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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Detektion von
Fluid in einem zu überwachenden
Bereich und insbesondere Vorrichtungen und Verfahren, um zu überprüfen, ob
Fluid in einem vorbestimmten, zu überwachenden Bereich vorhanden
ist.
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Hintergrund
der Erfindung
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In
vielen Bereichen ist es erwünscht,
zu überprüfen, ob
Fluid in unerwünschter
Weise ausgetreten ist. So wird beispielsweise bei Fluid führenden Haushaltsgeräten überprüft, ob Fluid
aufgrund einer Leckage ausgetreten ist. Dies gilt insbesondere für Waschmaschinen,
Geschirrspülern,
Wäscheschleudern
und Wäschetrockner.
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Ferner
ist es bei verschiedenen Anwendungen erwünscht, festzustellen, ob und,
wenn ja, in welchen Mengen Fluid in einem vorbestimmten Bereich vorhanden
ist. Beispiele hierfür
umfassen Fluidbehälter,
Fluidaufnahmeeinrichtungen, Fluidkammern und dergleichen beispielsweise
von Wasserspeichern, Warmwasserboilern, Wasseraufbereitungsgeräten etc.
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Um
solche Bereiche werden herkömmlicherweise
unter Verwendung von Vorrichtungen und Verfahren überwacht,
die Messungen elektrischer Leitwerte oder kapazitiver Größen verwenden.
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Auf
Messungen elektrischer Leitwerte basierende Ansätze haben den Nachteil, dass
Verschmutzungen in einem zu überwachenden
Bereich und/oder in dem zu überwachenden
Bereich vorhandenen Fluid zu fehlerhaften Ergebnissen führen können. So
können
beispielsweise solche Verschmutzungen, wenn sie verglichen mit einem
nicht verschmutzten Zustand für
einen erhöhten
Leitwert im zu überwachenden
Bereich führen,
Messergebnisse verursachen, die eine Leckage angeben, obwohl kein Fluid
oder nur eine geringe Menge an Fluid in den zu überwachenden Bereich gelangt
ist. Ferner können geringe
Mengen an in einen zu überwachenden
Bereich gelangten Fluiden, die sich beispielsweise nach kurzer Zeit
wieder verflüchtigen,
zu fehlerhaften Aussagen führen.
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Ansätze, die
Messung elektrischer Kapazitäten
verwenden, dienen im Allgemeinen dazu, die Menge an Fluid in einem
zu überwachenden
Bereich zu erfassen. Derartige Ansätze werden beispielsweise verwendet,
um den Fluidpegel oder -füllstand
in einem Behälter
zu ermitteln.
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Üblicherweise
werden hierfür
relative große Oberflächen oder
Oberflächenbereiche
verwendet, die als Kondensatorflächen
dienen. Ein weiteres Problem bei kapazitätsmessungsbasierten Ansätzen besteht
darin, dass geringe Mengen Fluid gar nicht oder nur ungenau erfasst
werden. Ferner können
im Allgemeinen nur Bereiche mit regelmäßigen Geometrien überwacht
werden. Auch sind aufwändige
Maßnahmen
erforderlich, aus Messungen elektrischer Kapazitäten Aussagen über Fiuidmengen
zu machen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, Lösungen bereitzustellen, mit
denen auf einfache und zuverlässige
Weise festgestellt werden, ob und, wenn ja, gegebenenfalls in welcher
Menge Fluid in einem zu überwachenden
Bereich vorliegt.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Zur
Lösung
der obigen Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung
und ein Verfahren sowie ein Gerät,
insbesondere in Form eines Haushaltsgeräts, gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Dabei ist es zur Detektion von Fluid in einem zu überwachenden
Bereich vorgesehen, Messsignale mit Frequenzen auszugeben, die von
einer elektrischen Kapazität
abhängen,
die sich in Abhängigkeit
von in dem zu überwachenden
Bereich vorhandenem Fluid ändert.
In Abhängigkeit
davon, in welchem Frequenzbereich das Messsignal liegt, werden den
jeweiligen Frequenzbereich angebende Ausgangssignale erzeugt.
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Die
Vorrichtung zur Detektion von Fluid in einem zu überwachenden Bereich umfasst
eine mit einer elektrischen Kapazität behaftete Einheit, eine Signalerzeugungseinheit
und eine Auswerteeinheit.
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Die
kapazitätsbehaftete
Einheit ist wenigstens teilweise zur Anordnung in dem zu überwachenden
Bereich ausgelegt und weist insbesondere einen zur dortigen Anordnung
vorgesehenen Bereich auf. Ferner ist die kapazitätsbehaftete Einheit so ausgeführt, dass
sich deren elektrische Kapazität ändert, wenn
sie in dem zu überwachenden
Bereich in vorgesehener Weise angeordnet ist und wenigstens teilweise
in Kontakt mit in dem zu überwachenden
Bereich vorhandenen Fluid steht.
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Die
Signalerzeugungseinheit ist mit der kapazitätsbehafteten Einheit verbunden
und dient zur Erzeugung eines Messsignals, dessen Frequenz von der
aktuellen elektrischen Kapazität
der kapazitätsbehafteten
Einheit abhängt.
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Die
Auswerteeinheit ist mit der Signalerzeugungseinheit zum Empfang
des Messsignals verbunden und dient dazu, in Antwort auf das Messsignal ein
Ausgangssignal zu erzeugen. Insbesondere erzeugt die Auswerteeinheit
im Betrieb ein erstes Ausgangssignal, wenn die Frequenz des Messsignals
in einem ersten vorbestimmten Frequenzbereich liegt, wobei das Messsignal
angibt, dass wenigstens eine erste vorbestimmte Fluidmenge des Fluids
in dem zu überwachenden
Bereich vorhanden ist. Ferner ist die Auswerteeinheit ausgelegt,
im Betrieb ein zweites Ausgangssignal zu erzeugen, wenn die Frequenz des
ersten Signals in einem zweiten vorbestimmten Frequenzbereich liegt,
wobei das zweite Ausgangssignal angibt, dass in dem zu überwachenden
Bereich eine Menge an Fluid vorliegt, die kleiner als die erste vorbestimmte
Fluidmenge ist.
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Von
der Auswerteeinheit erzeugte Ausgangssignale geben Informationen über den
aktuell vorliegenden Frequenzbereich oder Frequenz des Messsignals.
Ausgangssignale können
sich z.B. durch unterschiedliche Pegel und/oder unterschiedliche
Signalformen unterscheiden, um den jeweiligen Frequenzbereich anzugeben.
Ausgangssignale der Auswerteeinheit können dabei an einem Ausgang der
Auswerteeinheit bereitgestellt werden. Die Auswerteeinheit kann
für jedes
Ausgangssignal einen speziellen Ausgang aufweisen, wobei dann eine
Unterscheidung zwischen Ausgangssignalen anhand des aktuell verwendeten
Ausgangs, optional ergänzt durch
unterschiedliche Signalpegel und/oder -formen, erfolgen kann. Dies
gilt auch für
im Folgenden genannte Ausgangssignale der Auswerteeinheit.
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Ein
Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht darin, dass das erste Ausgangssignal "erst" angibt,
dass Fluid in dem zu überwachenden Bereich
vorliegt, wenn die erste vorbestimmte Fluidmenge erreicht oder überschritten
ist. Fehlmessungen aufgrund von Fluidmengen, die anwendungsabhängig in
dem zu überwachenden
Bereich auftreten und ebenfalls anwendungsabhängig als nicht relevant zu
beurteilen eingestuft werden können,
werden dadurch vermieden. Beispiele hierfür umfassen kondensierte Flüssigkeiten,
Wasserdampf, Restfluid und dergleichen.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass die ersten und zweiten Ausgangssignale
erzeugt werden, wenn die Frequenz des Messsignals in dem ersten
vorbestimmten Frequenzbereich (also mehr als die wenigstens erste
vorbestimmte Fluidmenge in dem zu überwachenden Bereich vorhanden
ist) oder in dem zweiten vorbestimmten Frequenzbereich liegt (also
weniger als die erste vorbestimmte Fluidmenge in dem zu überwachenden
Bereich vorhanden ist).
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In
beiden Fällen
liefert die Auswerteeinheit ein Ausgangssignal. Liefert die Auswerteeinheit
kein Ausgangssignal, kann darauf geschlossen werden, dass kein Messsignal
vorliegt. Das Fehlen eines Messsignals kann wiederum angeben, dass
die Vorrichtung nicht ordnungsge mäß arbeitet. Dies führt zu einer
erhöhten
Sicherheit und Zuverlässigkeit
bei Verwendung der Vorrichtung im Gegensatz zu herkömmlichen
Ansätzen
zur Detektion von Fluid. Herkömmlicherweise
wird kein Ausgangssignal ausgegeben, wenn kein Fluid in einem zu überwachenden Bereich
vorhanden ist, und wird ein Ausgangssignal ausgegeben, wenn Fluid
in dem zu überwachenden Bereich
vorhanden ist. Bei solchen Ansätzen
kann, wenn kein Signal ausgegeben wird, nicht darunter unterschieden
werden, ob ein Fehler vorliegt oder kein Fluid in dem zu überwachenden
Bereich vorhanden ist.
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Vorzugsweise
schließen
sich die vorbestimmten Frequenzbereiche unmittelbar aneinander an,
wobei ferner bevorzugt ist, dass der erste vorbestimmte Frequenzbereich
kleinere Frequenzen als der zweite vorbestimmte Frequenzbereich
umfasst.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Auswerteeinheit ausgelegt, im Betrieb ein drittes Ausgangssignal
zu erzeugen, wenn die Frequenz des Messsignals in einem dritten
vorbestimmten Frequenzbereich liegt, wobei das dritte Ausgangssignal einen
fehlerhaften Betriebszustand der Vorrichtung angibt. Diese Ausführungsform
hat den Vorteil, dass ein Fehler unmittelbar durch das dritte Ausgangssignal
angegeben wird.
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Hierbei
ist es bevorzugt, dass der dritte vorbestimmte Frequenzbereich und
der zweite vorbestimmte Frequenzbereich unmittelbar aneinander grenzen
und der zweite vorbestimmte Frequenzbereich kleinere Frequenzen
als der dritte vorbestimmte Frequenzbereich umfasst. Das dritte
Ausgangssignal zu erzeugen, wenn die Frequenz des Messsignals in dem
dritten vorbestimmten Frequenzbereich liegt, hat den Vorteil, dass,
wenn trotz eines Fehlers ein Messsignal erzeugt wird, ein fehlerhafter
Betriebszustand der Vorrichtung erkannt werden kann.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist die Signalerzeugungseinheit ausgelegt, wenigstens zwei Messsignale
zu erzeugen, deren Frequenzen sich unterscheiden und jeweils von
der aktuellen Kapazität
der kapazitätsbehafteten
Einheit abhängen.
Vorzugsweise liegen die für
die wenigstens zwei Messsignale vorgesehenen Frequenzen in unterschiedlichen,
sich nicht überschneidenden
Frequenzbereichen.
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So
ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Signalerzeugungseinheit
n Messsignale mit Frequenzen zu erzeugen vermag, wobei zum Beispiel bei
einer als Bezugsgröße angenommenen
Frequenz f0 gilt:
Frequenz des 1. Messsignals = f0/2
Frequenz
des 2. Messsignals = f0/22
Frequenz
des 3. Messsignals = f0/23
....
Frequenz
des n. Messsignals = f0/2n
oder
Frequenz
des 1. Messsignals = f0·2
Frequenz
des 2. Messsignals = f0·22
Frequenz des 3. Messsignals = f0·23
.....
Frequenz des n. Messsignals
= f0·2n
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Bei
dieser Ausführungsform
ist vorgesehen, zu wählen,
welches der wenigstens zwei Messsignale von der Auswerteeinheit
zur Ausgangssignalerzeugung verwendet wird.
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Ferner
ist es vorgesehen, dass die Auswerteeinheit das erste Ausgangssignal
nicht nur so zu erzeugen vermag, dass es das Erreichen oder Überschreiten
der ersten vorbestimmten Fluidmenge angibt, sondern die in dem zu überwachenden
Bereich vorliegende Fluidmenge genauer bezeichnet.
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Bei
einer hierfür
vorgesehenen Ausführungsform
umfasst der erste vorbestimmte Frequenzbereich wenigstens einen
vorbestimmten Frequenzteilbereich, der oder die jeweils einem vorbestimmten Mengenbereich
an Fluid zugeordnet ist bzw. sind. Hat das Messsignal eine Frequenz,
die in dem oder einem der Frequenzteilbereiche liegt, wird das erste Ausgangssignal
so erzeugt, dass es den entsprechenden Fluidmengenbereich angibt.
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Bei
einer weiteren hierfür
vorgesehenen Ausführungsform
ist einzelnen, mehreren oder vorteilhafter allen Frequenzen des
Messsignals in dem ersten Frequenzbereich eine Fluidmenge zugeordnet.
Dabei wird das Ausgangssignal in Abhängigkeit der Frequenz des Messsignals
so erzeugt, dass das erste Ausgangssignal die entsprechende Fluidmenge
angibt. Sind einzelnen oder mehreren Frequenzen des Messsignals
in dem ersten Frequenzbereich jeweils Fluidmengen zugeordnet, kann
Interpolation (z.B. Mittelwertbildung) verwendet werden, um eine anzugebende
Fluidmenge zu ermitteln, wenn die Frequenz des von der Auswerteeinheit
erhaltenen Messsignals nicht (genau) einer Frequenz entspricht, der
eine Fluidmenge zugeordnet ist.
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Vorzugsweise
ist die erste vorbestimmte Fluidmenge so definiert, dass sie eine
Menge an Fluid in dem zu überwachenden
Bereich angibt, die auf eine Leckage schließen lässt.
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Ferner
ist es bevorzugt, dass die erste vorbestimmte Fluidmenge angibt,
dass das Fluid in dem zu überwachenden
Bereich einen ersten vorbestimmten Fluidpegel erreicht oder überschritten
hat. Diese Ausführungsform
kann beispielsweise verwendet werden, um in einem Behälter, einer
Kammer, einer Wanne und dergleichen, in der während eines Betriebs unterschiedliche
Fluidmengen vorliegen können,
zu detektieren, wie viel Fluid aktuell vorhanden ist.
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Bei
Ausführungsformen,
bei denen eine oder mehrere Fluidmengenbereiche verwendet werden, kann
der oder die Fluidmengenbereich(e) angeben, dass Fluid in dem zu überwachenden
Bereich einen Fluidpegel zwischen zwei vorbestimmten Fluidpegeln
aufweist, die den jeweiligen Fluidmengenbereich begrenzen. Diese
Ausführungsform
kann beispielsweise verwendet werden, um festzustellen, in welchen
Schritten sich Fluid in dem zu überwachenden
Bereich ansammelt und/oder in welchen Schritten die Menge an Fluid
in dem zu überwachenden Bereich
abnimmt.
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Beispiele
für Anwendungen
dieser Ausführungsform
umfassen die Ermittlung von Wasserständen in einer Waschmaschine,
einem Boiler oder einem Wasserbehandlungsgerät. Diese Ausführungsform
kann auch in Verbindung mit Ausführungsformen
zur Detektion von Leckagen verwendet werden. Liegt eine Leckage
vor, können
Aussage über
vorhandene und/oder sich ändernde
Fluidmengen in dem zu überwachenden
Bereich verwendet werden, um die Leckage genauer zu charakterisieren. Ändert sich
beispielsweise nach Detektion einer Leckage die Fluidmenge nicht
oder nur geringfügig,
kann darauf geschlossen werden, dass kein weiteres Fluid austritt.
Ist eine Leckage festgestellt, können Änderungen
der Fluidmenge und/oder zeitliche Abläufe von Änderungen der Fluidmenge herangezogen
werden, um auf die Ursache und/oder Stelle der Leckage zu schließen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die kapazitätsbehaftete
Einheit einen zweiadrigen und/oder flexiblen Leiter (z.B. Zwillingsdraht, Zwillingslitre,
zweiadriger Lautsprecherdraht, etc.), das wenigstens teilweise zur
Anordnung in dem zu überwachenden
Bereich vorgesehen ist. Dies erlaubt eine einfache Anpassung der
Vorrichtung an den zu überwachenden
Bereich. Form und Größe des zu überwachenden
Bereichs spielen im Wesentlichen keine Rolle, da der Leiter nahezu überall dort
angeordnet werden kann, wo eine Detektion von Fluid gewünscht ist.
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Zur
Erzeugung des wenigstens einen Messsignals ist es vorgesehen, einen
Schwingkreis zu verwenden, dessen Resonanzfrequenz durch Fluid in dem
zu überwachenden
Bereich geändert
werden kann. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die elektrische
Kapazität
der kapa zitätsbehafteten
Einheit einen Teil des Schwingkreises bildet. Die Signalerzeugungseinheit
kann auch eine Kapazität
aufweisen, die einen Teil des Schwingkreises bildet.
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Es
ist möglich,
dass die Signalerzeugungseinheit das wenigstens eine Messsignal
so zu erzeugen vermag, dass dessen Frequenz in einem vorbestimmten
Ausgangsfrequenzbereich, der dem jeweiligen des wenigstens einen
Messsignals zugeordnet ist, liegt. Wenn die Auswerteeinheit ein
Messsignal erhält,
das außerhalb
des vorbestimmten, zugeordneten Ausgangsfrequenzbereichs liegt,
kann, vergleichbar zu obigen Ausführungsformen, auf einen fehlerhaften
Betrieb der Vorrichtung geschlossen werden. Ferner kann ein außerhalb
seines Ausgangsfrequenzbereichs liegendes Messsignal angeben, dass
ein Messsignal mit einem anderen Ausgangsfrequenz zu wählen ist,
um beispielsweise eine Anpassung von Signalerzeugungseinheit und
Auswerteeinheit zu erreichen.
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Bei
dem Verfahren, um Fluid in einem zu überwachenden Bereich zu detektieren,
wird die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises ermittelt, dessen
mit einer elektrischen Kapazität
behafteter Teil wenigstens teilweise in dem zu überwachenden Bereich angeordnet
ist und dessen kapazitätsbehafteter Teil
eine durch Fluid in dem zu überwachenden
Bereich änderbare
Kapazität
aufweist. Dann wird ein Messsignal erzeugt, dessen Frequenz von
der Resonanzfrequenz des Schwingkreises abhängt. In Antwort auf das Messsignal
werden Ausgangssignale erzeugt, die mit den oben beschriebenen ersten
und zweiten Ausgangssignalen vergleichbar sind.
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Die
obigen Ausführungen
hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen
der Vorrichtung gelten für bevorzugte
Ausführungsformen
des Verfahrens entsprechend.
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Dies
gilt auch für
das erfindungsgemäße Gerät, das neben
der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder
einer bevorzugten Ausführungsform
derselben einen Bereich aufweist, der dahingehend zur Überwachung
vorgesehen ist, ob sich dort Fluid vorhanden ist.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das Gerät
eine Aufnahmeeinheit, die zur Aufnahme von Fluid bei einem fehlerhaften
Betrieb des Geräts
vorgesehen ist und in oder an einem unteren Bereich des Geräts angeordnet
sein kann. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die kapazitätsbehaftete
Einheit wenigstens teilweise in der Aufnahmeeinheit, vorzugsweise horizontal,
angeordnet ist.
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Ferner
kann das Gerät
eine Sammelkammer, einen Behälter,
einen Aufnahmeraum und dergleichen aufweisen, in dem während des
Betriebs des Geräts
in gewünschter
Weise Fluid vorhanden sein kann. Beispiele hierfür umfassen Laugenbehälter von
Waschmaschinen, im Inneren von Geschirrspülmaschinen angeordnete Wannenbereiche,
Wasserbehälter
von Boilern, Wasser(auf)bereitungsgeräten, Vorrichtungen für Grauwasseranwendungen (z.B.
Behälter
für Regenwasser,
benutztes Dusch- und Waschwasser) und Behälter zur Aufbewahrung und/oder
Sammeln von Fluid. Um Fluidpegel in der Sammelkammer zu detektieren,
ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die kapazitätsbehaftete Einheit wenigstens
teilweise, vorzugsweise sich vertikal erstreckend, in der Sammelkammer
angeordnet ist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Bei
der in der folgenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsform
wird auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen, von zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2A und 2B schematische
Darstellungen von für
Messsignale in Abhängigkeit
von Fluidmengen vorgesehenen Frequenzbereiche,
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3A bis 3D schematische
Darstellungen von vorgesehenen Ausgangssignalen in Abhängigkeit
von Frequenzen von Messsignalen,
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4 eine
schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen vorgesehenen
Signalerzeugungseinheit,
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5 eine
Tabelle mit Ausgängen
der Signalerzeugungseinheit von 4 zugeordneten
Frequenzen, und
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6 eine
schematische Darstellung einer bevorzugten Anordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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1 veranschaulicht
schematisch eine bevorzugte Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Detektion von Fluid in einem zu überwachenden
Bereich 2. Im Folgenden wird vereinfacht davon ausgegangen,
dass es sich bei dem zu detektierenden Fluid um Wasser handelt.
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Eine
mit einer elektrischen Kapazität
behaftete Einheit 4 ist so angeordnet, dass sich Bereiche der
Einheit 4, die eine sich bei Kontakt mit Fluid ändernde
Kapazität
aufweisen, wenigs tens teilweise in dem zu überwachenden Bereich 2 angeordnet
sind. Derartige Bereiche sind in 1 durch
die Kapazität Ck
idealisiert angegeben.
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Die
kapazitätsbehaftete
Einheit ist mit einer Signalerzeugungseinheit 6 elektrisch
leitend so verbunden oder so angekoppelt (z.B. über wenigstens eine Kapazität und/oder
Induktivität),
dass die Kapazität
Ck einen Teil eines Schwingkreises bildet. Der Schwingkreis kann
neben der Kapazität
Ck eine in der Signalerzeugungseinheit 6 enthaltene, weitere Kapazität (nicht
gezeigt) und einen ebenfalls in der Signalerzeugungseinheit 6 enthaltenen
Widerstand (nicht gezeigt) umfassen. Der hier als RC-Schwingkreis
vorgesehene Schwingkreis weist eine Resonanzfrequenz auf, die sich
in Abhängigkeit
von Änderungen
der Kapazität
Ck in Abhängigkeit
von einem Kontakt mit Fluid in dem zu überwachenden Bereich 2 ändert.
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Die
Signalerzeugungseinheit 6 gibt ein Messsignal MS mit einer
Frequenz aus, die die jeweils aktuelle Resonanzfrequenz des Schwingkreises
angibt oder dieser entspricht.
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Das
Messsignal MS wird zu einer Auswerteeinheit 8 übertragen.
Die Auswerteeinheit 8 ermittelt, in welchem von wenigstens
zwei vorbestimmten Frequenzbereichen die Frequenz des Messsignals
MS liegt und gibt ein Ausgangssignal Sout aus, dass den ermittelten
Frequenzbereich angibt.
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In 2A und 2B geben
die Linien FF den hier angenommenen, im wesentlichen linearen Zusammenhang
zwischen in dem zu überwachenden
Bereich 2 vorhandenem Fluid und Frequenz des Messsignals
MS an. Es wird hier angenommen, dass je mehr Fluid vorhanden ist,
desto kleiner die Frequenz ist. Es sind aber auch Zusammenhänge möglich, die
geometrischen, qudratischen oder höherwertigen Funktionen folgen
und/oder bei denen die Messsignalfrequenz mit zunehmender Fluidmenge steigt.
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Wie
in 2A veranschaulicht, ist es bei einer Ausführungsform
vorgesehen, dass ein erster vorbestimmter Frequenzbereich I und
ein zweiter vorbestimmter Frequenzbereich II verwendet werden. Wenn
die Frequenz des Messsignals MS unter einer vorbestimmten Frequenz
f1, also in dem ersten vorbestimmten Frequenzbereich I liegt, gibt
die Auswerteeinheit 8 ein diesen Frequenzbereich angebendes
Ausgangssignal aus. Ist die Frequenz des Messsignals MS größer als
die vorbestimmte Frequenz f1, liegt also in dem zweiten vorbestimmten
Frequenzbereich II, erzeugt die Auswerteeinheit 8 ein den zweiten
vorbestimmten Frequenzbereich II angebendes Ausgangssignal.
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Bei
der in 2B veranschaulichten Ausführungsform
wird neben ersten und zweiten Frequenzbereichen I und II ein weiterer,
dritter vorbestimmter Frequenzbereich III verwendet.
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In
Abhängigkeit
davon, ob die Frequenz des Messsignals MS in dem ersten vorbestimmten
Frequenzbereich I oder in dem zweiten vorbestimmten Frequenzbereich
oder in dem dritten vorbestimmten Frequenzbereich III liegt, gibt
die Auswerteeinheit 8 ein Ausgangssignal aus, das den ersten,
zweiten bzw. dritten vorbestimmten Frequenzbereich I, II, III angibt.
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Bei
Verwendung von ersten und zweiten vorbestimmten Frequenzbereichen
I und II, wie sie beispielsweise in 2A veranschaulicht
sind, erzeugt die Auswerteeinheit 8 ein Ausgangssignal
Sout1, wenn die Frequenz des Messsignals MS in dem ersten vorbestimmten
Frequenzbereich I liegt. Liegt die Frequenz des Messsignals MS in
dem zweiten vorbestimmten Frequenzbereich II, erzeugt die Auswerteeinheit 8 ein
Messsignal Sout2.
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Bei
der durch 3C veranschaulichten Ausführungsform
ist der erste vorbestimmte Frequenzbereich I in Frequenzteilbereiche
I1, I2, I3, I4, ... unterteilt ist. Bei dieser Ausführungsform
ist es ebenfalls vorgesehenen, den Frequenzbereich II durch ein
Ausgangssignal Sout2 anzugeben. Die Option, ein Ausgangssignal Sout3
für den
dritten vorbestimmten Frequenzbereich III zu verwenden, ist hier ebenfalls
vorgesehen.
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Die
Unterteilung des ersten vorbestimmten Frequenzbereichs I in Frequenzteilbereiche
I1, I2, ... ermöglicht
es, nicht nur anzugeben, dass in dem zu überwachenden Bereich eine vorbestimmte
Mindestmenge an Fluid vorhanden ist, sondern vorhandene Fluidmengen
genauer anzugeben. Wenn das Messsignal MS eine Frequenz im Frequenzteilbereich
I1 aufweist, gibt die Auswerteeinheit 8 ein Ausgangssignal
Sout11 aus, wenn das Messsignal MS eine Frequenz im Frequenzteilbereich
I2 aufweist, gibt die Auswerteeinheit 8 ein Ausgangssignal
Sout12 aus, usw.
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Mit
den unterschiedliche Frequenzteilbereiche angebenden Ausgangssignalen
Sout11, Sout12, ... kann angegeben werden, dass die in dem zu überwachenden
Bereich 2 vorhandene Fluidmenge größer als eine erste vorbestimmte
Fluidmenge und kleiner als eine zweite vorbestimmte Fluidmenge ist, dass
die in dem zu überwachenden
Bereich vorhandene Fluidmenge größer als
die zweite vorbestimmte Fluidmenge und kleiner als eine dritte vorbestimmte Fluidmenge
ist, usw.
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Die
Vorgehensweise gemäß 3C kann verwendet
werden, um verschiedene Fluidpegel in einer Waschmaschine zu unterscheiden,
die beispielsweise für
unterschiedliche Waschvorgänge und/oder
Zyklen vorgegeben sind (z.B. Reinigungsfluidmengen für große Wäschemengen,
Wollwaschgänge,
Spülvorgänge, etc.).
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Ferner
kann diese Ausführungsform
verwendet werden, um in einem Fluidbehälter zu ermitteln, ob Fluid
vorhanden ist und ob vorhandenes Fluid eine vorbestimmte Fluidmenge
erreicht hat. Dies kann beispielsweise in einem Boiler oder in einem Wasseraufbereitungsgerät hilfreich
sein, deren Fluidbehälter
oder -sammelkammer bis zu einem vorgegebenen Fluidpegel gefüllt werden
soll und/oder in denen ein vorbestimmter Fluidpegel nicht überschritten
werden soll.
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Um
die Menge an Fluid in dem zu überwachenden
Bereich 2 noch genauer anzugeben, kann die Ausführungsform
gemäß 3D verwendet
werden. Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von den Ausführungsformen
gemäß 3A, 3B und 3C dadurch,
dass für
Frequenzen des Messsignals MS im ersten vorbestimmten Frequenzbereich
I Ausgangssignale Sout1fkt verwendet werden, die über eine
oder mehrere Funktion mit Frequenzen des Messsignals MS im ersten
vorbestimmten Frequenzbereich I zusammenhängen.
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Beispielsweise
ist vorgesehen, dass zwischen Frequenzen des Messsignals MS im ersten vorbestimmten
Frequenzbereich I und für
diese Frequenzen angebende Ausgangssignale Sout1fkt ein linearer
Zusammenhang besteht. Weitere Beispiele für Zusammenhänge zwischen Frequenzen von Messsignalen
MS und Ausgangssignalen Sout1fkt umfassen quadratische Funktionen,
Exponentialfunktionen und Funktionen höherer Potenz. 3D veranschaulicht
für den
ersten vorbestimmten Frequenzbereich I beispielhaft unterschiedliche
Ausgangssignale Sout1fkt.
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Ein
Kriterium, gemäß dem Frequenzen
von Messsignalen MS im ersten vorbestimmten Frequenzbereich I Ausgangssignale
Sout1 zugeordnet werden können,
ist der Zusammenhang zwischen Änderungen
der Kapazität
Ck und Änderungen
der Fluidmenge in dem zu überwachenden
Bereich 2 und damit der Zusammenhang zwischen Frequenzen
von Messsignalen MS im ersten vorbestimmten Frequenzbereich I und Änderungen
der Fluidmenge in dem zu überwachenden
Bereich 2. Besteht beispielsweise zwischen Änderungen
der Fluidmenge in dem zu überwachenden
Bereich 2 und Frequenzen von Messsignalen MS im ersten
vorbestimmten Frequenzbereich I ein linearer Zusammenhang, können Ausgangssignale
Sout1 unmittelbar die aktuell in dem zu überwachenden Bereich 2 vorhandene
Fluidmenge angeben, wenn ein linearer Zusammenhang zwischen Frequenzen
von Messsignalen MS im ersten vorbestimmten Frequenzbereich I und
Ausgangssignalen Sout1 gewählt
wird. Entsprechendes gilt, wenn Änderungen
der Fluidmenge in dem zu überwachenden
Bereich 2 Frequenzen von Messsignalen MS im ersten vorbestimmten
Frequenzbereich I gemäß einer
anderen Funktion beeinflussen.
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Die
in 3A bis 3D gezeigten
Ausgangssignale Sout1, Sout2 und Sout3 sind lediglich Beispiele
für mögliche Ausgangssignale.
Welche Signalpegel und/oder Signalformen von der Auswerteeinheit 8 in
Antwort auf eine Frequenz des Messsignals MS erzeugte Ausgangssignale
Sout haben, kann anwendungsspezifisch definiert sein. Dabei sollte
lediglich beachtet werden, dass die von der Auswerteeinheit 6 ausgegebenen
Ausgangssignale Sout eine Unterscheidung dahingehend ermöglichen,
welchen Frequenzbereich sie angeben.
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4 veranschaulicht
eine weitere Ausführungsform
der Vorrichtung, um Fluid in einem zu überwachenden Bereich (in 4 nicht
gezeigt) zu detektieren.
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Bei
dieser Ausführungsform
umfasst der Teil der kapazitätsbehafteten
Einheit 4, dessen Kapazität in Abhängigkeit von Fluid in dem zu überwachenden Bereich änderbar
ist, einen durch gestrichelte Linien angedeuteten, zweiadrigen Leiter.
Der Messleiter weist eine fluidabhängig variable Kapazität Ck auf. Der
Messleiter ist mit der Signalerzeugungseinheit 6 so verbunden,
dass die Kapazität
Ck mit einer Kapazität
C1 der Signalerzeugungseinheit 6 parallel geschaltet ist.
Die parallel geschalteten Kapazitäten Ck und C1 sind in Reihe
mit einem Widerstand R1 an Eingangsanschlüssen (nicht bezeichnet) der
Signalerzeugungseinheit 6 angeschlossen.
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Die
Kapazitäten
Ck und C1 und der Widerstand R1 bilden Teile eines weitere von der
Signalerzeugungseinheit 6 bereitgestellte Komponenten umfassenden
Schwingkreises, dessen Resonanzfrequenz sich in Abhängigkeit
von der Kapazität
Ck, also von in dem zu überwachenden
Bereich vorhandenen Fluid, ändert.
Die bei dieser Ausführungsform vorgesehene
Signalerzeugungseinheit 6 ist eingangsseitig als RC-Oszillatorschaltkreis
ausgebildet, der eine Frequenz bereitstellt, die sich in Abhängigkeit
von Änderungen
der Kapazität
Ck ändert.
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Die
Signalerzeugungseinheit 6 weist bei dieser Ausführungsform
mehrere Ausgänge
Q1, Q2, ... auf. Ausgangsseitig ist die Signalerzeugungseinheit 6 als
Binärzähler ausgeführt, der
in Abhängigkeit
von der aktuellen Frequenz des RC-Oszillatorschaltkreises diese
Frequenz angebende Messsignale MS ausgibt. Vereinfacht ist in 4 eine
rechteckförmige Wellenform
für ein
Messsignal MS gezeigt.
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Die
an den Ausgängen
Q1, Q2, ... bereitgestellten Messsignale unterscheiden sich in den
Frequenzen, die eine aktuelle Ausgangsfrequenz des RC-Oszillatorschaltkreises
angeben.
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Ein
Beispiel für
an den Ausgängen
Q1, Q2, ... vorgesehene, unterschiedliche Frequenzen ist durch die
Tabelle in 5 angegeben. Die von dem RC-Oszillatorschaltkreis
bereitgestellte Frequenz ist mit f bezeichnet. Das an dem Ausgang
Q1 bereitgestellte Messsignal weist ge mäß diesem Beispiel eine Frequenz
auf, die halb so groß wie
die Frequenz f des RC-Oszillatorschaltkreises
ist, während
die Frequenz des an dem Ausgang Q2 bereitgestellten Messsignals
einem Viertel der Frequenz f des RC-Oszillatorschaltkreises entspricht,
usw.
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Die
bei dieser Ausführungsform
verwendete Signalerzeugungseinheit 6 hat den Vorteil, dass
die Signalerzeugungseinheit 6 ohne Modifikation mit unterschiedlich
ausgeführten
Auswerteeinheiten 8 verwendet werden kann. Die Verwendung
unterschiedlicher Auswerteeinheiten 8 kann beispielsweise
anwendungsabhängig
vorteilhaft sein. Ferner ermöglicht
es diese Ausführungsform,
die der Auswerteeinheit 8 Messsignale unterschiedlicher
Frequenz bereitzustellen, von denen beispielsweise anwendungsabhängig eines
zur Auswertung durch die Auswerteeinheit 8 verwendet wird.
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Ferner
ermöglicht
diese Ausführungsform eine
Anpassung an kapazitätsbehaftete
Einheiten 4 mit unterschiedlichen Kapazitäten Ck ohne Änderung der
Auswerteeinheit 8. So können
z.B. bei unterschiedlichen Kapazitäten Ck Messsignale MS bereitgestellt
werden, die im gleichen oder vergleichbaren, ähnlichen Frequenzbereich liegen
und deren fluidmengenabhängige
Frequenzänderungen
in diesem Frequenzbereich stattfinden. Unterschiedliche Kapazitäten Ck ergeben
sich beispielsweise, wenn unterschiedliche lange Leiter als kapazitätsbehaftete
Einheit 4 verwendet werden. Bei dem in 5 angegebenen
Beispiel würde
z.B. ein erster Leiter an dem Ausgang Q1 zu einem Messsignal MS
in einem Frequenzbereich führen,
der dem Frequenzbereich eines Messsignals MS für einen zweiten Leiter an dem Ausgang
Q2 (Q3, Q4, ...) entspricht, der halb (ein Drittel, ein Viertel,
...) so lang wie der erste Leiter ist.
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Die
Auswerteeinheit 8 kann zur Erzeugung von Ausgangssignalen
Sout als Tondekodierer, Tiefpass, Hochpass oder Bandpass ausgeführt sein,
um zu ermitteln, in welchem Frequenzbereich das verwendete Messsignal
MS liegt und/oder welche Frequenz dieses aufweist.
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Bei
allen Ausführungsformen
ist es vorgesehen, von der Auswerteeinheit 8 ausgegebene
Ausgangssignale Sout zu verwenden, um einem Benutzer über in dem
zu überwachenden
Bereich vorhandenes Fluid und/oder Fluidmengen zu informieren und/oder
ein den zu überwachenden
Bereich umfassendes Gerät
zu steuern.
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Um
einen Benutzer zu informieren, können beispielsweise
visuelle Anzeigelemente (z.B. unterschiedlich farbige Leuchtmittel,
LEDs, und dergleichen) verwendet werden, die angeben, dass in dem zu überwachenden
Bereich kein Fluid und/oder eine Fluidmenge, die kleiner als eine
vorbestimmte Mindestmenge an Fluid ist, und/oder eine Menge an Fluid,
die wenigstens einer Mindestmenge an Fluid entspricht, vorhanden
ist und/oder in welchen Mengenbereichen und/oder Mengen Fluid in
dem zu überwachenden
Bereich vorliegt. Der Benutzer kann auch darüber informiert werden, dass
ein Fehler, also ein Messsignal MS im dritten vorbestimmten Frequenzbereich
III, vorliegt. Eine derartige für
einen Benutzer vorgesehene Information kann beispielsweise verwendet
werden, wenn die Vorrichtung zur Detektion von Fluid für eine "Stand-Alone"-Anordnung eingesetzt
wird. Eine "Stand-Alone"-Anordnung kann beispielsweise
dazu dienen, in einem Gebäudebereich (z.B.
Keller, Waschküche,
Heizungsraum) Fluid zu detektieren.
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Bei
einer Verwendung der Fluiddetektionsvorrichtung in Verbindung mit
einem Gerät
ist es vorteilhaft, Ausgangssignale Sout zur Steuerung des Gerätes zu verwenden.
Im Fall einer Waschmaschine oder Geschirrspülmaschine können Ausgangssignale Sout beispielsweise
verwendet werden, um die Waschmaschine bzw. die Geschirrspülmaschine
wenigstens teilweise abzuschalten, wenn detektiert worden ist, dass
in einem Maschinenbereich und/oder in einem der Maschine benachbarten
Bereich eine Mindestmenge an Fluid überschritten ist. Die Fluiddetektionsvorrichtung
kann beispielsweise in oder an einem Bodenbereich einer Waschmaschine
oder Geschirrspül-maschine
angeordnet sein, um eine Leckage von Fluid zu erkennen.
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Die
Ffuiddetektionsvorrichtung kann auch verwendet werden, um Fluidpegel
in einem Fluidbehälter
oder -sammelkammer beispielsweise eines Wasserboilers oder Wasseraufbereitungsgeräts stufenweise
und/oder kontinuierlich zu überwachen
und Ausgangssignale Sout zu verwenden, um die Zufuhr und/oder Abfuhr
von Fluid und/oder den Gerätebetrieb
entsprechend zu steuern.
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6 veranschaulicht
schematisch eine Anordnung zur Detektion von Fluid in einem unteren
Bereich eines Haushaltsgerätes,
beispielsweise eine Waschmaschine. Die in Abhängigkeit von Fluid variable
Kapazität
Ck ist durch einen kapazitätsbehafteten
Leiter bereitgestellt, der in einer Aufnahmeeinrichtung 10 angeordnet
ist. Die Aufnahmeeinrichtung 10 kann beispielsweise die
Form einer Wanne haben, die im oder unter dem Boden der Waschmaschine
angeordnet ist. Der kapazitätsbehaftete
Leiter ist mittels Befestigungselementen (nicht gezeigt) an durch
gestrichelte Linien angegebenen Befestigungsstellen in der Aufnahmeeinrichtung
gesichert. Die Signalerzeugungseinheit 6 und die Auswerteeinheit 8 können entgegen
der Darstellung von 8 außerhalb
der Aufnahmeeinrichtung 10 angeordnet sein, beispielsweise
an dem Gehäuse
der Waschmaschine.
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Wenn,
wie in 6 im rechten oberen Bereich der Aufnahmeeinrichtung 10 angegeben,
eine durch eine Leckage verursachte Fluidmenge vorliegt, wird eine Änderung
der elektrischen Kapazität
der kapazitätsbehafteten
Einheit 4 bewirkt, die zu einem Messsignal MS der Sig nalerzeugungseinheit
im ersten vorbestimmten Frequenzbereich I führt. Ein solches Messsignal
MS wird von der Auswerteeinheit 8 verarbeitet, um ein die
Leckage angebendes Ausgangssignal Sout1 zu erzeugen. In Antwort
auf ein solches Ausgangssignal Sout1 kann die Steuerung der Waschmaschine
deren Betrieb entsprechend steuern, beispielsweise die Zufuhr weiteren
Wassers unterbrechen.
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Wenn,
wie in 6 im unteren Bereich der Aufnahmeeinrichtung 10 angegeben,
eine Menge an Fluid vorliegt, die nicht auf eine Leckage zurückzuführen ist,
bewirkt die daraus resultierende Kapazitätsänderung der kapazitätsbehafteten
Einheit 4 die Ausgabe eines Messsignals MS mit einer Frequenz im
zweiten vorbestimmten Frequenzbereich II. In Antwort auf ein solches
Messsignal MS erzeugt die Auswerteeinheit 8 ein Ausgangssignal
Sout2, das der Steuerung der Waschmaschine angibt, dass keine Leckage
vorliegt und dementsprechend kein entsprechender Betrieb erforderlich
ist.