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Die Erfindung befasst sich mit einem Trübungssensor für ein wasserführendes Haushaltsgerät.
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Trübungssensoren werden in wasserführenden Haushaltsgeräten zur Ermittlung der Trübung einer wasserhaltigen Flüssigkeit eingesetzt. Die wasserhaltige Flüssigkeit ist im Fall einer Geschirrspülmaschine beispielsweise das sich in einem Pumpensumpf unterhalb eines Spülraums sammelnde Spülwasser oder im Fall einer Wäsche-Waschmaschine das sich am Grund eines Waschbottichs sammelnde Waschwasser. Je nach Betriebsphase des Haushaltsgeräts kann die Flüssigkeit neben Wasser auch eine oder mehrere chemische Reinigungssubstanzen enthalten. Aus der gemessenen Trübung der wasserhaltigen Flüssigkeit kann auf die Menge in dem Wasser vorhandener Fremdstoffe geschlossen werden, wobei unter dem Begriff der Fremdstoffe sowohl Schmutzstoffe, die von zu reinigenden Gegenständen (z.B. Wäsche, Geschirr) stammen, als auch zu Reinigungszwecken zugegebene Reinigungssubstanzen zu verstehen sind. Die gemessene Trübung kann ein Einflussparameter für die Betriebssteuerung des Haushaltsgeräts sein. Beispielsweise kann abhängig von der gemessenen Trübung die Zugabe eines Reinigungsmittels oder die Dauer eines Reinigungsprogramms gesteuert werden.
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Herkömmliche Trübungssensoren für Haushalts-Waschmaschinen oder Haushalts-Geschirrspüler weisen ein Sensorgehäuse auf, welches in eine Montageöffnung in einer Begrenzungswand eines Nassraums (z.B. Laugenbehälter, Pumpensumpf) des Haushaltsgeräts eingesetzt wird und zwei in den Nassraum ragende, fingerartige Gehäusevorsprünge aufweist. Die Gehäusevorsprünge begrenzen zwischen sich einen Messraum, der im Betrieb des Haushaltsgeräts von der zu vermessenden Flüssigkeit gespült wird. Zur Messung der Trübung dieser Flüssigkeit sendet der Trübungssensor einen Messlichtstrahl aus, welcher an einem der Gehäusevorsprünge in den Messraum austritt und nach Durchquerung des Messraums in den anderen der Gehäusevorsprünge wieder eintritt. Je nach Trübung der in dem Messraum befindlichen Flüssigkeit wird der Messlichtstrahl dabei mehr oder weniger stark abgeschwächt. Aus dem Ausmaß der Abschwächung kann auf den Trübungsgrad der Flüssigkeit geschlossen werden. Das Ausmaß der Abschwächung kann beispielsweise ermittelt werden, indem das Verhältnis von ausgestrahlter Lichtintensität zu empfangener Lichtintensität des Messlichtstrahls betrachtet wird.
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Ein mit herkömmlichen Trübungssensoren verbundenes Problem ist die Anhaftung von Blasen an der Außenoberfläche des Sensorgehäuses und insbesondere an den Außenoberflächen der Gehäusevorsprünge des Sensorgehäuses. Blasen an der Außenoberfläche des Sensorgehäuses können die Lichtausbreitung des Messlichtstrahls stören und insbesondere zu unerwünschter Streuung des Messlichtstrahls zu führen. Es besteht deshalb die Gefahr verfälschter Messergebnisse infolge von Blasenanhaftung an der Außenoberfläche des Sensorgehäuses. Die Blasenbildung in der zu untersuchenden Flüssigkeit kann vor allem durch das Vorhandensein chemischer Reinigungssubstanzen gefördert werden, die zu einer verstärkten Schaumbildung führen. Aber auch turbulente Bewegungen der Flüssigkeit selbst können zur Entstehung von Luftblasen in der Flüssigkeit führen.
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Die Neigung von Bläschen, sich an der Außenoberfläche des Sensorgehäuses anzuhaften, hängt von der Benetzbarkeit (Hydrophilie) der Außenoberfläche des Sensorgehäuses ab. Zur Verbesserung der Hydrophilie einer Oberfläche ist es grundsätzlich bekannt, eine sogenannte Oberflächenaktivierung durchzuführen. Bekannte Aktivierungsmethoden umfassen eine Beflammung, eine Plasmabehandlung mit einem Edelgasplasma sowie eine Koronabehandlung. Nachteilig an derartigen Methoden der Oberflächenaktivierung ist der geringe Langzeiteffekt der Oberflächenbehandlung; nach einiger Zeit lässt die Wirkung der Oberflächenaktivierung unweigerlich nach. Dies ist angesichts der bei Haushaltsgeräten einzukalkulierenden langen Gebrauchsdauern von typischerweise mehreren Jahren keine überzeugende Lösung, zumal beim Endnutzer des Haushaltsgeräts eine Auffrischung der hydrophilen Eigenschaften des Sensorgehäuses durch erneute Oberflächenbehandlung regelmäßig ausscheidet.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Trübungssensor für ein wasserführendes Haushaltsgerät bereitzustellen, der langfristig die Neigung zur Blasenanhaftung in den vom Messlichtstrahl durchdrungenen Bereichen der Außenoberfläche des Sensorgehäuses reduzieren kann.
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Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Trübungssensor für ein wasserführendes Haushaltsgerät aus, umfassend ein Sensorgehäuse mit einem Gehäusehauptteil und zwei von dem Gehäusehauptteil im Abstand nebeneinander abstehenden Gehäusevorsprüngen, wobei die beiden Gehäusevorsprünge zwischen sich einen Messkanal für eine zu vermessende Flüssigkeit begrenzen und wobei der Trübungssensor an einem der Gehäusevorsprünge einen Messlichtstrahl entlang eines Messpfads auszusenden vermag, welcher quer durch den Messkanal hindurch zu dem anderen Gehäusevorsprung verläuft. Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, dass der Messpfad den Messkanal in Kanallängsrichtung entfernt von einer Stelle geringster Kanalweite des Messkanals quert. Alternativ oder zusätzlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die vor und hinter einem Längsmittelpunkt des Messkanals liegenden Halbstrecken des Messkanals hinsichtlich der Kanalweite zueinander unsymmetrisch ausgestaltet sind.
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Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Neigung zur Blasenanhaftung in den vom Messlichtstrahl durchdrungenen Bereichen der Außenoberfläche der Gehäusevorsprünge durch geeignete Gestaltung der Kanalgeometrie des Messkanals zu reduzieren. Bei bestimmten Ausführungsformen kann durch geeignete Gestaltung der Kanalgeometrie des Messkanals ein solches Strömungsverhalten der Flüssigkeit in dem Messkanal erzeugt oder zumindest gefördert werden, dass infolge der Strömung die Neigung zur Blasenanhaftung reduziert bzw. etwaige anhaftende Blasen von der strömenden Flüssigkeit selbst mitgerissen werden. Ist der Trübungssensor beispielsweise an einem Sammelbehälter montiert, der als Pumpensumpf für eine Umwälzpumpe einer Geschirrspülmaschine dient, steht das Spülwasser in dem Pumpensumpf zumindest während des Pumpbetriebs nicht unbewegt, sondern ist in Bewegung. Der Trübungssensor kann mit seinen beiden Gehäusevorsprüngen dabei so in den Pumpensumpf ragen, dass eine Durchströmung des Messkanals von dem Spülwasser in Kanallängsrichtung auftritt. Diese Längsströmung kann erfindungsgemäß durch geeignete Ausgestaltung der Kanalgeometrie des Messkanals so modifiziert werden, dass beispielsweise lokale Verwirbelungen auftreten oder/und die Richtung oder/und räumliche Ausdehnung eines laminaren Strömungsbereichs Sache wird. Es hat sich gezeigt, dass derartige Beeinflussungen der Strömung der Flüssigkeit in dem Messkanal geeignet sein können, um die Neigung zur Blasenanhaftung an der Außenoberfläche der Gehäusevorsprünge (jedenfalls dort, wo der Messpfad die Außenoberfläche der Gehäusevorsprünge kreuzt) herabzusetzen.
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Ein mögliches geometrisches Merkmal des Messkanals zur Erzielung einer geeigneten strömungsbeeinflussenden Wirkung kann eine lokale Engstelle im Längsabstand von einem Längsmittelpunkt des Messkanals sein. Der Messkanal hat bei einer solchen Ausgestaltung im Bereich seines Längsmittelpunkts mithin eine größere Kanalweite (gemessen in Richtung quer zur Kanallängsrichtung von dem einen Gehäusevorsprung hin zum anderen) als im Bereich der Engstelle. Man kann von einer exzentrisch angeordneten Kanalengstelle sprechen (d.h. exzentrisch in Bezug auf die Kanallängsrichtung). Der Messpfad kann bei bestimmten Ausführungsformen den Messkanal im Längsabstand von der Engstelle durchqueren. Bei anderen Ausführungsformen kann der Messpfad den Messkanal im Bereich der Engstelle durchqueren. Eine Lokalisation des Messpfads im Längsabstand von der Engstelle kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Kanalweite an der Engstelle nicht ausreichend groß ist, um aussagekräftige Messergebnisse zu erzielen. Für ein aussagekräftiges Messergebnis kann eine bestimmte Mindestlänge der Flüssigkeitsmessstrecke erforderlich sein, also der Streckenlänge, über welche sich der Messlichtstrahl durch die zu vermessende Flüssigkeit hindurch bewegt. An der Engstelle kann die nötige Länge der Flüssigkeitsmessstrecke unter Umständen nicht gewährleistet sein.
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Bei bestimmten Ausführungsformen ist die Geometrie des Messkanals derart gestaltet, dass die Kanalweite des Messkanals in Kanallängsrichtung ausgehend von einem ersten seiner Kanallängsenden bis zu einer jenseits des Längsmittelpunkts des Messkanals liegenden Engstelle zunehmend kleiner wird.
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Bei bestimmten Ausführungsformen ist die Geometrie des Messkanals derart gestaltet, dass die Kanalweite des Messkanals ausgehend von einem Längsmittelpunkts des Messkanals in Richtung zu einem ersten Kanallängsende zunimmt und in Richtung zu einem gegenüberliegenden zweiten Kanallängsende abnimmt.
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Der Messpfad kann den Messkanal an einer Stelle queren, welche in Kanallängsrichtung ausgehend von dem ersten Kanallängsende noch vor dem Längsmittelpunkt oder zumindest angenähert im Bereich des Längsmittelpunkts des Messkanals liegt.
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Bei bestimmten Ausführungsformen besitzen die beiden Gehäusevorsprünge in Draufsicht jeweils einen angenähert nierenförmigen Umriss. Sie sind dabei mit ihren Nierenbauchseiten einander zugewandt, insgesamt jedoch gegeneinander verkippt. Infolge der Verkippung entsteht im Bereich einer der Nierenflanken eine Engstelle, an welcher der Messkanal eine geringere Kanalweite als im Bereich der Bauchmitte und auch im Bereich der gegenüberliegenden Nierenflanke der Gehäusevorsprünge besitzt.
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Bei einer solchen nierenartigen Umrissgestaltung der Gehäusevorsprünge kann der Messpfad den Messkanal an einer Stelle queren, welche in Kanallängsrichtung im Bereich der Bauchmitte der beiden Nierenumrisse liegt oder gegenüber der Bauchmitte zu einer Nierenflanke hin versetzt ist, an welcher die beiden Nierenumrisse größeren gegenseitigen Abstand als an ihrer gegenüberliegenden Nierenflanke besitzen.
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Alternativ oder zusätzlich zu einer geeigneten geometrischen Ausgestaltung des Messkanals kann die Neigung zur Blasenanhaftung in den von dem Messpfad durchkreuzten Bereichen der Außenoberfläche der Gehäusevorsprünge durch eine verringerte Oberflächenrauheit verringert werden. Deshalb ist bei bestimmten Ausführungsformen vorgesehen, dass das Sensorgehäuse ein Kunststoff-Spritzgussteil ist, welches an mindestens einem der Gehäusevorsprünge im Bereich einer Lichtdurchtrittsstelle, an welcher der Messlichtstrahl den betreffenden Gehäusevorsprung durchdringt, eine insbesondere durch einen geringeren Mittenrauwert ausgedrückte geringere Rauheit der Außenoberfläche besitzt als in umgebenden Bereichen der Außenoberfläche des betreffenden Gehäusevorsprungs. Die verringerte Rauheit kann beispielsweise durch lokale Glättung der Spritzform erzielt werden, mit welcher das Sensorgehäuse gespritzt wird.
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Nach einem weiteren Gesichtspunkt sieht die Erfindung ein wasserführendes Haushaltsgerät vor, insbesondere eine Geschirrspülmaschine, wobei das Haushaltsgerät einen Wassersammelraum (z.B. Pumpensumpf) sowie einen Trübungssensor der vorstehend erläuterten Art umfasst. Der Trübungssensor ist derart in das Haushaltsgerät eingebaut, dass seine Gehäusevorsprünge in den Wassersammelraum ragen und im Betrieb des Haushaltsgeräts ein Durchfluss von Wasser in Kanallängsrichtung durch den Messkanal gewährleistet ist. Es versteht sich, dass ein erfindungsgemäßer Trübungssensor selbstverständlich auch in solchen Nassräumen eingesetzt werden kann, in welchen die zu vermessende Flüssigkeit vergleichsweise unbewegt steht und deshalb keine, oder jedenfalls keine signifikante, Längsströmung der Flüssigkeit in dem Messkanal auftritt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Es stellen dar:
- 1 im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines Trübungssensors für den Einsatz in einem wasserführenden elektrischen Haushaltsgerät,
- 2 schematisch eine Haushalts-Spülmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 3a eine Perspektivensicht eines Trübungssensors gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
- 3b eine Draufsicht auf eine „Nassseite“ des Trübungssensors der 3a,
- 4a bis 4c ein beispielhaftes Strömungsmuster einer den Messkanal des Trübungssensors der 3a, 3b in einer ersten Richtung durchströmenden Flüssigkeit, und
- 5a bis 5c ein beispielhaftes Strömungsmuster einer den Messkanal des Trübungssensors der 3a, 3b in einer entgegengesetzten zweiten Richtung durchströmenden Flüssigkeit.
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Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen. Der dort gezeigte Trübungssensor, allgemein mit 10 bezeichnet, ermöglicht die Durchführung von Trübungsmessungen an einer in einem Nassraum 12 vorhandenen wasserhaltigen Flüssigkeit und bietet darüber hinaus eine Funktion zur Schaumdetektion. Letztere Funktion ist rein optional und kann ohne weiteres weggelassen werden. Wichtig für den Trübungssensor 10 ist allein dessen Eignung zur Durchführung von Trübungsmessungen.
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Der Nassraum 12 ist durch eine Montagewand 14 von einem Trockenbereich 16 getrennt. Der Trübungssensor 10 ist in eine Öffnung in der Montagewand 14 eingesetzt und darin durch hier im Detail nicht näher erläuterte, jedoch an sich in der Fachwelt wohlbekannte Klemmstrukturen (z.B. in Form von Schnapphaken oder Klemmzungen) gehalten. Im Fall einer Geschirrspülmaschine der privaten Haushaltsausstattung handelt es sich bei der Montagewand 14 beispielsweise um die Behälterwand eines einen Pumpensumpf bildenden, unmittelbar unter dem Geschirrraum (Spülraum) der Spülmaschine angeordneten Sammelbehälters, in welchem sich das Spülwasser sammelt, nachdem es in den Geschirrraum gespritzt wurde und am Boden des Geschirrraums durch eine Filtersiebanordnung aus dem Geschirrraum abgelaufen ist. Im Fall einer Waschmaschine der privaten Haushaltsführung handelt es sich bei dem Nassraum 12 beispielsweise um den Innenraum eines Laugenbehälters (Waschbottich), in welchem eine Waschtrommel drehbar aufgenommen ist. Die Flüssigkeit in dem Nassraum 12 ist dementsprechend beispielsweise Teil der Spülflotte eines Geschirrspülers oder Teil der Waschlauge einer Waschmaschine.
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Der Trübungssensor 10 weist ein aus einem lichtdurchlässigen Kunststoffmaterial gefertigtes, insbesondere spritzgegossenes Sensorgehäuse 18 auf, welches im gezeigten Beispielfall einen annähernd topfförmigen Gehäusehauptteil 20 aufweist, von dem eine Mehrzahl (hier zwei) Gehäusevorsprünge 22, 24 in Form länglicher, fingerartiger Ausstülpungen in den Nassraum 12 hinein abstehen. Im gezeigten Beispielfall ragt zusätzlich zu den Gehäusevorsprüngen 22, 24 (nachfolgend auch als Gehäusefinger bezeichnet) auch der Gehäusehauptteil 20 ein Stück weit in den Nassraum 12 hinein. Die beiden Gehäusefinger 22, 24 steht etwa parallel zueinander in gegenseitigem Abstand von dem Gehäusehauptteil 20 ab und begrenzen zwischen sich einen Messraum 26, der nachfolgend auch als Messkanal bezeichnet wird und eine senkrecht zur Blattebene der 1 verlaufende Kanallängsrichtung aufweist.
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In dem Sensorgehäuse 18 ist eine Leiterplatte 28 aufgenommen, auf welcher mindestens ein Lichtsender, z.B. in LED-Bauweise, sowie mindestens ein Lichtempfänger, z.B. in Form einer Photodiode, montiert sind. Im gezeigten Beispielfall ist die Leiterplatte 28 mit zwei Lichtsendern 30, 32 sowie mit zwei Lichtempfängern 34, 36 bestückt. Der Lichtsender 30 und der Lichtempfänger 34 bilden ein erstes zusammenwirkendes Paar optoelektronischer Komponenten, der Lichtsender 32 und der Lichtempfänger 36 bilden ein weiteres solches Paar. Im gezeigten Beispielfall dient das Sender/Empfänger-Paar 30, 34 für Trübungsmessungen, das heißt zur Messung der Trübung der Flüssigkeit in dem Nassraum 12. Das andere Sender/Empfänger-Paar 32, 36 dient für Schaummessungen. Da - wie erläutert - die Funktion der Schaummessung verzichtbar ist, kann das Sender/Empfänger-Paar 32, 36 ohne weiteres entfallen.
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Das von dem Lichtsender 30 ausgesendete Messlicht durchläuft in Form eines kollimierten Strahls (Messlichtstrahl) den Messkanal 26 entlang eines Messpfads 38 (gestrichelt in 1 angedeutet). Der Messpfad 38 durchquert den Messkanal 26 in Kanalquerrichtung von einer Lichtaustrittsstelle, an welcher der Messlichtstrahl einen der Gehäusefinger (hier den Gehäusefinger 22) verlässt, bis zu einer Lichteintrittsstelle, an welcher der Messlichtstrahl in den anderen der Gehäusefinger (siehe den Gehäusefinger 24) wieder eintritt. Auf der Strecke, auf welcher der Messpfad 38 durch den Nassraum 12, genauer durch den Messkanal 26, verläuft, erfährt der Messlichtstrahl je nach Trübung der in dem Nassraum 12 befindlichen Flüssigkeit eine mehr oder weniger starke Dämpfung. Im gezeigten Beispielfall ist der Lichtsender 30 innerhalb des Gehäusefingers 22 angeordnet, ebenso ist der Lichtempfänger 34 innerhalb des Gehäusefingers 24 angeordnet. Die Leiterplatte 28 erstreckt sich dementsprechend mit fingerartigen Fortsätzen in die Gehäusefinger 22, 24 hinein. Bei einer abgewandelten Ausführungsform können der Lichtsender 30 und der Lichtempfänger 34 aus den Gehäusefingern 22, 24 heraus in den Gehäusehauptteil 20 verlegt sein. Zur Lichtführung kann dann eine geeignete Lichtleitstruktur z.B. in Form eines oder mehrerer klarsichtiger massiver Lichtleitkörper in dem Sensorgehäuse 18 aufgenommen sein. Die Lichtleitstruktur leitet das von dem Lichtsender 30 ausgestrahlte Licht in den Gehäusefinger 22 hinein und - nachdem der Messlichtstrahl nach Durchlaufen des Messkanals 26 in den Gehäusefinger 24 wieder eingetreten ist - leitet das aufgesammelte Messlicht von den Gehäusefinger 24 zu dem Lichtempfänger 34.
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Für die Schaummessung mittels des Sender/Empfänger-Paars 32, 36 bildet die - in 1 mit 40 bezeichnete - Gehäusewand des Sensorgehäuses 18 an der Gehäuseaußenseite eine Grenzfläche 42, welche als Planfläche ausgebildet ist und unter einem schrägen Winkel zur Strahlachse des auf sie einfallenden Lichtstrahls des Lichtsenders 32 orientiert ist. Im Fall, dass sich in dem Nassraum 12 angrenzend an die Grenzfläche 42 reine Luft befindet, wirkt die Grenzfläche 42 totalreflektierend. Im reinen Flüssigkeitsfall, d.h. die Grenzfläche 42 ist vollständig mit einer blasenfreien Flüssigkeit benetzt, wirkt die Grenzfläche 42 transmittierend. In einem Schaumfall, d.h. der an die Grenzfläche 42 angrenzende Teil des Nassraums 12 ist mit Schaum belegt, werden einzelne Lichtanteile an der Grenzfläche 42 total reflektiert, während andere Lichtanteile an der Grenzfläche 42 in den Nassraum 12 austreten. Je nach Intensität des von dem Lichtempfänger 36 empfangenen Lichts kann auf die Art des in dem Nassraum 12 befindlichen Mediums geschlossen werden, d.h. Luft, Schaum oder Flüssigkeit.
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Es wird nun auf 2 verwiesen. Die dort dargestellte Spülmaschine, allgemein mit 44 bezeichnet, bildet eine mögliche Einsatzumgebung für einen erfindungsgemäßen Trübungssensor, beispielsweise den Trübungssensor 10 der 1. Die Spülmaschine 44 umfasst einen Maschinenkorpus 46, in welchem ein Spülraum 48 gebildet ist. In dem Spülraum 48 sind in an sich bekannter Weise ein unter Geschirrkorb 50 sowie ein oberer Geschirrkorb 52 - an Schienen ausziehbar geführt - aufgenommen. Sprüharme 54, 56 sind dazu vorgesehen, Spülwasser in den Spülraum 48 zu sprühen, um das in den Geschirrkörben 50, 52 aufgenommene Geschirr zu reinigen. Die Sprüharme 54, 56 werden über ein Speiseleitungssystem 58 mit Spülwasser gespeist, das von einer Umwälzpumpe 60 in das Speiseleitungssystem 58 gepumpt wird. Die Umwälzpumpe 60 saugt das Spülwasser aus einem als Pumpensumpf dienenden Sammelbehälter 62 an, der sich unterhalb des Spülraums 48 befindet und üblicherweise durch eine nicht näher dargestellte Filtersiebanordnung von dem Spülraum 48 getrennt ist. Der Trübungssensor 10 ist in die Behälterwand des Sammelbehälters 62 eingebaut, und zwar so, dass die Gehäusefinger 22, 24 in den Pumpensumpf 62 hineinragen. Über eine Ablaufpumpe 64 kann Abwasser aus der Spülmaschine 46 in einen Ablaufschlauch 66 abgepumpt werden.
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Während des Umwälzbetriebs der Umwälzpumpe 60 ist die in dem Pumpensumpf 62 befindliche Lauge in fortwährender Bewegung. Der Trübungssensor 10 ist so eingebaut, dass sich in dem Messkanal 26 des Trübungssensors 10 jedenfalls während des Umwälzbetriebs eine Durchströmung des Messkanals 26 durch das in dem Pumpensumpf befindliche Spülwasser allgemein in Richtung der Längserstreckung des Messkanals 26 einstellt, mit Blick auf 1 also in Richtung senkrecht zur Zeichenebene der 1. Für eine hohe Meßqualität ist es wichtig, diejenigen Bereiche der Außenoberfläche der Gehäusewand 40 des Sensorgehäuses 18, an denen der Messlichtstrahl aus dem Gehäusefinger 22 in den Messkanal 26 austritt und nach Durchlaufen des Messkanals 26 in den Gehäusefinger 24 eintritt, weitestmöglich von störenden Luftblasen freizuhalten, die sich an der Außenoberfläche des Sensorgehäuses 18 sammeln und dort anhaften können. Allein durch Oberflächenaktivierung und Herstellung einer guten Benetzbarkeit der Außenoberfläche des Sensorgehäuses 18 kann dies oft nicht mit der gewünschten Langfristigkeit realisiert werden. Deshalb ist bei den Trübungssensor 10 die Geometrie des Messkanals 26 geeignet gestaltet, um gezielt das Strömungsverhalten der zu vermessenden Flüssigkeit - wenn diese den Messkanal 26 durchströmt - zu beeinflussen. Eine diesbezügliche Maßnahme ist die Realisierung einer die Fließgeschwindigkeit lokal erhöhenden Kanalverengung an einer Stelle im Längsabstand von der in Kanallängsrichtung gesehenen Mitte des Messkanals 26. Hierfür wird nun ergänzend auf die 3a und 3b verwiesen.
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Bei dem in diesen beiden Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel sind gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in 1, jedoch ergänzt durch einen Kleinbuchstaben. Soweit sich nachstehend nichts anderes ergibt, wird zur Erläuterung solcher gleicher oder gleichwirkender Elemente auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
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Vor allem in 3b, die eine Draufsicht auf die freien Enden der im Gebrauch von der zu vermessenden Flüssigkeit umspülten Gehäusefinger 22a, 24a, d.h. eine Draufsicht auf die „nasse“ Seite des Sensors 10a zeigt, ist die angenähert nierenförmige Umrisskontur der Gehäusefinger 22a, 24a zu erkennen. Gemäß diesem Nierenumrisse besitzen die Gehäusefinger 22a, 24a jeweils eine im gezeigten Beispielfall leicht konkav gekrümmte Brustseite 68a (die alternativ im wesentlichen geradlinig ausgestaltet sein kann), eine konvex gekrümmte Rückenseite 70a sowie Nierenflanken 72a, 74a an den beiden gegenüberliegenden Übergängen zwischen Brustseite 68a und Rückenseite 70a. Die Gehäusefinger 22a, 24a sind mit ihren Brustseiten 68a einander zugewandt angeordnet, wobei sie jedoch etwas gegeneinander verkippt sind, sodass der Messkanal 26a im Bereich einer der Nierenflanken der Gehäusefinger 22a, 24a (hier im Bereich der Nierenflanken 72a) breiter ist, d.h. eine größere Kanalweite besitzt, als im Bereich der anderen der Nierenflanken (hier im Bereich der Nierenflanken 74a). Im Bereich der Nierenflanken 74a besitzt der Messkanal 26a eine Stelle geringster Kanalweite (globale Engstelle), an welcher die Kanalweite einen Wert w1 besitzt. Gut zu erkennen ist in 3b, dass diese globale Engstelle entfernt von einem Längsmittelpunkt M liegt, welcher den Messkanal 26a in Kanallängsrichtung in zwei gleich lange Halbstrecken unterteilt. Eine Längsachse des Messkanals 26a ist in den 3a, 3b gestrichelt eingezeichnet und mit 76a bezeichnet. Die globale Engstelle mit der Kanalweite w1 ist bei dem Ausführungsbeispiel der 3a, 3b im Bereich eines Längsendes des Messkanals 26a lokalisiert. Ausgehend von dieser globalen Engstelle nimmt die Kanalweite in Richtung zu dem Längsmittelpunkt M und über diesen hinaus bis zum gegenüberliegenden Längsende des Messkanals 26a im wesentlichen kontinuierlich zu, sodass man sich den Messkanal 26a gewissermaßen als Trichterkanal vorstellen kann. Insgesamt hat der Messkanal 26a demzufolge in Kanallängsrichtung einen unsymmetrischen Verlauf seiner Kanalweite.
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Der Messpfad 38a durchquert den Messkanal 26a an einer Stelle im Längsabstand von demjenigen der Längsenden des Messkanals 26a, an dem der Messkanal 26a die Engstelle mit der Kanalweite w1 besitzt. In 3b erkennt man, dass der Messpfad 38a den Messkanal 26a - gesehen von dem Ort der Engstelle mit der Kanalweite w1 - sogar erst jenseits des Längsmittelpunkts M, also hinter dem Längsmittelpunkt M, durchquert. Es hat sich gezeigt, dass mit einer Kanalgeometrie, wie sie in den 3a, 3b gezeigt ist, die Blasenanhaftung an der Außenoberfläche der Gehäusefinger 22a, 24a im Bereich des Messpfads 38a merklich verringert werden kann im Vergleich zu einer Ausgestaltung, bei welcher der Messkanal 26a über seine gesamte Kanallänge hinweg im wesentlichen gleiche Kanalweite besitzt. Nach den Erkenntnissen der Erfinder hängt dies mit einem gegenüber einem gleichbleibenden Kanalquerschnitt veränderten Strömungsmuster der Flüssigkeit in dem Messkanal 26a zusammen. Diesbezüglich wird zur beispielhaften Veranschaulichung auf die 4a bis 4c sowie die 5a bis 5c verwiesen.
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Die 4a und 5a sind Draufsichten entsprechend 3b, die 4b und 5b sind Perspektivansichten entsprechend 3a. Die 4c und 5c schließlich zeigen einen Längsschnitt durch den Messkanal 26a des Trübungssensors 10a der 3a, 3b. In allen 4a bis 5c wurden Bezugszeichen aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen; gezeigt ist jeweils der Trübungssensor 10a der 3a, 3b. Dagegen wurden in den 4a bis 5c Strömungspfeile eingezeichnet, um das Strömungsmuster der in dem Messkanal 26a strömenden Flüssigkeit schematisch zu veranschaulichen.
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Die 4a bis 4c gehen von der Konstellation aus, dass eine Flüssigkeit den Messkanal 26a in Richtung von dem engeren Längsende (dort, wo sich die globale Engstelle mit der Kanalweite w1 befindet) zu dem gegenüberliegenden breiteren Längsende des Messkanals 26a durchströmt. Man erkennt anhand der Strömungspfeile, dass nach den Erkenntnissen der Erfinder bei dieser Richtung der Kanaldurchströmung eine Turbulenz auftreten kann, die zu einem rotierenden Wirbel innerhalb des Messkanals 26a führen kann. Hingegen gehen die 5a bis 5c von der umgekehrten Konstellation aus, dass also eine Flüssigkeit den Messkanal 26a in Richtung von dem breiteren Längsende zu dem engeren Längsende durchströmt. Man erkennt wiederum anhand der Strömungspfeile, dass jedenfalls nach den Erkenntnissen der Erfinder die Strömung zwar weitestgehend laminar bleiben kann, sich die einzelnen Strömungsschichten jedoch in Richtung quer zur Kanalbreite ausdehnen können, d.h. dass eine Verfrachtung in Richtung hoch-tief in dem Messkanal 26a auftreten kann. Nach den Erkenntnissen der Erfinder kann bei beiden Konstellationen eine verringerte Anhaftung von Luftblasen an der Gehäuseoberfläche im Bereich des Messkanals 26a beobachtet werden, wobei die durch die Engstelle bedingte Erhöhung der Fließgeschwindigkeit und das gegenüber einem Kanal konstanter Weite veränderte Strömungsmuster nach Auffassung der Erfinder verantwortlich sind für die reduzierte Blasenanhaftung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008056701 A1 [0003]
- DE 102011102627 A1 [0003]