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Die
Erfindung betrifft einen Sensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Derartige
Sensoren werden zur Trübungsmessung
für die
Waschtechnik verwendet. Insbesondere sind diese Sensoren für Haushaltsgeräte, wie Waschmaschinen,
Geschirrspülmaschinen
o. dgl., bestimmt.
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Aus
der
DE 10 2004
042 727 A1 ist ein Trübungssensor
für Haushaltsgeräte bekannt,
der einen Sender sowie einen Empfänger für optische Strahlung, insbesondere
für Infrarot-Strahlung zur Messung
der Trübung
einer Flüssigkeit
besitzt. Bei diesem Sensor befindet sich zwischen dem Sender und dem
Empfänger
die Meßstrecke
für die
Flüssigkeit. Obwohl
nicht explizit in dieser Offenlegungsschrift beschrieben, ist es
geläufig,
ein Gehäuse
für den Sensor
vorzusehen.
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Soweit
die Temperatur der Flüssigkeit
gemessen werden soll, kann im Haushaltsgerät weiter ein Temperatursensor
mit einem Temperaturfühler befindlich
sein. In Waschgeräten
für die
Haushaltstechnik werden Trübungssensoren
sowie Temperatursensoren gewöhnlich
als zwei getrennte Bauteile eingesetzt. Der Aufwand ist entsprechend
hoch. Es sind zwei gedichtete Sensoraufnahmen im Waschgerät vorzusehen
und es werden zwei Kabel mit den jeweiligen Steckern benötigt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in der Art eines Kombisensors
ausgebildeten Sensor zur Messung der Trübung sowie der Temperatur einer
Flüssigkeit
in kleiner Bauweise zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Sensor durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Beim
erfindungsgemäßen Sensor
ist der Temperaturfühler
im und/oder am Gehäuse
angeordnet. Es wird also vorgeschlagen, einen in der Art eines Kombisensors
ausgebildeten Sensor zur Messung der Trübung und der Temperatur der
als Waschmedium verwendeten Flüssigkeit
zu schaffen. Trotz gesteigerter Funktionalität wird eine kleinbauende Anordnung
dadurch erzielt, daß das
Gehäuse
aus einem Basisteil sowie wenigstens einem Ansatz besteht. Das Basisteil
dient insbesondere zur Aufnahme einer Elektronik für die Auswertung
von Signalen des Senders und/oder des Empfängers und/oder des Temperaturfühlers. Der
Ansatz dient zur Aufnahme des Senders und/oder des Empfängers, insbesondere
ist ein Ansatz zur Aufnahme des Senders und ein weiterer Ansatz
am Basisteil zur Aufnahme des Empfängers vorhanden. Weitere Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Es
kann der Temperaturfühler
in einer Verlängerung
eines der Ansätze
am Basisteil des Sensors untergebracht sein. In diesem Fall ragt
jedoch der Sensor um einiges weiter ins Waschmedium hinein, als
es die eigentliche Trübungs-Meßstrecke
erfordert. Die große
Entfernung des Temperaturfühlers von
der die Optoelektronik-Bauteile tragenden Leiterplatte erfordert
dann im Innern des Gehäuses
einen zusätzlichen
Führungsrahmen
aus Kunststoff, der den Temperaturfühler in Position hält. Die
enge Nachbarschaft der zur thermischen Ankoppelung des Temperaturfühlers zur
Gehäusewand
nötigen
Wärmeleitpaste
zum direkt darunter sitzenden Optoelektronikteil erfordert besondere
Abdicht- und Fertigungsmaßnahmen.
Auch dafür
wird der zusätzliche Führungsrahmen
benötigt.
Ein derartiger Kombisensor erfordert damit einen erhöhten Fertigungsaufwand
und eine Vergößerung des
Einbauraumes im Waschgerät.
Letzteres ist insbesondere in Waschmaschinen, wo die drehende Trommel
sehr nah an dem den Sensor aufnehmenden Laugenbehälter der Waschmaschine
sitzt, eher nachteilig. Ein solcher weit ausladender Sensor läßt daher
keinen einfachen Austausch eines vorhandenen Trübungssensors durch einen Kombisensor
mit Trübungs-
sowie zusätzlicher
Temperaturmessung zu.
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Insbesondere
soll daher weiter ein Kombisensor zur Trübungs- und Temperaturmessung
geschaffen werden, ohne daß die
Außenmaße über die des
Trübungssensors
allein vergrößert sind,
ohne daß zusätzliche
Bauelemente im Sensorinneren benötigt
werden, und ohne daß eine
Gefährdung
des optischen Strahlenganges durch ein Wärmeleitmittel zu besorgen ist.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensors ist hierfür der Temperaturfühler im
und/oder am Basisteil befindlich. Es wird also vorgeschlagen, bei
einem Kombisensor zur Trübungs-
und Temperaturmessung den Temperaturfühler nicht in einer Gehäuseverlängerung über einem der
Optoelektronik-Bauteile anzuordnen, sondern unterhalb der optischen
Meßstrecke
der Optoelektronik-Bauteile, beispielsweise in einer kurzen Ausbauchung
zwischen den beiden Höckern
für die
Optoelektronik-Bauteile.
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Zweckmäßigerweise
ist das Basisteil in etwa zylinderförmig ausgestaltet. In herkömmlicher
Weise können
der Sender sowie der Empfänger
in jeweils einem separaten Ansatz in der Art einer Ausbauchung angeordnet
sein, wobei die Meßstrecke
zwischen den Ansätzen
befindlich ist. Bei einer einfachen Ausgestaltung ist der Temperaturfühler in
einem weiteren Gehäuseansatz
in der Art einer Ausbauchung angeordnet. In kompakter Bauweise bietet es
sich dann weiter an, daß der
Ansatz und/oder der Gehäuseansatz
höckerartig,
insbesondere an der oberen Grundfläche des Zylinders für das Basisteil, angeordnet
sind.
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Weiterhin
ist es platzsparend, wenn der Gehäuseansatz für den Temperaturfühler zwischen
den Ansätzen
für den
Sender sowie den Empfänger
befindlich ist. Damit die optische Strahlung in der optischen Meßstrecke
zwischen Sender und Empfänger im
wesentlichen unbehindert ist, ist die Höhe des Gehäuseansatzes geringer als diejenige
des Ansatzes gewählt.
Bei einer solchen äußerst kompakten
Anordnung wird der Temperatursensor also in einer Ausbauchung des
Gehäuses
des Trübungssensors aufgenommen,
die zwischen den beiden, die optoelektronischen Bauteile aufnehmenden
Ausbauchungen des Trübungssensors
und von der Montagebasis aus unterhalb der optischen Meßstrecke
liegt. Dennoch erfaßt
auch der Temperaturfühler
die in der Meßstrecke
befindliche Flüssigkeit.
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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 und/oder den Gehäuseansatz hinein. Der Sender und/oder
der Empfänger
und/oder der Temperaturfühler
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
und/oder des Temperaturfühlers
auf der Leiterplatte befindlich sein.
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Um
den Sensor in einfacher Weise im Waschgerät 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.
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Bei
einer kostengünstigen
Ausgestaltung des Sensors handelt es sich bei dem Sender um eine Leuchtdiode.
Als Empfänger
kann ein Fototransistor verwendet werden. Schließlich ist noch als Temperaturfühler ein
NTC-Widerstand eingesetzt.
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Um
weiterhin Kosten zu sparen, kann das Gehäuse aus Kunststoff bestehen.
Der im Bereich des Senders und/oder des Empfängers befindliche Kunststoff
besteht bevorzugterweise aus für
die optische Strahlung wenigstens teilweise transparentem Kunststoff.
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.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß aufgrund
der vorgeschlagenen Bauweise keine Vergrößerung der Außenabmessungen
des Sensors über
die des alleinigen Trübungssensors
hinaus eintritt. Die Außenmaße des Kombisensors
werden durch den zusätzlichen
Temperaturfühler
nicht vergrößert. Der
Kombinsensor kann somit ohne Änderung
der Geometrie im Gerät
einen bisherigen alleinigen Trübungssensor
ersetzen, so daß zusätzliche
Funktionalitäten
ohne erhöhten
Aufwand erzielbar sind. Ebenso läßt sich
der Kombisensor auch in sehr beengte Raumverhältnisse, wie sie beispielsweise
zwischen Laugenbehältern und
Trommeln von Waschmaschinen herrschen, integrieren.
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Außerdem werden
keine zusätzlichen
Bauteile im Inneren des Gehäuses
benötigt,
die den Temperatursensor in Bezug zur Leiterplatte des Sensors in
Position halten. Da die Leiterplatte zwischen den beiden, die Optoelektronik-Bauteile
umhüllenden
Höckern ohnehin
nahe am Gehäuse
sitzt, können
die Anschlüsse
des Temperaturfühlers
kurz gehalten werden und die Leiterplatte durch entsprechende Kontur
den Temperaturfühler
von hinten direkt stützen.
Damit werden der Temperaturfühler
und das Wärmeleitmittel
zu seiner Ankoppelung ans Gehäuse von
allen Seiten sicher in Position gehalten. Die bei der bisherigen
bekannten Lösung
notwendige zusätzliche
Kunststoffhalterung sowie Kunststoffabdichtung können entfallen.
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Desweiteren
wird das Wärmeleitmittel
zwischen dem Gehäuse
und dem Temperaturfühler
auf sichere Distanz zum optischen Strahlengang des Trübungssensors
gehalten, so daß eine
Verfälschung
der Meßwerte
für die
Trübung
nicht zu besorgen ist. Mit der vorgeschlagenen Lösung sitzt der Temperaturfühler daher
so weit weg von den Optoelektronik-Bauteilen, daß auch ohne zusätzliche
Maßnahmen
keine Gefahr besteht, daß Wärmeleitpaste in
den optischen Strahlengang gerät.
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Vorteilhafterweise
sind damit kostengünstige Kombisensoren
mit minimalem Platzbedarf in der jeweils vom Kunden gewünschten
Applikation ermöglicht.
Erweitert kann die Applikation eines Trübungssensors ohne Änderung
der geometrischen Einbausituation beim Gerät des Kunden um die Temperaturmessung
ergänzt
werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen
ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
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1 einen
Längsschnitt
durch einen Sensor zur Messung der Trübung sowie der Temperatur einer
Flüssigkeit,
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2 einen
Schnitt entlang der Linie 2-2 in 1 und
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3 einen
Schnitt entlang der Linie 3-3 in 1.
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In 1 ist
ein Sensor 1 in der Art eines Kombisensors zur Messung
der Trübung
einer Flüssigkeit
sowie zur Messung der Temperatur der Flüssigkeit zu sehen. Ein solcher
Sensor 1 ist für
Haushaltsgeräte,
wie Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen
o. dgl., verwendbar. Zur Messung der Trübung der Flüssigkeit weist der Sensor 1 einen
Sender 5 sowie einen Empfänger 6 für optische
Strahlung, und zwar vorliegend für
Infrarot-Strahlung, auf. Der Sender 5 sendet optische Strahlung
mit einer gewissen Intensität.
Aufgrund der Trübung
der Flüssigkeit wird
ein gewisser Anteil der Strahlung im optischen Strahlengang 11 zwischen
dem Sender 5 und dem Empfänger 6 absorbiert
und/oder gestreut, so daß der
Empfänger 6 die
optische Strahlung mit verminderter Intensität empfängt. Anhand des von der Flüssigkeit
absorbierten und/oder gestreuten Anteils der optischen Strahlung
entsprechend den Signalen des Senders 5 sowie des Empfängers 6 läßt sich
dann die Trübung
der Flüssigkeit
bestimmen. Zur Messung der Temperatur der Flüssigkeit weist der Sensor 1 weiter
einen Temperaturfühler 7 auf,
der ein zur Temperatur korrespondierendes Signal erzeugt.
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Der
Sensor 1 besitzt ein Gehäuse 2, das gemäß 2 aus
einem Basisteil 3 sowie aus wenigstens einem Ansatz 4 besteht.
Der Ansatz 4 dient zur Aufnahme des Senders 5 und/oder
des Empfängers 6.
Zweckmäßigerweise
ist der Sender 5 im Ansatz 4 und der Empfänger 6 in
einem weiteren separaten Ansatz 4' angeordnet. Das Basisteil 3 dient
zur Aufnahme einer in 1 als integrierter Baustein
dargestellten Elektronik 8 für die Auswertung der Signale des
Senders 5 und/oder des Empfängers 6 und/oder des
Temperaturfühlers 7.
Es bietet sich dann an, daß in
der Elektronik 8 bereits die den Signalen entsprechenden
Meßwerte
für die
Trübung
und/oder für
die Temperatur berechnet werden. Erfindungsgemäß ist der Temperaturfühler 7 ebenfalls
im und/oder am Basisteil 3, d.h. außerhalb der Ansätze 4, 4' befindlich.
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Das
Basisteil 3 ist in etwa zylinderförmig ausgestaltet, wie der 2 sowie
der 3 zu entnehmen ist. Die Ansätze 4, 4' für den Sender 5 sowie
den Empfänger 6 sind
in der Art einer Ausbauchung mit in etwa ovalem Querschnitt am Basisteil 3 angeordnet. Der
Temperaturfühler 7 ist
in einem Gehäuseansatz 9 ebenfalls
in der Art einer Ausbauchung angeordnet, wobei der Gehäuseansatz 9 für den Temperaturfühler 7 gemäß 2 zwischen
den Ansätzen 4, 4' für den Sender 5 sowie
den Empfänger 6 befindlich
ist. Der Ansatz 4, 4' und/oder der Gehäuseansatz 9 sind dabei
höckerartig
an der oberen Grundfläche 10 des Zylinders
für das
Basisteil 3 angeordnet. Die Höhe des Gehäuseansatzes 9 ist
jedoch geringer als diejenige des Ansatzes 4, 4', was anhand
von 1 zu erkennen ist, derart daß die optische Strahlung im
optischen Strahlengang 11 zwischen dem Sender 5 und dem
Empfänger 6 im
wesentlichen unbehindert ist.
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Im
Gehäuse 2,
und zwar im Basisteil 3, befindet sich eine Leiterplatte 12,
wie weiter in 1 zu sehen ist. Die Leiterplatte 12 reicht
mittels jeweils eines Fingers 13 in den Ansatz 4, 4' sowie eines
weiteren Fingers 13' in
den Gehäuseansatz 9 hinein.
Der Sender 5 und der Empfänger 6 sind auf dem
jeweiligen Finger 13 befestigt. Der Temperaturfühler 7 ist mittels
in 1 sowie 3 sichtbarer
Anschlußdrähte 14 an
dem weiteren Finger 13' befestigt,
wobei der Temperaturfühler 7 selbst
mittels Wärmeleitmittel 15 in
gutem thermischen Kontakt zum Gehäuse 2, nämlich zum
Gehäuseansatz 9,
steht, um eine reproduzierbare Temperaturmessung sicherzustellen.
Auf der Leiterplatte 12 befindet sich weiter die Elektronik 8 zur
Auswertung der Signale des Senders 5, des Empfängers 6 sowie
des Temperaturfühlers 7. In
kostengünstiger
Weise läßt sich
als Sender 5 eine Leuchtdiode, als Empfänger 6 ein Fototransistor
sowie als Temperaturfühler 7 ein
NTC-Widerstand verwenden.
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Die
Meßergebnisse
des Sensors 1 können über eine
Datenleitung zu einem Steuergerät
im Haushaltsgerät
weitergeleitet werden. Hierfür
befindet sich auf der Leiterplatte 12, dem Finger 13, 13' gegenüberliegend,
ein Anschlußkontakt 16,
auf den ein nicht weiter gezeigter Stecker aufsteckbar ist. Der Stecker
ist an der unteren Grundfläche 10' des Zylinders
für das
Basisteil 3 einsteckbar. Über den Stecker am Anschlußkontakt 16 kann
selbstverständlich
auch noch die Spannungsversorgung für den Sensor 1 zugeführt werden.
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Das
Gehäuse 2 besteht
aus Kunststoff. Um den optischen Strahlengang 12 nicht
zu beeinträchtigen,
bietet es sich an, daß wenigstens
der im Bereich des Senders 5 und/oder des Empfängers 6 befindliche
Kunststoff aus für
die optische Strahlung wenigstens teilweise transparentem Kunststoff
besteht. Alternativ kann selbstverständlich im Bereich des optischen
Strahlengangs 11 auch jeweils ein Fenster in den Ansätzen 4, 4' befindlich
sein, so daß dann
der Kunststoff für
das Gehäuse 2 auch
weitgehend undurchsichtig gewählt
werden kann.
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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.
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- 1
- Sensor
- 2
- Gehäuse
- 3
- Basisteil
(von Gehäuse)
- 4,
4'
- Ansatz
(von Gehäuse)
- 5
- Sender
- 6
- Empfänger
- 7
- Temperaturfühler
- 8
- Elektronik
- 9
- Gehäuseansatz
(für Temperaturfühler)
- 10
- (obere)
Grundfläche
(von Basisteil)
- 10'
- (untere)
Grundfläche
(von Basisteil)
- 11
- (optischer)
Strahlengang
- 12
- Leiterplatte
- 13,
13'
- Finger
(von Leiterplatte)
- 14
- Anschlußdraht (für Temperaturfühler)
- 15
- Wärmeleitmittel
- 16
- Anschlußkontakt