DE19608157C2 - Steuervorrichtung für ein Urinal o. dgl. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Herkömmliche, von einem Benutzer per Knopfdruck oder durch Betätigen eines Hebels zu spülende Urinale sind insbesonde­ re beim Einsatz in öffentlichen Einrichtungen wie Bahnhö­ fen, Gaststätten od. dgl. im Hinblick auf Hygiene, Bedie­ nungskomfort und mögliche mutwillige Zerstörungen nachtei­ lig und werden in zunehmendem Maße durch berührungslos ge­ steuerte Vorrichtungen ersetzt.

Aus dem DE 89 08 051 U1 ist eine Radarsonde zur selbsttäti­ gen Einzelsteuerung von Sanitärarmaturen bekannt. In dieser Druckschrift ist bereits dargelegt, wie mittels einer ver­ steckt hinter einem Urinalbecken angebrachten Radarsonde eine automatisierte Betätigung der Urinaleinrichtung erfol­ gen kann. Mit einer solchen Vorrichtung kann dem Vandalis­ mus begegnet werden.

Darüber hinaus ist aus Fachlexikon "ABC", Technik und Na­ turwissenschaft, Deutsch-Verlag, Frankfurt/M. und Zürich, 1970, Seite 39 und 40 die Ausbildung verschiedener Mikro­ wellenantennen bekannt, die etwa für einen solchen Radar­ sensor verwendet werden könnten.

Ein weiteres Problem, das im Zusammenhang mit Urinalen, insbesondere automatisch betätigbaren auftritt, ist jedoch die Gefahr des Überlaufens bei Verstopfung des Wasseraus­ lasses. Insbesondere hineingeworfene Gegenstände führen leicht zu einer Blockade des Abflusses.

Bei bekannten Urinaleinrichtungen wurde diesem zusätzlichen Problem dadurch begegnet, daß ein weiterer Sensor zum Er­ fassen einer potentiellen Überlaufsituation vorgesehen wur­ de, der dann im Überlauffall den weiteren Zufluß von Spül­ wasser verhindert.

Wenn ein solcher Überlaufschutz in Verbindung mit einer au­ tomatischen Betätigung des Urinals eingerichtet werden soll, macht dies bei bekannten Vorrichtungen den Einsatz von mindestens zwei getrennten Sensoren notwendig, die je­ weils mit einer separaten Steuerelektronik zu versehen sind, wodurch der technische Aufwand beträchtlich erhöht wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrun­ de, eine Steuervorrichtung für ein Urinal od. dgl. Sanitä­ reinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zu schaffen, die sowohl einen weitgehend vor Vandalismus ge­ schützten, störungsfreien Betrieb als auch einen Überlauf­ schutz bei verstopftem Ablauf gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die gattungsgemäße Steuervorrich­ tung mit den im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angege­ benen Merkmalen gelöst.

Durch die erfindungsgemäße einstellbare Anordnung der Sen­ soreinheit bis auf Höhe des maximalen Füllpegels wird auf besonders vorteilhafte Weise eine wesentliche Eigenschaft der zur Bewegungserkennung eingesetzten Mikrowellen ge­ nutzt. Während das von der Antenneneinheit abgestrahlte Hochfrequenzsignal annähernd verlustlos das Material der Schale 18 durchdringt, findet aufgrund der hohen Dielektrizitäts­ konstante (ε = 83) von Wasser eine starke Beugung der Mikrowellen beim Durchgang durch eine Wasserschicht statt. Der Absorptionskoeffizient im Bereich der zur Verfügung stehenden Frequenzen bewegt sich von etwa 0,1/cm bis etwa 20/cm. Dies hat zur Folge, daß bei einem Wasserstand am vorwählbaren obersten Füllpegel die von der Sensoreinheit bzw. der Antenneneinheit ausgesandten Mikrowellen so stark gedämpft werden, daß eine signifikante (und erfaß- bzw. auswertbare) Reflektion an einem sich vor dem Urinal bewe­ genden Körper nicht mehr stattfindet.

Dieser Effekt wird erfindungsgemäß so ausgenutzt, daß das Erfassen eines vorwählbaren Füllstandes bis zum maximalen Füllpegel eine Wasserzufuhr durch den Wassereinlaß mittels des Spülventils vollständig blockiert. Damit wird ausge­ schlossen, daß bei dem vorgewählten maximalen Wasserstand noch zusätzlich Spülwasser eingelassen und ein Überlaufen des Urinals zuverlässig verhindert wird.

Erfindungsgemäß wird die Sensoreinheit auf der Höhe des ma­ ximalen Füllstandes in der Schale angeordnet. Beim maxima­ len Füllstand wird der Erfassungsbereich des Sensors voll­ ständig bedeckt. Die sich aus diesem Betriebszustand erge­ benden Sensorsignale werden dahingehend ausgewertet, daß dieser Betriebszustand als Überlaufgefahr erkannt wird und dementsprechend eine weitere Zufuhr von Spülwasser durch das Ventil unterbunden wird.

Damit die maximale Füllhöhe auch durch einen Betreiber in­ dividuell vorgegeben werden kann, ist eine Verstelleinrich­ tung für die Sensoreinheit vorgesehen, mit welcher eine ma­ ximale Füllhöhe dementsprechend vorwählbar ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen beschrieben.

Die gemäß Anspruch 2 vorgeschlagene Anwendung des Doppler­ prinzips ermöglicht mit verhältnismäßig kleinen Ausgangs­ leistungen (und entsprechend niedrigem Energieverbrauch) innerhalb der fernmelderechtlich zulässigen Frequenzbänder eine zuverlässige und hinreichend genaue Erfassung eines Benutzers. Dabei führt eine Bewegung eines Benutzers im Er­ fassungsbereich des Sensors eine Frequenzverschiebung zwi­ schen dem ausgestrahlten Signal und dem reflektierten Emp­ fangssignal herbei und diese Frequenzverschiebung wird zur Bewegungs- bzw. Geschwindigkeitserkennung ausgewertet.

Die gemäß Anspruch 3 vorgesehenen Frequenzen stellen eine problemlose Durchdringung auch dickerer Keramik- oder Pla­ stikschichten sicher, während Radarwellen mit den diesen Frequenzen entsprechenden Wellenlängen von Wasser so stark gedämpft bzw. absorbiert werden, daß die Überlaufsicherung problemlos möglich ist.

Durch die Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird ein zuverlässiger Betrieb auch einer Mehrzahl von mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ausgestatteter Urinale nebeneinander möglich ist.

Besonders bevorzugt wird eine Ausgestaltung der Sensorein­ heit gemäß Anspruch 6, da diese eine einfache, flexible Montage und Nachrüstung gestattet. Ein so hergestelltes Mo­ dul kann mit einem Kunstharz od. dgl. wasserdicht und ver­ schmutzungsgeschützt vergossen werden.

Gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 8 können durch das zusätzliche Funkmodul drahtlos Informationen betreffend ei­ nen jeweiligen Betriebszustand zu einer externen, entspre­ chend eingerichteten Auswerteinheit gesandt und ggf. wei­ terverarbeitet werden. Eine solche Anordnung eignet sich insbesondere auch zur Feststellung von Stör- oder Alarmzu­ ständen, wobei auf diese Weise eine Mehrzahl von erfin­ dungsgemäßen Steuervorrichtungen überwacht werden könnte.

Durch die Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 9 ist nicht nur eine exakte Reichweiteneinstellung (durch Wahl der Laufzeit bzw. der Zeittore) möglich, sondern auch eine mögliche gegenseitige Beeinflussung von Sensoren benachbar­ ter Urinale wird durch dieses Prinzip praktisch ausgeschal­ tet, weil durch ein sehr kleines Verhältnis von Impulsdauer zu Impulsperiode die Wahrscheinlichkeit des torgesteuerten Empfangs durch einen benachbarten Sensor minimal ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der nachfol­ genden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht der er­ findungsgemäßen Steuervorrichtung für ein Urinal im eingebauten Zustand gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungs­ form und

Fig. 2 ein Blockschaltbild mit den wesentli­ chen Komponenten der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.

Ein Urinalbecken 10 ist in bekannter Weise durch Befesti­ gungsschrauben 12 an einer Wand 14 hängend befestigt.

Wie aus der Seitenansicht gemäß Fig. 1 erkennbar, weist das im wesentlichen aus Keramik oder Kunststoff bestehende Uri­ nalbecken 10 eine über einen Wassereinlaß 16 mit Wasser füllbare Schale 18 sowie eine das Urinalbecken front- und bodenseitig begrenzende Außenschale 20 auf, wobei die Scha­ le 18 und die Außenschale 20 einen zur Wand 14 offenen Hohlraum 22 begrenzen.

Während bodenseitig die Schale 18 mit einem sich rückwärtig durch die Wand 14 erstreckenden Wasserablauf bzw. Ablauf­ rohr 24 verbunden ist, wird der eine abwärts auf eine Rück­ wand 19 der Schale 18 gerichtete Düse bzw. Austrittsöffnung aufweisende Wassereinlaß 16 über einen Wasserzulauf 26 mit (Frisch-) Wasser versorgt.

Der Wasserzulauf 26 ist mit dem Wassereinlaß 16 über ein Spülventil 28 verbunden, das die Wasserzufuhr unterbricht und im dargestellten Ausführungsbeispiel elektromagnetisch betrieben ausgebildet ist, so daß mittels eines elektri­ schen Steuerimpulses die Wasserzufuhr ein- bzw. ausschalt­ bar ist. Besonders geeignet ist das Spülventil 28 vom sog. "bistabilen Typ", d. h. eine Stromaufnahme des Ventils fin­ det nur während der Schalt- bzw. Umschaltvorgänge statt, und die stationären Betriebszustände "Durchlauf" bzw. "Sperren" sind jeweils stromlos.

Zusätzlich ist ein Abflußventil 30 im Verlauf des Ablauf­ rohres 24 vorgesehen, das ebenfalls mittels elektrischer Signale betätigbar ist und bei geeigneter Ansteuerung den Ablauf sperrt bzw. freigibt.

Eine Sensoreinheit 32 ist im Hohlraum 22 hinter der Rück­ wand 19 so befestigt, daß eine als Schlitz- bzw. Mikrost­ reifenleitungsantenne ausgebildete, flache und mit der Sen­ soreinheit 32 einen geschlossenen Körper bildende Antennen­ einheit 34 der rückwärtigen (hohlraumseitigen) Seite der Rückwand 19 gegenübersteht und mit ihrem obersten Ende ei­ nen maximalen Füllpegel 36 in der Schale 18 festlegt.

Über ein Verbindungskabel 38 ist die Sensoreinheit 32 mit dem elektromagnetischen Spülventil 28 verbunden, und über ein Verbindungskabel 40 wird eine elektrische Verbindung zwischen der Sensoreinheit 32 und dem Ablußventil 30 herge­ stellt.

Eine Verstellschiene 42 zeigt schematisch die Höhenver­ stellbarkeit der Sensoreinheit 32 mit der daran vorgesehe­ nen Antenneneinheit 34.

Elektrische Versorgungsleitungen für das Spülventil 28, das Abflußventil 30 bzw. die Sensoreinheit 32 sind im darge­ stellten Ausführungsbeispiel nicht gezeigt und sind je nach Anwendungsfall vorzusehen. Durch Auswahl von Elektromagnet­ ventilen mit niedrigem Stromverbrauch ist die Steuervor­ richtung gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel aller­ dings auch durch in den jeweiligen Einheiten ggf. enthalte­ ne Batterien betreibbar, oder eine im Wasserzulauf sitzende (nicht gezeigte) Turbine könnte hindurchfließendes Wasser zur Stromerzeugung und -versorgung der Sensoreinheit 32 und der Ventile nutzen.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 2 zeigt die wesentlichen (funktionalen) Komponenten der erfindungsgemäßen Steuervor­ richtung, wobei die gestrichelte Linie die in der Sen­ soreinheit 32 bzw. der Antenneneinheit 34 realisierten Funktionen umschließt.

Die Antenneneinheit 34 ist mit einer Hochfrequenzeinheit 44 verbunden, die zum Erzeugen durch die Antenne abgestrahlter Sendesignale bzw. zum Verarbeiten durch die Antenne empfan­ gener Reflektions- bzw. Empfangssignale eingerichtet ist. Die Hochfrequenzeinheit 44 im dargestellten Ausführungsbei­ spiel erzeugt auf der Basis der Empfangssignale ein zwei­ kanaliges Bewegungsrichtungssignal, wobei der Signalverlauf eines ersten Kanals einer Bewegung eines Objektes in Rich­ tung auf die Sensoreinheit 32 bzw. die Antenneneinheit 34 hin entspricht (in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1), und das Signal auf dem zweiten Kanal eine entgegengesetzte Be­ wegungsrichtung (entlang des Pfeiles B) repräsentiert.

Das zweikanalige Bewegungssignal wird von einer Erfas­ sungseinrichtung 46 empfangen und in geeignete Steuersigna­ le für das Spülventil 28 bzw. das Abflußventil 30 umge­ setzt, und zusätzlich wird durch die Erfassungseinrichtung 46 ein externer und in der Fig. 1 nicht näher gezeigter Si­ gnal- bzw. Alarmgeber 48 angesteuert.

Die Sensoreinheit 32 im dargestellten Ausführungsbeispiel erzeugt Hochfrequenz- bzw. Mikrowellensignale einer Fre­ quenz höher 1 GHz, bevorzugt in den Bereichen zwischen etwa 2,4 und 2,8 GHz sowie zwischen etwa 5,7 und 5,9 GHz. In diesen Frequenzbereichen verfügen die hochfrequenten Wellen über besonders günstige Eigenschaften im Hinblick auf eine Durchdringung der Keramikwände des Urinals; zusätzlich ist in diesen Frequenzbereichen mit niedrigen Hochfrequenz- Sendeleistungen eine befriedigende Sensorreichweite erziel­ bar.

Das zweikanalige bewegungsrichtungsabhängige Ausgangssignal der Hochfrequenzeinheit 44 wird beim Doppler- Bewegungssensor gemäß der dargestellten Ausführungsform mittels einer Hilfsphase sowie einer zugehörigen zweiten Demodulations-Mischstufe erzeugt, so daß für eine störsi­ chere und korrekte Ablaufsteuerung optimale Eingangsinfor­ mationen zur Verfügung stehen. Zwar wäre durch entsprechend aufwendigere Signalauswertung eine Urinalsteuerung auch mit lediglich einem einkanaligen (d. h. nicht­ bewegungsrichtungsabhängigen) Sensorsignal möglich, jedoch würde hierdurch die Gefahr von Fehlfunktionen bei untypi­ schen Benutzungsvorgängen wachsen.

Die Signalverarbeitung findet dann in der Erfassungsein­ richtung 46 entsprechend vorgegebener Abläufe bzw. Muster auf der Basis der Bewegungsinformation durch die Hochfre­ quenzeinheit 44 statt, wobei typische Ablaufparameter - etwa die Dauer einer Betätigung des Spülventils 28 zum Spü­ len; der Spülbeginn, nachdem ein Benutzer sich entfernt hat usw. - in einer Speichereinrichtung innerhalb der Erfas­ sungseinrichtung 46 vorbestimmt und gespeichert sind und ggf. durch Einstellung und/oder Programmierung veränderbar sind.

Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Anten­ neneinheit 34 eine Anordnung eingesetzt, die in sich flach ist und die Montage zusammen mit der Sensoreinheit 32 in einem flachen Gehäuse gestattet und sich zu Nachrüstungs­ zwecken auch für derzeit handelsübliche, gängige Urinalbec­ ken eignet.

Die Antenneneinheit 34 wird auf einer Platine durch Ätzen od. dgl. gebildete Mikrostreifenleitungen bzw. Schlitze rea­ lisiert, die neben einer für den Anwendungszweck günstigen Richtcharakteristik auch eine einfache, großserientaugliche Fertigung ermöglichen.

Wie in der Fig. 1 mittels der durch die gestrichelte Linie 50 angedeuteten Antennencharakteristik gezeigt, beschreibt diese eine Strahlungskeule einer 3 dB-Breite von etwa 90° in der Vertikalen und etwa 70° in der Horizontalen. Durch die günstigen Durchdringungseigenschaften der benutzten Mikro­ wellen erfolgt durch die keramische Schale 18, 20 praktisch keine relevante Dämpfung des Sensorsignals, solange im Uri­ nalbecken keine höhere Wasserschicht ansteht. Durch geeig­ nete Antennendimensionierung bzw. Ausgangsleistung des Sen­ deteils (in der Hochfrequenzeinheit 44) ist die maximale Reichweite der Sensoreinheit 32 auf einen Erfassungsbereich von ca. 1 Meter eingestellt, so daß eine Bewegung innerhalb dieses Bereiches ein Sensorsignal erzeugt.

Durch geeignete Maßnahmen (Leistungserhöhung des Senders, Eingangsempfindlichkeit des Empfängers, Veränderung der Richtcharakteristik der Antennen, Reflektoren, Dämpfungs­ wände o. ä.) ist je nach Bedarf der Erfassungsbereich im Hinblick auf Entfernung und Erfassungswinkel einstellbar. Beispielsweise im Hinblick auf eine möglichst beeinflus­ sungsfreie Steuerung einer Reihe von nebeneinander angeord­ neten, jeweils mit dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem versehener Urinale bietet es sich an, einen seitlichen Er­ fassungsbereich auf beeinflussungsfreie Abstände zu be­ schränken.

Claims (9)

1. Steuervorrichtung für ein Urinal od. dgl., mit einem zum Aktivieren eines Spülwasserzulaufs in ein Urinalbecken (10) elektrisch steuerbaren Spül­ ventil (28)
und einer mit dem Spülventil (28) verbundenen Sen­ soreinheit (32) zum berührungslosen Steuern des Spülventils (28) als Reaktion auf die Bewegung eines Benutzers frontseitig und relativ zu dem Urinalbec­ ken (10), wobei die Sensoreinheit (32) zum Erfassen der Bewegung auf der Basis von eine Schale (18) des Urinalbeckens (10) durchdringenden Mikrowellensigna­ len ausgebildet ist und im rückwärtigen Bereich des Urinalbeckens (10) so angeordnet ist, daß ein verän­ derlicher Erfassungsbereich der Sensoreinheit (32) durch die Schale (18) des Urinalbeckens (10) hin­ durch auf den Benutzer gerichtet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensoreinheit (32) in vertikaler Richtung derart verstellbar ist, daß ihre vertikale Montage­ position mit einem bis zum maximalen Füllpegel (36) wählbaren Flüssigkeits-Füllstand in der Schale (18) fluchtet und daß sie eine Erfassungseinrichtung (46) aufweist, die zum Erfassen des gewählten Füllstandes in der Schale (18) und zum Deaktivieren des Spülven­ tils (28) als Reaktion auf das Erreichen dieses Füllstandes ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (32) als nach dem Dopplerprin­ zip arbeitender Radarsensor ausgebildet ist, der als Reaktion auf die Bewegung des Benutzers ein Bewe­ gungssignal mit einer Bewegungsrichtungsinformation erzeugt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radarsensor Sendesignale im Bereich zwischen 2,4 und 2,8 GHz oder zwischen 5,7 und 5,9 GHz er­ zeugt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (32) ei­ ne Antenneneinheit (34) aufweist, die als Schlitzan­ tenne, Mikrostreifenleitungsantenne oder als sonsti­ ge, mit auf einem flachen Substrat gebildeten Strah­ lern aufgebaute Antenne realisiert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne eine Richtcharakteristik mit einem horizontalen Öffnungswinkel von etwa 70° und einem vertikalen Öffnungswinkel von etwa 90°, jeweils be­ zogen auf einen 3 dB-Abfall, aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (32) in einem flachen, für eine Montage hinter handelsübli­ chen Urinalbecken bemessenen Gehäuse aufgenommen ist, das zum Schutz vor Feuchtigkeit und Verschmut­ zung vergossen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß eine zum Betreiben des Spülventils (28) vorgesehene Stromversorgung auch zum Betreiben der Sensoreinheit (32) eingerichtet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ge­ kennzeichnet durch ein zusätzliches Funkmodul zum drahtlosen Übertragen von Betriebszustandsinforma­ tionen zu einer externen Auswerteinheit.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (32) als auf Impulsbasis ar­ beitender Radarsensor ausgebildet ist, welcher mit­ tels vorgegebener, einem Erkennungsabstand entspre­ chender Zeittore eine Vielzahl von reflektierten Im­ pulsen erfaßt und aus deren Empfangshäufigkeit auf die Bewegung des Benutzers (28) rückschließt.