DE2735942C2 - - Google Patents
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
- H03K17/941—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated using an optical detector
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen
Steuerung des Wertes einer physikalischen Größe, insbesondere
der Temperatur des aus einer Sanitärarmatur ausströmenden Wassers,
nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
In den verschiedensten Gebieten der Technik, insbesondere auch
in der Sanitärtechnik, ist es bekannt, bestimmte physikalische
Größen berührungslos zu schalten. Hierzu werden u. a. mit Licht
arbeitende Vorrichtungen benutzt. Sie besitzen eine Sendeeinrichtung
mit einer Lichtquelle, sowie eine Empfangseinrichtung
mit einem Empfänger, der auf das Licht der Sendeeinrichtung
anspricht. Während früher eher Geräte im Einsatz waren, die
nach dem Lichtschranken-Prinzip arbeiteten, die also auf eine
Unterbrechung des Lichtstrahles durch einen Gegenstand ansprachen,
finden heute zunehmend Geräte Verwendung, die nach dem
Reflexionsprinzip arbeiten. Hier spricht der Empfänger auf
solches Meßlicht an, das von einem Gegenstand, beispielsweise
der Hand des Benutzers, reflektiert wird. Alle diese bekannten
Vorrichtungen üben eine Funktion aus, die man in gewissem Sinne
digital nennen kann: der zu steuernde Vorgang, beispielsweise
der Wasserlauf einer Sanitärarmatur, ist entweder ein- oder
ausgeschaltet. Die Veränderung einer physikalischen Eigenschaft
dieses Vorgangs, im Beispiel Temperatur des Wassers, war
jedoch nicht möglich.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-AS
16 09 216 bekannt. Mit dieser soll der oben geschilderte
Nachteil bekannter berührungsloser Steuerungen von Sanitärarmaturen,
nämlich nur eine Ein-Aus-Funktion ausüben zu können,
beseitigt werden. Beim Bekannten
ist für jede gewünschte Wassertemperatur eine gesonderte Empfangseinrichtung
mit zugeordnetem Überwachungsraum vorgesehen, wobei jedoch das Prinzip
der digitalen Schaltweise beibehalten wurde.
Solange sich ein Gegenstand in einem dieser Überwachungsräume
befindet, fließt Wasser mit der zugeordneten Temperatur. Geht
man von der im Sanitärwesen üblichen Situation aus, bei welcher
grundsätzlich zwei Wassertemperaturen (kalt und warm) zur Verfügung
stehen, so lassen sich nach diesem Prinzip maximal drei
unterschiedliche Wassertemperaturen erzielen: kalt, warm und
gemischt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung
zur berührungslosen Steuerung des Wertes einer physikalischen
Größe der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattung
zu schaffen, bei welcher der Wert der physikalischen Größe
kontinuierlich veränderbar ist, also eine beliebige Anzahl
von Zwischenwerten zwischen Maximal- und Minimalwert
erreichbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen
Merkmale gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich beispielsweise
im Bereich der Sanitärtechnik die Temperatur oder die Menge
des aus einer Armatur ausfließenden Wassers in einem gewissen
Bereich stufenlos einstellen. Die Vorrichtung spricht (nur)
auf zwei unterschiedliche Weisen an, die der Veränderung der
zu steuernden Größe in den beiden denkbaren Richtungen (größer
oder kleiner) entsprechen. Die Vorrichtung darf dabei aber
nicht in der Lage sein, auf beide Weisen gleichzeitig anzusprechen.
Dies wird durch die erfindungsgemäß vorgesehene Verriegelungsschaltung
verhindert.
Im Sanitärbereich kommen mit der vorliegenden Erfindung die
Vorteile der bekannten berührungslosen Steuerung des Wasserlaufs
erst zum Tragen. Diese Vorteile liegen bekanntlich auf hygienischem
Sektor. Dabei macht es wenig Sinn, zwar das An- und
Abstellen des Wasserlaufs berührungslos vorzunehmen, die Einstellung
von Auslaufmenge und Auslauftemperatur jedoch weiterhin der
Hand zu überlassen. Mit der vorliegenden Erfindung wird es
möglich, alle diese
Funktionen berührungslos durchzuführen. Der Benutzer kommt in
keinem Falle mehr in direkte Berührung mit Betätigungsorganen der
Armatur. Erst dadurch ist eine vollständige Hygiene gewährleistet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der
Zeichnung näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 die Draufsicht auf eine erste Ausführungsform
der Erfindung;
Fig. 2 schematisch die bei der in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsform zum Einsatz kommende
Schaltungsanordnung;
Fig. 3 ein Beispiel eines Schwellwert-Diskriminators,
der für die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsanordnung
verwendet werden kann;
Fig. 4 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sowie eine hierfür
bestimmte, schematische Schaltungsanordnung;
Fig. 5 eine Variante der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform,
bei der nur eine Sendediode mit einem
Strahlenteiler Verwendung findet;
Fig. 6 eine andere Variante der in Fig. 4 gezeigten
Ausführungsform, bei der zwei getrennte Sendedioden
verwendet werden.
Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte, eine erste Ausführungsform der
Erfindung darstellende Vorrichtung ist auf einer Grundplatte 1 aufgebaut.
Bei Verwendung der Vorrichtung im Sanitärbereich sind die Abmessungen
dieser Grundplatte 1 so gewählt, daß sie an die Stelle einer
oder mehrerer Kacheln der Raumverfliesung treten kann.
Aus der Grundplatte 1 ragt mit schräg verlaufender Oberfläche
eine Nase 2, die in der senkrecht zur Zeichenfläche gerichteten
unteren Fläche 3 zwei lichtdurchlässige Fenster 4, 5 trägt. Durch
das Fenster 4 tritt das Licht einer (nicht dargestellten) Sendediode
in bekannter Weise aus; befindet sich im Strahlenwege dieses Sendelichts
ein reflektierender Gegenstand, beispielsweise eine Hand 6,
so tritt ein Teil des Sendelichts über das Fenster 5 wieder in die
Nase 2 ein und beleuchtet dort eine (ebenfalls nicht dargestellte)
Empfangsdiode.
Die Funktionsweise dieser Vorrichtung ist folgende (wobei zu Zwecken
der Erklärung angenommen werden soll, daß die Temperatur des
Auslaufwassers einer Sanitärarmatur einzustellen ist):
Befindet sich der reflektierende Gegenstand, in der Regel also die
Hand 6 des Benutzers, in verhältnismäßig großem Abstand von der
Nase 2, so wird entsprechend wenig Sendelicht durch das Fenster 5
auf die Empfangsdiode reflektiert. Diese erzeugt demzufolge ein Signal
mit verhältnismäßig kleiner Amplitude. Liegt diese Amplitude in
einem Größenbereich, der einer Handstellung im Feld 7 (vergl. Fig. 1)
entspricht, so bewirkt die nachfolgend beschriebene Schaltungsanordnung
eine Veränderung der Temperatur des Auslaufwassers im einen
Sinne, beispielsweise im Sinne einer Erniedrigung. Dies ist in Fig. 1
durch ein im Feld 7 angebrachtes Minuszeichen angedeutet.
Mit zunehmender Annäherung der Hand 6 an die Nase 2 erhöht sich
die Menge des auf die Emfpangsdiode reflektierten Sendelichts
und damit die Amplitude des Meßsignals. Bei Überschreiten
einer Amplitudenschwelle, die dem Übergang der Hand 6 aus
dem Feld 7 in das Feld 8 entspricht, reagiert die nachfolgend
beschriebene Schaltungsanordnung im anderen Sinne, im Beispiel
also mit einer Erhöhung der Wasser-Auslauftemperatur. Dies
ist durch das im Feld 8 angebrachte Pluszeichen (vgl. Fig. 1) angedeutet.
Der Benutzer kann durch das Aufleuchten verschiedenfarbiger
Kontroll-Lampen darüber informiert werden, ob die Vorrichtung
tatsächlich in der gewünschten Weise anspricht.
Zusätzlich kann es sich empfehlen, die jeweils eingestellte
Wassertemperatur anzuzeigen. Dies kann mittels einer handelsüblichen
Ziffern-Anzeige 9, z. B. unter Verwendung von Lumineszenzdioden
oder Glimmlampen geschehen. Alternativ hierzu kann
eine thermometerähnliche Analoganzeige 10 verwendet werden, die
wiederum unter Verwendung von Lumineszenzdioden handelsüblich
ist oder auch mechanisch ausgebildet sein kann.
Die Vorrichtung verändert die Auslauftemperatur des Wassers so
lange in der einen oder anderen Richtung, so lange sich die Hand 6
im entpsprechenden Feld 7 bzw. 8 befindet. Trifft kein Licht auf
die Empfangsdiode oder doch nur so wenig, daß die Amplitude des
Empfangs-Signals einen bestimmten Minimalwert nicht überschreitet,
so spricht die Vorrichtung nicht an und die Auslauftemperatur des
Wassers bleibt unverändert.
Fig. 2 zeigt schematisch die Schaltungsanordnung, mit der die
beschriebene Funktionsweise erzielt wird. Der Sendeteil, der
die Sendediode enthält, ist weggelassen, da er in jeder bekannten
Weise aufgebaut sein kann.
Die vom Reflexionslicht mehr oder weniger stark beleuchtete
Empfangsdiode 11 liegt am Eingang eines Verstärkers 12.
Bei Aufbau der Schaltung für Impulsbetrieb, also bei intermittierendem
Betrieb der Sendediode, wird der Verstärker 12 selektiv auf
die Frequenz des Sendeteils abgestimmt. Hierdurch werden Störeinflüsse
weitgehend ausgeschaltet.
Der Ausgang des Verstärkers 12 ist mit dem Eingang 18 eines
Amplitudendiskriminators 13 verbunden. Dieser weist drei Schaltzustände
auf:
Liegt die Amplitude der Eingangsspannung U X unter einem minimalen,
ersten Schwellwert, so liegt an keinem der beiden Ausgänge
16, 17 Spannung. Die in den beiden Ausgangskreisen liegenden
Relais 14, 15 bleiben stromlos. Ist die Spannung U X am Eingang
18 des Diskriminators 13 größer als dieser erste Schwellwert,
dabei jedoch kleiner als ein zweiter Schwellwert, so liegt der Ausgang
16 unter Spannung. Das Relais 14 wird bestromt und betätigt
dabei ein Stellglied (nicht dargestellt), z. B. einen Stellmotor, in
der einen Richtung. Von diesem Stellmotor wird dann ein Mischventil
oder ein Thermostat so verdreht, daß sich die Auslauftemperatur
des Wassers in einem Sinne verändert, beispielsweise verringert.
Ist die Amplitude der am Eingang 18 des Diskriminators 13 liegenden
Spannung U X auch größer als der zweite Schwellwert, so erscheint
eine Ausgangsspannung am Ausgang 17. Der Ausgangs 16
wird spannungsfrei. Hierdurch wird das Relais 15 bestromt und
der Stellmotor in einer Richtung betätigt, die der vorherigen entgegengesetzt
ist, im Beispiel also eine Temperaturerhöhung des
Auslaufwassers bewirkt.
Schaltungsanordnungen für Amplitudendiskriminatoren, welche die
beschriebenen drei Schaltzustände aufweisen, sind bekannt. Ein
Beispiel hierfür ist in Fig. 3 gezeigt. Ist die Spannung U X am Eingang
kleiner als der erste, am Potentionmeter P 1 einstellbare Schwellwert,
so liegen die Ausgänge der beiden Tore 19, 20 hoch; die beiden Relais
14 und 15, die einerseits an Betriebsspannung liegen und
andererseits mit den Ausgängen der Tore 19, 20 verbunden sind, sind stromlos.
Liegt die Eingangsspannung U X oberhalb des ersten Schwellwertes,
aber unterhalb des zweiten, am Potentiometer P 2 einzustellenden
Schwellwertes, so liegt der Ausgang des Tores 20 hoch; das Relais
15 bleibt stromlos. Dagegen liegt der Ausgang des Tores 19 niedrig;
das Relais 14 schaltet. Übersteigt die Spannung U X den zweiten
Schwellwert, so kehren sich die Verhältnisse um: nun bleibt das
Relais 14 stromlos, während das Relais 15 schaltet.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel lagen diejenigen
Überwachungsräume des Empfängers, die zu unterschiedlichem
Ansprechverhalten führen, in unterschiedlicher Entfernung vom
Empfänger. Nachfolgend wird anhand der Fig. 4 bis 6 eine zweite
Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei der die Überwachungsräume
des Empfängers, die zu unterschiedlichem Ansprechverhalten
führen, unter verschiedenem Raumwinkel gegenüber der Vorrichtung
liegen.
Auch die Ausführungsform nach den Fig. 4 bis 6 ist auf einer Grundplatte
101 montiert, die sich in eine Raumverfliesung einpassen läßt.
Die optischen Elemente, insbesondere also die Sendediode (n) 121
(in Fig. 4 nur schematisch als Kästchen dargestellt), sowie zwei
Empfangsdioden 111 a, 111 b sind wiederum in einer aus der Grundplatte
101 ragenden Nase 102 untergebracht. Das Meßlicht tritt jedoch
an gegenüberliegenden Seiten durch zwei Austrittsfenster 104 a
und 104 b in unterschiedliche Raumwinkel aus.
Der in zwei Richtungen verlaufende Sendelichtstrahl kann entweder
dadurch erzeugt werden, daß, wie in Fig. 5 dargestellt, das Licht
einer einzigen Sendediode 121 durch einen Strahlenteiler 122 geteilt
und danach durch die Austrittsfenster 104 a, 104 b geleitet
wird. (Fig. 5 ist ein Schnitt in einer Ebene senkrecht zur Ebene
der Fig. 4 in Höhe der als Kästchen dargestellten Sendeeinrichtung.)
Der doppelt gerichtete Sendelichtstrahl kann auch durch
Verwendung zweier gesonderter Sendedioden 121 a, 121 b erzielt
werden, die in der Nase 102 hinter den Austrittsfenstern 104 a, 104 b
angeordnet sind. Dies ist in Fig. 6 gezeigt, in der die beiden Sendelichtstrahlen
allerdings nicht diametral einander entgegengesetzt sind,
sondern einen stumpfen Winkel einschließen. Entscheidend ist, daß
sich die beiden Meßlichtstrahlen nicht gegenseitig überlappen.
Entsprechend den beiden Austrittsfedern 104 a, 104 b sind in der Nase
102 zwei Eintrittsfenster 105 a, 105 b vorgesehen, durch welche Reflexionslicht
auf die Empfängerdioden 111 a bzw. 111 b fallen kann.
Die Eintrittsfenster 105 a, 105 b können hierzu als Linse ausgebildet
sein.
Die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtung ist folgende:
Befindet sich ein reflektierender Gegenstand in genügender Nähe
zur Empfangsdiode 111 a in demjenigen Raum, der in den Fig. 4 bis 6
mit einem Pluszeichen versehen ist, so bewirkt das von der Empfangsdiode
111 a über die nachfolgend beschriebene Schaltung eine Veränderung
der zu steuernden Größe in einem Sinne, beispielsweise eine Erhöhung
der Auslauftemperatur des Wassers.
Befindet sich dagegen der reflektierende Gegenstand in genügender
Nähe an der Empfangsdiode 111 b in dem in den Fig. 4 bis 6 mit einem
Minuszeichen versehenen Raum, so löst die Empfangsdiode 111 b eine
Veränderung der zu steuernden Größe im entgegengesetzten Sinne aus,
im Beispiel eine Verringerung der Auslauftemperatur des Wassers.
Eine hierfür geeignete Schaltungsanordnung ist in Fig. 4 mit eingezeichnet.
Die erste Empfangsdiode 111 a steuert einen ersten Verstärker
112 a an, der Eingangs-Signale unterhalb einer Minimalamplitude
unterdrückt. Mit dem Ausgangs-Signal des Verstärkers 112 a wird
entweder, wie dargestellt, das Stellglied 123 direkt so gespeist,
daß es sich in einem Sinne verstellt, oder es wird, wie beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2, ein Relais angesteuert, das mittelbar
dieselbe Funktion hervorruft.
Entsprechend steuert die Empfangsdiode 111 b über einen zweiten
Verstärker 112 b das Stellglied 123 direkt oder mittelbar über ein
Relais in entgegengesetztem Sinne an.
Beim Stellglied 123 kann es sich wiederum um einen Stellmotor handeln,
der die Achse eines Mischventils oder eines Thermostaten
betätigt.
Eine Verriegelungs- oder Negierungsschaltung 124 verhindert, daß
beide Meßkanäle gleichzeitig betätigt werden können, wodurch
Schaden am Stellglied hervorgerufen werden könnte.
Claims (12)
1. Vorrichtung zur berührungslosen Steuerung des Wertes einer
physikalischen Größe, insbesondere der Temperatur des
aus einer Sanitärarmatur ausströmenden Wassers, mit einer
Sendeeinrichtung, welche Sendelicht ausstrahlt, mit einer
Empfangseinrichtung, welche an einem Gegenstand reflektiertes
Sendelicht aus unterschiedlichen Überwachungsräumen empfängt,
und mit einer elektrischen Schaltungsanordnung, welche
das von der Empfangseinrichtung erzeugte elektrische Signal
verarbeitet und abhängig vom Überwachungsraum, aus dem die Empfangseinrichtung
Sendelicht empfängt, ein Stellglied für
die physikalische Größe ansteuert, dadurch gekennzeichnet,
daß
- a) der Wert der physikalischen Größe so lange erhöht wird, wie sich ein Gegenstand (6) in einem ersten Überwachungsraum (+) befindet, und der Wert der physikalischen Größe so lange verringert wird, wie sich ein Gegenstand (6) in einem zweiten Überwachungsraum (-) befindet;
- b) die zuletzt eingenommene Stellung der Stellglieder (123) unverändert bleibt, solange sich weder im ersten Überwachungsraum (+) noch im zweiten Überwachungsraum (-) ein Gegenstand (6) befindet;
- c) eine Verriegelungsschaltung (124) vorgesehen ist, die verhindert, daß das Stellglied (123) in beiden Richtungen beaufschlagt wird, wenn sich gleichzeitig im ersten Überwachungsraum (+) und im zweiten Überwachungsraum (-) ein Gegenstand (6) befindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Überwachungsräume (+, -) in
unterschiedlicher Entfernung von der Empfangseinrichtung
(11) liegen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfangseinrichtung nur einen Empfänger (11) umfaßt
und daß die Schaltungsanordnung zur Verarbeitung des vom
Empfänger (11) erzeugten Signals einen Amplitudendiskriminator
(13) enthält, der je nach Höhe des Signals von zwei Ausgängen
(16, 17) gar keinen bzw. den einen (16) bzw. den anderen
(17) unter Spannung setzt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen die Ausgänge (16, 17) des Amplitudendiskriminators
(13) und Masse zwei Relais (14, 15) gelegt sind, welche das
Stellglied ansteuern.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfangseinrichtung nur einen Empfänger (11) umfaßt
und daß die Schaltungsanordnung zur Verarbeitung des vom
Empfänger (11) erzeugten Signals einen Amplitudendiskriminator
(13) enthält, der je nach Höhe des Signals von zwei Ausgängen
(16, 17) gar keinen bzw. den einen (16) bzw. den anderen
(17) an Masse legt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen die Ausgänge (16, 17) des Amplitudendiskriminators
(13) und Betriebsspannung zwei Relais (14, 15) gelegt
sind, welche das Stellglied ansteuern.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Überwachungsräume (+, -) unter
unterschiedlichen Raumwinkeln zur Empfangseinrichtung (111)
liegen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sendeeinrichtung eine einzige Sendelichtquelle
(121) aufweist, deren Sendelicht durch einen Strahlenteiler
(122) geteilt und in die unterschiedlichen Raumwinkel abgestrahlt
wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sendeeinrichtung zwei getrennte Sendelichtquellen
(121 a, 121 b) umfaßt, die ihr Sendelicht in die unterschiedlichen
Raumwinkel abstrahlen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfangseinrichtung zwei gesonderte,
auf die unterschiedlichen Raumwinkel ausgerichtete Empfänger
(111 a, 111 b) aufweist, denen in der elektrischen Schaltungsanordnung
jeweils ein Verstärker (112 a, 112 b) zugeordnet ist,
welcher das Stellglied (123) in einem Sinne ansteuert.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verstärker (112 a, 112 b) das Stellglied (123) direkt
ansteuern.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verstärker (112 a, 112 b) das Stellglied (123) mittelbar
über Relais ansteuern.
Priority Applications (1)
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DE19772735942 DE2735942A1 (de) | 1977-08-10 | 1977-08-10 | Vorrichtung zur beruehrungslosen steuerung einer doppelfunktion |
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Publications (2)
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DE2735942A1 DE2735942A1 (de) | 1979-02-22 |
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ID=6016022
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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