DE19855375A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Anzeige einer physikalischen Größe - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Anzeige einer physikalischen Größe. Das Verfahren sieht vor, daß die physikalische Größe anhand einer Transformationsbeziehung in einen Anzeigewert umgesetzt wird und der Anzeigewert als Temperaturwert einer ertastbaren Oberfläche angezeigt wird, die Vorrichtung sieht vor, daß die physikalische Größe als Temperatur einer Oberfläche (2) angezeigt werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Anzeige einer physikalischen Größe.

Physikalische Größen werden üblicherweise mittels digitalen oder analogen Anzeigeinstrumenten dem Bediener angezeigt. Die Anzeige erfolgt als absolute oder relative Darstellung des Wertes. Demzufolge wird der eingestellte Sollwert visuell angezeigt.

Nachteilig an dieser Art der Anzeige ist, daß der anzuzeigende Wert mit Hilfe einer anderen physikalischen Größe, beispielsweise einer visuellen Skalierung, dargestellt wird. Neben dem dem Bediener abzufordernden Abstraktionsvermögen ist dabei nachteilig, daß hierzu eine externe Beleuchtung, zum Beispiel Tageslicht oder Raumbeleuchtung oder ein aktives Anzeigeinstrument, zum Beispiel in Form von Leuchtdioden, notwendig ist.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Anzeige einer physikalischen Größe zu schaffen, die es dem Bediener ermöglicht, den eingestellten Sollwert bequemer aufzunehmen.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 18 sowie eine Vorrichtung nach Patentanspruch 4 oder 19 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 sieht vor, daß die physikalische Größe anhand einer Transformationsbeziehung in einen Anzeigewert umgesetzt wird und der Anzeigewert als Temperaturwert einer ertastbaren Oberfläche angezeigt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 18 sieht vor, daß die physikalische Größe anhand einer Transformationsbeziehung in einen Anzeigewert umgesetzt wird und der Anzeigewert mittels Wärmestrahlung angezeigt wird. Da der Mensch die Temperatur einer Oberfläche zum Beispiel indem er deren Temperatur mittels seiner Hände ertastet, anders wahrnimmt, als die Umgebungstemperatur eines beheizten Raumes, ist es vorteilhaft, den angezeigten Temperaturwert gegenüber dem eingestellten Sollwert zu transformieren.

Eine weitere Verbesserung kann erreicht werden, wenn die Transformationsbeziehung zeitlich veränderlich ist, zum Beispiel abhängig von der Berührungszeit seitens des Bedieners oder abhängig zum Beispiel von der Tageszeit.

Eine weitere Verbesserung wird dadurch erreicht, daß die Transformationsbeziehung dynamisch anhand von physiologischen Werten des Bedieners ermittelt wird. Als solche physiologischen Werte kommen zum Beispiel die Hauttemperatur oder die Leitfähigkeit der Haut in Frage. Auf diese Weise kann das persönliche Temperaturempfinden, zum Beispiel aufgrund körperlicher Anstrengung, berücksichtigt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 4 sieht vor, daß die physikalische Größe als Temperatur einer ertastbaren Oberfläche angezeigt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 19 sieht vor, daß die physikalische Größe als unmittelbar auf einen Beobachter einwirkende Wärmestrahlung diesem angezeigt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die ertastbare Oberfläche mittels Peltier-Elementen auf die anzuzeigende Temperatur gebracht werden kann. Peltier- Elemente bieten eine besonders einfache Möglichkeit, mittels elektrischen Strom Wärmeenergie zuzuführen beziehungsweise abzuführen.

In der bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, daß die Temperatur der Peltier-Elemente mittels Thermoelementen gemessen und von einer Kontrolleinheit geregelt werden kann. Eine Regelung der Anzeigetemperatur der Peltier-Elemente bietet den Vorteil, daß unabhängig von Fertigungsstreuungen der Peltier-Elemente oder gebrauchsbedingten Veränderungen keine erneute Kalibrierung zur korrekten Anzeige erforderlich ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Vorrichtung über einen gegenüber dem Anzeigebereich thermisch isolierten Meßbereich verfügt, der über Mittel zur Messung der Hauttemperatur und/oder des Hautwiderstandes des Bedieners verfügt. Diese Vorrichtung gestattet es, physiologische Größen der Haut des Bedieners zu ermitteln und so die Transformationsbeziehung und damit die Anzeigecharakteristik der Vorrichtung an den Bediener anzupassen.

Die weiteren Unteransprüche betreffen Ausführungsformen der Vorrichtung, die deren Einsatz als Ersatz für handelsübliche Thermostatventile beziehungsweise die einen Einbau der Vorrichtung in Wände ermöglichen, so daß eine Temperaturanzeige und Temperaturregelung mittels eines Elementes ähnlich eines Rollreglers, wie er zum Beispiel bei tragbaren Computern eingesetzt wird, möglich ist. Die Vorrichtung ist dazu in etwa kugelförmig und zum Beispiel an einer Achse drehbar gelagert. Durch Verdrehen der Kugel können mit der Achse verbundene Stellelemente betätigt werden, die der Sollwertvorgabe dienen. Indem der Bediener seine Hand auf die Kugel legt und die Hand bewegt, wird die Kugel gedreht und somit der Temperatursollwert eingestellt. Dabei ändert die Oberfläche der Kugel ihre Temperatur entsprechend der zuvor dargestellten Ausführungsform. Ebenso ist es möglich, entsprechend der zuvor dargestellten Ausführungsform Mittel zur Messung der Hauttemperatur und/oder des Hautwiderstandes zu integrieren.

Das Verfahren und die Vorrichtung können zur Anzeige beliebiger physikalische Größen, beispielsweise Beleuchtungsstärke, Tonhöhe, Lautstärke, Temperaturwert eingesetzt werden.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 eine Prinzipskizze eines Temperaturregelkreises mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Diese zeigt eine Anzeigevorrichtung 1, die in äußeren Abmessungen in etwa einem handelsüblichen Thermostatventilgriff entspricht. Sie ist also in etwa zylinderförmig mit etwa kreisrundem Querschnitt. Die Anzeigevorrichtung 1 verfügt über eine Hülle 2, welche vorzugsweise aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Aluminium, gefertigt ist. An der Innenseite der Hülle sind mehrere Thermoelemente 3 sowie mehrere Peltier-Elemente 4 angeordnet. Sowohl die Thermoelemente 3 als auch die Peltier-Elemente 4 sind mit einer Steuer- und Kontrolleinheit 5 verbunden. Die Thermoelemente 3 dienen der Messung der Oberflächentemperatur der Hülle 2. Die Meßwerte der Thermoelemente 3 werden einer Steuer- und Kontrolleinheit 5 zugeführt.

Mit Hilfe der Peltier-Elementen 4 kann die Oberfläche der Hülle 2 abgekühlt oder erwärmt werden. Die Peltier-Elemente 4 sind dazu mit der Steuer- und Kontrolleinheit 5 verbunden, diese sorgt für Steuerung und Energieversorgung der Peltier- Elemente 4. Mit Hilfe der Thermoelemente 3 sowie der Peltier- Elemente 4 wird die Oberfläche der Hülle 2 von der Steuer- und Kontrolleinheit 5 auf einer konstanten Temperatur gehalten.

Die Temperatur der äußeren Oberfläche der Hülle 2 ist abhängig von dem mittels der Einstellvorrichtung 1 eingestellten Sollwert einer Raumtemperatur. Der in der Heizungsregelung eingestellte Sollwert der Raumtemperatur wird somit als Temperaturgröße an der Oberfläche der Hülle 2 und damit der Anzeigevorrichtung 1 dem Bediener angezeigt.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Einstellvorrichtung. Deren äußeren Form entspricht einer Kugel 9 wobei innerhalb der Kugel die Thermoelemente 3 sowie Peltier-Elemente 4 matrixartig, ähnlich einem Schachbrett, verteilt sind. Die Kugel 9 ist in eine Raumwand 8 eingelassen, wobei die Kugel 9 um eine Achse 10 drehbar gelagert ist. Im Bereich der Drehachse 10 ist ein Verbindungskabel 11 in die Kugel 9 geführt, mit Hilfe dessen die Thermoelemente 3 sowie Peltier-Elemente 4 mit der Steuer- und Kontrolleinheit 5 verbunden sind. Die Kugel 9 ist mit einem Temperatursollwertaufnehmer 12 verbunden, wobei eine Drehung der Kugel 9 um die Drehachse 10 eine Verstellung des Temperatursollwertaufnehmers 12 bewirkt. Der Temperatursollwertaufnehmer 12 verfügt über einen Verdrehanschlag, der eine Verdrehung der Kugel 9 nur unter begrenzten Winkeln zuläßt, so daß eine Beschädigung des Temperatursollwertaufnehmers 12 oder des Verbindungskabels 11 ausgeschlossen ist.

Ein Verdrehen der Kugel 9 bewirkt nun eine Veränderung des eingestellten Sollwertes des Temperaturregelkreises 7. Der eingestellte Sollwert wird durch eine Temperaturveränderung der Oberfläche 2 der Kugel 9 angezeigt.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung 1. Im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind hier die Thermoelemente 3 sowie die Peltier-Elemente 4 nicht über den gesamten Umfang der kreisförmigen Querschnittsfläche der Einstellvorrichtung 1 verteilt, vielmehr sind an der Innenseite der Hülle 2 mehrere Isolationselemente 13 angebracht. Die Isolationselemente 13 teilen die Oberfläche der Hülle 2 in mehrere thermisch voneinander abgetrennte Bereiche ein. Diese Bereiche werden wechselweise mit Thermoelementen 3 und Peltier-Elementen 4, entsprechend der Ausführungsform in Fig. 1, an der Innenseite der Hülle 2 belegt bzw. mit Temperaturfühlern 14, die ebenfalls als Thermoelemente ausgeführt sein können, ausgestattet. Auf diese Weise wird die Oberfläche der Hülle 2 in unterschiedliche Bereiche A und B aufgeteilt. Die Bereiche A sind, entsprechend der in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform, mit Thermoelementen 3 und Peltier Elementen 4 ausgestattet und dienen der Anzeige der eingestellten Solltemperatur. Die Bereiche B sind nur mit Temperaturfühlern 14 ausgestattet, diese dienen der Messung der Hauttemperatur des Bedieners. Die Bereiche B sind wesentlich kleiner als die Bereiche A. Zusätzlich zu den Temperaturfühlern 14 oder als Ersatz für diese können in den Bereichen B Leitfähigkeitsprüfer 15 angeordnet sein. Mit Hilfe der Temperaturfühler 14 und/oder der Leitfähigkeitsprüfer 15 können die Hauttemperatur bzw. der Oberflächenwiderstand der Haut des Bedieners gemessen werden. Diese physiologischen Größen lassen einen Rückschluß auf die Körpertemperatur des Bedieners zu und werden von der Steuer- und Kontrolleinheit 5 zur Bestimmung der Transformation zwischen Solltemperatur und der durch die Einstellvorrichtung mit Hilfe der Thermoelemente 3 angezeigten Temperatur, den Anzeigewert, verwendet. Auf diese Weise kann die Anzeige der eingestellten Solltemperatur durch die Einstellvorrichtung 1 an physiologische Besonderheiten des Bedieners, z. B. eine erhöhte Körpertemperatur aufgrund körperlicher Anstrengung, angepaßt werden.

Fig. 3 zeigt eine Prinzipskizze als Blockschaltbild eines Temperaturregelkreises mit einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1. Die Anzeigevorrichtung 1 ist verbunden mit einer Sollvorgabe 1a. Die Sollvorgabe kann zum Beispiel als Thermostatventil ausgeführt sein, so daß Sollvorgabe 1a sowie Einstellvorrichtung 1 als geschlossene Baueinheit ausgeführt sind, oder der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform entsprechen. Mit der Sollvorgabe 1a wird in üblicher Weise die Solltemperatur eines Temperaturregelkreises 7 eingestellt. Der eingestellte Sollwert wird außer zum Temperaturregelkreis 7 zur Steuer- und Kontrolleinheit 5 geführt. Diese sorgt für eine Transformation des anzuzeigenden Sollwertes. Der transformierte Wert wird nun von der Anzeigevorrichtung 1 angezeigt.

Eine Transformation des anzuzeigenden Sollwertes ist notwendig, da das subjektive Empfinden der Raumtemperatur von dem subjektiv empfundenen Temperaturwert einer mit den Händen ertasteten Temperatur abweicht. Die Transformation der anzuzeigenden Temperatur kann in Form eines konstanten Faktors erfolgen, mit dem die Solltemperatur des Temperaturregelkreises 7 multipliziert wird, sie kann aber auch in Form einer Datenbank erfolgen, mit der einzelne Temperaturwerte in andere Temperaturwerte überführt werden, so daß das Transformationsverhalten der Steuer- und Kontrolleinheit 5 an im Versuch ermittelte Wahrnehmungswerte angepaßt werden kann.

Entsprechend der zuvor dargestellten Ausführungsform kann das Grundprinzip der Anzeige einer eingestellten Sollgröße mittels der ertasteten Oberflächentemperatur des Anzeigeinstrumentes auf andere Anwendungsfälle, beispielsweise Klimaanlagen in Automobilen, übertragen werden. Ebenso ist eine Übertragung des Anzeigemechanismus auf die Anzeige anderer Sollgrößen, z. B. die Anzeige einer eingestellten Raumhelligkeit oder der Lautstärke von Musik- bzw. Tonanlagen, über die Temperatur der Oberfläche eines Anzeigeinstrumentes möglich. Weiterhin kann die Oberfläche 2 der Anzeigevorrichtung 1 als Wärmestrahler/Kältestrahler ausgeführt sein, so daß die Anzeige berührungslos arbeitet. Diese Anzeigevorrichtung könnte beispielsweise als Außentemperaturanzeige in einem Fahrzeug eingesetzt werden.

Claims (19)

1. Verfahren zur Anzeige einer physikalischen Größe, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe anhand einer Transformationsbeziehung in einen Anzeigewert umgesetzt wird und der Anzeigewert als Temperaturwert einer ertastbaren Oberfläche angezeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformationsbeziehung zeitlich veränderlich ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformationsbeziehung dynamisch anhand von physiologischen Werten des Bedieners ermittelt wird.

4. Vorrichtung zur Anzeige einer physikalischen Größe dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Größe als Temperatur einer ertastbaren Oberfläche (2) angezeigt werden kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ertastbare Oberfläche mittels Peltier-Elementen (4) auf die anzuzeigende Temperatur gebracht werden kann.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Peltier-Elemente (4) mittels Thermoelementen (3) gemessen und von einer Kontrolleinheit (5) geregelt werden kann.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung über einen gegenüber dem Anzeigebereich (A) thermisch isolierten Meßbereich (B) verfügt, der über Mittel (14) zur Messung der Hauttemperatur und/oder des Hautwiderstandes des Bedieners verfügt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (14) zur Messung der Hauttemperatur als Thermoelemente ausgeführt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (14) zur Messung der Hauttemperatur und/oder des Hautwiderstandes Daten liefern können, die von der Kontrolleinheit (5) ausgewertet werden können.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese in eine Vorrichtung zur Einstellung des Sollwerts einer Raumtemperaturregelung, insbesondere in das Gehäuse eines Thermostatventils integriert ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese in etwa kugelförmig ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Kugel in eine Raumwand (8) eingelassen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (9) um mindestens eine Achse (10) drehbar gelagert ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß an der oder den Achsen (10) ein oder mehrere Stellelemente (12) angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellelemente (12) Temperatursollwertaufnehmer sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verdrehung der Kugel (9) nur unter begrenzten Winkeln möglich ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente (3) sowie die Peltier-Elemente (4) matrixartig im Bereich der Oberfläche der Kugel (9) angeordnet sind.

18. Verfahren zur Anzeige einer physikalischen Größe, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe anhand einer Transformationsbeziehung in einen Anzeigewert umgesetzt wird und der Anzeigewert mittels Wärmestrahlung angezeigt wird.

19. Vorrichtung zur Anzeige einer physikalischen Größe, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Größe als unmittelbar auf einen Beobachter einwirkende Wärmestrahlung diesem angezeigt werden kann.