DE2735942C2 - - Google Patents

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.