DE19755998A1 - Vorrichtung für die Steuerung einer Urinalspülung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Steuerung ein er Urinalspülung, mit einem eine Elektrodensonde umfassenden, auf eine elektrische Größe der Urinalflüssigkeit reagierenden Steuersignalgeber.

Aus der GB 2 133 053 A und der EP 0 284 556 A1 sind derartige Vorrichtungen bekannt, bei denen die Leitfähigkeit der Urinalflüssigkeit im Geruchsverschluß gemessen und aus den Meßwerten ein Steuersignal für die Betätigung der Urinalspülung abgeleitet wird.

Die vorliegende Erfindung schafft eine neue Vorrichtung der eingangs erwähnten Art, die gegenüber diesem Stand der Technik in ihrer Funktionssicherheit verbessert ist.

Die diese Aufgabe lösende Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersignalgeber zur Erzeugung eines Steuersignals unabhängig vom Übergangs­ widerstand zwischen der Elektrodensonde und der Urinalflüssigkeit vorgesehen oder bei der Erzeugung des Steuersignals der Einfluß dieses Übergangswiderstandes wenigstens teilweise kompensiert ist.

Durch diese Erfindungslösung kann der Einfluß von in Urinalen unvermeidbar auftretenden Ablagerungen auf der Elektrodensonde, durch die der Übergangswiderstand zwischen der Elektrodensonde und der Urinalflüssigkeit nach und nach anwächst, eliminiert werden, so daß ohne Wartungsaufwand die Funktionssicherheit der Vorrichtung langfristig gewährleistet ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Elektrodensonde als durch die Dielektrizi­ tätskonstante der Urinalflüssigkeit beeinflussbare Kapazitätssonde ausgebildet sein. Bei einer solchen Kapazitätssonde fließt zwischen den Elektroden und der Urinalflüssigkeit kein Strom, dessen Größe durch den Übergangswiderstand beeinflußt werden könnte. Die Kapazitäts­ meßsonde kann Bestandteil eines Meßkreises sein. In dem ein durch eine Wechselspannung erzeugter Wechselstrom abhängig von der jeweiligen Größe der Kapazität der Kapazitäts­ sonde unterschiedliche Größen annimmt, so daß Steuersignal für die Urinalspülung ableitbar ist.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Elektrodensonde zur Erfassung der Leitfähigkeit der Urinalflüssigkeit vorgesehen, wobei der Steuersignalgeber eine Meßsignal­ referenzwerte der Urinalflüssigkeit, insbesondere für reines Spülwasser, speichernde Einrich­ tung zur langfristigen Kompensation einer Zunahme des Übergangswiderstandes zwischen der Urinalflüssigkeit und der Elektrodensonde umfaßt. Eine solche, vorzugsweise durch eine Computer-Software-Lösung realisierbare Kompensationseinrichtung könnte über einen lan­ gen Zeitraum, über welchen der Übergangswiderstand zwischen der Elektrodensonde und der Urinalflüssigkeit anwächst, Meßsignale entsprechend einer ermittelten Kurve von Refe­ renzwerten korrigieren, indem eine Normierung auf einen Referenzausgangswert der Kurve erfolgt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Elektrodensonde neben Elektroden zum Anlegen einer einen Strom durch die Urinalflüssigkeit erzeugenden Sondenspannung wenigstens eine, einen Abfall der Sondenspannung über dem Widerstand der Urinalflüssigkeit erfassende Abgriffselektrode auf.

Diese Abgriffselektrode kann vorteilhaft in bezug auf die die Sondenspannung führenden Elektroden derart angeordnet sein, daß bei homogener, die Sondenelektrode umgebender Urinalflüssigkeit bis zur Abgriffselektrode die Hälfte der Sondenspannung abfällt. Kommt es infolge Benutzung des Urinals zu einer Inhomogenität der die Elektrodensonde umgebenden Flüssigkeit, so ändert sich der Wert der abfallenden Spannung, wobei von dieser Änderung ein Steuersignal für die Auslösung der Urinalspülung abgeleitet werden kann.

Vorzugsweise ist die Abgriffselektrode zum leistungslosen Abgreifen des Sondenspannungs­ abfalls mit einer Verstärkerschaltung verbunden. Damit fließt über die Abgriffselektrode kein nennenswerter Strom, der das Verhältnis der Spannungsabfälle zwischen den Elektroden unter Verfälschung der Messung beeinflussen könnte.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Abgriffselektrode im Meßzweig einer die Stromwege zwischen den Elektroden umfassenden Brückenschaltung vorgesehen, wobei zweckmäßig, bei Homogenität der Leitfähigkeit in der Urinalflüssigkeit, die über dem Meßzweig anliegende Spannung gleich Null ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei der Sondenspan­ nung um eine Wechselspannung, durch die, im Gegensatz zu einer Gleichspannung, eine ungleichmäßige Zersetzung der spannungsführenden Elektroden vermieden wird. Vorzugs­ weise ist die Frequenz der Sondenwechselspannung im Hinblick auf maximale Impedanz­ unterschiede der Stromwege zwischen den Elektroden bei Inhomogenität der Urinalflüssig­ keit optimiert. Somit wird die größtmögliche Meßempfindlichkeit erreicht.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Steuersignalgeber zur zeitver­ zögerten Erzeugung eines die Urinalspülung auslösenden Steuersignals vorgesehen. Diese Zeitverzögerung ist zweckmäßig so bemessen, daß die Spülung nicht sofort bei Benutzung des Urinals, sondern erst am oder nach dem Benutzungsende ausgelöst wird.

Insbesondere kann der Steuersignalgeber zur Erzeugung des Steuersignals in Auswertung eines ermittelten Zeitverlaufs der abgegriffenen Spannung vorgesehen sein. Nach dem Benutzungsende kommt es mehr und mehr zu einer Homogenisierung der im Geruchsver­ schluß gesammelten Urinalflüssigkeit, so daß sich bei Anordnung der Elektrodensonde im Geruchsverschluß der abgegriffene Spannungswert dem Normalwert, insbesondere dem Wert Null in einer entsprechend bemessenen Brückenschaltung, annähert. Unter Berück­ sichtigung dieser Annäherung kann ein Steuersignal derart abgeleitet werden, daß die Spü­ lung erst nach einem angemessenen Zeitraum nach Abschluß der Benutzung des Urinals ausgelöst wird.

Zweckmäßig sind die Elektroden der Elektrodensonde jeweils durch die Wand eines vor­ zugsweise aus einem Kunststoff hergestellten Geruchsverschlusses geführt und insbesondere in das Kunststoffmaterial eingebettet.

Eine mit den Elektroden verbundene Steuerschaltung des Steuersignalgebers kann an dem Geruchsverschluß angebracht und insbesondere in dem Geruchsverschluß integriert sein.

Zur Energieversorgung wird der Steuersignalgeber zweckmäßig über eine zugeordnete Bat­ terie gespeist, so daß keine Versorgungsleitungen zu dem betreffenden Urinal gelegt werden müssen. Diese Batterie kann am Geruchsverschluß angebracht und in die Steuerschaltung integriert sein. Es ist aber auch denkbar, ein Batteriefach am Urinalbecken vorzusehen.

Das durch den Steuersignalgeber erzeugte Steuersignal kann zur Ansteuerung eines die Spülung auslösenden Impulsventils vorgesehen sein. Der Energieaufwand zur Betätigung solcher Impulsventile ist sehr gering, so daß die zur Speisung des Steuersignalgebers verwen­ dete Batterie entsprechend wenig belastet wird und eine lange Betriebszeit gewährleistet ist.

Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipschaltung für ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrich­ tung für die Steuerung einer Urinalspülung, wobei Sondenelektroden mit einer homogenen Urinalflüssigkeit in Kontakt sind,

Fig. 2 die Prinzipschaltung von Fig. 1, wobei die Sondenelektroden mit einer inhomogenen Urinalflüssigkeit in Kontakt sind,

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild für eine bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 ver­ wendbare Brückenschaltung,

Fig. 4 einen Geruchsverschluß für ein Urinal, an dem entsprechend einem Ausführungsbei­ spiel nach der vorliegenden Erfindung eine Elektrodensonde und eine Steuerschal­ tung angebracht sind,

Fig. 5 ein Schaltbild einer bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 verwendeten Sensorschal­ tung.

In den Fig. 1 und 2 ist bei 1 schematisch ein Aufnahmevolumen für Urinalflüssigkeit angedeu­ tet, das durch den in Fig. 4 gezeigten Geruchsverschluß eines Urinals gebildet sein kann. In Fig. 1 ist das Aufnahmevolumen mit Spülwasser 2 gefüllt, dessen Leitfähigkeit innerhalb des Aufnahmevolumens homogen verteilt ist. Mit den Bezugszeichen 3 bis 5 sind in Kontakt mit der Flüssigkeit im Aufnahmevolumen 1 befindliche Elektroden bezeichnet, von denen die Elektroden 3 und 5 an eine Wechselspannungsquelle 6 angeschlossen sind.

An der Elektrode 4 ist eine Spannung U_m abgreifbar, welche unabhängig von der Beschaf­ fenheit der Flüssigkeit in dem Aufnahmevolumen 1 einen konstanten Wert hat, solange die Flüssigkeit in dem Aufnahmevolumen hinsichtlich ihrer Leitfähigkeit homogen ist. In diesem Fall fällt unabhängig von der Leitfähigkeit der Flüssigkeit im Aufnahmevolumen auf den Stromwegen zwischen den Elektroden 3 und 4 und zwischen den Elektroden 4 und 5 jeweils der gleiche Anteil der über den Elektroden 3 und 5 anliegenden Spannung ab.

Kommt es infolge Benutzung des Urinals zu einer Inhomogenität der Leitfähigkeit der Flüssig­ keit im Aufnahmevolumen 1, wie dies bei 7 angedeutet ist, so ändert sich das Verhältnis der zwischen den Elektroden 3 und 4 und zwischen den Elektroden 4 und 5 abfallenden Span­ nungsanteile und damit die abgegriffene Spannung U_m. Von dieser Änderung der Span­ nung U_m kann ein Steuersignal für die Auslösung der Urinalspülung abgeleitet werden.

Wie das Prinzipschaltbild von Fig. 3 zeigt, kann der Abgriff an der Elektrode 4 für die Span­ nung U_m in einem Meßzweig 12 einer Brückenschaltung vorgesehen sein, in welcher die Stromwege zwischen den Elektroden 3 und 4 und den Elektroden 4 und 5 in Fig. 3 ersatz­ weise durch Widerstände 8 und 9 dargestellt sind. Widerstände 10 und 11 der Brückenschal­ tung sind so bemessen, daß die über dem Meßzweig anliegende Spannung gleich Null ist, solange die Leitfähigkeit der Flüssigkeit im Aufnahmevolumen 1 homogen verteilt ist. Bei inhomogener Verteilung ändert sich das Größenverhältnis der Widerstände 8 und 9, und am Meßzweig 12 liegt eine von Null verschiedene Spannung an. In Fig. 3 ist anstelle der Wech­ selspannungsquelle 6 eine Gleichspannungsquelle 13 gezeigt. Anstelle dieser Gleichspan­ nungsquelle ließe sich in einer solchen Brückenschaltung unter Bildung eines entsprechen­ den Wechselspannungsmeßsignals über dem Meßzweig 12 auch eine Wechselspannungs­ quelle verwenden.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigten Elektroden 3 bis 5 können gemäß Fig. 4 durch eine Wand 14 eines aus einem Kunststoff hergestellten Urinal-Geruchsverschlusses geführt und in das Kunst­ stoffmaterial eingebettet sein.

In Fig. 4 sind Elektroden 3a bis 5a gezeigt, die mit einem Ende in ein durch den Geruchsver­ schluß gebildetes Aufnahmevolumen 1a hineinragen und am anderen Ende mit einer Steu­ erschaltung für die Erzeugung eines die Urinalspülung auslösenden Steuersignals in Verbin­ dung stehen. Die anhand von Fig. 5 teilweise genauer beschriebene Steuerschaltung ist schematisch bei 15 angedeutet.

Eine solche Steuerschaltung könnte in das Kunststoffmaterial des Geruchsverschlusses ein­ gebettet sein. Andererseits könnte der Geruchsverschluß Vorkehrungen für die Anbringung einer Leiterkarte oder eines die Leiterkarte aufnehmenden Gehäuses aufweisen.

Mit 16 ist in Fig. 4 ein Anschluß bezeichnet, über den der Geruchsverschluß an ein Urinal­ becken anschließbar ist. Ein Rohrstück 17 ist zum Anschluß an einen Abfluß vorgesehen.

Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen, wo den Elektroden 3 bis 5 bzw. 3a bis 5a entspre­ chende Elektroden mit 3b bis 5b bezeichnet sind. Über den mit Urinalflüssigkeit in einem Auf­ nahmevolumen 1b in Kontakt stehenden Elektroden 3b und 5b liegt eine Wechselspannung, die von einer Wechselspannungsquelle 6b geliefert wird. In dem gezeigten Ausführungsbei­ spiel beträgt die Frequenz der Wechselspannung 5 KHz und die Amplitude 100 Millivolt.

Mit dem Bezugszeichen 18 ist in Fig. 5 ein Regelpotentiometer mit einem Gesamtwiderstand von 2 Kiloohm bezeichnet. Die Stromwege zwischen den Elektroden 3b und 4b sowie 4b und 5b sowie die Teilwiderstände des Regelpotentiometers bilden eine Brückenschaltung, deren Brücken-Meßzweig mit der Abgriffselektrode 4b und dem Regelpotentiometer 18 in Verbin­ dung steht. In dem Meßzweig sind ein Verstärker 19 sowie Widerstände 20 bis 23 vorgesehen.

Mit 24 ist in der Fig. 5 ein weiteres Regelpotentiometer mit einem Gesamtwiderstand von 2 Kiloohm bezeichnet, das über einen Widerstand 25 mit dem Brücken-Meßzweig und dem Minuseingang eines weiteren Verstärkers 26 in Verbindung steht. Zwischen den Minusein­ gang des Verstärkers 26 und den Verstärkerausgang ist ein Widerstand 27 geschaltet. Der Verstärkerausgang des Verstärkers 26 ist über einen Kondensator 28 mit einer Kapazität von 220 Nanofarad und einen Widerstand 29 an den Minuseingang eines dritten Verstärkers 30 angekoppelt. Über dem Minuseingang des Verstärkers 30 und dem Verstärkerausgang liegt ein Widerstand 31.

Der Ausgang des Verstärkers 30 ist über einen Widerstand 32 mit dem Minuseingang eines vierten Verstärkers 33 verbunden. Zwischen dem Minuseingang des Verstärkers 33 und dem Verstärkerausgang ist eine Parallelschaltung aus einem 100 kΩ-Widerstand 34 und einer Diode 35 vorgesehen.

Mit 36 ist in der Fig. 4 eine weitere dem Ausgang des Verstärkers 33 nachgeschaltete Diode bezeichnet, die in Reihe mit einem Widerstand 37 und einem Sensorsignalausgangsanschluß 40 geschaltet ist. Der Sensorsignalausgangsanschluß 40 liegt über eine Parallelschaltung aus einem Kondensator 38 von 470 Nanofarad und einem Widerstand 39 von 6,8 kΩ gegen Masse.

Der Widerstandswert der Widerstände 20, 21, 22, 25, 27, 29, 31 und 32 beträgt jeweils 27 kΩ.

Zum Betrieb der in Fig. 5 gezeigten Schaltung wird das Regelpotentiometer 18 so eingestellt, daß bei Homoginat der Leitfähigkeit im Aufnahmevolumen 1b die über dem Brücken-Meß­ zweig anliegende Spannung, d. h. die Spannung zwischen der Abgriffselektrode 4b und dem Abgriffspunkt am Regelpotentiometer 18 gleich Null ist.

Das Regelpotentiometer 24 wird geeignet so eingestellt, daß Unlinearitäten der Verstärker ausgeglichen werden.

Kommt es zu einer Inhomogenität der Leitfähigkeit der Flüssigkeit im Aufnahmevolumen 1b, so ändert sich das Verhältnis der Spannungsabfälle auf den Stromwegen zwischen den Elek­ troden 3b und 4b sowie 4b und 5b und über dem Brücken-Meßzweig entsteht eine durch den Verstärker 19 und die weiteren Verstärker 26 und 30 verstärkte Wechselspannung.

Durch den Verstärker 33 und seine Beschaltung durch die Bauelemente 34 bis 39 erfolgt eine weitere Verstärkung und Gleichrichtung, so daß am Signalausgangsanschluß 40 ein Sensor­ signal anliegt, das zur Bildung eines die Urinalspülung auslösenden Steuersignals durch eine in den Figuren nicht gezeigte Schaltung weiter ausgewertet werden kann.

Dabei kann ein Steuersignal z. B. von einem Signalzeitverlauf des am Anschluß 40 anliegen­ den Sensorsignals abgeleitet werden. Bei Beginn einer Urinalbenutzung kommt es zu einem verhältnismäßig starken Anstieg der Inhomogenität in dem Aufnahmevolumen 1b und damit zu einem starken Anstieg des Sensorsignals am Anschluß 40. Nach und nach und insbeson­ dere nach Beendigung der Benutzung des Urinals gleichen sich Leitfähigkeitsunterschiede im Aufnahmevolumen 1b mehr und mehr aus, so daß sich das Signal wieder dem Anfangs­ wert annähert. Abhängig z. B. vom Grad der Annäherung im Verhältnis zum Maximalwert der Abweichung vom Anfangswert kann nun ein die Urinalspülung auslösendes Steuersignal gebildet werden.

Das Sensorsignal am Anschluß 40 hängt hauptsächlich vom Verhältnis der Widerstände auf den Stromwegen zwischen den Elektroden 3 und 4 sowie 4 und 5 ab, wodurch ein Einfluß der Übergangswiderstände zwischen der Urinalflüssigkeit und den Elektroden auf das Sen­ sorsignal gemindert ist.

Claims (20)

1. Vorrichtung für die Steuerung einer Urinalspülung, mit einem eine Elektrodensonde (3-5) umfassenden, auf eine elektrische Größe der Urinalflüssigkeit (2) reagierenden Steuer­ signalgeber, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersignalgeber zur Erzeugung eines Steuersignals unabhängig vom Über­ gangswiderstand zwischen der Elektrodensonde (3-5) und der Urinalflüssigkeit (2) vorge­ sehen oder bei der Erzeugung des Steuersignals der Einfluß dieses Übergangswider­ standes wenigstens teilweise kompensiert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodensonde als durch die Dielektrizitätskonstante der Urinalflüssigkeit beeinflußbare Kapazitätssonde ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodensonde (3-5) zur Erfassung der Leitfähigkeit der Urinalflüssigkeit (2) vor­ gesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersignalgeber eine Meßsignalreferenzwerte der Urinalflüssigkeit, insbeson­ dere für reines Spülwasser, speichernde Einrichtung zur langfristigen Kompensation einer Zunahme des Übergangswiderstandes zwischen der Urinalflüssigkeit und der Elektro­ densonde umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodensonde (3-5) Elektroden (3, 5) zum Anlegen einer einen Strom durch die Urinalflüssigkeit erzeugenden Sondenspannung und wenigstens eine, einen Abfall der Sondenspannung über dem Urinalflüssigkeitswiderstand erfassende Abgriffselektrode (4) umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgriffselektrode (4) in bezug auf die die Sondenspannung führenden Elektro­ den (3, 5) derart angeordnet ist, daß bei homogener Verteilung der Leitfähigkeit in der Urinalflüssigkeit bis zur Abgriffselektrode (4) die Hälfte der Sondenspannung abfällt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgriffselektrode (4) zum weitgehend leistungslosen Abgreifen des Sonden­ spannungsabfalls mit einer Verstärkerschaltung (19-23) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgriffselektrode (4) im Meßzweig einer die Stromwege zwischen den Elektro­ den (3,5) umfassenden Brückenschaltung vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei homogener Verteilung der Leitfähigkeit in der Urinalflüssigkeit die Spannung über dem Meßzweig gleich Null ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenspannung eine Wechselspannung ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Sondenwechselspannung im Hinblick auf maximale Wider­ standsunterschiede der Stromwege zwischen den Elektroden (3-5) bei inhomogener Verteilung der Leitfähigkeit in der Urinalflüssigkeit optimiert ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Wechselspannung 5 KHz beträgt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersignalgeber zur zeitverzögerten Erzeugung eines die Urinalspülung aus­ lösenden Steuersignals vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersignalgeber zur Erzeugung des Steuersignals in Auswertung eines ermittel­ ten zeitlichen Verlaufs der abgegriffenen Spannung vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodensonde (3-5) in Kontakt mit der Urinalflüssigkeit im Geruchsverschluß des Urinals steht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (3-5) der Elektrodensonde jeweils durch die Wand (14) eines vor­ zugsweise aus einem Kunststoff hergestellten Geruchsverschlusses eines Urinals geführt und insbesondere in das Kunststoffmaterial eingebettet sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16 dadurch gekennzeichnet, daß eine mit den Elektroden (3a-5a) verbundene Steuerschaltung (15) des Steuer­ signalgebers an dem Geruchsverschluß vorgesehen und insbesondere in den Geruchs­ verschluß integriert ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersignalgeber an eine seine Betriebsspannung liefernde Batterie ange­ schlossen ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie in den Geruchsverschluß integriert oder/und ein Batteriefach am Urinalbecken vorgesehen ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal des Steuersignalgebers zur Ansteuerung eines die Spülung aus­ lösenden Impulsventils vorgesehen ist.