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Der Gegenstand betrifft ein Thermostat für Heizungs-, Klima- und/oder Lüftungsanlagen mit den Merkmalen nach Oberbegriff des Anspruchs 1. Soweit im nachfolgenden von Heizung die Rede ist, ist stets auch alternativ oder kumulativ eine Klima- und/oder Lüftungsanlage gemeint.
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Im Bereich der Heimautomatisierung spielt die Steuerung und Regelung von Heizungsstellern, mithin Thermostaten, eine bedeutende Rolle. Ein Thermostat ist im Rahmen einer Heimautomatisierung in der Regel dasjenige Gerät, welches das größte Kosteneinsparpotential hebt, in dem eine Temperaturregelung optimiert wird. Durch geeignete Steuerung/Regelung der Thermostate kann bei einem Komfortgewinn für den Nutzer trotzdem gleichzeitig eine Kostenersparnis realisiert werden.
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Die grundsätzliche Funktion eines Thermostats, bei dem ein Stellglied in der Regel über eine Spindel ein Stellventil innerhalb des Heizkörpers einstellt, ist an sich bekannt. Auch ist an sich bekannt, dass Thermostate in Heimautomatisierungslösungen eingebunden werden können und mittels zentraler Steuerung intelligent angesteuert werden können. Die einfache und intuitive Bedienung der Thermostate ist jedoch ein ganz wesentlicher Aspekt für die Akzeptanz beim Nutzer. Das Thermostat selbst bildet eine unmittelbare Schnittstelle zwischen dem Heimautomatisierungssystem und dem Nutzer und soll diesem ein möglichst komfortables Bedienerlebnis bieten. Außerdem soll dem Nutzer möglichst einfach und intuitiv die aktuelle Einstellung des Thermostats angezeigt werden können und ihm die Veränderung von Einstellungen intuitiv erleichtert werden können.
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Aus diesem Grunde lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, die Bedienung eines Thermostats zu ermöglichen, ohne dass sein Nutzer die Bedienung visuell überwachen muss.
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Diese Aufgabe wird gegenständlich dadurch gelöst, dass eine Steuerschaltung vorgesehen ist, die eine Bedienung des Thermostats am Gehäuse detektiert. Das Gehäuse ist vorzugsweise ein solches, welches einen Grundkörper des Thermostats umschließt.
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Es ist erkannt worden, dass in einem Grundkörper des Thermostats die wesentliche Technik verbaut sein kann. Dies kann neben einem Temperatursensor auch ein Stellglied sein, mit welchem ein Stellventil innerhalb eines Heizkörpers oder einer sonstigen Klima- oder Lüftungsanlage verstellt werden kann. Die in dem Grundkörper verbaute Technik wird vor dem Nutzer durch ein den Grundkörper zumindest teilweise umschließendes Gehäuse geschützt.
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In und/oder an dem Grundkörper sind sowohl ein Stellglied als auch ein Temperatursensor angeordnet. Mit Hilfe des Stellgliedes ist es möglich, ein Stellventil zu verstellen und somit eine Temperaturveränderung zu bewirken. Der Temperatursensor misst die aktuelle Ist-Temperatur im Bereich des Thermostates. Dadurch ist es möglich, einen Temperatur Ist-Wert zu erhalten und entsprechend das Stellglied einzustellen, um die Temperatur auf den Temperatur Soll-Wert zu bringen.
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Das gegenständliche Thermostat kann durch eine Bedienung am Gehäuse, vorzugsweise berührungslos bedient werden. Hierzu können entsprechende Sensoren am Grundkörper und/oder am Gehäuse vorgesehen sein. Wird eine Bedienung an dem Gehäuse detektiert, kann die Steuerschaltung eine taktile Rückkopplung aktivieren. Dies kann durch das Aktivieren einer mechanischen Vibration erfolgen, welche in oder an dem Grundkörper erzeugt wird. Diese mechanische Vibration kann durch den Benutzer wahrgenommen werden, wodurch er eine taktile Wahrnehmung seiner Bedienung erfährt.
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Bei dem gegenständlichen Thermostat ist das Gehäuse zumindest in Teilen hohlzylindrisch mit einem Boden und einem Mantel und an dem Grundkörper montiert. Vorzugsweise ist das Gehäuse mit seinem Boden stirnseitig an dem Grundkörper angeordnet. Eine rein berührungsempfindliche Bedienung des Thermostates ist insbesondere dann möglich, wenn das Gehäuse relativ zum Grundkörper verdrehsicher an dem Grundkörper gehalten ist. In diesem Fall wird durch geeignete Sensoren eine Bedienung in der Nähe des Gehäuses detektiert, ohne dass das Gehäuse relativ zum Grundkörper bewegt ist. Eine Verdrehsicherung erfolgt vorzugsweise im montierten Zustand. Dabei ist das Gehäuse im montierten Zustand gegenüber dem Grundkörper weniger als 10°, vorzugsweise weniger als 5°, insbesondere weniger als 1° um die Längsachse verdrehbar.
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Das Gehäuse selbst ist insbesondere nicht um den Grundkörper drehbar. Um eine Bedienung festzustellen, wird nun vorgeschlagen, dass zumindest ein Sensor an dem Grundkörper angeordnet ist, mit dem eine Drehbewegung von zumindest einem Gegenstand im Bereich der Außenseite des Gehäuses um die Längsachse des Gehäuses detektierbar ist.
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Für den Fall, dass das Gehäuse um den Grundkörper drehbar ist, beispielsweise bei einer mechanischen Bedienung, kann ebenfalls eine taktile Rückkopplung erfolgen, in diesem Fall ist die Drehbewegung des Gehäuses selbst um die Längsachse des Gehäuses detektierbar.
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Eine Drehbewegung im Außenbereich des Gehäuses, die durch die Sensoren erfasst wird, kann durch die Steuerschaltung als Bedienung ausgewertet werden, welche die gegenständliche taktile Rückkopplung aktiviert. Somit erfolgt, wenn ein Nutzer eine Bedienung mittels einer Drehbewegung an dem Thermostat vornimmt, eine taktile Rückkopplung.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die taktile Rückkopplung durch einen motorischen Antrieb erfolgt. Hierbei wird vorgeschlagen, dass die Steuerschaltung für die taktile Rückkopplung einen motorischen Antrieb ansteuert. Der Stellantrieb innerhalb des Grundkörpers verfügt in der Regel über einen solchen motorischen Antrieb, der gegenständlich vorzugsweise für die taktile Rückkopplung genutzt wird.
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Der motorische Antrieb ist vorzugsweise ein Gleichstrommotor, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor.
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Solche Gleichstrommotoren können bei hohem Wirkungsgrad betrieben werden, was den Energieverbrauch der Thermostate reduziert. Geeignete Motoren drehen in der Regel mit hohen Drehzahlen, beispielsweise zwischen 100 und 1000 U/min. Über ein Untersetzungsgetriebe können die Motoren mit der Stellspindel des Stellglieds verbunden sein. Somit müssen die Motoren nur ein geringes Drehmoment aufbringen, um das Stellglied insbesondere die Spindel zu bewegen und vorzugsweise in das Ventil des Heizkörpers zu bewegen.
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Durch Aktivieren des motorischen Antriebs erfolgt eine Vibration innerhalb des Thermostats, welche als taktile Rückkopplung genutzt werden kann. Insbesondere erfolgt eine taktile Rückkopplung über eine oszillierende Ansteuerung des motorischen Antriebs. Hierbei wird der motorische Antrieb insbesondere mit einem gepulsten Gleichstrom oder einem Wechselstrom angetrieben. Durch das Bewegen der Achse des Antriebs erfolgt die taktile Rückkopplung.
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Um die durch den Antrieb erzeugte Schwingung zu verstärken, weist der motorische Antrieb vorzugsweise einen zusätzlichen Resonanzkörper auf. Der Resonanzkörper ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass seine Resonanzfrequenz und/oder die des Antriebs samt Resonanzkörper entsprechend der Frequenz der oszillierenden Ansteuerung dimensioniert ist. Insbesondere ist der Resonanzkörper in Form einer radial am Gehäuse des Antriebs angeordneten Schwungmasse, die vorzugsweise federnd angeordnet ist, gebildet. Durch den Resonanzkörper wird das Schwingverhalten des motorischen Antriebs im Bereich der Ansteuerfrequenz für die taktile Rückkopplung verstärkt, so dass der Benutzer auch bei nur sehr kleinen motorischen Antrieben eine ausreichend große taktile Rückmeldung erhält.
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Die taktile Rückkopplung kann beispielsweise dergestalt sein, dass bei einer Verstellung einer Soll-Temperatur um beispielsweise jeweils 1°C jeweils ein Impuls von einer bestimmten Dauer, beispielsweise einer Zehntelsekunde an den Antrieb übermittelt wird. Somit wird pro Gradverstellung der Soll-Temperatur jeweils ein kurzer Impuls ausgegeben, was der Nutzer durch ein Vibrieren an dem Gehäuse feststellen kann. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass die Steuerschaltung in Reaktion auf eine Bedienung einem der detektierten Bedienung zugeordneten Steuerimpuls für den motorischen Antrieb bewirkt. Hierbei kann beispielsweise die Steuerschaltung in Reaktion auf eine Drehbewegung einen Steuerimpuls mit einer ersten Dauer bewirken. Diese erste Dauer kann beispielsweise die soeben beschriebene kurze Impulsdauer sein, die bei Überschreiten eines bestimmten Winkelabschnittes bei einer Drehbewegung jeweils ausgelöst wird.
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Eine Dauerbetätigung, beispielsweise in Form eines Druckes oder wenn der Nutzer seine Hand an die Stirnfläche des Thermostats hält, kann als weitere Bedienung ausgewertet werden. Diese Bedienung kann einen zweiten Steuerimpuls mit einer zu der ersten verschiedenen Dauer bewirken. Somit kann beispielsweise signalisiert werden, dass ein Betriebsmodus umgeschaltet wird. In diesem Fall kann beispielsweise ein Steuerimpuls eine Sekunde andauern. Der Nutzer kann somit durch die Art der taktilen Rückkopplung, insbesondere durch die Dauer der Vibration feststellen, welche Bedienung er vorgenommen hat, ohne auf das Thermostat zu schauen.
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Wie bereits erwähnt, kann für eine bestimmte Drehbewegung ein Steuerimpuls parametriert sein. Insbesondere beim Einstellen einer Temperatur kann einem definierten Drehwinkel eine definierte Temperaturveränderung zugeordnet sein. Dabei kann beispielsweise ein Drehwinkel von 1°, 5° oder 10° einer Veränderung der Soll-Temperatur von einem Grad Celsius entsprechen. Wird ein solcher definierter Drehwinkel überschritten, kann jeweils ein parametrierter Steuerimpuls ausgelöst werden. Eine Veränderung von 10°C würde bei einem definierten Drehwinkel von 10° pro Grad Celsius eine Drehbewegung von 100° erfordern. Bei einer solchen Verstellung würden 10 Steuerimpulse mit einer Dauer von jeweils beispielsweise 10 Millisekunden ausgelöst werden.
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Auch kann ein maximaler Drehwinkel definiert werden. Hierbei kann beispielsweise die untere als auch die obere Grenze der Soll-Temperatur definiert sein. Ist der Drehwinkel so groß, dass die maximale bzw. minimale Soll-Temperatur erreicht ist, kann ein Steuerimpuls parametriert sein, der von einer längeren Dauer oder gar dauerhaft ist. Beim Überschreiten eines maximalen Drehwinkels kann bei jeder weiteren Drehbewegung in die gleiche Richtung ein während der gesamten Drehbewegung andauernder Steuerimpuls ausgegeben werden. Der Benutzer erfährt somit unmittelbar durch die taktile Rückkopplung, dass der Einstellbereich verlassen ist.
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Schließlich kann durch einen Druck, beispielsweise einen stirnseitigen Druck ein weiterer Steuerimpuls mit einer anderen Dauer ausgelöst werden. Durch einen Druck kann beispielsweise ein Betriebsmodus umgeschaltet werden.
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Zur Detektion eines stirnseitigen Drucks kann vorzugsweise ein stirnseitiger Sensor vorgesehen sein. Dieser kann beispielsweise ein Druck- oder Berührungssensor sein.
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1 eine schematische Schnittansicht eines herkömmlichen Thermostats;
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2 eine schematische Schnittansicht eines Thermostats gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 eine Ansicht eines Grundkörpers nach einem Ausführungsbeispiel;
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4 eine Ansicht eines Gehäuses nach einem Ausführungsbeispiel;
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5 eine Schnittansicht durch ein Gehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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6a eine Schnittansicht eines Grundkörpers mit einem Gehäuse nach einem Ausführungsbeispiel;
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6b eine Schnittansicht eines Grundkörpers mit einem Gehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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7a zwei Näherungssensoren mit einem Gegenstand;
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7b zwei Näherungssensoren mit einem Gegenstand;
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8a ein Thermostat mit einer stirnseitigen Bedienung;
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8b ein Thermostat mit einer Drehbewegung als Bedienung;
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9a eine Draufsicht auf ein Thermostat mit einer Temperaturanzeige gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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9b eine Draufsicht auf ein Thermostat mit einer Anzeige einer Restdauer gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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9c eine stirnseitige Ansicht eines Thermostats mit einer Temperaturanzeige gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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10 eine schematische Ansicht eines Stellmotors gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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11a einen Verlauf einer Verstellung einer Solltemperatur samt Steuerimpulse für taktile Rückkopplung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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11b ein Steuerimpuls gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Thermostats 2 mit motorischem Stellantrieb.
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Das Thermostat 2 weist ein Gehäuse 4 sowie einen Grundkörper 6 auf. In dem Grundkörper 6 ist ein motorischer Stellantrieb 8 angeordnet. Der Stellantrieb 8 ist über eine Achse 8a mit einem Untersetzungsgetriebe 10 verbunden. Über das Untersetzungsgetriebe 10 wird eine Spindel 12 in axialer Richtung verschoben. An dem Gehäuse 4 ist ein Schraubanschluss 14 angeordnet, über den das Thermostat 2 mit einem Ventil einer Heizungs-, Lüftungs- und/oder Klimaanlage verbunden werden kann. Die Spindel 12 wird im verbundenen Zustand in Wirkverbindung mit dem Stellventil des Heizkörpers gebracht und über den Stellantrieb 8 lässt sich somit das Ventil öffnen und schließen.
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Zur Ansteuerung des Stellantriebs 8 und somit zur Einstellung des Volumenstroms durch das Ventil ist in dem Grundkörper 6 ein Steuerrechner 16 vorgesehen. Der Steuerrechner 16 ist derart programmiert, um die zuvor und nachfolgend beschriebenen Verfahren auszuführen.
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Der Steuerrechner 16 ist in der Regel ein Mikroprozessor, der eine Vielzahl von Funktionen ausüben kann. Der Steuerrechner 16 ist mit einem Temperatursensor 18 verbunden. Der Temperatursensor 18 misst die Ist-Temperatur. Hierzu hat der Temperatursensor 18 vorzugsweise einen Temperaturfühler, der am Gehäuse 4 oder außerhalb des Gehäuses 4 angeordnet ist, um die tatsächliche Temperatur in der Umgebung des Gehäuses 4 zu messen und nicht die Temperatur innerhalb des Grundkörpers 6.
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In dem Steuerrechner kann eine Soll-Temperatur eingestellt werden. Dies ist herkömmlicherweise über beispielsweise ein nicht dargestelltes Drehrad an dem Gehäuse möglich. Auch ist es möglich, dass der Steuerrechner 16 über Kommunikationsmittel verfügt, um mit einer zentralen Steuerung über die Luftschnittstelle zu kommunizieren. Somit kann der Steuerrechner 16 über die Luftschnittstelle beispielsweise Vorgaben für Solltemperaturen empfangen. Diese vorgegebene Soll-Temperatur kann mit der vom Temperatursensor 18 gemessenen Ist-Temperatur verglichen werden und abhängig vom Vergleichsergebnis kann der Stellantrieb 8 angetrieben werden. Hierdurch kann die Spindel 12 in Längsrichtung vor und zurück bewegt werden, um die Ventilstellung des Heizkörpers zu beeinflussen.
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Neuartige Thermostate 2 verfügen über eine Anzeigeeinrichtung 20 über die beispielsweise die Ist-Temperatur, die Soll-Temperatur, die aktuelle Uhrzeit und dergleichen angezeigt werden kann. In der Regel ist die Anzeigeeinrichtung 20 eine Flüssigkristallanzeige, welche von dem Steuerrechner 16 entsprechend angesteuert wird.
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Wie erwähnt, ist die Einstellung der Soll-Temperatur bei den herkömmlichen Thermostaten 2 entweder über ein Stellrad an dem Thermostat 2 oder von einem entfernten Steuerrechner aus möglich. Gerade die Bedienung eines Stellrads ist jedoch fehleranfällig, da Verschmutzungen und Verkrustungen zu Fehlern führen können. Außerdem sind Nutzer heutzutage daran gewöhnt, sogenannte Touch-Displays zu bedienen, in dem nur über eine Berührung eine Veränderung einer Einstellung vorgenommen werden kann. Solche Touch-Displays arbeiten in der Regel mit kapazitiven und/oder resistiven Näherungsensoren. Insbesondere kapazitive Näherungssensoren eignen sich dazu, berührungslos Bedienungen zuzulassen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist es nunmehr möglich, dass das Thermostat 2 ebenfalls mit solchen Näherungssensoren ausgestattet ist, um eine berührungslose Einstellung der Soll-Temperatur oder anderer Parameter zu ermöglichen. Hierzu sind, wie in der 2 dargestellt, verschiedene Maßnahmen an dem Thermostat 2 notwendig.
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2 zeigt einen Grundkörper 6 eines Thermostats 2, welches im Wesentlichen ähnlich dem Thermostat gemäß 1 aufgebaut ist. Wie in der 2 zu erkennen ist, ist der Grundkörper 6 mit Spindel 12, Getriebe 10, Stellantrieb 8 und Steuerrechner 16 ausgestattet. Außerdem ist ein Temperatursensor 18 vorgesehen. Darüber hinaus sind jedoch an dem Grundkörper 6 Näherungssensoren 22a–e vorgesehen. Die Näherungssensoren 22a, 22b sowie 22e und 22d sind in dem in 2 dargestellten Beispiel an der Mantelfläche des Grundkörpers 6 angeordnet. Hierzu sind in der Mantelfläche des Grundkörpers 6 jeweils Nuten vorgesehen, die zur Aufnahme des Näherungssensors 22 geeignet sind. Die Näherungssensoren 22a, b, d, e eignen sich zur Erfassung von Drehbewegungen, um den Drehkörper 6 herum, wie nachfolgend noch gezeigt werden wird. Zusätzlich zu den umfangsseitigen Näherungssensoren 22 ist an der Stirnseite 6a des Grundkörpers 6 ein weiterer Näherungssensor 22c vorgesehen. Auch dieser ist in einem Rücksprung innerhalb des Grundkörpers 6 angeordnet, so dass er wie auch die anderen Näherungssensoren 22 möglichst eben mit der äußeren Oberfläche des Grundkörpers 6 abschließt.
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Die Näherungssensoren 22 sind über geeignete Steuerleitungen mit dem Steuerrechner 16 verbunden. Über die Steuerleitungen werden die Näherungssensoren 22 mit elektrischer Leistung gespeist und liefern ein Messsignal an den Steuerrechner 16. Der Steuerrechner 16 wertet die Signale der Näherungssensoren 22 aus und schließt daraus entweder auf eine stirnseitige Annäherung an den Näherungssensor 22c, eine umfangsseitige Annäherung an zumindest einen der Näherungssensor 22a, b, e, d oder eine Drehbewegung um die Näherungssensoren 22a, b, e, d herum. Insbesondere im Fall, in dem die Näherungssensoren 22a, b, e, d eine Annäherung eines Gegenstandes, beispielsweise einer Hand detektieren, wird der Näherungssensor 22c durch den Steuerrechner 1 inaktiviert, so dass dieser keine weitere Auswertung durchführt, bis die Näherungssensoren 22a, b, e, d ein Signal ausgeben, dass der Gegenstand entfernt wurde. Dies verhindert, dass bei einer Drehbewegung um die umfangsseitige Näherungssensoren 22 der stirnseitige Näherungssensor 22c eine fehlerhafte bzw. ungewollte Messung durchführt.
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Die Näherungssensoren 22 sind in dem gezeigten Beispiel in dem Grundkörper 6 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Näherungssensoren 22 auf dem Grundkörper 6 angeordnet sind und insbesondere in Vertiefungen innerhalb des Gehäuses 4 angeordnet sind.
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Neben den Näherungssensoren 22 sind auch Leuchtmittel 24a, b vorgesehen. Die Leuchtmittel 24a, b sind vorzugsweise LED-Streifen, die eine Längsausdehnung aufweisen und die über den Steuerrechner 16 so angesteuert werden, dass auch nur Teilbereiche aktiviert sein können und leuchten, wohingegen andere Teilbereiche inaktiv bleiben und nicht leuchten. Somit können die Leuchtmittel 24 durch Aktivierung unterschiedlich langer Teilbereiche Werte wie beispielsweise Ist-Temperatur, relative Soll-Temperatur und dergleichen ausgeben. Es versteht sich, dass eine jeweilige Länge eines Teilbereichs einer jeweiligen Temperatur zugeordnet ist. Diese Zuordnung ist vorzugsweise abhängig von einer Skala an dem Gehäuse und kann fest programmiert sein.
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Eine mögliche Anordnung der Näherungssensoren 22 sowie der Leuchtmittel 24 ist in der 3 dargestellt. 3 zeigt eine Ansicht eines Grundkörpers 6. Zu erkennen ist, dass im Bereich einer äußeren Mantelfläche des Grundkörpers 6 zwei Näherungssensoren 22a, 22e vorgesehen sind. Die Näherungssensoren 22a, e sind dabei entlang einer gleichen Umfangslinie um den Grundkörper 6 herum angeordnet. Der Grundkörper 6 ist vorzugsweise zylindrisch und hat eine Längsachse 6b. Die Näherungssensoren 22a, e sind vorzugsweise in definierten Winkelabständen um die Längsachse b herum angeordnet. Vorzugsweise ist bei mehr als zwei Näherungssensoren der jeweilige Winkelabstand zwischen zwei Näherungssensoren gleich groß, so dass die Näherungssensoren möglichst gleich verteilt auf der Oberfläche des Grundkörpers 6 angeordnet sind.
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Darüber hinaus ist in dem Grundkörper 6 zumindest ein Leuchtmittel 24 vorgesehen. Wie zu erkennen ist, erstreckt sich das Leuchtmittel 24 in einem Kreisbogen entlang des Umfangs des Grundkörpers 6. Das Kreissegment, welches von dem Leuchtmittel 24 aufgespannt wird, ist vorzugsweise zwischen 45° und 90°. Alternativ oder ergänzend zu dem Leuchtmittel 24 auf der Mantelfläche des Grundkörpers 6 kann ein Leuchtmittel 24 auch stirnseitig an der Stirnfläche 6a des Grundkörpers 6 angeordnet sein, ist hier jedoch der Einfachhalt halber nicht dargestellt.
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Auf der Stirnfläche 6a des Grundkörpers 6 ist ein weiterer Näherungssensor 22c angeordnet. Über den Näherungssensor 22c kann eine stirnseitige Annäherung eines Gegenstandes detektiert werden, wohingegen über die Näherungssensoren 22a, e eine umfangseitige Annäherung an dem Grundkörper 6 detektiert werden kann. Durch Auswertung der Messsignale der umfangseitig angeordneten Näherungssensoren 22a, e, insbesondere durch Berechnung der Differenzen der Änderungen der jeweiligen elektrischen Felder kann eine Drehbewegung eines Gegenstandes um die Längsachse 6b des Grundkörpers 6 detektiert werden. Diese Drehbewegung kann durch den Steuerrechner 16 so ausgewertet werden, dass eine Veränderung der Soll-Temperatur vorgenommen wird.
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4 zeigt eine Ansicht eines Gehäuses 4. Das Gehäuse 4 ist hohlzylindrisch um eine Längsachse 4a. Das Gehäuse 4 hat einen Boden 4b und einen zylindrischen Mantel 4c.
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Das Gehäuse ist zumindest in Teilen aus einem transluzenten Material gebildet. Die Opazität ist in Bereichen derart, dass Licht von einem Leuchtmittel 24 an dem Grundkörper 6 durchscheinen kann, jedoch Details des Grundkörpers 6 durch das Material hindurch nicht erkannt werden können. Die transluzenten Bereiche 26a, 26b sind in der 4 dargestellt. Der Bereich 26a erstreckt sich entlang des Mantels 4c über einen Winkelbereich zwischen 45° und 90° und hat eine Längserstreckung von etwa 1/3 bis 1/4 der Länge des Gehäuses 4. In den Bereichen 26 kann jeweils eine Skala 28a, b aufgetragen sein. Es versteht sich, dass die Bereiche 26a, 26b alternativ oder kommutativ vorgesehen sein können.
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Die Skala 28e weist über den Winkelabschnitt des Bereichs 26b eine Gleichverteilung ihrer Skalenstriche auf, so dass der Winkelabschnitt des Bereichs 26a in gleich große Bereiche durch die Skala 28a bzw. deren Skalenstriche eingeteilt ist. Mit Hilfe der Skala 28a ist es möglich, ein Temperaturbereich der Heizungsanlage bzw. des Thermostats abzubilden. Beispielsweise kann ein Temperaturbereich zwischen 10°C und 30°C möglich sein. Dieser Temperaturbereich wird in gleich große Abschnitte unterteilt, beispielsweise 20 Abschnitte. Wenn der Bereich 26a dann einen Winkelabschnitt von 40° aufspannt, ist die Skala 28a derart, dass pro 2° Winkel ein Skalenstrich vorgesehen ist, so dass insgesamt 20 Skalenstriche der Skala 28a in dem Bereich 26a vorhanden sind.
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Hinter dem Bereich 26a ist am Grundkörper 6 das Leuchtmittel 24a angeordnet, welches einen gleichen Winkelabschnitt wie der Bereich 26a abdeckt. Durch Ansteuerung des Leuchtmittels 24a können unterschiedlich lange Bereiche des Leuchtmittels 24a aktiviert werden und somit die Skala 28a beleuchtet werden. Je nach Einstellung von Soll- und Ist-Temperatur kann dann über die Skala 28a deren relative Lage innerhalb des Temperaturfensters, welches durch das Thermostat 2 abgebildet wird, abgelesen werden.
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Dasselbe gilt natürlich auch für den Bereich 26b, der stirnseitig vorgesehen ist und auch eine Skala 28b aufweist. Auch die Skala 28b kann eine Abbildung des Temperaturbereichs des Thermostats 2 ermöglichen.
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5 zeigt die transluzenten Bereiche 26a, b in einer schematischen Schnittdarstellung durch das Gehäuse 4. Zu erkennen ist, dass die Bereiche 26a, b sowohl auf dem Mantel 4c als auch am Boden 4b angeordnet sind.
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Das Gehäuse 4 ist im montierten Zustand verdrehsicher an dem Grundkörper 6 angeordnet. Hierzu können verschiedenste Verriegelungsmechanismen vorgesehen sein, welche das Gehäuse 4 gegenüber Verdrehung an dem Grundkörper 6 im montierten Zustand sichern. 6a zeigt eine solche Möglichkeit. Hier ist zu erkennen, dass ein radial nach außen weisender Schwalbenschwanz 6c an dem Gehäuse 6 vorgesehen ist, der in eine hierzu korrespondierende Aufnahme 4d an dem Gehäuse 4 geschoben wird. Greift der Schwalbenschwanz 6c in die Aufnahme 4d ein, so kann das Gehäuse 4 nicht mehr um die Längsachse 6b des Grundkörpers 6 verdreht werden und die relative Winkellage zwischen Grundkörper 6 und Gehäuse 4 ist fixiert.
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Eine weitere Variante zeigt die 6b, bei der radial nach außen weisende Federn 6c' an dem Grundkörper 6 vorgesehen sind, die in jeweils entlang der Längsachse verlaufende Nuten 4d' des Gehäuses 4 eingreifen. Auch hierdurch kann ein Verdrehen des Gehäuses 4 relativ zum Grundkörper 6 vermieden werden.
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Für eine berührungslose Einstellung von Soll-Temperatur oder anderer Parameter sind, wie beschrieben, Näherungsensoren 22a bis e vorgesehen. Die Funktionsweise der Näherungssensoren 22 ist in den 7a und b schematisch dargestellt. In der 7a sind die Näherungssensoren 22a, 22d gezeigt, die jeweils ein elektrisches Feld in ihrer Umgebung messen. So kann jeder der Näherungssensoren 22a, 22d als eine Platte eines Kondensators angesehen werden, dessen Gegenstück das elektrische Feld der Umgebung (das Erdfeld) ist. Die beiden elektrischen Felder der Näherungssensoren 22a, 22d sind in der 7 dargestellt. Nähert sich ein Objekt 32, beispielsweise ein Finger, dem elektrischen Feld 30a des Näherungssensors 22a, so verändert sich die Feldstärke des Feldes 30a. Die Ladungsträger auf dem Näherungssensor 22a verändern dadurch Position und Dichte, was durch einen entsprechenden Sensor detektiert werden kann. Bei einer Grenzwertüberschreitung der Veränderung des elektrischen Feldes kann der Näherungssensor 22a somit ein Objekt 32 in seiner Nähe detektieren und ein entsprechendes Signal ausgeben. Auch das elektrische Feld 30d des Näherungssensors 22d verändert sich durch den Gegenstand 32, hierbei kann jedoch die Änderung so marginal sein, dass der Näherungssensor 22d kein entsprechendes Annäherungssignal aufgibt.
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Bewegt sich das Objekt 32 nun, wie beim Übergang von 7a zu 7b dargestellt, zwischen den beiden Näherungssensoren 22a, 22d, so verändern sich die Feldstärken der beiden elektrischen Felder 30a, 30d. Es kann festgestellt werden, in welchem Maße sich das elektrische Feld 30a verändert hat und es kann gleichzeitig festgestellt werden, in welchem Maße sich das elektrische Feld 30d verändert hat. Die jeweiligen Veränderungen sowie Veränderungsrichtungen können ausgewertet werden und hieraus kann eine Bewegung des Objektes 32 entlang der Achse 34 detektiert werden. Die Achse 34 ist vorzugsweise parallel zu Verbindungsgraden zwischen den Näherungssensoren 22a, 22d. Mit Hilfe der nebeneinander angeordneten Näherungssensoren 22a, 22d kann somit eine Bewegung eines Objektes 32 entlang zumindest einer Achse detektiert werden. Durch Auswertung der entsprechenden Sensorsignale kann somit festgestellt werden, in welchem Verhältnis sich das Objekt 32 zu den Näherungssensoren 22a, 22d bewegt hat.
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Die Bedienung eines gegenständlichen Thermostats 2 ist mit Hilfe der Näherungssensoren 22 berührungslos möglich. Mittels Gesten kann ein Nutzer das Thermostat 2 bedienen. In der 8a ist eine stirnseitige Bedienung dargestellt. Ein Nutzer kann seine Hand 32 dem Boden 4b des Gehäuses 4 des Thermostats 2 nähern. Der an der Stirnseite 6a angeordnete Näherungssensor 22c kann diese Annäherung detektieren. In dem Steuerrechner 16 wird die stirnseitige Bedienung aufgrund des Signals des Näherungssensors 22c registriert. Zunächst kann eine taktile Rückkoppelung darüber erfolgen, dass der Stellantrieb 8 kurzzeitig aktiviert wird, was zu einer Vibration des Thermostats 2 führt. Berührt der Nutzer mit seiner Hand 32 das Thermostat 2, kann er diese taktile Rückkoppelung fühlen. Eine kurze Berührung oder Annäherung an die Stirnseite 6a kann beispielsweise dazu genutzt werden, eine Anzeige über die Leuchtmittel 24a, b, zu aktivieren. Auch kann die Anzeige umgeschaltet werden durch kurzzeitiges Berühren oder Annähern an die Stirnseite, beispielsweise zwischen Soll-Temperatur, Ist-Temperatur, Außentemperatur, Luftfeuchte und dergleichen.
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Auch kann ein langes Berühren bzw. Annähern an die Stirnseite durch die Hand 32 einen anderen Befehl in dem Steuerrechner 16 auslösen. Beispielsweise ist es möglich, dass bei einer langen Berührung ein Betriebsmodus umgestellt wird. So kann entweder die Soll-Temperatur an dem Thermostat 2 unmittelbar eingestellt werden, durch Drehbewegung im Bereich des Gehäuses, wie in 8b dargestellt wird (manueller Betrieb), oder ein Automatikbetrieb kann aktiviert werden. Je nachdem, welcher Betrieb aktiviert wurde, kann die taktile Rückkoppelung anders ausfallen, beispielsweise durch unterschiedlich lange Pulse an dem Stellantrieb 8. Bei der Einstellung des Automatikbetriebs kann das Thermostat 2 von einem zentralen Rechner eine Soll-Temperatur empfangen, unabhängig von der manuellen Einstellung an dem Thermostat 2 selbst.
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Zur Verstellung der Soll-Temperatur kann ein Nutzer mit seiner Hand 32, wie in 8b dargestellt ist, um die Längsachse 4a, welche mit der Längsachse 6b des Grundkörpers 6 zusammenfällt, eine Drehbewegung durchführen. Diese Drehbewegung wird durch die am Mantel angeordneten Näherungssensoren 22a, b, d, e detektiert. Die Bewegung entsprechend der in 7 dargestellte Auswertung der Veränderung der elektrischen Felder sensiert werden. Das Gehäuse 4 dreht sich bei der in 8 dargestellten Drehbewegung der Hand 32 nicht, sondern bleibt ortsfest zum Grundkörper 6, welcher fest an dem Heizkörper befestigt ist. Lediglich die Geste des Drehens führt zu einer Veränderung der Soll-Temperatur.
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Beispielsweise kann pro definierten Winkelabschnitt der Drehbewegung, beispielsweise pro 5° Drehbewegung der die Soll-Temperatur um 1°C verändert (erhöht oder verringert) werden. Bei einer Drehbewegung, die jeweils einen definierten Winkelabschnitt überschreitet, kann jeweils ein Impuls an den Stellenantrieb 8 übermittelt werden, um eine taktile Rückkoppelung zu ermöglichen.
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Auch kann ein maximaler und ein minimaler Einstellwert der Soll-Temperatur vorgegeben sein. Wird durch eine Drehbewegung dieser Wert erreicht und die Drehbewegung fortgesetzt, kann durch den Steuerrechner 16 festgestellt werden, dass die Grenze des Einstellbereiches erreicht ist. In diesem Fall kann beispielsweise eine dauerhafte Aktivierung des Stellantriebs für die taktile Rückkoppelung erfolgen.
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Es versteht sich, dass bei der Aktivierung des Stellantriebs 8 für die taktile Rückkoppelung dieser stets oszillierend betrieben wird, um zu verhindern, dass die Spindel 12 maßgeblich in ihrer Position verändert wird.
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Nähert sich der Nutzer mit seiner Hand 32 gemäß der 8b der Mantelfläche 4c des Gehäuses 4, so wird dies durch die Näherungssensoren 22a, b, d, e detektiert und der Näherungssensor 22c kann beispielsweise ausgeschaltet werden. Auch kann bei einer Annäherung der Hand 32 an das Thermostat 2 eine Aktivierung der Leuchtmittel 24 durch den Steuerrechner 16 erfolgen, so dass nur im Falle einer Bedienung und gegebenenfalls einer vorher definierten Nachlaufzeit, die Leuchtmittel 24 aktiviert sind.
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9 zeigt die Darstellung einer Anzeige mittels eines Leuchtmittels 24a. Das Leuchtmittel 24a ist gebildet aus mehreren hintereinander angeordneten Leuchtdioden 34. Vorzugsweise hat das Leuchtmittel 24a zwei Reihen 36a, 36b an Leuchtdioden 34. Jede Reihe 36a, 36b kann auch als eigenständiges Leuchtmittel verstanden werden. Die Reihen 36a, 36b verlaufen parallel zueinander und bilden einen Balken aus Leuchtdioden 34. Wie in der 9a zu erkennen ist, ist das Leuchtmittel 24 im Bereich der Skala 28a angeordnet. Insbesondere ist die Skala 28a und das Leuchtmittel 24a in dem transluzenten Bereich 26a des Gehäuses 4 angeordnet.
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Die beiden Reihen 36a, 36b können aus Leuchtdioden 34 mit unterschiedlicher Farbe gebildet sein. So kann beispielsweise die Reihe 36a aus grünen Leuchtdioden gebildet sein und die Reihe 36b aus roten Leuchtdioden gebildet sein.
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Nähert sich ein Nutzer, wie in 8a dargestellt, dem Thermostat 2, kann diese Annäherung detektiert werden. Der Steuerrechner 16 kann die Leuchtmittel 24a aktivieren, so dass in der Reihe 36a die Anzahl der aktivierten Leuchtdioden (gezeigt durch schwarze Punkte) einen Soll-Wert für die Temperatur repräsentieren. Daneben kann in der Reihe 36b die Anzahl der aktivierten Leuchtdioden 34 einen Ist-Wert der Temperatur repräsentieren. Ist keine Leuchtdiode in der Reihe 36 aktiviert, kann der Nutzer daraus schließen, dass die Ist-Temperatur den untersten Grenzwert für das Thermostat erreicht hat, beispielsweise 10°C. Sind alle Leuchtdioden 34 der Reihe 36b aktiviert, kann der Nutzer daraus schließen, dass die Ist-Temperatur den maximalen Temperaturbereich des Thermostats erreicht hat, beispielsweise 30°C. Das selbe gilt für die Reiher 36a und die eingestellte Soll-Temperatur.
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Durch eine Drehbewegung, wie sie in der 8b dargestellt ist, detektiert der Steuerrechner 16 eine Veränderung der Soll-Temperatur in Richtung größerer bzw. kleinerer Werte. Je nach Drehrichtung wird die Soll-Temperatur erhöht oder verringert, was dazu führt, dass mehr oder weniger Leuchtdioden 34 in der Reihe 36a aktiviert werden. Der Nutzer erhält somit ein optisches Feedback über eine Veränderung der Soll-Temperatur anhand der Länge des Abschnitts in der Reihe 36a, bei der die Leuchtdioden 34 aktiviert sind. Beim Überschreiten jeweils eines Skalenabschnitts der Skala 28a kann eine taktile Rückkoppelung erfolgen, so dass der Nutzer ohne hinzuschauen erkennen kann, dass er sie Soll-Temperatur jeweils um einen bestimmten Wert verändert hat.
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Sind Soll- und Ist-Temperatur identisch, kann dies zunächst dadurch dargestellt werden, dass die Anzahl der aktivierten Leuchtdioden 34 pro Reihe 36a, b gleich groß ist. Ferner kann beispielsweise ein Blinken der Leuchtdioden 34 durch den Steuerrechner 16 aktiviert werden. Auch kann eine andere Art der taktilen Rückmeldung erfolgen, z. B. durch ein längeres oder kürzeres Vibrieren, oder ein Vibrieren mit einer anderen Frequenz.
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Auch ist es denkbar, dass eine weitere Reihe an Leuchtdioden 34 vorgesehen ist, die in einer weiteren Farbe, beispielsweise gelb anzeigt, dass Soll- und Ist-Temperatur identisch sind. Mit dieser weiteren Farbe kann auch eine Veränderung der Soll-Temperatur gegenüber der bisherigen Soll Temperatur dargestellt werden. Die weitere Farbe kann die Spanne aufzeigen, um die die Soll-Temperatur verändert wurde.
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9b zeigt das Thermostat 2 in dem Moment, in dem der Nutzer seine Hand 32 von dem Thermostat 2 entfernt. Dieses Entfernen kann detektiert werden und der Steuerrechner 16 kann abschätzen, wie lange es dauert, bis die Soll-Temperatur und die Ist-Temperatur gleich groß sind. Dies kann der Steuerrechner 16 durch Anwendung eines Wärmemodells, welches für den jeweiligen Raum parametriert ist, durchführen. Abhängig von der Wärmekapazität des Raumes als auch der Vorlauftemperatur des Heizkörpers und der Abstrahlcharakteristik des Heizkörpers kann abgeschätzt werden, wie lange es dauert, bis die Ist-Temperatur die Soll-Temperatur erreicht hat.
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Als Maß für die Dauer können beispielsweise die Leuchtdioden 34 der Reihe 36a, b aktiviert werden. Je mehr Leuchtdioden 34 in den Reihen 36a, b aktiviert werden, desto länger ist die abgeschätzte Dauer. Beispielsweise kann auch hier die Skala 28a verwendet werden. Eine maximale Dauer kann beispielsweise 30 Minuten sein, eine minimale Dauer kann beispielsweise 0 Minuten sein. Der Quotient aus abgeschätzter Dauer zu Maximaldauer kann angeben, welche Anzahl an Leuchtdioden 34 aktiviert werden. Ist der Quotient größer 1, werden alle Leuchtdioden aktiviert. Ist der Quotient beispielsweise 0,5, d. h. eine Aufheizdauer von 15 Minuten ist abgeschätzt, kann genau die Hälfte der Leuchtdioden einer jeweiligen Reihe 36a, 36b aktiviert werden.
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9c zeigt eine Möglichkeit einer stirnseitigen Anzeige mit einer Skala 28b. Die Skala 28b ist gebildet aus verschieden langen Balken, hinter denen jeweils zwei Reihen Leuchtdioden 36a, 36b angeordnet sind. Jeweils auf einer linken Seite eines Balkens der Skala 28b kann eine Reihe 36a angeordnet sein, die die Ist-Temperatur repräsentiert und jeweils auf einer rechten Seite kann eine Reihe 36b vorgesehen sein, die die jeweilige Soll-Temperatur repräsentiert. In der 9 ist zu erkennen, dass die Soll-Temperatur größer ist als die Ist-Temperatur, was durch eine entsprechende Ansteuerung der LEDs 34 der Reihe 36a, 36b ermöglicht ist.
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Die taktile Rückkoppelung kann über den Stellantrieb 8 oder über einen Zusatzmotor innerhalb des Grundkörpers 6 erfolgen. 10 zeigt beispielhaft, wie eine solche taktile Rückkoppelung über den Stellantrieb 8 erfolgen kann. Der Stellantrieb 8 weist an seinem Gehäuse ein über eine Feder 38 gelagerte Schwungmaße 40 auf. Über die Feder 38 und die Schwungmasse 40 sowie das dynamische Verhalten des Stellantriebs 8 selbst, kann eine Resonanzfrequenz des Stellantriebs 8 eingestellt werden, welche insbesondere gleich der Frequenz des Impulses ist, welcher von dem Steuerrechner 16 für die taktile Rückkoppelung an den Stellantrieb 8 übermittelt wird. Ein solcher Impuls kann eine Wechselspannung aufweisen, welche mit einer bestimmten Frequenz, beispielsweise zwischen 50 und 200 Hz den Stellantrieb 8 antreibt und somit die Achse 8a mit der entsprechenden Frequenz hin und her bewegt. Hierdurch wird die Schwungmasse 40 und die Feder 38 aktiviert und in Resonanz gebracht, so dass eine möglichst starke Vibration am Thermostat 2 feststellbar ist.
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11a zeigt ein Ablauf eines Verstellens einer Soll-Temperatur zusammen mit den jeweiligen Steuerimpulsen des Steuerrechners 16 an den Motor 18 für die taktile Rückmeldung. Aufgezeigt ist der Verlauf einer Soll-Temperatur 42 ausgehend von einer Basistemperatur, beispielsweise 20°C. Die Veränderung der Soll-Temperatur 42 wird über eine Drehbewegung, wie sie zuvor beschrieben wurde, bewirkt. Überschreitet die Soll-Temperatur dabei jeweils eine bestimmte Grenze, soll ein Steuerimpuls durch den Steuerrechner 16 ausgelöst werden. Im gezeigten Beispiel ist der Einfachhalt halber lediglich ein Intervall von jeweils 5°C vorgegeben, bei dessen Überschreiten ein Steuerimpuls ausgegeben werden soll. Es sind natürlich kleinere oder größere Intervalle möglich, insbesondere Intervalle in Schritten von einem oder einem halben Grad. In dem in 11a gezeigten Beispiel wird die Soll-Temperatur 42 von der Basistemperatur beispielsweise konstant zunächst um 5°C und dann um 10°C erhöht. Zu den Zeitpunkten 44, 46 überschreitet die Soll-Temperatur einen Grenzwert, hier jeweils 5°C bzw. 10°C, was dazu führt, dass ein Steuerimpuls 48 zum Zeitpunkt 44, sowie zum Zeitpunkt 46 ausgelöst wird. Dasselbe gilt für den weiteren Verlauf der Veränderung der Soll-Temperatur 42, bei der jeweils wenn eine Intervallgrenze überschritten wird, ein Steuerimpuls 48 ausgelöst wird.
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Zum Zeitpunkt 50 unterschreitet die Soll-Temperatur einen unteren Grenzbereich. Der Nutzer kann jedoch weiter eine Drehbewegung vornehmen und virtuell die Soll-Temperatur weiter verringern. Im Steuerrechner 16 verbleibt die Soll-Temperatur dann aber bei dem Grenzwert, bis eine Bedienung in die andere Richtung erfolgt. Da aber zum Zeitpunkt 50 der untere Grenzwert bereits überschritten ist, kann ein längerer Steuerimpuls 52 ausgegeben werden. Dieser kann beispielsweise solange ausgegeben werden, wie eine Veränderung der Soll-Temperatur 42 vorgenommen wird und diese unterhalb der unteren Grenze liegt. Das gleiche gilt natürlich auch für eine obere Grenze. Hört der Nutzer mit der Bedienung des Thermostats 2 auf, also liegt keine Drehbewegung mehr vor, kann der Impuls 52 beendet werden. Gleiches gilt natürlich für ein Überschreiten der oberen Grenze. Durch den langen Impuls erhält der Nutzer unmittelbar ein dauerhaftes taktiles Feedback, dass er die Soll-Temperatur nicht weiter in die von ihm gewünschte Richtung verändern kann.
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Ein Verlauf eines Impulses 48 bzw. eines Impuls 52 ist in der 11b dargestellt. Zu erkennen ist, dass der Impuls aus einer Wechselspannung gebildet ist, die beispielsweise mit einer Frequenz von 100 Hz um den Nullpunkt schwingt. Die Dauer 54 eines Impulses ist abhängig davon, ob ein kurzer Impuls 48 oder ein langer Impuls 52 durch den Steuerrechner 16 aktiviert ist. Durch die Ansteuerung des Stellmotors 8 mit dem Puls entsprechend der 11b, wird dieser in Schwingung versetzt, ohne dass die Spindel 12 maßgeblich aus ihrer bisherigen Position herausbewegt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Thermostat
- 4
- Gehäuse
- 4a
- Längsachse
- 4b
- Boden
- 4c
- Mantel
- 6
- Grundkörper
- 6a
- Stirnseite
- 6b
- Längsachse
- 8
- Stellantrieb
- 10
- Getriebe
- 12
- Spindel
- 14
- Schraubanschluss
- 16
- Steuerrechner
- 18
- Temperatursensor
- 20
- Anzeigeeinrichtung
- 22a–e
- Näherungssensor
- 24a, b
- Leuchtmittel
- 26a. b
- Bereiche
- 28a, b
- Skala
- 30
- elektrisches Feld
- 32
- Hand
- 34
- Leuchtdiode
- 36a, b
- Reihe
- 38
- Feder
- 40
- Schwungmaße
- 42
- Soll-Temperatur
- 44, 46
- Zeitpunkt
- 48
- Impuls
- 50
- Zeitpunkt
- 52
- Impuls
- 54
- Dauer
