DE102008056701A1 - Optischer Schaumsensor - Google Patents

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Abstract

Ein optischer Schaumsensor (10) umfasst ein Sensorgehäuse sowie einen Lichtsender (24) und einen Lichtempfänger (28), die beide in einem Innenraum des Sensorgehäuses untergebracht sind. An der Gehäusewand des Sensorgehäuses ist eine optische Grenzflächenanordnung gebildet, welche eine nach außen weisende plane erste Grenzfläche (40) sowie eine zum Gehäuseinnenraum weisende konvexe zweite Grenzfläche (42) umfasst. Die erste Grenzfläche (40) ist dabei derart relativ zum Lichtsender (24) orientiert, dass im Fall eines Übergangs der ersten Grenzfläche zu Luft von dem Lichtsender auf die erste Grenzfläche treffendes Licht an dieser reflektiert wird, durch die zweite Grenzfläche hindurchtritt und zum Lichtempfänger gelangt. Im Fall eines Übergangs der ersten Grenzfläche (40) zu einer Flüssigkeit dagegen tritt das von dem Lichtsender auf die erste Grenzfläche treffende Licht durch diese hindurch. Vorzugsweise ist die plane erste Grenzfläche (40) im Übergangsbereich zwischen zwei näherungsweise senkrecht zueinander stehenden Wandstücken der Gehäusewand gebildet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Sensoren zur Erkennung von Eigenschaften eines in einem Arbeitsraum befindlichen Mediums. Speziell betrifft sie optische Sensoren zur Erkennung der Art oder des Zustands (z. B. schaumig oder nicht) eines in einem Waschraum einer häuslichen Wasch- oder Geschirrspülmaschine befindlichen Mediums.
  • Die im Rahmen der Erfindung betrachteten optischen Sensoren weisen ein in einem Gehäuse angeordnetes lichtabgebendes Element auf, dessen ausgesendetes Licht auf ein an den Arbeitsraum angrenzendes Stück der Außenoberfläche des Sensorgehäuses trifft und zumindest zum Teil je nach Art des außen an die Grenzfläche angrenzenden Mediums entweder durch die Grenzfläche hindurchgeht und in den Arbeitsraum eintritt oder an der Grenzfläche reflektiert und in Richtung zum Gehäuseinnern zurückgeworfen wird. Das besagte Oberflächenstück des Sensorgehäuses bildet demnach eine optische Grenzfläche am Übergang zwischen zwei für sich optisch durchlässigen Stoffen, nämlich einerseits dem Gehäusematerial und andererseits dem Medium in dem Arbeitsraum. Das Medium kann beispielsweise Luft sein, oder es kann im Waschbetrieb einer Waschmaschine beispielsweise eine mehr oder weniger stark schäumende Waschflüssigkeit sein. Das lichtabgebende Element kann ein lichterzeugendes Element enthalten oder nur der Abgabe bzw. Aussendung an anderer Stelle von einem anderen Element erzeugten Lichts dienen. In diesem Sinne fallen sowohl eine Leuchtdiode und andere Lichtquellen wie auch eine optische Faser, die an ihrem Faserende einen Lichtstrahl ausgibt, unter den Begriff ”lichtabgebendes Element”. Nachfolgend wird der Einfachheit halber nur noch der Begriff ”Lichtsender” verwendet, der mit ”lichtabgebendes Element” gleichzusetzen ist.
  • Ferner weisen die hier betrachteten Sensoren einen Lichtempfänger auf. Je nachdem, ob das von dem Lichtsender ausgesendete Licht an der Grenzfläche reflektiert wird oder durch sie hindurch transmittiert, ist die Stärke des Lichteinfalls auf den Lichtempfänger und damit auch der Pegel des Ausgangssignals des Lichtempfängers unterschiedlich. Die Stärke des Ausgangssignals des Lichtempfängers kann demnach einen Hinweis darauf liefern, welche Art von Medium sich in dem Arbeitsraum befindet. Insbesondere erlaubt das Ausgangssignal auch eine Unterscheidung zwischen einer weitestgehend blasen- bzw. schaumfreien Flüssigkeit in dem Arbeitsraum (konkret in dem von dem Sensor abgedeckten Detektionsraum) und einer blasenhaltigen Flüssigkeit oder sogar reinem Schaum. Denn die Blasen oder Schaumkugeln bilden ihrerseits optische Grenzflächen, an denen in den Arbeitsraum transmittiertes Licht reflektiert oder/und gestreut und so in den Sensor zurückgeworfen werden kann. Auch der Begriff ”Lichtempfänger” steht hier stellvertretend für ein lichtaufnehmendes Element, sei es z. B. nur ein Detektor mit einer Sensorfläche oder sei es z. B. ein Element mit einer optischen Faser, in die das zu detektierende Licht eingekoppelt wird und die es erst zum eigentlichen Detektor weiterleitet.
  • Aus dem druckschriftlich belegten Stand der Technik sind verschiedene Konfigurationen für einen optischen Schaumsensor bekannt.
  • So zeigt EP 0 430 111 A2 beispielsweise einen länglichen, unten spitz zulaufenden Glaskörper, in den über die obere Stirnfläche des Glaskörpers das Licht eines Lichtsenders eingekoppelt wird. Taucht der Glaskörper mit seinem unteren Ende in eine Flüssigkeit ein, tritt das eingekoppelte Licht durch die die Spitze begrenzenden Seitenflanken aus dem Glaskörper aus und zerstreut sich in die Flüssigkeit. Ist dagegen der Glaskörper von Luft umgeben, erfolgt eine Reflexion des eingekoppelten Lichts an den Seitenflanken. Das reflektierte Licht wird am oberen Stirnende des Glaskörpers ausgekoppelt und von einem Lichtempfänger detektiert.
  • DE-OS 24 24 387 offenbart eine Sensorkonfiguration, die sowohl im Luftfall als auch im Flüssigkeitsfall ausschließlich mit Brechung arbeitet, jedoch ohne Reflexion.
  • EP 1 245 713 A1 offenbart einen Schaumsensor mit einem Sensorgehäuse, in dessen Innenraum insgesamt zwei als Lichtsender dienende Leuchtdioden sowie ein als Lichtempfänger dienender Fototransistor untergebracht sind. Das Sensorgehäuse ist näherungsweise topfförmig mit einer bzw. zwei fingerartigen Ausstülpungen ausgebildet, wobei der für die Schaummessung verwendete Lichtsender sowie der Lichtempfänger eng nebeneinander an der zum Gehäuseinnenraum weisenden Seite des Topfbodens angeordnet sind. Der Topfboden weist dort eine als Linse dienende, nach außen abstehende Verdickung auf, welche eine Grenzfläche zu dem Raum bildet, in dem das Vorhandensein von Schaum detektiert werden soll. Die konkrete Ausgestaltung der Linse ist in DE 42 42 927 A1 gezeigt. Im Luftfall wird ein Teil des von dem Lichtsender ausgesendeten Messlichts innerhalb der Linse reflektiert und gelangt ohne Austritt in den Außenraum unmittelbar zum Detektor. Der andere Teil des Messlichts tritt dagegen auch im Luftfall aus der Linse aus und gelangt in den Außenraum. Falls die Linse von einer Flüssigkeit bedeckt ist, tritt das gesamte Licht aus der Linse aus, wobei etwa vorhandene Blasen oder Schaumkugeln in der Flüssigkeit einen Teil des austretenden Lichts zurück zur Linse werfen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen zuverlässig arbeitenden, kostengünstig und einfach herstellbaren optischen Schaumsensor bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß einer Betrachtungsweise durch den im Patentanspruch 1 definierten optischen Schaumsensor gelöst. Dieser umfasst ein Sensorgehäuse sowie einen Lichtsender und einen Lichtempfänger, die beide in einem Innenraum des Sensorgehäuses untergebracht sind. Zudem umfasst der optische Schaumsensor eine an der Gehäusewand des Sensorgehäuses gebildete optische Grenzflächenanordnung. Diese Grenzflächenanordnung umfasst eine nach außen weisende, zumindest angenähert plane erste Grenzfläche und eine zum Gehäuseinnenraum weisende konvexe zweite Grenzfläche. Die erste Grenzfläche ist derart relativ zum Lichtsender orientiert, dass im Fall eines Übergangs der ersten Grenzfläche zu Luft von dem Lichtsender auf die erste Grenzfläche treffendes Licht zumindest teilweise, insbesondere im wesentlichen vollständig an dieser reflektiert wird. Dieses reflektierte Licht tritt durch die zweite Grenzfläche hindurch und gelangt zum Empfänger. Im Fall eines Übergangs der ersten Grenzfläche zu einer Flüssigkeit tritt der betreffende Teil des von dem Lichtsender auf die erste Grenzfläche treffenden Lichts jedoch durch diese hindurch.
  • Bevorzugt gelangt von dem Lichtsender ausgesendetes, an der ersten Grenzfläche reflektiertes Licht ohne weitere Reflexion oder Brechung an einer weiteren Grenzfläche zu der zweiten Grenzfläche.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die konvexe zweite Grenzfläche mindestens zwei Bereiche unterschiedlichen Krümmungsradius auf. Hierdurch kann eine optimierte Sammelwirkung der zweiten Grenzfläche erzielt werden.
  • Die erste Grenzfläche liegt bevorzugt unter einem Winkel zwischen 35° und 40° zur Bündelachse eines auf die erste Grenzfläche von dem Lichtsender treffenden Lichtbündels. Insbesondere hat sich ein Winkel zwischen 36° und 38° als vorteilhaft erwiesen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Grenzfläche in einem Übergangsbereich zwischen zwei quer zueinander stehenden Wandstücken des Sensorgehäuses gebildet. Diese zwei Wandstücke können insbesondere auch senkrecht zueinander stehen. Eine solche Lage der ersten Grenzfläche ist herstellungstechnisch günstig.
  • Das Sensorgehäuse kann einen topfförmigen Gehäuseteil mit einem Boden, einem Topfmantel und einer Topfachse aufweisen. Von dem Boden kann mindestens eine fingerförmige Ausstülpung im wesentlichen längs der Topfachse wegstehen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Sensorgehäuse zwei Ausstülpungen. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Sensorgehäuse nur eine Ausstülpung aufweist oder auch mehr als zwei. In eine erste Ausstülpung kann der Lichtsender dabei zumindest teilweise hineinragen. Der Lichtempfänger kann unterhalb eines von dem Topfboden gebildeten Gehäusewandstücks liegen.
  • Im Hinblick auf eine möglichst einfache und kostengünstige Fertigung des Schaumsensors ist es vorteilhaft, die erste Grenzfläche im Bereich des bodenseitigen Ansatzes der ersten Ausstülpung auszubilden. Wird das Sensorgehäuse im Spritzgussverfahren hergestellt, so erfordert diese Ausbildung der ersten Grenzfläche nur eine geringfügige Anpassung der Gehäusespritzgussform.
  • Die zweite Grenzfläche kann an der zum Innenraum weisenden Seite des Topfbodens gebildet sein.
  • Des Weiteren kann in der ersten Ausstülpung ein weiterer Lichtsender untergebracht sein, dessen Licht zu Zwecken der Trübungsmessung dient. In diesem Fall kann im Abstand von der ersten Ausstülpung eine zweite Ausstülpung gebildet sein. In dieser zweiten Ausstülpung kann ein das Licht des weiteren Lichtsenders detektierender weiterer Lichtempfänger untergebracht sein.
  • Gemäß einer anderen Betrachtungsweise sieht die Erfindung ferner einen optischen Schaumsensor nach Patentanspruch 12 vor. Dieser umfasst einen Lichtsender, einen Lichtempfänger und ein Sensorgehäuse, in dem der Lichtsender und der Lichtempfänger angeordnet sind. Des Weiteren umfasst der Schaumsensor eine nach außen weisende, vorzugsweise zumindest angenähert plane optische Grenzfläche, welche in einem Übergangsbereich zwischen zwei quer, insbesondere senkrecht zueinander stehenden Wandstücken des Sensorgehäuses gebildet ist. Diese Grenzfläche ist derart relativ zum Lichtsender orientiert, dass im Fall eines Übergangs der Grenzfläche zu Luft von dem Lichtsender auf die Grenzfläche treffendes Licht wenigstens teilweise an dieser reflektiert wird und zum Lichtempfänger gelangt. Im Fall eines Übergangs der Grenzfläche zu einer Flüssigkeit tritt der betreffende Teil des von dem Lichtsender auf die Grenzfläche treffenden Lichts jedoch durch diese hindurch.
  • Der erfindungsgemäße Schaumsensor erlaubt bei Einbau in eine Wasch- oder Spülmaschine eine Optimierung des Wasch- oder Spülvorgangs bezüglich Waschzeit, benötigter Wassermenge und Energie, weil basierend auf der Schaumerkennung der Programmablauf effizient gesteuert werden kann.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:
  • 1 eine Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schaumsensors,
  • 2 im Axiallängsschnitt eine Ansicht des Schaumsensors der 1 und
  • 3a3c schematisierte Darstellungen der Funktionsweise des Schaumsensors für die Fälle Luft, Flüssigkeit und Schaum.
  • Es wird zunächst auf die 1 und 2 Bezug genommen. Der dort dargestellte Schaumsensor ist allgemein mit 10 bezeichnet. Er dient im gezeigten Beispielfall zum Einbau in eine Waschmaschine oder eine Geschirrspülmaschine, eignet sich aber selbstverständlich auch für Schaummessungen in beliebigen anderen Arbeitsumgebungen. Er besitzt ein hier insgesamt transparent ausgeführtes Sensorgehäuse 12 mit einem angenähert topfförmigen Gehäusehauptteil 14 und einer Mehrzahl (hier zwei) von einem Boden 16 des Topfteils 14 in Richtung einer Topfachse 18 abstehenden länglichen Ausstülpungen 20, 22, die man auch als Gehäusefinger bezeichnen kann. In der Einbausituation des Sensors 10 ragen zumindest die Gehäusefinger 20, 22 in den Arbeitsraum hinein, in dem das Vorhandensein von Schaum detektiert werden soll. Insbesondere ragt auch zumindest ein bodennaher Abschnitt des Topfteils 14 in den Arbeitsraum hinein. Das Gehäuse 12 ist vorzugsweise aus einem Kunststoff einstückig hergestellt, etwa mittels Spritzgießen.
  • Der Schaumsensor 10 ist mit insgesamt zwei Lichtsendern 24, 26 und insgesamt zwei Lichtempfängern 28, 30 bestückt. Die Lichtsender 24, 26 sowie die Lichtempfänger 28, 30 sind gewünschtenfalls zusammen mit weiteren elektrischen oder/und elektronischen Bauteilen auf einer gemeinsamen Schaltungsplatine 32 angeordnet, welche in das Sensorgehäuse 12 eingesteckt ist und dort in einer zur Topfachse 18 parallelen Orientierung ihrer Plattenebene gehalten ist.
  • Ein erstes Sender/Empfänger-Paar dient für Trübungsmessungen, das heißt zur Messung der Trübung des in dem Arbeitsraum befindlichen Fluids (Waschflüssigkeit im Fall einer Waschmaschine oder eines Geschirrspülers). Das andere Sender/Empfänger-Paar dient für die Schaummessung. Im vorliegenden Beispielfall bilden der Lichtsender 26 und der Lichtempfänger 30 das Sender/Empfänger-Paar für Trübungsmessungen, während der Lichtsender 24 und der Lichtempfänger 28 für die Schaummessung dienen. Der Lichtsender 26 und der Lichtempfänger 30 sind beide in je einem der Gehäusefinger 20, 22 untergebracht und sind einander zugewandt, nämlich in dem Sinne, dass die Richtung des von dem Lichtsender 26 ausgesendeten Lichts im Wesentlichen direkt zum Lichtempfänger 30 weist. Dieses Licht durchläuft somit eine zwischen den beiden Gehäusefingern 20, 22 verlaufende Messstrecke (Trübungsmessstrecke) und tritt demnach aus dem einen Gehäusefinger aus und anschließend in den anderen Gehäusefinger ein.
  • Der Lichtsender 24 ist in dem gleichen Gehäusefinger (hier dem Gehäusefinger 20) angeordnet wie der Lichtsender 26, kann sich aber wenigstens teilweise in den topfförmigen Teil 14 des Gehäuses 12 hinein erstrecken. Man kann sagen, der Lichtsender 24 ist im Bereich des Übergangs des Gehäusefingers 20 zum topfförmigen Gehäuseteil 14 angeordnet. Die Richtung des von ihm ausgesendeten Lichts entspricht der des Lichtsenders 26. Zur Veranschaulichung ist in 2 eine Bündelachse 34 des von dem Lichtsender 24 ausgesendeten Lichtbündels eingezeichnet. Diese Bündelachse 34 verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Topfachse 18 des Gehäuses 12.
  • Der Lichtempfänger 28 ist dagegen innerhalb des topfförmigen Gehäuseteils 14 angeordnet, und zwar konkret unterhalb eines zwischen den beiden Gehäusefingern 20, 22 liegenden Wandstücks 36 des Topfbodens 16.
  • Die beiden Lichtsender 24, 26 können beispielsweise in an sich bekannter Weise von lichtemittierenden Dioden gebildet sein oder von Lichtleitern (z. B. optischen Fasern), an denen das Messlicht austritt. Die beiden Lichtempfänger 28, 30 können entsprechend beispielsweise von Halbleiter-Photodetektoren gebildet sein oder optische Lichtleiter in Faser- oder anderer Form aufweisen, in die das zu detektierende Licht eintritt.
  • Im Bereich des Übergangs zwischen dem Gehäusefinger 20 und dem Bodenwandstück 36 bildet die hier allgemein mit 38 bezeichnete Gehäusewand des Sensorgehäuses 12 eine nach außen zum Arbeitsraum hinweisende erste optische Grenzfläche 40, die hier als Planfläche ohne wesentliche Krümmung ausgeführt ist. Auf diese Grenzfläche 40, die einen optischen Übergang von dem Material des Gehäuses 12 zu dem in dem Arbeitsraum vorhandenen Medium darstellt, trifft das von dem Lichtsender 24 ausgesendete Lichtbündel. Je nachdem, ob das Medium in dem Arbeitsraum reine Luft ist oder eine Flüssigkeit, wird das auf die Grenzfläche 40 einfallende Lichtbündel entweder reflektiert oder tritt unter Brechung durch die Grenzfläche 40 hindurch. Konkret ist die Orientierung der Grenzfläche 40 relativ zu dem Lichtsender 24 und dem von diesem ausgesendeten Lichtbündel derart, dass im Luftfall (das heißt, in dem Arbeitsraum im Bereich der Grenzfläche 40 befindet sich Luft) eine Reflexion des Lichtbündels an der Grenzfläche 40 stattfindet. Im Flüssigkeitsfall dagegen tritt wegen des anderen Brechungsindex des in dem Arbeitsraum befindlichen Mediums keine Totalreflexion mehr an der Grenzfläche 40 auf; stattdessen ist die Grenzfläche 40 in diesem Fall für das eintreffende Lichtbündel durchlässig, so dass dieses Lichtbündel in den Arbeitsraum austritt. Im Luftfall dagegen bleibt das reflektierte Lichtbündel innerhalb des Sensorgehäuses 12 und wird von dem Lichtempfänger 28 eingesammelt. Je nach Art des in dem Arbeitsraum herrschenden Mediums ist die Intensität des beim Lichtempfänger 28 ankommenden Lichts demnach unterschiedlich, was sich in einem unterschiedlich starken Sensorsignal des Lichtempfängers 28 niederschlägt.
  • Regelmäßig wird das von dem Lichtsender 24 ausgesendete Licht die Form eines divergenten Lichtbündels haben. Um Lichtverluste bei der Detektion zu vermeiden, bildet das Sensorgehäuse 12 deshalb eine weitere optische Grenzfläche 42, durch die das an der Grenzfläche 40 reflektierte Licht hindurchtritt. Die zweite Grenzfläche 42 ist an der Innenseite der Gehäusewand 38 und konkret an der zum Gehäuseinnenraum weisenden Seite des Bodenwandstücks 36 gebildet und besitzt eine konvexe Form. Sie wirkt demnach als Sammellinse und konvergiert das reflektierte Lichtbündel auf das Eintrittsfenster des Lichtempfängers 28. Auf diese Weise wird eine hohe Effizienz des Schaumsensors 10 gewährleistet.
  • Im einfachsten Fall ist es vorstellbar, die zweite Grenzfläche 42 in allen ihren Flächenbereichen mit gleichbleibendem Krümmungsradius auszuführen. Es hat sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, verschiedene Teilbereiche der Grenzfläche 42 mit unterschiedlichem Krümmungsradius auszugestalten, so dass sich die Grenzfläche 42 insgesamt aus mehreren (mindestens zwei) Facetten unterschiedlicher Krümmung zusammensetzt. Auf diese Weise kann eine optimierte Bündelung des an der Grenzfläche 40 reflektierten Lichts und damit eine Optimierung der von dem Lichtempfänger 28 eingefangenen Lichtmenge erreicht werden.
  • Sowohl die Grenzfläche 40 als auch die Grenzfläche 42 können beim Gießen des Sensorgehäuses 12 im selben Arbeitsschritt mitangeformt werden. Eine entsprechende Anpassung der Gießform ist mit geringem Aufwand möglich.
  • Für eine noch bessere Konzentrierung des im Reflexionsfall detektierten Lichts kann der Lichtempfänger 28 mit einer Eintrittslinse 44 ausgeführt sein, die das einfallende Licht auf die Detektionsfläche des Lichtsempfängers 28 fokussiert.
  • Sowohl für die Lichtsender 24, 26 als auch für die Lichtempfänger 28, 30 können handelsüblich erhältliche Bauelemente verwendet werden.
  • Generell wird angestrebt, dass kein Licht außerhalb der Grenzfläche 40 von dem Lichtsender 24 her auf die Gehäuseaußenoberfläche trifft. Solches Licht könnte unerwünschte Störgeräusche in dem Sensorsignal des Lichtempfängers 28 hervorrufen. Zur besseren Bündelung des von dem Lichtsender 24 ausgesendeten Lichts ist deshalb dem Lichtsender 24 eine Blende 46 vorgeschaltet.
  • Für die Orientierung der Grenzfläche 40 relativ zu der Bündelachse 34 hat sich ein Winkel von etwa 37° als günstig herausgestellt. Es versteht sich jedoch, dass der Winkel jederzeit größer oder kleiner gewählt werden kann, solange sichergestellt ist, dass im Luftfall die Bedingung für Totalreflexion erfüllt ist. Geht man von einem Kunststoffgehäuse mit einem Brechungsindex von ungefähr n = 1,49 aus, so sollte deshalb der zwischen der Grenzfläche 40 und der Bündelachse 34 eingeschlossene Winkel sicher unter dem Grenzwinkel von etwa 42° liegen.
  • Es wird nun zusätzlich auf die 3a3c verwiesen. Diese veranschaulichen die Funktionsweise des Sensors 10 für die drei Fälle Luft, Flüssigkeit und Schaum. 3a betrifft den Luftfall, bei dem in dem Arbeitsraum und konkret in dem zwischen den beiden Gehäusefingern 20, 22 begrenzten Raum (hier bezeichnet mit 50) ausschließlich Luft vorhanden ist. An der Grenzfläche 40 liegt demnach ein Übergang von Kunststoff zu Luft vor, weswegen die Bedingung für Totalreflexion erfüllt ist und das von dem Lichtsender 24 ausgesendete und auf die Grenzfläche 40 auftreffende Licht vollständig reflektiert wird und nach Durchtritt durch die zweite Grenzfläche 42 zu dem Lichtempfänger 28 gelangt. Die gestrichelt eingezeichneten fettgedruckten Pfeile verdeutlichen den Gang des Lichts in diesem Fall.
  • 3b veranschaulicht dagegen den Flüssigkeitsfall. Hier ist der Raum 50 zwischen den beiden Gehäusefingern 20, 22 mit einer Flüssigkeit gefüllt, wobei zunächst davon ausgegangen wird, dass diese Flüssigkeit blasen- bzw. schaumfrei ist. An der Grenzfläche 40 liegt demnach ein Übergang von Kunststoff zu der Flüssigkeit vor, weswegen sämtliches von dem Lichtsender 24 kommende und auf die Grenzfläche 40 auftreffende Licht durch die Grenzfläche 40 hindurchtritt und in den Raum 50 eintritt. Dieses Licht ist für die Detektion durch den Lichtempfänger 28 verloren, das heißt, das von dem Lichtempfänger 28 ausgegebene Sensorsignal ist entsprechend schwach. Der Durchtritt des Lichts durch die Grenzfläche 40 ist in 3b ebenfalls durch einen fettgedruckten gestrichelten Pfeil dargestellt. Wenngleich die Geradlinigkeit dieses Pfeils nicht darauf hinweist, so versteht es sich doch, dass eine brechungsbedingte Ablenkung der in den Raum 50 eintretenden Lichtstrahlen regelmäßig vorliegen wird.
  • 3c zeigt schließlich den Schaumfall, das heißt, in dem Raum 50 zwischen den beiden Gehäusefingern 20, 22 befindet sich Schaum. Dieser Schaum bildet eine Vielzahl weiterer Grenzflächen für das in den Raum 50 eintretende Licht, wobei mindestens ein Teil dieser Grenzflächen reflektierend für das Licht wirkt und so wenigstens ein Teil des in den Raum 50 gelangenden Lichts in Richtung zu der zweiten Grenzfläche 42 zurückgeworfen wird. Dieses Licht, das auf die Grenzfläche 42 trifft, kann von dem Lichtempfänger 28 detektiert werden, weswegen die Signalstärke des von ihm ausgegebenen Sensorsignals im Schaumfall zwischen den Signalstärken für den Luftfall und den reinen Flüssigkeitsfall liegen wird.
  • Es versteht sich, dass im Schaumfall eine zumindest teilweise Benetzung der Grenzfläche 40 mit einem flüssigen Medium vorliegen muss, da andernfalls kein Anteil des auf die Grenzfläche 40 von dem Lichtsender 24 her auftreffenden Lichts durch die Grenzfläche 40 hindurchgehen und in den Raum 50 eintreten würde.
  • Auch in 3c verdeutlichen mehrere fettgedruckte, hier jedoch durchgezogene Pfeile den Gang des Lichts bei Reflexion oder/und Streuung an den Schaumkugeln. Die Schaumkugeln sind dort mit 52 bezeichnet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 0430111 A2 [0005]
    • - DE 2424387 [0006]
    • - EP 1245713 A1 [0007]
    • - DE 4242927 A1 [0007]

Claims (12)

  1. Optischer Schaumsensor, umfassend – ein Sensorgehäuse (12), – einen Lichtsender (24) und einen Lichtempfänger (28), die beide in einem Innenraum des Sensorgehäuses untergebracht sind, – eine an der Gehäusewand des Sensorgehäuses gebildete optische Grenzflächenanordnung mit einer nach außen weisenden, zumindest angenähert planen ersten Grenzfläche (40) und einer zum Gehäuseinnenraum weisenden konvexen zweiten Grenzfläche (42), wobei die erste Grenzfläche derart relativ zum Lichtsender orientiert ist, dass im Fall eines Übergangs der ersten Grenzfläche zu Luft von dem Lichtsender auf die erste Grenzfläche treffendes Licht zumindest teilweise an dieser reflektiert wird, durch die zweite Grenzfläche hindurchtritt und zum Lichtempfänger gelangt, während im Fall eines Übergangs der ersten Grenzfläche zu einer Flüssigkeit der betreffende Teil des von dem Lichtsender auf die erste Grenzfläche treffenden Lichts durch diese hindurchtritt.
  2. Optischer Schaumsensor nach Anspruch 1, wobei von dem Lichtsender ausgesendetes, an der ersten Grenzfläche (40) reflektiertes Licht ohne weitere Reflexion oder Brechung an einer weiteren Grenzfläche zu der zweiten Grenzfläche (42) gelangt.
  3. Optischer Schaumsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die konvexe zweite Grenzfläche (42) mindestens zwei Bereiche unterschiedlichen Krümmungsradius aufweist.
  4. Optischer Schaumsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Grenzfläche (40) unter einem Winkel zwischen 35° und 40°, vorzugsweise zwischen 36° und 38° zur Bündelachse (34) eines auf die erste Grenzfläche von dem Lichtsender treffenden Lichtbündels liegt.
  5. Optischer Schaumsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die erste Grenzfläche (40) in einem Übergangsbereich zwischen zwei quer, insbesondere senkrecht zueinander stehenden Wandstücken des Sensorgehäuses (12) gebildet ist.
  6. Optischer Schaumsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Sensorgehäuse (12) einen topfförmigen Gehäuseteil (14) mit einem Boden (16), einem Topfmantel und einer Topfachse (18) aufweist, wobei von dem Boden mindes tens eine fingerförmige Ausstülpung (20, 22) im wesentlichen längs der Topfachse wegsteht.
  7. Optischer Schaumsensor nach Anspruch 6, wobei die mindestens eine Ausstülpung eine erste Ausstülpung (20) umfasst, in welche der Lichtsender (24) wenigstens teilweise hineinragt, wobei die erste Grenzfläche (40) im Bereich des bodenseitigen Ansatzes der ersten Ausstülpung gebildet ist.
  8. Optischer Schaumsensor nach Anspruch 6 oder 7, wobei die zweite Grenzfläche (42) an der zum Innenraum weisenden Seite des Topfbodens (16) gebildet ist.
  9. Optischer Schaumsensor nach Anspruch 7 oder 8, wobei in der ersten Ausstülpung (20) ein weiterer Lichtsender (26) untergebracht ist, dessen Licht zu Zwecken der Trübungsmessung dient.
  10. Optischer Schaumsensor nach Anspruch 9, wobei im Abstand von der ersten Ausstülpung eine zweite Ausstülpung (22) gebildet ist, in welcher ein das Licht des weiteren Lichtsenders (26) detektierender weiterer Lichtempfänger (30) untergebracht ist.
  11. Optischer Schaumsensor nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Lichtempfänger (28) unterhalb eines von dem Topfboden (16) gebildeten Gehäusewandstücks (36) liegt.
  12. Optischer Schaumsensor, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend – einen Lichtsender (24), – einen Lichtempfänger (28) und – ein Sensorgehäuse (12), in dem der Lichtsender und der Lichtempfänger angeordnet sind, wobei in einem Übergangsbereich zwischen zwei quer, insbesondere senkrecht zueinander stehenden Wandstücken des Sensorgehäuses eine nach außen weisende, vorzugsweise wenigstens angenähert plane optische Grenzfläche (40) gebildet ist, die derart relativ zum Lichtsender orientiert ist, dass im Fall eines Übergangs der Grenzfläche zu Luft von dem Lichtsender auf die Grenzfläche treffendes Licht zumindest teilweise an dieser reflektiert wird und zum Lichtempfänger gelangt, während im Fall eines Übergangs der Grenzfläche zu einer Flüssigkeit der betreffende Teil des von dem Lichtsender auf die Grenzfläche treffenden Lichts durch diese hindurchtritt.
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