DE4410993A1 - Berührungslose, elektronische Steuerung von Wasserausläufen - Google Patents

Description

Es wird zunehmend gefordert, in verschiedenen sanitär­ technischen Anwendungen Wasserausläufe so auszulegen, daß der Wasserausfluß berührungslos auf Anforderungen erfolgt.

Eine bekannte Anwendung ist z. B. die Steuerung der Spülung von Urinalen. Dabei wird nach Nutzung eine festgelegte Menge Wasser zur Spülung in das Urinal geleitet. Eine andere bekannte Anwendung sind Handwaschbecken. Aus hygienischen Gründen soll Handkontakt mit den Armaturen vermieden werden. Vorzugsweise mit Reflex-Infrarot-Detektoren wird der Wasserauslauf dann über ein Magnetventil betätigt, wenn man sich den Sensoren annähert. Aufgabe der hier vorgestellten Erfindung ist es, diese Technik weiter zu verbessern und erfindungsgemäß derzeit bestehende Nachteile auszuschalten.

Ein wesentliches Problem aller bisher bekannten elektronischen Auslaufsteuerungen ist die Energieversorgung. Die Versorgung mit Netzspannung setzt voraus, daß ein elektrischer Netzanschluß installiert ist. Die Installation dieser Netzanschlüsse erzeugt in der Regel hohe Kosten, nicht zuletzt, weil neben den Installateuren auch Elektrofachleute bei der Montage eingesetzt werden müssen. Im Einzelfall, insbesondere im Falle der Nachrüstung, sind die elektrischen Installationen erheblich.

Verschiedentlich werden Batterien eingesetzt.

Trotz Fortschritte in der Batterie-Technik muß in kontinuierlichen Abständen die Batterie einer derartigen Anordnung gewechselt werden. Neben den Materialkosten für die Batterie entstehen hohe Kosten für diesen technischen Service. Da Batterien oft nicht umweltneutral entsorgt werden können, entsteht zugleich ein Umweltproblem. Das Problem verschärft sich, wenn besonders langlebige Batterien eingesetzt werden, in denen z. B. Lithium, Quecksilber, Cadmium enthalten sind.

Um den Batteriewechsel durchführen zu können, sind erreichbare Klappen, Öffnungen und dergleichen notwendig. Erfahrungsgemäß erhöhen allerdings sämtliche sichtbaren Installationen die Gefahr des Vandalismus, d. h., die mutwillige Zerstörung der Einrichtungen.

Die Erfindung stellt sich daher konsequent die Aufgabe,

• - unabhängig zu werden von der Netzstrom-Versorgung
• - keine Batterien zu benutzen
• - keine von außen erkennbaren Installationen zu erfordern.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, in das ohnehin notwendige elektro-magnetische Wasser- Absperrventil einen elektrischen Generator derart einzubauen, daß das ausfließende Wasser einen Elektrogenerator antreibt (Fig. 1.2), der entspr. (Fig. 1) nach dem Ventil (Fig. 1.1) angeordnet ist. Vorteilhaft wird durch diese Anordnung erreicht, daß nur während der kurzen Zeit der Betätigung die Turbine nebst Wellendichtung dem Wasserdruck ausgesetzt ist.

Der Generator ist so ausgelegt, daß eine Spülung von ca. 30 Sekunden ausreicht, um den Strombedarf der Anordnung mind. für 24 Stunden zu decken. Als Stromspeicher wird erfindungsgemäß eine Zusammenschaltung von elektrischen Kondensatoren sehr großer Kapazität eingesetzt. Vorteilhaft verfügen Kondensatoren über eine außerordentlich große Lebensdauer von typisch größer als 10 Jahren. Kondensatoren sind relativ kostengünstige Bauteile. Im Gegensatz zu Akkumulatoren können Kondensatoren praktisch unbegrenzt oft auf- und entladen werden. Im Übrigen stellt sich kein Entsorgungsproblem.

Erfindungsgemäß wird die Turbine des Generators in das Gehäuse des elektrischen Absperrventiles integriert. Es können axial angetriebene Turbinen (Fig. 3) und radial angetriebene Turbinen (Fig. 2) eingesetzt werden. Die Funktionssicherheit und der Wirkungsgrad ist bei beiden Prinzipien vergleichbar gut. In der praktischen Aufführung werden die Herstellungskosten für die Entscheidung des Konstrukteurs ausschlaggebend sein. In der bevorzugten Ausführung wird eine Radialturbine (Fig. 2) eingesetzt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Spülung eines Urinals dann auszulösen, wenn sich die Temperatur des Wassers im Geruchsverschluß (Fig. 4.1) des Urinals ändert. (Fig. 4). Dies wird bei Einleitung von Urin stets der Fall sein.

Dabei wird die Temperatur des Wassers im Geruchsverschluß (Syphon) meßtechnisch ausgewertet. Erfindungsgemäß wird ein Temperatursensor (Fig. 4.2) so in der Nähe des oberen Wasserspiegels (Fig. 4.3) angebracht, das einerseits inniger Wärmekontakt besteht, andererseits im Inneren des Geruchsverschlusses keine Installationen sich befinden.

Erfindungsgemäß soll dabei nicht das absolute Temperaturniveau betrachtet werden. Denn dieses ist von den Einbausituationen und von den Umgebungstemperaturen beeinflußt und insofern nicht vorhersehbar.

Vielmehr wird vorgeschlagen, die aktuelle Temperatur zu vergleichen mit einem Durchschnittswert, den die Auswerteelektronik aus den Temperaturen der letzten Zeit gebildet hat.

Fig. 5 zeigt das Prinzip.

Nach Einleitung von Wasser in den Geruchsverschluß ergibt sich eine Wassertemperatur von z. B. 12°C, die dann langsam auf Raumtemperatur ansteigt (Fig. 5.1). Da dieser Vorgang sehr langsam ist, steigen quasi parallel die "gelernten" Werte (5.2 und 5.3) mit an. Zum Zeitpunkt (t1) wird z. B. Urin mit einer Temperatur von ca. 36°C eingeleitet. Die Temperatur steigt jetzt deutlich schneller an und übersteigt insofern den durch den viel langsamer ansteigenden Durchschnittswert (5.2) gebildeten Wert (5.3). Erfindungsgemäß wird dann, wenn die IST-Temperatur (5.1) größer wird als die Durchschnittstemperatur (5.2), eine Spülung ausgelöst. Es gilt insofern die Regel:
Schalte dann, wenn die aktuelle Temperatur des Wertes um einen geringen Betrag X1 (5.4) größer ist als der Durchschnittswert der letzten Minuten.

Durch das Einleiten des Spülwassers wird die Temperatur wieder sinken (t2). In diesem Fall gilt eine weitere Regel:
Wenn die Temperatur in einer bestimmten Zeit um einen Betrag < X absinkt, ist dies die Folge einer Spülwasser-Einleitung. In diesem Fall ist der gespeicherte Durchschnittswert (5.2) zu löschen. Ein neuer Durchschnittswert wird beginnend ab jetzt gebildet.

Mit dieser zweiten Regel wird erreicht, daß die Anlage sich an gewollte Temperatursprünge sehr schnell anpaßt und die typisch sehr langsamen Änderungen der natürlichen Temperaturveränderungen von den durch Einleiten von Urin oder Spülwasser verursachten Temperatursprüngen unterscheidet.

Es besteht der Wunsch, daß immer dann, wenn z. B. zu Reinigungszwecken Wasser etc. in das Urinal gespült wird, einen Spülvorgang auszulösen. In diesem Fall wird die in Fig. 5 erkennbare dritte Regel eingesetzt:

"Immer dann, wenn die aktuelle Temperatur um einen bestimmten Betrag absinkt X2 (5.5), wird ein Schaltsignal ausgelöst. Zu diesem Zweck wird ein Vergleichswert (5.6) gebildet, der sich aus dem Temperatur-Durchschnittswert minus X2 errechnet. Auch in diesem Fall wird eine Spülung ausgelöst (t3)."

Die praktische Ausführung des erfindungsgemäßen Gedankens kann in einer elektronischen Schaltung ähnlich Fig. 6 erfolgen:
Die Schaltung (6.1) erzeugt ein temperatur­ proportionales Signal, welches aktuelles Temperatursignal genannt wird. Das Signal erfährt eine Integration (= Bildung eines Durchschnittswertes) im RC-Glied (6.2).

Durch Weiterleitung an die Komparatoren (6.3, 6.4) wird dann ein Schaltsignal ausgelöst, wenn das aktuelle Sensorsignal die Schaltschwellen überschreitet, die sich aus dem Integrationssignal und durch elektrische Mitkopplung des Komparators ergibt.

Entsprechend dem Stand der Technik wird der Fachmann eine Ausführung wählen, die mit Hilfe eines Mikroprozessors die erwähnten Mittelwertbildungen, Vergleich und anderen Operationen mit Hilfe eines geeigneten Rechenprogrammes darstellt.

Selbstverständlich sind dem Fachmann auch andere als die in der angegebenen Schaltung möglichen technischen Lösungen geläufig, wobei der Grundgedanke jedoch stets der gleiche ist.

Claims (9)

1. Apparat und Verfahren zur automatischen Steuerung von Wasserausläufen, insbesondere zur Spülung von Urinalen, wobei im Wasserauslauf ein elektrisch betätigtes Ventil angeordnet ist, welches von einer elektronischen Ansteuerschaltung betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Wasserzulauf eine Wasserturbine angeordnet ist, deren Kraft so auf einen elektrischen Generator übertragen wird, daß bei geöffnetem Ventil und ausströmendem Wasser elektrische Energie erzeugt wird, weiche in einem elektrischen Kondensator großer Kapazität gespeichert wird.

2. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserturbine als Radialturbine (Fig. 2) oder als Axialturbine (Fig. 3) ausgebildet sein kann.

3. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine in Fließrichtung nach dem elektrischen Absperrventil angeordnet ist.

4. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Absperrventil dann ausgelöst wird, wenn die Temperatur im Geruchsverschluß einer festgelegten Zeit um einen geringeren Betrag als die Durchschnittstemperatur einer frei bestimmbaren vorhergegangenen Zeit ansteigt, wobei dies durch einen Temperatursensor ermittelt ist, der im thermischen Kontakt zum Wasser im Geruchsverschluß steht.

Der Durchschnittswert wird kontinuierlich ermittelt und in der elektrischen Steuer- und Auswerteeinheit gespeichert.

5. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter Spülung der bis dahin gespeicherte Temperatur-Durchschnittswert gelöscht wird und ein neuer Durchschnittswert ermittelt wird.

6. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spülvorgang ausgelöst wird, wenn die Temperatur im Geruchsverschluß in einer gegebenen Zeit einen festgelegten Betrag unter die zuletzt gespeicherte Durchschnittstemperatur fällt.

7. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung die Ladung des elektrischen Speicherkondensators, in welchem die Energie der Wasserturbine gespeichert ist, derart überwacht wird, daß bei Unterschreiten einer festgelegten Mindestspannung eine Spülung veranlaßt wird, wodurch der Speicherkondensator wieder aufgeladen wird.

8. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne automatisch eine Spülung ausgelöst wird, wodurch der Speicherkondensator wieder aufgeladen wird.