DE3711241A1

DE3711241A1 - Eiskastenniveausensor

Info

Publication number: DE3711241A1
Application number: DE19873711241
Authority: DE
Inventors: Leroy Lind
Original assignee: King Seeley Thermos Co
Current assignee: Scotsman Group LLC
Priority date: 1986-04-03
Filing date: 1987-04-03
Publication date: 1987-10-15
Also published as: JPH0144983B2; BR8701523A; GB2188724B; FR2596857A1; GB8705896D0; SE460925B; IT8719902A0; SE8702772D0; AU601413B2; IT1202718B; ZA871865B; AU7091887A; JPS62237264A; GB2188724A; CA1267203A; SE8702772L; FR2596857B1; MX168749B; CH674074A5; BE1003058A3

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schal tungsanordnung, und insbesondere auf eine, die die Eis menge, die sich im Eiskasten einer Gefriervorrichtung mit automatischer Eisbereitung angehäuft hat, mißt.

Viele moderne Freezer, die industriell und privat ver wendet werden, weisen automatische Eisbereitungssysteme auf, die Eiswürfel in einem Eiskasten lagern. Eine Vor richtung zur Kontrolle des Ausstoßes dieser Typen von Eisbereitungssystemen ist nötig, um es zu ermöglichen, daß entnommenes Eis nachgefüllt wird, und um eine Über produktion zu verhindern. Viele bestehende Bauformen verwenden für solche Kontrolle Vorrichtungen zum Wiegen des Eiskastens, oder verwenden mit Paddel arbeitende Taster, die die Höhe des angestauten Eiswürfelhaufens messen.

Auch wenn diese Geräte im allgemeinen befriedigend arbeiten, ist es wünschenswert, einen verbesserten Eis kastenniveausensor vorzusehen, der die Eisbereitungs maschine kontrolliert, und ohne bewegliche Teile arbeitet.

In Einklang mit dieser Erfindung, ist eine Eiskastensensor schaltung vorgesehen, die es ermöglicht, die Eismenge in einem Eiskasten zu messen, wobei ein Infrarotlichtstrahl verwendet wird, der unterbrochen wird, wenn der Eiskasten voll ist. Die Schaltung steuert die Eisbereitungsvorrich tung automatisch, so daß eine gewünschte Menge vorrätiger Eiswürfel beibehalten wird. Wenn auch Lichtschrankenschal tungen gut bekannt sind, ist die Schaltung gemäß dieser Erfindung für ihre beabsichtigte Funktion entwickelt wor den und es werden leicht erhältliche und billige Bauteile verwendet. Um eine unzulässige Operation auf Grund vorüber gehender Unterbrechungen des Lichtstrahls zu vermeiden, weist die Schaltung eine Zeitverzögerungsfunktion auf.

Die Schaltung weist ferner eine Vorrichtung auf, um eine unzulässige Operation, die durch Umgebungslicht hervorge rufen wird, und sie weist eine Vorrichtung zum schnellen Testen der Schaltung auf eine Fehlfunktion während der Produktion oder dem Gebrauch auf.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht eines automatischen Eisbereitungs geräts,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der verschiedenen Funktions gruppen der Schaltung gemäß dieser Erfindung, und

Fig. 3 eine detaillierte schematische Darstellung der Schaltung gemäß dieser Erfindung.

In bezug auf Fig. 1 ist ein Gefriergerät 10 gezeigt, das ein automatisches Eisbereitungsgerät aufweist, das eine Entladeöffnung 14 hat. Damit das Gefriergerät 10 automatisch arbeitet, ist es notwendig, einige Vorrichtungen zur Steue rung des Ausstoßes des Eisbereitungsgeräts vorzusehen, so daß es Eis liefert, wenn es gewünscht wird, aber der Eis kasten 16 nicht überfüllt wird. Gemäß dieser Erfindung ist diese Steuerung mit einem Infrarotsender 18 und einem infratorempfindlichen Fotodetektor 20, die auf den gegen überliegenden Wänden im Eiskasten 16 angebracht sind, aus geführt. Wenn der angestaute Haufen Eiswürfel unter der Sichtlinie 12 zwischen dem Sender 18 und dem Fotodetektor 20 ist, arbeitet das Eisgerät, und produziert Eiswürfel. Dieses arbeitet weiter, bis der Infrarotlichtstrahl unter brochen wird, und das Eisbereitungsgerät hört auf zu arbeiten. Der Sender 18 und der Fotodetektor 20 werden von einer Eiskastensensorschaltung 22 gesteuert. Die Bauteile, aus denen die Eiskastensensorschaltung 22 besteht, sind unten im Detail beschrieben.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der verschiedenen Funk tionsgruppen der Schaltung 22, während Fig. 3 ein detail liertes schematisches Schaltbild der Schaltung ist, das jedes einzelne Bauteil zeigt. Die Eiskastensensorschaltung 22 besteht aus drei Primärschaltkreisen: Stromversorgung 24, Infrarotsender-Steuerschaltung 26 und Detektorschal tung 28, wobei vorzugsweise alle auf einer Platine 34 angebracht sind.

Wie in Fig. 3 gezeigt, weist die Stromversorgung 24 einen, die Spannung herabsetzenden, Transformator 30 auf, der an einige Steckerstifte auf einer Klemmleiste 32, die auf der Platine 34 angebracht ist, angeschlossen ist. Der Strom vom Transformator 30 wird auf einen Vollwegbrückengleich richter 36 geführt, wo er in eine Gleichspannung umge wandelt wird, die einen Durchschnittswert von etwas größer als 12 Volt hat. Filterkondensatoren 37 und 38 werden ver wendet, um das gleichgerichtete Signal zu glätten. Eine zusätzliche Filterung und Spannungssteuerung wird von einem IC-Spannungsregler 40 geleitet. Eine Diode 41 ist vorgesehen, um negative Spannungsspitzen zu sperren, die durch Schaltkreise, die an die Stromversorgung 24 ange schlossen sind, entstehen können.

Ein Infrarotsteuerungsschaltkreis 26 verwendet einen bekannten "555" Timer 42, der, zusammen mit zusätzlichen Bauteilen, in Schaltung 26 als ein Oszillator 44 gebraucht wird, der einen Steuerungstransistor 54 steuert. Der Timer 42 überwacht den Ladezustand eines externen, zeit gebenden Kondensators 46. Der Ausgang des Timers 42 ist gesetzt, wenn der Kondensator 46 geladen wird, was durch Stromfluß durch einen Widerstand 48 bewirkt wird. Eine Diode 50 ist vorgesehen, um zu gewährleisten, daß der Kondensator 46 nur über den Widerstand 48 geladen wird, unter Nebenschluß eines Widerstands 52. Wenn der Konden sator 46 ungefähr zwei Drittel der Speisespannung er reicht, wird der Ausgang des Timers 42 "0" und der Timer schaltet auf einen Modus um, der den Kondensator entlädt. Das Entladen des Kondensators 46 geschieht über den Wider stand 52. Der Gebrauch der Diode 50 bewirkt, daß der Kondensator 46 sehr schnell geladen wird, und viel lang samer entladen wird. Diese Operation des Timers 42 erzeugt ein Rechtecksignal, das eine sehr geringe prozentuale Einschaltdauer hat, d.h. schmale positive Spannungs spitzen sind durch relativ lange Pausen getrennt. Der Ausgang des Timers 42 steuert den Basisstrom des Steuer transistors 54 über einen Widerstand 56. Das rechteck förmige Signal, das die Basis des Steuertransistors 54 steuert, schaltet ein 12 Volt Signal der Stromversorgung 24, und bewirkt, daß ein Strom durch den Infrarotsender 18 fließt, der vorzugsweise eine lichtaussendende Diode (LED) ist und der an mehrere Stifte der Klemmleiste 32 ange schlossen ist. Eine LED 58 ist auch als Hilfsinfrarot sender vorgesehen, die auf der Platine 34 angebracht ist, und die für zukünftige Anwendungen gebraucht werden kann, die aber nicht in Verbindung mit der vorliegenden Erfin dung verwendet wird.

Ein Detektorschaltkreis 28 besteht aus einer Anzahl inte grierter Operationsverstärker (Mehrzweckanalogverstärker), so wie das National Semiconduktor Modell LM 324, in dem vier einzelne Operationsverstärker (OV) zusammengefaßt sind. Ein Fotodetektor 21 liefert einen veränderlichen Widerstand, abhängig von dessen Belichtung innerhalb des sen Empfindlichkeitsbereiches. Ein Hilfsfotodetektor 20 kann für zukünftige Verwendungen vorgesehen werden. Der Fotodetektor 21 liefert ein veränderliches Stromsignal, das an den invertierten (minus) Anschluß des Operationsver stärkers 60, der als ein Stromspannungswandler 62 arbeitet, angelegt wird. Am nicht-invertierten (plus) Anschluß des OperationsVerstärkers 60 liegt eine konstante Vorspannung von ungefähr 8 Volt an, die vom Spannungsteiler, der aus den Widerständen 64 und 66 besteht, geliefert wird. Strom veränderungen, die entstehen, wenn der Fotodetektor 21 dem pulsierenden Licht des Infrarotsenders 18 ausgesetzt ist, bewirken, da8 der Operationsverstärker 60 als Ausgangs signal eine nur positive Wechselspannung liefert. Ein Rück kopplungswiderstand 70 sieht eine Verstärkungsregelung des Operationsverstärkers 60 vor. Ein Kondensator 68 ar beitet als eine Umgebungslichtblockierschaltung 72, in dem Gleichspannungsanteile vom Ausgang des Operationsver stärkers 60 ausgefiltert werden, die z.B. auf Grund kon stanter oder niederfrequenter Umgebungslichtspeisungen auf Fotodetektor 21 entstehen können. Ein Kondensator 71 und ein Widerstand 80 sind zur zusätzlichen Signalaufbe reitung vorgesehen.

Ein Operationsverstärker 74 wird als Verstärker 76 des Signals vom Kondensator 68 verwendet, wobei er es unter Anwendung eines Rückkoppelungswiderstands 78 auf ein ge wünschtes Niveau anhebt. Die Widerstände 78 und 82 regeln die Eingangswerte auf Operationsverstärker 74 auf die gewünschten Größen ein. Die Operationsverstärker 84 und 86 sind so angeordnet, daß sie als Höchstwertdetektorschaltung 88 dienen, wobei die Dioden 90 und 92, ein Kondensator 94 und die Widerständen 91, 93 und 95 verwendet werden. Der Ausgang der Höchstwertdetektorschaltung 88 liefert einen Gleichspannungswert mit einigen dazwischengeschalteten, sägezahnförmigen Wellen, die auf Grund des Ladens des Kondensators 94 entstehen. Der Ausgang der Höchstwert detektorschaltung 88 vom Operationsverstärker 86 ist positiv, wenn ein Wechselspannungssignal vom Fotodetektor 21 empfangen wurde. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird eine Spannung auf eine LED 96 und einen Widerstand 97 gegeben, die beide auf der Platine 34 angebracht sind, und als Anzeige dienen, daß der Eiskasten 18 nicht ge füllt ist.

Ein Operationsverstärker 96 wird als ein Schwellwert detektor 98 verwendet, indem er das Signal, das vom Ope rationsverstärker 96 geliefert wird, mit einer Referenz spannung, die von einem Spannungsteiler, der aus den Widerständen 102 und 104 besteht, vergleicht. Der Ausgang des Operationsverstärkers 96 ist positiv, wenn die Diffe rens der Signale, die vom Operationsverstärker 86 und dem Referenzsignal geliefert werden, positiv wird. Eine Zeit verzögerungsschaltung 106 besteht aus einem Widerstand 108, einem Kondensator 110 und einem Operationsverstärker 112. Die Werte des Widerstands 108 und des Kondensators 110 sind so gewählt, daß sich das Spannungssignal, das an den Minusanschluß des Operationsverstärkers 112 angelegt wird, langsam ändert. Wenn der Ausgang des Operationsverstärkers 96 positiv wird, bewirkt die Zeitverzögerungsschaltung 106, daß das Eingangssignal am Operationsverstärker 112 für eine vorher bestimmte Zeitspanne, z.B. für 10 Sekunden, unterhalb der Referenzspannung bleibt. Wenn der Ausgang des Operationsverstärkers 96 negativ wird, bleibt das Eingangssignal am Operationsverstärker 112 für eine vor her bestimmte Zeitspanne über der Referenzspannung. Wenn das Signal, das am Minusanschluß des Operationsverstärkers 96 anliegt, die Referenzspannung übertrifft, hat der Operationsverstärker 112 einen negativen Ausgang. Ein Widerstand 113 ist zur Verstärkungskontrolle des Opera tionsverstärkers 112 vorgesehen. Es ist ein Anschluß 99 vorgesehen, der an den Minuseingang des Operationsver stärkers 96 angeschlossen ist, und der es ermöglicht, ein Testsignal anzulegen, um die Funktion der Schaltung 22 zu prüfen.

Das Signal vom Ausgang des Operationsverstärkers 112 wird auf zwei Operationsverstärker 114 und 116 übertragen, die einen Steurungsinverter 118 darstellen. Das Signal vom Operationsverstärker 112 wird geteilt und an beide nega tive Eingänge der Operationsverstärker 114 und 116 angelegt, die dieses Signal mit dem Referenzsignal, das über den Widerstand 104 angelegt wird, vergleichen. Die Operations verstärker 114 und 116 steuern einen Relaissteuertransistor 120 über die Widerstände 122 und 124. Der Transistor 120 steuert den Stromfluß zu einem Relais 126, das die Eisbe reitungsvorrichtung, die in dieser Erfindung verwendet wird. Eine Diode 128, ein Kondensator 130 und ein Wider stand 132 sind vorgesehen, um das elektrische Rauschen zu dämpfen, das bei der Arbeit des hochinduktiven Relais 126 entsteht.

Die Eiskastensensorschaltung 22, wie oben beschrieben, steuert automatisch ein Eisbereitungsgerät, indem das Niveau des verbliebenen Eises kontinuierlich überwacht wird und der Eisbereiter periodisch aktiviert und deakti viert wird, um ein gewünschtes Füllniveau des Eises beizu behalten. Wenn Licht vom Infrarotsender 18 den Fotodetek tor 21 für eine Zeitspanne, die die Zeitverzögerung über trifft, trifft, wird der Eisbereiter aktiviert, Eis zu produzieren. Die Zeitverzögerungsschaltung hält das Eis bereitungsgerät von einer versehentlichen Funktion ab, wenn der Fotodetektor 21 vorübergehend Licht ausgesetzt ist, was auftreten kann, wenn Eis aus dem Eiskasten 16 entnommen wird. Wenn der Eiskasten gefüllt ist, wird das Licht vom Infrarotsender 18 unterbrochen. Wenn der Licht strahl für eine Zeitspanne, die größer als die Zeitver zögerung ist, unterbrochen ist, wird der Eisbereiter deaktiviert. Die Zeitverzögerung bei der Deaktivierung des Eisbereiters ist wünschenswert, um zu vermeiden, daß der Eisbereiter auf einen vorübergehenden Zustand reagiert, und auch um zu erlauben, daß der Eiskasten etwas überfüllt wird, um ein Pumpen des Systems zu verhindern.

Claims

1. Eine elektrische Schaltung für eine Gefriervorrich tung mit Eisbereitung, einem Eiskasten zur Aufnahme von Eis, das von dem Eisbereitungsgerät gemacht wird, wobei die elektrische Schaltung das Eisbereitungsgerät steuert, damit das Gerät Eis bereitet, wenn das angestaute Eis in dem Kasten unterhalb einem vorher bestimmten Niveau liegt, dabei ist die Schaltung gekennzeichnet durch:

- eine Lichtquelle,
- ein lichtempfindliches Element, das so angebracht ist, daß, wenn das Eis über einem vorherbestimmten Niveau liegt, der Lichtpfad zwischen der Lichtquelle und dem lichtempfindlichen Element unterbrochen wird, wobei das lichtempfindliche Element einen zur Stärke des empfan genen Lichts proportionalen Strom liefert,
- einen Strom/Spannungswandler, der ein Stromsignal von dem lichtempfindlichen Element empfängt und es in ein Spannungssignal umwandelt,
- einen Spitzenwertdetektor, um die Spitzen des Spannungs signals des Strom/Spannungswandlers zu ermitteln,
- einen Schwellwertdetektor, der das Signal vom Spitzen wertdetektor nur passieren läßt, wenn das Signal größer als ein vorherbestimmter Schwellwert ist, und
- ein Zeitverzögerungsmittel, das ein Ausgangssignal liefert, das das Eisbereitungsgerät nur dann betätigt, wenn das Signal vom Schwellwertdetektor mindestens eine erste, vorherbestimmte Zeitspanne besteht, so daß, wenn das Eis innerhalb der ersten, vorherbestimmten Zeitspanne unter dem vorherbestimmten Niveau liegt, das Zeitverzögerungsmittel das Eisbereitungsgerät aktiviert, wobei das Zeitverzögerungsmittel das Ausgangssignal weiter aufrechterhält, bis das Signal vom Schwellwert detektor für eine zweite, vorherbestimmte Zeitspanne nicht mehr vorhanden ist, so daß, wenn das Eis inner halb der zweiten, vorherbestimmten Zeitspanne über dem vorherbestimmten Niveau liegt, das Zeitverzögerungsmittel das Eisbereitungsgerät abschaltet.

2. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillator als Treiber für die Lichtquelle dient, damit diese ein pulsier tes Licht sendet, und daß eine Gleichstrom-Blockierschal tung verwendet wird, die das Spannungssignal vom Strom/ Spannungswandler bekommt und nur Wechselspannungskomponen ten passieren läßt, so daß sie als Umgebungslicht-Blockier schaltung arbeitet.

3. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle infra rot-frequentes Licht erzeugt.

4. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom/Spannungs wandler einen ersten Operationsverstärker aufweist.

5. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstrom-Blockier schaltung einen Kondensator aufweist.

6. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 2, ge kennzeichnet durch einen Verstärker, der das Signal von der Gleichstrom-Blockierschaltung verstärkt, und ein verstärktes Signal an den Spitzenwertdetektor lie fert.

7. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker ein zweiter Operationsverstärker ist.

8. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, ge kennzeichnet durch eine Lichtquelle, die sichtbares Licht aussendet, die vom Signal des Spitzen wertdetektors gespeist wird, wodurch angezeigt wird, daß das lichtempfindliche Element ein Signal von der Infrarot lichtquelle empfängt.

9. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungs vorrichtung ein Widerstands-Kondensatornetzwerk aufweist.

10. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, ge kennzeichnet durch einen Steuerinverter, der ein Signal von der Zeitverzögerungsvorrichtung empfängt, und der einen Steuertransistor regelt, der den Eisbereiter betätigt.

11. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuertransistor ein Signal an ein Relais liefert, das den Eisbereiter regelt.

12. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwertdetek tor einen dritten und einen vierten Operationsverstärker umfaßt.

13. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertdetektor einen fünften Operationsverstärker aufweist.

14. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungs vorrichtung einen sechsten Operationsverstärker aufweist.

15. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuer-Inverter einen siebten und einen achten Operationsverstärker auf weist.

16. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite festgelegte Zeitspanne ungefähr gleich lang sind.

17. Eine elektrische Schaltung für eine Gefriervor richtung mit Eisbereitung, einem Eiskasten zur Aufnahme von Eis, das von dem Eisbereitungsgerät gemacht wird, wobei die elektrische Schaltung das Eisbereitungsgerät steuert, damit das Gerät Eis bereitet, wenn das angestaute Eis in dem Kasten unterhalb einem bestimmten Niveau liegt, dabei ist die Schaltung gekennzeichnet durch:

- eine LED-Lichtquelle, die infrarot-frequentes Licht sendet,
- einen ersten Steuertransistor, der den Stromfluß zur Lichtquelle regelt,
- einen Oszillator, der den ersten Steuertransistor treibt, um den ersten Steuertransistor so zu steuern, daß er einen pulsierenden Lichtstrom liefert,
- einen Fotodetektor, der zur Lichtquelle so angebracht ist, daß, wenn das Eis über einem vorherbestimmten Niveau liegt, der Lichtpfad zwischen der Lichtquelle und dem Fotodetektor unterbrochen wird, wobei der Fotodetektor einen zur Stärke des empfangenen Lichts proportionalen Strom liefert,
- einen ersten Operationsverstärker, der als Strom/Spannungs wandler arbeitet, der ein Stromsignal vom Fotodetektor empfängt, und dieses Signal in ein Spannungssignal wan delt,
- einen Kondensator, der an den Ausgang des ersten Opera tionsverstärkers angeschlossen ist, und der nur die Wechselspannungsanteile der Signale passieren läßt, und der somit als Umgebungslichtblockierer arbeitet,
- einen zweiten Operationsverstärker, der das Signal vom Kondensator verstärkt,
- einen dritten und einen vierten Operationsverstärker, die an zwei Dioden gekoppelt sind, und die als Spitzen wertdetektor arbeiten, der die Spitzen des Signals vom zweiten Operationsverstärker ermittelt,
- einen fünften Operationsverstärker, der an den vierten Operationsverstärker angekoppelt ist, und der als Schwellwertdetektor arbeitet, der das Signal vom vier ten Operationsverstärker nur passieren läßt, wenn das Signal einen vorherbestimmten Schwellwert übersteigt,
- eine Zeitverzögerungsvorrichtung, die einen Widerstands- Kondensatornetzwerk und einen sechsten Operationsver stärker aufweist, das einen Ausgangsstrom liefert, wenn das Signal vom fünften Operationsverstärker länger als eine erste, vorherbestimmte Zeitspanne vorhanden ist, und das diesen Ausgangsstrom weiterhin liefert, bis das Signal vom fünften Operationsverstärker für länger als eine zweite, vorherbestimmte Zeitspanne unterbrochen ist,
- einen Treiber, der einen siebten Operationsverstärker aufweist, der ein Signal vom sechsten Operationsver stärker empfängt,
- einen Relaistreibertransistor, der vom siebten Opera tionsverstärker gesteuert wird, und
- ein Relais, das an den Relaissteuertransistor angekop pelt ist, wobei, wenn das Eis unter dem vorherbestimmten Niveau für die erste, vorherbestimmte Zeitspanne liegt, der Relaissteuertransistor das Relais aktiviert und somit das Eisbereitungsgerät Eis produziert, und wenn das Eis über dem vorherbestimmten Niveau für die zweite, vorherbestimmte Zeitspanne liegt, schaltet der Relais steuertransistor das Relais und damit das Eisbereitungs gerät ab.

18. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 17, ge kennzeichnet durch einen achten Operations verstärker, der parallel zum sieben Operationsverstärker geschaltet ist, und der zusammen mit dem siebten Opera tionsverstärker den zweiten Steuertransistor steuert.

19. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite vorherbestimmten Zeitspannen ungefähr gleich lang sind.