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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachweis von Partikeln in einer aus mindestens zwei Phasen bestehenden Strömung unter Verwendung mindestens eines piezoelektrischen Sensors, welcher mit mindestens einem Teil der Strömung beaufschlagt wird, wobei die Partikel mindestens einen Teil ihrer Bewegungsenergie an den mindestens einen piezoelektrischen Sensor abgeben, so dass dieser ein von der Anzahl und Materialeigenschaft der nachzuweisenden Partikel abhängiges Signal erzeugt.
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Es besteht bei einem Staubsauger schon lange das Bedürfnis eine Mess- und Anzeigevorrichtung vorzusehen, die dem Benutzer eine Einschätzung darüber verschafft, wie sich während des Saugbetriebes der Reinheitsgrad der zu behandelnden Oberfläche entwickelt. Es wäre jedenfalls für die Bedienungsperson eine große Hilfe, wenn sie über eine Anzeigevorrichtung erkennen könnte, dass nach einer gewissen Zeit des Saugens kaum noch staubbeladene Luft durch das Strömungsleitsystem des Staubsaugers transportiert wird, so dass der Saugbetrieb nicht unnötig lange ausgedehnt wird. Um dem abzuhelfen, sind in der Schutzrechtsliteratur bereits eine Reihe von Vorschlägen gemacht worden, die bislang aber noch nicht zu einer praxisrelevanten Realisation geführt haben.
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Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der
EP 0 759 157 B1 bekannt. Dort wird bei einem Staubsauger eine piezoelektrische Sensorvorrichtung verwendet, mit der selbst noch kleinste Partikel zuverlässig nachgewiesen werden können. Bei der in dieser Patentschrift beschriebenen Ausführungsform wird vorgeschlagen den piezoelektrischen Sensor im Ansaugrohr oder in einem Ansaugstutzen des Staubsaugers anzuordnen. Beim Auftreffen der im Strömungsluftweg vorhandenen Staubpartikel auf den piezoelektrischen Sensor geben diese einen Teil ihrer Bewegungsenergie an den Sensor ab, wobei der piezoelektrische Sensor die Bewegungsenergie in ein entsprechendes elektrisches Signal (Piezospannung) umwandelt. Neben einer Bestimmung und Anzeige der aufgesaugten Staubmenge wird auch ein Verfahren zur Bestimmung der Materialeigenschaft der auf den Sensor auftreffenden Staubpartikel beschrieben. Hierzu sind akustische Wiedergabeelemente vorgesehen, mittels derer der Benutzer aus dem Signal zwischen harten, weichen, kleinen und großen Staubpartikeln unterscheiden kann. Akustische Signale werden von der Bedienungsperson subjektiv wahrgenommen und können nur schwer für Steuerungs- oder Regelvorgänge weiterverwertet werden.
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Aus der
DE 44 25 291 A1 ist ein Verfahren zum Nachweis von Partikeln in einer Zweiphasenströmung bekannt. Dort wird ein piezoelektrischer Sensor mit einem Teil der Strömung beaufschlagt und ein von der Anzahl und/oder Art der nachzuweisenden Partikel abhängiges Signal erzeugt. Es ist auch eine Auswerteschaltung vorhanden, in der das Signal zur Beseitigung von störsignalen gefilter wird.
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Der Erfindung stellt sich somit das Problem, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu offenbaren, bei dem eine weitergehende Differenzierung des Partikelsignals möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den dem Patentanspruch 1 nachfolgenden abhängigen Ansprüchen 2 bis 4. Vorteilhafte Verwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich aus den Ansprüchen 6 bis 12.
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Es kann für den Benutzer eines Staubsaugers wichtig sein, aus der Vielzahl von aufgesaugten Partikeln und Fasern eine genauere Unterscheidung zu treffen. Insbesondere der Anteil an biogenen Partikeln gewinnt vor dem Hintergrund einer steigenden Anzahl an Allergikern eine große Bedeutung. Des Weiteren kann es auch von Interesse sein, den Abtrag von Fasern von der bearbeiteten Bodenfläche zu ermitteln. In beiden Fällen kann in Abhängigkeit von den gemessenen Werten ein geeignetes Additiv aus einer Dosiereinrichtung auf den Bodenbelag oder in die Staubsammelkammer gegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann diese Information beispielsweise zur weiteren Steuerung eines Staubsaugers verwendet werden, etwa zur Variation der Saugleistung oder zum Ein-/Ausschalten und/oder zur Regelung der Drehgeschwindigkeit einer Borstenwalze an einer Elektrobürste.
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Auch in Strömungen, bei denen feste und/oder gasförmige Partikel von einer Flüssigkeit mitgerissen werden, ist neben der Bestimmung der Anzahl der Partikel auch deren Materialeigenschaft von Bedeutung. So kann beispielsweise bei Wasch- oder Spülmaschinen zwischen verschiedenen Anschmutzungen in der Wasch-/Spülflotte unterschieden werden und davon abhängig das weitere Programm gestaltet werden. Außerdem ist es möglich, bereits vorhandene optische Sensoren zur Beurteilung der Wasch-/Spülflottenverschmutzung dahingehend zu kalibrieren, dass im Fluidstrom vorhandene Luftblasen nicht deren Messergebnis bzgl. des Reinigungsfortschritts verfälschen.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
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1 einen Staubsauger mit Saugdüse, Saugrohr und Saugschlauch in einer vereinfachten Prinzipdarstellung,
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2 die Draufsicht auf eine Saugdüse in einer perspektivischen Darstellung,
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3 das Anschlussteil der Saugdüse mit einer Sensoreinheit,
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4, 5 Sensorsignale von verschiedenen Partikeln,
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6 bis 8 Sensoreinheiten mit verschiedenen Auswerteschaltungen,
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9 bis 17 verschiedene Strömungselemente mit Sensoren.
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Die Prinzipzeichnung gemäß 1 zeigt einen Staubsauger 1 mit einer Saugdüse 2, einem starren Saugrohr 3 und einem flexiblen Saugschlauch 4, welcher an einen Staubsammelraum 5 angeschlossen ist. Zur Entfernung von Schmutz 6 auf einer zu bearbeitenden Bodenfläche 7 wird durch ein hochtouriges Gebläse 8 Luft 9 durch eine Abluftöffnung 10 aus dem Staubsaugergehäuse 11 geblasen. Dadurch entsteht an der Saugdüse 2 ein Unterdruck, so dass dort Luft 9 und der Schmutz 6 als Zweiphasen-Strömung eingesaugt werden und in bekannter Weise in einem im Staubsammelraum 5 angeordneten Filterbeutel 12 wieder getrennt werden. Alternativ können hier nicht gezeigte Fliehkraft-Abscheider oder andere Abscheider verwendet werden. Die Einstellung der Saugkraft kann über ein Bedienelement 13 vom Benutzer vorgenommen werden, alternativ ist eine später beschriebene automatische Saugkraftregelung möglich. In beiden Fällen werden von der Gerätesteuerung 14 Schaltsignale erzeugt, die die Drehzahl des Gebläsemotors 15 beeinflussen.
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Bei dem gezeigten Staubsauger wird eine spezielle Saugdüse 20 verwendet, wie sie in 2 näher gezeigt ist. Diese Düse 20 ist in dem gezeigten Beispiel eine Bodendüse und besteht im Wesentlichen aus einem Saugmundstück bzw. Düsenteil 21 und einer Anschlussteil 22. Düsenteil 21 und Anschlussteil 22 sind in der Regel über ein im Ansatz gelagertes, sogenanntes Drehkippgelenk 23 miteinander verbunden. Das Anschlussteil 22 weist an seinem oberen Ende eine Verriegelungsklinke 24 auf, mit der die Bodendüse 20 an dem Saugrohr 3 des Staubsaugers 1 befestigt werden kann. Das Anschlussteil 22 fungiert als rohrförmiges Strömungselement und ist in einer abgewinkelten Umlenkung mit einer Sensoreinheit 25 ausgestattet.
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3 zeigt eine schematische Schnittansicht, in welcher der Aufbau der Sensoreinheit
25 erkennbar ist. Jedes Aufprallereignis der auftreffenden Schmutzteilchen
6 erzeugt auf dem Sensor
26, einer Piezoscheibe, infolge kleinster reversibler Verformungen einen Ladungshub. Zur Sensoreinheit
25 gehört außerdem eine Auswerteschaltung zur weiteren Signalaufbereitung. Die Auswerteschaltung ist aus der
EP 0 759 157 B1 bekannt und deshalb hier nur als Kasten
27 dargestellt. In ihr wird der Ladungshub von einem Ladungsverstärker in Signalbüschel umgewandelt; im Prinzip handelt es sich hierbei um eine schnell ansteigende und anschließend langsamer wieder abklingende Sinusschwingung. Das Ausgangssignal enthält neben den Ladungssignalen auch noch Störsignale in Form von niederfrequenten Grundschwingungen (z. B. das Betriebsgeräusch des Staubsaugers), welche von einem Hochpassfilter kurzgeschlossen werden. Das gefilterte Signal wird einem Gleichrichter zugeführt, der die negativen Signalanteile in positive wandelt, um die Signalquantität zu erhöhen. Es erfolgt eine abschließende Signalumformung durch einen Spannungsfolger/Spitzenwertspeicher. Das Spitzenwertsignal wird einer Messbereichsschaltung bzw. Selektionsschaltung und darauf einer Wiedergabeeinrichtung mit integrierter Anzeigenelektronik zugeführt. Diese ermöglicht eine optische, akustische und/oder fühlbare Wiedergabe der ermittelten Staubpartikel.
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Eine konkrete Umsetzung der in der
EP 0 759 157 B1 offenbarten Lehre zeigt die
WO 2005/077243 A1 . Dort ist die in
2 dargestellte Bodendüse
20 näher beschrieben. Das bekannte Verfahren zur Signalaufbereitung eignet sich gut zur Erfassung von relativ harten Partikeln, insbesondere anorganischem Schmutz. Weiche Partikel, insbesondere biogenes Material oder Fasern, können damit nicht nachgewiesen werden.
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4 zeigt das Ladungssignal, welches infolge einer Kollision zwischen einem harten Partikel – hier Kunststoffgranulat – und der Piezoscheibe 26 entsteht, und zwar die Sprungantwort I und das Frequenzspektrum II. In 5 sind die Sprungantwort III und das Frequenzspektrum IV für ein weiches Partikel – hier ein Gummikorn – dargestellt. Es ist zu erkennen, dass sich die Signale deutlich hinsichtlich Amplitude und Frequenz unterscheiden. Versuche haben gezeigt, dass die Amplitude des Signals in erster Linie von der Masse des Partikels abhängt, die Frequenz dagegen von der Konsistenz, d. h. von der Härte. Das Frequenzspektrum harter Partikel weist überwiegend Frequenzanteile von 100 KHz bis 10 MHz auf, weiche Partikel erzeugen Signale mit signifikanten Anteilen unter 100 KHz. Auch die Anstiegs- oder Abklinggeschwindigkeit des Signals ist abhängig von der Partikelkonsistenz, womit ein weiteres Unterscheidungskriterium vorliegt. Je größer die Härte des Partikels, desto größer ist die Anstiegsgeschwindigkeit der Impulsantwort.
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6 zeigt ein Blockschaltbild einer Sensoreinheit, bestehend aus einem piezoelektrischen Sensor 30 und einer Auswerteschaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Am Sensor 30 werden mehrere Signalkanäle 31 bis 33 über die Ladungsverstärker 34 bis 36 abgegriffen und über weitere Signalaufbereitungsmittel einer Auswerteeinheit zugeführt. Die einzelnen Kanäle 31 bis 33 ermöglichen eine Unterscheidung von Partikeln in einer Zweiphasenströmung hinsichtlich ihrer Materialeigenschaft, insbesondere hinsichtlich ihrer Konsistenz. Dies wird mittels der Filter, d. h. der beiden Bandpässe 38 und 39 und des Hochpasses 37 realisiert. Die Eckfrequenzen des ersten Bandpasses 38 liegen bei 5 KHz und 10 KHz, die Eckfrequenzen des zweiten Bandpasses 39 bei 10 KHz und 20 KHz, die Eckfrequenz des Hochpasses 37 liegt bei 100 KHz. Weitere Anwendungsfälle, bei denen eine klare Differenzierung von Fasern stattfinden soll, erfordern Bandpässe im MHz-Bereich. Hierdurch ist sichergestellt, dass den Kanal 33 nur solche Signale passieren, die beim Auftreffen von Fasern erzeugt werden. Kanal 32 ist für biogene Partikel konzipiert, Kanal 31 für harte Partikel. Die Kollision weicher bzw. biogener Partikel zeichnet sich auch durch eine geringere Amplitude der Impulsantwort aus. Die Verstärkung der Ladungsverstärker 35 und 36 wird deshalb der verringerten Aufprallenergie angepasst – je weicher das zu sensierende Partikel, desto höher die Verstärkung. Des Weiteren werden die Parameter der den Gleichrichtern 40 bis 42 nachgeschalteten Spannungsfolger 43 bis 45 durch eine geeignete RC-Beschaltung auf die jeweils spezifische Signalform und Signalenergie angepasst. Mittels dieser Signalteilung und getrennten Auswertung entsteht eine Signalaufbereitung, mit der sich die in der Zweiphasenströmung vorhandenen bewegten Partikel hinsichtlich ihrer Materialeigenschaft unterscheiden lassen. Bei entsprechender Auslegung lassen sich beispielsweise in einem Saugluftstrom harte und weiche, biogene und nicht biogene bzw. organische oder anorganische Partikel differenzieren, bei einer feineren Abstufung sogar anorganische und organische Fasern, z. B. Teppichfasern und Tierhaare. Die in drei Kanäle 31 bis 33 aufgesplitteten Signalanteile bestehen nun aus einer Menge an Nadelimpulsen, welche mit Zahl der angesaugten Partikel einer bestimmten Materialeigenschaft korreliert. Diese Signalanteile werden anschließend in der Auswerteeinheit mit ihrem Mikroprozessor 46 mathematischen Operationen unterzogen. Es wird mittels einer Zählfunktion die Menge aller Aufprallereignisse oder das Integral aller Aufprallereignisse als Gesamtstichprobe erfasst. Eine vorteilhafte Auswertung der Signalanteile umfasst eine normierte Klassifizierung der Aufprallereignisse der Partikel. Dabei werden pro Kanal alle Nadelimpulse in einem Messintervall vorgegebener Dauer (bspw. 100 ms) als Stichprobe erfasst, gezählt, klassifiziert und auf die Gesamtzahl im Messintervall bezogen normiert, wodurch eine reproduzierbare differenzierte Aussage über das Gemisch der Staubpartikel gewonnen wird.
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7 zeigt ein weiteres Blockschaltbild einer Auswerteschaltung, bei der zusätzlich zum Frequenzverhalten des Partikelsignals dessen Kurvenform ermittelt wird. Hierzu werden Signalvorstufen des Spitzenwert-/Spannungsfolgers (57 bis 59), z. B. das Signal eines Ladungsverstärkers 51 bis 53, abgegriffen und parallel der Auswerteeinheit zugeführt. Dies bietet den Vorteil, neben den frequenzcharakteristischen Signalanteilen der Filter (Bandpässe 55 und 56, Hochpass 54) auch beispielsweise die Signalanstiegszeiten oder die Anstiegsgeschwindigkeit oder die Abklingzeit durch Abtasten des Sensorsignals (siehe gestrichelte Kurve (510, 520 und 530) nach den Ladungsverstärkern 51 bis 53 mit dem Mikroprozessor 60 zu erfassen. Auch diese Werte können ein Unterscheidungskriterium für die Materialeigenschaft der Partikel darstellen. Der Mikroprozessor 60 differenziert beispielsweise die Impulsantwort, wobei die Höhe der dabei gebildeten Differentialquotienten als Summe und/oder Einzelwerte Rückschlüsse auf die Art der Partikel erlaubt.
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8 zeigt das Blockschaltbild einer Ausführungsform, bei der anstelle überwiegend analoger Bauteile digitale Signalverarbeitungsmittel eingesetzt werden. Hierdurch wird eine größere Flexibilität bezüglich der Auswertungsmöglichkeiten erreicht. Die Signalverstärkung erfolgt zunächst durch einen Ladungsverstärker 71, anschließend wird ein digitaler Signalprozessor 72 (DSP) nachgeschaltet. Dieser gewinnt sowohl die frequenzcharakteristischen Informationen als auch die Werte bzgl. der Signalanstiegszeiten bzw. der Differentialquotienten. Die frequenzabhängigen Informationen werden vorzugsweise über eine FFT ermittelt. Durch den Einsatz des DSP können auch komplexe Operationen wie eine Berechnung der Häufigkeitsverteilung oder Korrelationsanalysen durchgeführt werden.
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Eine den Auswerteschaltungen jeweils nachgeschaltete Anzeigeeinheit, in den 6 bis 8 jeweils als Kasten 50 dargestellt, gibt die durch die Auswerteschaltungen gewonnene Information an den Benutzer weiter. Die Einheit 50 kann beispielsweise Partikel mit verschiedenen Materialeigenschaften getrennt voneinander anzeigen. Hierzu kann beispielsweise ein LC-Display, eine zwei- oder mehrstufige Balkenanzeige, oder ein LED-Array in Form einer mehrdimensionalen Ampel verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein akustisches, optisches oder auch haptisches Warnsignal erzeugt werden, wenn ein Grenzwert für Partikel einer bestimmten Materialeigenschaft, bspw. biogene Partikel, überschritten wird. Der Bediener wird dann veranlasst, die bearbeiteten Stellen im Bodenbelag besonders intensiv zu reinigen oder speziell zu behandeln. Auch ein notwendiger Filterwechsel kann angezeigt werden. Neben der Verwendung in einer Anzeigeeinheit 50 können die Ausgangssignale der Auswerteschaltung auch noch zur Steuerung des Staubsaugers selbst verwendet werden, beispielsweise um eine Borstenwalze (nicht dargestellt) an einer Elektrobürste (ebenfalls nicht dargestellt) einzuschalten, wenn das Partikelsignal auf einen Faserabtrag und damit auf die Reinigung eines Teppichs hinweist. Ein erhöhter Faserabtrag sollte dann zu einer Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit der Borstenwalze führen, Beim Nachweis von biogenen Partikeln oder von Feinstaub kann eine Dosiervorrichtung (ebenfalls nicht dargestellt) aktiviert werden, um diese Partikel durch ein geeignetes Additiv zu binden oder zu neutralisieren.
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Soweit die vorgeschriebenen Auswerteschaltungen lediglich zur Steuerung einer Anzeigeeinheit 50 dienen und diese in der Saugdüse 20 angeordnet ist, können sie als separate Schaltungen in der Nähe des Sensors 26 in die Düse 20 integriert sein, wie dies in 2 dargestellt ist. Hierdurch werden kurze Leitungswege und eine geringe Störanfälligkeit (bspw. durch Störsignale vom Gebläsemotor) erreicht. Ist die Anzeigeeinrichtung am Staubsaugergehäuse angeordnet oder dient die Auswerteschaltung zur weiteren Steuerung des Staubsaugers, ist es sinnvoll, die Auswerteschaltung in die Gerätesteuerung zu integrieren. In diesem Fall müssen geeignete, z. B. optische Signalübertragungsmittel vom Sensor zur Schaltung vorgesehen sein.
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Die 9 bis 17 zeigen Strömungselemente, in denen allein aufgrund der Anordnung eines oder mehrerer Sensoren eine nachgeschaltete Auswerteschaltung (nicht dargestellt) in der Lage ist, die Materialeigenschaft von Partikeln zu unterscheiden. Hierzu werden Unterschiede hinsichtlich der aerodynamischen Eigenschaften ausgenutzt, die insbesondere bei den vorgenannten Gemischen aus harten Staubpartikeln, biogenen Partikeln und Fasern bestehen. Vorzugsweise wird dabei die Materialeigenschaft der Partikel aus ihrer Bewegungsbahn innerhalb der Zweiphasenströmung ermittelt. Damit Partikel mit verschiedenen Materialeigenschaften unterschiedliche Bewegungsbahnen einnehmen, kann die Zweiphasenströmung beispielsweise im Bereich des Sensors bzw. der Sensoren auf eine gekrümmte Bahn gezwungen werden. In den 9 bis 12 und 15 bis 16 sind die Strömungselemente hierzu mit einem Knick versehen.
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Bei der Ausführungsform nach 9 werden zwei Sensoren 91 und 92 an der Innenwand 93 eines um ca. 30° geknickten Rohres 94 eingesetzt, beispielsweise bei dem in 2 dargestellten Anschlussteil 22. Dabei ist der Sensor 91 an einer Position angeordnet, welche in der Gebrauchslage des Strömungselements oben hinter dem Knick 95 liegt. Der Sensor 92 ist auf einer Rampe 96 angeordnet, damit er in die Strömung hinein ragt und somit die Wahrscheinlichkeit von Partikelkollisionen erhöht wird. Sensor 92 ist direkt an der Innenwand 93 des Strömungselements 90 befestigt, und zwar im unteren Bereich hinter dem Knick 95. Erwartungsgemäß werden mit Sensor 91 diejenigen Partikel kollidieren, die vom strömenden Medium besser mitgerissen werden (biogene Kleinstpartikel der Größenordnung 5 bis 10 μm) und sich demzufolge auf einer stärker gekrümmten Bahn bewegen. Bei einem von einem Staubsauger erzeugten Saugluftstrom identifiziert die Auswerteschaltung diese Partikel als biogen und als Fasern. Auf Sensor 92 treffen Partikel auf, welche wegen ihrer großen Masse und der damit verbundenen aerodynamischen Eigenschaften eine weniger gekrümmte Bahn einnehmen, diese werden von der Auswerteschaltung als anorganische Staubpartikel in der Größenordnung 50 bis 100 μm identifiziert. Je nach Anzahl der Partikel steuert die Auswerteschaltung eine Anzeige, mögliche Ausführungsformen sind weiter oben beschrieben.
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Bei der in 10 dargestellten Ausführungsform eines Strömungselements 100 sind auf der Innenwand 101 jeweils zwei Sensoren 102 und 103 oben und zwei Sensoren 104 und 105 unten hinter dem Knick 106 angeordnet. Somit können die aufgesaugten Partikel hier in vier verschiedene Klassen differenziert werden. Auf dem vorn und oben angeordneten Sensor 102 werden erwartungsgemäß sehr leichte Partikel auftreffen, bei einem Saugluftstrom sind dies Fasern. Auf dem weiter hinten und oben angeordneten Sensor 103 werden leichte Partikel auftreffen, beispielsweise biogene Partikel wie Milbenkot oder Hautschuppen. Mit den Sensoren 104 und 105 unten werden vom vorzugsweise schwere anorganische Partikel (Sandkörner o. A) und hinten vorzugsweise leichtere anorganische Partikel erfasst.
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11 zeigt ein Strömungselement 110 mit drei Sensoren 111, 112 und 113. Durch geschickte Anordnung der Sensoren 111 und 112 werden die Partikel, die auf Sensor 111 auftreffen, in Richtung des Sensors 112 reflektiert und erzeugen dort ein zweites Partikelsignal. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um Fasern. Kleine Partikel werden dagegen vorzugsweise nur auf dem Sensor 113 auftreffen. In erster Linie ist durch diese Anordnung eine Fasererkennung umsetzbar.
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In der 12 ist ein Strömungselement 120 dargestellt, in welchem nur ein einziger Sensor 121 angeordnet ist. Um mit diesem Sensor 121 Partikel auf verschiedenen Bewegungsbahnen erfassen zu können, ist er im Strömungselement 120 über eine Stellachse 122 ortsveränderbar angeordnet. Denkbar ist eine Variation bezüglich der Einschubtiefe (Pfeil 123), der Längenposition (Pfeil 124) hinter dem Knick 126 oder des Anstellwinkels 125. Die Positionswechsel werden von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung vorgegeben, eine ebenfalls nicht dargestellte Auswerteschaltung speichert die Anzahl der Partikelkollisionen je Sensorposition und erzeugt eine entsprechende Anzeige. Hierdurch ist eine beliebige Auflösung hinsichtlich der Erfassung unterschiedlicher Materialeigenschaften möglich. Diese kann zur Kalibrierung von Sensorpositionen, aber auch zum Nachweis von speziellen Partikelfraktionen eingesetzt werden.
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Will man ein geradliniges Strömungselement 130 verwenden (siehe 13), können in der Figur nicht dargestellte Leiteinrichtungen verwendet werden, um die Zweiphasenströmung auf eine spiralförmige Bahn zu zwingen. Hierdurch werden schwere Partikel nach außen in die Nähe der Innenwand 131 getragen, leichte Partikel verbleiben konzentriert im Zentrum 132 der Strömung. Als Sensor 133 wird bei der Anordnung nach 13 wiederum eine über eine Stellachse 134 ortsveränderbare Piezoscheibe verwendet. Bei dieser Variante reicht eine Verschiebung in Richtung des mit 135 bezeichneten Pfeils, d. h. eine Variation der Eindringtiefe. Die durch den Pfeil 136 gekennzeichnete Verschiebung über die Längenposition innerhalb des Rohres kann zusätzlich vorgesehen sein, ist aber nicht zwingend notwendig.
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Die 14 und 15 zeigen ebenfalls geradlinige Strömungselemente 140 und 150. Zur Umlenkung der Partikel auf eine gekrümmte Bewegungsbahn sind jeweils Ausbuchtungen 141 bzw. 151 innerhalb der Rohrwand 142 bzw. 152 vorgesehen, in deren Zentrum sich ein plattenförmiges Hindernis 143 bzw. 153 befindet. Bei dem Strömungselement 140 nach 14 ist die Ausbuchtung 141 kugelförmig ausgebildet. Ein erster Sensor 144 ist auf dem Hindernis 143 angeordnet, weitere Sensoren 145 bis 147 befinden sich stromabwärts hinter dem Hindernis 143 auf der Innenwand der Ausbuchtung 141. Schwere Partikel werden auf den Sensor 144 auf dem Hindernis 143 auftreffen, leichte Partikel entsprechend ihrer aerodynamischen Eigenschaften auf einem der Sensoren 145 bis 147 an der Ausbuchtung 141. Extrem kleine Partikel folgen der Strömung (Linie 148) und treffen nicht auf die Sensoren.
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Das in 15 dargestellte Strömungselement 150 besitzt eine halbkreisförmige Ausbuchtung 151, wobei der flache Teil 154 stromabwärts hinter dem Hindernis angeordnet ist. Hierdurch können mehrere Sensoren 155 bis 157 in Form von konzentrischen Kreisen auf dem flachen Teil 154 befestigt werden. Bei dieser Anordnung werden die leichteren Partikel weiter innen, die schwereren auf den weiter außen befindlichen Sensoren auftreffen. Auch hier folgen die kleinsten Partikel der Strömung 158 und treffen nicht auf die Sensoren 155 bis 157.
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Das in 16 dargestellte Strömungselement 160 ist vorzugsweise zur Führung einer Zweiphasenströmung geeignet, bei der feste Partikel von einer Flüssigkeit mitgerissen werden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn sich Anschmutzungen im Flottenkreislauf einer Wasch- oder Geschirrspülmaschine befinden. Zur Erfassung der Menge und der Materialeigenschaften der Schmutzpartikel sind dann mehrere Sensoren 161 bis 163 vorgesehen, die direkt im Knick 164 des um 90° abgewinkelten Strömungselements 160 angeordnet sind. Das Strömungselement 160 sollte vorzugsweise so ausgerichtet sein, dass in seiner Betriebsposition die Flotte durch die Abwinklung von einer waagerechten Strömungsrichtung in eine senkrechte Strömungsrichtung umgelenkt wird.
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17 zeigt ein Strömungselement 170, welches ebenfalls eine Abwinklung 171 um 90° besitzt. Hier wird jedoch die Strömung aus einer vertikalen Fließrichtung in eine horizontale Fließrichtung umgelenkt. Es sind zwei Sensoren 172 und 173 an der Innenwand 174 des Strömungselements 170 vorhanden, von denen der eine oben und der andere unten hinter dem Knick 171 angeordnet ist. Eine solche Anordnung ist vorteilhaft dazu geeignet, das Signal eines nicht dargestellten Trübungssensors in einer Wasch-/Spülmaschine zu kalibrieren. Mit einem solchen optischen Sensor werden Verunreinigungen in der Wasch-/Spülflotte erfasst. Leider wird das Messergebnis durch Luftblasen verfälscht, die von der Flotte mitgerissen werden. Durch die in der Figur gezeigte Anordnung von Piezosensoren 172 und 173 vor oder hinter dem Trübungssensor besteht die Möglichkeit, zwischen Schmutzpartikeln und Luftblasen zu unterscheiden. Die schwereren Schmutzpartikel werden mit vorzugsweise auf Sensor 172 auftreffen, die Luftblasen sind mit einem Drall behaftet und werden deshalb mit vorzugsweise dem Sensor 173 kollidieren.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, selbstverständlich sind auch Kombinationen einzelner Sensoranordnungen und/oder Kombinationen verschiedener Auswertungsmethoden, insbesondere Kombinationen der Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 möglich.
