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Die Erfindung betrifft eine Schaltung für die elektrische Steuerung
eines Ventils, wie z. B. eines Wasserhahns.
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Es ist eine Vorrichtung zum lichtelektrischen Steuern der Wasserzufuhr
bei sanitären Apparaten bekannt, wobei eine Lichtquelle und eine Photozelle beispielsweise
in einem Waschbecken versenkt eingebaut sind, und zwar derart, daß der Lichtstrahl
von der Lichtquelle zur Photozelle beispielsweise beim Händewaschen unterbrochen
und dadurch mittels durch die Photozelle gesteuerter Organe der Wasserhahn automatisch
geöffnet wird, ohne daß der Benutzer irgendwelche Bedienungsorgane betätigt. Bei
einer solchen Anordnung können die Öffnungen für die Lichtquelle und die Photozelle
sehr leicht durch Schmutz oder auch eingetrocknete Seife abgedeckt werden, so daß
dadurch ebenfalls der Lichtstrahl unterbrochen wird und das Wasser dauernd fließt.
Ferner besteht bei einer Lampe immer die Gefahr, daß diese durchbrennt, wobei auch
in diesem Falle der Steuermechanismus unterbrochen ist und der Wasserverbrauch übermäßig
hoch wird.
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Weiterhin ist eine Vorrichtung an Werkzeugmaschinen zum Auslösen von
Schaltvorgängen, insbesondere zur Unfallverhütung, bekannt, die eine ein elektromagnetisches
Feld ausstrahlende Elektrode und eine beim Eintritt von Fremdkörpern in das Feld
durch die dadurch verursachte Änderung der Schwingkreisgrößen, wie beispielsweise
der Kapazität, gesteuerte Schalteinrichtung zum Ändern der Betriebsart der Maschine
aufweist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Schaltung
für die elektrische Steuerung eines Ventils, insbesondere bei sanitären Anlagen,
so auszubilden, daß der Benutzer ohne Berührung irgendeines Teiles eine solche Anlage
automatisch in Betrieb setzen kann, daß ferner die Wirkungsweise und Zuverlässigkeit
dieser Steuerung durch etwaige Verschmutzung od. dgl. in keiner Weise beeinträchtigt
wird und die an dieser Anlage selbst angebrachten Teile so einfach und robust ausgebildet
werden können, daß ihre Lebensdauer der Lebensdauer dieser Anlage gleichzusetzen
ist, und daß schließlich mit dem Inbetriebsetzen der Anlage auch der Zeitpunkt des
Ausschaltens festgelegt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Oszillator mit
kapazitiver Antenne; wobei der Oszillator an dieser Antenne angeschlossen ist und
seine Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einer Änderung der elektrostatischen
Kapazität der Antenne ändert, sowie durch einen Steuerkreis, der durch den Ausgang
des Oszillators betätigt wird, wobei ein Kreis mit variablem Kondensator, dessen
einer Anschluß mit der Antenne verbunden ist, eine Schaltung mit bestimmter Zeitkonstante
enthält, die einen zweiten Kondensator und einen Widerstand enthält, und wobei ferner
eine Spannungsquelle für eine Vorspannung mit der anderen Seite des variablen Kondensators
verbunden .ist, und dieser zweite Kondensator an eine Seite des variablen Kondensators
i und an einen kapazitiven Entladungskreis angeschlossen ist, wobei dadurch die
Aufladung und Entladung dieses zweiten Kondensators gesteuert wird, wobei in einer
Leitung, deren Auslaß in der Nähe der kapazitiven Antenne liegt, ein Magnetventil
angeordnet ist, das durch diesen Steuerkreis betätigt wird.
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Beim automatischen Inbetriebsetzen beispielsweise einer sanitären
Anlage ohne Berührung irgendeines Teiles kann bei einer solchen Ausbildung der elektrischen
Steuerung das Tastorgan praktisch störungsunempfindlich und wartungsfrei ausgebildet
sowie durch die Zeitverzögerungselemente mit dem Einschalten auch der Zeitpunkt
des Ausschaltens der Wasserzuführung festgelegt werden.
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Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden
an Hand der Zeichnung erläutert, in der F i g. 1 die Lage einer Antenne bei einer
Handwaschvorrichtung zeigt, die gemäß der Erfindung arbeitet; F i g. 2 ist ein Blockschaltbild
dieser Vorrichtung; F i g. 3 zeigt ein elektrisches Schaltschema dieser Vorrichtung;
F i g. 4 ist ein Längsschnitt durch ein gemäß der Erfindung verwendetes Magnetventil.
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Im folgenden wird nun die in der Zeichnung beispielsweise dargestellte,
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, auf die die Erfindung jedoch
nicht beschränkt sein soll. Ein Becken 18 besteht üblicherweise aus keramischem
Material. 19 ist ein metallischer Wasserauslauf, der keinen Hahn besitzt und normalerweise
geöffnet ist und der so angebracht ist, daß er über die rechte rückwärtige Ecke
des Beckenrandes reicht. 1 ist eine Antenne, die im Innenraum des Beckens 18 in
der Nähe des Auslaufs 19 angebracht ist, und 20 ist ein isolierter Antennendraht,
der an einen Schwingkreis angeschlossen ist.
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In den F i g. 2 und 3 ist eine Antenne 1 und ein Oszillator 2 dargestellt,
der beliebig ausgebildet sein kann, z. B. als Hartley-Oszillator. 3 ist ein Gleichrichter;
4 ist ein Verstärker; 21 ist eine Doppeltriode, die einmal als Oszillatorröhre und
einmal als Verstärkerröhre arbeitet; 5 ist ein Relais und 6 ein Magnetventil, bei
dem der Stromkreis seiner Wicklung durch das Relais geöffnet und geschlossen wird;
7 ist ein automatischer Spannungsregulator, der so betrieben wird, daß bei einer
plötzlichen Änderung der elektrostatischen Kapazität im Antennenkreis des Oszillators
2 die Sperrspannung eines Gitters geändert und der Antennenstrom fließen kann, während
dieser Spannungsregulator jedoch nicht auf eine allmähliche Änderung der elektrostatischen
Kapazität anspricht, so daß kein Wasser fließt, außer daß jemand, der sich die Hände
waschen will, dem Becken nähert und seine Hand in die Nähe des Auslaufs bringt.
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8 ist ein Netzgleichrichter, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt,
wenn Netzwechselstrom verwendet wird, und mit 9 ist ein Transformator angedeutet,
der an ein übliches Wechselstromnetz angeschlossen ist.
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F i g. 4 zeigt ein Magnetventil, das für diese Vorrichtung verwendet
wird, wobei 10 der Grundkörper des Ventils ist, durch den ein Einlaßkanal 11 führt,
der in einem oben offenen Ringkanal a endet, und 12 ist ein Auslaßkanal, der einen
oben offenen Einlaßteil b besitzt. Ein in vertikaler Richtung beweglicher, mit kegelförmigem
Unterteil ausgestatteter Kolben 17 wird durch eine Feder 16 nach unten gedrückt.
Eine elastische Gummiplatte 13 ist zwischen dem Grundteil 10 und dem Kolben 17 eingesetzt.
Eine kleine öffnung 14 in der Gummiplatte 13 ist zum Einlaßkanal 11 ausgerichtet,
und eine in der Mitte angeordnete, konische öffnung der Gummiplatte 13 kann den
konischen Unterteil des Kolbens 17 aufnehmen. Diese Glieder, die Feder 16, der Kolben
17 und die
Gummiplatte 13 sind durch einen vom Grundteil 10 ausgehenden
Deckel zusammen im Raum c eingeschlossen. Wenn die Wicklung 15 erregt wird, dann
wird der Kolben 17 nach oben gezogen.
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Wasser wird in den Raum c durch den Einlaßkanal 11, den Ringkanal
a und die kleine Öffnung 14 eingelassen und drückt die Gummiplatte 13 nach unten
und sperrt damit die kleine Öffnung 14, und auch die mittlere konische Öffnung wird
durch die Wirkung der Feder 16 gesperrt, so daß das in das Magnetventil 6 eingelassene
Wasser nicht direkt zum Auslaßkana112 gelangen kann, so daß kein Wasser aus dem
Auslaß 19 über dem Becken 18 der F i g. 1 tropfen kann, der mit diesem Auslaßkanal
12 in Verbindung steht.
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Im folgenden wird die elektrische Schaltung dieser Vorrichtung erläutert.
Der Oszillator 2 kann irgendein Hartley- oder ein Colpitts-Oszillator sein oder
ein anderer Oszillator, und die eine Hälfte der Doppelröhre kann als Oszillatorröhre
für diesen Oszillator verwendet werden, während die andere Hälfte der Röhre als
Verstärkerröhre des anschließenden Verstärkers dient. In F i g. 3 ist eine Ausführungsform
dargestellt, bei der eine Doppelröhre 21 einmal als Oszillatorröhre und einmal als
Verstärkerröhre :arbeitet.
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An den Gleichrichter 8 ist ein fester Spannungsteilerwiderstand 23
angeschlossen, dessen Schleifkontakt an den Pluspol des variablen Kondensators 24
des automatischen Spannungsregulators 7 angeschlossen ist, dessen Minuspol von vornherein
ein gewünschtes Potential erteilt erhält. Diese Anordnung ist mit der Wirkung des
aus einem Widerstand 25 und einem Kondensator 26 bestehenden, eine bestimmte Zeitkonstante
aufweisenden Kreises gekoppelt, wie später erläutert wird, so daß die Sperrwirkung
der Verstärkerröhre aufgehoben werden kann, die mit dem Oszillator verbunden ist
und der Oszillator automatisch stabilisiert wird.
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Die Kathode der Oszillatorröhre des Oszillators 2 ist zusammen mit
einer Anzapfung einer Oszillatorspule mit dem Gitterkreis des Oszillators verbunden
und an den Pluspol des Gleichrichters angeschlossen, dessen Minuspol mit dem Gitter
der Verstärkerröhre des Verstärkers 4 verbunden ist. Der Minuspol des Gleichrichters
3 und infolgedessen auch das Gitter der Verstärkerröhre des Verstärkers 4 sind mit
einem Kreis bestimmter Zeitkonstante verbunden, der einen Kondensator 26 erhält,
dessen anderer Pol an Erde liegt, ferner einen hohen Widerstand 25, der an den Minuspol
des veränderlichen Kondensators 24 angeschlossen ist. Der Minuspol ist auch über
einen Kopplungskondensator mit der Antenne 1 verbunden. Außerdem ist der Pluspol
des variablen Kondensators 24 mit dem beweglichen Schleifkontakt des Spannungsteilerwiderstandes
23 des Netzgleichrichters 8 verbunden, wie oben ausgeführt wurde.
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Wenn jemand an das Becken 18 tritt und seine Hand in die Nähe des
Auslaufs 19 bringt, um die Hände zu waschen, so ändert sich, da der menschliche
Körper im allgemeinen Erdpotential hat, bei Annäherung der Hand an die Antenne 1
die elektrostatische Kapazität des Antennenkreises.
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Die Oszillatorspannung des Oszillators 2 nimmt ab, und die Spannung,
die an der Minusseite des Gleichrichters 3 auftritt, nähert sich mehr dem Nullpunkt.
Infolgedessen nimmt die am Gitter der Verstärkerröhre des Verstärkers 4 liegende
Gitterspannung ab. Die Sperrwirkung des Verstärkers 4 wird unterbrochen, und es
fließt Strom im Anodenkreis des Verstärkers 4, wodurch das Relais 5 betätigt wird,
das den Stromkreis der Spule 15 schließt (wie dies in F i g. 4 gezeigt ist). Der
Tauchkolben 17 wird infolgedessen angehoben und die Mittelöffnung der Gummiplatte
13 gleichzeitig freigegeben, so daß das im Raum c über der Gummiplatte 13 vorhandene
Wasser durch den Auslaufkanal 12 und den Auslauf 19 in das Becken 18 fließt.
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Wie oben bereits ausgeführt, besteht der Kreis mit bestimmter Zeitkonstante
aus einem hohen Widerstand 25 und einem Kondensator 26 im automatischen Spannungsregler
7, wobei die Zeitkonstante einen brauchbaren Wert von etwa 10 Sekunden hat. Wenn
die elektrostatische Kapazität des Antennenkreises zunimmt, beispielsweise dadurch,
daß jemand an das Becken 18 tritt und seine Hand in die Nähe des Wasserauslaufs
19 bringt, dann würde die Auswirkung des menschlichen Körpers im allgemeinen innerhalb
von 10 Sekunden aufhören. Es ist daher nicht ausreichend Zeit vorhanden, daß der
variable Kondensator 24 und der Kreis mit der bestimmten Zeitkonstante ihre Wirkung
als automatischer Regulator ausüben können. Die Sperrwirkung für die Gleichrichterröhre
des Gleichrichters 4 wird daher unterbrochen, so daß ein Anodenstrom fließt und
das Magnetventil 6 geöffnet wird, so daß die Wasserzuführung automatisch erfolgt.
Bei einer kleinen Änderung der elektrostatischen Kapazität, z. B. infolge einer
Verschlechterung der Isolierung der Vorrichtung wird der Oszillator 2, sofern sich
die Änderung auf eine Zeitspanne über 10 Sekunden erstreckt, praktisch durch die
automatische SpannungsreguliernniZ gesteuert, und er kann auch weiterhin stabil
schwingen.
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Obgleich die erfindungsgemäße Vorrichtung verhältnismäßig einfach
konstruiert ist, so kann man, wie oben erläutert, eine ausgezeichnete Arbeitsweise
erwarten. Weiterhin ist es vom hygienisch: n Standpunkt sehr vorteilhaft, daß kein
Hahn mit einer schmutzigen Hand geöffnet oder geschlossen werden muß, wenn man seine
Hände waschen will, wie dies bei den üblichen Hähnen der Fall ist.