DE102004002647A1

DE102004002647A1 - Haushaltsmaschine mit einem Leitfähigkeitssensor

Info

Publication number: DE102004002647A1
Application number: DE102004002647A
Authority: DE
Inventors: Elmar Ott
Original assignee: Aweco Appliance Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Aweco Appliance Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2005-08-11
Also published as: US20050174123A1

Abstract

Es wird eine Haushaltsmaschine, insbesondere Waschmaschine, Spülmaschine oder Getränkeautomat, mit einem Leitfähigkeitssensor zur Ermittlung einer Leitfähigkeit eines Fluids (1) mit wenigstens zwei Elektroden (2, 3) vorgeschlagen, wobei eine Beeinträchtigung der Messelektroden (2, 3) durch das Messfluid (1) verhindert wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass zwischen den Elektroden (2, 3) des Leitfähigkeitssensors und dem Fluid (1) ein elektrischer Isolator (4) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Haushaltsmaschine, insbesondere Waschmaschine, Spülmaschine oder Getränkeautomat, mit einem wenigstens zwei Elektroden umfassenden Leitfähigkeitssensor zur Ermittlung einer Leitfähigkeit eines Fluids nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Haushaltsmaschinen, insbesondere Spülmaschinen, Waschmaschinen oder Getränkeautomaten mit unterschiedlichsten Sensoren sind Stand der Technik. Beispielsweise umfassen Spülmaschinen mit eingebautem Wasserenthärter Sensoren zur Ermittlung des Leitwertes des Wassers.

Der Wasserenthärter bei diesen Geräten, der in der Regel aus einem Ionenaustauscher, einem Salzbehälter sowie einer Wasserdosiervorrichtung mit Luftstrecke besteht, muss zum Teil manuell oder automatisiert auf die vorhandene Rohrwasserhärte eingestellt werden. Aus der EP 901 18 538 ist eine Spülmaschine mit einer Regelung des Wasserenthärterbetriebs bekannt, bei der vor oder nach dem Enthärten Sensoren zur Messung der Wasserqualität angeordnet sind.

In der DE 197 56 114 ist weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung für sensorgeregelte Wasserenthärter offenbart. Hierbei wird die vom Beladungszustand eines Ionentauschers abhängige Leitfähigkeit als Regelparameter genutzt.

Darüber hinaus ist aus der DE 198 38 688 bei Leitwertsensoren mit in die Flüssigkeit ragenden Elektroden bekannt, dass durch den direkten Kontakt der Elektroden mit der Flüssigkeit bzw. Lauge Beeinträchtigungen der Messung bzw. der Elektroden vorkommen können. Um dies zu minimieren werden die Elektroden gemäß dieser Druckschrift aus korrosionsfestem Material ausgebildet.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung:

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Haushaltsmaschine mit einem wenigstens zwei Elektroden umfassenden Leitfähigkeitssensor vorzuschlagen, wobei eine Beeinträchtigung der Messelektroden durch das Messfluid verhindert wird.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Haushaltsmaschine der einleitend genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Haushaltsmaschine dadurch aus, dass zwischen den Elektroden des Leitfähigkeitssensors und dem Fluid ein elektrischer Isolator angeordnet ist.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass trotz von der Messflüssigkeit galvanisch getrennter Elektroden gemäß der Erfindung ein auswertbares Signal mittels der entsprechend vorteilhaft ausgebildeten kapazitiven Elektroden generierbar ist. Vorzugsweise ist die Isolation als Dielektrikum eines Kondensators ausgebildet, wobei das Fluid bzw. Messmedium einerseits und eine der Elektroden andererseits, die sich dem Dielektrikum gegenüber liegenden Kondensatorelektroden ausbilden. Hierdurch ist eine Beeinträchtigung der Sensorelemente bzw. Elektroden durch das Messfluid, z.B. eine Lauge, vollständig verhindert.

Gemäß der Erfindung wird eine Leitfähigkeit bzw. ein Widerstand des Fluids ermittelt, die/der in Reihe wenigstens zu einer bzw. zu zwei Kapazitäten geschaltet ist. Häufig wird mittels eines Messwiderstands ein vorteilhafter Spannungsteiler realisiert, über den das auswertbare Signal erfasst wird.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens eine bzw. zwei Elektroden als Flächenelektrode eines Kondensators zur flächigen Ausformung der Elektrode ausgebildet. Beispielsweise sind die flächigen Elektroden als Platten, Blätter, Ummantelung, Belegung und/oder Umhüllung verwirklicht. Hierdurch wird eine vergleichsweise großflächige Verwirklichung der Elektroden erreicht, wobei im Allgemeinen z.B. eine Admittanz- bzw. Impedanzmessung verbessert wird, je größer die Fläche der Elektrode bzw. der Elektroden ist.

Vorteilhafterweise ist der Isolator wenigstens als Teil einer Wand einer Aufnahmevorrichtung des Fluids ausgebildet. Mit dieser Maßnahme wird eine deutliche Reduktion des konstruktiven Aufwands erreicht. Der Isolator nimmt bei dieser Variante der Erfindung zusätzlich die Funktion zum Aufnehmen des Fluids wahr. Beispielsweise kann die Aufnahmevorrichtung des Fluids als Vorratsbehälter, insbesondere als Zwischenspeicher für das Fluid ausgebildet werden.

Alternativ oder in Kombination hierzu kann die Aufnahmevorrichtung als vom Fluid durchströmte Durchströmungseinheit, insbesondere als Durchflusselement ausgebildet werden, wie z.B. als ein Kanal oder dergleichen. Vorzugsweise ist die Aufnahmevorrichtung wenigstens teilweise als Rohr ausgebildet. Ein Rohr ist eine besonders elegante Umsetzung einer Durchflusseinheit gemäß der Erfindung. Gegebenenfalls kann hier auf handelsübliche Rohre, insbesondere mit rundem oder rechteckigem Querschnitt, zurückgegriffen werden. Hierdurch ist eine besonders preisgünstige Verwirklichung der Erfindung möglich.

Darüber hinaus kann bei der Ausbildung der Aufnahmevorrichtung als Rohr vorteilhafterweise auch auf möglicherweise bereits vorhandene Komponenten der Haushaltsmaschine zurückgegriffen werden. Gegebenenfalls kann eine Rohrleitung der Haushaltmaschine in eleganter Weise für den Leitfähigkeitssensor gemäß der Erfindung verwendet werden.

Vorteilhafterweise weisen die Elektroden wenigstens teilweise die Form eines Zylindermantels auf. Als Zylindermantel können die Elektroden in besonders einfacher Weise an eine Rohrwand angeordnet bzw. angebracht werden.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung sind die beiden Elektroden in Strömungsrichtung des Fluids hintereinander und mit einem Abstand zueinander angeordnet. Diese vorteilhafte Anordnung erzeugt eine relativ lange Messstrecke und im Bereich dieser gegebenenfalls eine weitestgehend parallele und relativ dichte Anordnung an Feldlinien.

Vorzugsweise ist wenigstens ein Querschnitt der Aufnahmevorrichtung bzw. des Fluids im Bereich des Abstands kleiner als ein Querschnitt der Aufnahmevorrichtung bzw. des Fluids im Bereich einer der beiden Elektroden. Mit dieser Maßnahme wird eine Verdichtung der Feldlinien zumindest im Bereich des Abstands realisiert, was sich positiv auf die Leitfähigkeitsmessung auswirkt.

Häufig ist der Querschnitt der Aufnahmevorrichtung im Bereich des Abstands um ein Vielfaches kleiner als der Querschnitt der Aufnahmevorrichtung im Bereich einer der beiden Elektroden. Dies ermöglicht eine besonders dichte Ausbildung der Feldlinien, zumindest im Bereich des Abstands.

Vorteilhafterweise ist der Sensor als Impedanzsensor oder als Admittanzsensor zur Ermittlung einer Impedanz bzw. Admittanz des Fluids ausgebildet. Eine Impedanz bzw. Admittanz, d.h. der Scheinanteil des Widerstands bzw. Leitwerts, ist vorteilhaft ermittelbar und für die Weiterverarbeitung bzw. für eine vorteilhafte Kontrolleinheit der Haushaltsmaschine zum Steuern und/oder Regeln dieser besonders geeignet.

Generell kann der Leitfähigkeitssensor gemäß der Erfindung sowohl zur Ermittlung der Wasserhärte von Frischwasser und/oder von aus einem Ionenaustauscher kommenden, aufbereiteten Weichwasser als auch für weitere Funktionen für die Haushaltsmaschine verwendet werden. So kann z.B. auch die Erfassung der Ionenaustauscherkapazität bzw. dessen Beladungszustands und/oder eine Konzentration eines Spülmittels bzw. Reinigers für die Reinigerdosierung eingesetzt werden.

Gegebenenfalls können für den Betrieb verschiedener Leitwertsensoren bzw. Leitfähigkeitssensoren, die an unterschiedlichen Orten für die gleiche oder unterschiedliche Funktion angeordnet sind, die gleichen oder wenigstens teilweise die gleichen Komponenten Verwendung finden. Solche Komponenten können elektronische Einheiten zur Erfassung der Messwerte, beispielsweise Verstärker oder dergleichen, oder aber auch Rechensysteme zur Bestimmung des gewünschten Endergebnisses aus den durch Messung gewonnenen Rohdaten sein.

Ausführungsbeispiel:
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
Im Einzelnen zeigt:
1 einen schematischen Querschnitt durch einen Leitfähigkeitssensor gemäß der Erfindung,
2 eine schematische Draufsicht auf den Leitfähigkeitssensor gemäß 1,
3 ein schematisches Ersatzschaltbild einschließlich zweier Spannungsverläufe für einen Leitfähigkeitssensor gemäß der Erfindung,
4 eine schematische, perspektivische Darstellung eines weiteren Leitfähigkeitssensors gemäß der Erfindung,
5 eine schematische, perspektivische Darstellung eines dritten Leitfähigkeitssensors gemäß der Erfindung und
6 eine schematische Querschnittsdarstellung durch einen vierten Leitfähigkeitssensor gemäß der Erfindung.
In 1 ist schematisch ein Sensor gemäß der Erfindung dargestellt, der zur Ermittlung der Leitfähigkeit einer Flüssigkeit 1 vorgesehen ist. Der Sensor umfasst zwei flächige Elektroden 2, 3, die von der Flüssigkeit 1 durch ein Rohr 4 galvanisch vollständig getrennt sind. Das Rohr 4 ist als elektrischer Isolator, insbesondere aus Kunststoff, Keramik oder dergleichen, ausgebildet.
Die Elektroden 2, 3 bilden zusammen mit der zumindest teilweise leitfähigen Flüssigkeit 1 und dem Rohr 4 als Dielektrikum 4 elektrische Kondensatoren C₁, C₂. Die Elektroden 2, 3 sind jeweils als Zylindermantel um das Rohr 4 herum angeordnet, wobei ein gewisser Abstand 5 zwischen den beiden Elektroden 2, 3 vorhanden ist. Im Bereich des Abstands 5 weist das Rohr 4 eine Verengung 6 bzw. Einschürung 6 auf.
In 2 ist dieser Sensor in Draufsicht dargestellt.
3a zeigt ein Ersatzschaltbild der kapazitiven Impedanzmessung gemäß der Erfindung. In 3b ist ein Spannungsverlauf an einer Stelle A und in 3c ein Spannungsverlauf an einer Stelle B des Ersatzschaltbildes dargestellt. 3b verdeutlicht, dass zum Beispiel eine Rechteck-Spannung angelegt werden kann, z.B. mit etwa 40 kHz und 5 V (3,3 V). Prinzipiell sind auch andere Spannungsformen und Frequenzen möglich.
Durch die beiden Kapazitäten C₁ und C₂ sowie einem veränderbaren Widerstand R_F der Flüssigkeit 1 bzw. einem Messwiderstand R_M, der z.B. zwischen 3,3 bis 10 kΩ aufweist, liegt an der Stelle B z.B. eine Spannung gemäß 3c an. Es hat sich gezeigt, dass ein Spannungsabfall am Messwiderstand R_M proportional zum Leitwert der Flüssigkeit 1 ist, wobei über einen weiten Bereich ein nahezu linearer Verlauf der entsprechenden Kennlinie besteht. Dies kann zur Ermittlung der Leitfähigkeit und zur Steuerung bzw. Regelung der Haushaltsmaschine gemäß der Erfindung vorteilhaft verwendet werden.
In 4 ist eine weitere Variante des Leitfähigkeitssensors gemäß der Erfindung dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen gleichen Komponenten entsprechen. Bei dieser Variante sind die beiden Elektroden 2, 3 als im Wesentlichen U-förmige Platten 2, 3 direkt dem Medium bzw. der Flüssigkeit 1 des Behälters 7 gegenübergestellt. Zwischen den beiden Elektroden ist wiederum im Bereich des Abstands 5 eine Verjüngung bzw. Verengung 6 des Querschnitts der Flüssigkeit 1 vorgesehen. Dieser Bereich bildet bei diesen Varianten der Erfindung den wesentlichen Teil einer Messtrecke 8.
Bei der in 5 dargestellten Variante der Erfindung sind die beiden Elektroden 2 bzw. 3 jeweils als Zylindermantel um Rohre gewunden, wobei im Inneren der Rohre die Flüssigkeit 1 ansteht. Im Bereich der Rohre ist die Flüssigkeit 1 im Wesentlichen zur Leitung des Signals in eine Messkammer 7 bzw. zu einer Messstrecke 8 ausgebildet.
6 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, wobei im Schnitt schematisch eine mit der Vorrichtung gemäß 5 vergleichbare Anordnung dargestellt ist. Im Unterschied zur Variante gemäß 5 weist diese Variante jedoch Hilfselektroden 5 und 10 auf, die im inneren Bereich der Anordnung bzw. der Rohre fixiert sind. Hierbei sind die Elektroden 2, 3 durch die Wand des Behälters 7 galvanisch von den Hilfselektroden 9 und 10 vollständig getrennt. Die Hilfselektroden 9, 10 sind in unmittelbarem Kontakt mit der Flüssigkeit 1, wobei diese 9, 10 das Signal von den Elektroden 2, 3 zur besonders des Messsignal prägenden Messstrecke 8 führen.
Generell kann gemäß der Erfindung sowohl die Leitfähigkeit fließender als auch stehender Medien 1 in Aufnahmevorrichtungen 4, 7 erfasst werden.

1: Flüssigkeit
2: Elektrode
3: Elektrode
4: Rohr
5: Abstand
6: Verengung
7: Behälter
8: Messstrecke
9: Hilfselektrode
10: Hilfselektrode
11: Wand
A: Stelle
B: Stelle
C_1,2: Kondensator
R_F,M: Widerstand

Claims

Haushaltsmaschine, insbesondere Waschmaschine, Spülmaschine oder Getränkeautomat, mit einem Leitfähigkeitssensor zur Ermittlung einer Leitfähigkeit eines Fluids (1) mit wenigstens zwei Elektroden (2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Elektroden (2, 3) des Leitfähigkeitssensors und dem Fluid (1) ein elektrischer Isolator (4, 7) angeordnet ist.
Haushaltsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Elektroden (2, 3) als Flächenelektrode (2, 3) eines Kondensators (C₁, C₂) zur flächigen Ausformung der Elektrode (2, 3) ausgebildet ist.
Haushaltsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Elektroden (2, 3) als Flächenelektroden (2, 3) des Kondensators (C₁, C₂) ausgebildet sind.
Haushaltsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (4, 7) wenigstens als Teil einer Wand (4, 7) einer Aufnahmevorrichtung (4, 7) des Fluids (1) ausgebildet ist.
Haushaltsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (4, 7) wenigstens teilweise als Rohr (4) ausgebildet ist.
Haushaltsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2, 3) wenigstens teilweise die Form eines Zylindermantels aufweisen.
Haushaltsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden (2, 3) in Strömungsrichtung des Fluids (1) hintereinander und mit einem Abstand (5) zueinander angeordnet sind.
Haushaltsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Querschnitt der Aufnahmevorrichtung (4, 7) im Bereich des Abstands (5) kleiner als ein Querschnitt der Aufnahmevorrichtung (4, 7) im Bereich einer der beiden Elektroden (2, 3) ist.
Haushaltsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Aufnahmevorrichtung (4, 7) im Bereich des Abstands (5) um ein Vielfaches kleiner als der Querschnitt der Aufnahmevorrichtung (4, 7) im Bereich einer der beiden Elektroden (2, 3) ist.
Haushaltsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitfähigkeitssensor als Impedanzsensor oder als Admittanzsensor zur Ermittlung einer Impedanz oder Admittanz des Fluids (1) ausgebildet ist.