STRÖMUNGSREGLER FÜR FLÜSSIGKEITEN MIT ENERGIEVERSORGUNG ÜBER DIE STRÖMUNG

Strömungsregler für Flüssigkeiten mit Energieversorgung über die Strömung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strömungsregler für Flüssigkeiten mit Energieversorgung über die Strömung dieser Flüssigkeit, bestehend aus einer Zuführungsleitung für die Flüssigkeit und einem Turbinenrad, das drehbar gelagert ist und das von der Flüssigkeit durchströmt werden kann und das einen Elektrogenerator antreibt, der einen Energiespeicher auflädt und einer Verbrauchsstelle für die Flüssigkeit.

Auf aktuellem Stand der Technik ist der Verbrauch von Flüssigkeiten ein alltäglicher Vorgang für jedermann geworden. Das wohl häufigste Anwendungsbeispiel ist die Zuführung von Wasser zu Waschbecken, Toiletten, Duschen, Badewannen, Bidets und anderen Elementen im Sanitärbereich.

Eine andere Form des Verbrauchs von Flüssigkeit ist ein Heizkörper. Hier wird Flüssigkeit zugeführt, von der nur die darin enthaltene Wärme„verbraucht" wird. Die Flüssigkeit selbst wird nach der Abkühlung wieder zurück zur Heizung geführt. Im alltäglichen Sprachgebrauch wird es auch als ein„Verbrauch" bezeichnet, wenn aus einem Spender für Getränkeflüssigkeiten entnommen und getrunken wird.

Ein Verbrauch von Wasser ist auch das Bewässern von Pflanzen.

Allen diesen Anwendungsfällen ist es gemeinsam, dass die Zuführung der Flüssigkeit zu der Verbrauchsstelle geregelt werden muss. Im einfachsten Fall muss sie nur aus- und eingeschaltet werden. Dafür sind auf aktuellem Stand der Technik zahlreiche Varianten von

BESTÄTIGUNGSKOPIE mechanischen Ventilen bekannt, die mit einem Handrad oder mit einem Hebel manuell betätigt werden. Bekannt sind auch elektrisch schaltbare Ventile, die nicht nur in Großanlagen eingesetzt werden, sondern zB auch in öffentlichen Toiletten zum Öffnen und Schlies- sen zur Zulaufleitung von Wasser für Handwaschbecken und Urinale.

Insbesondere von diesen Anwendungsfällen her ist es bekannt, dass mechanische Absperrventile verunreinigt sein können, so dass der Benutzer sie nur höchst ungerne berührt. Diese Berührung kann er vermeiden, wenn ein Sensor zB die Hände unter dem Wasserhahn eines Handwaschbeckens erfasst oder ein anderer Sensor erfasst, dass eine Person an ein Urinal heran tritt und sich dann wieder davon entfernt.

Diese elektrischen Schaltungen haben den Nachteil, dass nicht nur eine Wasserleitung zur Zapfstelle hin verlegt werden muss, sondern auch eine elektrische Leitung. Da die elektrische Leitung mit Flüssigkeit in Kontakt kommen kann, ist sie mit einer erhöhten Feuchtigkeitsbeständigkeit auszuführen. Ein Aufwand ist auch das Verlegen und Anschließen der Stromleitung.

Dieser Aufwand ist bei einem Neubau gegenüber dem Gesamtaufwand noch überschaubar. Bei nachträglicher Ausstattung einer Zapfstelle mit einem elektrisch betätigen Absperrventil ist jedoch ein erheblicher baulicher Aufwand erforderlich.

Auf aktuellem Stand der Technik beschreibt die Offenlegungsschrift DE 101 44 602, Lorenz ein Wasserrad, das von der Flüssigkeit an der Zapfstelle angeströmt wird. Auf der Welle dieses Wasserrades ist ein Elektrogenerator angeordnet, der beim Drehen des Wasserrades elektrische Energie erzeugt, die hier für Beleuchtung des Wasserstrahles verwendet wird.

Diese Offenlegungsschrift liefert jedoch keinen Hinweis darauf, wie der Flüssigkeitsstrom selbst gesteuert werden kann.

Auf diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Einrichtung zur Entnahme von Flüssigkeiten mit einem Generator im Flüssigkeitsstrom entwickeln, mit der die aus dem elektrischen Generator erzeugte Energie dazu verwendet werden kann, die Flüssigkeitsströme passend zur jeweiligen Anwendung ansteuern zu können. Insbesondere soll dabei eine zentrale Funktionseinheit geschaffen werden, die für Anwendungen der verschiedensten Art und der verschiedensten Größe universell anwendbar und anpassbar ist.

Als Lösung lehrt die Erfindung, dass die Weiterleitung der Flüssigkeit von einem Absperrventil sperrbar ist, das elektrisch von einer Steuerungselektronik ansteuerbar ist, die wenigstens einen Sensor auswertet und die an verschiedene Typen von Sensoren und die Charakteristika von verschiedenen Typen von Verbrauchsstellen anpassbar ist und das Absperrventil und die Steuerungselektronik und der Sensor von dem Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgbar sind.

Das entscheidende Merkmal der Erfindung ist also die Verbindung eines elektrisch ansteuerbaren Absperrventils mit einer darauf ange- passten Steuerungselektronik, die für den Anschluss von verschiedenen Arten von Sensoren eine Variabilität aufweist. Die Steuerelekt ronik überwacht die Energieversorgung für wenigstens einen Sensor. Außerdem sind darauf die Anschlüsse für diese Sensoren hardwaremäßig vorhanden und zusätzlich eine vorprogrammierte Aus- wähl von Algorithmen, von denen einer zur Anpassung an die Arbeitskennlinie des jeweils verwendeten Sensors dient.

Eine zusätzliche Ausstattung der Steuerungselektronik sind verschiedene Softwareblöcke für die Auswertungen der Sensoren in Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall.

Für einen mechanischen Schalter ist es sinnvoll, dass er in der Steuerungselektronik„entprellt" wird. Bei einem Wechsel der Schalterstellung springt jeder Kontakt eines mechanischen Schalters nach dem ersten Auftreffen auf seine Kontaktfläche wieder etwas zurück und stößt sofort danach ein zweites Mal auf die Kontaktfläche auf, worauf der nächste Rückstoß folgt, jedoch mit stark abnehmender Amplitude. Diese Schwingungen müssen von der Steuerungselektronik unterdrückt werden und in einen klaren logischen Pegel umgewandelt werden, der bei einem Wechsel der Schalterstellung eindeutig nur ein einziges Mal wechselt.

Ein anderer Algorithmus ist eine Schaltschwelle für einen Näherungsinitiator mit einem analogen Ausgangssignal, zB in Abhängigkeit von der Annäherung eines Körperteiles an den Initiator.

Wenn das elektrische Absperrventil nur die beiden Zustände„gesperrt" und„offen" aufweist, so ist im einfachsten Fall auch die Auswertung des Sensors nur zweistufig.

Eine mehrstufige Auswertung des Sensors ist dann sinnvoll, wenn das elektrische Absperrventil mehrere Schaltzustände ermöglicht, wie zB„halb geschlossen". Eine andere Variante kann die Taktung des Absperrventils sein, also der schnelle Wechsel zwischen„offen" und„geschlossen". Hierbei muss jedoch ein evtl. gesteigerter Energiebedarf berücksichtigt werden.

Eine andere mögliche Variante, die in Hard- und Software der Steuerungselektronik einprogrammiert sein kann, ist eine analoge Auswertung eines Sensors und eine analoge Ansteuerung des Absperrventils. So kann zB bei relativ großem Abstand der Hände vom Sensor am Wasserhahn eines Handwaschbeckens das Absperrventil nur teilweise geöffnet werden, um den Wasserdruck in Grenzen zu halten und deshalb nur eine Teilmenge des maximal möglichen Wasserstromes auszulösen. Erst wenn die Hand ganz nah am Sensor steht und dadurch der Wunsch nach maximalem Wasserdruck dokumentiert wird, öffnet sich das Absperrventil ganz.

Bei der Anwendung im Sanitärbereich, wie zB Handwaschbecken, Bidets und Duschen, bei denen das geförderte Wasser sofort in Kontakt mit einem Teil einer Person zu treten hat, fließt bei Aktivierung eines Sensors auch sofort und unmittelbar Flüssigkeit. Das Ende des Fließvorganges wird durch das Entfernen des menschlichen Körpers oder seiner nahe zum Sensor befindlichen Körperteile markiert.

Eine andere softwaremäßig wählbare Variante ist der Betrieb als Toilettenspülung oder als Bewässerungseinheit. Hier muss die Steuerungselektronik auf einen Impuls hin eine bestimmte Flüssigkeitsmenge durchlassen, dh das Absperrventil wird nach einer gewissen Zeit oder nach einer gewissen, von der Steuerungselektronik gemessenen Menge selbsttätig wieder abgeschaltet. Weitere Varianten sind, dass zwei Sensoren auf ein einziges Absperrventil wirken oder dass die Steuerungselektronik zwei Absperrventile betätigt, z. B. für heißes und für kaltes Wasser.

Bereits im einfachsten Fall einer erfindungsgemäßen Steuerungselektronik enthält die Software und die Hardware der Steuerungselektronik also mehrere, variabel an verschiedene Anwendungen anpassbare Teilbereiche.

Darüber hinaus sind zahlreiche weitere Varianten interessant. Bereits erwähnt worden ist, dass die Steuerungselektronik auch einen Eingang für wenigstens einen weiteren Sensor aufweist, dessen Signale ebenso wie die Signale des ersten Sensors von der Steuerungselektronik auswertbar sind und die Anpassung an die jeweilige

Verbrauchsstelle ermöglichen. Dabei wirken im einfachsten Fall beide Sensoren auf die Ansteuerung nur eines Absperrventils.

Eine weitere Variante ist, dass der zweite Sensor primär ein zweites Absperrventil ansteuert und die Software für eine Verbindung beider Absperrventile Sorge trägt.

Ein erfindungsgemäßer Strömungsregler ist überall dort anwendbar, wo eine Flüssigkeit in einer Leitung strömt, die an einem Punkt endet, an dem die Flüssigkeit eine bestimmte Wirkung entfalten soll. Interessant sind Anwendungen im Sanitärbereich von Wohn- und Arbeitsräumen, wie Waschbecken, Bidets oder Duschen oder andere Entnahmestellen für Wasser.

Im Sanitärbereich sind Zapfstellen für Badewannen oft solange zu öffnen, bis eine bestimmte Füllmenge erreicht ist. Ein weiterer dabei gewünschter Parameter kann die Einhaltung einer bestimmten Was- sertemperatur sein. Varianten dieser Betriebsart sind die Temperatur als primärer Sollwert, der von einer bestimmten Füllmenge überlagert wird. Eine weitere, denkbare Variante ist die selbsttätige Regelung der Wassertemperatur bei deren Abkühlung während der Nutzung der Badewanne, indem bei Unterschreiten eines Temperatur- Mindestwertes heißes Wasser dazu gelassen wird.

Eine andere Charakteristik erfordert die Regelung eines Heizkörpers von einem Warm-Wasser-Heizungssystem.

Und wieder eine andere Charakteristik ist für das Bewässern einer Pflanze oder für einen Getränkespende erforderlich.

Allen Anwendungen gemeinsam ist, dass in der Zuführungsleitung ein Turbinenrad angeordnet ist. Bei einer für die Turbine bekannten Ausführung besteht das Turbinenrad aus einer Achse, die drehbar gelagert ist und auf der radial nach aussen weisende Leitschaufeln angeordnet sind. Eine derartige Turbine ist in sehr großem Maßstab als Pelton-Turbine für Wasserkraftwerke bekannt.

Da der erfindungsgemäße Strömungsregler jedoch meist bei Flüssigkeitsleitungen mit sehr viel kleineren Durchmessern eingesetzt wird, kann es vorteilhafter sein, dass das Lager des Turbinenrades außerhalb der Zuführungsleitung und der Abführungsleitung auf einem relativ sehr großen Durchmesser angeordnet ist, durch das die Flüssigkeit hindurch fließt.

In diesem Fall ist das Turbinenrad ein dünnwandiger Hohlzylinder, der auf seiner Außenseite drehbar gelagert ist und der auf seiner Innenseite mit radial ausgerichteten Leitschaufeln bestückt ist. Diese Leitschaufeln können sich in der Mitte in einem strömungsgünstigen zentralen Körper treffen, zB einem tropfenförmigen Körper, der die Flüssigkeit in den äußeren Bereich des Leitungsquerschnittes drängt, aber im Unterschied zu bisher bekannten Turbinen kein Drehlager enthält.

In einer weiteren, vorteilhaften Variante sind auf der Außenseite eines solchen Turbinenrades Permanentmagneten befestigt, die die Funktion des Rotors vom Elektrogenerator übernehmen. Dazu sind in sehr geringem Abstand zu den Permanentmagneten ortsfeste, elektrische Spulen angeordnet. Wenn sich das Turbinenrad dreht, bewegen sich die Permanentmagneten in ganz geringem Abstand an den Spulen vorbei, wodurch ihr Magnetfeld die Spulen durchdringt. Dadurch wird in den Spulen ein elektrischer Strom induziert, der an den Anschlussklemmen der Spule abgezapft werden kann.

Zum Beispiel bei Sanitäranwendungen kann als Sensor ein Ultraschallsensor oder ein Infrarotsensor oder eine Lichtschranke das Vorhandensein einer Hand oder eines anderen Körperbereiches de- tektieren.

Bei Sanitäranwendungen ist es in einer weiteren interessanten Ausführungsform sinnvoll, dass die Steuerungselektronik mittels eines mehrstufigen oder analogen Sensors in Abhängigkeit von dem er- fassten Abstand zu einem Körperteil den Druck der ausfließenden Flüssigkeit verändert.

Eine weitere, sehr interessante Zusatzfunktion im Sanitärbereich ist die berührungslose Regelung der Wassertemperatur bei

Verbrauchsstellen, zB in öffentlichen Toiletten. Dort ist es sehr sinnvoll, wenn die einzelnen Besucher den Wasserhahn nicht direkt berühren müssen und ihn deshalb auch ihrerseits nicht kontaminieren. Selbst wenn sie versehentlich trotzdem an den Wasserhahn stoßen, so ist der nächste Nutzer nicht gezwungen, den Wasserhahn zum Auslösen eines Wasserstrahls oder zum Verstellen der Wassertemperatur zu berühren.

Es gibt berührungslos auslösbare Wasserhähne, bei denen aber die Einstellung der Wassertemperatur nur durch Berühren und Verschwenken eines Hebels möglich ist. Das ist inkonsequent, denn dieser Wählhebel für die Temperatur kann wiederum eine Infektionsquelle sein.

Deshalb schlägt die Erfindung vor, dass bei Sanitäranwendungen die erfindungsgemäße Steuerungselektronik zur Temperatursteuerung die Signale eines zweiten Sensors auswertet, der einen außerhalb der Verbrauchsstelle gelegenen Raum erfasst. An einen bestimmten Ort innerhalb dieses Raumes wird ein Körperteil oder ein Gegenstand eingebracht, woraufhin die erfindungsgemäße Steuerungselektronik den Temperatursollwert verändert. Das Einbringen des Körperteiles in einen ersten Randbereich kann zB die Temperatur erhöhen und das Einbringen des Körperteils in einen zweiten Randbereich die Temperatur absenken.

Die Bedienung eines solchen berührungslosen Temperaturstellers wird sehr erleichtert, wenn eine optische oder akustische Anzeige den eingestellten Temperatursollwert jeweils quittiert. Eine sehr einfache Anzeige ist eine Reihe von Leuchtdioden, die über den Einstellraum hinweg verteilt ist. Wenn die höchste Temperatur aktiviert ist, leuchtet zB an einer Grenze des Einstellraumes eine rote Leuchtdiode auf. Wenn hingegen die niedrigste Temperatur vorgewählt ist, leuchtet eine blaue Leuchtdiode am gegenüberliegenden Rand des Einstellraumes auf. Das Aufleuchten der Leuchtdioden kann das Signal dafür sein, dass die Temperaturverstellung aktiviert worden ist. Nach einer gewissen Zeit erlischt diese Anzeige selbsttätig und meldet damit die Betriebsbereitschaft, eine neue Temperaturverstellung ausführen zu können.

Es entspricht den üblichen Konventionen, wenn eine solche Temperaturverstellung parallel zu der Vorderseite der Person ausgerichtet ist, die die Zapfstelle nutzt. Dann ist es empfehlenswert die Aktivierung der höchsten Temperatur links anzuordnen und die Aktivierung der niedrigsten Temperatur nur auf der rechten Seite zu ermöglichen.

Bei einer Alternative kann nur eine Schaltfunktion für„Temperatur erhöhen" und eine weitere Schaltfunktion für„Temperatur erniedrigen" vorhanden sein.

Denkbar ist aber auch, dass mehrere Schaltfunktionen über den „Schaltraum" hinweg verteilt sind, so dass eine bestimmte Temperatur durch Einbringen eines Körperteiles oder eines Gegenstandes in diesen Raum als Sollwert aktiviert werden können.

Die vorgenannte Temperaturregelung wird in den meisten Fällen dadurch erfolgen, dass zwei Flüssigkeiten mit jeweils voneinander verschiedenen Temperaturen gemischt werden. Dazu benötigt die erfindungsgemäße Strömungsregelung eine Ansteuerung für zwei voneinander getrennte Absperrventile.

Dabei ist eine weitere interessante Ausführungsvariante, dass die Veränderung des Sollwertes für die Temperatur auch ohne eine Strömung der Flüssigkeit möglich ist. Diese Variante entspricht insoweit den weithin bekannten„Einhebelmischern", als dass die Winkelstellung des steuernden Hebels auf eine Reihe von Leuchtdioden oder eine digitale Anzeige des Temperatursollwertes übertragen wird.

Eine weitere Steigerung des Komforts einer solchen Strömungsregelung ist die Auswertung von einem ersten Temperatursensor, der die Temperatur der zugeführten heißen Flüssigkeit erfasst und die Auswertung eines zweiten Temperatursensors, der die Temperatur der Mischung erfasst. Mit diesem zweiten Sensor wird die Steuerungselektronik in die Lage versetzt, selbsttätig die vorgewählte Temperatur nachzuregeln.

Eine weitere Steigerung des Komforts sowie eine nennenswerte Wasserersparnis wird mit der bedarfsweisen Aktivierung einer Zirkulationsleitung erreicht: Wenn die Zuführungsleitung für das warme Wasser so lang ist, dass es zwischen der Wärmequelle und der Verbrauchsquelle deutlich abkühlt, kann die erfindungsgemäße Strömungsregelung einen gewünschten Temperatursollwert dann nicht mehr einstellen, wenn die direkt hinter dem Absperrventil für das heiße Wasser befindliche Flüssigkeit unter den gewünschten Sollwert abgekühlt ist.

Eine wassersparende Zusatzfunktion ist eine sog.„Zirkulationsleitung", die nur dann aktiviert wird, wenn sich hinter dem Absperrventil das ursprünglich ausreichend erhitzte Wasser wieder abgekühlt hat. Wenn ein Startbefehl für das Zapfen von Wasser mit einem bestimmten Temperatursollwert gegeben wird, der höher ist als die Temperatur des aktuell am Absperrventil anstehenden Wassers, dann schaltet die erfindungsgemäße Steuerungselektronik die Zuführungsleitung zunächst einmal nicht auf die Zapfstelle. Bei einer Betätigung des erfindungsgemäßen Wasserhahnes in dieser Ausführungsform fließt also im ersten Moment kein Wasser heraus. Stattdessen wird die Zuführungsleitung durch ein elektrisch schaltbares Umschaltventil mit einer abführenden Zirkulationsleitung verbunden. Diese Zirkulationsleitung bringt das einstmals heiße, mittlerweile jedoch abgekühlte Wasser solange zur Heizung zurück, bis wieder Wasser mit ausreichend hoher Temperatur in der Zuführungsleitung ankommt. Erst dann wird von der Steuerelektronik das Umschaltventil für die Zirkulationsleitung zurückgeschaltet und das Ab- Sperrventil für den Auslass freigegeben. Erst jetzt fließt Wasser zur

Verbrauchsstelle, aber mit genau der gewünschten Temperatur.

Für die Absperrventile eines erfindungsgemäßen Strömungsreglers sind verschiedene Bauarten denkbar. In der einfachsten Ausführungsform weist das Absperrventil nur die beiden Positionen„offen" und„geschlossen" auf. Sobald elektrische Energie zugeführt wird, öffnet sich das Absperrventil. Wenn keine elektrische Spannung mehr anliegt, wird es von der Kraft einer Feder wieder geschlossen. Dadurch ist sichergestellt, dass es auch bei Ausfall der Energie keinesfalls versehentlich geöffnet wird. Nachteilig ist jedoch, dass für das Aufhalten des Ventils kontinuierlich Energie verbraucht wird.

Deshalb schlägt die Erfindung alternativ Absperrventile vor, die nur einen Stromimpuls benötigen, um in eine bestimmte Position verstellt zu werden. Ohne Energiezufuhr verbleiben sie in dieser Stellung. Ein nicht erwünschtes, zu langes Öffnen des Ventils bei Ausfall der elektrischen Energieversorgung kann dadurch vermieden werden, dass der Ladezustand des Energiespeichers überwacht wird und bei Absinken unter einen Mindestwert die Absperrventile mit dem„letzten Rest" der Energie noch geschlossen werden. Die meisten Arten von Turbinenrädern sind auf einen bestimmten Wasserdruck bei einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit optimiert. Wenn dieser Arbeitspunkt deutlich unterschritten wird, zB durch eine Halbierung der Strömungsmenge, dann wird die vom Tur- binenrad erzeugte Energiemenge nicht nur halbiert, sondern sinkt in weit stärkerem Maße ab. Das kann soweit führen, dass bei der Entnahme von kleinen Wassermengen in langsamer Geschwindigkeit das Turbinenrad keine ausreichende Energiemenge mehr erzeugen kann, um die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Strömungs- reglers aufrecht zu erhalten.

Für diese Fälle schlägt die Erfindung als eine Variante vor, dass ein Zwischenbehälter vorhanden ist, in den die Flüssigkeit stets mit Nenndruck und Nenngeschwindigkeit einströmt. Dazu muss der Zu- gang zum Zwischenbehälter über ein Absperrventil gesteuert werden, dass nur die Stellungen„offen" und„geschlossen" aufweist. Aus dem Zwischenbehälter heraus kann die Flüssigkeit durch ein zweites Absperrventil mit verschiedenen Stellungen auch in seiner sehr viel geringeren Strömungsgeschwindigkeit herausgelassen werden. Da- durch wird erreicht, dass das Turbinenrad stets in seinem Nennbereich arbeitet und deshalb optimalen Wirkungsgrad erreicht. Wenn der Zwischenbehälter gefüllt ist, muss sich das erste Absperrventil schliessen und erst dann wieder öffnen, wenn der Zwischenbehälter fast geleert ist.

Da der erfindungsgemäße Strömungsregler prinzipiell seine gesamte Energiezufuhr nur aus der strömenden Flüssigkeit bezieht, kann es bei der wiederholten Entnahme von sehr geringen Flüssigkeitsmengen dazu kommen, dass der Energieinhalt des Energiespeichers un- ter eine kritische Mindestgrenze absinkt. Deshalb schlägt die Erfindung als eine vorteilhafte Variante vor, dass die Spannung des Energiespeichers laufend durch die Steuerungselektronik überwacht wird. Bei einem Absinken der Spannung des Energiespeichers unter einen bestimmten Mindestwert öffnet die Steuerungselektronik das Absperrventil selbsttätig und hält es solange offen, bis der Elektrogenerator die Spannung des Energiespeichers wieder auf einen bestimmten Mindestwert oder um einen bestimmten Betrag erhöht hat.

Diese Funktionalität setzt natürlich voraus, dass die Entnahme einer Flüssigkeitsmenge ohne Risiko und zu relativ geringen Kosten möglich ist. Bei einem Handwaschbecken wäre das vom Prinzip her denkbar. Sinnvollerweise sollte die Steuerungselektronik jedoch durch ein Signal, wie zB eine Leuchtdiode oder eine akustische Meldung darauf aufmerksam machen, dass sie in Kürze den Wasserhahn öffnen wird.

Wie erwähnt, kann eine erfindungsgemäße Strömungsregelung auch für die Spülung einer Toilette eingesetzt werden. Dann ist der erste Sensor der Steuerelektronik ein Kontakt an der Abdeckung einer Toilette. Das Turbinenrad ist in die Flüssigkeitszuführung des Spülkastens eingebaut. Das Absperrventil ist in der Auslassleitung der Flüssigkeit aus dem Spülkasten angeordnet. Wenn bei der Benutzung der Toilette deren Deckel geöffnet und dann wieder verschlossen wird, so ist das Schliessen der Abdeckung für das Absperrventil der Befehl sich für eine bestimmte Zeit oder bis zum Durchfließen einer bestimmten Flüssigkeitsmenge zu öffnen. Die Zeitdauer oder die Menge sollte also programmierbar sein. Eine weitere Verfeinerung dieser Anwendung passt die Menge des zur Spülung eingesetzten Wasser selbsttätig der Entsorgungsaufgabe an. Dazu könnte ein weiterer Sensor dienen, der das Gewicht der in der Toilettenschüssel liegenden Masse erfasst. Als Sensor könnte in der Mulde der Toilette ein flexibler Kunststoffballon eingesetzt werden, der durch ein auf ihm lastendes Gewicht über eine Pneumatikleitung einen Sensor aussteuert. Mit zunehmender Aussteuerung dieses Sensors und damit zunehmendem Gewicht der Masse wird auch die Menge der aus dem Spülkasten zur Spülung ausgelasse- nen Flüssigkeit erhöht.

Eine ganz andere Anwendung eines erfindungsgemäßen Strömungsreglers ist ein Heizkörper. Das ist im Prinzip ein meist metallener Hohlkörper, der von erhitzter Flüssigkeit durchströmt wird. Dabei gibt die durchströmende Flüssigkeitsmenge die in ihr gespeicherte Wärme durch die Wände des Heizkörpers hindurch an den zu heizenden Raum ab.

Dabei ist ein erfindungsgemäßer Strömungsregler als Temperaturregler anwendbar. Ein Temperatursensor muss die Temperatur des zu beheizenden Raumes erfassen. Unterhalb einer an der Steuerungselektronik einstellbaren Mindesttemperatur wird das elektrische Absperrventil geöffnet, so dass erhitzte Flüssigkeit durch den Heizkörper strömt und die Umgebung erwärmt. Sobald der Temperatursensor erfasst, dass die Raumtemperatur auf einen zweiten, an der Steuerungselektronik einstellbaren Höchstwert angestiegen ist, schließt die Steuerelektronik das Absperrventil wieder.

Sinnvollerweise sollte der von aussen einstellbare Temperatursoll- wert zwischen diesen beiden Extrema liegen. Der durch den Abstand der Mindesttemperatur und der Höchsttemperatur bestimmte Schalt- hub ist in der Regel nur bei der Inbetriebnahme des Strömungsreglers zu wählen, nicht aber während des laufenden Betriebes zu justieren. Eine weitere, sinnvolle Zusatzfunktion einer Heizungsregelung ist die

Möglichkeit einer pauschalen Absenkung des Temperatursollwertes für bestimmte Tageszeiten, zB die sog. Nachtabsenkung - oder für bestimmte Wochentage, also für vorhersehbar arbeitsfreie Tage in Büroräumen. Wenn die Öffnung von Fenster oder Türen zB durch einen Kontakt erfassbar ist, den die Steuerelektronik des erfindungsgemäßen Strömungsreglers kontinuierlich auswertet, so kann ein Wärmeverlust während des Lüftens durch Abschalten der Heizung reduziert werden.

Ein anderer, sehr interessanter Anwendungsbereich eines erfindungsgemäßen Strömungsreglers ist die Kontrolle der Bewässerung wenigstens einer Pflanze im Erdreich oder in einem anderen Substrat. Dazu muss der erste Sensor des Strömungsreglers ein Feuchtigkeitssensor sein und die Flüssigkeit zum Bewässern der Pflanze geeignet sein, also unter Umständen mit den geeigneten Nährstoffen und Düngern versehen werden.

Der Feuchtigkeitssensor misst laufend die Feuchtigkeit im Erdreich oder im Substrat. Beim Unterschreiten eines vorgewählten Mindestwertes öffnet der Strömungsregler das Absperrventil. Wenn der Feuchtigkeitssensor ausreichend schnell reagiert, kann er bei Erreichen eines Höchstwertes für die Feuchtigkeit selber die Flüssigkeitszufuhr wieder beenden.

Falls jedoch die Zeitverzögerung zwischen dem Aufbringen der Flüssigkeit auf dem Erdreich und der Erfassung durch den Flüssigkeits- sensor sehr groß ist, sollte die Steuerungselektronik eine bestimmte, bei der Inbetriebnahme vorgewählte Menge an Flüssigkeit ausstoßen.

Danach sollte eine Pause für die Auswertung des Flüssigkeitssensors in den Zyklus eingeschoben werden, die wenigstens der mittleren Eindringzeit der Flüssigkeit bis zum Flüssigkeitssensor entspricht.

Eine andere, sehr interessante Anwendung eines erfindungsgemäßen Strömungsreglers ist die automatische Befüllung eines beliebigen Gefäßes, das mit einer Flüssigkeit befüllt werden soll. Für diese Ausführungsvariante schlägt die Erfindung vor, dass am Ende der Zuführungsleitung ein U-förmiges Endstück angeordnet wird, das auf den Rand des Gefäßes aufgesetzt werden kann. Der erste Sensor ist an diesem U-förmigen Endstück so angeordnet, dass er durch das Aufsetzen des Endstückes auf den Rand des Gefäßes aktiviert wird. Daraufhin öffnet die Steuerungselektronik das Absperrventil, so dass die Zufuhr von Flüssigkeit einsetzt.

Zum rechtzeitigen Schließen des Absperrventils muss an dem vorgenannten Endstück ein zweiter Sensor angebracht werden, der er- fasst, dass der Spiegel der Flüssigkeit einen bestimmten Abstand zum Rand des Gefäßes erreicht hat. Wenn der zweite Sensor diese Meldung an die Steuerungselektronik weiterreicht, schaltet diese das Absperrventil wieder zu.

Dieser zweite Sensor kann zB ein Ultraschallsensor sein. Eine andere, recht einfache Ausführungsform sind zwei Elektroden, die die Leitfähigkeit der Flüssigkeit erfassen. Eine andere Variante ist eine Gabellichtschranke. Auch bei klaren Flüssigkeiten bilden sich Strudel und Luftblasen an der Oberfläche, die von dieser Gabellichtschranke erfasst werden können.

Als Ausführungsvariante können an den Energiespeicher oder an die Steuerungselektronik weitere elektrische Verbraucher angeschlossen werden, wie zB Beleuchtungskörper und/oder Heizungen und/oder andere Elektrogeräte. Es ist selbstverständlich, dass die Dimensionierung des Elektrogenerators und der zu seinem Betrieb erforderliche Flüssigkeitsdruck und die erforderliche Flüssigkeitsmenge an die Verbraucher angepasst sein muss.

Bei einer weiteren, sehr vorteilhaften Anwendung eines erfindungsgemäßen Strömungsreglers sind das Turbinenrad und das Absperrventil in der Ausström leitung eines zentralen Wasserspeichers eines Bewässerungssystems angeordnet. Das Turbinenrad und der Elektrogenerator sind so groß dimensioniert, dass neben dem Absperrventil noch weitere elektrische Verbraucher betrieben werden können, wie zB Beleuchtungskörper oder Heizungen für zu bewässernde Pflanzen.

Wenn der zentrale Wasserspeicher tagsüber entleert wird, so kann er nächtens mit kostengünstigem Nachstrom wieder aufgefüllt werden. Da der Wasserspeicher geometrisch höher als die zu bewässernden Flächen angeordnet ist, steht darin gespeicherte Energie bereit, die mit relativ kostengünstigem Nachtstrom erzeugt worden ist. Diese Energie kann zu beliebigen Tageszeiten abgerufen werden, auch zu den Tagesstunden, während derer die elektrische Energie aus dem Netz ansonsten erheblich teurer ist.

Immer wenn bewässert wird, wird damit auch der Elektrogenerator aktiviert und erzeugt elektrische Energie. Diese Energie kann zB für das Beheizen und das Beleuchten von Pflanzen in Gewächshäusern genutzt werden. Und das auch an Tagen im Frühjahr oder Herbst, wenn das Wetter noch sehr trübe ist und/oder die Außentemperatur noch recht niedrig ist.

Besonders vorteilhaft ist diese Konfiguration, wenn zusätzlich zum erfindungsgemäßen Strömungsregler auch noch die Bewässerung von einer Verteilung des Wassers durch Verspritzen oder Versprühen mit hohem Druck auf eine tröpfchenweise Zufuhr des Wassers mit direkten Leitungen zu den Pflanzen umgestellt wird.

Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Strömungsreglers ist, dass dann nämlich auch der Anteil der im zentralen Wasserspeicher gespeicherten mechanischen Energie, der zuvor für das Versprühen des Wassers„verschwendet" worden ist, stattdessen in anderweitig nochmals nutzbare elektrische Energie umgewandelt werden kann. Dadurch wird eine zusätzliche Beleuchtung oder Beheizung der Pflanzen möglich, die im Vergleich zu der vorherigen Konfiguration keinen wesentlichen Mehraufwand an Betriebskosten verursacht.

Im Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert werden. Dieses soll die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern nur erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung:

Figur 1 Querschnitt durch einen Strömungsregler in einem

Wasserhahn an einem Waschbecken In Figur 1 ist ein„Wasserhahn" am Rande eines Waschbeckens im Querschnitt wiedergegeben. Im rechten Teil ist das säulenartige Gehäuse des Wasserhahns zu erkennen, in das die Zuführungsleitung 1 integriert ist. Zu erkennen ist, wie diese Zuführungsleitung 1 nach unten hin mit einer Versorgung mit der Flüssigkeit 2 verbunden ist. Figur 1 zeigt sehr anschaulich, wie in der Zuführungsleitung 1 die Flüssigkeit 2 bis zum Absperrventil 6 aufsteigt. In der hier dargestellten Ausführungsform ist es eine Dichtungsscheibe, die von einem harten Teller auf eine Öffnung im Wasserhahn gedrückt wird. Zur elektrischen Betätigung des Absperrventiles 6 dient eine Ansteue- rung 61 , die in Figur nicht näher dargestellt ist.

In Figur 1 ist gut zu sehen, dass die Dichtungsplatte des Absperrventils 6 nach oben angehoben werden muss, um den Durchlass für die Flüssigkeit 2 freizugeben. Von da aus strömt sie dann weiter durch den etwa waagerechten Ausleger bis zum Auslass des dargestellten Wasserhahns.

In der gezeichneten Ausführungsform ist dort ein Elektrogenerator 4 auf dem Turbinenrad 3 aufgebaut, dessen wesentliche Bauteile die Permanentmagneten 41 auf dem rotierenden Teil des Elektrogenerators 4 und die Spulen 42 im stehenden Teil des Elektrogenerators 4 sind. Im Schnittbild der Figur 1 ist gut zu sehen, dass die Permanentmagneten 41 auf einer Hülse aufgebracht sind, die in ihrem Inneren das Turbinenrad 3 beherbergt. Da der vordere Teil der zylindrischen Hülse zeichnerisch abgenommen ist, werden dahinter die Verbindungsflächen der vier nach vorne auf den Betrachter zu weisenden Schau- fein 31 des Turbinenrades deutlich sichtbar. Diese Schaufeln 31 tra- gen einen stromlinienförmigen Verdrängungskörper in der Mitte des Turbinenrades.

Dieser stromlinienförmige Körper dient nur der Abdrängung des Flüssigkeitsstromes auf den äußeren Bereich der Leitschaufeln, wo der Hebelarm in Bezug auf die Drehachse ausreichend lang ist, um ein Drehmoment zu erzeugen. Abweichend von üblichen Wasserturbinen sind die Lager dieses Turbinenrades jedoch außen auf der Hülse angeordnet, die das Turbinenrad enthält. Die Erfindung schlägt für diesen Anwendungsfall Gleitlager vor, da sie vom Flüssigkeitsstrom umgeben sind.

In der gezeichneten Ausführungsform sind zwei ringförmige Gleitlager vorgesehen, die im Schnittbild der Figur 1 als kreuzschraffierte Rechtecke erkennbar sind. Diese Gleitlager sind sowohl das Lager für den Elektrogenerator 4 auf der Außenseite als auch für das Turbinenrad 3 auf der Innenseite der beiden Gleitlager.

In Figur 1 ist gut zu erkennen, wie von der Spule 42 das Anschluss- kabel 43 in einem Hohlraum durch den etwa horizontalen Teil des

Wasserhahns in dessen turmartigen, senkrechten Teil geführt wird.

Dort ist in einem Hohlraum die Steuerungselektronik 7 eingebaut, die in Figur 1 als eine Elektronikplatine erkennbar ist, die zeichnerisch quergeschnitten ist. Mit dieser Elektronikplatine 7 sind auch die beiden Sensoren 81 verdrahtet. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel besteht der erste Sensor 81 aus zwei Teilen, nämlich einem Sender und einem Empfänger: Wenn die vom Sender ausgestrahlten Impulse oder Strahlen von einem Körper unterhalb des Auslasses der Flüssigkeit 2 reflektiert werden, kann dieses Signal vom zweiten Teil des ersten Sensors 81 empfangen werden woraufhin die Steue- rungselektronik 7 die Ansteuerung 61 des Absperrventils 6 freigibt. In Figur 1 ist das Kabel 62 zur elektrischen Verbindung mit der Ansteuerung 61 oben auf dem Wasserhahn deutlich zu erkennen.

In Figur 1 ist im Hohlraum des vertikalen Teiles vom Wasserhahn der Energiespeicher 9 eingebaut, dessen beide Pole mit der Steuerungselektronik 7 verbunden sind, so dass von dort aus die Ladung und die Entladung des Energiespeichers 9 überwacht werden kann.

In Figur 1 wird eine integrierte Baugruppe erkennbar, bestehend aus dem Turbinenrad 3 in der Hülse mit den darauf außen aufgesetzten Gleitlagern und den ebenfalls außen auf der Außenseite der Hülse um das Turbinenrad aufgesetzten Permanentmagneten 41 sowie den Spulen 42 als stehender Teil des Elektrogenerators 4.

In Figur 1 ist gut erkennbar, wie die das äußere Gehäuse des Kopfes vom Wasserhahn, das auch die Halterung der Spulen 42 ist, mit einem Schraubgewinde in den horizontalen Ausleger des Wasserhahns eingeschraubt ist. Auch die schrittweise Reihenfolge der Montage ist in Figur 1 gut nachvollziehbar: Sie beginnt mit dem äußeren Gehäuse, dann folgt das obere Gleitlager der Spulen, dann die Hülse mitsamt dem innerem Turbinenrad, dem außen befestigten Permanentmagneten und den darauf aufliegenden Spulen sowie daran anschließend das untere Gleitlager und schlussendlich der untere Abschlussring, der die Spulenkörper im äußeren Gehäuse fixiert und auch das Auflager für das untere Gleitlager ist.

Zusammen mit dem umgebenden Gehäuse entsteht so eine Baugruppe, die auch in ganz anderen Anwendungen genutzt werden kann. Auch die Elektronikplatine ist in andere Baugruppen anwendbar. Nur der Eingang für die jeweils verwendeten Sensoren ist auf die Besonderheiten jedes Anwendungsfalles abzustimmen, wofür auf der Elektronikplatine abrufbare Software und wählbare Hardware vorhanden ist.

Bezugszeichenliste

1 Zuführungsleitung für die Flüssigkeit 2

2 Flüssigkeit, treibt auf dem Weg zur Verbrauchsstelle 5

das Turbinenrad 3

3 Turbinenrad, angetrieben von Flüssigkeit 2, treibt Elektrogenerator 4

31 Schaufeln des Turbinenrades 3

32 Lager des Turbinenrades 3

4 Elektrogenerator, lädt Energiespeicher 9 auf

41 Permanentmagneten, auf dem rotierenden Teil des Elektrogenerators 4

42 Spulen, im stehenden Teil des Elektrogenerators 4

43 Anschlusskabel der Spulen 42

5 Verbrauchsstelle 5 für die Flüssigkeit 2

6 Absperrventil, regelt den Strom der Flüssigkeit 2

61 Ansteuerung des Absperrventils 6

62 Kabel zur Ansteuerung 61

7 Steuerungselektronik, steuert Absperrventil 6

81 erster Sensor, von Steuerungselektronik 7 ausgewertet

82 zweiter Sensor, von Steuerungselektronik 7 ausgewertet

9 Energiespeicher, von Elektrogenerator 4 aufladbar