| JP07279215 | UROLITH PROCESSING PAD |
| JP09158298 | URINAL MOISTURE CONDENSATION PROOF STRUCTURE |
| WO/2001/016436 | AUTOMATIC WASHER FOR CHAMBER POT |
RUMP, Hanns (Kirchenweg 15, Hausen/Bayern, 63840, DE)
PATZER, Reinhard (Stralsunder Str. 21, Unna, 59427, DE)
KOZIOL, Uwe (Godefriedstrasse 77, Dortmund, 44265, DE)
PREUSS, Rainer (Möllerstrasse 43, Dortmund, 44137, DE)
GERHART, Jessica (Kirchenweg 15, Hausen/Bayern, 63840, DE)
SCHOCKENBAUM, Heinz, Walter (Friedrich-List-Strasse 7, Unna, 59425, DE)
HECKEMÜLLER, Kim (Wilmsmannstrasse 13, Dortmund, 44269, DE)
SUPPLY, Carsten (Am alten Bach 15, Unna, 59427, DE)
RUMP, Hanns (Kirchenweg 15, Hausen/Bayern, 63840, DE)
PATZER, Reinhard (Stralsunder Str. 21, Unna, 59427, DE)
KOZIOL, Uwe (Godefriedstrasse 77, Dortmund, 44265, DE)
PREUSS, Rainer (Möllerstrasse 43, Dortmund, 44137, DE)
GERHART, Jessica (Kirchenweg 15, Hausen/Bayern, 63840, DE)
SCHOCKENBAUM, Heinz, Walter (Friedrich-List-Strasse 7, Unna, 59425, DE)
HECKEMÜLLER, Kim (Wilmsmannstrasse 13, Dortmund, 44269, DE)
| Patentansprüche:
1. Verfahren zur berϋhrungslosen Auslösung einer Spülung in Urinalsystemen mit elektrisch ansteuerbarem Wasserventil, unter Verwendung eines am Auffang- becken oder am Ablaufrohr des Urinais angebrachten, geeigneten kapazitiven Sensors, welcher mit einer elektronischen zentralen Steuer- und Auswerteeinheit (Mikrocontroller) elektrisch verbunden ist, welche das Ventil öffnet und dann eine Spülung auslöst, wenn der Sensor aufgrund der sich bei Einleitung einer Flüssigkeit unter Einfluss der damit veränderten dielektrischen Einflüsse der Flüssigkeit sich ändernden Kapazität des Sensors die bestimmungsgemäße Nutzung des Urinais feststellt, und dadurch ein Signal an die Steuer- und Auswerteeinheit abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem Spülvorgang des Urinais entweder der Sensorwert des Sensorsignals oder die Schaltschwelle nach einer wählbaren Zeit neu kalibriert und somit an die nach dem Spülvorgang herrschenden geänderten Bedingungen des Urinais angepasst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Rekalibrierung des Sensorwertes des Auslöseimpulses die Verstärkung desselben innerhalb der Steuer- und Auswerteeinheit angepasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einem permanenten Sensorsignal das Ventil verriegelt wird, um das überlaufen des Urinais zu verhindern.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseimpuls des Sensors für einen wählbaren Zeitraum anliegen muss, bevor der Auslöseimpuls an die Steuer- und Auswerteeinheit weitergeleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Spülung des Urinais um einen frei wählbaren Zeitraum zeitverzögert ausgelöst wird, wenn die Nutzung des Urinais detektiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach einer kurzen, wählbaren Zeit nach einer ersten Spülung, Hauptspülung, eine kurze zweite Spülung, Nachspülung, ausgelöst wird mit dem Zweck, die Auffüllung des Siphon sicherzustellen.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Sensor am Auslauf des Geruchsverschlusses (Siphon) auf der Außenseite des Auslaufs des Urinais angeordnet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsgruppen a) aufgefalteter Kondensator, b) Sensorelektronik, c) Mikrocontroller als Steuer- und Auswerteeinheit und d) Schaltbrücke eine zusammenhängende Funktionseinheit bilden.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Montagesperre über eine abziehbare Metallfolie auf der Innenseite des Beckens angeordnet ist, welche eine Kapazitätsveränderung und damit eine Auslösung zum Montagezeitpunkt des Urinais verhindert.
10. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor-Kondensator (Cs) an einen Kapazitäts/Spannung-Konverter (12) angeschlossen wird, welcher sein Ausgangssignal (12 1 ) einem variablen
Verstärker (13) zuführt, welcher sein Ausgangssignal (13') einer Parallelschaltung aus einem RC-Glied, gebildet aus einem Widerstand (15) und einem Kondensator
(16), und einem Spannungsteiler, gebildet aus zwei Widerständen (15', 16'), zuführt, wobei bei einem gleichmäßigen Ausgangssignal (13') dieses über das RC-Glied als Schwellwert an den '+' Eingang eines Operationsverstärkers (17) gelegt wird und in reduzierter Form über den Spannungsteiler als zu bewertendes
Sensorsignal an den '-'Eingang des Operationsverstärkers (17) gelegt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor-Kondensator (Cs) an einen Kapazitäts/Spannung-Konverter (12) angeschlossen wird, welcher sein Ausgangssignal (12') einer Parallelschaltung aus einem RC-Glied, gebildet aus einem Widerstand (15) und einem Kondensator (16), und einem Spannungsteiler, gebildet aus zwei Widerständen (15', 16'), zuführt, wobei über den Widerstand (15) des RC-Gliedes ein Schalter (19) gelegt ist, welcher in einer Stellung den Widerstand (15) des RC-Gliedes kurzschließt, und bei einem gleichmäßigem Ausgangssignal (12') des Kapazitäts/Spannung- Konverters (12) dieses Ausgangssignal (12') über dem RC-Glied anliegt und als Schwellwert dem '+' Eingang eines Operationsverstärkers (17) aufgegeben wird, wobei dieses Ausgangssignal (12') des Kapazitäts/Spannung-Konverters (12) gleichermaßen in reduzierter Form dem Spannungsteiler als zu bewertendes Sensorsignal aufgegeben wird und am '-' Eingang des Operationsverstärkers (17) anliegt, so dass bei einem gleichmäßigen Ausgangssignal (12') des Kapazitäts/ Spannung-Konverters (12) kein Schaltsignal am Ausgang des Operationsverstärker (17) erzeugt wird.
12. Vorrichtung zur berührungslosen Auslösung einer Spülung in Urinalsystemen mit elektrisch ansteuerbarem Wasserventil, mit einem am Auffangbecken oder am Ablaufrohr des Urinais angebrachten, kapazitiven Sensors, welcher mit einer elektronischen zentralen Steuer- und Auswerteeinheit (Mikrocontroller) elektrisch verbunden ist, welche das Ventil öffnet und dann eine Spülung auslöst, wenn der Sensor aufgrund der sich bei Einleitung einer Flüssigkeit unter Einfluss der damit veränderten dielektrischen Einflüsse der Flüssigkeit sich ändernden Kapazität des Sensors die bestimmungsgemäße Nutzung des Urinais feststellt, und dadurch der Sensor ein Sensorsignal an die Steuer- und Auswerteeinheit abzugeben imstande ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung nach jedem Spülvorgang des Urinais entweder den Sensorwert des Sensorsignals oder die Schaltschwelle nach einer wählbaren Zeit neu zu kalibrieren und somit an die nach dem Spülvorgang herrschenden geänderten Bedingungen des Urinais anzupassen imstande ist. |
"Verfahren und Vorrichtung zur berührunqslosen Auslösung einer Spülung in Uhnalsvstemen"
Technisches Gebiet: Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur berührungslosen Auslösung einer Spülung in Urinalsystemen mit elektrisch ansteuerbarem Wasserventil, unter Verwendung eines am Auffangbecken oder am Ablaufrohr des Urinais angebrachten kapazitiven Sensors, welcher mit einer elektronischen zentralen Steuer- und Auswerteeinheit (MikroController) verbunden ist, welche das Ventil öffnet und dann eine Spülung auslöst, wenn der Sensor aufgrund der sich bei Einleitung einer Flüssigkeit unter Einfluss der damit veränderten dielektrischen Einflüsse der Flüssigkeit sich ändernden Kapazität des Sensors die bestimmungsgemäße Nutzung des Urinais feststellt, und dadurch der Sensor einen Auslöseimpuls an die Steuer- und Auswerteeinheit abgibt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Stand der Technik:
Der Wunsch nach berührungsloser und automatischer Spülung von Urinalen nach bestimmungsgemäßer Nutzung derselben gewinnt zunehmend weitere Verbreitung. Bekannt sind die folgenden verschiedenen Sensormethoden:
- Infrarot-Reflektion:lnfrarot-Impulse werden ausgesendet. Tritt ein Nutzer vor das Urinal, werden die IR-Impulse reflektiert und von einem IR-Empfänger erfasst. Es wird eine Spülung ausgelöst.
- Lichtschranke: Eine Lichtschranke muss von einem Nutzer durchschritten werden, welches eine Spülung auslöst.
- Temperatur-Sensor: Im Geruchsverschluß, auch Siphon genannt, befindet sich ein Temperatursensor. Bei bestimmungsgemäßer Nutzung erfährt das im Siphon stehende Wasser eine Temperaturerhöhung, was zeitverzögert eine Spülung auslöst.
- Ph-Wert-Sensor im Siphon: Urin verändert den pH-Wert des im Siphon stehenden Wassers, welcher durch einen pH-Wert-Sensor detektiert wird und eine Spülung auslöst.
- Radar: Hinter der Keramik sitzt ein Mikrowellenradar. Der Nutzer reflektiert Radarsignale, welche eine Spülung auslösen.
Durch die DE 3228061A1 ist eine Vorrichtung zum Betätigen der Spülung einer WC-Anlage bekannt geworden, mit der durch den veränderlichen Verunreinigungsgrad des Wassers im Siphon eine variable Kapazität ausgewertet wird. Die Kapazitätsänderung wird durch nicht mit dem Wasser in Berührung stehende Elektroden, die im Bereich des Siphons angebracht sind, erfasst. Hierzu sind am Siphon der WC-Anlage zwei Elektroden angeordnet, die mit dem Steuergerät verbunden sind, welches ein Magnetventil zum Auslösen respektive Beendigen des Spülvorganges betätigt. Die Elektroden bilden eine variable Kapazität eines Schwingkreises im Steuergerät. Bei einer Verunreinigung des Wassers im Siphon ändert sich das Dielektrikum des Kondensators, was eine Verschiebung der Frequenz des Rechteckgenerators im Steuergerät zur Folge hat. Bei einer bestimmten, einstellbaren Schwelle wird der Spülvorgang ausgelöst und nach einer ebenfalls vorwählbaren Verzögerungszeit wieder beendet. Dieses System basiert auf der Messung von Absolutwerten der sich ergebenden Kapazitäten, was letztlich mit einer erheblichen Ungenauigkeit verbunden ist. Das rührt daher, weil die Toleranzen der Wandstärke oder ein mehr oder weniger dünner Wasserfilm auf der Oberfläche des Beckens die Kapazität stark beeinflusst.
Durch die DE 7139997U ist des Weiteren eine Spülvorrichtung für Urinale bekannt geworden, bei der zur Steuerung eines elektro-magnetischen Ventils für die Wasserspülung eine elektronische Steuereinrichtung mit einer kapazitiven Sonde vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Benutzung des Urinais nach einem vorgegebenen Programm die Spülung auslöst. Dabei ist die kapazitive Sonde, welche aus einer selbstklebenden Metallfolie oder aus einer leitfähigen Farbe besteht, an der Rückseite des Urinalbeckens angebracht. Das elektro-
nische Steuergerät selbst kann im Urinalbecken oder in einem separaten, spritz- wassergeschützten Wandeinbaukasten angeordnet sein. Auch dieses System basiert auf der Messung von Absolutwerten und ist dadurch zu ungenau.
Durch die EP 0675236A1 ist ein Verfahren zum selbsttätigen Auslösen eines Spülvorganges für Urinale mit einem elektrisch betätigbaren Absperrventil im Wasserzulauf und einem im Geruchsverschluß angeordneten Temperatursensor bekannt geworden, dessen Signale von einer elektronischen Steuer- und Auswerteeinheit zur Steuerung des Absperrventils ausgewertet werden. Durch die Steuer- und Auswerteeinheit wird anhand der vom Temperatursensor gelieferten Werte der Temperaturgradient ermittelt und bei überschreiten eines vorgebbaren Minimalwertes für den Temperaturgradienten ein Spülvorgang ausgelöst. Dabei erfolgt die Auslösung des Spülvorganges zeitlich verzögert.
Durch die WO 0250498A1 ist des Weiteren ein Verfahren zum Messen des Pegelstandes eines Füllgutes in einem Behälter mit Hilfe einer kapazitiven Sensorschaltung bekannt geworden, bei der ein Sensor über eine elektrische Leitung mit einer Wechselspannungsquelle bekannter Frequenz verbunden und der in der Leitung fließende Strom an einem Messgerät gemessen und/oder angezeigt wird, wobei die gemessene Stromstärke direkt proportional zum Pegelstand des Füllgutes ist. Die Wechselspannung liegt am Füllgut an oder wird in diesem erzeugt, wobei die Kapazität des aus dem einzigen, passiv wirkenden Sensor und dem Füllgut bestehenden Kondensators gemessen und als Pegelstand angezeigt wird. Dabei ist der Sensor so an der Wand des Behälters angebracht, dass er sich über die Höhe aller im Behälter zu erwartenden Pegelstände erstreckt. Auch kann der Sensor an der Außenseite der Wand aus elektrisch nicht leitendem Material angebracht sein. Am oder im Behälter sind mehrere Sensoren an unterschiedlichen Stellen angebracht, wobei aus den Kapazitätswerten aller Sensoren ein Mittelwert gebildet und angezeigt wird.
Durch die DE 10261283A1 ist ein Verfahren zur berührungslosen Auslösung einer Spülung in Urinalsystemen bekannt geworden, wobei eine zentrale Steuer- und Auswerteeinheit ein elektrisches Ventil öffnet und eine Spülung dann auslöst,
wenn ein Kondensator als Sensor die bestimmungsgemäße Nutzung des Urinais feststellt, wobei der Kondensator auf der Wasser abgewandten Seite des Auffangbeckens oder Ablaufrohres als flache Struktur aufgebracht ist, welche die bei Einleitung einer Flüssigkeit unter Einfluss der damit veränderten dielektrischen Einflüsse der Flüssigkeit den elektrischen Wert des Kondensators verändert, was durch eine Auswerteschaltung detektiert wird und durch zeitweiliges öffnen eines Wasserventils eine Spülung auslöst. Dabei wird der elektrische Wert des Kondensators einer Auswertung zugeführt, welche aus einer Vielzahl von zeitlich zurückliegenden Messwerten ein Mittelwert bildet und der jeweils aktuelle Wert mit diesem Mittelwert verglichen wird, wobei dann, wenn eine eine frei wählbare Größe überschreitende Abweichung festgestellt wird, eine Spülung um einen frei wählbaren Zeitraum zeitverzögert ausgelöst wird. Jeweils der älteste Messwert fällt weg und wird durch einen neuen Messwert ersetzt, wobei aus den verbleibenden Werten der Mittelwert gebildet wird. Dies kann analogtechnisch oder digital-arithmetisch erfolgen. Der jeweils aktuelle Messwert der Kapazität wird mit dem so gebildeten Mittelwert verglichen. Weicht der aktuelle Messwert vom Mittelwert um einem frei wählbaren Betrag ab, etwa durch Einleiten von Urin in das Becken, gibt die Auswerteschaltung ein Signal ab.
Nachteilig bei den bekannten Systemen ist, dass die Sensorwerterfassung nach einer Auslösung sowohl durch die auf der Rückseite des Urinais stattfindender Betauung, als auch durch ablaufendes Wasser und verbleibende Restfeuchte, eine erheblich höhere Grundkapazität hat, welche sich über eine Mittelwertbildung nur sehr langsam anpasst.
Technische Aufgabe:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und andererseits ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, welches sowie welche eine sichere Funktion des Spülungsvorgangs eines Urinais gewährleisten und dazu kostengünstig sein soll.
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Offenbarung der Erfindung und deren Vorteile:
Die Lösung der Aufgabe besteht bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung darin, dass nach jedem Spülvorgang des Urinais entweder der Sensorwert des Auslöseimpulses oder die Schaltschwelle nach einer wählbaren Zeit neu kalibriert und somit an die nach dem Spülvorgang herrschenden geänderten Bedingungen des Urinais angepasst wird.
Die Erfindung bedient sich dabei der bekannten Erkenntnis, dass die Kapazität (in Picofarad pF) eines elektrischen Kondensators bestimmt wird durch die Fläche des Kondensators, die Abstände der Flächen zueinander und die Güte des die Flächen voneinander isolierenden Dielektrikums. Die Erfindung besitzt dadurch den Vorteil, dass sowohl schnelle änderungen der Kapazität des Sensors als auch langsame Veränderungen, wie Verschmutzung durch z.B. Urinstein, nach diesem Verfahren kompensiert werden.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bezüglich der Alternative der Neu- oder Rekalibrierung des Sensorwertes des Auslöseimpulses wird zur Rekalibrierung dieses Sensorwertes des Auslöseimpulses die Verstärkung desselben innerhalb der Steuer- und Auswerteeinheit angepasst.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einem permanenten Sensorsignal das Ventil verriegelt, um das überlaufen des Urinais zu verhindern.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens muss der Auslöseimpuls des Sensors für einen wählbaren Zeitraum anliegen, bevor der Auslöseimpuls an die Steuer- und Auswerteeinheit weitergeleitet wird.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Spülung des Urinais um einen frei wählbaren Zeitraum zeitverzögert ausgelöst, wenn die Nutzung des Urinais detektiert wird.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach einer kurzen, wählbaren Zeit nach einer ersten Spülung, Hauptspülung, eine kurze zweite Spülung, Nachspülung, ausgelöst mit dem Zweck, die Auffüllung des Siphons sicherzustellen.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der kapazitive, Sensor am Auslauf des Geruchsverschlusses (Siphon) auf der Außenseite des Auslaufs des Urinais angeordnet.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bilden die Funktionsgruppen aufgefalteter Kondensator, Sensorelektronik, MikroController als Steuer- und Auswerteeinheit und Schaltbrücke eine zusammenhängende Funktionseinheit.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Montagesperre über eine abziehbare Metallfolie auf der Innenseite des Beckens angeordnet, welche eine Kapazitätsveränderung und damit eine Auslösung zum Montagezeitpunkt des Urinais verhindert.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Sensor- Kondensator Cs an einen Kapazitäts/Spannung-Konverter angeschlossen, welcher sein Ausgangssignal einem variablen Verstärker zuführt, welcher seinerseits sein Ausgangssignal einer Parallelschaltung aus einem RC-Glied, gebildet aus einem Widerstand und einem Kondensator, und einem Spannungs- teuer, gebildet aus zwei Widerständen, zuführt, wobei bei einem gleichmäßigen Ausgangssignal dieses über das RC-Glied als Schwellwert an den '+' Eingang eines Operationsverstärkers gelegt wird und gleichzeitig in reduzierter Form über den Spannungsteiler als zu bewertendes Sensorsignal an den '-'Eingang des Operationsverstärkers gelegt wird.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Sensor- Kondensator Cs an einen Kapazitäts/Spannung-Konverter angeschlossen, welcher sein Ausgangssignal einer Parallelschaltung aus einem RC-Glied,
gebildet aus einem Widerstand und einem Kondensator, und einem Spannungsteiler, gebildet aus zwei Widerständen, zuführt, wobei über den Widerstand des RC-Gliedes ein Schalter gelegt ist, welcher in einer Stellung den Widerstand des RC-Gliedes kurzschließt, und bei einem gleichmäßigem Ausgangssignal des Kapazitäts/Spannung-Konverters dieses Ausgangssignal (12 1 ) über dem RC- Glied anliegt und als Schwellwert dem '+' Eingang eines Operationsverstärkers aufgegeben wird, wobei dieses Ausgangssignal des Kapazitäts/Spannung- Konverters gleichermaßen in reduzierter Form dem Spannungsteiler als zu bewertendes Sensorsignal aufgegeben wird und am '-' Eingang des Operationsverstärkers anliegt, so dass bei einem gleichmäßigen Ausgangssignal des Kapazitäts/Spannung-Konverters kein Schaltsignal am Ausgang des Operationsverstärker erzeugt wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur berührungslosen Auslösung einer Spülung in Urinalsystemen mit elektrisch ansteuerbarem Wasserventil, mit einem am Auffangbecken oder am Ablaufrohr des Urinais angebrachten, flächigen kapazitiven Sensors, welcher mit einer elektronischen zentralen Steuer- und Auswerteeinheit (Mikrocontroller) elektrisch verbunden ist, welche das Ventil öffnet und dann eine Spülung auslöst, wenn der Sensor aufgrund der sich bei Einleitung einer Flüssigkeit unter Einfluss der damit veränderten dielektrischen Einflüsse der Flüssigkeit sich ändernden Kapazität des Sensors die bestimmungsgemäße Nutzung des Urinais feststellt, und dadurch der Sensor ein Sensorsignal an die Steuer- und Auswerteeinheit abzugeben imstande ist, ist zur Lösung der Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung nach jedem Spülvorgang des Urinais entweder den Sensorwert des Sensorsignals oder die Schaltschwelle nach einer wählbaren Zeit neu zu kalibrieren und somit an die nach dem Spülvorgang herrschenden geänderten Bedingungen des Urinais anzupassen imstande ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen:
Figur 1 einen elektrischen Kondensator als Sensor, bei dem die Flächen des Kondensators sich nicht gegenüber stehen, sondern nebeneinander angeordnet sind, weshalb die Feldlinien im Raum verlaufen;
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Figur 2 eine Variante eines Kondensators, dessen Flächen in Form von zwei trapezförmigen Metall-Klebefolien angeordnet sind, wobei die elektrischen Anschlüsse zu einer Steuer- und Auswerteeinheit führen, in welcher die elektrische Kapazität des Kondensators ausgewertet und das Sensorsignal einer Signalverarbeitung zugeführt wird;
Figur 3 die Funktion der erfindungsgemäßen Rekalibrierung des Wertes des Sensors auf der Zeitachse nach einem Spülvorgang;
Figur 4 die Funktion der erfindungsgemäßen Rekalibrierung des Schwellwertes auf der Zeitachse nach einem Spülvorgang; Figur 5 ein elektrisches Prinzipschaltbild einer Steuer- und Auswerteeinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 6 ein weiteres Schaltbild einer Steuer- und Auswerteeinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Rekalibrierung des Sensorwertes (Figur 3), mit einer Zeitsteuerung und einem Halteglied für einen variablen Verstärker, und
Figur 7 ein weiteres Schaltbild einer Steuer- und Auswerteeinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Rekalibrierung der Schaltschwelle (Figur 4), mit einer Zeitsteuerung und einem Halteglied für einen variablen Verstärker.
Wege zur Ausführung der Erfindung:
Der prinzipielle Aufbau eines Urinais mit auf der Rückseite des Beckens des Urinais aufgebrachtem elektrischen Kondensator sowie einer Steuer- und Auswerteeinheit ist durch die DE 10261283A1 bekannt. Gemäß der Figur 1 sind die Flächen 30 des Kondensators nebeneinander angeordnet, so dass die Feldlinien 31 im Raum verlaufen. Figur 2 zeigt eine bekannte, technische Ausführung hierzu bei welcher die Kondensatorflächen 30 in Form von zwei nebeneinander liegenden trapezförmigen Metall-Klebefolien angeordnet sind. Die elektrischen Anschlüsse führen zu einer Steuer- und Auswerteeinheit 32, in der die elektrische Kapazität des Kondensators ausgewertet und einer Signalverarbeitung zugeführt wird. Die Form der Flächen des Kondensators ist prinzipiell frei wählbar. Das an der Wand hängende Urinal besitzt ein innen liegendes Becken zur Sammlung der eingeleiteten Flüssigkeiten, welche über einen Auslauf mit einem Geruchs-
verschluss, Siphon, abgeleitet wird. Gewöhnlich trägt das Becken auf seiner rückwärtigen Aussenseite eine kapazitätsbildende Struktur, wie vorbeschrieben bekannt, mit der Steuer- und Auswerteeinheit. Ebenso ist der Aufbau der kapazitätsbildenden Struktur aus der DE 10261283A1 bekannt. Hierzu ist eine beidseitig selbstklebende Folie auf die Aussenseite des Beckens aufgeklebt und trägt die leitfähige Struktur wie auch die Auswerteelektronik. Die Anordnung ist abgedeckt von einer weiteren Folie, die aus einer dünnen Isolierschicht besteht, um eine Betauung der Oberfläche der leitfähigen Folie zu verhindern, wenn bei der Spülung im Becken durch laufendes kaltes Wasser die Oberfläche des Beckens abgekühlt wird.
Die Auswertung kann praktisch nicht mit Hilfe von Absolutwerten der sich ergebenden Kapazität erfolgen, weil die Toleranzen der Wandstärke oder ein mehr oder weniger dünner Wasserfilm auf der Oberfläche des Beckens die Kapazität stark beeinflusst. Systeme, die auf der Messung von Absolutwerten basieren, sind z.B. in den DE 7139997 und DE 3228061 beschrieben.
In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach jedem Spülvorgang das erfasste Signal des Sensors innerhalb eines frei wählbaren Zeitraums rekalibriert. Das kann dadurch geschehen, dass nach jedem Spülvorgang des Urinais entweder der Sensorwert des Auslöseimpulses oder die Schaltschwelle nach einer wählbaren Zeit neu kalibriert und somit an die nach dem Spülvorgang herrschenden geänderten Bedingungen des Urinais angepasst wird. Es findet somit eine gleitende, d.i. ein ständige Neukalibrierung nach jedem Spülungs- Vorgang statt. Das bedeutet, dass nach jedem Spülvorgang eine automatische Anpassung des Sensorwertes oder wahlweise der Schaltschwelle auf die neue sich nach der Spülung einstellende Grundkapazität des Kondensators erfolgt.
Hierzu erläutert Figur 3 die Funktion der erfindungsgemäßen Rekalibrierung des Sensorwertes auf der Zeitachse nach Spülungsvorgängen. Es ist der Verlauf des Sensorsignals 1 abgebildet, was der Kapazität des elektrischen Kondensators Cs, Sensor, entspricht. Der gestrichelt gezeichnete Schwellwert 2 bestimmt die Schaltschwelle des Systems, bei welcher eine Auslösung des Spülvorganges
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durch die Steuer- und Auswerteeinheit erfolgen soll. Bei Einleitung von Wasser oder Urin zum Zeitpunkt 3 in das Becken des Urinais verändert sich das Sensorsignal 1 sprunghaft; es schneidet die parallel zur t-Achse verlaufende Gerade des Schwellwertes 2, wodurch ein Schaltimpuls 4 ausgelöst wird.
Durch die Rekalibrierung des Sensorsignals im Punkt 5 wird das Sensorsignal 1 automatisch auf den Anfangswert, hier der Schnittpunkt mit der C(pF)-Achse in Figur 3, zurückgesetzt, so dass wiederum das Sensorsignal 1 die Gerade des Schwellwertes 2 schneidet und unterhalb des Schwellwertes verläuft. Bei der nachfolgenden Einleitung von Wasser oder Urin zum Zeitpunkt 6 kommt es zu einer erneuten überschreitung des Schwellwertes 2 und somit zu einer sicheren Auslösung eines nächsten Schaltimpulses zum Zeitpunkt 7. Dieser Vorgang wiederholt sich nach jeder Spülung.
Die Rekalibrierung erfolgt dergestalt, dass das vom Sensor unmittelbar nach der erfolgten Spülung gelieferte Sensorsignal - welches sich ja entsprechend der geänderten Kapazität geändert hat - auf einen vorher bestimmten Anfangswert getrimmt wird. Das Sensorsignal wird entweder entsprechend verstärkt oder geschwächt oder auch durch geeignete Spannungsteiler- oder Potentiometer- Schaltungen entsprechend geteilt. Mit der Bezugsziffer 8 in Figur 3 ist der über die Zeit sich ändernde Verstärkungsfaktor des Sensorsignals gekennzeichnet, wobei beim gezeigten Beispiel aufgrund (angenommener) wachsender Kapazität des Sensors eine Absenkung des Verstärkungsfaktors des Sensorsignals erfolgt.
Ohne die Durchführung einer Rekalibrierung würde sich das Sensorsignal 1 aufgrund der benetzten Oberflächen im Becken des Urinais nur sehr langsam dem vorgegebenen Ausgangs- oder Anfangswert wieder annähern, wodurch das System nicht unmittelbar wieder einsatzfähig wäre.
Im Gegensatz zur bekannten Kapazitätsauswertung steht gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren nach der Rekalibrierung immer der maximale Signalhub zur Verfügung, so dass auf diese Weise der Signalstörabstand erhöht wird.
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Figur 4 erläutert die Funktion der erfindungsgemäßen Rekalibrierung der Schwellwerte auf der Zeitachse, wenn also der Schwellwert entsprechend der sich ändernden Kapazität des Sensors nachgeführt wird. Es ist der Verlauf des Sensorsignals 1 gezeigt, was der sich ändernden Kapazität des Kondensators entspricht. Der aus mehreren Geraden parallel zur t-Achse zusammengesetzte Schwellwert 2, bestimmt die unterschiedlichen Schaltschwellen des Systems, bei welcher eine Auslösung des Spülvorganges erfolgen soll. Bei Einleitung von Wasser oder Urin 3 verändert sich wiederum das Sensorsignal 1 sprunghaft. Aufgrund dieser Wasser- oder Urineinleitung zum Zeitpunkt 3 schneidet das geänderte Sensorsignal 1 den Schwellwert 2 und es wird ein Schaltimpuls 4 ausgelöst.
Durch die Rekalibrierung zum Zeitpunkt 5 wird der Schwellwert 2 automatisch auf einen Wert angehoben, welcher oberhalb des augenblicklichen Wertes des Sensorsignals 1 liegt. Bei einer nachfolgenden Einleitung von Wasser oder Urin zum Zeitpunkt 6 kommt es deshalb zu einer erneuten überschreitung des geänderten Schwellwertes 2 durch das Sensorsignal 1 und somit zu einer sicheren Auslösung des Schaltimpulses 7. Mit der Bezugsziffer 8 ist wiederum der über die Zeit praktisch gleich bleibende Verstärkungsfaktor des Sensorsignals gekennzeichnet.
Ohne Durchführung einer Rekalibrierung würde sich das Sensorsignal 1 aufgrund der benetzten Oberflächen des Beckens des Urinais nur sehr langsam auf einen Wert absenken, welcher unterhalb des Schwellwertes liegt, wodurch das System nach einer Benutzung des Urinais nicht unmittelbar wieder einsatzfähig wäre.
Zur Auswertung der Signale und Auslösen einer Spülung werden mehrere Methoden vorgeschlagen:
A) Wenn nach vorstehender Methode eine Wassereinleitung detektiert wird, wird zeitverzögert eine Spülung eingeleitet. Die Zeitverzögerung orientiert sich an durchschnittlicher bestimmungsgemäßer Nutzungsdauer bis zum Wegtreten des Nutzers.
B) Wenn nach vorstehender Methode eine Wassereinleitung detektiert wird, wartet die Auswerteelektronik ab, bis der Wert des auszuwertenden elektrischen Kondensators durch Beenden der Wassereinleitung wieder dem Ausgangswert zustrebt, insofern eine Umkehr der Signaltendenz festzustellen ist.
Ausgehend von diesem Zeitpunkt erfolgt eine zeitverzögerte Nutzung, welche sich an der durchschnittlichen Zeit bis zum Wegtreten des Nutzers orientiert. Vorteilhaft an dieser Variante der Erfindung ist, dass die tatsächliche Zeit der bestimmungsgemäßen Nutzung, das Einleiten von Urin, abgewartet wird und erst im Anschluss an das Ende der Urineinleitung eine Verzögerungszeit bis zum Auslösen der Spülung gestartet wird. Dies ist vorteilhaft, weil die Dauer der Urinabgabe nutzertypisch sehr unterschiedlich ist.
Allen Methoden ist jedoch gemeinsam, dass das Becken des Urinals an der äußeren Rückseite - also unsichtbar - eine flache, einen elektrischen Kondensator bildende Struktur trägt, welche elektrisch so ausgewertet wird, dass änderungen der Kapazität des Kondensators eine Spülung auslösen. Diese Struktur ist oberhalb des Wasserspiegels des Geruchsverschlusses angeordnet.
In einer Variation ist die den Kondensator bildende Struktur am Auslauf des Geruchsverschlusses ( Siphon ) außen auf dem Ablaufrohr angeordnet. Läuft Wasser durch Einleiten von Urin aus dem Geruchsverschluss heraus, verändert dies die elektrische Kapazität der Struktur, was ausgewertet wird und zu einer Spülung führt.
Der für die Steuerung der Auswertung des kapazitiven Sensors benötigte Mikroprozessor wird erfindungsgemäß zur Steuerung der Rekalibrierung des Sensorsignals oder des Schwellwertes sowie für die Steuerung des zeitlichen Ablaufes des einer Nutzung nachfolgenden Spülvorganges genutzt.
Dabei wird dann, wenn der Sensor das Einleiten einer Flüssigkeit - also einer Nutzung des Urinals - erkannt hat, intern vom Prozessor eine Wartezeit gestartet.
Die Wartezeit ist so bemessen, dass in angemessener Zeit nach Beginn der Nutzung eine Spülung ausgelöst wird. Die Wartezeit kann eingestellt werden und liegt in der Praxis zwischen 15-25 Sekunden.
Nach Ablauf der Wartezeit löst der Mikroprozessor über eine elektrische Schaltbrücke einen kurzen Impuls aus, welcher einen Stromfluss durch die Magnetspule eines vorzugsweise bistabilen elektrischen Wasserventils zur Folge hat. Damit wird das Ventil geöffnet.
Gleichzeit startet der Mikroprozessor eine zweite Wartezeit, in welcher durch das geöffnete Ventil Wasser fließt. Diese Zeit wird zwischen 2-10 Sekunden betragen, und kann auf die Bedürfnisse eingestellt werden, weil die Zeit maßgeblich ist für die Spülwassermenge. Durch Erzeugen eines weiteren Schaltimpulses wird das Ventil geschlossen.
Eine weitere Wartezeit von ca. 1-5 Sekunden wird alsdann gestartet, um das Ablaufen des Spülwassers abzuwarten, weil mitunter durch den Sog des ablaufenden Wassers der Siphon leergesaugt wird und dieser dann seine Funktion als Geruchsschwelle nicht mehr erfüllt. Nach Ablauf dieser Zeit wird vom Mikroprozessor durch einen weiteren Impuls das Ventil geöffnet, um nach etwa 1- 2 Sekunden wieder geschlossen zu werden. Die Zeit der öffnung des Ventils ist so bemessen, dass zuverlässig der Siphon aufgefüllt wird.
Um das Austrocknen eines Siphons zu vermeiden, wird vom Mikroprozessor in weiten Abständen nach einer regulären Spülung eine zwangsweise Spülung nach oben beschriebenem Ablauf veranlasst. Die Zeitspanne kann mehrere Tage betragen und ist prinzipiell wählbar.
Ein elektrisches Prinzipschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 5 dargestellt. Mit der Bezugsziffer 30 sind wiederum die beiden aufgefalteten Kondensatorflächen des Sensors gekennzeichnet. Ein Messwertwandler 20 dient zur Feststellung der Kapazität des aufgefalteten Kondensators. Ein Mikroprozessor 21 , mit integriertem
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Arbeitsspeicher und integriertem Programmspeicher, dient zur Ausführung des hinterlegten Steuerprogramms. Das Ausgangssignal des Mikroprozessor 21 wird einer Schaltbrücke 10 zugeführt, welche in den Brückenzweigen in Brückenschaltung vier Schalttransistoren 22, 22', 22", 22'" aufweist und somit die Schalttransistoren mit dem Mikrocontroller elektrisch verbunden sind. Im Auswertezweig der Brücke befindet sich ein bistabiles Wasserventil 11.
Nicht dargestellt ist eine elektrische Batterie. Die Kapazität der Batterie ist so bemessen, zum Beispiel 7.500mA/h, dass eine angemessene Betriebsdauer gewährleistet ist. Es sind Batterien bekannt, die bei einem durchschnittlichen Stromverbrauch der Auswerte- und Steuereinheit 32 von 50μA eine Lebensdauer von cirka 10 Jahren gewährleisten.
Kennzeichnend zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist immer, dass der Sensor zur Feststellung der Nutzung des Urinais ein aufgefalteter elektrischer Kondensator ist und aus dünnen Metallfolien besteht, die an geeigneter Stelle auf der Außenseite des Urinalbeckens angebracht sind. Vorzugsweise sind die Metallfolien selbstklebend und können leicht montiert werden. Die Elektronik zur Messung der elektrischen Kapazität des aufgefalteten Konden- sators kann unmittelbar mit einem Mikrocontroller verbunden sein, welcher die Signale des Messwertgebers verarbeitet und eine Spülung auslöst, wenn sich die Kapazität aufgrund der Einleitung von Flüssigkeit ändert und welcher die Rekalibrierung steuert. Unmittelbar wird eine elektrische Schaltbrücke vom Mikrocontroller angesteuert, welche ein elektrisches Wasserventil schaltet.
Die elektrischen Funktionsgruppen, nämlich die dem Sensor nachgeschaltete Sensor-Auswerte-Elektronik, ein Mikrocontroller zur Steuerung aller Abläufe, eine Schaltbrücke, befinden sich inkorporiert in der Steuer- und Auswerteeinheit 32, welche vorzugsweise auf einer einzigen elektrischen Leiterkarte angeordnet ist.
Die Figur 6 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuer- und Auswerteeinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Variante der Rekalibrierung des Sensorwertes (Figur 3). Ein Sensor-Kondensator Cs ist an einen
Kapazitäts/Spannung-Konverter 12 angeschlossen, welcher sein Ausgangssignal 12' einem variablen Verstärker 13 zuführt.
Bei gleichmäßigem Signal 13' liegt dieses über ein RC-Glied, gebildet aus Widerstand 15 und Kondensator 16 als Schwellwert an dem
'+' Eingang, und reduziert über einen Spannungsteiler, gebildet aus Widerstand
15' und Widerstand 16' als zu bewertendes Sensorsignal, am '-' Eingang des
Operationsverstärkers 17 an. Damit wird bei gleichmäßigem Ausgangssignal 13' kein Schaltsignal am Ausgang des Operationsverstärker 17 erzeugt.
Bei sprunghafter Veränderung des Signals 13' gelangt dieses über die Widerstände 15' und 16' unmittelbar und über Widerstand 15 und Kondensator 16 stark zeitverzögert an die Eingänge des Operationsverstärkers 17 und löst damit eine Signalisierung aus.
Nach frei wählbarer Zeit durch das Zeitglied 18 wird die Verstärkung des Ausgangssignals 13' über den variablen Verstärker 13 so reduziert, dass der Signalpegel am Operationsverstärkers 17 kein Ausgangssignal mehr erzeugt. Damit ist das Sensorsignal rekalibriert und ein erneuter Signalanstieg führt unmittelbar zu einer erneuten Signalisierung.
Gleichzeitig ist der Ausgang des Operationsverstärkers 17 auf den Mikrokontroller 21 , Figur 5, geführt.
Die Figur 7 zeigt eine Abwandlung von Figur 6, wenn nämlich gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Schaltschwelle rekalibriert und nachgeführt wird. Gleiche Teile sind aus diesem Grund mit identischen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zur Figur 6 ist über den Widerstand 15 ein Schalter 19 gelegt, welcher in einer Stellung den Widerstand 15 kurzzuschließen imstande ist. Ein Sensor-Kondensator Cs ist wiederum an einen Kapazitäts/Spannung-Konverter 12 angeschlossen.
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Bei gleichmäßigem Signal 12' liegt dieses über ein RC-Glied, gebildet aus Widerstand 15 und Kondensator 16, als Schwellwert an dem '+' Eingang, und reduziert über einen Spannungsteiler, gebildet aus Widerstand 15' und Widerstand 16' als zu bewertendes Sensorsignal, am '-' Eingang des Operationsverstärkers 17 an. Damit wird bei gleichmäßigem Ausgangssignal 12' kein Schaltsignal am Ausgang des Operationsverstärker 17 erzeugt.
Bei sprunghafter Veränderung des Ausgangssignals 12' gelangt dieses über die Widerstände 15' und 16' unmittelbar und über Widerstand 15 und Kondensator 16 stark zeitverzögert an den Eingang des Operationsverstärkers 17 und löst damit eine Signalisierung aus.
Nach einer frei wählbarer Zeit durch das Zeitglied 18 wird der Widerstand 15 durch einen Schalter 19 überbrückt, so dass der Spannungswert des Kondensators 16 sich unmittelbar auf das Signal 12' einstellt. Damit ist die Schaltschwelle rekalibriert und ein erneuter Signalanstieg führt unmittelbar zu einer erneuten Signalisierung.
Gleichzeitig ist der Ausgang des Operationsverstärkers 17 auf den Mikrokontroller 21 , Figur 5, geführt.
Gewerbliche Anwendbarkeit:
Die Erfindung ist insbesondere zur Steuerung von Urinalen gewerblich einsetzbar. Die besondere Nützlichkeit der Erfindung besteht darin, dass nach der Rekalibrierung immer der maximale Signalhub zur Verfügung, so dass auf diese Weise der Signalstörabstand erhöht wird.