DE20114550U1

DE20114550U1 - Flüssigkeitsstandsanzeige in Pflanzenbehältern

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Publication number: DE20114550U1
Application number: DE20114550U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2001-11-15
Anticipated expiration: 2011-09-05

Description

Patentanmeldung

Unser Zeichen: VH 0501 P

FLÜSSIGKEITSSTANDSANZEIGE IN PFLANZENBEHÄLTERN

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige des Flüssigkeitsstandes bzw. des Feuchtigkeitszustandes in Pflanzenbehältern.

Herkömmliche Flüssigkeitsstandsanzeiger in Pflanzenbehältern (Wasserstandsanzeiger) nach dem Stand der Technik funktionieren auf mechanische Weise. In einem Wasserstandsanzeiger wird in der Regel ein Schwimmkörper in einer Messkammer entsprechend dem Flüssigkeitspegel in dem Pflanzenbehälter angehoben. Ein durch den Schwimmkörper bewegter Anzeigestab zeigt dann in einer Sichtröhre die Flüssigkeitshöhe auf einer Skala an.

Bestehende Schutzrechte befassen sich im Detail mit verschiedenen Aspekten der Gehäuseform, mit dem Schwimmkörper oder mit der Mechanik der Anzeige. Als Beispiele sei auf die Schriften verwiesen:

DE 29900981 LH Wasserstandsanzeiger für Hydrokulturgefäße DE 19617031 C1 Wasserstandsanzeiger für Pflanzsubstrat DE 9103791 U1 Tank mit Wasserstandsanzeiger
DE 8624061 LH Wasserstandsanzeiger für Hydrokulturgefäße

DE 299 19 192 U1 Wasserstandsanzeiger für Hydrokulturgefäße, wird eine Leuchtdiode zur Anzeige eingesetzt. Das Messprinzip beruht aber immer noch auf einer schwimmenden Kugel.

Ein Nachteil der bekannten mechanischen Wasserstandsanzeiger ist, dass Pflanzenbewuchs oder Bestandteile der Behälterfüllung in die Messkammer eindringen können und die freie Beweglichkeit des Schwimmkörpers und damit die Funktion der Vorrichtung beeinträchtigen.

Aufgabe der Erfindung ist, einen Flüssigkeitsstandsanzeiger für Pflanzenbehälter unter Vermeidung eines mechanischen Messprinzips mit seiner Empfindlichkeit gegen Ablagerungen innerhalb der Messkammer bereitzustellen.

Flüssigkeitsstandsanzeiger für andere Anwendungen, insbesondere für Tankfüllungen, die mit elektrischen oder elektronischen Methoden funktionieren, sind in der Literatur zahlreich beschrieben. Aufgrund der vielfältigen Möglichkeiten der Elektrotechnik kommen sehr verschiedenartige Messmethoden in Anwendung. Beispiele sind in den folgenden Schriften und den darin genannten Referenzschriften angeführt:

DE 3148383 C3 Vorrichtung zur Messung der Flüssigkeitsfüllmenge in einem Behälter;

Messung mittels einer Reihe von mehreren temperaturabhängigen Kaltleiterwiderständen,

DE 3308074 C2 Niveaustandsmesseinrichtung für Flüssigkeiten; Messung über Widerstandselemente, die in Brückenschaltung angeordnet sind;

DE 4027692 C2 Vorrichtung zur Flüssigkeitspegelerfassung; Messung mittels Konstantstromquelle und Pegelerfassungswiderstand;

HF Of· i 1 i* ^|::;

DE 19849706 A1 Füllstand-Messsystem mit digitaler Signalausgabe; Messung über mehrere Sensoren, deren Zustandssignale zeitversetzt erfasst werden.

Die elektronischen Verfahren zur Anzeige eines Flüssigkeitspegels nach dem Stand der Technik weisen bedeutende Nachteile auf im Hinblick auf die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung: Sie beanspruchen mit ihren Bauteilen zuviel Volumen oder/ und sie erfordern einen hohen Strombedarf für ihren Betrieb.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Flüssigkeitsstandsanzeiger in Pflanzenbehältern bereit, der mit elektronischen Mitteln den Flüssigkeitsstand bzw. den Feuchtigkeitszustand in dem Behälter registriert und anzeigt.

Die Elektronik des vorliegenden Flüssigkeitsstandsanzeigers wird in miniaturisierter Bauweise ausgeführt und kann beispielsweise im Gehäuse eines handelsüblichen Wasserstandsanzeigers für Blumentöpfe eingebaut werden. Die elektronische Schaltung ist durch Verwendung entsprechend geeigneter Operationsverstärker und ICs sowie durch eine besonders kompakte Schaltungsversion für einen so geringen Strombedarf ausgelegt, dass die Stromversorgung allein durch Solarzellen mit einer Gesamtfläche von einigen Quadratzentimetern bereitgestellt werden kann. Es entfallen daher die Kosten, der Wartungsaufwand und die Umweltbelastung durch Batterien.

In Ausführungsformen mit erweitertem Funktionsumfang und etwas höherem Strombedarf kann optional zur Unterstützung der Solarzellen eine wiederaufladbare Miniaturbatterie (Knopfzelle) vorgesehen werden. Auch dann entfallen Folgekosten und Wartungsaufwand für die Batterie.

Mit einer miniaturisierten und extrem stromsparenden Elektronik und der dadurch möglichen autarken Stromversorgung durch Solarzellen wird das gewünschte Ziel eines kompakten und robusten Flüssigkeitsstandsanzeigers erreicht.

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Die vorliegende Erfindung vermeidet den Nachteil der mechanischen Empfindlichkeit herkömmlicher Wasserstandsanzeiger und bietet darüber hinaus weitere Vorteile, die im folgenden aufgeführt werden.

Erfindungsgemäß übermittelt der Flüssigkeitsstandsanzeiger den jeweiligen Zustand mittels optischer oder akustischer Signale. Hierin liegt ein entscheidender Vorteil gegenüber der 'passiven' visuellen Anzeige eines herkömmlichen Wasserstandsanzeigers, bei dem die Stellung eines beweglichen Stabes gefunden und abgelesen werden muss. In der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise der Zustand: &ldquor;Keine Flüssigkeit/Feuchtigkeit vorhanden" aktiv durch eine blinkende Leuchtdiode oder durch ein akustisches Signal angezeigt. Ein Signal dieser Art bietet ein Aktivierungspotential, das im herkömmlichen Wasserstandsanzeiger prinzipiell nicht gegeben ist.

Die Anzeige erfolgt auf optischem Wege mittels einfarbiger oder mehrfarbiger Leuchtdioden oder über Flüssigkristallelemente (LCD). Eine LCD kann in geeigneter Weise mit alphanumerischen Zeichen versehen werden. Ebenfalls werden Tonsignale zur Anzeige verwendet. Die optischen oder akustischen Signale sind kontinuierlich oder impulsweise aktiviert. Bei impulsweisem Betrieb ergibt sich zum einen der Vorteil geringeren Stromverbrauchs und zum anderen der einer besseren Signalwirkung.

Der Flüssigkeitsstandsanzeiger besteht in seinem unteren Teil aus einer dünnen Röhre, die in das Füllmaterial des Pflanzenbehälters eingesetzt wird. Diese Röhre dient zur Aufnahme der Kontaktflächen des einen oder der mehreren Kontaktfühler mit den Verbindungsdrähten zur elektronischen Schaltung sowie optional einer Führungsstange mit einem verschiebbaren Kontaktfühler.

Der wesentliche Kontaktfühler befindet sich am unteren Ende der Röhre, und daher am Boden des Pflanzenbehälters im unteren Wurzelbereich der Pflanze. Er dient insbesondere der Registrierung des Zustandes:

&ldquor;Keine Flüssigkeit/Feuchtigkeit vorhanden" bzw. &ldquor;Behälter trocken".

In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Anzeige des Zustandes:

&ldquor;Keine Flüssigkeit/Feuchtigkeit vorhanden" bzw. &ldquor;Behälter trocken", erst nach einer bestimmten Wartezeit aktiviert.

Damit wird eine für die Pflanze günstige Trockenzeit von beispielsweise drei Tagen eingerichtet. Erst nach Ablauf dieser Wartezeit schaltet sich das Signal der Anzeige ein und weist darauf hin, dass die Flüssigkeit im Behälter nachzufüllen ist.

Ein weiterer Kontaktfühler kann an der Position der Röhre vorgesehen werden, die dem maximalen Flüssigkeitsstand entspricht.

Ebenso können mehrere Kontaktfühler an verschiedenen Positionen im Bereich zwischen minimalem und maximalem vorgesehenen Flüssigkeitsstand vorgesehen werden. Auf diese Weise können unterschiedliche Füllstandshöhen beispielsweise in einer Balkenanzeige signalisiert werden.

Der Kontaktfühler am Boden des Pflanzenbehälters besteht aus zwei Kontaktflächen. Alle weiteren Kontaktfühler, soweit vorhanden, werden nur noch aus einer einzelnen Kontaktfläche oder Kontaktspitze gebildet, da sie sich auf eine Kontaktfläche des Bodenfühlers als elektrischem Bezugspunkt beziehen.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung des Flüssigkeitsstandsanzeigers besteht darin, einen in der Höhe verschiebbaren Kontaktfühler vorzusehen. Vorteilhaft befindet sich dieser Fühler am unteren Ende einer Führungsstange innerhalb der Röhre. Diese Stange kann über eine Verlängerung, die im oberen Bauteil seitlich oder oben herausragt, von Hand bewegt werden. Dabei kann an einer geeigneten Skala auf der Verlängerung oder auf dem Gehäuse die jeweilige Höhe des Fühlers und in Verbindung mit dem ausgelösten Anzeigesignal des Fühlers der aktuelle Flüssigkeitsstand abgelesen werden. Am günstigsten kann der aktuelle Flüssigkeitspegel ermittelt werden, indem der bewegliche Sensor von Hand aus der höchsten Position nach unten verschoben wird, bis der Sensor die Flüssigkeit berührt. Damit schaltet der Kontakt um in den leitenden Zustand und aktiviert die entsprechende Anzeige.

Ebenso kann der bewegliche Sensor während des Nachfüllens von Flüssigkeit als Haltesignal bei Erreichen des maximalen Flüssigkeitsstandes dienen. Er muss dazu nur zuvor in die oberste Position verschoben werden.

Dies ist eine besonders vorteilhafte Funktion im Falle eines Dienstleisters, der mit Wartung und Pflege von Pflanzen beispielsweise in Büroräumen beauftragt ist. Das Wartungspersonal kann das einzelne Gefäß schneller und einfacher begießen, wenn dabei nur auf ein akustisches Signal geachtet werden muss, dass bei erreichtem maximalen Flüssigkeitsstand ausgelöst wird.

In einer vorteilhaften Ausführung ist der Flüssigkeitsstandsanzeiger insgesamt als Einbauteil ausgeführt. Das Einbauteil kann in einen vorhandenen handelsüblichen Wasserstandsanzeiger eingepasst sein. Auf diese Weise kann ein vorgegebenes handelsübliches Gehäuse eines Wasserstandsanzeigers, unter Weglassen seiner inneren mechanischen Funktionsteile, verwendet werden, um das Einbauteil aufzunehmen. So entsteht auf kostensparende Weise ein elektronischer Flüssigkeitsstandsanzeiger unter Ausnutzung von herkömmlichen Gehäuseteilen.

In einer erweiterten Ausführungsform ist der Flüssigkeitsstandsanzeiger mit einem integrierter Sender versehen und kann die Messergebnisse per Funk an eine getrennte Empfangseinheit übermitteln.

Im kommerziellen Einsatz des Flüssigkeitsstandsanzeigers durch einen Wartungsund Pflegedienst für Pflanzen eröffnet sich dadurch die Möglichkeit einer Fernabfrage und -kontrolle über den Zustand der zu wartenden Pflanzen. Dieser Vorteil für eine nachfolgende Datenverarbeitung ergibt sich bei einer elektronischen Messmethode, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen im Einzelnen näher beschrieben. Die nachfolgende Beschreibung einer Ausführung der Erfindung hat beispielhaften Charakter. Die aufgeführten Merkmale sind in dieser Form nicht zwingend zur Realisierung der Erfindung notwendig.

Um die wesentlichen Funktionen besonders klar herauszustellen, beschränkt sich die dargestellte Ausführungsform eines Flüssigkeitsstandsanzeigers auf je einen Signalweg für eine aktivierte Leuchtanzeige bei nicht vorhandener Flüssigkeit/Feuchtigkeit sowie einen Signalweg für einen aktivierten Ton bei vorhandener Flüssigkeit.

Es zeigen

Fig. 1 die Vorderansicht eines Flüssigkeitsstandsanzeigers;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Elektronik;

Die Fig. 1 zeigt die Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsstandsanzeigers 1. Der Flüssigkeitsstandsanzeiger besteht in seinem unteren Bauteil aus einer Röhre, die in das Füllmaterial des Pflanzenbehälters eingesteckt wird. Das oberen Bauteil enthält die optischen und akustischen Anzeigeelemente 2 und 3 und die Solarzellen 4. Im Inneren befindet sich eine Führungsstange 5 mit einem Sensor 6 am unteren Ende. Die Führungsstange 5 ragt oben aus dem Gehäuse heraus und kann von Hand mit dem unten angebrachten Sensor 6 über den vorgesehenen Bereich zwischen niedrigstem und höchstem Flüssigkeitsstand bewegt werden.

Am unteren Ende des Flüssigkeitsstandsanzeigers 1 befinden sich die Eintrittsöffnungen für die Flüssigkeit sowie zwei Kontaktflächen für den Sensor 7, der den Zustand: &ldquor;Keine Flüssigkeit/Feuchtigkeit vorhanden" bzw. &ldquor;Behälter trocken" registriert. Optional befinden sich an weiteren darüberliegenden Positionen die Kontaktflächen der Sensoren 8 zur Registrierung höherer sowie des maximalen Flüssigkeitsstandes 9.

Vorzugsweise im oberen Gehäuseteil ist die Elektronik eingebaut und optional ein Fach zur Aufnahme einer Batterie vorgesehen.

Fig. 2 zeigt beispielhaft ein Blockschaltbild eines Flüssigkeitsstandsanzeigers in einer einfachen Ausführung mit einem Kontaktfühler A am Boden des Pflanzengefäßes und einem weiteren Kontaktfühler B. Vorzugsweise ist Kontakt B in der Höhe verschiebbar, um so einen aktuellen Flüssigkeitsstand im Pflanzengefäß ermitteln zu können.

Der Oszillator 1 erzeugt für die Messung des Übergangswiderstandes zwischen den jeweiligen Kontaktflächen eine Wechselspannung im Bereich von einigen kHz. Die Kontaktfühler werden vorteilhaft mit einer Wechselspannung beschaltet, um schädliche elektrolytische Effekte an den Kontaktflächen zu vermeiden. Der Oszillator 1 läuft kontinuierlich, um die Wechselspannung an den Kontaktflächen für einen beliebigen Zeitpunkt einer Abfrage oder einer Zustandsänderung bereitzustellen.

Die Leitfähigkeit der umgebenden Flüssigkeit bestimmt den Übergangswiderstand zwischen den Kontaktflächen.

Die beiden metallischen Kontaktflächen des Fühlers A am Boden des Pflanzengefäßes sind so ausgebildet, dass eine Berührungsfläche in der Größe von etwa 1 cm² mit dem umgebenden Füllmaterial entsteht. Dadurch wird bei vollständig abgesenktem Flüssigkeitspegel, aber noch vorhandener Feuchtigkeit des Füllmaterials eine verbleibende Leitfähigkeit zwischen den Kontaktflächen erreicht. Erst wenn diese Leitfähigkeit unterschritten wird, erhöht sich der Übergangswiderstand zwischen den Kontaktflächen über den eingestellten Schwellenwert im nachfolgenden Operationsverstärker des Elementes 2 zur Signalformung.

Der als nicht invertierender Verstärker geschaltete Operationsverstärker 2 löst bei offenem Kontakt A (das heißt: &ldquor;Keine Feuchtigkeit/Flüssigkeit vorhanden") den Impulserzeuger 4 und die Leuchtdiode mit der entsprechenden impulsförmigen Anzeige aus.

Vorzugsweise bleiben der Impulserzeuger 4 und das Leuchtelement solange eingeschaltet, bis der Kontakt A wieder geschlossen wird (das heißt, bis wieder Feuchtigkeit oder Flüssigkeit vorhanden ist).

In einer erweiterten Ausführung ist eine Zeitverzögerung 3 zwischengeschaltet, so dass der Impulserzeuger 4 erst nach Ablauf der voreingestellten Wartezeit aktiviert wird.

Der untere Signalweg über den Kontakt B funktioniert in umgekehrter Weise. Dazu ist in der Signalformung 5 dem ersten Operationsverstärker ein zweiter Operationsverstärker als Inverter nachgeschaltet.

Demzufolge löst der Kontakt B im Zustand -geschlossen- (das bedeutet in dieser Ausführungsform, sobald der bewegliche Führungsstab mit dem Kontakt 6 die Flüssigkeit berührt) über die Signalformung 5 den Impulsgeber 6 aus. Vorzugsweise erzeugt der Impulsgeber 6 nur einen einzigen Impuls von wenigen Sekunden Dauer. Während der Dauer des Impulses wird der Treiberoszillator 7 und beispielsweise ein Piezokristall-Tongeber eingeschaltet.

Ein neuer Impuls im Impulsgeber 6 wird dann ausgelöst, wenn der Kontakt B nach Öffnung erneut geschlossen wird.

Alternativ kann der Treiberoszillator 7 entfallen, wenn die Treiberspannung für den Tongeber von Oszillator 1 abgezweigt wird.

Der elektronische Schaltungsteil für den Signalweg eines Kontaktfühlers benötigt einen Ruhestrom kleiner 10 uA.

Die Stromversorgung der Schaltung enthält einen Kondensator hoher Kapazität. Das Impuls-Pausen-Verhältnis für die Anzeigeelemente ist so bemessen, dass der Kondensator in den Pausen ausreichend aufgeladen wird, um den höheren Strom während der aktiven Anzeigephase abgeben zu können.

Zur besseren Übersichtlichkeit sind in Fig. 2 die Elemente zur Stromversorgung und zur optionalen Datenübertragung nicht eingezeichnet.

Alternative Ausführungsformen können durch Zufügen von weiteren Kontaktfühlern und Anzeigeelementen erstellt werden. Mit den in Fig. 2 schematisch dargestellten elektronischen Elementen können auch insbesondere mehrere in unterschiedlicher Höhe fixierte Kontaktfühler mit einer Balkenanzeige aus einer entsprechenden Anzahl von Anzeigeelementen verbunden werden. In solcher Ausführungsform ergibt sich die aktuelle Flüssigkeitshöhe im Pflanzengefäß aus der Anzahl der eingeschalteten Anzeigeelemente.

Claims

1. Flüssigkeitsstandsanzeiger für Pflanzenbehälter, dadurch gekennzeichnet, dass mit elektronischen Methoden der Feuchtigkeitszustand bzw. der Flüssigkeitsstand im Pflanzenbehälter ermittelt und angezeigt wird.

2. Flüssigkeitsstandsanzeiger für Pflanzenbehälter, dadurch gekennzeichnet, dass optische Leuchtelemente oder akustische Tonsignale zur Anzeige verwendet werden.

3. Flüssigkeitsstandsanzeiger für Pflanzenbehälter, dadurch gekennzeichnet, dass Solarzellen allein oder im Verbund mit einer Batterie die Stromversorgung der Elektronik bereitstellen.

4. Flüssigkeitsstandsanzeiger für Pflanzenbehälter, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung für extrem niedrigen Strombedarf ausgelegt ist.

5. Flüssigkeitsstandsanzeiger nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Kontaktfühler am Boden des Pflanzenbehälters befindet.

6. Flüssigkeitsstandsanzeiger nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Kontaktfühler in der Höhe des maximalen vorgesehenen Flüssigkeitsstandes in dem Pflanzenbehälter befindet.

7. Flüssigkeitsstandsanzeiger nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich mehrere Kontaktfühler in verschiedenen Höhen zwischen dem tiefsten und dem höchsten vorgesehenen Flüssigkeitsstand in dem Pflanzenbehälter befinden.

8. Flüssigkeitsstandsanzeiger nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Flüssigkeitsstand mittels eines in der Höhe verschiebbaren Kontaktfühlers ermittelt werden kann.

9. Flüssigkeitsstandsanzeiger nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nicht vorhandene Flüssigkeit bzw. Feuchtigkeit zeitverzögert nach einer bestimmten voreingestellten Wartezeit signalisiert wird.

10. Flüssigkeitsstandsanzeiger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Messeinheit integrierter Sender über Funk einem Empfänger in digitaler oder analoger Form die Messwerte übermittelt.