DE2911366C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (DE-OS 15 48 889) ist in einem Zulaufrohr an einem Einlaßstutzen eines Salzbehälters eine Lichtquelle integriert, deren Licht nach einer Bündelung durch eine optische Linse zu einem diametral am Salzbehälter angeordneten Auslaßstutzen gerichtet ist, an dem ein Ablaufrohr angeschraubt ist. Das Ablaufrohr weist eine Anzeigefläche auf, die durch eine benachbarte Öffnung im Gehäuse eines Haushaltsgerätes von außen erkennbar ist. Der gebündelte Lichtstrahl kann jedoch auch auf einen Spiegel auftreffen, der den Lichtstrahl senkrecht nach oben zu einer Einfüllkappe des Salzbehälters umlenkt, wobei die Kappe als durchscheinende Anzeigefläche ausgebildet ist. Solange bei dieser Anordnung ungelöstes Salz in dem im übrigen mit Flüssigkeit gefüllten Salzbehälter vorhanden ist und im Wege des Lichtstrahles liegt, wird die Intensität des Lichtstrahles so gedämpft, daß an der jeweiligen Anzeigefläche kein optisches Signal ansteht. Befindet sich dagegen kein ungelöstes Salz im Strahlengang des Lichtstrahles, dann wird die jeweilige Anzeigefläche erhellt. Im praktischen Betrieb eines so ausgebildeten Salzgefäßes zeigt es sich, daß durch Trübungen der Salzlösung und die darin schwebenden feinsten Salzflimmer bei ansonsten gelöstem Salz noch immer eine so hohe Dämpfung des Lichtstrahles eintritt, daß eine beachtliche Helligkeitsdifferenz im Verhältnis zu dem Zustand, bei dem noch ungelöstes Salz im Strahlengang liegt, nicht auftritt. Dabei ist der Weg, den das Licht in der Flüssigkeit zurücklegen muß, bei den erheblichen Abmessungen des Salzbehälters sehr lang und damit mit hoher Dämpfung beaufschlagt. Ein beachtlicher Helligkeitsunterschied ergibt sich dabei erst dann, wenn annähernd reines Wasser im Salzgefäß vorhanden ist. Dann ist jedoch die Funktion des Regenerierens eines Ionenaustauschers nicht mehr gegeben.

Daneben ist auch eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Flüssigkeitsniveaus bekannt (DE-AS 23 28 117), bei der mittels einer Strahlungsquelle eine durch ein durchsichtiges Rohr fließende und dabei einen Meniskus bildende Flüssigkeit detektiert wird. Hierzu ist ein Lichtsender vorgesehen, dessen Strahlung auf das Rohr gerichtet ist, während ein Lichtempfänger um einen Winkel von ca. 105 Grad versetzt angeordnet ist. Solange sich hierbei Flüssigkeit in dem durchsichtigen Rohr befindet, tritt das vom Sender abgestrahlte Licht entweder geradlinig durch das Rohr hindurch oder wird in der Flüssigkeit absorbiert. Fehlt dagegen die Flüssigkeit, dann findet eine Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem Glas des Rohres und der Luft im Rohr statt. Hierdurch wird der Lichtstrahl seitlich ausgelenkt und trifft auf den Lichtempfänger. Bei dieser Anordnung ist es somit unerheblich, welche Bestandteile die Flüssigkeit enthält.

Es ist auch eine Vorrichtung zur Kontrolle des Füllstandes von Flüssigkeiten in durchsichtigen Rohren bekannt (DE-AS 25 22 095), bei der ein Lichtsender und ein Lichtempfänger mit optisch in einer Flucht liegenden Achsen vorgesehen sind. Die optische Achse liegt dabei seitlich neben der Längsachse des Rohres. Solange sich im Rohr keine Flüssigkeit befindet, treten die Lichtstrahlen des Lichtsenders nahezu ungebrochen durch die zu durchstrahlenden Wandungen des Rohres und treffen auf den Lichtempfänger. Befindet sich dagegen Flüssigkeit in dem Rohr, dann erfolgt eine Brechung des Lichtstrahls an den Grenzflächen zwischen der Rohrinnenwandung und der Flüssigkeit, wodurch sich eine Parallelverschiebung des Lichtstrahls ergibt. Dann liegt jedoch der Empfänger nicht mehr im Bereich des austretenden Lichtstrahls. Mit dieser Anordnung ist somit nur das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Flüssigkeit im Rohr feststellbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs zu schaffen, die robust und störunanfällig ausgelegt ist, zuverlässig ungelöstes Salz detektiert und deren Einbau keine wesentlichen Veränderungen am Gesamtaufbau der Wasserenthärtungseinrichtung einer Geschirrspül- oder Waschmaschine erfordert.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet nach dem Prinzip der Reflexion des Lichts, wobei die Reflexion in der Salzlösung wesentlich kleiner als an den ungelösten Salzkörnern innerhalb der Flüssigkeit ist. Dadurch wird die Ermittlung des tatsächlichen Füllstandes an Regeneriersalz von außerhalb des üblicherweise verwendeten Kunststoff-Salzgefäßes ermöglicht. Es kann daher über die dem Empfänger nachgeschaltete elektrische Auswerteschaltung bereits ein Signal ausgelöst werden, wenn der Füllstand einen vorbestimmten Wert unterschritten hat, so daß rechtzeitig Regeneriersalz nachgefüllt werden kann. Dabei ist das optische oder auch akustische Signal in seiner Intensität unabhängig von den Abmessungen des Salzbehälters bzw. dem Weg des eingedrungenen reflektierten Lichts.

Die verwendeten Wellenlängen entstammen vorzugsweise dem IR-Bereich. Es wird dabei der Intensitätsunterschied ausgenutzt, der sich beim Bestrahlen von Wasser oder Salzlösung gegenüber dem darin noch vorhandenen festen Salz ergibt. Festes Salz in der Flüssigkeit führt dabei zu einer erhöhten Reflexion und damit zu einer größeren Intensität des reflektierten Lichtes, das an den einzelnen Salzkörnern erheblich gestreut wird. Die Intensität der Lichtstrahlung braucht dabei nicht für das Durchdringen des gesamten Durchmessers des gesamten Salzbehälters bemessen zu sein, vielmehr genügt eine Eindringtiefe, die hinsichtlich der geometrischen Anordnung von Sender und Empfänger eine sichere Erfassung des ungelösten Salzes ermöglicht.

Andere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in Draufsicht eine Anordnung zur Überwachung des Salzfüllstandes nach dem Reflexionsverfahren,

Fig. 2 in Seitenansicht eine Anordnung mit IR-Strahlung zur Erläuterung der Ausgabeschaltung.

Bei der Anordnung zur Überwachung des Salzfüllstandes eines Salzgefäßes (2) der nicht gezeichneten Wasserenthärtungseinrichtung einer Geschirrspül- oder Waschmaschine werden von einem Sender (1) Lichtstrahlen ausgesendet, die nach Durchtritt durch die Gefäßwand des Salzgefäßes (2) auf das zu überwachende Medium (3) (Salz bzw. Salzlösung) treffen und nach erneutem Durchtritt durch die Gefäßwand von einem entsprechend angeordneten Empfänger (4) anteilig registriert werden.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 sind Sender (1) und Empfänger (4) so nebeneinander angeordnet, daß deren optische Achsen in einem geeigneten Winkel (a) zueinander stehen. Die vom Sender (1) ausgesandten Strahlen oder Wellen treffen nach Durchtritt durch die Wand des Salzgefäßes (2) auf dessen Inhalt (3), werden aber nur bei eintretender Reflexion am Medium (3) vom Empfänger (4) nach erneutem Durchlaufen der Gefäßwand anteilig registriert. Für die richtige Funktion dieser Anordnung sind Maßnahmen zu treffen, daß die Reflexion innerhalb des Salzgefäßes an dem zu überwachenden Inhalt (3) stattfindet. Dies wird dadurch erreicht, daß das Licht für Sender (1) und Empfänger (4) durch getrennte Lichtkanäle geführt wird und diese eng am Gefäß anliegen. Außerdem wird ein geeigneter Einfallwinkel (b) von z. B. etwa 90° gewählt.

Anhand von Fig. 2 wird zur Erläuterung der Meßmethode eine Anordnung zur Salzstandüberwachung unter Verwendung einer IR-Strahlung näher erläutert. Bei der Verwendung einer Lichtschranke eignet sich der nahe Infrarotbereich (ca. 800-900 Nanometer), da in diesem Bereich kaum potentialle Störquellen vorhanden sind. Beispielsweise werden durch alle in Betracht kommenden kürzerwelligen Lichtsender (z. B. Raumbeleuchtung) keine wesentlichen Störungen verursacht. Auch die stets vorhandene Wärmestrahlung übt, da ihre Energiemaxima überwiegend in längerwelligen Bereichen liegen, keinen maßgeblichen Einfluß aus. Vorteilhaft ist außerdem, daß in diesem Bereich leistungsfähige und preiswerte Lichtsender und -empfänger zur Verfügung stehen. Eine Ansteuerschaltung (21) regt durch Stromfluß in Durchlaßrichtung eine lichtemittierende Diode (22) zur Lumineszenz (Injektionslumineszenz) in einem bestimmten Frequenzbereich an. Als Lichtsender sind für den gewählten nahen IR-Bereich beispielsweise Dioden des GaAs-Typs geeignet. Ihr spektrales Emissionsmaximum liegt bei ca. 925 Nanometer. Die Diode besitzt außerdem, um Intensitätsverluste einzuschränken, eine linsenförmige Vergußmasse, die einen Halbwertswinkel von +30° ermöglicht. Zur weiteren Erhöhung der Strahlstärke in der Nähe der optischen Achse wird ein Konkavreflektor (23) eingebaut, der z. B. aus geschwärztem Aluminium besteht. Das ausgesandte IR-Licht tritt so auf kürzestem Wege durch die Wand des Salzgefäßes (24), das in der Regel aus Kunststoff besteht, in den Behälter mit der stark reflektierenden Salzfüllung (25) bzw. der schwächer reflektierenden Salzlösung (26) ein. Solange der Füllstand (27) (Schalthöhe) der Salzfüllung (25) in oder oberhalb der optischen Achse des Strahlengangs liegt, findet eine erhöhte Reflexion (bzw. Streuung) der Strahlung an den Salzkristallen statt, so daß ein starker Lichtstrom ein Filter (28) durchsetzt. Das Filter bewirkt eine erhöhte Absorption im für die Messung uninteressanten bzw. sogar störend wirkenden sichtbaren Bereich, also für Wellenlängen <800 nm. Das Filter (28) kann z. B. aus schwarz eingefärbtem Kunststoff bestehen. Längerwellige Strahlungen müssen damit nicht erfaßt werden, da die dazu geeigneten Empfänger aufgrund ihrer beschränkten Bandbreite, die größenordnungsmäßig nur wenige Hundert Nanometer beträgt, selbst eine Selektion der einfallenden IR-Strahlung vornehmen. Die hinter dem Filter (28) austretende und in der Bandbreite eines Lichtempfängers (29) liegende Strahlung wird von diesem detektiert, wodurch ein Signal in Form einer elektrischen Größe vom Empfänger an eine Auswerteschaltung (10) abgegeben wird. Der Empfänger (29) ist ein photosensitives Bauelement und kann z. B. aus einer Photodiode, einem Photoelement oder einem Phototransistor bestehen. Für die Empfänger kommen die bekannten Betriebsarten "Photoelementenbetrieb" oder "Photodiodenbetrieb" zur Anwendung, je nach dem, ob alternativ die Leerlaufspannung oder der Kurzschlußstrom des Photoempfängers ausgenutzt wird. Die Auswerteschaltung (10) besteht im wesentlichen aus einem Schwellwertschalter mit einstellbarer Vergleicherschwelle, z. B. einem Komparator oder einem bistabilen Flip-Flop. Die Schaltung erzeugt ein bistabiles Ausgangssignal, dessen Lage A oder B von der Lichtstärke der empfangenen Strahlung im Vergleich zum eingestellten Schwellniveau abhängt. Beispielsweise wird die Lage A eingenommen, wenn sich die Salzfüllung (25) im Strahlengang befindet, und Lage B, wenn sich die Lösung (26) im Strahlengang befindet. An die Auswerteschaltung (10) schließt sich noch eine Ausgabeschaltung (11) an, die je nach der eingenommenen Lage A oder B der Auswerteschaltung beispielsweise ein akustisches oder optisches Signal erzeugt oder nicht und somit darüber Auskunft gibt, ob der angestrebte Füllstand (27) der Salzfüllung (25) unterschritten ist oder nicht. Diese Schalthöhe (27) ist variabel und durch Verschieben der Lichtschranke auf den gewünschten Wert einstellbar. Die Zuverlässigkeit dieser Anordnung gegenüber Störeinflüssen kann neben der erwähnten Strahlbündelung durch Konkavlinsen (23), der Selektion von Wellenlängen durch Filter (28) und Empfänger (29), durch eine Erhöhung der Lichtstärke des Senders erfolgen. Wenn die Senderdiode (22) im Impulsbetrieb mit relativ kurzen Einschaltzeiten betrieben wird, so kann statt des vorgesehenen Durchlaßdauerstroms mit einem dazu um ein Mehrfaches erhöhten Impulsdurchlaßstrom gearbeitet werden. Die dadurch erzielte Erhöhung der Lichtstärke bewirkt eine Verbesserung des Störabstandes gegenüber Störquellen, solange die Auswerteschaltung eine höhere Einstellzeit besitzt als die Impulspausendauer beträgt. Außerdem kann senderseitig eine Frequenzmodulation vorgenommen werden, die empfängerseitig, z. B. durch einen abgestimmten Schwingkreis ausgefiltert wird, wobei insbesondere die modulierten Störlichtquellen wie Glühbirnen oder Leuchtstofflampen an Einfluß verlieren.

Claims (7)

1. Anordnung zur Überwachung des Füllstandes des zur Regenerierung eines Ionenaustauschers verwendeten Salzvorrats eines Salzgefäßes in einer Geschirrspül- oder Waschmaschine mit einem außerhalb des aus Kunststoff bestehenden Salzgefäßes angeordneten Lichtsender, der Lichtstrahlung in das Salzgefäß sendet, aus dem abhängig vom Füllstand des Salzvorrats Lichtstrahlung austritt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strahlungsachse des Senders (1, 22) in einem Winkel (a) ungleich 180 Grad zur Strahlenachse eines dagegen angeordneten elektrischen Lichtempfängers (34, 29) steht,
daß der Sender in einem Winkel (b) von etwa 90° zum Salzgefäß (2) angeordnet ist,
daß das Licht für Sender (1) und Empfänger (4) durch getrennte Lichtkanäle geführt wird und diese eng an der Gefäßwand des Salzgefäßes (2) anliegen,
daß der Empfänger (4, 29) die Intensität des Lichtes nach der Reflexion bzw. Streuung in der stark reflektierenden Salzfüllung (25) oder der schwächer reflektierenden Salzlösung (26) in elektrische Istsignale umwandelt, und
daß die Auswerteschalteinrichtung (10) die Istsignale mit einem Sollwertsignal vergleicht und über eine angeschlossene Ausgabeschaltung (11) beim Über- oder Unterschreiten des Sollwertes eine Nachfüllaufforderung optisch und/oder akustisch signalisiert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bestrahlen des Salzgefäßes (2) mit Inhalt (3) eine IR-Strahlung aussendende Lichtquelle als Sender (1) vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Sender (1) eine Lichtquelle für nahe IR-Strahlen im Wellenlängenbereich der Größenordnung von 900 Nanometer vorgesehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (1) aus einer von einem Steuergerät der Maschine an das Stromnetz legbaren Ansteuerschaltung (21) besteht, durch die eine lichtemittierende Diode (22) zur Lumineszenz in einem bestimmten Frequenzbereich anregbar ist, daß der Diode ein Reflektor (23) zugeordnet und das ausgestrahlte Licht gegen das Salzgefäß (2, 24) und dessen stark reflektierende Salzfüllung (25) oder die schwächer reflektierende Lösung (26) gerichtet ist, daß der aus einer Photodiode (29) oder dergleichen bestehende Empfänger (4) mit zugeordnetem Reflektor (23) die aus dem Salzgefäß (2, 24) austretenden und ein Filter (28) passierenden Lichtstrahlen einer bestimmten Bandbreite detektiert und ein elektrisches Signal an die im wesentlichen von einem Schwellwertschalter mit einstallbarer Vergleicherschwelle gebildete Auswerteschalteinrichtung (10) abgibt.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Lichtstärke des Senders (1) der Diodenstrom von der für die Diode (22) zulässigen Dauerstromstärke auf die mehrfach höhere Spitzenstromstärke erhöhbar ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des Störabstandes eine senderseitige Frequenzmodulation und gleichzeitig eine Frequenzselektion im Empfänger (4) vorgesehen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalthöhe (27) für den Salzstand im Salzgefäß (2, 24), in deren Bereich der Intensitätsunterschied der beim Empfänger (4) ankommenden, beim Auftreffen auf die Salzfüllung (25) oder die darüber stehende Lösung (26) mehr oder weniger stark reflektierten Lichtwellen auftritt, durch Verschieben der Lichtschranke auf eine gewünschte Höhe einstellbar ist.