DE3629580C1

DE3629580C1 - Schaltungsanordnung zur beruehrungslosen Steuerung einer Sanitaerarmatur

Info

Publication number: DE3629580C1
Application number: DE19863629580
Authority: DE
Inventors: Helmut Wertenauer
Original assignee: Hansa Metallwerke AG
Current assignee: Hansa Metallwerke AG
Priority date: 1986-08-30
Filing date: 1986-08-30
Publication date: 1987-07-09
Also published as: JP2577001B2; ATA217087A; AT397292B; US4782424A; CH673327A5; CA1289647C; JPS63134726A; AU7761487A; AU589545B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur berührungslosen Steuerung einer Sanitärarmatur mit

a) einem Sensor, welcher eine Lichtquelle und einen das am Benutzer reflektierte Licht erfassenden Lichtempfänger enthält, wobei bei großer Empfindlichkeit der Wasserstrahl der Sanitärarmatur im Erfassungsbereich des Sensors liegt;
b) einem Verstärker, welcher das vom Lichtempfänger erzeugte Signal verstärkt;
c) einem Komparator, welcher das Ausgangssignal des Verstärkers mit einem bestimmten Schwellwert vergleicht und beim Überschreiten dieses Schwellwertes ein Ausgangssignal erzeugt;
d) einem Impulsformer, dessen Ausgangssignal beim Auftreten des Ausgangssignals des Komparators unter Bildung einer ersten, im allgemeinen ansteigenden Flanke von einem ersten auf einen zweiten Wert wechselt und beim Wegfall des Ausgangssignals des Komparators gegebenenfalls mit zeitlicher Verzögerung unter Bildung einer zweiten, im allgemeinen abfallenden Flanke vom zweiten auf den ersten Wert wechselt;
e) mindestens einem Magnetventil, welches vom Ausgangssignal des Impulsformers angesteuert wird und den Wasserfluß so lange freigibt, wie dieses Ausgangssignal seinen zweiten Wert aufweist.

Bei bekannten, derzeit im Handel befindlichen Schaltungsanordnungen dieser Bauart tritt folgendes Problem auf: Die Empfindlichkeit der gesamten Schaltungsanordnung darf nicht zu groß sein, da andernfalls der aus der Sanitärarmatur austretende Wasserstrahl im Erfassungsbereich des Sensors liegen würde und sich ein "Selbsthalteeffekt" ergäbe. Hierunter ist zu verstehen, daß der Wasserstrahl selbst von der Schaltungsanordnung als auslösender Gegenstand interpretiert würde und die Armatur auch nach dem Wegtreten des Benutzers nicht mehr ausschalten würde. Es ist daher bei den bekannten Schaltungsanordnungen regelmäßig erforderlich, den Erfassungsbereich des Sensors durch Reduzierung der Empfindlichkeit gerade so zu justieren, daß der Wasserstrahl knapp außerhalb des Erfassungsbereiches liegt. Dies hat den doppelten Nachteil, daß je nach Auslauflänge eine unterschiedliche Justage erfolgen muß und daß andererseits der Benutzer mit seinen Händen sich näher auf den Sensor zu bewegen muß, als es dem Abstand zwischen Wasserstrahl und Sensor entspricht. Dies erschwert die Bedienung der Schaltungsanordnung bzw. der Sanitärarmatur insbesondere durch Personen, die über die Funktionsweise der Schaltungsanordnung nicht unterrichtet sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß der Empfindlichkeitsbereich so groß eingestellt werden kann, daß bereits bei zwanglosem Herantreten des Benutzers an die Sanitärarmatur eine Auslösung erfolgen kann, daß aber andererseits kein Selbsthalteeffekt durch den Wasserstrahl auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch

f) einen Flankendiskriminator, welcher das Auftreten der ersten und der zweiten Flanke im Ausgangssignal des Impulsformers überwacht;
g) eine Einrichtung, welche vom Flankendiskriminator angesteuert wird, die Empfindlichkeit der Schaltungsanordnung beim Auftreten der ersten Flanke des Ausgangssignals des Impulsformers von einem großen auf einen kleinen Wert verringert und beim Auftreten der zweiten Flanke des Ausgangssignals des Impulsformers gegebenenfalls mit zeitlicher Verzögerung die Empfindlichkeit wieder von dem kleinen auf den großen Wert zurückführt.

Erfindungsgemäß wird also die Schaltungsanordnung mit zwei unterschiedlichen Empfindlichkeiten betrieben. Im "Ruhezustand", in dem kein Wasser fließt und die Sanitärarmatur auf den nächsten Benutzer "wartet", ist die Empfindlichkeit groß. Die Einstellung dieser großen Empfindlichkeit kann frei nach Zweckmäßigkeitsgesichtspunkten so erfolgen, daß bereits ein zwanglos an die Sanitärarmatur herantretender Benutzer ohne eine besondere Bewegung der Hände auf den Sensor zu eine Auslösung bewirken kann. Wenn dagegen das Wasser einmal läuft, ist die Empfindlichkeit der Schaltungsanordnung so weit reduziert, daß der gefürchtete Selbsthalteeffekt nicht eintritt. Wenn dann das Wasser wieder aufgehört hat zu fließen, wird die Empfindlichkeit wieder auf den größeren, im Ruhestand herrschenden Wert zurückgeführt.

Zweckmäßigerweise wird die Veränderung der Empfindlichkeit auf elektrischem Wege bewirkt. Nach einem Merkmal der Erfindung ist daher vorgesehen, daß die Einrichtung zur Veränderung der Empfindlichkeit einen Steuerspannungsgenerator umfaßt, dessen Steuerspannung, vom Flankendiskriminator gesteuert, wahlweise einen ersten Wert, welcher der geringeren Empfindlichkeit entspricht, und einen zweiten Wert, welcher der größeren Empfindlichkeit entspricht, annehmen kann.

Zur Vermeidung von Instabilitäten beim Übergang von einem Empfindlichkeitswert zum anderen Empfindlichkeitswert empfiehlt sich, daß der Übergang zwischen den beiden Werten der Steuerspannung des Steuerspannungsgenerators kontinuierlich innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne unter Bildung einer Rampe erfolgt.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Verstärkungsfaktor des Verstärkers variabel; dann wird die Steuerspannung des Steuerspannungsgenerators einem Steuereingang des Verstärkers zugeführt.

Bei einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist der Schwellwert des Komparators variabel; dann wird die Steuerspannung des Steuerspannungsgenerators einem Steuereingang des Komparators zugeführt.

Bei einer dritten Ausgestaltung der Erfindung schließlich ist die Lichtintensität der Lichtquelle im Sensor variabel; dann wird die Steuerspannung des Steuerspannungsgenerators einem Steuereingang des Sensors zugeführt.

Zur Berücksichtigung der mechanischen Trägheit des Magnetventiles sowie der immer noch vorhandenen Nachlaufzeit des Wassers nach dem Schließen des Magnetventiles empfiehlt sich, daß beim Auftreten der zweiten Flanke des Ausgangssignals des Impulsformers im Signalweg zwischen dem Flankendiskriminator und dem Steuerspannungsgenerator ein Zeitglied liegt, welches den Wechsel vom ersten auf den zweiten Wert der Steuerspannung des Steuerspannungsgenerators um eine gewisse Zeit verzögert.

Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; die Fig. 1 bis 3 zeigen schematisch drei Ausführungsbeispiele von Schaltungsanordnungen zur berührungslosen Steuerung einer Sanitärarmatur.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung umfaßt in bekannter Weise einen Sensor 1 mit einer Sendediode 2, welche als Lichtquelle dient und insbesondere IR-Licht aussendet. Das vom Benutzer oder einem anderen Gegenstand reflektierte Licht wird von einer Empfangsdiode 3, die einen Lichtempfänger darstellt, erfaßt. Deren Ausgangssignal wird auf einen Verstärker 4 gegeben. Wenn das verstärkte Signal einen bestimmten in einem Komparator 10 vorgegebenen Schwellwert übersteigt, gelangt es zu einem Impulsformer 5, in dem in geläufiger Weise die zur Aussteuerung eines Magnetventiles 6 erforderlichen Impulse geformt und mit den gewünschten zeitlichen Verzögerungen und Längen versehen werden. Das Ausgangssignal des Impulsformers 5 ist regelmäßig ein Rechtecksignal. Es weist eine erste, im allgemeinen ansteigende Flanke auf, bei welcher das Magnetventil so betätigt wird, daß das Wasser zu fließen beginnt. Die abfallende Flanke folgt im allgemeinen mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung nach dem Zeitpunkt, zu dem sich der Benutzer bzw. der auslösende Gegenstand vom Sensor 1 so weit entfernt hat, daß der Schwellwert im Komparator 10 nicht mehr erreicht wird.

Die so weit beschriebene Schaltungsanordnung ist konventionell. Neu ist dagegen die nachfolgend erläuterte Betriebsweise der Schaltungsanordnung in und zwischen zwei unterschiedlichen Empfindlichkeiten.

Hierzu ist beim in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Verstärker 4 mit steuerbarem Verstärkungsfaktor ausgestattet. Letzterer läßt sich durch eine Steuerspannung einstellen, die an einem Steuereingang a des Verstärkers 4 anliegt. Das Ausgangssignal des Impulsformers 5 wird einem Flankendiskriminator 7 zugeführt. Registriert dieser die ansteigende, also das Magnetventil auslösende Flanke des Signals, erzeugt er ein Ausgangssignal an einem ersten Ausgang b. Dieses Signal wird an einen ersten Eingang eines Steuerspannungsgenerators 8 gelegt.

Registriert der Flankendiskriminator 7 die abfallende, also die Tätigkeit des Magnetventiles 6 beendende Flanke des Ausgangssignals des Impulsformers 5, so erscheint an seinem zweiten Ausgang d ein Ausgangssignal. Dieses wird an ein Zeitglied 9 und, von diesem um eine bestimmte Zeitspanne verzögert, an einen zweiten Eingang e des Steuerspannungsgenerators 8 gelegt.

Der Steuerspannungsgenerator 8 erzeugt im stationären Zustand nach Bedingungen, die noch erläutert werden, an seinem Ausgang eine Steuerspannung mit zwei unterschiedlichen Werten, die an den Steuereingang a des Verstärkers 4 gelegt wird. Der erste Wert der Steuerspannung entspricht einem geringeren Verstärkungsfaktor des Verstärkers 4, also einer geringeren Empfindlichkeit der gesamten Schaltungsanordnung. Der zweite Wert der Steuerspannung entspricht einem größeren Verstärkungsfaktor des Verstärkers 4, also einer größeren Empfindlichkeit der gesamten Schaltungsanordnung. Die Steuerspannung kann zwischen den beiden Werten innerhalb einer definierten Zeitspanne kontinuierlich unter Bildung einer Rampe wechseln.

Die Funktion der beschriebenen Schaltungsanordnung ist wie folgt:
Im Ruhezustand ist das Magnetventil 6 geschlossen, so daß kein Wasser aus der Sanitärarmatur austritt. Am Steuereingang a des Verstärkers 4 liegt der zweite Wert der Steuerspannung, welcher der größeren Empfindlichkeit der Schaltungsanordnung entspricht. Diese kann ohne Rücksicht auf die Lage des Wasserstrahls, der ja im Ruhezustand nicht fließt, prinzipiell beliebig groß gewählt werden.

Tritt nun ein Benutzer an den Waschtisch oder dergleichen heran, an dem die Sanitärarmatur angebracht ist, so übersteigt schon in verhältnismäßig großer Entfernung, das (verstärkte) Sensorsignal den im Komparator 10 eingestellten Schwellwert. Insbesondere ist nicht erforderlich, daß der Benutzer zum Auslösen der Sanitärarmatur die Hände auf die Ein- und Austrittsfenster des Sensors 3 zu bewegen muß, was eine gewisse Kenntnis der Funktionsweise voraussetzen würde.

Der Impulsformer 5 wird also vom Komparator 10 beaufschlagt; unter Bildung der ansteigenden Flanke wechselt das Potential seines Ausgangssignals. Nun spricht das Magnetventil an und das Wasser beginnt zu fließen.

Inzwischen hat der Flankendiskriminator 7 die ansteigende Flanke des Ausgangssignals des Impulsformers 5 erfaßt und steuert über ein Ausgangssignal am Ausgang b den Eingang c des Steuerspannungsgenerators 8 an. Die am Ausgang f des Steuerspannungsgenerators 8 erzeugte Steuerspannung für den Verstärker 4 wechselt nun innerhalb einer vorgegebenen Zeispanne vom zweiten auf den ersten Wert, der einer geringeren Empfindlichkeit der Schaltungsanordnung entspricht. Diese geringere Empfindlichkeit wird so eingestellt, daß der (nunmehr fließende) Wasserstrahl außerhalb des Auslösebereichs des Sensors 1 liegt. Nimmt daher nunmehr der Benutzer der Sanitärarmatur seine Hände aus dem Wasserstrahl zurück, so unterschreitet das Sensorsignal den im Komparator 10 eingestellten Schwellwert. Das Ausgangssignal des Impulsformers 5 wechselt unter Bildung der abfallenden Flanke auf seinen Ruhewert (gegebenenfalls mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung). Die Spule des Magnetventiles 6 wird entregt; das Wasser hört auf zu fließen.

Der Flankendiskriminator 7 erfaßt die abfallende Flanke des Ausgangssignales des Impulsformers 5 und steuert über seinen Ausgang d das Zeitglied 9 an. Dieses legt seinerseits mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung ein Signal an den Eingang e des Steuerspannungsgenerators 8. Die zeitliche Verzögerung entspricht der mechanischen Trägheit des Magnetventiles 6 sowie der normalen Nachlaufzeit des Wassers nach Abschalten des Magnetventiles 6. Hierdurch ist sichergestellt, daß zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Signal an den Eingang e des Steuerspannungsgenerators 8 gelegt wird, tatsächlich aus dem Auslauf der Sanitärarmatur kein Wasser mehr austritt. Andernfalls ergäbe sich ein Selbsthalteeffekt durch das fließende Wasser.

Auf das an seinem Eingang e liegende Signal hin wechselt der Wert der an seinem Ausgang f liegenden Steuerspannung für den Verstärker 4 innerhalb einer bestimmten Zeit unter Bildung einer Rampe vom ersten auf den zweiten Wert, welcher der größeren Empfindlichkeit der Schaltungsanordnung entspricht. Diese befindet sich nunmehr wiederum im Ruhezustand.

Der rampenförmige Übergang zwischen den beiden Werten des Steuersignales am Eingang a des Verstärkers 4 verhindert Instabilität ("Flattern") beim Übergang zwischen den beiden unterschiedlichen Empfindlichkeiten der Schaltungsanordnung.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung stimmt in Funktion und Aufbau weitestgehend mit dem Beispiel von Fig. 1 überein. Entsprechende Elemente sind daher mit demselben Bezugszeichen zuzüglich 100 gekennzeichnet.

Der einzige Unterschied beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 liegt darin, daß der Verstärker 104 einen festen, nicht steuerbaren Verstärkungsfaktor aufweist. Zur Regelung der Empfindlichkeit ist diesmal der Schwellwert im Komparator 110 veränderbar. Liegt am Eingang a des Komparators 110 im Ruhezustand der Schaltungsanordnung der zweite Wert der Steuerspannung des Steuerspannungsgenerators 108, so ist der Schwellwert des Komparators 110 niedrig. Dies entspricht einer großen Empfindlichkeit. Liegt dagegen am Eingang a des Komparators 110 der erste Wert der Steuerspannung des Steuerspannungsgenerators 108 (im wesentlichen also in der Zeit, in der Wasser aus dem Auslauf der Sanitärarmatur austritt), so ist der Schwellwert des Komparators 110 hoch. Dies entspricht einer niedrigen Empfindlichkeit der Schaltungsanordnung.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist eine dritte Art der Empfindlichkeitssteuerung verwirklicht. Wiederum tragen die verschiedenen Elemente dasselbe Bezugszeichen wie in Fig. 2, diesmal zuzüglich 200.

Das Steuersignal des Steuerspannungsgenerators 208 wird jetzt dem Sensor 201, genauer der hierin enthaltenen Treiberschaltung für die Sendediode 202, zugeführt. Weist es seinen zweiten Wert auf, so wird die Sendediode 202 stärker bestromt; sie sendet dann eine größere Lichtintensität aus. Dies entspricht einer großen Empfindlichkeit der Schaltungsanordnung. Solange jedoch der erste Wert der Steuerspannung am Eingang a des Sensors 201 anliegt, wird die Sendediode 202 weniger bestromt und sendet Licht mit geringerer Intensität aus. Dies wiederum entspricht einer geringeren Empfindlichkeit der Schaltungsanordnung.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur berührungslosen Steuerung einer Sanitärarmatur mit

a) einem Sensor, welcher eine Lichtquelle und einen das am Benutzer reflektierte Licht erfassenden Lichtempfänger enthält, wobei bei großer Empfindlichkeit der Wasserstrahl der Sanitärarmatur im Erfassungsbereich des Sensors liegt;
b) einem Verstärker, welcher das vom Lichtempfänger erzeugte Signal verstärkt;
c) einem Komparator, welcher das Ausgangssignal des Verstärkers mit einem bestimmten Schwellwert vergleicht und beim Überschreiten dieses Schwellwertes ein Ausgangssignal erzeugt;
d) einem Impulsformer, dessen Ausgangssignal beim Auftreten des Ausgangssignals des Komparators unter Bildung einer ersten, im allgemeinen ansteigenden Flanke von einem ersten auf einen zweiten Wert wechselt und beim Wegfall des Ausgangssignals des Komparators gegebenenfalls mit zeitlicher Verzögerung unter Bildung einer zweiten, im allgemeinen abfallenden Flanke vom zweiten auf den ersten Wert wechselt;
e) mindestens ein Magnetventil, welches vom Ausgangssignal des Impulsformers angesteuert wird und den Wasserfluß so lange freigibt, wie dieses Ausgangssignal seinen zweiten Wert aufweist,

gekennzeichnet durch

f) einen Flankendiskriminator (7; 107; 207), welcher das Auftreten der ersten und der zweiten Flanke im Ausgangssignal des Impulsformers (5; 105; 205) überwacht;
g) eine Einrichtung (4, 8, 9; 108, 109, 110; 201, 208, 209), welche vom Flankendiskriminator (7; 107; 207) angesteuert wird, die Empfindlichkeit der Schaltungsanordnung bei Auftreten der ersten Flanke des Ausgangssignals des Impulsformers (5; 105; 205) von einem großen auf einen kleinen Wert verringert und beim Auftreten der zweiten Flanke des Ausgangssignals des Impulsformers (5; 105; 205) gegebenenfalls mit zeitlicher Verzögerung die Empfindlichkeit wieder von dem kleinen auf den großen Wert zurückführt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Veränderung der Empfindlichkeit einen Steuerspannungsgenerator (8; 108; 208) umfaßt, dessen Steuerspannung, vom Flankendiskriminator (7; 107; 207) gesteuert, wahlweise einen ersten Wert, welcher der geringeren Empfindlichkeit entspricht, und einen zweiten Wert, welcher der größeren Empfindlichkeit entspricht, annehmen kann.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen den beiden Werten der Steuerspannung des Steuerspannungsgenerators (8; 108; 208) kontinuierlich innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne unter Bildung einer Rampe erfolgt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers (4) variabel ist und die Steuerspannung des Steuerspannungsgenerators (8) einem Steuereingang (a) des Verstärkers (4) zugeführt wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert des Komparators (110) variabel ist und die Steuerspannung des Steuerspannungsgenerators (108) einem Steuereingang (a) des Komparators (110) zugeführt wird.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtintensität der Lichtquelle (202) im Sensor (201) variabel ist und die Steuerspannung des Steuerspannungsgenerators (208) einem Steuereingang (a) des Sensors (201) zugeführt wird.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten der zweiten Flanke des Ausgangssignals des Impulsformers (5; 105; 205) im Siagnalwert zwischen dem Flankendiskriminator (7; 107; 207) und dem Steuerspannungsgenerator ein Zeitglied (109) liegt, welches den Wechsel vom ersten auf den zweiten Wert der Steuerspannung des Steuerspannungsgenerators (8; 108; 208) um eine gewisse Zeit verzögert.