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Elektrische Steuerungseinrichtung für das Ventil einer Wasserzuleitung
Die Erfindung betrifft eine elektrische SteuerungseinrichRung für das Ventil einer
Wasserzuleitung mit einer in der Nähe des Ventils befindlichen Fühlerelektrode und
einem damit verbundenen Schwingkreis, der in Abhängigkeit von der Kapazitätsänderung
der Fühlerelektrode seinen Schwingungszuustand ändert und in Abhängigkeit von diesem
das Ventil öffnet oder schließt.
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Es ist eine Steuerungseinrichtung dieser Art bekannt, bei der, wenn
ein Gegenstand, wie eün menschlicher Körper oder ein Teil davon, in. ein, bestimmtes
Feld in der Nähe des Ventils, kommt, die Annäherung dieses Gegenstands als Änderung
der elektrostatischen Kapazität der Fühlerelektrode festgestellt und diese Änderung
benutzt wird um dien Schwingungszustand und demzufolge auch das Schwingungsausgangssignal
des Schwingkreises zu ändern. Durch das Ausgangssignal wird das elektromagnetische
Ventil betätigt, welches die Wasserzuleitung öffnet oder schließt. Um die Annäherung
eines Gegenstands als Änderung der elektrostatischen Kapazität feststellen zu können,
muß die Fühlerelektrode in der Nähe des Ventils der Wasserzuleitung liegen. Dann
wird, wenn z. B. die Hände sich dem Auslauf nähern, das elektromagnetische Ventil
betätigt, um das Wasser ausfließen zu lassen. Wenn sich aber in der Nähe der Fühlerelektrode
der Wasserstrom einstellt, wird die elektrostatische Kapazität, die durch den Eintritt
der Hände in das Feld der Elektrode angewachsen war, durch das im Elektrodenfeld
strömende Wasser noch weiter verstärkt. Demzufolge kann nach dem Entfemnen der Hände
aus dem Elektrodenfeld die Abnahme der elektrostatischen Kapazität nicht ausreichend
sein, um den Schwingungszustand des Schwingkreises so weit zu ändiern, daß der Wasserzufluß
aufhört, weil der Wasserstrahl noch innerhalb des Elektrodenfelds vorhanden ist.
Wenn die Einrichtung so eingestellt ist, daß bei großer Empfindlichkeit des Fühlers
der Schwingungszustand des Schwingkreises durch ein kleines Anwachsen der elektrostatischen
Kapazität, wie er beim Eintritt eines Gegenstands in, das Elektrod'enfeld auftritt,
derart geändert wird, daß das Ventil geöffnet wird, führt das Entfernen des Gegenstands
aus dem Feld nicht zu einer Unterbrechung des Wasserstrahls. Wenn umgekehrt die
Einrichtung so eingestellt ist, daß beim Vorhandensein des Wasserstrahls und eines
Gegenstands im Elektrodenfeld das Entfernen des Gegenstands den Wasserstrom mit
Sicherheit unterbricht, kommt es beim erneuten Einführen des Gegenstands in das
Feld nicht wieder zum Fließen des Wassers. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine selbsttätige Steuerungseinrichtung für das Ventil einer Wasserzuleitung
anzugeben, bei der der Wasserstrom mit Sicherheit unterbrochen wird, wenn ein Gegenstand,
z. B. die menschliche Hand, aus der Nähe des Auslasses entfernt wird, bei dem aber
die hohe Empfindlichkeit im Hinblick auf die Annäherung eines Gegenstands an den
Auslauf beibehalten bleibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Fühlerelektrode
ein Kondensator über eine Schaltvorrichtung parallel geschaltet ist, die bei einem
den Wasseraustritt verursachenden Annähern eines Gegenstands öffnet und- beim Entfernen
des Gegenstands schließt.
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Eine solche Steuerungseinrichtung weist eine erste Empfindlichkeit
auf, bevor ein: Gegenstand in das Feld der Fühlerelektrode eintritt, und eine zweite
Empfindlichkeit, nachdem der Gegenstand in das Feld eingetreten ist. Die erste Empfindlichkeit
reicht aus, um den Eintritt des Gegenstands festzustellen und das Ventil zu öffnen;
die zweite Empfindlichkeit reicht aus, um das Entfernen des Gegenstands aus, dem
Feld festzustellen und den Wasserstrom durch das Schließen des Ventils mit Sicherheit
zu unterbrechen. Dies wird mit dem Kondensator bewirkt, der parallel zur Fühlerelektrode
geschaltet ist, so daß die Abtrennung des Kondensators von der Gesamtkapazität für
einen Zeitraum nach dem Beginn des
Wasserflusses dem Schwingkreis
einen anderen Schwingungszustand verleiht als vor der Abtremmung.
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Wertere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung wird an Hand mehrerer in der Zeichnung veranschaulichter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung,
teilweise im Blockschaltbild, eines Ausführungsbeispiels, F i g. 2 ein Blockschaltbild
eines Teils eines anderen Ausführungsbeispiels und F i g. 3 in einer Seitenansicht
ein Beispiel für die Befestigung der Fühlerelektrode mit zugehörigen Elementen.
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In F i g.1 ist ein Waschbecken 12 aus keramischem Material dargestellt,
das an einer Wand 10 eines Raums angebracht ist. Das Becken ist an seinem Boden
mit einem Abfiußrohr 14 versehen. Ein Auslauf 16 ohne Verschlußkörper ist auf dem
Becken befestigt. Der Auslauf 16 ist mit einer Zuleitung 18 verbunden, die an einem
nicht dargestellten Wasserleitungsnetz angeschlossen und in die ein elektromagnetisches
Ventil 20 eingesetzt ist. Bei Erregung öffnet das Ventil die Zuleitung, bei Entregung
schließt es sie. An der Rückseite des Beckens 12 ist in der Nähe des Auslaufs 16
eine Annäherungsfühlerelektrode 22 angeschlossen. Beim Eintritt eines Gegenstands,
beispielsweise der Hände einer Person, in das Feld der Elektrode wächst deren Kapazität.
Ein Kondensator 24 liegt parallel zu der Kapazität der Elektrode. Ein Schaltkreis
30 besteht aus einem Paar Transistoren 26 und 28, mit jeweils entgegengesetztem
Ein-Aus-Zustand. Der Kondensator 24 liegt in Reihe mit dem Transistor 28, so daß,
wenn der Transistor 28 an ist, die Parallelverbindung der zwei Kapazitäten vorhanden
ist, während bei abgeschaltetem Transistor die Verbindung unterbrochen ist.
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Die Kapazitäten der Elektrode 22 und des Kondensators 24 werden als
Elemente zur Veränderung des Schwingungszustands eines Schwingkreises 32 benutzt.
Diese Elemente sind also ein Teil oder die Gesamtheit einer Kapazität, die zu einem
Abstimmkreis im Schwingkreis 32 gehört.
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Das Schwingungsausgangssignal des Schwingkreises 32 wird durch einen
Verstärker 34 verstärkt, dessen Ausgangssignal wiederum an einen Schaltkreis 36
gelegt wird, beispielsweise ein transistoriertes, kontaktloses Wechselstromrelais.
Wenn das verstärkte Ausgangssignal dem Relais 36 zugeführt wird, schließt dieses,
so daß auch das elektromagnetische Ventil 20 geschlossen ist. Wenn das Schwingungsausgangssignal
des Schwingkreises 32 unterbrochen wird, erscheint kein Signal am Relais 36, so
daß dieses eingeschaltet und das Ventil 20 betätigt wird, um die Zuleitung 18 zu
öffnen und einen Wasserstrahl austreten zu lassen. Das Ausgangssignal des Verstärkers
34 wird außerdem an einen Verzögerungskreis 38 gelegt. Der Verzögerungskreis 38
ist so aufgebaut, daß er, wenn er ein Ausgangssignal des Verstärkers 34 erhält,
kein Ausgangssignal erzeugt, aber daß, wenn das Ausgangssignal des Verstärkers fehlt,
der Verzögerungskreis 38 nach einer bestimm-' ten Zeit ein Ausgangssignal erzeugt.
Das Ausgangssignal des Verzögerungskreises 38 gelangt zur Basis des Transistors
26. Der Aufbau ist so getroffen, daß, solange der Schwingkreis 32 seine Schwingungen
aufrechterhält, der eine Transistor 26 aus- und der andere Transistor 27 eingeschaltet
ist. Dann wird, wenn das Signal vom Verzögerungskreis 38 zur Basis des Transistors
26 kommt, dieser eingeschaltet, worauf ein Strom durch einen Vorspannungswiderstand
40 fließt und dort einen Spannungsabfall erzeugt, der den Transistor 28 ausschaltet.
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Wenn sich kein Gegenstand in der Nähe der Elektrode 22 befindet, ist
die mit dem Schwingkreis 32 verbundene elektrostatische Kapazität im wesentlichen
nur diejenige des Kondensators 24. Unter dieser Bedingung. kann der Schwingkreis
seine Schwingungen aufrechterhalten. Der Schwingkreis ist jedoch so ausgebildet
und aufgebaut, daß eine kleine Vergrößerung der elektrostatischen Kapazität eine
Unterbrechung der Schwingungen hervorruft. Der Schwingkreis ist mithin sehr empfindlich
gegenüber der Annäherung eines Gegenstands an die Fühlerelektrode, er hat also eine
»erste« Empfindlichkeit.
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Wenn die Hände einer Person sich dem Auslauf 16 und demzufolge der
Elektrode 22 nähern, wächst die Kapazität der Elektrode derart, daß der Schwingkreis
32 seine Schwingungen unterbricht. Dann wird das Relais 36 eingeschaltet, das elektromagnetische
Ventil 20 erregt und die Wasserzuleitung 18 geöffnet, so daß Wasser
in das Becken 12 fließt. In diesem Augenblick verursacht das fließende Wasser einen
weiteren Anstieg der Kapazität der Elektrode 22.
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Auf der anderen Seite erzeugt nach einer gewissen Zeit, beispielsweise
ein paar Sekunden nach dem Aufhören der Schwingungen des Schwingkreises, wenn also
das Wasser aus dem Auslauf zu fließen begonnen hat, der Zeitverzögerungskreis 28
ein Ausgangssignal, das zur Basis des Transistors 26 gelangt und diesen einschaltet,
wodurch der andere Transistor 28 ausgeschaltet wird. Hiermit wird der Kondensator
24 von Erde abgetrennt, so daß die nun mit dem Schwingkreis 32 verbundene Kapazität
nur diejenige der Elektrode 22 ist, die durch das Vorhandensein sowohl des menschlichen
Körpers als auch des Wasserstrahls bestimmt wird. In diesem Zustand bleibt der .Schwingkreis
32 noch unwirksam, aber er ist leichter bereit, Schwingungen zu erzeugen, als wenn
der Kondensator 24 zusammen mit der Kapazität der vom menschlichen Körper und vom
Wasserstrahl beeinflußten Elektrode 22 an dem Schwingkreis 32 angeschlossen wäre.
In diesem Zustand hat der Schwingkreis seine »zweite« Empfindlichkeit.
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Wenn nun die Person ihre Hände aus der Nähe des Auslaufs entfernt,
führt der entsprechende Kapazitätsabfall dazu, daß der Schwingkreis 32 mit seinen
Schwingungen beginnt, so daß das elektromagnetische Ventil 20 erregt wird und den
Wasserstrahl unterbricht, während gleichzeitig der Transistor 26 abgeschaltet und
der Transistor 28 eingeschaltet wird, wodurch der Kondensator 24 erneut geerdet
wird. Auf diese Weise kehrt der Schwingkreis zu seiner ersten Empfindlichkeit zurück.
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Bei einem Ausführungsbeispiel war der Schwingkreis so bemessen, daß
die Schwingungen sich fortsetzten, wenn die mit dem Schwingkreis verbundene Kapazität
kleiner als 4,5 pF war, daß aber die Schwingungen unterbrochen wurden, wenn die
Kapazität diesen Wert überschritt. Die Kapazität des Kondensators 24 und die Kapazität
der Elektrode 22, verursacht durch einen menschlichen Körper und durch den Wasserstrahl,
betrugen 4,2 und 3 pF. Wenn sich kein menschlicher Körper in der Nähe
des
Auslaufs befand, war die einzige mit dem Schwingkreis verbundene Kapazität diejenige
des Kondensators 24, also 4 pF, so daß die Schwingungen aufrechterhalten blieben.
Wenn eine Person ihre Hände so nahe heranführte, daß die Kapazität der Elektrode
22 0,5 pF erreichte, unterbrach der Schwingkreis 32 seine Schwingungen, so daß Wasser
aus dem Auslauf floß. Wenn die Person ihre Hände noch dichter heranführte, bis die
Kapazität auf etwa 2 pF anwuchs, wurde der Transistor 28 abgeschaltet und trennte
den Kondensator von Erde ab, so daß die gesamte Kapazität einschließlich der durch
den Wasserstrahl verursachten Kapazität nunmehr 5 pF betrug.
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Da bei diesem Zustand die Kapazität größer als 4,5 pF war, blieb der
Schwingkreis 32 unwirksam, war aber bereit, mit den Schwingungen zu beginnen, wenn
die Kapazität um nur 0,5 pF abfiel. Wenn die Hände so weit vom Auslauf entfernt
wurden, daß ein Kapazitätsabfall von nur 0,5 pF eintrat, begann der Schwingkreis
erneut mit seinen Schwingungen, so daß der Wasserstrahl unterbrochen wurde.
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Bei diesem Beispiel war der Schwingkreis so aufgebaut, daß seine Schwingungen
bei Annäherung eines Gegenstands unterbrochen wurden. Selbstverständlich kann der
Aufbau auch so sein, daß der Schwingkreis in entgegengesetzter Weise arbeitet.
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In F i g. 2 ist der transistorierte Schaltkreis 30 durch ein Kontaktrelais
42 ersetzt. Das Relais liegt mit seinen Kontakten 44 in Reihe mit dem Kondensator
24, und seine Spule 46 ist so angeschlossen, daß sie durch das Ausgangssignal des
Zeitverzögerungskreises 38 erregt wird. Wenn sich die Hände der Elektrode 22 nähern
und die Schwingungen des Schwingkreises 32 unterbrochen werden, erzeugt der Verzögerungskreis
38 nach einer gewissen Zeit ein Ausgangssignal, das die Spule 46 erregt und die
Kontakte 44 öffnet, wodurch der Kondensator 24 von der Eingangsseite des Schwingkreises
abgeschaltet wird. Die Arbeitsweise der Gesamtschaltung der F i g. 2 ist ähnlich
derjenigen der F i g. 1, so daß keine weitere Erläuterung notwendig ist.
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Bei der praktischen Ausführung ist es vorteilhaft, den Schwingkreis
zusammen mit dem Verstärker und dem elektromagnetischen Ventil in einem gemeinsamen
Gehäuse unterzubringen, das über eine Anschlußleitung mit der Fühlerelektrode verbunden
ist. Wenn aber bei einer solchen Ausbildung die Zuführungsleitung zufälligerweise
durch den einen oder anderen Grund bewegt oder verschoben wird, ändert sich die
Kapazität der Leitung, wodurch sich Änderungen in der Empfindlichkeit des Geräts
ergeben. Das Problem kann dadurch gelöst werden, daß der Schwingkreis von den anderen
Kreisen getrennt und mit der Fühlerelektrode verbunden wird. Ein Beispiel dieses
Aufbaus ist in F i g. 3 gezeigt, wo der Schwingkreis 32, der vorzugsweise
mit Transistoren aufgebaut ist, in einem Gehäuse 50 aus Isoliermaterial untergebracht
ist, an dessen einer Fläche die Fühlerelektrode 22 angeschlossen ist. Das Gehäuse
50 ist hinter dem Becken 12 angeordnet. Die Elektrode 22 ist
der Beckenrückwand zugewendet und mittels eines Arms 54 gehalten, der entfernbar
und einstellbar an der Wasserzuleitung 18 befestigt ist. Eine Anschlußleitung
56 überträgt die Ausgangssignale des Schwingkreises 32 zum Verstärker 34. der in
einem nicht gezeichneten gesonderten Gehäuse zusammen mit dem elektromagnetischen
Ventil 20 untergebracht sein kann. Da bei dieser Ausführung die die Elektrode 22
und den Schwingkreis 32 verbindende Anschlußleitung ebenfalls im Gehäuse 50 eingeschlossen
ist, bleiben die zugehörigen elektrischen Daten konstant, so daß die Empfindlichkeit
des Geräts unverändert bleiben kann. Der Schaltkreis 30 und der Kondensator 24 können
vorzugsweise ebenfalls im Gehäuse 50 untergebracht sein.