DE3731679C2 - - Google Patents
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- DE3731679C2 DE3731679C2 DE19873731679 DE3731679A DE3731679C2 DE 3731679 C2 DE3731679 C2 DE 3731679C2 DE 19873731679 DE19873731679 DE 19873731679 DE 3731679 A DE3731679 A DE 3731679A DE 3731679 C2 DE3731679 C2 DE 3731679C2
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- E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
- E03C—DOMESTIC PLUMBING INSTALLATIONS FOR FRESH WATER OR WASTE WATER; SINKS
- E03C1/00—Domestic plumbing installations for fresh water or waste water; Sinks
- E03C1/02—Plumbing installations for fresh water
- E03C1/05—Arrangements of devices on wash-basins, baths, sinks, or the like for remote control of taps
- E03C1/055—Electrical control devices, e.g. with push buttons, control panels or the like
- E03C1/057—Electrical control devices, e.g. with push buttons, control panels or the like touchless, i.e. using sensors
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
- F16K31/36—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor
- F16K31/40—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor with electrically-actuated member in the discharge of the motor
- F16K31/402—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor with electrically-actuated member in the discharge of the motor acting on a diaphragm
- F16K31/404—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor with electrically-actuated member in the discharge of the motor acting on a diaphragm the discharge being effected through the diaphragm and being blockable by an electrically-actuated member making contact with the diaphragm
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Description
Die Erfindung betrifft eine berührungslos gesteuerte Sani
tärarmatur mit
- a) mindestens einem Ventil, durch welches die Menge des die Sanitärarmatur durchfließenden Wassers kontinuierlich veränderbar ist;
- b) mindestens einem Sensor und einem diesem Sensor zugeord neten Überwachungsraum, wobei die Stellung des Ventils kontinuierlich solange verändert wird, wie sich ein Ge genstand in dem Überwachungsraum befindet.
Eine derartige Sanitärarmatur ist in der DE-OS 27 35 942
beschrieben. Über die Art der hierbei in Einsatz kommenden
Ventile ist dort allerdings nichts ausgesagt. Da die elek
trischen Elemente, die zu der bekannten Sanitärarmatur ge
hörten, über das Netz betrieben wurden, ergaben sich dies
bezüglich auch keine Probleme. Die Notwendigkeit eines An
schlusses berührungslos gesteuerter Sanitärarmaturen an
das elektrische Hausnetz erweist sich jedoch zunehmend als
Hindernis für die Einführung derartiger, hochkomfortabler
Armaturen. Zum einen ist nämlich die nachträgliche Instal
lation sehr erschwert, insbesondere wenn frei geführte Ka
bel vermieden werden sollen; zum anderen fallen derartige
Sanitärarmaturen in das Fachgebiet zweier verschiedener
Handwerker, nämlich des Sanitärinstallateurs einerseits
und des Elektroinstallateurs andererseits. Dies kompliziert
sowohl die Montage als auch die Wartung derartiger Armatu
ren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sanitärar
matur der eingangs genannten Art derart auszugestalten,
daß sie mit einem geringstmöglichen Bedarf an elektrischer
Energie auskommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
- c) das Ventil ein pilotgesteuertes Ventil ist und umfaßt:
- ca) eine mit einem Ventilsitz zusammenwirkende Membran, welche sich unter der Wirkung der beidseits von ihr anstehenden Wasserdrucke relativ zum Ventilsitz be wegt und eine Pilotöffnung aufweist;
- cb) einen von der Pilotöffnung der Membran abhebbaren bzw. an diesen anlegbaren Schließkörper, der über einen linear bewegbaren Stößel betätigbar ist;
- cc) einen elektrischen Schrittmotor, dessen Welle sich bei jedem zugeführten elektrischen Impuls um einen definierten Winkel verdreht;
- cd) ein Getriebe, welches die Drehbewegung des Schritt motors in eine Linearbewegung des Stößels umsetzt;
- d) als Stromquelle eine Batterie und/oder eine Solarzelle dient.
Erfindungsgemäß wird somit ein ganz besonderes pilotge
steuertes Ventil eingesetzt, welches in der älteren Patent
anmeldung P 37 10 864.6 beschrieben ist. Dieses Ventil zeich
net sich durch eine außerordentlich kleine Energieaufnahme
aus, da die eigentliche Arbeit beim Regeln des Wasserstro
mes durch den Wasserdruck selbst geleistet wird und das
Ventil nur zur Veränderung seiner Position bestromt zu wer
den braucht, während es in allen Öffnungsstellungen strom
los bleiben kann, solange es sich nicht bewegt. In der äl
teren Patentanmeldung wird dieses Ventil nur als Ersatz
für herkömmliche Magnetventile benutzt, d.h., es wird
zwischen einer vollständigen Offen- und einer vollständigen
Schließstellung hin- und hergeschaltet. Es hat sich jedoch
überraschenderweise herausgestellt, daß derartige Ventile
zur kontinuierlichen Mengensteuerung geeignet sind, da die
Membran dem Schließkörper auch in allen Zwischenstellungen
folgt und hier stabile Positionen einzunehmen vermag. Dies
ist bei pilotgesteuerten Ventilen bisher nicht bekannt.
Aus der DE-OS 35 08 680 ist der Einsatz einer Batterie und/oder einer Solarzelle
bei Wassermischarmaturen an sich bekannt. Dort allerdings zur Energieversorgung
einer Temperaturmeßschaltung.
Der Schrittmotor kann unidirektional sein, d.h., sich nur
in einer Richtung verdrehen. In diesem Falle genügt ein
Sensor zur Veränderung der Stellung des Ventils. Das Ge
triebe muß so ausgelegt sein, daß der Schließkörper perio
disch zwischen seinen beiden Endstellungen hin- und herbe
wegt wird. Derartige unidirektionale Schrittmotoren sind
besonders einfach und stromsparend herstellbar.
Alternativ kann der Schrittmotor bidirektional sein. In
diesem Falle sind zwei Sensoren vorhanden, wobei bei Anwe
senheit eines Gegenstandes im Überwachungsbereich des er
sten Sensors der Schrittmotor in einer Richtung verstellt
wird, die einer Vergrößerung des Wasserflusses entspricht,
und bei Anwesenheit eines Gegenstandes im Überwachungsraum
des zweiten Sensors der Schrittmotor in einer Richtung ver
stellt wird, die einer Verkleinerung des Wasserflusses ent
spricht. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist komfortabler,
da es in jeder Stellung des Ventiles möglich ist, sofort
eine Bewegungsumkehr der Membran zu erreichen, ohne daß
diese zunächst eine der beiden Extremstellungen durchlaufen
muß. Letzteres ist bei unidirektionalen Schrittmotoren je
nach den Umständen der Fall.
Nach dem erfinderischen Prinzip können auch Mischarmaturen
gestaltet werden. Dann sind zwei unabhängige, pilotgesteu
erte Ventile vorgesehen, von denen das eine der Einstellung
des Kaltwasserflusses und das andere der Einstellung des
Warmwasserflusses dient und denen jeweils mindestens ein
gesonderter Sensor zugeordnet ist.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist ein zusätz
licher Sensor vorgesehen, wobei beim Eintritt eines Gegen
standes in den Überwachungsraum des zusätzlichen Sensors
alle Ventile in einen vorbestimmten Öffnungszustand und
beim Austritt des Gegenstandes aus dem Überwachungsraum
alle Ventile in den Schließzustand gebracht werden. Mit
Hilfe dieses Sensors läßt sich die Sanitärarmatur in einer
Weise betreiben, die derjenigen herkömmlicher berührungs
loser Armaturen ohne Mengensteuerung entspricht: Beim Ein
treten des Gegenstandes (z.B. der Hand des Benutzers) in
den Überwachungsraum des zusätzlichen Sensors beginnt das
Wasser mit einer vorprogrammierten Stärke zu laufen. Erst
dann, wenn der Benutzer mit dieser vorprogrammierten Stärke
nicht einverstanden ist, wird durch Beaufschlagung des er
sten bzw. ggf. auch des zweiten Sensors die Menge des aus
fließenden Wassers entsprechend den Wünschen des Benutzers
eingestellt.
Schließlich besteht die Erfindung allgemein in der Verwen
dung eines pilotgesteuerten Ventils mit
- a) einer mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden Membran, welche sich unter der Wirkung der beidseits von ihr an stehenden Wasserdrucke relativ zum Ventilsitz bewegt und eine Pilotöffnung aufweist;
- b) einem von der Pilotöffnung der Membran abhebbaren bzw. an diese anlegbaren Schließkörper, der über einen linear bewegbaren Stößel betätigbar ist;
- c) einem elektrischen Schrittmotor, dessen Welle sich bei jedem zugeführten elektrischen Impuls um einen definier ten Winkel verdreht;
- d) einem Getriebe, welches die Drehbewegung des Schritt motors in eine Linearbewegung des Stößels umsetzt,
zur kontinuierlichen Einstellung der Menge eines strömenden
Mediums. Die Erfindung macht dabei von der überraschenden,
in allen Zwischenstellungen stabilen Charakteristik des
beschriebenen pilotgesteuerten Ventils Gebrauch.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an
hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen
Fig. 1 die Seitenansicht einer berührungslos gesteuerten
Sanitärarmatur;
Fig. 2a das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbei
spieles einer Schaltungsanordnung zum Betrieb
der Sanitärarmatur von Fig. 1 bei Verwendung
eines unidirektionalen Schrittmotors;
Fig. 2b ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles
für eine Schaltungsanordnung mit bidirektionalem
Schrittmotor;
Fig. 3 einen Axialschnitt durch ein pilotgesteuertes
Ventil, welches bei der in Fig. 1 dargestellten
Sanitärarmatur eingesetzt wird;
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein geeig
netes pilotgesteuertes Ventil;
Fig. 5 einen Schnitt durch den Schrittmotor, der Teil
des in Fig. 4 oder 5 dargestellten Ventiles ist.
In Fig. 1 ist die Seitenansicht einer Sanitärarmatur 60
gezeigt, die an einem Waschtisch 62 oder dergleichen in
bekannter Weise montiert ist. Sie umfaßt einen Auslauf
64, einen ersten, seitlichen Sensor 68 sowie einen vorderen,
auf den Benutzer der Sanitärarmatur 60 zu gerichteten Sensor
66. Im Inneren der Sanitärarmatur 60 befinden sich ein pi
lotgesteuertes Ventil, welches nachfolgend ausführlicher
beschrieben wird und zur kontinuierlichen Veränderung der
Menge des aus dem Auslauf 64 fließenden Wassers dient, so
wie die zu dessen Betrieb erforderlichen elektrischen Bau
elemente einschließlich einer Batterie.
Das erwähnte pilotgesteuerte Ventil ist in Fig. 3 im
Schnitt dargestellt. Es umfaßt ein Gehäuse 1 mit einer Ein
laßöffnung 2 und einer Auslaßöffnung 3. Im Strömungsweg
zwischen der Einlaßöffnung 2 und der Auslaßöffnung 3 ist
ein gehäusefester Ventilsitz 4 angeordnet, auf welchem eine
topfförmige Membran 7 aufliegt. Sie befindet sich in einem
Gehäuseansatz 5, der durch einen Deckel 6 verschlossen ist.
Die Membran 7 ist mit ihrem Rand zwischen dem Deckel 6 und
dem Rand des Gehäuseansatzes 5 eingespannt und dichtet das
Gehäuse 1 dadurch nach außen ab.
Die Membran 7 weist eine zentrale Pilotöffnung 7 a auf, die
durch einen zwischen der Membran 7 und dem Deckel 6 ange
ordneten Schließkörper 8 verschließbar ist. Der Schließ
körper 8 ist am Ende eines Stößels 9 befestigt, welcher
durch die Pilotöffnung 7 a der Membran 7 hindurchgeführt
ist und in einer Kammer 10 endet. Diese ist in einem dem
ersten Gehäuseansatz 5 gegenüberliegenden zweiten Gehäuse
ansatz 11 ausgebildet. In der die Kammer 10 abschließenden
Gehäusewand sind ein Durchgang und eine Dichtung 12 für
den Stößel 9 vorgesehen.
Der Schließkörper 8 steht unter der Wirkung einer Druckfe
der 13, welche sich am Deckel 6 abstützt. Mehrere Vor
sprünge des Deckels 6 begrenzen den Öffnungshub der Membran
7.
Radial außerhalb des Ventilsitzes 4 ist an der Membran 7
eine Druckausgleichsöffnung 17 vorgesehen, welche eine mit
der Einlaßöffnung 2 in Verbindung stehende Kammer 18 mit
einer zwischen der Membran 7 und dem Deckel 6 gebildeten
Druckausgleichskammer 19 verbindet. Um den lichten Quer
schnitt der Druckausgleichsöffnung 17 kleinzuhalten, ragt
ein Stift 16 durch sie hindurch, welcher in einer Gehäuse
wand 15 befestigt ist.
In der Kammer 10 ist ein Getriebe 20 untergebracht. Dabei
handelt es sich um die Kombination eines Übersetzungsgetrie
bes mit einem Kurvengetriebe. Das Getriebe 20 befindet sich
in einem Getriebegehäuse 24, welches bis zum Anschlag in
die Kammer 10 eingeschoben ist. Auf der feststehenden Ab
triebswelle 21 des Getriebes 20 sitzt neben anderen Getrie
berädern eine drehbare Kurvenscheibe 22, deren Kurvenfläche
22 a sich auf der einen Seitenfläche der Kurvenscheibe 22
befindet. Der Stößel 9 ist in das Getriebe 20 hineingeführt
und stützt sich mit seinem Ende auf der Kurvenscheibe 22
ab. Die Antriebswelle 23 des Getriebes 20 führt am gegen
überliegenden Ende des Getriebes 20 aus dem Getriebegehäuse
24 hinaus und in das Gehäuse eines angrenzend angeordneten
elektrischen Schrittmotors 25 hinein. Die Antriebswelle 23
des Getriebes 20 ist zugleich die Welle des Rotors 27 des
Schrittmotors 25.
Innerhalb des Gehäuses 28 des Schrittmotors 25 befindet
sich ein Rotor 27, eine flache, kreisrunde Scheibe aus ei
nem Hochleistungsmagneten. Die Magnetisierungsrichtung ver
läuft in Richtung eines Durchmessers der Rotorscheibe 27. In
das Gehäuse 28 ist ferner ein Stator 29 aus Weicheisen ein
gesetzt. Der Stator 29 ist ebenso wie der Rotor 27 flach
ausgebildet und umgibt den Rotor 27 in seiner Ebene rahmen
förmig.
Fig. 5 zeigt einen Blick in den geöffneten Schrittmotor
25. Der Stator 29 umschließt den Rotor 27, der mit seiner
Welle 23 in der Wand des Gehäuses 28 gelagert ist, mit zwei
einander zugewandten Polschuhen 30 und 31, welche ungefähr
halbkreisförmige Ausnehmungen 32 haben. Die beiden Polschu
he 30 und 31 sind exzentrisch in Bezug auf die Lage der
Welle 23 angeordnet, wodurch sich zwischen dem Rotorumfang
und den Polschuhen 30 und 31 Luftspalte 33 ergeben. Diese
werden von der einen Spitze 34 bis zur anderen Spitze 35
beider Polschuhe 30, 31 allmählich breiter und bestimmen
dadurch den Drehsinn des Rotors 27: Er dreht sich in der
Richtung, in welcher sich die Luftspalte 33 erweitern. Die
Polschuhe 30 und 31 sind über seitliche Schenkel 57 und
58 des Stators 29 miteinander verbunden und dadurch magne
tisch rückgeschlossen. Die Schenkel 57 und 58 ergänzen den
Stator 29 zu einem rahmenförmigen Gebilde, welches den Ro
tor 27 in seiner Hauptebene vollständig umschließt und nur
geringe Streuflüsse austreten läßt.
Die Polschuhe 30 und 31 tragen je eine Wicklung 36 bzw.
37. Die beiden Wicklungen sind gleichsinnig angeordnet und
in Reihe geschaltet. Die Anschlußpunkte 59 und 61 sowie der
Verbindungspunkt 60 der beiden Wicklungen 36 und 37 sind
auf einem der Schenkel 58 des Stators 29 angeordnet.
Die Funktionsweise des beschriebenen Ventils ist wie folgt:
Wird in die Wicklungen 36 und 37 des Schrittmotors 25 ein
elektrischer Impuls eingespeist, so verursacht dies eine
Drehung des Rotors 27 um einen bestimmten Winkel, bei einem
zweipoligen Rotor (wie dargestellt um) eine halbe Rotorumdre
hung. Hierbei wird die Kurvenscheibe 22 verdreht; das Ende
des Stößels 9 gleitet im Verlauf dieser Drehung auf die
Schrägfläche 22 a der Kurvenscheibe 22 und wird gegen die
Rückstellkraft der Feder 13 verschoben. Dadurch hebt der
Schließkörper 8 etwas von der Pilotöffnung 7 a der Membran
ab. Wasser kann nunmehr durch die Pilotöffnung 7 a abfließen.
Zugleich strömt Wasser durch die Druckausgleichsöffnung 17
in die Druckausgleichskammer 19 nach. Der Querschnitt der
Druckausgleichsöffnung 17 ist jedoch kleiner als der Quer
schnitt der Pilotöffnung 7 a, so daß durch die Druckausgleichs
öffnung 17 weniger Wasser in die Druckausgleichskammer 19
nachströmen kann als durch die Pilotöffnung 7 a abfließt.
Folglich sinkt der Druck in der Druckausgleichskammer 19
ab. Der Druck des einlaßseitig anstehenden Wassers hebt die
Membran 7 vom Ventilsitz 4 ab, bis die Pilotöffnung 7 a
wieder in die Nähe des Schließkörpers 8 kommt. Die Pilotöff
nung 7 a wird jedoch nicht vollständig verschlossen; durch
einen entweder dauerhaft offenen oder sich periodisch
öffnenden und schließenden Spalt ist ein Druckausgleich
über die Membran 7 hinweg möglich. Die Membran 7 steht da
bei stationär in dieser Zwischenstellung zwischen der vol
len Offen- und der vollen Schließstellung. In entsprechen
dem Ausmaße kann Wasser zwischen der Membran 7 und dem Ven
tilsitz 4 durchfließen. Wird nunmehr ein weiterer Impuls
auf die Wicklungen 36 und 37 des Schrittmotors 25 gegeben,
so wiederholt sich der geschilderte Vorgang: Zunächst hebt
der Schließkörper 8 von der Pilotöffnung 7 a der Membran
ab; durch die sich ergebenden Druckveränderungen bewegt
sich die Membran 7 weiter vom Ventilsitz 4 weg, bis erneut
die Pilotöffnung 7 a durch den Schließkörper 8 so weit
verschlossen wird, daß eine stationäre, stabile Lage des
Ventiles erreicht ist. Auf diese Weise läßt sich die gesamte
Charakteristik des Ventiles zwischen der vollen Schließ-
und der vollen Offenstellung punktweise durchfahren, wobei
die Anzahl der Punkte durch die Polarität des Rotors einer
seits und durch die Art des Getriebes 20 andererseits be
stimmt ist.
Der beschriebene Schrittmotor 25 ist "unidirektional", d.h.,
er dreht sich nur in einer Richtung. Soll daher das Ventil
wieder geschlossen werden, wird die Kurvenscheibe 33 durch
den Schrittmotor 25 weitergedreht, bis der Stößel 9 nach
Durchlaufen der vollen Offenstellung des Ventils über eine
absteigende Schrägfläche der Kurvenscheibe 22 wieder zu
rückgeführt wird. Dabei verschließt der Schließkörper 8
unter der Wirkung der Druckfeder 13 die Pilotöffnung 7 a in der
Membran 7. Durch Wasser, welches durch die Druckausgleichs
öffnung 17 in die Druckausgleichskammer 19 nachströmt,
steigt der Druck in der Druckausgleichskammer 19. Weil die
Fläche der Membran 7, auf welche der Druck von der Druck
ausgleichskammer 19 aus einwirken kann, größer ist als die
in die entgegengesetzte Richtung weisende Fläche, welche
unter der Einwirkung des Drucks des einlaßseitig anstehen
den Wassers steht, drückt das in der Druckausgleichskammer
19 befindliche Wasser die Membran 7 auf den Ventilsitz 4
zu. Die Pilotöffnung 7 a wird wiederum teilweise freigegeben,
so daß ein Druckausgleich über die Membran 7 hinweg gefunden
werden kann und sich ein neuer stabiler Zustand einstellt,
in dem sich die Membran 7 näher am Ventilsitz 4 befindet.
Die Art der elektrischen Ansteuerung des oben beschriebenen
Ventils in der in Fig. 1 dargestellten Sanitärarmatur wird
nun anhand der Fig. 2a erläutert. Diese zeigt ein schema
tisches Blockschaltbild der Schaltungsanordnung.
Der erste (vordere) Sensor 66 ist mit einem ersten Logik
kreis 72 verbunden. Er ist so eingerichtet, daß beim Ein
treten eines Gegenstandes in den Überwachungsraum des er
sten Sensors eine ganz bestimmte Anzahl von Impulsen auf
der Ausgangsleitung erscheint. Diese Impulse werden einer
Treiberschaltung 70 zugeführt, welche hiernach entsprechen
de Impulse geeigneter Spannung und Stromstärke erzeugt und
den Wicklungen des Schrittmotors 25 zuführt. Auf diese Weise
wird beim Eintreten eines Gegenstandes in den Überwachungs
raum des ersten Sensors 66 das Ventil in eine vorbestimmte
Öffnungslage gebracht. Umgekehrt wird, wenn der Gegenstand
den Überwachungsraum des ersten Sensors 66 wieder verläßt,
eine entsprechende Anzahl von Impulsen in dem ersten Logik
kreis 72 erzeugt, mit denen der Schrittmotor 25 wieder in
die volle Schließstellung zurückgefahren wird. Durch den
Sensor 66 ist also eine ähnliche Betriebsweise der Sanitär
armatur wie bei solchen bekannten Armaturen möglich, die
mit digital schaltenden Magnetventilen arbeiten: Bei der
Annäherung eines Gegenstandes fließt Wasser einer ganz
bestimmten Menge, ggf. auch einer bestimmten Temperatur.
Ist der Benutzer jedoch mit der ihm vorgegebenen Wasser
menge nicht einverstanden, so nähert er eine Hand dem zwei
ten, seitlichen Sensor 68. Solange sich die Hand oder ein
anderer Gegenstand im Überwachungsbereich des Sensors 68
befindet, werden in einem zweiten Logikkreis 74 Impulse
erzeugt, die wiederum der Treiberschaltung 70 zugeleitet
werden. Die Treiberschaltung 70 formt hieraus die zum Be
trieb des Schrittmotors 25 erforderlichen, entsprechenden
Impulse. Insgesamt ist die Anordnung also so, daß der
Schrittmotor 25 solange mit Impulsen schrittweise fortge
stellt wird, wie sich ein Gegenstand im Überwachungsraum
des Sensors 68 befindet. Ist die gewünschte Wassermenge
erreicht, nimmt der Benutzer die Hand aus dem Überwachungs
raum des Sensors 68 weg.
Bei dem anhand der Fig. 2a und 3 beschriebenen unidirek
tionalen Schrittmotor 25 ist es nicht immer möglich, die
gewünschte Wassermenge "auf direktem Wege" anzusteuern,
da eben eine Stellungsveränderung der Membran zunächst nur
in einer Richtung möglich und eine Bewegungsumkehr erst
nach Durchlaufen des Endes des Hubes des Stößels möglich
ist. Gleichwohl hat die Verwendung eines derartigen unidi
rektionalen Schrittmotors 25 erhebliche Vorteile, was die
Kosten und den Energiebedarf anbelangt.
In Fig. 2b ist eine Schaltungsanordnung im Blockdiagramm
gezeigt, welche sich zum Betrieb eines bidirektionalen
Schrittmotors 25 eignet. Der genaue Aufbau dieses Schritt
motors ist für die vorliegende Beschreibung ohne Interesse.
Es genügt zu wissen, daß diesem bidirektionalen Schrittmo
tor 25 zwei unterschiedliche Impulsarten zugeführt werden
können, die sich entweder in der Polarität oder, wie dar
gestellt, in der Art der Anschlüsse (a und b) der bestrom
ten Wicklungen unterscheiden.
Die Funktion des ersten, vorderen Sensors 66 ist dieselbe
wie bei dem oben, anhand der Fig. 2a beschriebenen Ausfüh
rungsbeispiel. Tritt ein Gegenstand in den zugeordneten
Überwachungsraum ein, so erzeugt der erste Logikkreis 72 eine
bestimmte Anzahl von Impulsen, die in der Treiberschaltung
70 in entsprechende, zum Betrieb des Schrittmotors 25 ge
eignete Impulse umgesetzt werden. Diese Impulse werden dem
Schrittmotor 25 auf der Leitung a zugeführt, was bedeutet,
daß der Schrittmotor in Öffnungsrichtung verdreht wird,
bis sich ein bestimmter, vorprogrammierter Wasserfluß ein
stellt.
Entsprechend wird, wenn der Gegenstand den Überwachungsraum
des Sensors 66 verläßt, eine Anzahl von Impulsen erzeugt,
die über die Leitung b an den Schrittmotor 25 gelegt wer
den. Hierdurch wird das Ventil wiederum in die Schließstel
lung gefahren.
Wünscht der Benutzer bei geöffnetem Ventil eine Mengenver
änderung in der einen Richtung (z.B. mehr Wasser), so nä
hert er seine Hand dem auf der einen Seite der Armatur an
geordneten Sensor 68 a. Solange sich die Hand im zugeordne
ten Überwachungsraum befindet, erzeugt der erste Logik
kreis 74 a Impulse, die von der Treiberschaltung 70 umge
formt und über die Leitung a (Öffnungsrichtung) dem Schritt
motor 25 zugeführt werden. In entsprechendem Ausmaße öffnet
sich das Ventil.
Wünscht der Benutzer dagegen weniger Wasser, so nähert er
seine Hand dem Sensor 68 b, der auf der gegenüberliegenden
Seite der Sanitärarmatur angebracht ist. Solange sich die
Hand im Überwachungsraum des Sensors 68 b befindet, erzeugt
ein weiterer Logikkreis 74 b Impulse, die erneut in der
Treiberschaltung 70 umgeformt und dann auf der Leitung b
dem Schrittmotor 25 zugeführt werden. Hierdurch wird der
Schrittmotor 25 schrittweise in Richtung auf die Schließ
stellung verfahren. Entsprechend ändert sich die Menge des
ausfließenden Wassers.
Bei der bisherigen Beschreibung wurde davon ausgegangen,
daß nur ein Wasserstrom zu regeln ist. Selbstverständlich
können sowohl die Schaltung nach Fig. 2a als auch die
Schaltung nach Fig. 2b verdoppelt werden, um so mit ge
trennten Ventilen, getrennten Schrittmotoren 25 und getrenn
ten Sensoren 68 sowohl die Menge als auch die Temperatur
des ausfließenden Mischwassers einstellen zu können. Der
vordere, erste Sensor 66 braucht dagegen nur einmal vorhan
den zu sein; mit ihm wird eine einprogrammierte Menge und
Temperatur des ausfließenden Mischwassers zum Fließen ge
bracht.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt.
Während bei dem Ventil nach Fig. 3 die Membran 7 und das
Getriebe 20 auf gegenüberliegenden Seiten des Strömungsweges
im Ventilgehäuse 1 liegen, ist dies beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 4 anders. Hier ist in einem Gehäuseansatz 5
oberhalb des Ventilsitzes 4 eine Membran 7 angeordnet, an
welcher auf der dem Ventilsitz 4 abgewandten Seite ein
strahlenförmiges Formteil 40 befestigt ist. Der Rand der
Membran 7 ist zwischen einer Schulter des Gehäuseansatzes
5 und einem topfförmigen Einsatz 45 eingespannt. Ein Ring
46 hält einen an den Rand der Membran 7 anschließenden
zylindrischen Abschnitt an
der zylindrischen Innenwand des Gehäuseansatzes 5 fest.
Das Formteil 40 weist eine zentrale Pilotöffnung 47 auf,
welche koaxial zu einer größeren zentralen Öffnung 7 a der
Membran 7 angeordnet ist. Die Pilotöffnung 47 ist durch
einen kegeligen Schließkörper 8 verschließbar, der am Ende
eines Stößels 9 angebracht ist. Dieser ist vollständig auf
der dem Ventilsitz 4 abgewandten Seite des Formteils 40
angeordnet und durch den Einsatz 45, eine darin angeord
nete Dichtung 48 und einen die Dichtung im Einsatz 45 fest
haltenden Paßkörper 49 in eine Kammer 50 hindurchgeführt.
Letztere befindet sich in einem auf dem Gehäuseansatz 5
befestigten Aufsatz 51. In diesem sind das Getriebe 20 und
der Schrittmotor 25 untergebracht. Vom Getriebe 20 ist le
diglich eine am Ende der Abtriebswelle fest angebrachte
elliptische Kurvenscheibe 52 dargestellt. Der Rest des Ge
triebes 20 und der Schrittmotor 25 liegen hinter der Zei
chenebene der Fig. 4 im Aufsatz 51.
Die Kurvenscheibe 52 steckt in einem Führungsteil 54, welches
am hinteren Ende des Stößels 9 befestigt ist. Das Führungs
teil 54 ist in Längsrichtung des Stößels 7 verschiebbar in
der Kammer 50 gelagert und hat eine Ausnehmung 54 a, welche in
einem die Abtriebswelle 21 im rechten Winkel schneidenden
und längs durch den Stößel 9 gelegten Schnitt einen unge
fähr quadratischen Querschnitt hat. Die Seitenlänge des
Quadrats stimmt dabei mit der Länge der Hauptachse der Kur
venscheibe 52 in etwa überein. Die Führung des Führungsteils
54 erfolgt zum einen durch den Stößel 9 und zum anderen
durch einen stiftförmigen Fortsatz 54 b, welcher in der
Flucht des Stößels 9 auf der dem Stößel 9 abgewandten Seite
des Führungsteils 54 angeordnet ist und in einer dazu
passenden Bohrung des Aufsatzes 51 geführt ist. Der Fortsatz
54 b ist konzentrisch von einer Druckfeder 13 umgeben, welche
auf das Führungsteil 54 einwirkt und den Schließkörper 8
gegen das Formteil 40 drückt und dessen Pilotöffnung 47
verschiebt.
Sowohl bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 als auch
bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird durch die
Gestaltung der Steuerkurve, welche die Drehbewegung des
Schrittmotors 25 in die Linearbewegung des Stößels 9 umsetzt,
dafür gesorgt, daß die Öffnungscharakteristik des Ventiles
möglichst linear ist.
Claims (8)
1. Berührungslos gesteuerte Sanitärarmatur mit
- a) mindestens einem Ventil, durch welches die Menge des die Sanitärarmatur durchfließenden Wassers kon tinuierlich veränderbar ist;
- b) mindestens einem Sensor und einem diesem Sensor zu geordneten Überwachungsraum, wobei die Stellung des Ventils kontinuierlich solange verändert wird, wie sich ein Gegenstand in dem Überwachungsraum befin det,
dadurch gekennzeichnet, daß
- c) das Ventil ein pilotgesteuertes Ventil ist und um
faßt:
- ca) eine mit einem Ventilsitz (4) zusammenwirkende Membran (7), welche sich unter der Wirkung der beidseits von ihr anstehenden Wasserdrücke re lativ zum Ventilsitz (4) bewegt und eine Pilot öffnung (7 a) aufweist;
- cb) einen von der Pilotöffnung (7 a) der Membran (7) abhebbaren bzw. an diesen anlegbaren Schließkör er (8), der über einen linear bewegbaren Stößel (9) betätigbar ist;
- cc) einen elektrischen Schrittmotor (25), dessen Welle (23) sich bei jedem zugeführten elektri schen Impuls um einen definierten Winkel ver dreht;
- cd) ein Getriebe (20), welches die Drehbewegung des Schrittmotors (25) in eine Linearbewegung des Stößels (9) umsetzt;
- d) als Stromquelle eine Batterie (80) und/oder eine Solarzelle dient.
2. Sanitärarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schrittmotor (25) unidirektional und nur ein
Sensor (68) zur Veränderung der Stellung des Ventils
vorhanden ist.
3. Sanitärarmatur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schrittmotor (25) bidirektional ist und zwei
Sensoren (68 a, 68 b) vorhanden sind, wobei bei Anwesen
heit eines Gegenstandes im Überwachungsraum des ersten
Sensors (68 a) der Schrittmotor (25) in einer Richtung
verstellt wird, die einer Vergrößerung des Wasserflus
ses entspricht, und bei Anwesenheit eines Gegenstandes
im Überwachungsraum des zweiten Sensors (68 b) der
Schrittmotor (25) in einer Richtung verstellt wird,
die einer Verkleinerung des Wasserflusses entspricht.
4. Sanitärarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß zwei unabhängige, pilotge
steuerte Ventile vorgesehen sind, von denen das eine
der Einstellung des Kaltwasserflusses und das andere
der Einstellung des Warmwasserflusses dient und denen
jeweils mindestens ein gesonderter Sensor zugeordnet
ist.
5. Sanitärarmatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Sensor
(66) vorgesehen ist, wobei bei Eintritt eines Gegen
standes in den Überwachungsraum des zusätzlichen Sen
sors (66) alle Ventile in einen vorbestimmten Öffnungs
zustand und beim Austritt des Gegenstandes aus dem Über
wachungsraum alle Ventile in den Schließzustand ge
bracht werden.
6. Verwendung eines pilotgesteuerten Ventils mit
- a) einer mit einem Ventilsitz (4) zusammenwirkenden Membran (7), welche sich unter der Wirkung der beid seits von ihr anstehenden Wasserdrücke relativ zum Ventilsitz (4) bewegt und eine Pilotöffnung (7 a) aufweist;
- b) einem von der Pilotöffnung (7 a) der Membran (7) ab hebbaren bzw. an diese anlegbaren Schließkörper (8), der über einen linear bewegbaren Stößel (9) betätig bar ist;
- c) einem elektrischen Schrittmotor (25), dessen Welle (23) sich bei jedem zugeführten elektrischen Impuls um einen definierten Winkel verdreht;
- d) einem Getriebe (20), welches die Drehbewegung des Schrittmotors (25) in eine Linearbewegung des Stö ßels (9) umsetzt,
zur kontinuierlichen Einstellung der Menge eines strö
menden Mediums.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873731679 DE3731679A1 (de) | 1987-09-21 | 1987-09-21 | Beruehrungslos gesteuerte sanitaerarmatur |
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DE3710864A1 (de) * | 1987-04-01 | 1988-10-20 | Steudler Gmbh & Co Kg A | Hub-ventil |
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1987
- 1987-09-21 DE DE19873731679 patent/DE3731679A1/de active Granted
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D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |