[0001] Gegenstand der Erfindung ist eine Erfassungsvorrichtung für ein Urinal, ein Urinal mit einer Erfassungsvorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Urinals gemäss den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1, 7 und 9.
[0002] Es ist bekannt, dass die Auslösung von Spülvorgängen bei Toiletten oder Urinalen mittels Hebeln, Tasten oder elektronisch mittels Sensoren erfolgen kann. Insbesondere bei Urinalen werden verbreitet optische Näherungsschalter oder Lichtschranken eingesetzt. Es sind auch Urinalsteuerungen bekannt, bei denen die Anwesenheit einer Person durch einen Ultraschall- oder Radarsensor oder durch einen Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder erfasst wird. Im Weiteren sind Urinale bekannt, bei denen zwei Elektroden am Abfluss-Siphon angeordnet sind.
Spülvorgänge können dabei aufgrund einer Änderung der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers beim Eintreten des Urins oder aufgrund der Kapazitätsänderung eines die beiden Elektroden umfassenden Kondensators ausgelöst werden.
[0003] Solche herkömmlichen Sensorsteuerungen sind oft teuer und/oder störanfällig. Bei herkömmlichen kapazitiven Sensoren kann unter Umständen bereits eine Änderung der Luftfeuchtigkeit genügen, um unerwünscht einen Spülvorgang auszulösen. Das Spülwasser kann den Sensor während der Spülvorgänge und anschliessend durch die im Urinalbecken verbleibenden Wasserrückstände in der Weise beeinflussen, dass während einer gewissen Dauer keine Erfassung von für Spülvorgänge relevanten Vorgängen mehr möglich ist.
Durch Verringerung der Ansprechempfindlichkeit kann die Störanfälligkeit solcher Sensoren auf Kosten der Ansprechzuverlässigkeit verringert werden. Die Anordnung der Elektroden am Siphon ist auch deshalb ungünstig, weil das Wasser im Siphon aufgrund von Druckschwankungen in der Abflussleitung in Bewegung versetzt werden kann und/oder teilweise über den Siphon hinaus in das Abflussrohr überschwappen kann. Dies kann zur fehlerhaften Auslösung von Spülvorgängen führen.
[0004] Bei Leitfähigkeits- oder Widerstandsmessungen sind die Elektroden in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit. Sie können leicht durch Chemikalien beschädigt werden.
Optische Sensoren sind ausserdem empfindlich gegen Vandalismus.
[0005] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige und störungsunempfindliche Erfassungsvorrichtung für sanitäre Becken und ein Urinal mit einer solchen Erfassungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Steuerung des Urinals zu schaffen.
[0006] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Erfassungsvorrichtung und durch ein Urinal und durch ein Verfahren gemäss den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 7 und 9.
[0007] Die Erfassungsvorrichtung steht nicht in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit im Urinal und kann somit nicht durch aggressive Medien beschädigt oder zerstört werden. Die Erfassungsvorrichtung umfasst eine oder mehrere Elektroden eines Kondensators. Die Kapazität dieses Kondensators kann von Stoffen in der Umgebung der Elektroden beeinflusst werden.
Durch die ringartige Anordnung der Elektroden um den Abflusskanal bzw. um dessen trichterartige Erweiterung oder Fortsetzung als Urinalbecken ist beim Durchtritt eines Mediums wie z.B. Urin durch den Elektrodenring vom Urinalbecken in den Abflusskanal eine signifikante Kapazitätsänderung unabhängig von der Durchtrittsstelle feststellbar. Durch die Weiterverarbeitung einer durch diese Kapazität beeinflussbaren Messgrösse kann ein Aktor wie z.B. ein Elektromagnet zur Steuerung eines Abflussventils oder eines Spülventils angesteuert werden. Die Elektroden können an eine handelsübliche Elektronik für kapazitive Sensoren mit einstellbarer Schaltschwelle oder alternativ an eine prozessorgesteuerte Auswerteelektronik mit Möglichkeiten zur digitalen Signalauswertung und/oder Filterung und zur anwendungsspezifischen Ansteuerung eines Aktors angeschlossen werden.
Der Energieverbrauch der Erfassungsvorrichtung ist sehr gering, sodass eine Stromversorgung mittels Batterien möglich ist. Insbesondere bei wasserlosen Urinalen kann ein Dichtkörper oder Ventil nach dem Ansprechen des Kapazitätssensors in einem vorgegebenen Rhythmus von einer Steuerung periodisch geöffnet werden.
[0008] Anhand einiger Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher beschrieben. Dabei zeigen
<tb>Fig. 1<sep>einen Vertikalschnitt durch ein Urinal mit einer Erfassungsvorrichtung,
<tb>Fig. 2<sep>eine schematisch dargestellte Ausgestaltung einer Erfassungsvorrichtung,
<tb>Fig. 3a<sep>einen Längsschnitt eines ersten Geruchsverschlusses eines wasserlosen Urinals mit einer Erfassungsvorrichtung,
<tb>Fig. 3b<sep>einen Längsschnitt eines zweiten Geruchsverschlusses eines wasserlosen Urinals mit einer Erfassungsvorrichtung,
<tb>Fig. 3c<sep>einen Längsschnitt eines dritten Geruchsverschlusses eines wasserlosen Urinals mit einer Erfassungsvorrichtung,
<tb>Fig. 4a<sep>ein Schaltschema einer ersten Erfassungsvorrichtung,
<tb>Fig. 4b<sep>ein Schaltschema einer zweiten Erfassungsvorrichtung,
<tb>Fig. 4c<sep>ein Schaltschema einer dritten Erfassungsvorrichtung,
<tb>Fig. 5<sep>ein Prinzipschema einer Schaltungsanordnung eines kapazitiven Sensors.
[0009] In Fig. 1 ist mit Bezugszeichen 1 ein schematisch dargestelltes Urinal bezeichnet, welches an einer Wand 3 befestigt ist und über einen Auslaufstutzen 5 an eine Abwasserleitung 7 angeschlossen ist. Das Urinal 1 umfasst ein Becken bzw. eine Auffangwanne 9, die aus Keramik oder einem Kunststoff wie z.B. schlagzähem Polycarbonat hergestellt sein kann. An der tiefsten Stelle der Auffangwanne 9 ist eine Ausnehmung 11 ausgebildet, an deren Basis der Auslaufstutzen 5 mündet. Die Auffangwanne 9 kann, wie in Fig. 1 dargestellt, grösstenteils doppelwandig mit einer innen liegenden Beckenwand 13 und einer aussen angeordneten Hüllwand 15 ausgebildet sein. Zwischen der Beckenwand 13 und der Hüllwand 15 bzw. zwischen der Beckenwand 13 und der Wand 3 liegt ein Hohlraum 17.
Die Beckenwand 13 kann als trichterförmige Erweiterung des Auslaufstutzens 5 und der Ausnehmung 11 betrachtet werden. Im Bereich der Ausnehmung 11 ist eine ringförmige oder ringartige erste Elektrode 19a einer Erfassungsvorrichtung 21 derart an der dem Hohlraum 17 zugewandten Aussenseite der Beckenwand 13 bzw. der Ausnehmung 11 angeordnet, dass sie den Auslaufstutzen 5 bzw. die Ausnehmung 11 oder deren trichterförmige Erweiterung umschliesst oder mindestens annähernd vollständig umgreift oder umspannt.
[0010] Die erste Elektrode 19a ist Bestandteil eines ersten Kondensators Cx1, dessen Kapazität durch Medien in der Umgebung der ersten Elektrode 19a beeinflussbar ist.
Die erste Elektrode 19a ist über ein kurzes, vorzugsweise abgeschirmtes Kabel 23 mit einer elektronischen Steuerung 25 verbunden.
[0011] In gleicher Weise kann zusätzlich eine zweite Elektrode 19b ausgebildet sein, die z.B. konzentrisch zur ersten Elektrode 19a angeordnet und ebenfalls über das gleiche oder ein zusätzliches abgeschirmtes Kabel 23 mit der Steuerung 25 verbunden ist. Die zweite Elektrode 19b ist Bestandteil eines zweiten Kondensators Cx2, dessen Kapazität durch Medien in der Umgebung der zweiten Elektrode 19b beeinflussbar ist. Der erste Kondensator Cx1 und der zweite Kondensator Cx2 können identisch sein. In diesem Fall umfasst dieser gemeinsame Kondensator Cx3 (Fig. 4a) beide mit der Steuerung 25 elektrisch leitend verbundenen Elektroden 19a und 19b.
Es liegt ein geschlossener Stromkreis vor, welcher für die Erfassung der Kapazität des Kondensators Cx3 bzw. von Änderungen dieser Kapazität anhand einer durch den Kondensator Cx3 beeinflussbaren Messgrösse wie dem durch den Kondensator Cx3 fliessenden Strom bzw. der Ladung erforderlich ist. Alternativ erfüllt bei sehr kleinen Strömen bereits die kapazitive Kopplung zwischen der Steuerung 25 und dem Erde-Potential und zwischen dem Erde-Potential und der ersten Elektrode 19a das Erfordernis eines geschlossenen Stromkreises (Fig. 4b). Dasselbe gilt auch für die zweite Elektrode 19b (Fig. 4c). Zur Verdeutlichung der kapazitiven Kopplung mit der Umgebung bzw. der Erde ist der entsprechende Teil in den Schemas durch unterbrochene Linien dargestellt. Es ist also möglich, die Kapazität eines Kondensators Cx1 bzw.
Cx2 mit nur einer Elektrode 19a bzw. 19b bzw. dessen Änderung zu erfassen.
[0012] Die Stromversorgung der Steuerung 25 bzw. der Erfassungsvorrichtung 21 kann mittels Batterien (keine Darstellung) oder alternativ über ein an ein Niederspannungs-Stromnetz 26 von beispielsweise 110VAC oder 230VAC angeschlossenes Netzteil 28 sichergestellt werden (Fig. 2). Die kapazitive Kopplung mit der Umgebung bzw. dem Erde-Potential kann selbst bei Stromversorgungen mit Batterien genügend stark sein, damit eine Kapazitätsmessung mittels nur einer Elektrode 19a oder 19b möglich ist.
[0013] In Fig. 2 ist eine erste Ausgestaltung der Erfassungsvorrichtung 21 dargestellt. Die Elektroden 19a, 19b sind zwei konzentrisch auf einem nicht leitenden ring- oder klammerförmigen oder ring- oder torusartig verformbaren Substrat 27 angeordnete Metallringe bzw. Metallschlaufen.
Das Substrat 27 kann beispielsweise eine starre konventionelle ein- oder mehrschichtige Leiterplatte mit einer Stärke von etwa 0.5 mm bis etwa 2.5 mm oder eine flexible Leiterplattenfolie, z.B. aus einem gegenüber Chemikalien und hohen (Löt-) Temperaturen beständigen Kunststoff wie Polyamid mit einer Stärke von etwa 0.05 mm bis etwa 0.8 mm sein. Die Elektroden 19a, 19b können z.B. mittels fotochemischer Prozesse durch Wegätzen nicht benötigter Metallflächen auf dem Substrat 27 ausgebildet werden. Sie können zusätzlich mit einer Schutzschicht 29 (Fig. 3b), z.B. mit einem Lack oder einer Kunststoffschicht überdeckt und auf diese Weise von äusseren Einflüssen geschützt sein. Das Substrat 27 kann Haltemittel für die Befestigung im Bereich des Auslaufstutzens 5 bzw. der Beckenwand 13 umfassen. Solche Haltemittel können z.B.
(Fig. 2) an der Innenseite des Substratrings nach innen vorstehende Federn, Zungen oder Laschen 31 sein. Solche Laschen 31 können z.B. in korrespondierend ausgebildete Nuten bzw. Kerben am Urinal 1 eingeschoben und kraftschlüssig gehalten werden (keine Darstellung). Die Haltemittel können auch Bohrungen 33 (Fig. 2) zum Befestigen mittels Schrauben umfassen. Der Substratring kann alternativ ohne Laschen 31 ausgebildet sein und mittels Rastnasen 37 (Fig. 3c) oder anderen Klemm- oder Haltevorrichtungen oder durch Füge- oder Klebemittel am Urinal 1 befestigt sein.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfassungsvorrichtung 21 sind das Substrat 27 bzw. die Elektroden 19a, 19b mit einer selbstklebenden Folie 35 ausgerüstet und werden auf diese Weise am Urinal 1 festgeklebt (Fig. 3a).
[0014] Selbstverständlich können die Elektroden 19a, 19b auch direkt in die Auffangwanne 9 integriert sein, also beispielsweise bei einer spritzgusstechnisch hergestellten Auffangwanne 9 mit Kunststoff einseitig angespritzt oder vollständig umspritzt sein. Die Elektroden 19a, 19b können auch in Gestalt von Drähten oder Kabeln ausgebildet sein, wobei in diesem Fall für eine ausreichende Kapazität gesorgt werden muss, beispielsweise indem ein Draht in mäandrierender Weise bzw. in geraffter Form um den Auslaufstutzen 9 bzw. um die Ausnehmung 11 umlaufend angeordnet ist (keine Darstellung).
Auch aufgedampfte oder geätzte flächenhafte Elektroden 19a, 19b, welche eine die kreisringförmigen Grundstruktur ergänzende Substruktur aufweisen, sind möglich. Dadurch können die Kapazität und/oder die Richtcharakteristik, d.h. die richtungsabhängige Empfindlichkeit des Sensors bzw. der Erfassungsvorrichtung 21 beeinflusst werden. Mit einer elektrisch leitenden Abschirmung 39 (Fig. 3a), welche mindestens die der Auffangwanne 9 bzw. dem Auslaufstutzen 5 zugewandte Seite der Elektroden 19a, 19b nicht überdeckt, kann der Erfassungsbereich bzw. die Richtcharakteristik des Sensors im Wesentlichen auf die der Auffangwanne 9 bzw. dem Auslaufstutzen 5 zugewandte Innenseite des Sensors beschränkt werden. Ausserdem verringert eine mit einem festen Bezugspotential verbundene Abschirmung 39 die Empfindlichkeit gegenüber äusseren Störeinflüssen.
Insbesondere kann eine Abschirmung 39 vorgesehen sein, die den Auslaufstutzen 5 mindestens im an die Ausnehmung 11 angrenzenden Bereich, wo sich Urin ansammeln kann, gegenüber den Elektroden 19a, 19b abschirmt (keine Darstellung). Die Abschirmung 39 kann innen oder aussen am Auslaufstutzen 5 angeordnet oder in diesen eingebaut oder eingelassen sein. Sie kann Störungen der Messgrösse durch Flüssigkeiten innerhalb des Auslaufstutzens 5 minimieren. Selbstverständlich ist auch eine Kombination mehrerer Abschirmungen 39 möglich. In den Fig. 3a, 3b und 3c ist der unterste Teil der Auffangwanne 9 eines wasserlosen Urinals 1 mit einem Geruchsverschluss und einem Teil der Erfassungsvorrichtung 21 in einem Längsschnitt dargestellt. In die Ausnehmung 11 ist ein siphonartiger Einsatzbehälter, kurz Topf 51 genannt, von der Seite der Auffangwanne 9 her eingesetzt.
Der Topf 51 umfasst einen inneren Wandteil 53, einen Deckel 55 mit einer zentralen Öffnung 57 und einen Schwimmerkörper 59 mit einem unten angeordneten Weicheisen- oder Magnetelement 61. Über dem Deckel 55 kann vorzugsweise ein Schutzgitter 63 liegen, welches den Schwimmerkörper 59 überspannt und diesen vor unbefugtem Zugriff schützt. Bei der Benutzung des Urinals 1 füllt sich der Innenraum des Topfs 51 bis auf einen durch Überlauföffnungen 65 des Siphons vorgegebenen Pegel mit Urin 67 und drückt den Schwimmerkörper 59 von unten her gegen die Öffnung 57.
Das im Wesentlichen ringförmige Substrat 27 mit der oder den Elektroden 19a, 19b ist in Fig. 3a mit der selbstklebenden Folie 35 an der Aussenseite des untersten Bereichs der Auffangwanne 9 festgeklebt und an der Aussenseite sowie den beiden Stirnseiten mit einer elektrisch leitenden und beidseitig isolierten Abschirmfolie 39 überzogen. Durch die Montage direkt an der Aussenseite der Auffangwanne 9 reagiert der Sensor bzw. die Erfassungsvorrichtung 21 empfindlich auf Medien innerhalb der Auffangwanne 9 im Bereich der Elektroden 19a, 19b, also beispielsweise auf Wasser oder Urin, der durch die Öffnung 57 in den Topf 51 rinnt. Der verhältnismässig grosse Abstand der Elektroden 19a, 19b zum im Topf 51 angesammelten Urin 67 bewirkt einen verhältnismässig kleinen Einfluss dieses Urins 67 auf das Messresultat.
Die Abschirmung 39 bewirkt, dass der Erfassungsbereich des Sensors nur zur Innenseite der Auffangwanne 9 hin gerichtet ist. Die Fig. 3b und 3c zeigen weitere mögliche Anordnungen der Elektroden 19a, 19b im Bereich der Ausnehmung 11.
[0015] Die Kapazitätsmessung erfolgt vorteilhaft nach dem Prinzip des Ladungstransfers, das nachfolgend anhand von Figur 5 kurz erläutert wird.
[0016] Ein Messkondensator Cx und ein Speicherkondensator Cs, dessen Kapazität wesentlich grösser ist als jene des Messkondensators, sind einseitig miteinander und mit dem Bezugspotential Gnd einer eine Referenzspannung Vr erzeugenden Spannungsquelle verbunden. Über einen ersten Schalter S1 kann der Messkondensator Cx mit der Referenzspannung Vr aufgeladen werden.
Ein zweiter Schalter S2 kann eine Verbindung vom Messkondensator Cx zum Speicherkondensator Cs herstellen. Über einen dritten Schalter S3 kann der Speicherkondensator Cs bei Bedarf entladen werden. Der Speicherkondensator ist mit dem hochohmigen FET-Eingang eines Verstärkers A verbunden. Die Schalter S1, S2, S3 sind schnelle und verlustarme MOSFET-Schalter, die von einem (nicht dargestellten) Microcontroller gesteuert werden können. In einem ersten Schritt werden gleichzeitig der zweite Schalter S2 geöffnet und der erste Schalter S1 geschlossen. Der Messkondensator Cx wird auf die Referenzspannung Vr aufgeladen. Anschliessend werden gleichzeitig der erste Schalter S1 geöffnet und der zweite Schalter S2 geschlossen, sodass sich die Ladung vom Messkondensator Cx grösstenteils auf den Speicherkondensator Cs überträgt.
Dieser Vorgang kann in einer Abfolge mehrmals nacheinander ausgeführt werden, wobei sich die Ladung des Speicherkondensators Cs und damit die am Speicherkondensator Cs anliegende Spannung Vs sukzessive erhöht. Diese Spannung Vs wird vom Verstärker A, der auch ein Impedanzwandler ist, verstärkt und kann anschliessend z.B. durch einen Analog-Digital-Wandler (AD-Wandler) in ein digital weiterverarbeitbares Signal umgewandelt werden. Mit zunehmender Anzahl Ladevorgängen kann die Empfindlichkeit des Sensors erhöht werden.
[0017] Anschliessend an einen Mess- bzw. Erfassungszyklus wird der Messkondensator Cs durch kurzzeitiges Schliessen des dritten Schalters S3 entladen und der Erfassungsvorgang beginnt unmittelbar oder nach einer Pause von Neuem. Mit zunehmender Pausendauer kann der Stromverbrauch der Erfassungsvorrichtung 21 vermindert werden.
Dabei verringert sich auch die zeitliche Auflösung des Sensors.
[0018] Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfassungsvorrichtung 21 gemäss Fig. 4b ist ein erster Referenzkondensator Cr1 an die Steuerung 25 angeschlossen und einseitig mit der ersten Elektrode 19a verbunden. Der Wert von Cr1 ist wesentlich grösser als jener von Cx1. (Cr1 >> Cx1). Über Halbleiterschalter (Fig. 5, S1) der Steuerung 25 wird der erste Kondensator Cx1 auf eine stabilisierte, von der Steuerung 25 erzeugte Referenzspannung aufgeladen. Anschliessend wird diese Ladung grösstenteils auf den Referenzkondensator Cr1 übertragen und mittels eines (nicht dargestellten) AD-Wandlers erfasst. Selbstverständlich können auch mehrere Ladezyklen erfolgen, bevor das analoge Spannungssignal digitalisiert wird.
Anstelle der Anordnung, wie sie in Fig. 4b dargestellt ist, können auch andere Schaltungsanordnungen, z.B. gemäss Fig. 4a oder gemäss Fig. 4c zur Ermittlung der Kapazität eines Messkondensators Cx1, Cx2, Cx1 verwendet werden. Bei handelsüblichen Ladungs-Transfer-Bausteinen können sämtliche zur Erfassung der Kapazität oder der Kapazitätsänderung eines Kondensators erforderlichen Komponenten auf kleinstem Raum integriert sein. Solche Bausteine können im Burst-Modus betrieben werden und einen verhältnismässig geringen Strombedarf im Mikroampere-Bereich aufweisen. Sie eignen sich deshalb auch für batteriebetriebene Geräte. Ausserdem können in dieser Pulsfolgen-Betriebsart durch Variation der Pausenlänge zwischen den einzelnen Bursts (Pulspaketen) periodisch wirkende Störsignale in ihrer Wirkung geschwächt oder unterdrückt werden.
Ein langsames Driften der Kapazität z.B. infolge von Änderungen von Umgebungsbedingungen wie etwa der Luftfeuchtigkeit kann durch Nachführen einer Referenz- oder Grenzspannung beim AD-Wandler kompensiert werden. Erfolgt eine schnelle Änderung der Kapazität - z.B. innerhalb einer Sekunde - übersteigt die am AD-Wandler gemessene Spannung die Referenzspannung und die Steuerung 25 gibt ein Aktivierungssignal für einen Aktor 30 aus, beispielsweise einen Ansteuerpuls von 3s Dauer. Wie in den Fig. 2a, 2b und 2c dargestellt, kann der Aktor 30 bei einem wasserlosen Urinal 1 ein Elektromagnet zum Anziehen eines Schliesskörpers 59 sein. Bei einem Urinal 1 mit Wasserspülung kann der Aktor 30 sinngemäss ein Magnetventil für die Wasserspülung sein. Das Aktivierungssignal kann im Falle eines wasserlosen Urinals 1 beispielsweise ein Ansteuerpuls von 1s Dauer sein.
Nach dem Auslösen des Aktivierungssignals bzw. des ersten Pulses unterdrückt die Steuerung 25 während einer Periode bzw. Pause von z.B. 30s oder 60s Dauer die Erfassung und Verarbeitung weiterer Sensorsignale. Der Aktor 30 wird während dieser Periode mehrmals nach einem der Steuerung 25 vorgebbaren Muster kurzzeitig betätigt. Zusätzlich zum ersten Puls von 1cxs Dauer können beispielsweise weitere Pulse mit einem zeitlichen Abstand von 12s und 30s zum ersten Auslösezeitpunkt des Aktors 30 folgen. Zusätzlich oder alternativ zum Aktivierungssignal kann die Steuerung 25 beim Über- oder Unterschreiten eines Referenzwertes durch die Kapazität des Kondensators Cx1, Cx2, Cx3 bzw. durch eine durch diese Kapazität beeinflussbare Messgrösse einen Ereigniszähler erhöhen bzw. erniedrigen. Beim Über- bzw.
Unterschreiten eines an der Steuerung vorgegebenen bzw. vorgebbaren ersten Grenzwertes von z.B. 4000 Benutzungen kann die Steuerung 25 z.B. eine gelbe LED am Urinal 1 aktivieren (keine Darstellung). Beim Überschreiten eines zweiten Grenzwertes von z.B. 6000 Benutzungen kann die Steuerung 25 in gleicher Weise eine rote LED am Urinal 1 aktivieren (keine Darstellung). Diese LEDs dienen als Hinweis- oder Warnsignal zum Ersetzen des Topfs 51 bzw. des Geruchsverschlusses oder zum Ausführen von anderen Wartungsarbeiten. Selbstverständlich kann die Information des Ereigniszählers auch für andere Zwecke verwendet werden, z.B. zum Feststellen der Anzahl Kontakte, die eine am Urinal 1 angebrachte Werbebotschaft zu verzeichnen hat.
Es kann eine drahtlose oder leitungsgebundene Kommunikationsverbindung zu einer Auswertezentrale (keine Darstellung) vorgesehen sein, über welche Informationen von Ereigniszählern von Urinalen 1 übermittelbar sind. Bei solchen Auswertezentralen können statistische Auswertungen vorgenommen und/oder Wartungsarbeiten geplant werden.
The invention relates to a detection device for a urinal, a urinal with a detection device and a method for controlling a urinal according to the features of the independent claims 1, 7 and 9.
It is known that the triggering of flushing in toilets or urinals can be done by means of levers, buttons or electronically by means of sensors. Urinales, in particular, are widely used with optical proximity switches or light barriers. There are also known urinal controls in which the presence of a person is detected by an ultrasonic or radar sensor or by a passive infrared motion detector. In addition, urinals are known in which two electrodes are arranged on the drainage siphon.
Flushing can be triggered due to a change in the electrical conductivity of the water when entering the urine or due to the change in capacitance of a capacitor comprising the two electrodes.
Such conventional sensor controls are often expensive and / or prone to failure. In conventional capacitive sensors may already be sufficient to change the humidity in order to cause undesirable flushing. The rinsing water can influence the sensor during the rinsing operations and then through the remaining water in the urinal water residues in such a way that for a certain duration no detection of relevant for rinsing operations is possible.
By reducing the sensitivity, the susceptibility of such sensors can be reduced at the expense of response reliability. The arrangement of the electrodes on the siphon is also unfavorable because the water in the siphon can be set in motion due to pressure fluctuations in the drain line and / or can partially spill over the siphon out into the drain pipe. This can lead to faulty triggering of rinsing operations.
In conductivity or resistance measurements, the electrodes are in direct contact with the liquid. They can easily be damaged by chemicals.
Optical sensors are also sensitive to vandalism.
It is an object of the present invention to provide a cost-effective and interference-resistant detection device for sanitary basins and a urinal with such a detection device and a method for controlling the urinal.
This object is achieved by a detection device and by a urinal and by a method according to the features of the independent claims 1 and 7 and 9.
The detection device is not in direct contact with the liquid in the urinal and thus can not be damaged or destroyed by aggressive media. The detection device comprises one or more electrodes of a capacitor. The capacitance of this capacitor can be influenced by substances in the vicinity of the electrodes.
Due to the ring-like arrangement of the electrodes around the drainage channel or around its funnel-like extension or continuation as a urinal basin, the passage of a medium such as e.g. Urine can be detected by the electrode ring from the urinal basin into the drainage channel a significant capacity change independent of the passage point. By further processing a measurable variable influenced by this capacity, an actuator such as. a solenoid for controlling a drain valve or a purge valve are controlled. The electrodes can be connected to a commercially available electronics for capacitive sensors with adjustable switching threshold or alternatively to a processor-controlled evaluation with possibilities for digital signal evaluation and / or filtering and for application-specific control of an actuator.
The energy consumption of the detection device is very low, so that a power supply by means of batteries is possible. In particular, in the case of waterless urinals, a sealing body or valve can be opened periodically by a control system after the capacitance sensor has responded at a predetermined rhythm.
Based on some figures, the invention will be described in more detail below. Show
<Tb> FIG. 1 <sep> a vertical section through a urinal with a detection device,
<Tb> FIG. 2 <sep> a schematically illustrated embodiment of a detection device,
<Tb> FIG. 3a is a longitudinal section of a first odor trap of a waterless urinal with a detection device;
<Tb> FIG. 3b is a longitudinal section of a second odor trap of a waterless urinal with a detection device;
<Tb> FIG. 3c <sep> is a longitudinal section of a third odor trap of a waterless urinal with a detection device,
<Tb> FIG. 4a <sep> is a circuit diagram of a first detection device,
<Tb> FIG. 4b <sep> is a circuit diagram of a second detection device,
<Tb> FIG. 4c <sep> is a circuit diagram of a third detection device,
<Tb> FIG. 5 <sep> is a schematic diagram of a circuit arrangement of a capacitive sensor.
In Fig. 1, reference numeral 1 denotes a schematically illustrated urinal, which is fixed to a wall 3 and is connected via an outlet connection 5 to a sewer line 7. The urinal 1 comprises a basin 9 made of ceramics or a plastic such as e.g. impact-resistant polycarbonate can be produced. At the lowest point of the collecting trough 9, a recess 11 is formed, at the base of the outlet nozzle 5 opens. The collecting trough 9 can, as shown in FIG. 1, for the most part be double-walled with an inner basin wall 13 and an outer enveloping wall 15 arranged on the outside. Between the basin wall 13 and the envelope wall 15 and between the pool wall 13 and the wall 3 is a cavity 17th
The pool wall 13 can be considered as a funnel-shaped extension of the outlet nozzle 5 and the recess 11. In the region of the recess 11, an annular or ring-like first electrode 19a of a detection device 21 is arranged on the outer side of the basin wall 13 or the recess 11 facing the cavity 17 such that it encloses the outlet connection 5 or the recess 11 or its funnel-shaped extension or at least approximately completely encompasses or spans.
The first electrode 19a is part of a first capacitor Cx1, whose capacity can be influenced by media in the vicinity of the first electrode 19a.
The first electrode 19a is connected via a short, preferably shielded cable 23 to an electronic control 25.
In the same way, a second electrode 19b may additionally be formed, e.g. disposed concentrically with the first electrode 19a and also connected to the controller 25 via the same or an additional shielded cable 23. The second electrode 19b is part of a second capacitor Cx2 whose capacity can be influenced by media in the vicinity of the second electrode 19b. The first capacitor Cx1 and the second capacitor Cx2 may be identical. In this case, this common capacitor Cx3 (Figure 4a) comprises both electrodes 19a and 19b electrically connected to the controller 25.
There is a closed circuit, which is required for the detection of the capacitance of the capacitor Cx3 or of changes in this capacitance on the basis of a measurable by the capacitor Cx3 parameter such as the current flowing through the capacitor Cx3 or the charge. Alternatively, at very low currents, the capacitive coupling between the controller 25 and the ground potential and between the ground potential and the first electrode 19a already meets the requirement for a closed circuit (Figure 4b). The same applies to the second electrode 19b (FIG. 4c). To illustrate the capacitive coupling with the environment or the earth, the corresponding part in the schemes is shown by broken lines. So it is possible, the capacity of a capacitor Cx1 or
Cx2 with only one electrode 19a or 19b or to detect its change.
The power supply of the controller 25 and the detection device 21 can be ensured by means of batteries (not shown) or alternatively via a power supply 28 connected to a low-voltage power supply 26 of, for example, 110VAC or 230VAC (Figure 2). The capacitive coupling with the environment or the earth potential can be sufficiently strong even with power supplies with batteries, so that a capacitance measurement by means of only one electrode 19a or 19b is possible.
2, a first embodiment of the detection device 21 is shown. The electrodes 19a, 19b are two metal rings or metal loops arranged concentrically on a nonconductive annular or clamp-shaped or annular or toroidal deformable substrate 27.
The substrate 27 may be, for example, a rigid conventional single or multilayer printed circuit board having a thickness of about 0.5 mm to about 2.5 mm or a flexible printed circuit foil, e.g. from a resistant to chemicals and high (solder) temperatures plastic such as polyamide with a thickness of about 0.05 mm to about 0.8 mm. The electrodes 19a, 19b may be e.g. be formed by means of photochemical processes by etching away unneeded metal surfaces on the substrate 27. They may additionally be provided with a protective layer 29 (Figure 3b), e.g. covered with a paint or a plastic layer and be protected in this way from external influences. The substrate 27 may comprise retaining means for attachment in the region of the outlet connection 5 or the basin wall 13. Such retaining means may e.g.
(Fig. 2) on the inside of the substrate ring inwardly projecting springs, tongues or tabs 31 be. Such tabs 31 may e.g. inserted into correspondingly shaped grooves or notches on the urinal 1 and held in a force-fitting manner (no representation). The holding means may also comprise bores 33 (Figure 2) for fastening by means of screws. The substrate ring may alternatively be formed without tabs 31 and be secured by means of locking lugs 37 (Fig. 3c) or other clamping or holding devices or by joining or adhesive to the urinal 1.
In a further embodiment of the detection device 21, the substrate 27 and the electrodes 19a, 19b are equipped with a self-adhesive film 35 and are glued to the urinal 1 in this manner (FIG. 3a).
Of course, the electrodes 19a, 19b may also be integrated directly into the drip tray 9, so for example in one injection-molded drip tray 9 molded with plastic on one side or be completely encapsulated. The electrodes 19a, 19b may also be designed in the form of wires or cables, in which case sufficient capacity must be provided, for example by a wire in a meandering or recessed form around the outlet connection 9 or around the recess 11 is arranged circumferentially (no representation).
It is also possible to use vapor-deposited or etched planar electrodes 19a, 19b which have a substructure which supplements the annular basic structure. Thereby, the capacitance and / or directional characteristic, i. the directional sensitivity of the sensor or the detection device 21 are influenced. With an electrically conductive shield 39 (FIG. 3 a), which does not cover at least the side of the electrodes 19 a, 19 b facing the collecting trough 9 or the outlet nozzle 5, the detection area or the directional characteristic of the sensor can essentially correspond to that of the collecting trough 9 or 9 ., the outlet nozzle 5 facing inside of the sensor are limited. In addition, a shield 39 connected to a fixed reference potential reduces the sensitivity to external disturbances.
In particular, a shield 39 can be provided which shields the outlet connection 5 at least in the area adjacent to the recess 11, where urine can accumulate, with respect to the electrodes 19a, 19b (no illustration). The shield 39 may be disposed inside or outside the outlet nozzle 5 or incorporated or embedded in this. It can minimize disturbances of the measured variable due to liquids within the outlet nozzle 5. Of course, a combination of multiple shields 39 is possible. In Figs. 3a, 3b and 3c, the lowermost part of the sump 9 of a waterless urinal 1 with an odor trap and a part of the detection device 21 is shown in a longitudinal section. In the recess 11 is a siphon-like insert container, briefly called pot 51, used from the side of the drip tray 9 ago.
The pot 51 comprises an inner wall part 53, a cover 55 with a central opening 57 and a float body 59 with a below arranged soft iron or magnetic element 61. Above the cover 55 may preferably be a protective grid 63, which spans the float body 59 and this before protects against unauthorized access. When using the urinal 1, the interior of the pot 51 fills up to a predetermined by overflow openings 65 of the siphon level with urine 67 and pushes the float body 59 from below against the opening 57th
The substantially annular substrate 27 with the one or more electrodes 19a, 19b is glued in Fig. 3a with the self-adhesive film 35 on the outside of the lowermost portion of the sump 9 and on the outside and the two end faces with an electrically conductive and insulated on both sides shielding 39 plated. By mounting directly on the outside of the sump 9, the sensor or the detection device 21 is sensitive to media within the sump 9 in the region of the electrodes 19a, 19b, so for example, water or urine, which flows through the opening 57 in the pot 51 , The relatively large distance of the electrodes 19a, 19b to the urine 67 accumulated in the pot 51 causes a relatively small influence of this urine 67 on the measurement result.
The shield 39 causes the detection range of the sensor is directed only to the inside of the sump 9 out. FIGS. 3 b and 3 c show further possible arrangements of the electrodes 19 a, 19 b in the region of the recess 11.
The capacitance measurement is advantageously carried out according to the principle of charge transfer, which will be briefly explained below with reference to FIG 5.
A measuring capacitor Cx and a storage capacitor Cs, whose capacitance is substantially greater than that of the measuring capacitor, are connected to one another and to the reference potential Gnd of a voltage source generating a reference voltage Vr. Via a first switch S1, the measuring capacitor Cx can be charged with the reference voltage Vr.
A second switch S2 can establish a connection from the measuring capacitor Cx to the storage capacitor Cs. Via a third switch S3, the storage capacitor Cs can be discharged if necessary. The storage capacitor is connected to the high-impedance FET input of an amplifier A. The switches S1, S2, S3 are fast and low-loss MOSFET switches, which can be controlled by a (not shown) microcontroller. In a first step, the second switch S2 is simultaneously opened and the first switch S1 is closed. The measuring capacitor Cx is charged to the reference voltage Vr. Subsequently, the first switch S1 is simultaneously opened and the second switch S2 is closed, so that the charge from the measuring capacitor Cx largely transfers to the storage capacitor Cs.
This process can be carried out in succession several times in succession, with the charge of the storage capacitor Cs, and thus the voltage Vs applied to the storage capacitor Cs, increasing successively. This voltage Vs is amplified by the amplifier A, which is also an impedance converter, and can subsequently be used e.g. be converted by an analog-to-digital converter (AD converter) into a digitally processable signal. As the number of charges increases, the sensitivity of the sensor can be increased.
Subsequent to a measurement or detection cycle of the measuring capacitor Cs is discharged by short-term closure of the third switch S3 and the detection process begins immediately or after a break from new. With increasing pause time, the power consumption of the detection device 21 can be reduced.
This also reduces the temporal resolution of the sensor.
In a further embodiment of the detection device 21 according to FIG. 4b, a first reference capacitor Cr1 is connected to the controller 25 and connected on one side to the first electrode 19a. The value of Cr1 is much larger than that of Cx1. (Cr1 >> Cx1). Via semiconductor switches (FIG. 5, S1) of the controller 25, the first capacitor Cx1 is charged to a stabilized reference voltage generated by the controller 25. Subsequently, this charge is largely transferred to the reference capacitor Cr1 and detected by means of an AD converter (not shown). Of course, several charging cycles can be done before the analog voltage signal is digitized.
Instead of the arrangement as shown in Fig. 4b, other circuit arrangements, e.g. 4 c or according to FIG. 4 c are used to determine the capacitance of a measuring capacitor Cx1, Cx2, Cx1. In commercially available charge transfer devices, all the components required to detect the capacitance or the capacitance change of a capacitor can be integrated in the smallest possible space. Such devices can be operated in burst mode and have a relatively low power consumption in the microampere range. They are therefore also suitable for battery-powered devices. In addition, in this pulse train mode by varying the pause length between the individual bursts (pulse packets) periodically acting interference can be weakened or suppressed in their effect.
Slow drifting of the capacitance e.g. as a result of changes in ambient conditions such as humidity, can be compensated by tracking a reference or threshold voltage at the ADC. If there is a rapid change in capacity - e.g. within one second - the voltage measured at the AD converter exceeds the reference voltage and the controller 25 outputs an activation signal for an actuator 30, for example a drive pulse of 3 s duration. As shown in FIGS. 2 a, 2 b and 2 c, the actuator 30 in the case of a waterless urinal 1 can be an electromagnet for tightening a closing body 59. In the case of a urinal 1 with water flushing, the actuator 30 can be a solenoid valve for flushing water. In the case of a waterless urinal 1, for example, the activation signal may be a drive pulse of 1 s duration.
After the triggering of the activation signal or the first pulse, the controller 25 suppresses during a period of, for example, a break of e.g. 30s or 60s duration, the detection and processing of other sensor signals. The actuator 30 is actuated for a short time during this period several times after a control 25 predetermined pattern. In addition to the first pulse of 1cxs duration, for example, further pulses with a time interval of 12s and 30s may follow the first triggering time of the actuator 30. In addition or as an alternative to the activation signal, the controller 25 can increase or decrease an event counter when the reference value exceeds or falls below a reference value by the capacitance of the capacitor Cx1, Cx2, Cx3 or by a variable which can be influenced by this capacitance. When over- or
Falling below a predetermined or definable on the controller first limit value of e.g. 4000 uses, the controller 25 may e.g. activate a yellow LED on urinal 1 (no display). When a second limit of e.g. 6000 uses, the controller 25 in the same way a red LED on Urinal 1 activate (no display). These LEDs serve as an indication or warning signal to replace the pot 51 or the odor trap or to perform other maintenance. Of course, the event counter information may also be used for other purposes, e.g. for determining the number of contacts having an advertisement attached to the urinal 1.
There may be a wireless or wired communication connection to an evaluation center (no display), via which information from event counters of urinals 1 can be transmitted. In such evaluation centers, statistical evaluations and / or maintenance work can be planned.