DE102014015934A1

DE102014015934A1 - Energy self-sufficient sanitary fitting

Info

Publication number: DE102014015934A1
Application number: DE102014015934.5A
Authority: DE
Inventors: Heiko Schönbeck; Emad Pezeshk Pour
Original assignee: Grohe AG
Current assignee: Grohe AG
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-05-04

Abstract

Sanitärarmatur (1), aufweisend ein Ventil (2), eine Steuerung (3) und einen Sensor (4), wobei in dem Sensor (4) durch einen mechanisch betätigbaren Signalgeber (5) eine elektrische Spannung induzierbar ist, wobei die induzierte Spannung durch den Sensor (4) als Signal an die Steuerung (3) sendbar ist und wobei die Steuerung (3) dazu eingerichtet ist, das Signal zur Steuerung des Ventils (2) zu verwenden.Sanitary fitting (1), comprising a valve (2), a controller (3) and a sensor (4), wherein in the sensor (4) by a mechanically actuable signal generator (5) an electrical voltage is inducible, wherein the induced voltage by the sensor (4) can be sent as a signal to the controller (3) and wherein the controller (3) is adapted to use the signal to control the valve (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronisch steuerbare Sanitärarmatur, die unabhängig von einer Verbindung mit einem Stromnetz betreibbar ist. Eine solche Sanitärarmatur eignet sich insbesondere für Duschen, Badewannen und/oder Waschbecken.The present invention relates to an electronically controllable sanitary fitting which is operable independently of a connection to a power grid. Such a sanitary fitting is particularly suitable for showers, bathtubs and / or sinks.

Aus dem Stand der Technik sind Sanitärarmaturen bekannt, die einen Sensor und ein durch eine Steuerung steuerbares Ventil aufweisen. Durch Aktivierung beziehungsweise Betätigung des Sensors kann ein Benutzer der Steuerung der Sanitärarmatur signalisieren, dass eine Abgabe von Wasser durch die Sanitärarmatur erwünscht ist. Bei den bekannten Sensoren handelt es sich insbesondere um Berührungssensoren oder Bewegungssensoren. Durch Betätigung des Sensors erfolgt eine automatische Öffnung des Ventils durch die Steuerung. Bei einer erneuten Betätigung des Sensors durch den Benutzer oder nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne schließt die Steuerung das Ventil, so dass die Abgabe von Wasser wieder gestoppt wird. Bekannte Sanitärarmaturen benötigen für den Betrieb des Sensors, der Steuerung und zum Öffnen und Schließen des Ventils mittels eines Antriebs eine Energiequelle. Eine solche Energiequelle kann beispielsweise ein (öffentliches) Stromnetz darstellen.Sanitary fittings are known from the prior art, which have a sensor and a controllable by a control valve. By activating or activating the sensor, a user can signal to the controller of the sanitary fitting that dispensing of water through the sanitary fitting is desired. The known sensors are, in particular, touch sensors or motion sensors. By operating the sensor, the valve is automatically opened by the controller. Upon a re-actuation of the sensor by the user or after a predetermined period of time, the controller closes the valve so that the delivery of water is stopped again. Known sanitary fittings require for the operation of the sensor, the control and to open and close the valve by means of a drive, a power source. Such an energy source can represent, for example, a (public) power grid.

Bevorzugt sind jedoch sogenannte energieautarke Sanitärarmaturen, bei denen als Energiequelle ein Energiewandler und/oder ein Energiespeicher zur Anwendung kommen, so dass solche energieautarken Sanitärarmaturen keine (ständige) Verbindung mit einem Stromnetz benötigen. Energiewandler stellen zum Beispiel Solarzellen, die Energie durch Umgebungslicht erzeugen, oder Turbinen, die Energie aus einem anliegenden Wasserdruck einer Wasserleitung erzeugen, dar. Bei den Energiespeichern handelt es sich insbesondere um Akkus oder Kondensatoren. Durch diese Energiewandler und/oder Energiespeicher werden der Sensor, die Steuerung und das Ventil mit Energie versorgt. Die verfügbaren Energiespeicher haben jedoch nur eine begrenzte Kapazität. Daraus resultiert, dass eine Zeitspanne, über die die Funktionsfähigkeit der Sanitärarmatur ohne (erneute) Energiegewinnung durch den Energiewandler gewährleistet ist, stark von dem Energieverbrauch der Einzelkomponenten, wie Sensor, Steuerung und Ventil, abhängt. Nachteilig an solchen energieautarken Sanitärarmaturen ist daher, dass deren Funktionsfähigkeit bei einem niedrigen Füllstand des Energiespeichers beeinträchtigt oder bei einem leeren Energiespeicher sogar vollständig ausfallen kann. Als wesentlicher Energieverbraucher einer solchen energieautarken Sanitärarmatur hat sich insbesondere der Sensor herausgestellt, weil dieser ständig in Betrieb sein muss, damit eine Wasserabgabe der Sanitärarmatur durch einen Benutzer jederzeit aktivierbar ist.However, so-called energy self-sufficient sanitary fittings are preferred in which an energy converter and / or an energy storage are used as the energy source, so that such self-powered sanitary fittings need no (constant) connection to a power grid. Energy converters represent, for example, solar cells that generate energy by ambient light, or turbines that generate energy from an applied water pressure of a water pipe. The energy storage devices are in particular batteries or capacitors. Through this energy converter and / or energy storage, the sensor, the controller and the valve are supplied with energy. However, the available energy stores have only a limited capacity. As a result, a period of time over which the functionality of the sanitary fitting is ensured without (re) energy production by the energy converter, strongly depends on the energy consumption of the individual components, such as sensor, control and valve. A disadvantage of such energy-self-sufficient sanitary fittings is therefore that their functionality can be impaired at a low level of the energy storage or even completely fail in an empty energy storage. As a major energy consumer of such energy self-sufficient sanitary fitting, in particular, the sensor has been found because of this must be constantly in operation, so that a water delivery of the sanitary fitting by a user can be activated at any time.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere eine Sanitärarmatur anzugeben, die einen verminderten Energiebedarf aufweist.The object of the invention is therefore to at least partially solve the problems described with reference to the prior art and in particular to provide a sanitary fitting, which has a reduced energy requirement.

Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Sanitärarmatur gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.These objects are achieved with a sanitary fitting according to the features of the independent claim. Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent formulated claims. It should be noted that the features listed individually in the dependent formulated claims can be combined with each other in any technologically meaningful manner and define further embodiments of the invention. In addition, the features specified in the claims are specified and explained in more detail in the description, wherein further preferred embodiments of the invention are shown.

Die erfindungsgemäße Sanitärarmatur weist ein Ventil, eine Steuerung und einen Sensor auf, wobei in dem Sensor durch einen mechanisch betätigbaren Signalgeber eine elektrische Spannung induzierbar ist, wobei die induzierte Spannung durch den Sensor als Signal an die Steuerung sendbar ist und wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, das Signal zur Steuerung des Ventils zu verwenden.The sanitary fitting according to the invention has a valve, a controller and a sensor, wherein in the sensor by a mechanically actuated signal generator, an electrical voltage is inducible, wherein the induced voltage can be sent by the sensor as a signal to the controller and wherein the controller is set up to use the signal to control the valve.

Die hier vorgeschlagene Sanitärarmatur dient insbesondere zur bedarfsgerechten Bereitstellung von Wasser für eine Dusche, eine Badewanne und/oder ein Waschbecken. Hierzu weist die Sanitärarmatur zumindest eine Wasserleitung mit einem Ventil auf, das durch eine Steuerung steuerbar ist. Bei dem Ventil handelt es sich insbesondere um ein Magnetventil. Darüber hinaus ist das Ventil insbesondere mit einem Antrieb, beispielsweise einem Elektromotor, elektrisch antreibbar. Zur Aktivierung einer Wasserabgabe der Sanitärarmatur, dass heißt insbesondere zum Öffnen des Ventils der Wasserleitung, weist die Sanitärarmatur einen Sensor auf, der durch einen Benutzer durch Berührung betätigbar ist. Dieser Sensor ist bevorzugt ständig aktiv und benötigt keine (externe) Energiequelle, beispielsweise in Form eines (öffentlichen) Stromnetzes oder eines Energiespeichers, so dass der Sensor energieautark ist.The sanitary fitting proposed here is used in particular for the provision of water for a shower, a bathtub and / or a sink. For this purpose, the sanitary fitting at least a water pipe with a valve which is controllable by a controller. The valve is in particular a solenoid valve. In addition, the valve is in particular electrically drivable with a drive, for example an electric motor. To activate a water delivery of the sanitary fitting, that is, in particular for opening the valve of the water pipe, the sanitary fitting has a sensor which can be actuated by a user by touch. This sensor is preferably constantly active and requires no (external) energy source, for example in the form of a (public) power grid or an energy storage, so that the sensor is energy self-sufficient.

Stattdessen ist in dem Sensor durch Betätigung eines mechanisch betätigbaren Signalgebers durch einen Benutzer eine elektrische Spannung induzierbar. Bei dem mechanisch betätigbaren Signalgeber handelt es sich insbesondere um einen durch einen Nutzer bewegbaren Schalter und/oder Taster. Die in dem Sensor induzierte elektrische Spannung ist durch den Sensor in Form eines Signals an die Steuerung sendbar, wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, das Signal zur Steuerung des Ventils zu verwenden. Bei der Steuerung handelt es sich insbesondere um einen Mikrokontroller, beispielsweise nach Art eines Halbleiterchips mit einem Prozessor. In Abhängigkeit des Signals des Sensors ist die Steuerung dazu eingerichtet, das Ventil zu verstellen, insbesondere zu öffnen oder zu schließen.Instead, an electrical voltage is inducible in the sensor by actuation of a mechanically operable signal generator by a user. The mechanically actuatable signal generator is, in particular, a switch and / or pushbutton which can be moved by a user. The voltage induced in the sensor is applied by the sensor in the form of a signal to the sensor Control is sendable, wherein the controller is adapted to use the signal to control the valve. In particular, the controller is a microcontroller, for example in the manner of a semiconductor chip with a processor. Depending on the signal of the sensor, the controller is adapted to adjust the valve, in particular to open or close.

Der Mikrokontroller und/oder das Ventil werden insbesondere durch einen Energiewandler und/oder Energiespeicher mit Energie versorgt. Weiterhin sind die Steuerung und das Ventil bevorzugt zumindest zeitweise autark von einem (öffentlichen) Stromnetz. Klarzustellen ist jedoch, dass der Energiewandler und/oder Energiespeicher nicht zur Energieversorgung des Sensors verwendet wird, weil der Sensor ausschließlich durch Induktion mittels des mechanisch betätigbaren Signalgebers betreibbar ist. Bei dem Energiewandler handelt es sich insbesondere um Solarzellen, die Energie durch Umgebungslicht gewinnen, oder Turbinen, die Energie aus einem Wasserdruck in der Wasserleitung gewinnen. Bei dem Energiespeicher handelt es sich insbesondere um einen Akku und/oder Kondensator.The microcontroller and / or the valve are supplied in particular by an energy converter and / or energy storage with energy. Furthermore, the controller and the valve are preferably at least temporarily self-sufficient from a (public) power grid. It should be clarified, however, that the energy converter and / or energy storage is not used to supply energy to the sensor, because the sensor can only be operated by induction by means of the mechanically actuated signal generator. In particular, the energy converters are solar cells that gain energy from ambient light, or turbines that extract energy from a water pressure in the water pipe. The energy store is in particular a rechargeable battery and / or capacitor.

Durch die zuvor beschriebene Entkopplung des (ständig aktiven) Sensors von dem Energiewandler und/oder Energiespeicher kann die Energie im Energiespeicher ausschließlich für die Komponenten Steuerung und Ventil verwendet werden. So wird bei einer Armatur mit einem Sensor und einem Magnetventil beispielsweise nur ca. 5% der verbrauchten Energie für das Magnetventil und ca. 95% der verbrauchten Energie für den Betrieb des Sensors benötigt. Durch die Erfindung wird nun die Zeitspanne, über die die Funktionsfähigkeit der Sanitärarmatur ohne (erneute) Energiegewinnung durch den Energiewandler gewährleistet ist, maximiert, so dass ein (manuelles) Aufladen des Energiespeichers nur noch sehr selten erforderlich ist. Zudem spielt ein Betätigungszeitraum zwischen Lastwechseln in einer Energiebilanz der Sanitärarmatur nur noch eine untergeordnete Rolle, weil der Sensor über eine gesamte Betriebszeit der Sanitärarmatur gesehen den Hauptenergieverbraucher darstellt. Unter „ständig aktiv” ist weiterhin zu verstehen, dass der Sensor jederzeit durch einen Benutzer ausgelöst werden kann und nach der Auslösung einen Signalimpuls an die Steuerung der Sanitärarmatur sendet. Die Steuerung wertet das Signal des Sensors aus und steuert anschließend ein, insbesondere bistabiles, Magnetventil.As a result of the previously described decoupling of the (constantly active) sensor from the energy converter and / or energy store, the energy in the energy store can be used exclusively for the components control and valve. For example, in a fitting with a sensor and a solenoid valve, only about 5% of the consumed energy for the solenoid valve and about 95% of the energy consumed for the operation of the sensor is needed. By means of the invention, the time span over which the functionality of the sanitary fitting is ensured without (renewed) energy production by the energy converter is maximized, so that (manual) charging of the energy accumulator is only rarely required. In addition, an actuation period between load changes in an energy balance of the sanitary fitting plays only a minor role, because the sensor represents the main energy consumer over an entire operating time of the sanitary fitting. Under "constantly active" is further to understand that the sensor can be triggered at any time by a user and sends a signal pulse to the control of the sanitary fitting after triggering. The controller evaluates the signal from the sensor and then controls a, in particular bistable, solenoid valve.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn der Sensor eine Spule mit einem zumindest teilweise in der Spule angeordneten Kern aufweist. Bei der Spule handelt es sich um einen gewickelten Draht, wobei der Draht bevorzugt 50 bis 5000 Wicklungen aufweist. Innerhalb der Spule ist zumindest teilweise ein Kern angeordnet, der innerhalb der Spule bewegbar ist. Der Kern besteht insbesondere aus Metall und ist magnetisch. Die Spule weist darüber hinaus eine Induktivität auf, so dass durch eine Bewegung des Kerns in der Spule eine Spannung induzierbar ist.It is also advantageous if the sensor has a coil with a core arranged at least partially in the coil. The coil is a wound wire, with the wire preferably having 50 to 5000 windings. Within the coil is at least partially disposed a core which is movable within the coil. The core is made of metal and is magnetic. The coil also has an inductance, so that a voltage is inducible by a movement of the core in the coil.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Kern durch den Signalgeber in der Spule bewegbar ist. Hierzu ist der Signalgeber (direkt) mit dem Kern verbunden oder an dem Kern ausgebildet. Durch eine Betätigung des Signalgebers durch einen Benutzer ist der Kern in der Spule bewegbar.Furthermore, it is advantageous if the core is movable by the signal generator in the coil. For this purpose, the signal generator is (directly) connected to the core or formed on the core. By actuation of the signal generator by a user, the core is movable in the coil.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Sensor energieautark ist. Unter energieautark ist insbesondere zu verstehen, dass der Sensor keine (externe) Energiequelle, wie beispielsweise einen Energiewandler oder Energiespeicher, benötigt.Moreover, it is advantageous if the sensor is energy self-sufficient. Self-sufficient energy means, in particular, that the sensor requires no (external) energy source, such as an energy converter or energy storage.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn der Signalgeber federnd gelagert ist. Durch eine Federung des Signalgebers wird der Signalgeber in vorteilhafter Weise nach der Betätigung durch einen Benutzer wieder in eine Ausgangsposition verstellt.It is also advantageous if the signal transmitter is mounted resiliently. By a suspension of the signal generator of the signal generator is adjusted in an advantageous manner after the operation by a user back to a starting position.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Sanitärarmatur einen Energiewandler oder einen Energiespeicher aufweist, wobei der Energiewandler oder der Energiespeicher mit der Steuerung oder mit dem Ventil energieleitend verbindbar ist. Die energieleitende Verbindung zwischen dem Energiewandler und/oder dem Energiespeicher einerseits und der Steuerung und/oder dem Ventil andererseits ist insbesondere durch Kabel und/oder Leiterbahnen herstellbar.Furthermore, it is advantageous for the sanitary fitting to have an energy converter or an energy store, wherein the energy converter or the energy store can be connected to the controller or to the valve in an energy-conducting manner. The energy-conducting connection between the energy converter and / or the energy storage on the one hand and the controller and / or the valve on the other hand can be produced in particular by cables and / or printed conductors.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dabei sind gleiche Bauteile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen schematisch:The invention and the technical environment will be explained in more detail with reference to FIGS. It should be noted that the figures show particularly preferred embodiments of the invention, but this is not limited thereto. The same components are provided in the figures with the same reference numerals. They show schematically:

1: eine Sanitärarmatur; 1 : a sanitary fitting;

2: eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzips einer Steuerung der Sanitärarmatur; und 2 : a schematic representation of a principle of operation of a control of the sanitary fitting; and

3: einen Sensor der Sanitärarmatur. 3 : a sensor of the sanitary fitting.

Die 1 zeigt eine Sanitärarmatur 1 mit einer Wasserleitung 10, durch die Wasser von einer Wasserquelle 11 zu einem Auslass 12 der Sanitärarmatur 1 leitbar ist. Das Ventil 2 ist durch eine hier schematisch dargestellte Steuerung 3 der Sanitärarmatur 1 steuerbar. Hierzu ist die Steuerung 3 mit einem Sensor 4 verbunden, wobei in dem Sensor 4 durch einen mechanisch betätigbaren Signalgeber 5 eine Spannung induzierbar ist.The 1 shows a sanitary fitting 1 with a water pipe 10 through the water from a water source 11 to an outlet 12 the sanitary fitting 1 is conductive. The valve 2 is by a controller shown here schematically 3 the sanitary fitting 1 controllable. This is the control 3 with a sensor 4 connected, wherein in the sensor 4 by a mechanically actuated signal generator 5 a voltage is inducible.

Die 2 zeigt nun ein Funktionsprinzip der Steuerung 3 in einer schematischen Darstellung. Zunächst ist in der 2 die Steuerung 3 zu erkennen, die mit einem Energiespeicher 9 verbunden ist. Die Steuerung 3 und der Energiespeicher 9 sind durch einen Energiewandler 8 mit Energie versorgbar. Darüber hinaus zeigt die 2 einen energieautarken Sensor 4, der keine Energie aus dem Energiespeicher 9 oder von dem Energiewandler 8 benötigt, weil in dem Sensor 4 durch den (in der 1 gezeigten) mechanisch betätigbaren Signalgeber 5 eine elektrische Spannung induzierbar ist. Diese induzierte Spannung ist durch den Sensor 4 als Signal an die Steuerung 3 sendbar, wobei die Steuerung 3 dazu eingerichtet ist, das Signal zur Steuerung eines Ventils 2 zu verwenden.The 2 now shows a functional principle of the controller 3 in a schematic representation. First is in the 2 the control 3 to recognize that with an energy storage 9 connected is. The control 3 and the energy storage 9 are through an energy converter 8th be supplied with energy. In addition, the shows 2 an energy self-sufficient sensor 4 that does not take energy from the energy store 9 or by the energy converter 8th needed because in the sensor 4 by the (in the 1 shown) mechanically actuated signal generator 5 an electrical voltage is inducible. This induced voltage is through the sensor 4 as a signal to the controller 3 sendable, with the control 3 is adapted to the signal to control a valve 2 to use.

Die 3 zeigt den Sensor 4 der in der 1 gezeigten Sanitärarmatur 1. Der Sensor 4 weist in einem Gehäuse 13 eine Spule 6 auf, in der ein magnetischer Kern 7 zumindest teilweise bewegbar ist. Der Kern 7 ist hierfür mit dem Signalgeber 5 verbunden, so dass der Kern 7 durch Betätigung des Signalgebers 5 in der Spule 6 bewegbar ist. Durch die Bewegung des Kerns 7 in der Spule 6 ist in der Spule 6 eine Spannung induzierbar.The 3 shows the sensor 4 the Indian 1 shown sanitary fitting 1 , The sensor 4 points in a housing 13 a coil 6 on, in which a magnetic core 7 at least partially movable. The core 7 is for this purpose with the signal generator 5 connected, so the core 7 by pressing the signal generator 5 in the coil 6 is movable. By the movement of the core 7 in the coil 6 is in the coil 6 a voltage inducible.

Die erfindungsgemäße Sanitärarmatur zeichnet sich insbesondere durch einen geringen Energiebedarf aus.The sanitary fitting according to the invention is characterized in particular by a low energy requirement.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Sanitärarmaturplumbing fixture
22: VentilValve
33: Steuerungcontrol
44: Sensorsensor
55: Signalgebersignaler
66: SpuleKitchen sink
77: Kerncore
88th: Energiewandlerenergy converters
99: Energiespeicherenergy storage
1010: Wasserleitungwater pipe
1111: Wasserquellewater source
1212: Auslassoutlet
1313: Gehäusecasing

Claims

Sanitary fitting ( 1 ), comprising a valve ( 2 ), a controller ( 3 ) and a sensor ( 4 ), wherein in the sensor ( 4 ) by a mechanically actuated signal generator ( 5 ) an electrical voltage is inducible, wherein the induced voltage through the sensor ( 4 ) as a signal to the controller ( 3 ) and the controller ( 3 ) is adapted to supply the signal for controlling the valve ( 2 ) to use.

Sanitary fitting ( 1 ) according to claim 1, wherein the sensor ( 4 ) a coil ( 6 ) with one at least partially in the coil ( 6 ) arranged core ( 7 ) having.

Sanitary fitting ( 1 ) according to claim 2, wherein the core ( 7 ) by the signal generator ( 5 ) in the coil ( 6 ) is movable.

Sanitary fitting ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the sensor ( 4 ) is energy self-sufficient.

Sanitary fitting ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the signal generator ( 5 ) is spring-mounted.

Sanitary fitting ( 1 ) according to one of the preceding claims, comprising an energy converter ( 8th ) or an energy store ( 9 ), whereby the energy converter ( 8th ) or the energy storage ( 9 ) with the controller ( 3 ) or with the valve ( 2 ) is connected to energy.