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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Erfassung des Füllstandes
in einem Haushaltsgerät
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Messung
des Füllstandes
in einem Behälter
ist aus
DE 86 03 519
U1 bekannt, die einen Messeinsatz bestehend aus mehreren
verschieden langen Stabelektroden aufweist. Der Füllstand
wird anhand der durch die Flüssigkeit
im Behälter
hergestellten elektrischen Verbindung zwischen den Elektroden ermittelt.
Die Stabelektroden sind in einer gemeinsamen Halterung voneinander
elektrisch isoliert befestigt und über ein Verbindungskabel an
eine Stromversorgungs- und Auswerteeinheit angeschlossen. Aufgrund
des Aufbaus aus massiven Stabelektroden ist diese Vorrichtung insbesondere
für den
industriellen Einsatz in großen
Behältern
ausgelegt. Eine Anwendung in Haushaltsgeräten ist daher lediglich begrenzt
möglich.
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Ferner ist aus
FR 2 638 521-A1 ein Messeinsatz
zur Füllstandsbestimmung
bekannt, der mehrere entlang einer Achse übereinander angeordnete Elektroden
und eine Gegenelektrode aufweist. Die Gegenelektrode ist parallel
zu den Elektroden in einem konstanten Abstand orientiert. Über isolierte elektrische
Verbindungen sind die Elektroden und die Gegenelektrode mit einer
Messelektronik verbunden. Der komplizierte Aufbau dieser Messvorrichtung
sowie ein aufwendiges Messverfahren über gepulste Signale schränken den
Einsatz in einem Haushaltsgerät
jedoch ein.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung zur Erfassung des Füllstandes
in einem Haushaltsgerät
bereitzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch
die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß der Erfindung ist ein Messeinsatz vorgesehen,
der ein isolierendes Trägerelement
aufweist, auf dem mehrere Elektroden nebeneinander angeordnet sind.
Auf diese Weise lässt
sich ein einfacher Aufbau realisieren, welcher mit geringem Aufwand
hergestellt werden kann und sich darüber hinaus weitgehend miniaturisieren
lässt.
Außerdem
ist die Möglichkeit
gegeben, den Messeinsatz an die Bauform eines Flüssigkeitsbehälters anzupassen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das isolierende Trägerelement
als elastische Folie, vorzugsweise lebensmittelechte Kunststofffolie,
ausgebildet. Die hieraus gewonnene Flexibilität ermöglicht den Einsatz der Vorrichtung
in Behältern
mit variablen Formen und Geometrien. Der Messeinsatz kann beispielsweise
an gekrümmte
Flächen
eines Behälters
angepasst werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
sind die Elektroden als Leiterbahnen unterschiedlicher Länge ausgebildet.
Dieser Messeinsatz kann deshalb mit einem in der Industrie sehr gängigen Verfahren,
dem Heißprägeverfahren,
hergestellt werden. Beim Heißprägen wird
eine Kupferfolie mit haftvermittelnder Schicht unter Druck und Temperatur
mit Hilfe eines Prägestempels,
auf dem das Leiterbahnbild dargestellt ist, auf ein Substrat gepresst.
Der Einsatz dieses Verfahrens eröffnet
die Möglichkeit
einer schnellen und wirtschaftlichen Herstellung der beschriebenen
Ausführungsform.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht
in der Verwendung einer Schutzschicht, welche die Elektroden umgibt.
Die Schutzschicht soll insbesondere beständig sein gegen säurehaltige
Flüssigkeiten,
wie sie beispielsweise Kalklösemittel
darstellen. Reinigungsmittel dieser Art werden in Haushaltsgeräten eingesetzt
um Kalkablagerungen aufzulösen.
Ein Angreifen der Elektroden durch die in den Kalklösemitteln
enthaltenen Säuren
wird durch die Schutzschicht verhindert. Ferner soll die Schicht
eine Schutzwirkung gegen basenhaltige Flüssigkeiten wie beispielsweise
Seifenlaugen bieten. Bevorzugt ist es weiterhin, dass die Schutzschicht
elektrisch leitfähig ist
und aus einem Edelmetall, vorzugsweise Gold, besteht.
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Vorzugsweise weist der Messeinsatz
ein Rohr auf, welcher das Trägerelement
mit den Elektroden enthält,
wodurch eine platzsparende Geometrie ermöglicht wird. Auch kann ein
nach dieser Ausführungsform
hergestellter Messeinsatz in verschiedenen Flüssigkeitsbehältern unterschiedlicher
lateraler Ausdehnung verwendet werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist ein zusätzlicher
Messbehälter
vorgesehen, in welchem der Messeinsatz angeordnet ist. Dieser zusätzliche
Behälter kann
mit dem Flüssigkeitsbehälter des
Haushaltsgeräts
verbunden werden. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, den Flüssigkeitsbehälter als abnehmbares
Element auszubilden, um das Befüllen des
Haushaltsgerätes
zu erleichtern.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
der Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Messeinsatzes gemäß einer ersten
Ausführungsform,
welcher mit einer Messvorrichtung verbunden ist,
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2 eine
perspektivische Darstellung des Messeinsatzes gemäß der ersten
Ausführungsform,
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3 eine
Detailansicht einer Wandung eines Flüssigkeitsbehälters mit
dem Messeinsatz gemäß der ersten
Ausführungsform,
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4 eine
Detailansicht der Wandung eines Flüssigkeitsbehälters mit
einem erfindungsgemäßen Messeinsatz
gemäß einer
zweiten Ausführungsform, wobei
die Wandung zum Teil als Gegenelektrode ausgebildet ist,
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5 eine
Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Messeinsatz gemäß einer
dritten Ausführungsform,
der ein Rohr aufweist,
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6 eine
schematische Schnittdarstellung einer Kaffeemaschine mit dem im
Flüssigkeitsbehälter angeordneten
Messeinsatz gemäß der dritten Ausführungsform,
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7 eine
schematische Schnittdarstellung einer Kaffeemaschine mit dem in
einem zusätzlichen Messbehälter angeordneten
Messeinsatz gemäß der dritten
Ausführungsform
und
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8 eine
schematische Schnittdarstellung eines Wasserkochers mit dem Messeinsatz
gemäß der dritten
Ausführungsform.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform
eines Messeinsatzes 4 bestehend aus einem als elastische
Folie ausgebildeten Trägerelement 3,
auf dem fünf
als Leiterbahnen ausgebildete Elektroden 1a, 1b, 1c, 1d, 1e unterschiedlicher
Länge sowie
eine Gegenelektrode 2 nebeneinander angeordnet sind. Die
Gegenelektrode 2 weist etwa die Länge der längsten Elektrode 1e auf.
Die Elektroden 1a bis 1e sowie die Gegenelektrode 2 sind
jeweils über
Zuleitungen 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f mit
einer elektrischen Messvorrichtung 10 verbunden, wobei
die Zuleitungen 8a bis 8f vorzugsweise zu einem
mehradrigen Verbindungskabel 9 zusammengefasst sind. Ist
der Messeinsatz 4 teilweise in eine in einem Behälter enthaltene
Flüssigkeit 7,
beispielsweise Wasser, eingetaucht, so werden diejenigen Elektroden 1a bis 1e, welche
in die Flüssigkeit 7 hineinragen, über die Flüssigkeit 7 mit
der Gegenelektrode 2 elektrisch kontaktiert. Aus der Anzahl
bzw. Lage der über
die Flüssigkeit
kurzgeschlossenen elektrischen Verbindungen kann dann der Füllstand
der Flüssigkeit
bestimmt werden. Natürlich
ist eine Verwendung von mehr als fünf Elektroden in einem Messeinsatz 4 möglich, sofern
eine genauere Bestimmung der Füllstandshöhe über mehr
Messpunkte erforderlich ist.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Messeinsatzes 4 gemäß der ersten
Ausführungsform.
Die Elektroden 1a bis 1e als auch die Gegenelektrode 2,
welche beispielsweise aus Kupfer bestehen, sind jeweils mit einer
vorzugsweise elektrisch leitfähigen
Schutzschicht 11 überzogen,
welche aus einem Edelmetall, vorzugsweise Gold, besteht. Die Schutzschicht 11 ist
beständig
gegen säure-
und basenhaltige Flüssigkeiten
und verhindert ein Angreifen der Elektroden 1a bis 1e und
der Gegenelektrode 2 durch die in Reinigungsmitteln enthaltenen
Bestandteile. Sofern die Schutzschicht 11 aus einem elektrisch
nicht leitfähigen
Material besteht, müssen
im unteren Bereich der Elektroden 1a bis 1e und
der Gegenelektrode 2 freie Kontaktstellen ohne Schutzschicht 11 vorhanden
sein, um eine Kontaktierung über
die Flüssigkeit
zu gewährleisten.
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3 zeigt
eine Detailansicht einer Wandung 12 eines Flüssigkeitsbehälters, an
der die Folie 3 des Messeinsatzes 4 gemäß der ersten
Ausführungsform
mit Hilfe eines Klebemittels befestigt ist. Alternativ besteht aber
die Möglichkeit,
die Elektroden und die Gegenelektrode statt aufzukleben direkt in
die Wandung des Flüssigkeitsbehälters selbst
zu integrieren. Es wäre
beispielsweise möglich,
einen derartig ausgeprägten
Flüssigkeitsbehälter im
Rahmen eines Zweikomponenten-Spritzgießvertahrens, kurz 2K-Verfahrens, herzustellen.
Hierbei würde
der Behälter
aus dem Verbund eines elektrisch leitfähigen sowie eines isolierenden
Kunststoffs bestehen.
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4 zeigt
eine zweite Ausführungsform
eines Messeinsatzes 40, der mittels Klebemittel an der Wandung 12 eines
Flüssigkeitsbehälters befestigt
ist. Der Messeinsatz 40 besteht aus sechs als Leiterbahnen
ausgebildete Elektroden 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f unterschiedlicher
Länge,
die nebeneinander auf einem als Folie ausgebildeten Trägerelement 30 angeordnet
sind. Ein wesentliches Merkmal bei dieser Ausführungsform besteht darin, dass
ein Teil der Wandung 12 des Flüssigkeitsbehälters als
Gegenelektrode 20 ausgebildet ist. Alternativ ist eine ähnliche
Ausführungsform vorstellbar,
in welcher die gesamte Wandung des Flüssigkeitsbehälters aus
einem elektrisch leitfähigen
Material besteht, um als Gegenelektrode zu fungieren.
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5 zeigt
eine Draufsicht auf einen Messeinsatz 41 gemäß einer
dritten Ausführungsform, der
aus einem Rohr 13 besteht, in welchem die Folie 3 mit
den fünf
Elektroden 1a bis 1f sowie die Gegenelektrode 2 angeordnet
sind. Dieser Messeinsatz besitzt nicht nur eine platzsparende Geometrie,
er ist auch für
den Einsatz in verschiedenen Flüssigkeitsbehältern unterschiedlicher
lateraler Ausdehnung geeignet.
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6 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung einer Kaffeemaschine 5 mit
einem Flüssigkeitsbehälter 6,
einem Filter 16 und einer Kaffeekanne 15. Der
in 5 gezeigte Messeinsatz 41 gemäß der dritten
Ausführungsform
befindet sich innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 6 und
ist über
das Verbindungskabel 9 an die Messvorrichtung 10 angeschlossen.
Die Messvorrichtung 10 ist mit einer Steuervorrichtung 14 verbunden,
welche ihrerseits einen Durchlauferhitzer 18 betätigten kann.
Der Durchlauferhitzer 18 ist im unteren Bereich einer Brühwassersteigleitung 17 angebracht,
welche den Flüssigkeitsbehälter 6 mit
dem Filter 16 verbindet.
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Anhand dieser Darstellung lässt sich
der prinzipielle Vorgang des Kaffeekochens erläutern: Das im Flüssigkeitsbehälter 6 enthaltene
Wasser wird in dem Durchlauferhitzer 18 auf Brühtemperatur erhitzt.
Der dabei entstehende Dampfdruck treibt das Brühwasser über die Brühwassersteigleitung 17 durch
das im Filter 16 enthaltene Kaffeepulver, so dass es als
Kaffee in die Kaffeekanne 15 gelangt. Mit Hilfe der Messvorrichtung 10 kann
die Füllstandshöhe des Wassers
und damit die Wassermenge im Flüssigkeitsbehälter 6 erfasst
und über
die Steuervorrichtung 14 verarbeitet werden, wodurch sich
weitere Betriebsfunktionen ergeben.
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Beispielsweise kann die Heizleistung
des Durchlauferhitzers 18 so an die Wassermenge angepasst
werden, dass die optimale Brühzeit
erreicht wird.
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Möglich
ist es auch, die Kaffeemaschine 5 mit einem Trockengehschutz
auszustatten, so dass der Brühvorgang
nur dann gestartet werden kann, wenn sich im Flüssigkeitsbehälter 6 eine
minimale Wassermenge befindet.
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Entsprechend lässt sich eine Überfüllerkennung
realisieren, um ein Überlaufen
der Kaffeekanne 15 durch eine zu große Wassermenge im Flüssigkeitsbehälter 6 zu
verhindern. Bei einer Befüllung
des Flüssigkeitsbehälters 6 über eine
maximal mögliche Wassermenge
lässt sich
der Brühvorgang
nicht starten.
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Weiterhin kann die Kaffeemaschine 5 mit
einer Verkalkungserkennung ausgestattet werden. Ein Problem bei
derartigen Geräten
besteht neben der Verkalkung der mit dem Brühwasser in Berührung kommenden
Bauteile in der rechtzeitigen Abschaltung des Durchlauferhitzers 18 nach
dem Brühvorgang.
Zu diesem Zweck wird ein Temperaturregler, vorwiegend ein Bimetallregler,
verwendet, der im unmittelbaren Heißwasserbereich angeordnet ist.
Aus Gründen
der Übersichtlichkeit
wurde auf eine entsprechende Darstellung in 6 verzichtet. Die Verkalkung beeinflusst
die Funktion des Temperaturreglers, da durch den veränderten
Wärmeübergang
die Ansprechzeit verschoben wird, der Temperaturregler schaltet
zum Beispiel den Durchlauferhitzer 18 zu früh ab, obwohl
noch Wasser im Flüssigkeitstank 6 enthalten
ist. Die gleichzeitige Bestimmung des Füllstandes im Flüssigkeitsbehälter 6 ermöglicht eine Verkalkungserfassung
im Heißwasserbereich.
Zudem kann die „Fehlschaltung" des Temperaturreglers korrigiert
werden.
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7 zeigt
eine weitere schematische Schnittdarstellung einer Kaffeemaschine 50.
Im Unterschied zu 6 weist
die hier gezeigte Ausführungsform
einen zusätzlichen
Messbehälter 19 auf, in
dem der Messeinsatz 41 angeordnet ist. Über eine Durchführung 21 kann
der Messbehälter 19 mit
dem Flüssigkeitsbehälter 6 verbunden
werden. Die dadurch erreichte Entkopplung zwischen Messeinsatz 41 und
Flüssigkeitsbehälter 6 macht
es möglich,
den Flüssigkeitsbehälter 6 als
abnehmbares Element auszubilden, um ein Befüllen der Kaffeemaschine 50 zu
erleichtern.
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8 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung eines Wasserkochers 22 mit
einem Flüssigkeitsbehälter 60,
in dem der Messeinsatz 41 gemäß der dritten Ausführungsform
angeordnet ist. Über
das Verbindungskabel 9 ist der Messeinsatz 41 an
die Messvorrichtung 10 angeschlossen. Diese ist ihrerseits
mit der Steuervorrichtung 14 verbunden, die eine unterhalb
des Flüssigkeitsbehälters 60 angeordnete
Heizplatte 23 betätigen
kann. Entsprechend den Ausführungen
zu der in 6 gezeigten Kaffeemaschine
ergeben sich für
den Wasserkocher 22 neben dem Erhitzen des Wassers auf
Siedetemperatur weitere Betriebsfunktionen.
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So kann die Heizleistung der Heizplatte 23 an
die im Flüssigkeitsbehälter 60 enthaltene
Wassermenge angepasst werden, um deren Endtemperatur zu regeln.
Weiterhin kann der Wasserkocher 22 mit einem Trockengehschutz
ausgestattet werden, der ein Einschalten der Heizplatte 23 erst
ab einer minimalen Wassermenge zulässt. Auch lässt sich eine Überfüllerkennung
realisieren, die ein Übersprudeln des
Wasserkochers 22 bei einer zu großen Wassermenge verhindert.
Wird der Flüssigkeitsbehälter 60 über eine
maximale Wassermenge befüllt,
kann die Heizplatte 23 nicht betrieben werden.
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- 1a – 1f
- Elektroden
- 2,20
- Gegenelektrode
- 3,30
- Trägerelement/Folie
- 4,40,41
- Messeinsatz
- 5,50
- Kaffeemaschine
- 6,60
- Flüssigkeitsbehälter
- 7
- Flüssigkeit
- 8a–8g
- Zuleitungen
- 9
- Verbindungskabel
- 10
- Messvorrichtung
- 11
- Schutzschicht
- 12
- Wandung
- 13
- Rohr
- 14
- Steuervorrichtung
- 15
- Kaffeekanne
- 16
- Filter
- 17
- Brühwassersteigleitung
- 18
- Durchlauferhitzer
- 19
- Messbehälter
- 21
- Durchführung
- 22
- Wasserkocher
- 23
- Heizplatte