DE10025430A1 - System zur Bestimmung der Oberflächenspannung in einer Waschmaschine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein System zur Bestimmung der Oberflächenspannung von Wasch- oder Spülflüssigkeit aus dem Laugenbehälter (2; 21) einer Waschmaschine nach der Blasendruckmethode, wobei in die Flüssigkeit ein gasförmiger Volumenstrom eingeleitet und während des Blasenabrisses der zeitliche Verlauf des Drucks dieses Volumenstroms betrachtet wird. Um ein kostengünstiges System zur Bestimmung der Oberflächenspannung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass zur Messung des Drucks des Volumenstroms die Atmosphärenseite (9b) eines als Differenzdrucksensor ausgebildeten analogen Drucksensors (9) einer Niveaumesseinrichtung zur Bestimmung des Flüssigkeitsstandes im Laugenbehälter (2; 21) verwendet wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Bestimmung der Oberflächenspannung von Wasch- oder
Spülflüssigkeit aus dem Laugenbehälter einer Waschmaschine nach der Blasendruckmethode,
wobei in die Flüssigkeit ein gasförmiger Volumenstrom eingeleitet und während des Blasen
abrisses der zeitliche Verlauf des Drucks dieses Volumenstroms betrachtet wird. Darüber
hinaus betrifft die Erfindung eine Trommelwaschmaschine mit einem solchen System.
Es besteht seit langem der Wunsch, die im gewerblichen Bereich und in Haushaltswaschma
schinen angewandten Waschverfahren hinsichtlich ihres Waschmittelverbrauchs unter Be
rücksichtigung ökologischer und ökonomischer Gesichtspunkte zu optimieren. Um diese Ziele
zu erreichen, sind Dosierverfahren notwendig, welche für den jeweiligen Waschprozess eine
optimale Waschmittelkonzentration gewährleisten, die einerseits ein zufriedenstellendes
Waschergebnis sichert und andererseits eine Überdosierung ausschließt. Aus der
DE 41 12 417 A1 und aus der DE 195 29 787 A1 ist es bekannt, die Waschmittelkonzentration
in einem Waschmittel-Wassergemisch (Waschflüssigkeit) durch eine Messung der Oberflä
chenspannung zu ermitteln. Ebenso ist es möglich, die Spülwirkung einer Waschmaschine
durch Bestimmung der Oberflächenspannung der Spülflüssigkeit zu bestimmen. Dabei kann die
Bestimmung in beiden Fällen mit einem Blasentensiometer erfolgen, wie in den vorgenannten
Fundstellen vorgeschlagen.
Die Bestimmung der dynamischen Oberflächenspannung nach der Blasendruckmethode ba
siert auf der Abhängigkeit der Oberflächenspannung vom Druck bei der Bildung freier Oberflä
chen. Dabei wird durch eine Kapillare ein Luftstrom in die Messflüssigkeit eingeleitet und er
zeugt Blasen. Die Druckdifferenz des Luftstroms während des Blasenabrisses ist dann propor
tional zur Oberflächenspannung. Bei der Messflüssigkeit handelt es sich um eine Probe der
Wasch- oder Spülflüssigkeit aus dem Laugenbehälter der Waschmaschine.
Auf dem Markt erhältliche Blasentensiometer sind sehr teuer und können deshalb in Haus
haltswaschmaschinen nicht serienmäßig eingesetzt werden.
Der Erfindung stellt sich somit das Problem, ein kostengünstiges System zur Bestimmung der
Oberflächenspannung der eingangs beschriebenen Art zu offenbaren.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein System mit den im Patentanspruch 1 ange
gebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile ergeben sich durch die Ausnutzung eines bereits
vorhandenen Sensors und seiner Messelektronik. Zur Realisierung eines kostengünstigen
Oberflächenspannungs-Bestimmungssystems ist deshalb nur noch der Einbau einer Pumpein
richtung zur Erzeugung eines gasförmigen Volumenstroms (Luftstrom) und evtl. eine Vorrich
tung zur Entnahme einer Messprobe der Wasch- bzw. Spülflüssigkeit notwendig.
Durch eine Trommelwaschmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 6 ist eine solche
Vorrichtung offenbart. Mit dieser sind folgende Vorteile auf einfache Weise erreichbar:
- - In Wassereinläufen ohne Waschmitteleinspülung (Spülgänge, Wassereinläufe mit teilweiser Umgehung der Waschmitteleinspülfächer) ist ein Kalibrieren des Sensors möglich, ohne dass eine zusätzliche Kalibrier-Messzelle vorhanden sein muss;
- - die Messzelle wird in jedem Waschprogramm durch die Frischwasserzufuhr in den Spül gängen gereinigt, hierdurch werden Messfehler durch Waschmittelablagerungen vermieden;
- - die Messzelle kann auf einfache Weise durch unwuchtbedingte Schwingungen des Laugen behälters geleert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind an der Trommel zur Laugenbehälterwand gerichtete
Schöpfeinrichtungen angeordnet, welche während der Drehung der Trommel Flüssigkeit aus
dem unteren Bereich des Laugenbehälters in die Kammer fördern. Hierdurch erübrigt sich eine
zusätzliche Pumpe zur Füllung der Kammer mit der zu überprüfenden Waschlauge. Durch die
ständige Drehung der Trommel während des Waschvorgangs wird die Messzelle stets bis zum
Rand gefüllt, so dass eine definierte Eintauchtiefe der Kapillare gesichert ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und
wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäß ausgebildeten Systems bei
einer Trommelwaschmaschine anhand einer Schemaskizze.
Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Laugenbehälter einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Trommelwaschmaschine mit einer Messzelle im Bereich der Laugen
behälterwand
Die in Fig. 1 dargestellte Waschmaschine besitzt ein Gehäuse (1), in dem ein Laugenbe
hälter (2) an Federn (3) schwingend aufgehängt ist. Zur Dämpfung der Schwingungen ist er
gegenüber dem Gehäuseboden (1a) durch Schwingungsdämpfer (4) abgestützt. Innerhalb des
Laugenbehälters (2) ist in bekannter Weise eine Trommel (5) zur Aufnahme von Wäsche dreh
bar gelagert und wird durch einen Motor (6) angetrieben.
Zur Messung des Flüssigkeitsniveaus im Laugenbehälter (2) ist an dessen Vorderwand (2a) im
unteren Bereich ein Druckstutzen (7) angeordnet, von dem ein erster Verbindungsschlauch (8)
zu einem Drucksensor (9) geführt ist. Der Drucksensor (9) ist als analoger Differenzdrucksen
sor ausgebildet, wobei die beiden Seiten durch eine Membran (10) getrennt sind, auf der der
Messwertumformer (11) angeordnet ist. Der Messwertumformer (11) wandelt die druckbe
dingten Auslenkungen der Membran (10) in Spannungssignale um. Diese werden dann zur
Auswertung an eine Mikroprozessor-Steuerung (12) weitergeleitet und zur Bestimmung des
Flüssigkeitsniveaus im Laugenbehälter (2) verwendet. Bei herkömmlichen Waschmaschinen ist
der Drucksensor (9) dazu konzipiert, auf der einen Seite (9a) den füllstandsabhängigen Druck
im Laugenbehälter (2) und auf der anderen Seite (9b) den atmosphärischen Druck zu messen.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Waschmaschine besitzt außerdem eine Einrichtung zur
Messung der Oberflächenspannung der Wasch- oder Spülflüssigkeit nach der Blasendruck
methode. Zu diesem Zweck wird in den Laugenbehälter (2) oder in eine mit der Waschflüssig
keit gefüllte Messzelle (s. Fig. 2) über eine Kapillare (13) ein Luftstrom eingeleitet, der von
einer Luftpumpe (14) erzeugt wird. Dieser Luftstrom verursacht in der Flüssigkeit eine Bildung
von Luftblasen. Eine nachgeschaltete Drossel (nicht dargestellt) hält den Luftstrom konstant.
Der an der Kapillaren (13) anliegende Druck wird während der Blasenabrisse erfasst und von
einer in der Mikroprozessor-Steuerung integrierten Auswerteschaltung (15) in Oberflä
chenspannungs-Werte umgerechnet. Zu diesem Zweck ist ein Abzweig (13a) von der Leitung
zur Kapillaren über einen zweiten Verbindungsschlauch (16) mit der Atmosphärenseite (9b) des
Drucksensors (9) verbunden. Auf diese Weise können beide Drucksignale (Füllstand im Lau
genbehälter; Oberflächenspannung der Wasch-/Spülflüssigkeit) mit einem Sensor ermittelt
werden, dennoch sind die Messsysteme voneinander getrennt. Eine definierte Öffnung (17) im
Bereich des Luftweges zwischen der Luftpumpe und dem Drucksensor, hier im Abzweig (13a),
sorgt dafür, dass nach dem Ausschalten der Pumps (14) wieder Umgebungsdruck am Druck
sensor (9) anliegt und das füllstandsabhängige Drucksignal nicht beeinflusst wird. Bei einge
schalteter Luftpumpe (14) wird die Oberflächenspannung ermittelt. Vorraussetzung dabei ist,
dass der erzeugte Luftstrom kräftig genug ist, um die aus der Öffnung (17) ausströmende Luft
auszugleichen und gleichzeitig Blasen zu erzeugen.
Um eine Beeinflussung von Füllstands- und Oberflächenspannungsmessung zu vermeiden und
den dynamischen Anteil des Drucksignals bei der Ermittlung der Oberflächenspannung nicht
durch Niveauschwankungen zu verfälschen, ist es vorteilhaft, die Trommel (5) während der
Luftstromerzeugung stillzusetzen und einen Wasserzu- bzw. -ablauf zum Laugenbehälter (2) zu
unterbinden.
Die in Fig. 2 dargestellte Waschmaschine besitzt einen Laugenbehälter (21), dem durch einen
ventilgesteuerten Wasserweg über einen nicht dargestellten Waschmitteleinspülkasten Wasser
und Waschmittel zugeführt wird. Dabei erfolgt die Verbindung vom Waschmitteleinspülkasten
zum Laugenbehälter (21) durch eine Schlauchleitung (23), die in die Wand (21a) des Laugen
behälters (21) mündet. Um diesem Mündungsbereich (23a) ist an der Außenseite der Laugen
behälterwand (21a) eine schalenförmige Kammer (24) angeformt, die als Messzelle für eine
Einrichtung zur Bestimmung der Oberflächenspannung dient. Dabei bilden die Kammer (24),
die Wand (21a) und der Einmündungsbereich der Schlauchleitung ein Siphon. In die Kam
mer (24) wird über eine Kapillare (25) Luft eingeleitet. Der weitere Aufbau des Sensors zur
Bestimmung der Oberflächenspannung mit seinen Vorrichtungen zur Erzeugung und Einleitung
der Luft und zur Auswertung des Druckverlaufs während der Blasenabrisse an der
Kapillaren (25) ist analog zu der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und deswegen nicht dargestellt.
Um die Bestimmung der Oberflächenspannung in der Wasch- bzw. Spülflüssigkeit vornehmen
zu können, muss diese aus dem Bodenbereich des Laugenbehälters (21) in die Messzelle
gefördert werden. Hierzu sind am Mantel der Trommel (22) oder bei entsprechender Anord
nung der Kammer (24) an einer ihrer Stirnflächen Schöpfeinrichtungen (28) angeformt, die in
Drehrichtung (29) der Trommel (22) wirken. Durch diese wird die Kammer (24) während der
Drehung der Trommel (22) mit der Messflüssigkeit gefüllt. Alternativ kann zur Füllung der
Kammer (24) eine Pumpe (nicht dargestellt) verwendet werden, wobei der ersten Alternative
aufgrund ihrer Kostengünstigkeit der Vorzug zu geben ist. Eine Entleerung der Kammer (24)
erfolgt automatisch zum Ende eines Waschprogramms durch die beim Schleudern auftretenden
Schwingungen, die sich aufgrund von Unwuchten durch ungleichmäßige Wäscheverteilung
einstellen.
Claims (9)
1. System zur Bestimmung der Oberflächenspannung von Wasch- oder Spülflüssigkeit aus
dem Laugenbehälter (2; 21) einer Waschmaschine nach der Blasendruckmethode, wobei in
die Flüssigkeit ein gasförmiger Volumenstrom eingeleitet und während des Blasenabrisses
der zeitliche Verlauf des Drucks dieses Volumenstroms betrachtet wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Messung des Drucks des Volumenstromes die Atmosphärenseite (9b) eines als
Differenzdrucksensor ausgebildeten analogen Drucksensors (9) einer Niveaumessein
richtung zur Bestimmung des Flüssigkeitsstandes im Laugenbehälter (2; 21) verwendet wird.
2. System zur Bestimmung der Oberflächenspannung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Luftweg (13a; 16) zwischen der Atmosphärenseite (9b) des Drucksensors (9)
und einer Vorrichtung (Luftpumpe 14) zur Erzeugung des gasförmigen Volumenstromes eine
Öffnung (17) angeordnet ist, deren Durchmesser hinsichtlich der Erzielung eines aus
reichend verwertbaren Drucksignals angepasst ist.
3. System zur Bestimmung der Oberflächenspannung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
gekennzeichnet durch eine Auswerteschaltung (15) zur Auswertung des dynamischen
Signalanteils des Drucksensors (9).
4. System zur Bestimmung der Oberflächenspannung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteschaltung (15) das Drucksignal zu Zeiten auswertet, in denen kein Was
serzulauf zum Laugenbehälter (2; 21) oder Wasserablauf aus dem Laugenbehälter (2; 21)
erfolgt.
5. System zur Bestimmung der Oberflächenspannung in einer Waschmaschine mit einer
drehbaren Trommel (5; 22) oder einem Wäschebeweger innerhalb des Laugen
behälters (2; 21) nach mindestens einem der Ansprüche 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteschaltung (15) das Drucksignal zu Zeiten auswertet, in denen die Trom
mel (5; 22) oder der Wäschebeweger stillgesetzt sind.
6. Trommelwaschmaschine mit einem System zur Bestimmung der Oberflächenspannung nach
einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Wasserzulauf (23) und mit einer Messzelle, in die
die Kapillare (25) mündet,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messzelle als Kammer (24) an der Wand des Laugenbehälters (21) ausgebildet ist
und dort im Mündungsbereich (23a) des Wasserzulaufs (23) angeordnet ist.
7. Trommelwaschmaschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Trommel (22) zur Wand des Laugenbehälters (21) gerichtete Schöpfeinrich
tungen (28) angeordnet sind, welche während der Drehung der Trommel (22) Flüssigkeit aus
dem unteren Bereich des Laugenbehälters (21) in die Kammer (24) fördern.
8. Trommelwaschmaschine nach Anspruch 6,
gekennzeichnet durch eine Pumpeinrichtung zur Befüllung der Kammer (24) mit Wasch-
oder Spülflüssigkeit aus dem unteren Bereich des Laugenbehälters (21).
9. Trommelwaschmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kammer (24) und Teile (21a) der Laugenbehälterwand und oder des Wasserzu
laufs (32) als Siphon wirken.
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