DE102006041274A1

DE102006041274A1 - Sensor zur Trübungsmessung

Info

Publication number: DE102006041274A1
Application number: DE102006041274A
Authority: DE
Inventors: Florian Kampf
Original assignee: Marquardt GmbH
Current assignee: Marquardt GmbH
Priority date: 2006-09-02
Filing date: 2006-09-02
Publication date: 2008-03-06

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor (1), insbesondere für Haushaltsgeräte, wie Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen o. dgl., mit einem Sender (4) sowie einem Empfänger (5) für optische Strahlung, insbesondere für Infrarot-Strahlung zur Messung der Trübung einer Flüssigkeit (2). Der Sensor (1) weist ein wenigstens in Teilen, insbesondere im Bereich des Senders (4) und/oder des Empfängers (5), für optische Strahlung transparentes Gehäuse (3) zur Aufnahme des Senders (4) und/oder des Empfängers (5) auf. Das Innere (7) des Gehäuses (3) ist im Bereich des Senders (4) und/oder des Empfängers (5) mit einem für optische Strahlung weitgehend transparenten Vergussmedium (8) ausgegossen. Insbesondere findet ein Vergussmedium (8) Verwendung, dessen Brechungsindex größer als derjenige von Luft ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Sensoren werden zur Trübungsmessung für die Waschtechnik verwendet.
Insbesondere sind diese Sensoren für Haushaltsgeräte, wie Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen o. dgl., bestimmt.
Solche Sensoren zur Messung der Trübung der als Waschmedium verwendeten Flüssigkeit sind bekannt. Der Sensor weist einen Sender sowie einen Empfänger für optische Strahlung, und zwar für Infrarot-Strahlung, zur Messung der Trübung einer Flüssigkeit auf. Hierzu befindet sich eine Meßstrecke in der Flüssigkeit zwischen dem Sender und dem Empfänger, derart daß der Sensor den von der Flüssigkeit absorbierten Anteil an der optischen Strahlung zur Bestimmung der Trübung auswertet. Desweiteren besitzt der Sensor ein Gehäuse, das zur Aufnahme des Senders und des Empfängers dient. Das Gehäuse ist in den Teilen, die dem Bereich des Senders und/oder des Empfägers zugeordnet sind, für optische Strahlung transparent.
Diese Trübungssensoren werden in weiteren Applikationen in Haushaltswaschgeräten zunehmend nicht nur zur Spülsteuerung, sondern auch zum Messen der Trübung während des Waschprozesses selbst eingesetzt. Das führt dazu, daß die Sensoren weit höhere Trübungen auflösen müssen. Dem steht gegenüber, daß die Arbeitstemperaturen, bei denen diese Trübungen beim Waschprozeß zu messen sind, bis über 85°C hinausgehen. Sie liegen damit im Grenzbereich der Funktion der optoelektronischen Bauelemente. Insbesondere bei den als Sender dienenden Leuchtdioden sind bei diesen hohen Arbeitstemperaturen lediglich Arbeitsströme zulässig, die nur noch einen Bruchteil der Nennströme bei Zimmertemperatur betragen.
Damit scheiden preiswerte Leuchtdioden zum Einsatz in derartigen Applikationen aus. Neu entwickelte Leuchtdioden, die auch bei diesen Umgebungstemperaturen noch die nötigen Leistungen erbringen, sind erheblich teuerer als konventionelle Leuchtdioden, und zwar kosten diese fast doppelt so viel. Bei einem üblichen Trübungssensor erhöhen diese Mehrkosten die Sensorkosten wesentlich, und zwar um über 10 %. Im kostensensitiven Bereich der Hausgeräte sind diese Kosten oft zu hoch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Sensor so weiterzuentwickeln, daß dessen Leistungsfähigkeit auch bei hohen Temperaturen unter Wahrung der Kostengünstigkeit gesteigert ist. Insbesondere soll ein Trübungssensor mit verbesserten optischen Parametern geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Sensor durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Trübungssensor, bei dem das zu messende Medium von den optoelektronischen Teilen durch ein wenigstens in Teilen weitgehend transparentes Gehäuse getrennt ist, ist zur Verbesserung der Leistung das Innere des Gehäuses im Bereich des Senders und/oder des Empfängers mit einem für optische Strahlung weitgehend transparenten Vergußmedium ausgegossen. Insbesondere wird hierfür ein Vergußmedium verwendet, dessen Brechungsindex größer als derjenige von Luft ist. Vorteilhafterweise erzielen diese Vergußmassen, im Gegensatz zu den Erwartungen des Fachmanns, eine optisch leistungsverbessernde Wirkung. Dies wird physikalisch dadurch erklärt, daß die Verbesserung durch Konzentration des Strahlenbündels zwischen Sender und Empfänger die Verluste aufgrund der etwas schlechteren Transparenz durch den Verguß überwiegt. Wie weiter herausgefunden wurde, wird der Strahlengang der Optoelektronik-Teile insbesondere durch einen Verguß mit einem Medium, dessen Brechungsindex höher als derjenige von Luft ist, gebündelt, wodurch sich wiederum im Raum zwischen den Optoelektronik-Teilen und dem Gehäuse die Verluste durch Reflexion und Rauhigkeiten des Gehäuses vermindern. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zweckmäßigerweise besteht das Gehäuse aus einem Basisteil, das in etwa zylinderförmig ausgestaltet ist und zur Aufnahme einer Elektronik für die Auswertung von Signalen des Senders und/oder des Empfängers dient, sowie wenigstens einem Ansatz zur Aufnahme des Senders und/oder des Empfängers. In herkömmlicher Weise können der Sender sowie der Empfänger in jeweils einem separaten Ansatz in der Art einer Ausbauchung angeordnet sein. In kompakter Bauweise bietet es sich dann weiter an, daß der Ansatz höckerartig, insbesondere an der oberen Grundfläche des Zylinders für das Basisteil, angeordnet sind. Bei einer solchen Ausgestaltung ist das Innere des Ansatzes sowie gegebenenfalls wenigstens teilweise das Innere des Basisteils mit dem Vergußmedium ausgegossen.
Wie sich herausgestellt hat, ist Silikon besonders geeignet als Vergußmedium. Bevorzugtes Vergußmedium ist glasklares Silikon, das auch in dem für Trübungssensoren üblichen Infrarotbereich gut transparent ist. Allerdings ist jedoch auch die Verwendung sonstiger isolierender Flüssigkeiten, die unter anderem für Aus- und Vergüsse bei elektrischen Schaltern verwendet werden, möglich.
Es bietet sich an, im Gehäuse, insbesondere im Basisteil, eine Leiterplatte anzuordnen. In fertigungs- sowie montagetechnisch einfacher Art reicht die Leiterplatte mittels eines Fingers in den Ansatz hinein. Der Sender und/oder der Empfänger ist auf dem Finger befestigt. Um einen weitgehend intelligenten Sensor zu schaffen, kann darüber hinaus die Elektronik zur Auswertung der Signale des Senders und/oder des Empfängers auf der Leiterplatte befindlich sein.
Um den Sensor in einfacher Weise im Hausgerät montieren zu können, befindet sich auf der Leiterplatte, und zwar dem Finger gegenüberliegend, ein Anschlußkontakt. Bei der Montage ist dann ein Stecker auf den Anschlußkontakt aufsteckbar. In platzsparender Art ist der Stecker an der unteren Grundfläche des Zylinders für das Basisteil einsteckbar.
Bei einer kostengünstigen Ausgestaltung des Sensors handelt es sich bei dem Sender um eine Leuchtdiode. Als Empfänger kann ein Fototransistor verwendet werden. Um weiterhin Kosten zu sparen, kann das Gehäuse aus Kunststoffbestehen. Zwar kann im Bereich des Senders und/oder des Empfängers ein für die optische Strahlung im wesentlichen transparentes Fenster eingesetzt werden, es ist jedoch vorteilhaft, wenn es sich bei dem in diesem Bereich befindlichen Kunststoff um für die optische Strahlung wenigstens teilweise transparenten Kunststoff handelt. Dann ist es nicht nötig, in das Gehäuse ein separates Fenster einzusetzen, was wiederum vorteilhaft im Hinblick auf die Abdichtung des Sensors gegenüber der umgebenden Flüssigkeit ist.
Dadurch daß beim erfindungsgemäßen Trübungssensor die Zwischenräume zwischen den optoelektronischen Sensorbestandteilen und dem transparenten Gehäuseteilen mit einer transparenten Vergußmasse ausgegossen sind, deren Brechungsindex größer als der der Luft ist, werden vorteilhafterweise die Parameter konventioneller, kostengünstiger Leuchtdioden im Trübungssensor derart verbessert, daß diese auch für die erhöhten Anforderungen von Wasch-Trübungssensoren einsetzbar sind. Der Verguß ist in einfacher Weise sowie auch kostengünstig herzustellen.
Die mit der Erfindung erzielten weiteren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß als ein positiver Nebeneffekt des Vergusses zusätzlich eine bessere Temperaturisolierung der optoelektronischen Teile gegen das zu messende Medium erzielt wird. Damit können auch Medien mit höheren Temperaturen, als es die optoelektronischen Teile ansonsten zuließen, gemessen werden. Ein weiterer Nebeneffekt solch eines Vergusses ist die zusätzlich zum Gehäuse wirkende wasserabweisende zweite Isolierung. Dadurch wird auch ohne galvanische Trennung der Spannungsversorgung des Haushaltgerätes die für das Bedienen durch den Menschen erforderliche Schutzgüte erreicht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 einen Längsschnitt durch einen Sensor zur Messung der Trübung einer Flüssigkeit,
2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in 1 und
3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in 1.
In 1 ist ein Sensor 1 zur Messung der Trübung einer Flüssigkeit 2 zu sehen. Ein solcher Sensor 1 ist für Haushaltsgeräte, wie Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen o. dgl., verwendbar. Zur Messung der Trübung der Flüssigkeit 2 weist der Sensor 1 einen Sender 4 sowie einen Empfänger 5 für optische Strahlung, und zwar vorliegend für Infrarot-Strahlung, auf. Der Sender 4 und der Empfänger 5 befinden sich in einem Gehäuse 3 des Sensors 1, das aus einem für optische Strahlung transparenten Kunststoff besteht. Zumindest diejenigen Teile des Gehäuses 3, die sich im Bereich des Senders 4 und/oder des Empfängers 5 befinden, sind für die optische Strahlung transparent ausgestaltet, so daß dann der Kunststoff für das restliche Gehäuse 3 falls gewünscht auch weitgehend undurchsichtig gewählt werden kann.
Der Sender 4 sendet optische Strahlung mit einer gewissen Intensität. Aufgrund der Trübung der Flüssigkeit 2 wird ein gewisser Anteil der Strahlung im optischen Strahlengang 6 zwischen dem Sender 4 und dem Empfänger 5 absorbiert und/oder gestreut, so daß der Empfänger 5 die optische Strahlung mit verminderter Intensität empfängt. Anhand des von der Flüssigkeit 2 absorbierten und/oder gestreuten Anteils der optischen Strahlung entsprechend den Signalen des Senders 4 sowie des Empfängers 5 läßt sich dann die Trübung der Flüssigkeit 2 bestimmen.
Das Innere 7 des Gehäuses 3 ist im Bereich des Senders 4 und/oder des Empfängers 5 mit einem Vergußmedium 8 ausgegossen. Das Vergußmedium 8 ist für optische Strahlung weitgehend transparent. Insbesondere besitzt das Vergußmedium 8 einen Brechungsindex, der größer als derjenige von Luft ist. Als Vergußmedium 8 kann Silikon, und zwar glasklares Silikon, in vorteilhafter Weise Verwendung finden. Das Vergußmedium 8 bewirkt eine Konzentration des Strahlenbündels 9 im optischen Strahlengang 6 zwischen dem Sender 4 und dem Empfänger 5, wie anhand der 2 zu sehen ist. In 2 ist schematisch das Strahlenbündel 9 für den Strahlengang mit Vergußmedium 8 und das Strahlenbündel 9' ohne Verguß eingezeichnet.
Das Gehäuse 3 besteht gemäß 2 aus einem Basisteil 11 sowie aus wenigstens einem Ansatz 10. Der Ansatz 10 dient zur Aufnahme des Senders 4 und/oder des Empfängers 5. Zweckmäßigerweise ist der Sender 4 im Ansatz 10 und der Empfänger 5 in einem weiteren separaten Ansatz 10' angeordnet. Das Basisteil 11 dient zur Aufnahme einer in 1 als integrierter Baustein dargestellten Elektronik 12 für die Auswertung der Signale des Senders 4 und/oder des Empfängers 5. Es bietet sich dann an, daß in der Elektronik 12 bereits die den Signalen entsprechenden Meßwerte für die Trübung der Flüssigkeit 2 berechnet werden.
Das Basisteil 11 ist in etwa zylinderförmig ausgestaltet, wie der 2 sowie der 3 zu entnehmen ist. Die Ansätze 10, 10' für den Sender 4 sowie den Empfänger 5 sind in der Art einer Ausbauchung mit in etwa ovalem Querschnitt am Basisteil 11 angeordnet. Der Ansatz 10, 10' ist dabei höckerartig an der oberen Grundfläche 13 des Zylinders für das Basisteil 11 angeordnet, derart daß die zu messende Flüssigkeit 2 im optischen Strahlengang 6 zwischen den Ansätzen 10, 10' für den Sender 4 und den Empfänger 5 befindlich ist. Bei einer solchen Ausgestaltung ist nun das Innere 7 des Ansatzes 10, 10' sowie gegebenenfalls wenigstens teilweise das Innere 7 des Basisteils 11 mit dem Vergußmedium 8 ausgegossen.
Im Gehäuse 3, und zwar im Basisteil 11, befindet sich eine Leiterplatte 14, wie weiter in 1 zu sehen ist. Die Leiterplatte 14 reicht mittels jeweils eines Fingers 15 in den Ansatz 10, 10' hinein. Der Sender 4 und der Empfänger 5 sind auf dem jeweiligen Finger 15 befestigt. Auf der Leiterplatte 14 befindet sich weiter die Elektronik 12 zur Auswertung der Signale des Senders 4 sowie des Empfängers 5. In kostengünstiger Weise läßt sich als Sender 4 eine Leuchtdiode sowie als Empfänger 5 ein Fototransistor verwenden.
Die Meßergebnisse des Sensors 1 können über eine Datenleitung zu einem Steuergerät im Haushaltsgerät weitergeleitet werden. Hierfür befindet sich auf der Leiterplatte 14, dem Finger 15 gegenüberliegend, ein Anschlußkontakt 16, auf den ein Stecker 17 aufsteckbar ist. Der Stecker 17 ist an der in 3 sichtbaren unteren Grundfläche 13' des Zylinders für das Basisteil 11 einsteckbar. Über den Stecker 17 am Anschlußkontakt 16 kann selbstverständlich auch noch die Spannungsversorgung für den Sensor 1 zugeführt werden. Der Sensor 1 kann schließlich im Haushaltsgerät mittels einer Dichtung 18 abgedichtet in die Flüssigkeit 2 hineinragen.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann ein derartiger Sensor 1 nicht nur in Haushaltsgeräten, sondern auch in Werkzeugmaschinen, Kraftfahrzeugen, beispielsweise als Ölsensor, o. dgl. Verwendung finden.

1: Sensor
2: Flüssigkeit
3: Gehäuse
4: Sender
5: Empfänger
6: Strahlengang
7: Innere (des Gehäuses/von Ansatz, Basisteil)
8: Vergussmedium
9, 9': Strahlenbündel
10, 10': Ansatz (am Gehäuse)
11: Basisteil (von Gehäuse)
12: Elektronik
13, 13': Grundfläche (von Basisteil)
14: Leiterplatte
15: Finger (an Leiterplatte)
16: Anschlußkontakt
17: Stecker
18: Dichtung

Claims

Sensor, insbesondere für Haushaltsgeräte, wie Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen o. dgl., mit einem Sender (4) sowie einem Empfänger (5) für optische Strahlung, insbesondere für Infrarot-Strahlung zur Messung der Trübung einer Flüssigkeit (2), und mit einem wenigstens in Teilen, insbesondere im Bereich des Senders (4) und/oder des Empfängers (5), für optische Strahlung weitgehend transparenten Gehäuse (3) zur Aufnahme des Senders (4) und/oder des Empfängers (5), dadurch gekennzeichnet, daß das Innere (7) des Gehäuses (3) im Bereich des Senders (4) und/oder des Empfängers (5) mit einem für optische Strahlung weitgehend transparenten Vergußmedium (8) ausgegossen ist, insbesondere mit einem Vergußmedium (8), dessen Brechungsindex größer als derjenige von Luft ist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) aus einem Basisteil (11), insbesondere zur Aufnahme einer Elektronik (12) für die Auswertung von Signalen des Senders (4) und/oder des Empfängers (5), sowie wenigstens einem Ansatz (10, 10') zur Aufnahme des Senders (4) und/oder des Empfängers (5) besteht, daß vorzugsweise der Sender (4) sowie der Empfänger (5) in jeweils einem separaten Ansatz (10, 10') in der Art einer Ausbauchung angeordnet sind, daß weiter vorzugsweise der Ansatz (10, 10') höckerartig, insbesondere an der oberen Grundfläche (13) des Zylinders für das Basisteil (11), angeordnet ist, und daß noch weiter vorzugsweise das Innere (7) des Ansatzes (10, 10') sowie gegebenenfalls wenigstens teilweise das Innere (7) des Basisteils (11) mit dem Vergußmedium (8) ausgegossen ist.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Vergußmedium (8) um Silikon, insbesondere um glasklares Silikon, handelt.
Sensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (3), insbesondere im Basisteil (11), eine Leiterplatte (14) befindlich ist, daß vorzugsweise die Leiterplatte (14) mittels eines Fingers (15) in den Ansatz (10, 10') hineinreicht, daß weiter vorzugsweise der Sender (4) und/oder der Empfänger (5) auf dem Finger (15) befestigt ist, und daß noch weiter vorzugsweise die Elektronik (12) auf der Leiterplatte (14) befindlich ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der Leiterplatte (14), insbesondere dem Finger (15) gegenüberliegend, ein Anschlußkontakt (16) befindet, daß vorzugsweise ein Stecker (17) auf den Anschlußkontakt (16) aufsteckbar ist, und daß weiter vorzugsweise der Stecker (17) an der unteren Grundfläche (13') des Zylinders für das Basisteil (11) einsteckbar ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Sender (4) um eine Leuchtdiode handelt, und daß vorzugsweise als Empfänger (5) ein Fototransistor verwendet ist.