DE2063103C3 - Fühl vorrichtung zur Wahrnehmung plötzlicher Temperaturänderungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fühlvorrichtung zur Wahrnehmung plötzlicher Temperaturänderungen und Auslösung automatischer Spülvorgänge in sanitären Anlagen, bestehend aus wen^:gstens zwei Temperaturfühlern mit etwa gleichem elektrischen Kenngrößenverlauf, von denen einer im direkten Kontakt und ein zweiter über eine die Temperaturänderungen verzögernd leitende Umhüllung in Kontakt mit dem Meßmedium steht.

In der Regelungstechnik ist es ganz allgemein bekannt, nach dem Rückkoppelungsprinzip automatische Regelungen verschiedenster physikalischer Parameter, so beispielsweise der Temperatur, vorzunehmen. Bei den bekannten Regelkreisen wird ein eingestellter fester Sollwert mit dem jeweils vorhandenen Istwert verglichen und immer dann ein Regelvorgang ausgelöst, wenn die beiden genannten Werte unterschiedlich sind oder zumindest einen zulässigen Abweichungsbereich verlassen. Falls für Messungen oder andere Regelvorgänge hohe Genauigkeiten erforderlich werden, bedient man sich oft der sogenannten Nullmethode. Hierbei wird eine zu messende Größe bzw. der sogenannte Istwert mit einer bekannten anderen Größe, dem Sollwert, verglichen, indem beide Werte gegeneinander kompensiert werden, so daß die Kompensation dann und nur dann den Wert Null ergibt, wenn der Istwert gleich dem Sollwert ist. Jede Abweichung des Istwertes von dem Sollwert oder umgekehrt ergibt tinen endlichen von Null verschiedenen Meßwert in #er Kompensationsschaltung, der nachfolgend in jeweils gewünschter Weise entsprechend verarbeitet tverden kann. Eine bekannk·, hochempfindliche Kom- |>ensationsschaltung, die in diesem Zusammenhang für <lie Temperaturmessung Verwendung findet, geht von feiner Wheatstoneschen Brückenschaltung aus, bei der ller Abgleich über eine Diagonale der Brücke erfolgt IUS-PS 32 79 256). Da mit dieser Schaltung sowohl Wärmeübertragungen durch Strahlung, Konvektion als auch durch Wärmeleitung gemessen werden sollen, werden die hierbei auftretenden zeitlichen Verzögerungen zwischen, Soll- und Istwert durch sogenannte primäre und sekundäre Temperaturfühler ausgeglichen. Auch ist eine Vorrichtung zum Messen oder Steuern der zeitlichen Temperaturänderung eines Meßraumes, wobei als Temperaturfühler zwei an im gleichen Zeitpunkt gleiche Temperaturen aufweisenden Meßraumstellen einsetzbare Thermistoren mit verschiedenen thermischen Trägheitskonstanten verwendet werden, bekannt. (DT-OS 15 73 239).

Bei dieser Vorrichtung liegen beide Thermistoren je in einem Zweig einer Brückenschaltung und weisen negative Temperatur-Koeffizienten auf. Bei der bekannten Meß- und Steuervorrichtung wird davon ausgegangen, die lineare Abhängigkeit des Stromes in der Brükkendiagonale von der Differenz der durch die Thermistoren gezeigten Temperaturen mit möglichst einfachen Mitteln zu erreichen, wobei jeder der beiden parallelen Brückenzweige aus der Reihenschaltung eines der beiden Thermistoren mit negativem Temperatur-Koeffizienten und eines temperaturunabhängigen Widerstandes besteht, dessen Größe so gewählt ist, daß der Weidepunkt, der die Abhängigkeit des Stromes einer solchen Reihenschaltung von der Temperatur bei konstanter Spannung wiedergebenden Funktion bei einer vorgegebenen, bei beiden Zweigen gleichen Temperatur liegt. Auch ist es bereits bei Temperaturfühlern bekannt, zur Erfassung zeitlicher Temperaturänderungen zwei Fühlelemente gleicher elektrischer Kenngrößenverläufe zu kombinieren und dabei eines der Fühlelemente in direkten Kontakt mit dem zu überwachenden Medium zu bringen, während das zweite über ein die Wärme verzögernd leitendes Medium wirksam wird (US-PS 35 07 152). Als Anwendungsbeispiel für einen solchen oder ähnlich gestalteten Temperaturfühler ist beispielsweise ein Zwangsdurchlauf-Dampfer zeugei denkbar, bei dem das Rohrsystem der Wärme Übertragungsanlage in mehrere Abschnitte unterteilt wird, die auf verschiedene Weise an Regelsysteme an geschlossen sind, um sie einzeln temperaturabhängig überwachen zu können. Die im Zusammenhang mi dem Dampferzeuger verwendeten Thermoelements befinden sich bei einer bekannten Einrichtung (DT-AS 1124 060) am äußeren Umfang verschieden starkei Rohrwandungen ein und desselben Leitungsrohres. Mi der Anordnung zweier Temperaturfühler soll hierbe erreicht werden, daß bei Wärmeübertragungsanlaget Bedingungen geschaffen werden, durch die in geget große Temperaturänderungen gefährdeten Teilen, wi z. D. solche aus besonderen Stählen, bei In- und Außer betriebsetzen auf einfache und wirksame Weise diesi Teile geschützt werden können.

Obwohl Regelkreise zur Temperaturregelung fü Haushalt- und Industriezwecke bereits eine breite An wendung gefunden haben, sind sie im Zusammenhan mit sanitären Anlagen bisher noch nicht verwende worden. Die auf diesem Gebiet gegebene Aufgabe lieg im übrigen auch nicht darin, einen Temperaturwet oder eine andere physikalische Größe so zu regeln, da sie über ein vorgegebenes Zeitintervall konstant geha ten werden kann, sondern etwa für Spülbecken ode ähnliche Objekte darin, daß ein Spülvorgang nur dan erfolgt, wenn eine Benutzung des Spülbeckens tatsäcr lieh stattfindet. Entsprechend der auf diesem spezielle Gebiet vorliegenden völlig anderen Aufgabenstellun sind hier bisher auch andere Lösungen bekannt gewoi

den die von den eingangs beschriebenen Steuerkreisen rheblich abweichen. Bisher bekannte automatische SDÜIungen von Spülbecken, wie sie etw.i in Herrentoiletten installiert sind, sowie andere Objekte der Was-

teuerungstechnik, _arb_eiten häufsj so, daß ein Lichtstrahl auf eine Fotozelle fällt, der nur dann unterbrochen wird, wenn ein Benutzer der Anlage in den Strahlengang gelangt Die Unterbrechung des Lichtstrahles löst ein Signal der Fotozelle aus, welches, auf einen Verstärker gegeben, ausgangsseitig in der Lage ist, ein ι ο Relais zu betätigen, das seinerseits ein Magnetventil ansteuert. Das Magnetventil gibt dann nachfolgend den Wasserfluß für ein vorgegebenes Zeitintervall frei. Ein Nachteil dieser automatischen Wassersteuerung besteht darin, daß der Lichtstrahl unabhängig von der Benutzung des Objektes unterbrochen werden kann und somit durch den zwangsläufig ausgelösten Vorgang unnötig sauberes Wasser in die Abwasserleitung gegeben

Weiter ist eine sogenannte Annäherungsschaltvorrichtung bekannt, deren Wirkung auf der Verstimmung eines Hochfrequenzoszillators durch Annäherung einer Masse und damit Veränderung der gegebenen Dielektrizitätskonstanten beruht. In dem für derartige Hochfrequenzoszillatoren vorgegebenen und zulässigen Frequenzbereich treten jedoch, wie es sich in der Praxis gezeigt hat, durch andere Vorrichtungen sehr häufig Störungen auf, die einen zuverlässigen Betrieb dieser Schaltvorrichtungen unmöglich machen oder zumindest erheblich erschweren.

Schließlich besteht noch ein Nachteil der bekannten automatischen Wassersteuerungen ganz allgemein darin daß diese verhältnismäßig kompliziert aufgebaut sind und daher nur unter Aufwendung nicht unerheblicher finanzieller Mittel beschafft und installiert werden

können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine" Fühlvorrichtung zur Wahrnehmung plötzlicher Temperaturänderungen der eingangs genannten Art zu schaffen, die unter Vermeidung der oben aufgeführten Nachteile sich vorteilhaft in Verbindung mit automatischen Spül vorrichtungen für sanitäre Anlagen oder ähnliche Objekte verwenden läßt, wobei auf die bewährten und günstigen Eigenschaften von elektronischen Steuerungskreisen für die Temperaturregelung zurückgegriffen wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Temperaturfühler zumindest teilweise und zusammen mit den elektrischen Leitungen in eine gegen Feuchtigkeitseinflüsse unempfindliche, elektrisch isolierende Vergußmasse eingebettet sind, die bis auf eine einen der Temperaturfühler aufnehmende Bohrung von einem Gehäuse umschlossen ist, und daß die Temperaturfühler in Form von NTC-Widerständen in eine an sich bekannte Brückenschaltung eingeschaltet sind, mittels derer die den Spülvorgang auslösenden Schaltorgane betätigbar sind.

Während also bei den bekannten Regelkreisen für die Konstanthaltung der Temperatur der sogenannte Sollwert oft ein fest vorgegebener oder je nach Wahl fest einstellbarer Wert ist, der mit dem jeweiligen Istwert verglichen wird oder sich auf relativ langsame Temperaturänderungen bezieht, kommt es bei dem vorliegenden Regelkreis ausschließlich auf die plötzliche Änderung der Temperatur an der interessierenden Wahmehmungsstelle an. Nur bei entsprechend schnellen Umweltänderungen befindet sich der eine Meßfühler auf einem anderen Temperaturwert als der zweite, wobei der jeweilige Temperaturwert an sich keine Rolle spielt. Die Bedingung, über einen entsprechenden Schallkreis ein Schaltorgan nicht nur dann auszulösen, wenn sich die Temperatur der Umgebung irgendwie ändert, sondern vielmehr ausschließlich dann, wenn die Temperaturänderung entsprechend plötzlich erfolgt, kann somit mit der vorliegenden Kühlvorrichtung auf einfache Weise und sicher erfüllt werden, ohne daß hohe Meßgenauigkeiten erforderlich sind. Die Verwendung handelsüblicher NTC-Widerstände ermöglicht nicht nur einen verhältnismäßig einfachen und gegen mechanische Einflüsse robusten Aufbau der Fühlvorrichtung, sondern garantiert auch eine Empfindlichkeit crer Vorrichtung, die in der hier vollständig ausreichenden Größenordnung von 1°C liegt.

Da die beiden Fühler wenigstens teilweise in eine elektrisch isolierende und gegen wäßrige Lösungen aller Art weitgehendst unempfindliche Vergußmasse eingebettet sind, bestehen keine Schwierigkeiten, die Fühlvorrichtung dauerhaft in feuchter Umgebung einzusetzen, zumal das Auftreten elektrischer Schleichströme von vornherein ausgeschlossen is'. Beschädigungen werden dadurch zusätzlich ausgeschlossen, daß die Vergußmasse in ein sie umgebendes Gehäuse eingebracht ist.

Besonders vorteilhaft ist es, das Gehäuse aus zwei miteinander verbindbaren Hälften zu fertigen, da sich hierdurch die Vergußmasse besonders einfach und ohne daß die Gefahr der Bildung von Luftblasen bestünde einbringen und fest mit dem Gehäuse verbinden läßt. Der paßgerechte Sitz der beiden Gehäusehälften und die das Gehäuse füllende Vergußmasse sorgen für einen dauerhaften Zusammenhalt der Gehäuseteile.

In F i g. 1 ist eine beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fühlvorrichtung zur Wahrnehmung von Temperaturänderungen dargestellt, während die F i g. 2 und 3 vorzugsweise Anwendungsmöglichkeiten der Fühlvorrichtung in einem an sich bekannten elektrischen Regelkreis wiedergeben.

Gemäß F i g. 1 ist die Fühlvorrichtung in ein Gehäuse 3, 3' eingebracht, welches aus zwei zusammensteckbaren bzw. verbindbaren Hälften, und zwar dem oberen Teil 3 und dem unteren Teil 3' besteht. An der bodenseitigen Stirnfläche des etwa zylindris' ^v ausgebildeten Gehäuses 3, 3' ist dieses vorzugsweise in Form eines Sockels 6 flanschartig erweitert, wodurch die Einbaumöglichkeiten der Fühlvorrichtung erleichtert werden können. Um die beiden Hälften des Gehäuses 3, 3' paßgerecht ineinanderstecken bzw. verbinden zu können, weisen die beiden Hälften über eine geeignete Länge entlang ihrer Umfangsfläche nur jeweils die Hälfte der übrigen Wandstärke auf, wie dieses in F i g. 1 mit den Linienführungen 9 in dem geschnitten dargestellten Gehäuse angezeigt ist. Der obere Teil des Gehäuses ist in seinem Endabschnitt konisch ausgeführt, so daß die obere Stirnfläche des im übrigen zy lindrischen Gehäuses einen Kegelstumpf bildet. Durct die Mitte des Kegels ist in Richtung der Längsachse de; Gehäuses 3, 3' eine Bohrung 5 hindurchgeführt. Ir einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht da; Gehäuse aus Polyvinylchlorid, so daß es sowohl geger eine chemisch aggressive Atmosphäre als auch geget Flüssigkeiten aller Art, wie Säuren, Basen u.dgl. beson ders unempfindlich und widerstandsfähig ist.

Das Innere der Gehäusehälfte 3 ist vollständig mi einer Vergußmasse 4 gefüllt, die ebenfalls gegen Feuch tigkeitseinflüsse unempfindlich ist und die elektriscl isolierend jegliche Schleichströme unterbindet.

Zwei ihre elektrischen Kennwerte in Abhängigkeit von der Temperatur ändernde Fühler 1, 2 sind zumindest teilweise in die Vergußmasse 4 eingebettet. Hierbei ist der Fühler 1 durch die Bohrung 5 in dem Gehäuse 3, 3' derart hindurchgeführt, daß sein Kopf in etwa fluchtend zu der schräg verlaufenden Oberfläche des oberen Gehäuseendes verläuft. Obwohl weitgehend gegen mechanische Beschädigung geschützt, steht somit der Fühler 1 unmittelbar mit der die Fühlvorrichtung umgebenden Atmosphäre oder einem anderen Medium, wie Wasser od. dgl. in Verbindung. Demgegenüber ist der Fühler 2 vollständig in die Vergußmasse 4 eingebettet und liegt innerhalb des Gehäuses 3, 3'. Die Fühler 1, 2 bestehen im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise aus NTC-Widerständen, deren Widerstandswerte sich gleichartig mit der Temperatur verändern. Der negative Temperaturkoeffizient der Fühler 1, 2 ermöglicht unter Verwendung einer entsprechenden elektronischen Schaltung eine Wahrnehmung von Temperaturänderungen, die in der Größenordnung von 1°C liegen. Die Zuführungsleitungen 7 zu den NTC-Widerständen sind gleichfalls vollständig in die elektrisch isolierende Vergußmasse 4 eingebettet, sie können beispielsweise in Form eines dreiadrigen Kabels 8 aus der Fühlvorrichtung herausgeführt werden, es ist jedoch auch möglich, den Sockel 6 der Fühlvorrichtung dis Steckkonsole auszubilden, wie das etwa bei elektronischen Röhren od. dgl. der Fall ist.

Zufolge des schlechten Wärmeleitvermögens des Gehäuses 3, 3' und der Vergußmasse 4 ändert sich der Widerstandswert des Fühlers 1 bei Änderung der Umgebungstemperatur in jedem Falle schneller als derjenige des Fühlers 2. Erst wenn die gesamte Fühlvorrichtung, d. h. das Gehäuse 3, 3' und die Vergußmasse 4 vollständig die neue Umweltstemperatur eingenommen hat, befinden sich beide Fühler, wenn auch auf einer anderen, so doch auf gleicher Temperatur.

Solange sich die beiden Fühler 1, 2, die in der beispielsweisen Ausführungsform aus NTC-Widerständen bestehen, auf unterschiedlichen Temperaturen befinden, sind ihre Widerstandswerte verschieden, so daß sie in der in F i g. 2 wiedergegebenen, an sich bekannten Brückenschaltung einen Verstärker 30 derart ansteuern, daß dieser durchgeschaltet wird und über den Widerstand 14 einen Leistungstransistor 25 ansteuern kann. Solange die Temperaturdifferenz zwischen den beiden NTC-Widerständen in der Fühlvorrichtung außerhalb eines vorwählbaren oder durch die Empfindlichkeit der Anordnung gegebenen Wertes liegt, wird somit ein Impuls von dem Verstärker 30 abgegeben, wodurch ein in dem Emitterkreis des Leistungstransistors 25 liegendes Magnet-Selbstschluß-Ventil 16 oder anderes Schaltorgan betätigt wird, um nach einer für das Ventil vorwählbaren Zeit von beispielsweise 30 bis 40 see wieder in den Ausgangszustand zurückgeführt zu werden. Die im Stromkreis des Magnet-Selbstschluß-Ventils 16 liegende Zener-Diode 17 bewirkt, daß die im Leistungstransistor 25 vorhandene Restspannung nach einer eventuellen Betätigung des Magnet-Selbstschluß-Ventils 16 nicht mehr wirksam werden kann, damit eine unbeabsichtigte wiederholte Betätigung desselben verhindert wird. Mit den Widerständen 18 und 19 wird die Spannung für den Stromkreis des Leistungstransistors 25 konstant gehalten. Mittels des Potentiometers 10 läßt sich über die Widerstände 11,12 und 13 die Empfindlichkeit der Schaltungsanordnung den jeweiligen Erfordernissen entsprechend anpassen.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für die erfindungsgemäße Fühlvorrichtung in Verbindung mit der an sich bekannten Regelschaltung gemäß F i g. 2, für die selbständig kein Schutz begehrt wird, ist der Bereich der sanitären Anlagen. Die Fühlvorrichtung kann als Detektor für gewöhnliche in Herrentoiletten installierte Spülbecken verwendet werden, wobei sie sich besonders vorteilhaft in den Geruchsverschluß derartiger Becken einbauen läßt.
Bei Benutzung des Spülbeckens wird etwa durch den eingebrachten Urin die Temperatur des Fühlers 1 unmittelbar und ohne jegliche Zeitverzögerung geändert, während sich die Temperatur des Fühlers 2 noch auf der zuvor gegebenen Umwälztemperatur befindet. Erst nach einer Zeitverzögerung in Abhängigkeit von der gegebenen Wärmeleitfähigkeit des Gehäuses 3, 3' und der Vergußmasse 4 gleicht sich die Temperatur des Fühlers 2 allmählich derjenigen des Fühlers 1 an. Solange jedoch die Temperaturen der beiden Fühler 1, 2 unterschiedlich sind, d. h. solange diese unterschiedliche Widerstandswerte besitzen, wird ein Impuls von der Fühlvorrichtung abgegeben, der von der Schaltvorrichtung gemäß F i g. 2 entsprechend verarbeitet, das genannte Magnet-Selbstschluß-Ventil betätigt, das seinerseits den erforderlichen Spülvorgang auslöst. Die Abkühlung der beiden Fühler 1, 2 erfolgt nach Benutzung des Spülbeckens entsprechend langsam genug und somit für jeden der NTC-Widerstände weitgehendst gleichzeitig, so daß nunmehr keine meßbaren Temperaturdifferenzen zwischen beiden Fühlern mehr auftreten, obwohl sich der Absolutwert ihrer Temperatur fortwährend ändert oder ändern kann.

Da die Fühlvorrichtung im dargestellten Anwendungsbeispiel in den Geruchverschluß eines Spülbekkens eingebaut ist, ist diese ständig von Wasser umgeben, was durch seine hohe Wärmekapazität nach erfolgter Benutzung des Spülbeckens für eine ausreichend langsame Abkühlung der Umgebungstemperatur Sorge trägt. Da die erfindungsgemäße Fühlvorrichtung dann und nur dann eine Information zur Betätigung

λο eines Schaltorgans od. dgl. abgibt, wenn die Temperaturänderung plötzlich erfolgt, wird sichergestellt, daß eine Spülung ausschließlich dann erfolgt, wenn das Spülbecken tatsächlich benutzt worden ist. Langsame Änderungen der Umgebungstemperatur, wie sie bei-

spielsweise jahreszeitmäßig bedingt sind oder wie sie durch Öffnen eines Fensters in einem an sich beheizter Raum auftreten können, lösen die automatische Spül vorrichtung nicht aus, da hier den beiden Fühlern 1, 2 ir der Fühlvorrichtung ausreichend Zeit bleibt, siel gleichmäßig und gleichzeitig der neuen Umgebungs temperatur anzupassen, d. h., es treten keine Tempera turdifferenzen zwischen den beiden Fühlern 1,2 auf.

Die der Fühlvorrichtung innewohnende Zeitkonstan te, d.h. diejenige Zeit, die erforderlich ist, um eini plötzliche Temperaturänderung des die Fühlvorrich tung umgebenden Mediums auch auf den vollständij eingebetteten Fühler 2 zu übertragen, ist durch geeig nete Vorwahl der Dicke und des Materials des Gehäu ses 3, 3' und der Vergußmasse 4 gegeben und kam demnach je nach den vorliegenden Anforderungen op timal ausgestaltet werden.

Schließlich ist in F i g. 3 noch eine Schaltungsanord nung angegeben, die in der Lage ist in dem oben aufge zeigten Anwendungsbeispiel für Spülbecken gleichzei tig zwei derartige Becken zu betätigen. Wie der Schal tungsanordnung zu entnehmen, entspricht diese weil gehend der Darstellung in F i g. 2, wobei unter Verwen dung nur eines Verstärkers 30 und eines gemeinsame

Magnei-Selbstschluß-Vcntils 16 lediglich zwei zusätzliche NTC-Widerstände la und 16 erforderlich sind. Nach dem Ausführungsbeispiel in F i g. 3 wird durch die Benutzung eines oder beider Spülbecken in beiden gleichzeitig ein Spülvorgang ausgelöst.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Fühlvorrichtung zur Wahrnehmung plötzlicher Temperaturänderungen und Auslösung automatischer Spülvorgänge in sanitären Anlagen, bestehend aus wenigstens zwei Temperaturfühlern mit etwa gleichem elektrischen Kenngrößenverlauf, von denen einer im direkten Kontakt und ein zweiter über eine die Temperaturänderungen verzögernd leitende Umhüllung in Kontakt mit dem Meßmedium steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühler (1, 2) zumindest teilweise und zusammen mit den elektrischen Leitungen (7, 8) in eine gegen Feuchtigkeitseinflüsse unempfindliche, elektrisch isolierende Vergußmasse (4) eingebettet sind, die bis auf eine einen der Temperaturfühler (1) aufnehmende Bohrung (5) von einem Gehäuse (3, 3') umschlossen ist, und daß die Temperaturfühler (1, 2) in Form von NTC-Widerständen in eine an sich bekannte Brückenschaltung (F i g. 2, 3) eingeschaltet sind, mittels derer die den Spülvorgang auslösenden Schaltorgane betätigbar sind.

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