DE4410993A1 - Berührungslose, elektronische Steuerung von Wasserausläufen - Google Patents
Berührungslose, elektronische Steuerung von WasserausläufenInfo
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
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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.
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.
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).
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.
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