ersten und zweiten Oszillatoren können jeweils unter Zwischenschaltung des Zeitglieds mit einer ersten Signalleitung und mit einer zweiten Signalleitung mit der Spannungsquelle elektrisch verbindbar sein. Zudem können der erste Oszillator und der zweite Oszillator jeweils eine gemeinsame Steuereinheit zugeordnet sein, mit der eine manuelle Druckbeaufschlagung durch den Benutzer detektierbar ist. Die den ersten Oszillator zugeordneten Ein-Zeitintervalle können dabei so gelegt sein, dass sie zeitlich betrachtet in den, dem zweiten Oszillator zugeordneten Aus-Zeitintervallen liegen. Auf diese Weise kann die Steuereinheit bei stillgelegtem ersten Oszillator Signale des zweiten Oszillators auswerten und bei stillgelegtem zweiten Oszillator die Signale des ersten Oszillators auswerten.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen widergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einer Teilseitenansicht ein Bedienfeld einer nicht weiter dargestellten Sanitärvorrichtung mit einem Bedienelement;
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2 in einem stark schematischen Blockschaltdiagramm das Bedienelement mit zugeordneter elektronischer Steuereinrichtung;
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3 ein Spannungssignal zur Anregung des Oszillators des Bedienelementes mit sinusförmigen Spannungsverlauf;
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4 ein Zeitdiagramm mit aufeinanderfolgenden Ein-Zeitintervallen und Aus-Zeitintervallen, zu denen das Zeitglied die Spannungsversorgung zum Oszillator unterbricht bzw. freigibt;
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5 ein Blockschaltdiagramm entsprechend der 2 gemäß einem zweiten Ausführungsform; und
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6 ein Zeitdiagramm entsprechend der 4 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In der 1 ist ein Teil eines Bedienfelds 1 einer nicht weiter dargestellten Sanitärvorrichtung gezeigt. Durch Betätigung des Bedienfelds 1 sind verschiedene Funktionen der Sanitäreinrichtung auslösbar. Das Bedienfeld 1 weist ein Bedienelement 3 auf, das in einer Aussparung 4 des Bedienfelds 1 eingesetzt ist und in einer Betätigungsrichtung D druckbetätigbar ist. Das Bedienelement 3 weist eine benutzerseitig frei zugängliche Tastfläche 5 auf und ist durch Drücken mit einem teilweise dargestellten Finger 7 auf die Tastfläche 5 manuell betätigbar. Unterhalb des Bedienelements 3 ist ein als Oszillator arbeitendes Piezo-Element 9 angeordnet, das an das Bedienelement 3 angebunden ist. Das Piezo-Element 9 auf einem Widerlager 11 abgestützt. Durch Betätigung des Bedienelements 3 in der Betätigungsrichtung D erfolgt eine Druckbeaufschlagung des Piezo-Elements 9.
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Gemäß der 2 ist das Piezo-Element 9 über eine Signalleitung 13 in elektrischer Verbindung mit einer Spannungsquelle 15, die das Piezo-Element 9 mittels eines Spannungssignals SU in Schwingung versetzt. Das Schwingverhalten des Piezo-Elements 9 ändert sich bei einer Druckbeaufschlagung.
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Gemäß der 2 ist das Piezo-Element 9 mit einer Steuereinrichtung 17 des Bedienfelds 1 gekoppelt, die sich aus einer Oszillatorschaltung 19, einer Auswerteeinheit 21 und einem Zeitglied 23 zusammensetzt. Mit Hilfe der Oszillatorschaltung 19 wertet die Auswerteeinheit 21 das Schwingverhalten des Piezo-Elements 9 aus und detektiert eine Druckbeaufschlagung durch Betätigung des Bedienelements 3. Bei Detektion einer solchen Druckbeaufschlagung erzeugt die Auswerteeinheit 21 ein Steuersignal SSt, das eine Funktion der Sanitärvorrichtung auslöst. Das Zeitglied 23 ist in der Signalleitung 13 zwischen dem Piezo-Element 9 und der Spannungsquelle 15 geschaltet. Mit Hilfe des Zeitglieds 23 ist das Spannungssignal SU unterbrechbar und freigebbar.
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In dem Aus-Zeitintervall Δtaus ist das Spannungssignal SU unterbrochen, wodurch das Piezo-Element 9 stillgelegt ist. In dem Ein-Zeitintervall Δtein ist das Spannungssignals SU freigegeben, wodurch das Piezo-Element 9 wiederum in eine Schwingbewegung versetzt wird. Somit ist im Aus-Zeitintervall Δtaus die Energie-Versorgung des Piezo-Elements 9 unterbrochen und im Ein-Zeitintervall Δtein die Energieversorgung freigegeben.
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Gemäß der 4 sind das Ein-Zeitintervall Δtein und das Aus-Zeitintervall Δtaus alternierend, das heißt, dass sich das Aus-Zeitintervall Δtaus und das Ein-Zeitintervall Δtein zeitlich hintereinander abwechseln. Durch die regelmäßige Unterbrechung des Spannungssignals SU reduziert sich der Energieverbrauch des Bedienfelds 1, da das Piezo-Element 9 nicht permanent, das heißt nicht kontinuierlich, sondern diskontinuierlich, mit elektrischer Energie versorgt wird. Durch die regelmäßige Unterbrechung des Spannungssignals SU verringert sich zudem die Erwärmung des Piezo-Elements 9, so dass die Störsicherheit des Bedienfelds 1 erhöht ist.
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Das Aus-Zeitintervall Δtaus ist gemäß der 4 um ein Vielfaches größer als das Ein-Zeitintervall Δtein, um den Energieverbrauch des Bedienfelds 1 weiter zu verringern. Die Summe aus einem Ein-Zeitintervall Δtein und einem Aus-Zeitintervall Δtaus ergibt gemäß der 4 einen Zeitabschnitt Δtges, der kleiner oder gleich einer empirisch ermittelten Druckzeitdauer ist, innerhalb der die manuelle Druckbetätigung des Bedienelements 3 erfolgt. Der Zeitabschnitt Δtges ist kleiner oder gleich der empirisch ermittelten Druckzeitdauer, damit während der manuellen Druckbetätigung zumindest ein Ein-Zeitintervall Δtein erfolgt, in dem das Spannungssignal SU freigegeben ist, so dass das Piezo-Element 9 schwingt. Nur wenn das Piezo-Element 9 schwingt, erkennt die Auswerteeinheit 21 die Druckbetätigung.
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Des Weiteren steuert das Zeitglied 23 in dem Ein-Zeitintervall Δtein die Oszillatorschaltung 19 mit einem Triggersignal ST an. Das Triggersignal ST bewirkt eine Aktivierung der Oszillatorschaltung 19 und der Auswerteeinheit 21. Empfängt die Oszillatorschaltung 19 kein Triggersignal ST, sind die Oszillatorschaltung 19 und die Auswerteeinheit 21 deaktiviert, so dass der Energieverbrauch verringert wird.
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In der 3 ist der zeitliche Verlauf des Spannungssignals SU gezeigt. Das Spannungssignal SU verläuft sinusförmig mit einer Schwingungsdauer T, die gleich oder kleiner als das Ein-Zeitintervall Δtein ist. Dadurch ist gewährleistet, dass das Piezo-Element 9 während dem Ein-Zeitintervall Δtein mit zumindest einer vollständigen Sinusschwingung angeregt wird, wodurch sich die Messgenauigkeit der Auswerteeinheit 21 erhöht.
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In den 5 und 6 sind ein Blockschaltbild und ein Zeitdiagramm für ein Bedienfeld 1 mit einem ersten und einem zweiten Bedienelement 3 und 6 gezeigt. Der Aufbau und die Funktionsweise sind im Wesentlichen identisch mit dem in den 1 bis 4 gezeigten Bedienfeld 1 mit nur einem Bedienelement 3. Insoweit wird auf die Vorbeschreibung verwiesen und werden im Folgenden nur die Unterschiede zu dem in den 1 bis 4 erläuterten Bedienfeld 1 hervorgehoben. Die beiden Bedienelemente 3 und 6 weisen jeweils ein Piezo-Element 9 auf, wobei das erste Piezo-Element 9 dem ersten Bedienelement 3 und das zweite Piezo-Element 9 dem zweiten Bedienelement 6 zugeordnet ist. Des Weiteren sind die beiden Piezo-Elemente 9 mit einer gemeinsamen Steuereinrichtung 17 gekoppelt, um den signaltechnischen Aufwand des Bedienfelds 1 zu verringern. Gemäß der 5 wird das erste Piezo-Element 9 mittels eines Spannungssignals SU1 und das zweite Piezo-Element 9 mittels eines Spannungssignals SU2 in Schwingung versetzt. Die Spannungssignale SU1, SU2 werden von dem Zeitglied 23 der Steuereinrichtung 17 unterbrochen und freigegeben. Das Schwingverhalten der Piezo-Elemente 9 wird von der Oszillatorschaltung 19 und der Auswerteeinheit 21 der gemeinsamen Steuereinrichtung 17 ausgewertet.
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Gemäß der 6 sind die dem ersten und dem zweiten Piezo-Element 9 zugeordneten Ein-Zeitintervalle Δtein mit einem Zeitversatz Δt voneinander beabstandet, so dass die dem ersten Piezo-Element 9 zugeordneten Ein-Zeitintervalle Δtein in den, dem zweiten Piezo-Element 9 zugeordneten Aus-Zeitintervallen Δtaus liegen und somit beide Piezo-Elemente 9 von einer gemeinsamen Spannungsquelle 15 versorgt werden. Da beide Piezo-Elemente 9 von einer Spannungsquelle 15 versorgt werden, wird der signaltechnische Aufwand des Bedienfelds 1 weiter verringert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bedienfeld
- 3
- Bedienelement
- 4
- Aussparung
- 5
- Tastfläche
- 6
- Bedienelement
- 7
- Finger
- 9
- Piezo-Element
- 11
- Widerlager
- 13
- Signalleitung
- 15
- Spannungsquelle
- 17
- Steuereinrichtung
- 19
- Oszillatorschaltung
- 21
- Auswerteeinheit
- 23
- Zeitglied
- D
- Betätigungsrichtung
- SU
- Spannungssignal
- SU1
- erstes Spannungssignal
- SU2
- zweites Spannungssignal
- SSt
- Steuersignal
- ST
- Triggersignal
- Δt
- Zeitversatz
- Δtaus
- Aus-Zeitintervall
- Δtein
- Ein-Zeitintervall
- Δtges
- Zeitabschnitt
