DE69210427T2 - Mischbatterie mit Temperatur-Fernsteuerung - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf Mischbatterien derjenigen Art, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben sind, und auf ein Verfahren zu ihrer Betätigung. Insbesondere behandelt die vorliegende Erfindung eine Temperatursteuerung, die einem Benutzer erlaubt, eine gewünschte Wassertemperatur auszuwählen.
• Eine Mischbatterie dieser Art ist in der EP-A-084 824 beschrieben. Diese Druckschrift zeigt eine elektro-mechanische Mischventilvorrichtung, die Ventile zum Steuern der Durchflüsse von heißem und kaltem Wasser aufweist. Zum Starten und Beenden des Durchflusses und zum Anheben oder Absenken der Temperatureinstellung sind getrennte Schalter vorgesehen.
• Elektro-mechanische Mischbatterien, die eine Art Benutzerkontrolle der Temperatur zeigen, sind ferner in der US-A-3 556 146, Groen et al, und der US-A-3 415 278, Yamaoto et al, gezeigt. Die Einrichtungen dieser Patente gestatten es dem Benutzer, das Öffnen und Schließen getrennter Heiß- und Kaltwasserventile zu steuern. Die Temperatursteuerung wird erreicht, indem man das heiße und das kalte Wasser, wie zum Erreichen der gewünschten Mischung notwendig, auf- und zudreht.
• Ein Problem dieser Art einer Temperatursteuerung liegt darin, daß der Benutzer, wenn er die Wassertemperatur neu einstellen will, seine Hände aus dem Wasserstrom nehmen muß, um den Öffnungs- und Schließgrad der Ventile neu einzustellen. Es gibt keine Vorkehrungen für ein Temperatursteuerungssignal, das die Temperatur aufrecht erhält, wenn sie vom Benutzer einmal eingestellt ist.
• Gemäß den Ansprüchen 1 und 5 bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine elektro-mechanische Mischbatterie und ein Verfahren zu ihrer Betätigung, die einen vom Benutzer einstellbaren Temperaturwähler aufweist. Der Temperaturwähler erzeugt ein Mischsignal, das die Ventile für heißes und kaltes Wasser steuert, um die gewünschte Wassertemperatur zu erzeugen. Wenn einmal ein Mischsignal gesetzt ist, kontrolliert es die Ventile, um die korrekte Temperatur zu erzeugen. Die Hände des Benutzers sind demnach frei für die Benutzung des Wasserstroms.
• Der Temperaturwähler enthält eine Reihe von Leuchtdioden oder andere Anzeigeeinrichtungen, die einen Ruhezustand annehmen, wenn die Mischbatterie nicht verwendet wird. Wenn ein Benutzer ankommt und den Temperaturwähler betätigt, verursacht er sofort einen Aufleuchtzustand der Leuchtdioden, um dem Benutzer zu signalisieren, daß die Mischbatterie funktionsfähig ist.
• Die meisten Mischbatterien dieser Art, einschließlich die der vorliegenden Erfindung, haben Näherungssensoren einer bestimmten Art, die den Wasserdurchfluß aktivieren, wenn ein Benutzer seine oder ihre Hände unter die Mischbatterie hält. Mit elektro-mechanischen Mischbatterien unvertraute Benutzer können jedoch verunsichert werden, wie die Mischbatterie anzustellen ist. Die vorliegende Erfindung schafft einen Schalter einer gewissen Art für die Temperatursteuerung. Er kann in einer Weise angeordnet werden, daß er dem Benutzer anzeigt, daß er eine Mischbatteriesteuerung ist. Obwohl dies tatsächlich die Temperatursteuerung tut, dreht auch der Temperaturwähler der vorliegenden Erfindung das Wasser an, unmittelbar nachdem der Wähler für eine vorbestimmte Zeitdauer betätigt wurde. Dies hilft mit, eine Verwirrung zu beseitigen, wie die Mischbatterie anzuschalten ist. Wenn das Wasser einmal läuft, wird der Benutzer seine oder ihre Hände gewöhnlich unter die Mischbatterie halten, wo dann die normale Näherungsfeststellung übernimmt und eine Fortdauer des Wasserflusses für die notwendige Zeit bewirkt.
• Wenn der Benutzer die Mischbatterie verläßt, stellt die Temperatursteuerung den eingestellten Temperaturwert für den nächsten Benutzer auf einen neutralen Einstellwert zurück. Die Leuchtdiode kehrt dann in ihren Ruhezustand zurück.
• Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Anzeige, daß der Benutzer die Höchsttemperatur voll gewährt hat. Die Leuchtdiodenreihe hat eine blinkende Leuchtdiode, um anzuzeigen, daß die extreme Temperatur ausgewählt wurde.
• In noch einem anderen Aspekt, betrachtet die Erfindung einen Zeitschalter, der den Schaltkreis inaktiviert, wenn einer der Temperaturwahlschalter länger als für eine vorbestimmte Zeitdauer aktiviert wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm des Steuerschaltkreises und der Mischbatterie der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 2 zeigt ein Schaltbild des Temperaturwählbereichs des Schaltkreises.
• Fig. 3 ist ein Blockdiagramm des das Ventil betätigenden Schaltkreises.
• Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb des Temperaturwählers zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
• Die Erfindung ist in Form eines Blockdiagramms in Fig. 1 gezeigt. Ein Paar abwechselnd betätigbarer Solenoidventile 11 und 12 sind jeweils mit einem Kaltwasserzufluß 14 und einem Heißwasserzufluß 15 über Wasserleitungen 13 verbunden. Das Kaltwasserventil liefert einen kalten Einlaßstrom in der Leitung 16, während das Ventil 12 einen heißen Eingangsstrom in der Leitung 17 erzeugt. Die Leitungen 16 und 17 sind mit einer gemeinsamen Mischleitung 18 verbunden, wo sich das Wasser vermischt und durch einen am Ende der Leitung 18 angeordneten Wasserhahn 19 hindurchtritt. Die relativen Volumenanteile von heißem und kaltem Wasser, die durch die entsprechenden Ventile hindurchgelassen werden, bestimmen die Temperatur des Ausgangsstroms.
• So kann beispielsweise ein Mischverhältnis ausgewählt werden, wo während jedes vollständigen Betriebszyklus das Kaltwasserventil 11 für eine Zeitdauer offen gelassen wird, die dreimal länger ist als die Öffnungszeit des Heißwasserventils 12. Wenn in einem anderen Beispiel eine wärmere Ausgabeströmung gewünscht ist, kann das System eingestellt werden, um ein Mischverhältnis zu erzeugen, bei dem die Länge jedes periodisch wiederkehrenden Heißwasserstoßes siebenmal größer ist als jede der zwischenliegenden Kaltwasserstöße.
• Nachfolgend wird die elektronische Schaltung zum Steuern des Öffnens und Schließens betrachtet werden, um Wasser des gewünschten Mischverhältnisses von heißem und kaltem Wasser, und dadurch der gewünschten Temperatur, zum Wasserhahn 19 zu fördern. Der elektronische Schaltkreis ist in der Form eines Blockdiagramms in Fig. 1 dargestellt. Die Ventile 11 und 12 werden durch eine Ventiltriggerschaltung 20 geöffnet und geschlossen. Der Trigger wird entweder durch ein Wasseranforderungssignal 22 oder ein Temperaturänderungssignal 24 aktiviert.
• Das Wasseranforderungssignal 22 kann durch einen Näherungssensor 25 erzeugt werden. Der Näherungssensor stellt die Anwesenheit eines Benutzers nahe an der Mischbatterie fest, und gibt, wenn bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind, einen logischen Hochzustand aus, der zum Wasseranforderungssignal 22 wird. Das Wasseranforderungssignal wird dem Ventiltrigger übermittelt, der das Wasser anstellt. Gewöhnlich ist der Näherungssensor 25 auf den Bereich unterhalb des Wasserhahns ausgerichtet, so daß das Wasser angeht, wenn ein Benutzer seine oder ihre Hände unter den Wasserhahn hält. Ein derartiges System ist im US-Patent 4 894 874, ausgegeben am 23. Januar 1990 und übertragen auf den vorliegenden Anmelder, offenbart. Der Offenbarungsgehalt dieses Patentes wird hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen.
• Das Temperaturänderungssignal 24 wird durch eine Eingabedaten- Logikschaltung 26 hergestellt. Die Eingabedaten-Logikschaltung 26 erhält Signale von einer vom Benutzer einstellbaren Auswahleinrichtung in Form eines Hochtemperaturschalters 28 und eines Niedrigtemperaturschalters 30. jeder geeignete Schalter kann verwendet werden, einschließlich elektro-mechanische, optische oder Näherungseinrichtungen. Wenn einer der Schalter 28 oder 30 betätigt wird, erzeugt die Schaltung 26 sofort das Temperaturänderungssignal 24, das dem Ventiltrigger 20 übermittelt wird. Dieser öffnet die Heiß- oder Kaltwasserventile gemäß der eingestellten Temperatur.
• Die Betätigung der Heiß- und Kaltschalter 28 und 30 leitet weiterhin einen Scrolling-Betrieb ein, um die ausgewählte Temperatur von einer vorher eingestellten neutralen Temperatur (oder von einer vorher durch einen Benutzer ausgewählten Temperatur) jeweils nach oben oder unten durchlaufen zu lassen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind acht einzelne Temperatureinstellungen durch den Benutzer zu erzielen. Diese acht Einstellungen werden intern durch einen dreistelligen Binärcode dargestellt, der als Mischsignal bezeichnet wird. Das bedeutet, daß jede einzelne Einstellung durch einen der acht Binärzahlen dargestellt werden kann, die bei einem dreistelligen Code verfügbar sind. So kann deshalb die niedrigste Temperatureinstellung (wenn dem Wasserhahn 19 nur kaltes Wasser zugeführt wird) durch den Binärcode 000 bezeichnet werden. Die höchste Einstellung (nur heißes Wasser) kann mit dem Binärcode 111 angezeigt werden. Der Binärcode wird durch den Umcodierschaltkreis 32 aufgrund der von der Eingangslogikschaltung 26 erhaltenen Daten produziert. Die Umcodierschaltung 32 ist ein Zähler, der vor- und rückwärts zählt. Das binär verschlüsselte Mischsignal ist schematisch bei 34 in Fig. 1 gezeigt.
• Das Mischsignal 34 wird einem Dosiersignalerzeuger 36 zugeführt. Der Dosiersignalerzeuger enthält einen Taktgeber und einen Zähler, um ein periodisch wiederkehrendes Rechtecksteuersignal zum abwechselnden Öffnen und Schließen der Solenoidventile zu erzeugen. Einzelheiten daraus sind unten beschrieben. Die Ventile werden abwechselnd oder im Gegentakt beschrieben, so daß ein Ventil offen ist, wenn das andere Ventil geschlossen ist.
• Der Umcodierschaltkreis 32 erhält Impulse von einem Taktgeber 38. Der Taktgeber kann durch ein Signal durch die Eingabe-Logikschaltung 26 inaktiviert werden. Das Signal, das den Taktgeber inaktiviert, wird durch die Hoch- und Niedrigtemperaturschalter in einer Weise gesteuert, die im einzelnen nachfolgend beschrieben wird.
• Eine Anzeigeeinheit schafft eine visuelle Rückmeldung, um dem Benutzer anzuzeigen, welches Temperaturniveau gegenwärtig ausgewählt ist. Das bevorzugte Anzeigemittel ist eine Reihe von Leuchtdioden, die in einer Leuchtanzeige und einer Driverschaltung 42 enthalten sind. Eine Logikschaltung 44 erhält das dreistellige, binäre Mischsignal von der Umwandlungsschaltung 32 und steuert, basierend auf dieser Information, den Lichtdriver, um die Leuchtdiode anzuschalten, die die gegenwärtige Temperatureinstellung anzeigt.
• Fig. 2 stellt die Schaltung zum Erzeugen des dreistelligen, Binärcode-Mischsignals dar. Die Schaltung umfaßt einen heißen Schalter 28 und einen kalten Schalter 30, die über Kondensatoren C11 und C12 verbunden und in Reihe mit Widerständen R1 und R2 geschaltet sind, wie dies gezeigt ist. Die leitenden Seiten von C11 und C12 sind durch Leitungen 46 und 48 mit einem NAND- Gate verbunden. Der Ausgang des NAND-Gate 50 ist die Leitung 52.
• Die leitenden Seiten von C11 und C12 sind weiterhin durch Leitungen 54 und 56 an die Eingänge einer Logikschaltung mit Invertern 58a, b, c, d und OR-Gates 60a, b, c verbunden, wie dies gezeigt ist. Die Logikschaltung soll den Zähler 32 inaktivieren, wenn ein Temperaturschalter weiterhin betätigt wird, obwohl das Temperatursignal bereits an einem Extrempunkt steht. Der Ausgang dieser Logikschaltung wird über die Leitung 62 zum OR-Gate 64 übertragen.
• Der andere Eingang zum OR-Gate 64 erfolgt von der Ausgabeleitung 52 des NAND-Gates 50, durch den Widerstand R3. R3 und der Kondensator C3 bilden einen Störungs-Zeitschalter. Eine Drainschaltung umfaßt einen Inverter 66, einen Widerstand RiO und einen Transistor Q3. Sie ist mit der Ausgangsleitung 52 durch eine Leitung 68 verbunden, um den Störungs-Zeitschalter in der unten beschriebenen Weise zurückzustellen
• Der Ausgang 52 des NAND-Gates 50 ist mit der Taktgeberschaltung 38 verbunden, die die Kondensatoren C4 und C5, den Widerstand R6, das NAND-Gate 70 und den Inverter 72 enthält. Der Ausgang 52 des NAND-Gates 50 ist weiterhin über eine Leitung 68 mit einer Öffnungseinrichtung verbunden, die Kondensatoren C6 und C9, einen Transistor Q1 und Widerstände R4 und R21 enthält. Die Öffnungseinrichtung ist über die Leitung 74 mit der Ventil- Trigger-Schaltung verbunden.
• Die Rückstelleinrichtung enthält Widerstände R5, R20 und R22, Kondensatoren C7 und C8, einen Transistor Q2 und einen Inverter 76. Der Eingang der Rückstelleinrichtung ist mit dem Näherungssensor 25 über Leitungen 78 und 80 verbunden. Die Leitung 80 hat eine Diode 81 und ist über R8 mit einer Spannungsquelle verbunden. Es ist wichtig festzustellen, daß der Näherungssensor so angeordnet ist, daß die Leitung 78 mit der Erde verbunden ist, wenn keine Feststellung stattfindet. Wenn eine Feststellung stattfindet, erhält die Leitung 78 ein logisches Hochsignal. Der Ausgang der Rückstelleinrichtung ist die Leitung 82.
• Die Mischsignal-Erzeugerschaltung der Fig. 2 enthält die Umcodierschaltung 32, die bevorzugt ein vierstelliger, binärer, vor- und rückwärtszählender Zähler ist, wie beispielsweise der Typ 14516. Die Eingänge in den Zähler umfassen die Rückstellschaltung auf Leitung 82, die Taktgeberschaltung auf der Leitung 84, die Logikschaltung auf der Leitung 86, die Vor- und Rückwärtszählung auf der Leitung 88 und die Ruhesignale auf der Leitung 90. Der Ausgang des Zählers 32 liefert das dreistellige, binär gecodete Mischsignal. Die drei Stellen des binär gecodeten Mischsignals werden von den Pins B&sub0;, B&sub1; und B&sub2; den Leitungen 92a, b, c übergeben. Die Leitungen 94a, b, c übermitteln das Mischsignal an den Dosiersignalerzeuger.
• Die Mischsignal-Erzeugungsschaltung der Fig. 2 enthält weiterhin die Logikschaltung 44 der Leuchtanzeige, die bevorzugt ein Binär-Dezimal-Decoder ist, wie beispielsweise Typ 14028. Das binäre Mischsignal wird dem Decoder 44 über die Leitungen 92a, b, c übermittelt. Der Decoder aktiviert einen der Ausgabepins Q1 bis Q7, in Abhängigkeit vom gegenwärtigen Mischsignal. Wenn die Schaltung ruht, d.h. wenn kein Benutzer festgestellt wird und keine Temperaturwahl kürzlich stattgefunden hat, ist der Pin Q4 leitend. Der Rest ist nicht leitend.
• Die Ausgabepins Q1 bis Q7 sind mit der Leuchtanzeige und der Driverschaltung 42 verbunden, die die Widerstände R9 und R12 bis R19, die Transistoren Q5 bis Q12 und die Leuchtdioden L1 bis L7 enthält. Die Driverschaltung hat weiterhin einen Oszillator 94 und eine Heliraum-Schaltung mit dem Widerstand R11 und dem Transistor Q4, die mit dem Näherungsdetektor über die Leitung 80 und mit der Leuchtdiode L4 über Leitung 96 verbunden sind. Eine Seite von R11 ist weiterhin mit dem Decoder 44 über die Leitung 97 und die Diode 99 verbunden.
• Fig. 3 stellt Einzelheiten des Dosiersignalerzeugers 36 und des Ventiltriggers 20 dar. Der Dosiersignalerzeuger 36 umfaßt einen Komparator 37, einen Taktgeber 39 und einen Zähler 40. Die Leitungen 94a, b, c sind mit den mit B&sub0; bis B&sub2; bezeichneten Eingängen eines konventionellen Komparators 37 mit vierstelligem Absolutwert verbunden, wie beispielsweise vom Typ 14585. Der Taktgeber 39 liefert Impulse an einen siebenstelligen, binären Brummzähler 40, der ein Zähler vom Typ 14024 sein kann. Der Zähler 40 liefert eine Zählung an die Eingänge A&sub2;, A&sub1;, A&sub0; des Komparators 36.
• Die Ausgänge des Komparators 36 sind die Leitungen 98, 100 und 102. Die Leitung 98 ist ein Eingang in das NOR-Gate 104. Die Leitungen 100 und 102 sind mit einem OR-Gate 106 verbunden und liefern daraus eine Eingabe an das NOR-Gate 108. Die andere Eingabe an die gates 104 und 106 stellt die Ausgabe des NOR- Gates 110 dar. Das NOR-Gate 110 erhält als Eingangssignal das Wasseranforderungssignal 22 vom Näherungssensor 25 und das Temperaturwechselsignal 24 von der Leitung 74 der Fig. 2. Zusammen bilden die NOR-Gates 104, 108 und 110 die Triggerschaltung 20. Die NOR-Gates 104 und 108 sind mit den Solenoidbetätigungsschaltungen verbunden, die Transistoren 112, 114, Dioden 116 und Leuchtdioden 118 enthalten.
• Die Verwendung, der Betrieb und die Funktion der Erfindung werden nachfolgend beschrieben. Es wird zunächst die Wirkung der Mischsignal-Erzeugungsschaltung der Fig. 2 betrachtet. Das Spannungsniveau an jedem der Pins B&sub0;, B&sub1; und B&sub2; des Zählers 32 ist entweder relativ hoch (Logik 1) oder relativ niedrig (Logik 0), in Abhängigkeit von der Wahl durch den Benutzer. Man kann sehen, daß die drei Leitungen 94a, b, c acht unterschiedliche Kombinationen von 0 und 1 vorsehen, wobei diese acht Kombinationen Binärsignale bilden, die die acht Binärzahlen von 000 bis 111 repräsentieren, wobei jede ein unterschiedliches Mischungsverhältnis in einer zu beschreibenden Weise produziert.
• Die Pins des Zählers, markiert als Rückstellung, P&sub0;, P&sub1;, P&sub3; und Erde, sind alle geerdet, während der Pin P&sub2; ein logisches Hochsignal hat. Dies stellt den Vorbelegungszustand der Ausgänge B&sub2;, B&sub1;, B&sub0; auf jeweils 1, 0, 0, ein. Dies definiert ein Mischverhältnis, das in der Mitte des möglichen Temperaturbereichs liegt. Das binäre Mischverhältnis 100 wird demnach in ruhendem Zustand der Mischsignalschaltung auf die Ausgabeleitungen 94a, b, c übertragen.
• Im ruhenden Zustand ist der Pin Q4 des Decoders 44 leitend, alle restlichen sind nicht leitend. Q8 ist an, und die Leuchtdiode L4 wird über R9 gedimmt angeschaltet. Es soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, daß dann, wenn ein Benutzer durch den Näherungssensor festgestellt wurde (der Benutzer jedoch weder den Schalter 28 noch den Schalter 30 betätigt hat), der Sensor 25 die Leitung 78 mit einem logischen Hochsignal belastet. Dies schließt über die Leitung 80 und R11 den Q4. Fünf Volt werden dann direkt auf L4 über Q4 und die Leitung 96, unter Umgehung von R9, übergeben. Dies bewirkt, daß die Leuchtdiode L4 aus ihrem gedimmten Zustand in ihren hellen Zustand übergeht.
• Es wird nunmehr angenommen, daß ein Benutzer an der Mischbatterie ankommt und einen der Temperaturwählschalter 28 oder 30 auswählt, jedoch seine oder ihre Hände nicht unter den Wasserhahn bewegt, so daß der Näherungsschalter nicht aktiviert wird. Die neutrale oder Vorbelegungs-Temperatureinstellung wird durch den Benutzer verändert, indem dieser entweder den heißen oder den kalten Schalter 28 oder 30 schließt. Wenn dies geschieht, fällt eine der Leitungen 46 oder 48 ab, wodurch das NAND-Gate 50 ein logisches Hochsignal auf den Leitungen 52 und 68 ausgibt. Dies hat verschiedene Wirkungen. Zunächst öffnet es Q3 der Drainschaltung, so daß C3 des Störungszeitschalters das Aufladen über die Leitung 52 und R3 starten kann. Zweitens wird der Taktgeber 38 (definiert durch C4, C5, R6, 70 und 72) aktiviert. Drittens, aktiviert dies die Öffnungseinrichtung.
• Wenn nunmehr die Öffnungseinrichtung betrachtet wird, erzeugt der Kondensator C6 einen einmaligen Impuls an den Transistor Q1, der das Aufladen des Kondensators C9 gestattet. Ein logisches Hochsignal wird weiterhin auf den Ventiltrigger 20 auf der Leitung 74 erzeugt, was in unten beschriebener Weise sofort die Kalt- und Heißwasserventile öffnet. Die Temperatur an diesem Punkt ist die Vorbelegungs-Neutraltemperatur. Der Ventiltrigger wird bis zu der Zeit aktiviert, wenn sich der Kondensator C9 entlädt.
• Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Werte der Komponenten der Öffnungseinrichtung so ausgewählt, daß das logische Hochsignal an den Ventiltrigger für etwa 5 Sekunden übermittelt wird. Der Zweck dieser Maßnahme ist es, das Wasser unmittelbar nach der Betätigung eines Temperaturwahlschalters anzudrehen, selbst wenn der Benutzer seine Hände nicht in den Bereich des Näherungssensors gebracht hat. Es wird erwartet, daß der Benutzer seine oder ihre Hände unter den Wasserhahn und in das Feld des Näherungssensors hält, sobald das Wasser zu fließen anfängt, was dann den Wasserfluß aufrecht erhält, nachdem die Öffnungseinrichtung ausgetaktet wurde.
• Bei Aktivierung des Taktgebers 38 fängt der Zähler 32 an, voroder zurückzuzählen, in Abhängigkeit von den Bedingungen in der Leitung 88. Das bedeutet, daß er vorwärts zählt, wenn die Leitung 88 leitend ist (was die Betätigung des heißen Schalters anzeigt) und er wird rückwärts zählen, wenn die Leitung 88 nicht leitend ist (durch die Betätigung des kalten Schalters 30). Wenn der Zähler die Taktgeberimpulse zählt, verändern sich die Ausgänge B&sub0;, B&sub1;, B&sub2; mit jeder Zählung. Wenn demnach der Zähler wegen der Auswahl des heißen Schalters vorwärts zählt, wird sich der Binärcode in den Ausgängen B&sub0; bis B&sub2; mit jedem Impuls des Taktgebers erhöhen. Das binärcodierte Mischsignal wird durch die Leitungen 94 an den Komparator 36 gegeben, wie dies gezeigt ist.
• Das Ausmaß des Scrolling wegen des anwendbaren Temperaturbereichs, wenn der Benutzer einen Wahlschalter 28 oder 30 drückt, ist variabel. Die Charakteristik des NAND-Gates 70 ist derart, daß es nicht sofort ein logisches Hochsignal registriert. Es besteht eine Verzögerung von etwa 1 bis 1,5 Sekunden, bevor der erste Impuls des Taktgebers die Zählung und dadurch das Mischsignal verändert. Danach werden die Impulse auf die Leitung 84 in Intervallen von etwa 0,3 Sekunden gegeben. Es besteht deshalb eine leichte Verzögerung, worauf dann die Zählung schnell verläuft, so daß die Temperaturwahl von der neutralen Temperatur auf das eine oder andere Extrem etwa zwei bis drei Sekunden dauert.
• Der Zweck der Verzögerung ist es, die typische physische Reaktionszeit des Benutzers auszugleichen. Die meisten Personen können oder wollen nicht den Wahlschalter schnell loslassen. Ohne die Verzögerung würde die Schaltung höchstwahrscheinlich zur extremen Einstellung scrollieren, bevor der Benutzer den Schalter losläßt. Die Verzögerung macht es für die meisten Benutzer möglich, die Temperatur nach oben oder nach unten nur um jeweils eine Stufe zu schalten. Nach der anfänglichen Verzögerung wird die Schaltung der verbleibenden Stufe zur extremen Einstellung sehr schnell scrollieren. Dies erfolgt zur Anpassung an diejenigen Benutzer, die eine schnelle Reaktion erwarten.
• Es soll angenommen werden, daß der Benutzer die Temperatur auf ein von der neutralen Einstellung entferntes Niveau angehoben hat. Wie oben erläutert, wird ein neues Mischsignal an den Komparator 37 ausgesandt. Das Wasser läuft, entweder durch Wirkung der Öffnungseinrichtung oder des Näherungssensors. Die Licht- Driverschaltung erdet den Pin Q4 des Decoders 44 und schaltet die Transistoren Q8 und Q4 ab, den letzteren über die Leitung 97. Demgemäß ist die Leuchtdiode L4 aus. Der Pin Q5 des Decoders 44 ist leitend, und schaltet den Transistor Q9 und die Leuchtdiode L5 an.
• Es wird weiterhin angenommen, daß der Benutzer seine Hände unter den Wasserhahn hält, der Näherungssensor 25 ein logisches Hochsignal auf der Leitung 80 liefert, den Transistor Q2 schließt und den Kondensator C8 der Rückstellschaltung lädt. Es soll angemerkt werden, daß die Diode 81 ein logisches Hochsignal in der Leitung 80 daran hindert, den Transistor Q4 zu beaufschlagen, wenn der Pin Q4 stromlos ist. Nun, nachdem der Benutzer die Mischbatterie verlassen hat, erdet der Näherungssensor die Leitungen 78 und 80. Wenn sich C8 entlädt, gibt der Invertor 76 ein logisches Hochsignal ab und C7 erzeugt einen einmaligen Impuls auf den Ruhepin des Zählers 32. Dies stellt die Ausgänge B&sub0; bis B&sub2; auf die Vorbelegungs-Neutraltemperatur für den nächsten Benutzer zurück.
• Wenn ein Benutzer die extrem hohe Temperatur auswählt, wird der Pin Q7 des Decoders 44 leitend und schaltet den Transistor Q12 an. Die energieversorgende Leitung auf die Leuchtdiode L7 geht jedoch durch Q11, der durch einen Oszillator 94 an- und abgeschaltet wird. Dies erzeugt eine verstärkte visuelle Rückmeldung, die den Benutzer warnt, daß die Wassertemperatur möglicherweise gefährlich hoch wird.
• Nunmehr wird die Handhabung abnormaler Zustände in der Mischsignalschaltung beschrieben. Wenn der Temperaturwahlschalter weiter gedrückt wird, nachdem eine extreme Temperatur erreicht wurde, gibt einer der Ausgabepins Q1 und Q7 des Decoders ein logisches Hochsignal an die Logikschaltung (definiert durch die Elemente 58, 60 und 62) ab. Wenn eine extreme Temperatureinstellung erreicht wurde, und der heiße oder kalte Schalter noch weiter gedrückt wird, gibt die Logikschaltung ein logisches Hochsignal zum OR-Gate 60c und von hier zum Eintragpin des Zählers 32 ab. Wenn der Eintragpin leitend ist, macht er den Taktgeber 38 wirkungslos, so daß B&sub0;, B&sub1;, B&sub2; nicht wechseln können.
• Über gleiche Leitungen, wenn der Kondensator C3 des Störungs- Zeitschalters geladen wird (bevorzugt in ungefähr 30 Sekunden), wird ein logisches Hochsignal auf das OR-Gate 64 gegeben, das auch den Eintragspin leitend macht und ein weiteres Zählen inaktiviert. Dies inaktiviert die Vorrichtung, wenn einer der Schalter gestört oder in einer geschlossenen Position festgefahren ist. Die Temperatureinstellung wird auch zum Neutralpunkt zurückgeführt. Wenn der Zustand behoben ist, geht der Ausgang des NAND-Gates 50 gegen Null und Q3 der Drainschaltung schließt, wodurch der Kondensator C3 des Störungs-Zeitschalters schnell entladen wird, so daß der normale Betrieb wieder beginnen kann.
• Beim Betrieb der Schaltung nach Fig. 3 wird das gemäß Fig. 2 erzeugte Mischverhältnis auf den Leitungen 94a, b, c übertragen. In einem spezifischen Ausführungsbeispiel läuft der Taktgeber 39 mit einer Frequenz von 120 Hz. Der Zähler 40 läuft schrittweise über eine Zählsequenz von 128 Stufen in etwa einer Sekunde, genauer 1,06 Sekunden, wonach der Zähler zurückgestellt wird und eine andere Zählsequenz von 128 Zählstufen beginnt. Der Einfachheit halber soll angenommen werden, daß die Periode, die der Zähler benötigt, sich durch seine gesamte Zählsequenz zu zählen, eine Sekunde (abgerundet von 1,06) beträgt.
• Wenn sich der Zähler 40 durch seine Zählsequenz stufenweise hindurchbewegt, erzeugt er 128 unterschiedliche Binärzahlen. Da jedoch das einstellbare Mischverhältnis (genannt Bn), das zum Komparator an den Eingängen B&sub0;, B&sub1;, B&sub2; übertragen wird, auf die acht Binärzahlen 000 bis 111 begrenzt ist, werden nur die drei wichtigsten Stellen aus dem Zähler 40 abgezogen und an den Komparator 36 übergeben. Die acht unterschiedlichen Zahlen, die durch diese Stellen repräsentiert werden, sind in wirksamer Weise aufgespreizt und gleichmäßig verteilt über den Betriebszyklus von einer Sekunde, so daß sie in einer Reihe in jedem achten Teil einer Sekunde auftreten. Aus diesem Grund wurden nur drei Verbindungen zwischen dem Zähler 40 und den Eingängen A&sub2;, A&sub1;, A&sub0; des Komparators 37 vorgenommen.
• Nach jedem achten Teil einer Sekunde wird eine andere Binärzahl an die Eingänge des Komparators übergeben. Insbesondere wird die Zahl 000 an den Komparator gesendet, wenn der Zähler rückgestellt wird. Einem achten Teil einer Sekunde später wird die Zahl 001 geliefert. In gleicher Weise werden während der nachfolgenden 1/8-Sekunden-Intervallen, die Binärzahlen 010, 011, 100, 101, 110 und 111 nacheinander auf die Eingänge A&sub0; bis A&sub2; übertragen. Dann stellt sich der Zähler zurück oder kehrt zur Zahl 000 zurück und beginnt einen weiteren Zählzyklus. Die zunehmend ansteigende Binärzahl vom Zähler 40 nach jedem Sekundenzyklus wird als An bezeichnet.
• Der Komparator 37 erhält demnach eine Zähler-Binärzahl An und eine Binärzahl Bn, die das ausgewählte, gewünschte Mischverhältnis kennzeichnet. Der Komparator arbeitet in bekannter Weise, um das momentane Verhältnis zwischen den Zahlen An und Bn zu bestimmen.
• Wenn ein Wasseranforderungssignal auftritt, weil der Näherungssensor einen Benutzer entdeckt, oder wenn der Benutzer einen der Schalter für hohe oder niedrige Temperaturen betätigt, beaufschlagt das NOR-Gate 110 den Eingang des NOR-Gates 104 mit einem Logiksignal 0. Da ein NOR-Gate ein Logiksignal 0 ausgibt, wenn eines seiner Eingaben ein Logiksignal 1 ist, kann eine Ausgabe eines Logiksignals 1 sich nicht entwickeln, bis entweder eine Feststellung stattfindet oder der Temperaturschalter aktiviert wird. Da weiterhin die Zählerzahl An niedriger als das Mischsignal Bn ist, wird die Ausgabe 98 ein Logiksignal 1 und die Ausgabe des NOR-Gates 41 ein Logiksignal 0 sein, unabhängig vom Zustand des NOR-Gates 110. Solange wie das NOR-Gate 104 ein Logiksignal 0 produziert, leitet der Transistor 112 nicht und die Solenoidspule 11A bleibt stromlos.
• Wenn angenommen wird, daß eine Feststellung stattfindet, oder daß ein Temperaturschalter aktiviert wird, wodurch ein Logiksignal 0 vom Gate 110 produziert wird, wenn immer der Zähler An niedriger als das Mischsignal Bn ist, wird das Solenoidventil 11 geschlossen. Im Ergebnis wird während der frühen Phasen des Eine-Sekunde-Betriebszyklus, wenn der Zähler An gewöhnlich geringer als das Mischsignal B ist, das Solenoidventil 11 anfänglich geschlossen sein. Es wird so verbleiben, bis An Bn erreicht. Wie später erläutert wird, wird während dieses ersten Teilbereichs des vollständigen Zyklus, wenn das kalte Wasser abgeschaltet bleibt, das Solenoidventil 12 geöffnet, um den Durchfluß von heißem Wasser zur Leitung 17 zu gestatten.
• Wenn der Zähler 40 bis auf Bn zählt (und wenn man noch ein Logiksignal 0 vom Gate 110 annimmt), schaltet der Ausgang 98 auf ein Logiksignal 0, worauf der Ausgang des NOR-Gates 104 leitend wird. Dies schaltet den Transistor 112 an, um die Stromversorgung der Spule 11A zu gestatten und dadurch das Ventil 11 zu öffnen. Kaltes Wasser fließt nun durch das Ventil zur Leitung 16 und dem Wasserhahn 19, und dies wird so bleiben, bis die Zählsequenz vervollständigt ist und der Zähler auf die Zahl 000 zurückgesetzt ist. Während dieses Intervalls oder Impulses des Kaltwasserflusses ist das Ventil 12 geschlossen. Selbstverständlich wird während jedes nachfolgenden Zyklus der Zählschritte das Solenoidventil 11 geschlossen (und das Ventil 12 geöffnet), bis die ausgewählte Zahl Bn erreicht wird, zu welcher Zeit das Ventil 11 geöffnet wird, während das Ventil 12 schließt.
• Die Diode 116 ist im Nebenschluß mit der Spule hA verbunden, um die magnetische Energie abzuleiten, die in der Spule gespeichert ist, nachdem der Transistor abgeschaltet ist. Eine visuelle Anzeige des Betriebs der Betätigungsschaltung für das Solenoidventil 11 wird durch die Leuchtdiode 118 geschaffen.
• Betrachtet man nun das Heißwassersolenoid 12, werden die Ausgänge 100 und 102 des Komparators ein Logiksignal 0 sein, bis die Zahl Bn in jeder Sequenz der Zählschritte erreicht ist, was in einer Ausgabe eines Logiksignals 0 vom OR-Gate 106 resultiert, das zum NOR-Gate 108 durchgeleitet wird. Angenommen, daß der Benutzer ein Wasseranforderungssignal erzeugt, indem er sich in der Feststellungszone aufhält (oder den heißen oder kalten Temperaturwahlschalter betätigt), so gibt das NOR-Gate 110 ein Logiksignal 0 an das NOR-Gate 108 ab. Wenn beide Eingänge zum NOR-Gate 108 auf Logiksignal 0 stehen, wird der Ausgang leitend, schaltet den Transistor 114 an und versorgt die Spule 12A mit Strom. Das Ventil 12 öffnet sich, um einen Heißwasserdurchfluß zum Wasserhahn 19 zu gestatten.
• Wenn während jedes Betriebszyklus des Zählers 40 die Zahl Bn erreicht ist, erhält das OR-Gate 106 mindestens ein Logiksignal 1 von den Ausgängen 100 und 102. Demnach erzeugt das OR-Gate 106 ein Logiksignal 1 für die Übertragung auf das NOR-Gate 108, wenn immer An gleich oder größer als Bn ist, woraus ein Logiksignal 0 vom NOR-Gate resultiert. Wenn der NOR-Ausgang spannungslos wird, schaltet sich der Transistor 114 ab und schließt das Ventil 12.
• Das AND-Gate 120 ist für einen speziellen Zweck eingeschlossen, wenn das ausgewählte Mischungsverhältnis Bn sich auf einem extremen Ende befindet, um sicherzustellen, daß nur eines der Solenoidventile betätigt ist. Insbesondere stellt das AND-Gate 120 die höchste Zahl 111 fest, die einer Temperaturwahl von nur heißem Wasser entspricht. Das AND-Gate 120 übermittelt ein Logiksignal 1 zum Eingang B3 des Komparators 37. Auf diese Weise wird die Zahl Bn immer größer als An sein, unabhängig vom Zählerausgang.
• Aus den obigen Ausführungen ist zu sehen, daß die NOR-Gates 104 und 106 periodisch wiederkehrende Rechtecksteuersignale erzeugen, die eine Periode von einer Sekunde haben, um das ihnen zugeordnete Solenoidventil in Gegenphase abwechselnd jeweils zu öffnen und zu schließen. Die zwei Steuersignale sind in Gegen phase mit den relativen Breiten der Impulskomponenten jedes Steuerungssignals, das effektiv das Mischverhältnis von heißem und kaltem Wasser einschließt. Bei der Einstellung der Signale B&sub0; bis B&sub2;, wird die Wellenform jedes der zwei Kontrollsignale reguliert, um den Bereich der Zeitperiode (eine Sekunde) jedes kompletten Zyklus auszuwählen, indem ein Ventil offen und das andere Ventil geschlossen, bzw. umgekehrt, ist, wodurch ein festes Mischverhältnis aufrechterhalten wird.
• Typische Steuerungssignale sind durch die beiden Spannungswellenformen der Fig. 3 gezeigt. Jede Wellenform ist das gegenphasige Gegenstück der anderen und stellt beispielsweise den Fall dar, wenn die ausgewählte Mischverhältniszahl Bn 101 ist. Für die ersten fünf Achtel eines Sekundenzyklus ist die Spannung am Ausgang des Gates 104 niedrig, während der Ausgang am Gate 108 hoch ist, wobei während der verbleibenden drei Achtel eines Eine-Sekunde-Zyklus die Spannungswerte umgekehrt sind.
• Das Zeitdiagramm der Fig. 4 zeigt in effektiver Weise die beschriebene Wirkungsweise. Von der Zeit 0 bis zur Zeit A befindet sich die Schaltung in ihrem Ruhezustand, d.h. die Temperatureinstellung ist neutral und die Leuchtdiode L4 gedimmt beleuchtet. Zur Zeit A drückt ein Benutzer beispielsweise den kalten Temperaturwahlschalter. Der Wasserdurchfluß beginnt sofort, wobei die Heiß- und Kaltwassersolenoide sich abwechselnd zyklisch an- und ausschalten für gleiche Zeitabschnitte, wie es am Boden der Fig. 4 dargestellt ist. Die Leuchtdiode für die ausgewählte Temperatur wird hell gestellt. Zur Zeit B läßt der Benutzer den kalten Schalter los. Das Wasser bleibt an bis zur Zeit C, die fünf Sekunden später liegt als der Schalter gedrückt wurde, wobei an diesem Punkt das Wasser abgeschaltet wird (unter der Annahme, daß der Benutzer nicht den Näherungsschalter betätigt, der den Wasserfluß angeschaltet lassen würde). Zur Zeit D, 20 Sekunden, nachdem der kalte Schalter losgelassen wurde, stellt der Ruhezeitschalter die Temperatureinstellung auf eine Neutralstellung zurück und die Leuchtdiode wird gedimmt.
• Der nächste Benutzer betätigt den heißen Schalter bei der Zeit E. Die Leuchtdioden werden hell und erhöhen stufenweise den Temperaturstatus. Der Wasserdurchfluß beginnt und dauert fünf Sekunden, wobei das Heißwasserventil länger als das Kaltwasserventil öffnet. Zur Zeit F ist die extreme Heißeinstellung erreicht, und die Leuchtdiode blinkt zur Warnung. Der Benutzer hält den heißen Schalter über eine Zeitdauer von mehr als 30 Sekunden gedrückt. Bei der Zeit G jedoch, 30 Sekunden nach der Betätigung des heißen Schalters, sperrt der Störungs-Zeitschalter den Zähler 32, was die Temperatureinstellung auf den Neutralpunkt zurückführt und die neutrale Leuchtdiode dimmt.
• Obwohl ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, ist es klar, daß Abwandlungen dabei vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der folgenden Ansprüche abzuweichen. So kann beispielsweise die Anzahl der Temperaturstufen mehr oder weniger als die acht gezeigten sein. Gleichermaßen kann die Anzeige der Leuchtdioden anders ausgebildet sein als die bestimmten, gezeigten Leuchtdioden. Hall-Schalter oder dergleichen können die gezeigten Druckknopf- Temperaturwahlschalter ersetzen.

Claims (5)

1. Mischbatterie zum proportionalen Mischen von ersten und zweiten Fluidvolumina unterschiedlicher Temperatur zum Vermengen der beiden Fluide gemäß einer von einem Benutzer ausgewählten Temperaturwahl, die durch ein Mischverhältnis repräsentiert wird, wobei die Mischbatterie eine vom Benutzer einstellbare Temperaturwähleinrichtung (26; 28, 30), um ein für ein gewünschtes Mischverhältnis repräsentatives Mischsignal (34) zu erzeugen, eine Einrichtung (36), die auf das Mischsignal zur Erzeugung eines Dosierungssignals anspricht, und erste und zweite Ventileinrichtungen (11, 12) zum Steuern des Durchflusses für jeweils das erste und zweite Fluid aufweist, wobei jede Ventileinrichtung einen mit der Versorgungsleitung (14, 15) des entsprechenden Fluids verbundenen Einlaß und einen Auslaß aufweist, der mit einem Mischelement (18) verbunden ist, wobei die Ventileinrichtungen (11, 12) auf das Dosiersignal ansprechen, um zu öffnen und den Durchfluß der ersten und zweiten Fluide in solchem Umfang zu gestatten, daß sich das gewünschte Mischverhältnis ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt Öffnungsmittel (20) zum Öffnen der Ventile durch Aussenden eines Dosierungssignals an die Ventile unmittelbar anschließend an die Verwendung der Temperaturwähleinrichtung (26, 28, 30) und über eine vorbestimmte, endliche Zeitdauer; und einen Näherungssensor (25) zum auswählbaren Übermitteln des Dosiersignals an die Ventileinrichtungen (11, 12) zumindest am Ende der vorbestimmten, endlichen Zeitdauer, dadurch, daß das Öffnen der Ventile entweder durch die Betätigung der Temperaturwähleinrichtung (26, 28, 30) oder durch den gesonderten Näherungssensor (25) erfolgt.

2. Mischbatterie nach Anspruch 1 ferner enthaltend eine Anzeigeeinrichtung (42), die auf die Temperaturwähleinrichtung (26, 28, 30) und den Näherungssensor (25) anspricht, um das gerade ausgewählte Mischverhältnis anzuzeigen, wobei die Anzeigeeinrichtung (42) ein erstes Stadium, das die Anzeigeeinrichtung (42) nach einer vorgewählten Zeitdauer des Nichtgebrauchs der Temperatureinrichtung (26, 28, 30) annimmt, und ein zweites Stadium aufweist, das die Anzeigeeinrichtung (42) unmittelbar dann annimmt, wenn der Näherungsschalter (25) die Anwesenheit eines Benutzers entdeckt.

3. Mischventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (42) mindestens ein drittes Stadium, das die Anzeigeeinrichtung (42) annimmt, um ein nicht-extremes Mischverhältnis anzuzeigen, und ein viertes Stadium aufweist, das die Anzeigeeinrichtung (42) unmittelbar nach der Wahl eines extremen Mischverhältnisses annimmt.

4. Mischbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine Rückstelleinrichtung, die auf den Näherungssensor (25) anspricht, um das Mischsignal nach einer vorbestimmten, endlichen Zeitdauer nachfolgend auf die Feststellung der Abwesenheit eines Benutzers auf ein neutrales Mischverhältnis einzustellen.

5. Verfahren zum Betreiben einer Mischbatterie derjenigen Art, die erste und zweite Ventileinrichtungen (11, 12) zum Steuern des jeweiligen Durchflusses von ersten und zweiten Fluiden aufweist, wobei die Fluide unterschiedliche Temperaturen haben, wobei jede Ventileinrichtung einen mit einer Versorgungsleitung (14, 15) ihres entsprechenden Fluids verbundenen Einlaß und einen Auslaß aufweist, der mit einem Mischelement (18) verbunden ist, und zum proportionalen Mischen von Volumenmengen der ersten und zweiten Fluide, um die beiden Fluide gemäß einer vom Benutzer ausgewählten Temperatureinstellung zu mischen, die durch ein Mischverhältnis repräsentiert wird, die folgende Verfahrensschritte aufweist:

Erzeugen eines für ein bestimmtes Mischverhältnis repräsentativen Mischsignals;

Erzeugen eines Dosiersignals gemäß dem Mischverhältnis, wobei das Dosiersignal fähig ist, die ersten und zweiten Ventileinrichtungen (11, 12) gemäß dem Mischsignal zu öffnen, um das gewünschte Mischverhältnis zu erzeugen;

das Aufbringen des Dosiersignals auf die Ventileinrichtungen (11, 12) unmittelbar nach der Erzeugung eines Mischsignals für eine vorbestimmte, endliche Zeitdauer; und

danach das Aussenden des Dosiersignals in ausgewählter Weise an die Ventileinrichtungen (11, 12) zumindest am Ende der vorbestimmten, endlichen Zeitdauer gemäß dem Einstellwert eines Näherungssensors (25) derart, daß das Öffnen der Ventile (11, 12) entweder durch die Betätigung eines Temperaturwahlschalters (26, 28, 30), der das Mischsignal erzeugt, oder des Näherungssensors (25) erfolgt, der getrennt und unabhängig vom Temperaturwahlschalter (26, 28, 30) ist.