DE29505470U1

DE29505470U1 - Vorrichtung zur Bedienung einer Mischarmatur

Info

Publication number: DE29505470U1
Application number: DE29505470U
Authority: DE
Original assignee: GRUENING FRIEDEMANN M; STURM HANS JOSEF
Current assignee: GRUENING FRIEDEMANN M; STURM HANS JOSEF
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2005-04-01

Description

Bedienungselement für Mischarmaturen

Die Neuerung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einstellen von Temperatur und Durchflußmenge einer Mischarmatur für flüssige Medien. Die bisher bekannten Bedienungsvorrichtungen für Armaturen machen es erforderlich, Temperatur und Durchflußmenge manuell einzustellen, d.h. durch Drehen eines Ventils oder Schwenken eines Hebels. Auch sind Armaturen bekannt, die über einen Näherungs- oder Bewegungssensor aktiviert werden, oder solche, die mit einer Folientastatur bedient werden und durch einen Tastendruck die zuletzt gewählte Einstellung von Temperatur und Durchflußmenge wiederholen. Der Nachteil dieser Bedienelemente besteht darin, daß sie lediglich diskrete Zustände, z.B. "ein" und "aus", "auf und "zu" besitzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Mensch-Maschine-Schnittstelle komfortabler zu gestalten. Im Gegensatz zu den bereits bekannten elektrischen Bedieneinrichtungen, erlaubt das im folgenden beschriebene flächenhafte Bedienfeld, durch Wahl des Betätigungsortes jede gewünschte analoge Zwischenstellung zielsicher intuitiv auszuwählen.

Dabei wird mit einem Fingerdruck am entsprechenden Ort innerhalb des Bedienfeldes die gewünschte Temperatur und Durchflußmenge ausgewählt. Ermöglicht wird dies durch einen Flächensensor, der als Weiterentwicklung von analogen Schiebereglern auf der Basis von Leitplastik-Potentiometern zu sehen ist. Dieser analoge Sensor besteht aus zwei Festwiderstandselementen, die je nach dem Ort ihrer Druckbeaufschlagung eine proportionale Spannung in &khgr; und y-Richtung abgeben und damit eine Auswertung der analogen Betätigungskoordinate innerhalb des Flächensensors ermöglichen. Der Aufbau solcher flächenhafter Bedienfelder wird als bereits bekannt vorausgesetzt und wird speziell für Computer-Eingabe-Einheiten (Cursor-Pads) verwendet.

Bei Betätigung werden zwei proportionale Spannungen des jeweils in &khgr; und y- Richtung orientierten Flächensensors wie bei einem potentiometrischen Spannungsteiler abgegeben.

Anordnung des Bedienfeldes an der Armatur

Das Bedienungsfeld besteht aus flexiblen Materialien, sodaß es wahlweise am Armaturenkörper selbst, oder getrennt von der Armatur auf jeder beliebigen Fläche (eben oder gekrümmt) angebracht werden kann.

Anordnung der Einstellgrößen innerhalb des Bedienungsfeldes

Eine vorteilhafte Ausführung für die Anordnung ist nach der Systematik einer Windrose gestaltet. Dabei befindet sich die Stellung "zu" im Süden , die Stellung "auf im Norden., die "heißeTemperatur" wird im Westen eingestellt, die "kalteTemperatur" im Osten. Die Normaltemperatur und Normal-Durchflußmenge befindet sich im Mittelpunkt des Bedienfeldes.

p*!.. · Fj fo,.CJrijning ..*: : -1-

Alle Zwischenwerte (Temperatur und Durchflußmenge) sind durch die Distanz zwischen dem Betätigungspunkt und den jeweiligen Himmelrichtungen frei wählbar. Ziel der gesamten Bedienungeinheit ist es, daß der Benutzer intuitiv seine gewünschte analoge Einstellung wählen kann, indem er den Betätigungspunkt auf der flächenhaften Bedienungseinheit wählt.

In Figur 1 ist ein typisches Muster des verwendeten Bedienfeldes dargestellt. Die Anordnung besteht aus drei Schichten, die Sandwich- artig übereinandergelegt sind.: eine Leiterbahnfolie für die x-Richtung (1) eine doppelseitigen Halbleiterpolymerfolie (2) sowie eine Leiterbahnanordnung in y-Richtung (3).

Die Leiterbahnfolie (1) besteht aus einer flexiblen gedruckten Schaltung, auf die im unteren Teil ein lineares Widerstandselement (4) aufgedruckt ist. Dieses Widerstandselement ist über die gesamte Länge mit senkrechten Leiterbahnstreifen verbunden, die kammartigen Kontaktstreifen (5) gegenüberstehen. In der praktischen Ausführung wird die Leiterbahnseite so angeordnet, daß sie der Halbleiterpolymerfolie zuwandt ist.

Die jeweils kammartig gegenüberstehenden Kontaktstreifen besitzen im unbetätigten Fall der Tastatur keine elektrische Verbindung. Erst im Betätigungsfall ergibt sich durch die Halbleiterpolymerfolie (2) am Ort der Betätigung eine-niederohmige elektrische Verbindung zwischen den gegenüberliegenden Kontaktstreifen. Hierdurch wird ein Potentiometerabgriff zu dem Linearpotentiometer hergestellt, der von dem genauen Ort der Betätigung in waagerechter Richtung abhängig ist. Analog hierzu funktioniert die Leiterbahnfolie fur die y-Richtung, wobei das Linearpotentiometer und die kammartigen Kontaktstreifen hier um 90 ° gedreht sind.

Umsetzung der ortsabhängigen Potentiometer-Spannungen des Bedienfeldes in eine proportionale Öffnungsbewegung der Armatur

Eine Aufgabe der Neuerung ist es, die für x- und y-Richtung erfaßten proportionalen Potentiometerspannungen in eine analoge Öffhungsbewegung umzuwandeln. Bei den Armaturen unterscheidet man im allgemeinen zwei Ausführungsformen. Bei einer einfachen Mischarmatur werden getrennte Ventile für den Kalt-u. Warmzulauf verwendet, die im richtigen Öffnungsverhältnis für die Einstellung einer Mischtemperatur sorgen. Bei einer Einhebel-Mischarmatur wird jeweils ein Mischventil und ein Öffhungsventil verwendet. Das Mischventil sorgt dafür, daß das Verhältnis der Durchflußmengen von kaltem und warmem Wasser der gewünschten Auslauftemperatur angepaßt wird. Das Öffnungsventil dient zur Einstellung der gewünschten Gesamt durchflußmenge.

Eine Auswertungselektronik der Potentiometer-Spannungen besteht im wesentlichen aus einer Trigger-Logik, einem Mikroprozessor mit Analog-Digitalwandler, sowie aus einer Leistungsendstufe zur Ansteuerung der Ventil-Antriebe.

H:-4.^:StyfrÄT·. · 5 M» Gaining ..·: : -2-

Im Schließzustand befindet sich der Mikroprozessor der Armatur in einem Ruhezustand, wobei die Stromaufnahme der gesamten Elektronik auf ein Minimum reduziert ist. Lediglich die Trigger-Logik ist aktiv und wartet auf eine Betätigung des Flächensensors. Mit Betätigen des Flächensensors löst die Triggerlogik beim Mikroprozessor ein Startsignal aus und holt ihn in den aktiven Betriebszustand zurück. Er beginnt nun mit dem Ablauf der erforderlichen Befehlssequenz, um die Armatur zu bedienen.:

• Umsetzen der beiden analogen Potentiometer-Spannungen in einen digitalen Wert und speichern zur weiteren Verarbeitung

• Falls die Armatur einen elektronischen Temperaturregler (z.B. realisiert durch zusätzliche Software des Mikroprozessors) besitzt, wird nun der &khgr; Wert dem Temperaturregler als Sollwert vorgegeben. Der y-Wert wird dem Mengenventil als proportionales Öffnungssignal vorgegeben

• Falls die Armatur keinen Temperaturregler besitzt, sondern lediglich die Öffnung der Armatur ausgelöst werden soll, werden die gespeicherten Werte nun einer Ablaufsteuerung des Prozessors zugeführt, die sie mit Hilfe der Leistungsendstufe in eine proportionale Öffhungsbewegung der Antriebseinheiten, z.B. Gleichstrom-, oder Schrittmotoren bzw. proportional betriebene Ventile umsetzt.

Ausführungsbeispiel

Ein typisches Ausführungsbeispiel zeigt Figur 2. Die Anordnung besteht aus den beiden Linearwiderstandselementen mit den zugehörigen Kontaktwiderständen der Halbleiterpolymerfolie, dargestellt als Schalter (3), dem Mikroprozessor (6), dem Taktgeber (7), einem externen Trigger-Schaltkreis (8) sowie zwei Motor-Brückenschaltungen zum Antrieb von kleinen Gleichstrommotoren für die Ventilbetätigung (9) und (10).

Am Referenzspannungseingang des Triggerkreises (11) wird mit Hilfe des Trimmers (4) die Trigger-Schwelle der Triggerkreises eingestellt

Im geschlossenen Zustand der Armatur befindet sich der Mikroprozessor im Ruhezustand (reduzierte Leistungsaufnahme). Die Kontaktdruck-abhängigen Widerstandsschalter der Halbleiterpolymerfolie (3) sind hochohmig, wenn keine Tastenbetätigung erfolgt. Die PuIl-Up-Widerstände (5) sind sehr hochohmig ausgelegt und dienen dazu, den Analogeingängen im Ruhezustand ein definiertes Potential zu geben. Die Motor-Brücken sind hochohmig geschaltet, d.h. die Motoren sind abgeschaltet. Der Ausgang DSfT des Triggerkreises befindet sich im inaktiven Zustand.

Öffnungsvorgang

Wird nun ein Punkt auf dem Flächensensor gedruckt, werden die Kontaktdruck-abhängigen Schalter (3) der Halbleiterpolymerfolie niederohmig und stellen damit eine leitende Verbindung zu den Linearwiderstandselementen her. Damit ergeben sich an den Analogeingängen des

M, Girüning ..*: : -3-

Mikroprozessors ANl und AN2 Abgriffspannungen der Linearpotentiometer, die in jedem Fall kleiner sind, als die Referenzspannung URef.

Mindestens eine der beiden Analogspannungen (welche, ist unerheblich) wird gleichzeitig dem Triggerkreis zugeführt. Der im Triggerkreis eingesetzte Komparator vergleicht die Eingangsspannung mit einer durch das Potentiometer (4) eingestellten Triggerspannung und gibt ein aktives Logiksignal INT aus, wenn die etwas Eingangsspannung geringer ist, als die eingestellte Potentiometer-Spannung.

Infolge des aktiven Ausgangs INT geht nun der Prozessor vom Ruhezustand in den aktiven Zustand über und beginnt mit der Steuerung des Öffhungsvorgangs. Er konvertiert die beiden Spannungen den Analogeingängen ANl und AN2 in digitale Sollwerte, die er intern speichert, und als spätere Sollwerte für die Öffnung der Ventile benötigt.

In einer Endlos-Schleife wiederholt der Prozessor die Konvertierung der analogen Eingangsspannungen und überschreibt dabei die zuletzt gespeicherten Werte durch die neu gebildeten. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß der Benutzer den Betätigungpunkt noch korrigieren kann, um die gewünschte Einstellung vorzunehmen. Die Endlos-Schleife wird beendet, wenn der Benutzer das Bedienfeld losläßt und der Ausgang des Triggerkreises dadurch inaktiv wird. Der Prozessor setzt die beiden Sollwerte für Warm und Kalt in Öffiiungsbewegungen der Motor-Brücken um. Zu diesem Zweck werden den Motor-Brücken mit Hilfe der Steuerausgänge zur Vorgabe der Drehrichtung (Richtung 1 und Richtung2) entsprechende Logikkombinationen (Drehrichtung des Motors) vorgegeben. Die Drehzahl des Motorantriebs wird gleichzeitig in Form von pulsweiten- modulierten Ausgangsspannungen über die Ausgänge PWM den Motor-Brückenschaltungen vorgegeben. Moderne Ein-Chip Prozessoren bieten die Möglichkeit, solche Signale mit Hilfe von speziellen Timer-und Vergleichsregistern hardwaremäßig zu erzeugen.

Falls eine Temperaturregelung realisiert werden soll, wird der x-Wert des Linearpotentiometers 1 als Sollwert der internen Temperaturregelung zugeführt. In diesem Fall verstellt die Regelungssoftware über der Regelungsalgorithmus die Stellung der Motorantriebe solange, bis Gleichstand von Soll-u. Istwert erreicht ist.

Schließvorgang

Um die Armatur wieder zu schließen, betätigt der Benutzer am Bedienfeld den Koordinatenpunkt "Zu". Durch Vergleich des gewandelten Analogwertes des Linearpotentiometers (2) mit einem vorgegebenen Minimalwert erkennt der Prozessor, daß die Armatur geschlossen werden soll, und fährt die Ventilantriebe durch Vorgabe von Richtung und Geschwindigkeit in den Grundzustand zurück, bis die zugehörigen Endschalter (12) und (13) an den Getriebe-Achsen aktiviert werden.

Nach Erreichen der Grundposition geht der Prozessor wieder in den Ruhezustand über und wartet auf eine erneute Betätigung des Bedienfeldes durch den Benutzer.

> Grüning ..·: : -4-

Claims

Schutzansprüche

Anspruch 1

Vorrichtung zum Bedienen einer Armatur, dadurch gekennzeichnet, daß die Armatur eine analoges Bedienfeld besitzt, das es erlaubt, durch eine einzige Betätigung und Wahl des Druckpunktes innerhalb des analogen Bedienfeldes mit fächenhafter x-y-Anordnung eine gleichzeitige analoge Einstellung von Durchflußmenge und Temperatur vorzunehmen. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der sich bei Betätigung des Bedienfeldes ergebenden analogen Potentiometerspannungen der x-und y-Achse einem Triggerkreis zugeführt wird, der die Höhe der Spannung(en) mit einer vorgegebenen Schwelle vergleicht, und für den Fall, daß bei Betätigung die analogen Potentiometerspannungen geringer sind, als die vorgegebene Schwelle, einen im Ruhezustand (Standby) befindlichen Mikroprozessor aktiviert, der daraufhin die beiden momentanen Potentiometerspannungen in Digitalwerte umwandelt und sie als Vorgabewerte für die Öffiiungsstellung der Ventile, und /oder eine interne Temperaturregelung weiterverarbeitet. Die Anordnung betrifft sowohl Mischbatterien, die getrennte Mischventile für Kalt und Warm besitzen, als auch solche Anordnungen, die aus einem Mengenventil und einem Temperaturmischventil bestehen (z.B. Einhebelmischer) bestehen. Auf Grund dieser S oll wert vorgaben steuert der Mikroprozessor die elektromotorischen Ventilantriebe solange, bis deren Iststellungen mit den gewünschten Sollwerten übereinstimmen.

Anspruch 2

Vorrichtung nach 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Wahl von Temperatur und Durchftußmenge entsprechend der Anordnung einer Windrose erfolgt. Hierbei ist die Zuordnung zwischen Betätigungspunkt und Betätigungsort des Bedienfeldes derart gewählt, daß der Benutzer sich die Zuordnung intuitiv merken kann, wenn er an die Anordnung der Windrose denkt. In Bedienungsrichtung sind die Funktionen wie folgt angeordnet: Ventilstellung "auf im Norden, Ventilstellung "zu" im Süden, "heiße Temperatur" im Westen, "kalte-Temperatur" im Osten. Normaltemperatur und Normaldurchflußmenge sind im Mittelpunkt des Bedienfeldes angeordnet.

Anspruch 3

Vorrichtung nach 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsfeld auf dem Armaturenkörper angebracht ist.

Anspruch 4

Vorrichtung nach 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsfeld außerhalb des Armaturenkörpers angebracht ist.

Anspruch 5

Vorrichtung nach 1 dadurch gekennzeichnet, daß das die Betätigung der Armatur durch eine Spracheingabe realisiert wird, die an Stelle des Tastendrucks die Sprachbefehle "auf,

H%J?$tyiift?·.: Fi.taörüning..·: : -5-

zu", "mehr", weniger "heiß" und "kalt" entgegennimmt und die an die Steuerung weiterleitet. Der Befehl "auf entspricht dabei der Betätigung des Mittelpunktes im Bedienfeld und ruft eine Einstellung mit "Normaltemperatur" und "Normaldurchflußmenge" ab. Mit Hilfe der Befehle "mehr" oder "weniger" kann die Durchflußmenge der Armatur schrittweise zwischen Minimum und Maximum verändert werden. Dagegen wird mit Hilfe der Befehle "heiß" und "kalt" die Temperatureinstellung schrittweise zwischen Minimum und Maximum verändert. Mit dem Befehl "zu" wird die Armatur wieder geschlossen.

·.. · FJ M, pruning y\ \ -6-