DE10261283A1 - Sensor zur Erfassung der bestimmungsgemäßen Nutzung von Urinalen - Google Patents

Abstract

Das Auffangbecken eines Urinals trägt auf der Außenseite und oberhalb des Auslaufes eine Struktur, welche einen elektrischen Kondensator bildet. Wird Flüssigkeit eingeleitet, verändert dies die Kapazität des Kondensators. Eine Auswerteelektronik bildet den Mittelwert aus einer Vielzahl von Messwerten, welche die elektrische Kapazität des Kondensators bestimmen, und vergleicht den aktuellen Wert mit diesem Mittelwert. Kommt es zu einer Abweichung vom Mittelwert, wird elektronisch eine Spülung ausgelöst.
In einer Variante wird ein Geruchsverschluss beschrieben, welche an der Auslaufseite die einen elektrischen Kondensator bildende Struktur trägt.

Description

• Der Wunsch nach berührungsloser und automatischer Spülung von Urinalen nach bestimmungsgemäßer Nutzung derselben gewinnt zunehmend weitere Verbreitung. Bekannt sind verschiedene Sensormethoden, zusammenfassend beschrieben wie folgt:
  Infrarot-Reflektion:
  Infrarot-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, was eine Spülung auslöst.
  Temperatur-Sensor im Syphon:
  Im Syphon (Geruchsverschluß) befindet sich ein Temperatursensor. Bei bestimmungsgemäßer Nutzung erfährt das im Syphon stehende Wasser eine Temperaturerhöhung, was zeitverzögert eine Spülung auslöst.
  Ph-Wert-Sensor im Syphon / Geruchsverschluß:
  Urin verändert den pH-Wert des im Syphon stehenden Wassers, was durch eine pH-Wert-Sensor detektiert wird und eine Spülung auslöst.
  Radar:
  Hinter der Keramik sitzt ein Mikrowellenradar. Der Nutzer reflektiert Radarsignale, was eine Spülung auslöst.
• Es wird zunehmend Wert darauf gelegt, daß die Sensorik unsichtbar ist und insofern „vandlismussicher" ist.
• Infrarot-Detektoren und Lichtschranken sind sichtbar und haben den Nachteil, nicht vandalismussicher zu sein.
• Es gibt Fälle, in welchen die vandalismussicheren Methoden Temperatursensor und pH-Wert-Sensor Nachteile haben. Dies dann, wenn etwa durch Unterdrücke in der Ablaufverrohrung die Pegel im Syphon stark schwanken. Auch können durch Ablagerungen – etwa Kalk – diese Sensorsysteme beeinträchtigt werden.
• Die hier vorgstellte Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, einerseits o.g. Nachteile zu vermeiden und andererseits eine sichere Funktion zu gewährleisten und dazu kostengünstig zu sein.
• Die Erfindung bedient sich dabei der bekannten Erkenntnis, daß die Kapazität ( etwa Picofarad pF ) eines elektrischen Kondensators bestimmt wird durch die Fläche des Kondensators, durch die Abstände der Flächen zueinander und durch die Güte des die Flächen voneinander isolierenden Dielektrikums.
• 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines elektrischen Kondensators, bei dem sich zwei Flächen gegenüberstehen, welche jeweils über eine elektrische Leitung an eine beliebige Schaltung angeschlossen sind. Zwischen den Flächen bildet sich im Dielektrikum ein elektrisches Feld aus.
• 2 zeigt eine Variante, bei dem die Flächen (1) des Kondensators sich nicht gegenüber stehen, sondern nebeneinander angeordnet sind. Die Feldlinien (2) verlaufen daher im Raum.
• 3 zeigt eine Variante, bei dem die Flächen (2) in Form einer Fingerstruktur (Interdigitalstruktur) angeordnet sind, wobei die elektrischen Anschlüsse zu einer Auswerteelektronik (1) führen, in welcher die elektrische Kapazität des Kondensators ausgewertet wird und einer Signalverarbeitung zugeführt wird.
• 4 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines an einer Ward (1) hängenden Urinals (2), wobei das innen liegende Becken (3) eingeleitete Flüssigkeiten gammelt und über einen Auslauf (4) ableitet.
• 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Urinals (2), wobei das innenliegende Becken (1) eine Struktur mit Auswerteelektronik (4) trägt, welche ähnlich ist wie die in 3 vorgestellte Struktur. Im Ablauf (5) steht zum Zwecke der Geruchssperrung Wasser (3).
• Der praktische Aufbau des auf der Innenseite des Beckens aufgebrachten Struktur mit Auswerteeinheit ist prinzipiell dargestellt in 6.
• Dabei ist eine eine beidseitig selbstklebenden Folie (2) auf die trockene Innenseite des Beckens (1) aufgeklebt und trägt eine Struktur (3), ähnlich 2 oder 3.
• Auch trägt die Folie eine Auswerteelektronik (4). Die Anordnung ist abgedeckt durch eine weitere Folie (5), welche vorteilhaft aus einer dünnen Isolierschicht – etwa aus „Styropor" – besteht um eine Betauung der Oberfläche zu verhindern, wenn die Oberfläche des Beckens durch bei der Spülung im Becken laufendes kaltes Wasser abgekühlt wird.
• Die Auswerteelektronik kann sich nicht an Absolutwerten der Kapazität des sich zwischen den einen elektrischen Kondensator bildenden Flächenstrukturen orientieren. Dies, weil die Toleranzen der Wandstärke oder ein mehr oder weniger dünner Wasserfilm auf der Oberfläche des Beckens die Kapazität stark beeinflusst.
• Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die elektrische Kapazität als solche etwa durch einen C/f-Wandler erfasst wird. Andere Methoden zur Erfassung des elektrischen Kondensators sind möglich, für die Ausführung der Erfindung allerdings unerheblich. Erfindungsgemäß werden eine Vielzahl von zum Beispiel 100 Einzelmessungen über zum Beispiel 2 Minuten genommen, aus denen dann ein Mitte wert gebildet wird.
• Dies derart, daß jeweils der älteste Meßwert wegfällt und durch einen neuen Meßwert ersetzt wird und daß aus den verbleibenden Werten der genannte Mittelwert gebildet wird. Dies kann analogtechnisch oder digital-arithmetisch erfolgen.
• Der jeweils aktuelle Wert der Kapazität wird mit dem so gebildeten Mittelwert verglichen. Weicht der aktuelle Wert vom Mittelwert einem frei wählbaren Betrag ab, gibt die Auswerteschaltung ein Signal ab.
• In der Praxis arbeitet die Schaltung derart, daß bei nicht benutztem Urinal sich ein bestimmter Wert für den Mittelwert der elektrischen Kapazität einstellt. Wird eine Flüssigkeit – etwa Urin – in das Becken eingeleitet, verändert sich die Dielektrizitätskonstante des auszuwertenden Kondensators, da Wasser eine wesentlich andere Dielektrizitätskonstante als Luft hat.
• Der relativ dicke Wasserfilm verursacht eine so starke Abweichung der aktuell gemessenen Werte vom ermittelten Mittelwert, daß ein Signal ausgelöst wird.
• Dieses Signal wird zu einer zentralen Auswerte- und Steuereinheit geführt, welche zeitverzögert eine Spülung auslöst.
• 7 erläutert die Funktion der Sensor- Anordnung auf der Zeitachse.
• Dabei ist der Verlauf des Sensorsignals (1) abgebildet, was der Kapazität des elektrischen Kondensators entspricht. Wird Wasser oder Urin eingeleitet, verändert sich sprunghaft der Messwert (3). Der Mittelwert der über z.B. 2 Minuten Bemittelten Sensorsignale ist in der Kurve (2) abgebildet. Es ist erkennbar, daß der aufgrund einer Wasser- oder Urineinleitung geänderte Impuls (Kurve 1) die Kurve (2) schneidet und Einen Schaltimpuls (5) auslöst. Aufgrund der benetzten Oberflächen nähert sich die Kurve (1) dem Ausgangswert nur sehr langsam an. Bei einer in kurzem Abstand folgende weitere Einleitung von Wasser oder Urin reagiert das System mit dem Impuls (4), welcher auf einem vom Impuls (3) abweichenden Grundpegel abhebt. Da der Mittelwert (2) sich diesem abweichenden Wert angenähert hat, kommt es bei der nachfolgenden Wassereinleitung zur sicheren Auslösung des Schaltimpulses (6).
• Zur Auswertung der Signale und Auslösen einer Spülung werden mehrere Methoden vorgeschlagen:
• A) Wenn nach vorstehender Methode 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 Wassereinleiturg 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 (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.
• Es können zahlreiche Variationen vorstehend genannter Ausführungsbeispiele ausgebildet werden.
• Allen ist jedoch gemeinsam, daß das Auffangbecken für Urin an der Innenseite – 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 der Erfindung ist die den Kondensator bildende Struktur am Auslauf des Geruchsverschlusses (Syphon) 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. Vorteilhaft ist an dieser erfindungsgemäßen Variante der Erfindung, daß dann, wenn durch irgendwelche Umstände der Geruchsverschluß verstopft ist – etwa durch hereingepresstes Toilettenpapier oder dergleichen – es nicht zu einer Auslösung der Spülung kommen wird, was in diesem Fall vorteilhaft ein Überlaufen des Urinals verhindert.

Claims (8)

1. Apparat und Vorrichtung zur berührungslosen Auslösung einer Spülung in Urinalsystemen, wobei eine zentrale Steuer- und Auswerteeinheit ein elektrisches Ventil öffnet und damit eine Spülung dann auslöst, wenn ein geeigneter Sensor die bestimmungsgemäße Nutzung des Urinals feststellt, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf der wasserabgewandten Seite des Auffangbeckens oder Ablaufrohres eine flache, einen elektrischen Kondensator bildende 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 geeignete elektronische Auswerteschaltung detektiert wird und durch zeitweiliges Öffnen eines Wasserventils eine Spülung auslöst
2. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den elektrischen Kondensator bildende Struktur vorwiegend im unteren Bereich des Auffangbeckens auf der Oberfläche der Innenseite und in der Nähe des Auslaufes angebracht ist.
3. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den elektrischen Kondensator bildende Struktur außen an der Oberfläche des Auslaufes hinter dem Geruchsverschluß / Syphon angebracht ist.
4. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Wert der aus der aufgebrachten Struktur gebildeten Kondensators einer Auswertung zugeführt wird, welche aus einer Vielzahl von zeitlich zurückliegenden Messwerten ein Mittelwert bildet und daß der jeweils aktuelle Wert mit diesem Mittelwert verglichen wird und daß dann, wenn eine eine frei wählbare Größe überschreitende Abweichung festgestellt wird, eine Spülung ausgelöst wird.
5. Apparat und Verfahren nach der Ansprüche Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spülung um einen frei wählbaren Zeitraum zeitverzögert ausgelöst wird, wenn im Sinne von Anspruch 4 die Nutzung des Urinals detektiert wird.
6. Apparat und Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spülung um einen frei wählbaren Zeitraum zeitverzögert ausgelöst wird, wenn nach Detektion einer Nutzung im Sinne von Anspruch 4 das Signal eine Trendumkehr erfährt und insofern wieder dem Ausgangswert zustrebt.
7. Apparat und Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine selbstklebende und auf Passform zugeschnittene Klebefolie die einen elektrischen Kondensator bildende flache Struktur und die Auswerteelektronik sowie einen Kabelanschluß trägt und welche nach außen hin durch eine Abdeckfolie abgedeckt ist.
8. Apparat und Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Abdeckfolie thermisch und elektrisch isolierende Eigenschaften hat.