DE102016222095A1

DE102016222095A1 - Verfahren zur verbesserten Steuerung eines wasserführenden Haushaltsgerätes und hierzu geeignetes Haushaltsgerät

Info

Publication number: DE102016222095A1
Application number: DE102016222095.0A
Authority: DE
Inventors: Philipp Neumaier
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2018-05-17
Also published as: WO2018086864A1; CN109983170A; CN109983170B; EP3538705A1; EP3538705B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines wasserführenden Haushaltsgeräts 1 mit einer Trommel 3 zur Aufnahme von zu behandelnden Gegenständen 22, 34, welche mindestens einen Perimeter mit mindestens einem Strahlungsdurchlass 30, 35 aufweist, einer Steuereinrichtung 18, einem Spektrometer 21, welches mindestens eine Strahlungsquelle 5, 27, mindestens einen Strahlungsdetektor 7, 28 und einen Mikrocomputer 6 umfasst, wobei Mikrocomputer 6 und Steuereinrichtung 18 zum Informationsaustausch untereinander eingerichtet sind, so dass Daten zwischen Spektrometer 21 und Steuereinrichtung 18 ausgetauscht werden können, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:Rotieren der Trommel 3 mit einer vorgegebenen Drehzahl Dz, wobei eine Frequenz f, bezogen auf die Anzahl von Umlaufzyklen von Strahlungsdurchlässen 30, 35 pro Zeiteinheit, als das Produkt der Drehzahl Dz mit der Anzahl von Strahlungsdurchlässen 30, 35 definiert wird;kontinuierliches Emittieren von Strahlung 31 von der mindestens einen Strahlungsquelle 5, 27 des Spektrometers 21 in einem Wellenlängenbereich λbis λdurch den mindestens einen Strahlungsdurchlass 30, 35 der rotierenden Trommel 3, so dass eine mit der Frequenz f periodisch unterbrochene Strahlung 31 im Trommelinneren erzeugt wird, und die Gegenstände 22, 34 in der rotierenden Trommel 3 mit der Frequenz f periodisch unterbrochenen Strahlung 31 beaufschlagt werden, und der mindestens eine Strahlungsdetektor 7, 28 derart angeordnet ist, dass die von den Gegenständen 22, 34 reflektierte Strahlung 32 ohne den Strahlungsdurchlass 30, 35 zu passieren und somit ohne durch den Strahlungsdurchlass 30, 35 mit der Frequenz f unterbrochen zu werden, direkt als ein Messsignal registriert wird, und von der Steuereinrichtung 18 eine nur vom Haushaltsgerät 1 abhängige periodische Funktion mit der Periodenlänge 1/f, insbesondere eine Sinus- oder Rechteckfunktion, als Referenzsignal erzeugt wird;Übermitteln des Messsignals sowie des Referenzsignals an den Mikrocomputer 6, Auswerten des Messsignals und dessen Abgleich mit dem Referenzsignal mit einer im Mikrocomputer 6 hinterlegten Auswerteroutine und Übermitteln des ausgewerteten Messsignals an die Steuereinrichtung 18; undAuswählen und/oder Anpassen eines Betriebsprogramms durch die Steuereinrichtung 18 in Bezug auf das ausgewertete Messsignal, wobei die Schritte (b) bis (d) einmal oder mehrmals durchgeführt werden.Die Erfindung betrifft ferner ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Haushaltsgerät.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines wasserführenden Haushaltsgeräts mit einer Trommel zur Aufnahme von zu behandelnden Gegenständen, welche mindestens einen Perimeter mit mindestens einem Strahlungsdurchlass aufweist, einer Steuereinrichtung, einem Spektrometer, welches mindestens eine Strahlungsquelle, mindestens einen Strahlungsdetektor und einen Mikrocomputer umfasst, wobei Mikrocomputer und Steuereinrichtung zum Informationsaustausch untereinander eingerichtet sind, so dass Daten zwischen Spektrometer und Steuereinrichtung ausgetauscht werden können. Die Erfindung betrifft außerdem ein zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes wasserführendes Haushaltsgerät.
Üblicherweise werden zur Reinigung von Gegenständen in wasserführenden Haushaltsgeräten Wasch- und Reinigungsmittel eingesetzt. Diese Wasch- und Reinigungsmittel weisen im Allgemeinen eine komplexe Zusammensetzung auf, da neben waschaktiven Substanzen, sogenannten Tensiden, häufig auch Enzyme, Bleichmittel, Wasserenthärter und dergleichen enthalten sind. Insbesondere die Tenside sind jedoch beim Reinigungsprozess von besonderer Bedeutung, da durch diese Verbindungen die Grenzflächenspannung an der Grenzfläche Wasser/Fett erniedrigt wird, und sie daher wesentlich zu einer Entfernung von Verschmutzungen aus beispielsweise Textilien beitragen. Prinzipiell werden drei Tensidarten, ionische, nicht-ionische und amphotere Tenside unterschieden. Für Wasch- und Reinigungsmittel verwendet man insbesondere anionische Tenside, hauptsächlich Alkylbenzolsulfate.
Fetthaltige Verschmutzungen werden im Allgemeinen durch die Anlagerung von Tensiden an die Verunreinigungen entfernt. Die Verschmutzungen werden von den Tensidmolekülen umgeben und bilden Tensid/Schmutz-Mizellen in einer wässrigen Phase. Somit kann der Fettschmutz in Form einer Fett/Wasser-Emulsion in Lösung gehen und mit der Waschlauge oder der Reinigungsflüssigkeit abtransportiert werden.
Es ist normalerweise nicht möglich, die für einen optimalen Reinigungsprozess notwendige Menge an Wasch- oder Reinigungsmittel (im Folgenden zusammenfassend als Behandlungsmittel bezeichnet) vorherzubestimmen, da eine Abhängigkeit zu einer Reihe von Parametern wie der Art und dem Grad der Verschmutzung, der Beladungsmenge oder vom Material der zu behandelnden Gegenstände, beispielsweise der Textilart, besteht. In der Regel erfolgt derzeit bei der haushaltsüblichen Anwendung von Behandlungsmitteln keine genaue Bestimmung der tatsächlich erforderlichen Menge. Durch eine Überbewertung des Verschmutzungsgrades oder der Beladungsmenge erfolgt häufig eine Überdosierung. Dieser erhöhte Verbrauch an Behandlungsmitteln führt zu einer unnötig hohen Umweltbelastung. Nach der Reinigung können ferner bei einer Überdosierung unerwünschte Restmengen auf den Gegenständen verbleiben, und bei damit in Kontakt kommenden Menschen Allergien auslösen.
Es kommt außerdem vor, dass ein Benutzer irrtümlicherweise empfindliche mit nichtempfindlichen Textilarten mischt oder ihm die korrekte Pflege der Textilien nicht bekannt ist. Daher besteht ein Bedürfnis, den Ablauf eines Behandlungsprozesses in einem wasserführenden Haushaltsgerät beobachten und in diesen eingreifen zu können.
Darüber hinaus können in wasserführenden Haushaltsgeräten durch Belastungen mit Mikroorganismen oder organischen Verunreinigungen Geruchsbelastungen auftreten. Weitere negative Folgeerscheinungen sind eine Verschlechterung der hygienischen Verhältnisse. Solche Kontaminationen treten dabei oft an schwer zugänglichen oder für einen Benutzer nicht direkt sichtbaren Stellen des Haushaltsgeräts auf. Diese hygienischen Beeinträchtigungen rasch und einfach zu ermitteln, um entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten, stellt daher ein dringendes Bedürfnis dar.
Andererseits stellen mit flüchtigen Chemikalien, z.B. mit Propangas, betriebene wasserführende Haushaltsgeräte ein relativ hohes Sicherheitsrisiko dar, und eine Früherkennung von Fehlfunktionen oder Leckagen ist in diesen Fällen wünschenswert.
Wasserführende Haushaltsgeräte mit einer verbesserten Steuerung sind bereits bekannt.
Die Veröffentlichung DE 10 2012 017 323 A1 beschreibt ein wasserführendes Haushaltsgerät, insbesondere ein Wäschebehandlungsgerät zum Waschen von Wäsche, mit einem Behandlungsbereich, einer Dosierpumpe, zumindest einem Behandlungsmittelbehälter und einer Anzeigeeinrichtung, wobei der Behandlungsmittelbehälter zum Aufnehmen einer Menge eines fließfähigen Behandlungsmittels dient, die für mehrere Behandlungen in dem Behandlungsbereich ausreicht. Die von der Dosierpumpe geförderte Menge des Behandlungsmittels wird von der Anzeigeeinrichtung angezeigt und/oder eine Restmenge des Behandlungsmittels im Behandlungsmittelbehälter wird von der Anzeigeeinrichtung angezeigt.
Die Veröffentlichung DE 10 2010 039 611 A1 beschreibt eine Geschirrspülmaschine, insbesondere Haushaltsgeschirrspülmaschine, mit einer Steuereinrichtung, bei der wenigstens ein Spülprogramm zur Ausführung eines mehrere Teilspülgänge umfassenden Spülgangs zum Reinigen und/oder Trocknen von Spülgut hinterlegt ist, und mit einer Bedieneinrichtung zur Eingabe von Bedienbefehlen für die Steuereinrichtung. An der Bedieneinrichtung ist wenigstens ein Bedienbefehl zum Ausführen einer oder mehrerer Anpassungsmaßnahmen an wenigstens einem der Spülprogramme eingebbar, mittels der oder denen die Vermeidung von Flecken am Spülgut und/oder das Trocknungsergebnis am Spülgut bei der Durchführung des Spülgangs auf der Basis des angepassten Spülprogramms verbessert ist.
Die Verwendung von Strahlungssensoren, z.B. IR-Sensoren, zur Erkennung von Textilarten, Füllstand und Wassermenge in der Trommel von Waschmaschinen und Wäschetrocknern ist bekannt.
Die Veröffentlichung WO 2001/046509 A1 beschreibt ein Gerät zur Behandlung von Textilien mit einer Einrichtung zur Erkennung von Eigenschaften einer Textilie, wobei die Einrichtung mindestens ein Sende- und mindestens ein Empfangselement zum Senden bzw. Empfangen elektromagnetischer Strahlung sowie eine mit dem Empfangselement verbundene Auswerteschaltung umfasst, wobei die von dem Sendeelement gesendete und von der Textilie reflektierte und/oder transmittierte Strahlung vom Empfangselement empfangbar und in der Auswerteschaltung auswertbar ist.
Die Veröffentlichung DE 10 2015 100 395 A1 beschreibt ein Spektrometer, insbesondere für den Einbau in ein Sensormodul mit einer Strahlungsquelle und folgenden, einen Strahlengang definierenden bzw. entlang des Strahlengangs angeordneten Komponenten: einem Probenraum für ein zu untersuchendes Fluid, einer ersten Linse, einem Beugungselement, einer zweiten Linse, und einem Detektor. Zwischen dem Probenraum und dem Beugungselement ist eine Beschränkungsapertur zur Beschränkung des effektiven Durchmessers des auf das Beugungselement auftreffenden Strahlbündels vorgesehen.
Die Veröffentlichung EP 0 816 551 B1 offenbart eine infrarote Temperaturerfassung für eine Trommeltrocknersteuerung, insbesondere einen Trockner mit einer Rotationstrommel zur Aufnahme und zum Schleudern von feuchten, zu trocknenden Artikeln, einer Heizvorrichtung zum Aufheizen der Artikel, einer Gebläseeinheit zum Durchführen von Luft über die Artikel in der Trommel und einer Infraroterfassungsvorrichtung, die ein der Temperatur der Artikel in der Trommel entsprechendes Steuersignal zur Verfügung stellt. Es wird auch ein Verfahren zur Erfassung der Vollständigkeit eines Trocknungsdurchganges in einem Trockner mit einer rotierenden Trommel und einer Infraroterfassungsvorrichtung offenbart, die eine Messung der Temperatur der Artikel zur Verfügung stellt.
Die Veröffentlichung EP 1242665 B1 beschreibt ein Gerät zur Behandlung von Textilien mit einer Auswerteschaltung zur Erkennung der Textilart und/oder der Feuchte eines Wäschestücks. Das Gerät verwendet Sende- und Empfangselemente zum Senden bzw. Empfangen elektromagnetischer Strahlung sowie eine mit dem Empfangselement verbundene Auswerteschaltung. Beschrieben ist auch ein Verfahren zur Erkennung von Eigenschaften eines Textilstückes beispielsweise in einer Waschmaschine oder in einem Wäschetrockner.
Das US-Patent Nr. 5,396,715 beschreibt einen Mikrowellen-Wäschetrockner und eine Methode mit Feuerschutz, bei der mittels eines IR-Sensors die Temperatur innerhalb der Trommel registriert und bei Erreichen eines vorbestimmten Wertes, der das Anbrennen von Wäsche anzeigt, die Operation des Trockners unterbrochen wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das eine verbesserte Steuerung eines wasserführenden Haushaltsgeräts mit einem Spektrometer ermöglicht, wobei vorzugsweise eine Verbesserung der Signalqualität eines spektroskopischen Sensors ermöglicht wird. Vorzugsweise soll dabei auch ein umweltschonenderer und sicherer Betrieb des Haushaltsgeräts ermöglicht werden. Außerdem soll ein zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes Haushaltsgerät bereitgestellt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe wird nach dieser Erfindung erreicht durch ein Verfahren zum Betrieb eines wasserführenden Haushaltsgeräts sowie ein zu dessen Durchführung geeignetes Haushaltsgerät mit den Merkmalen der entsprechenden unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen ausgeführt. Bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts und umgekehrt, auch wenn dies hierin nicht explizit festgestellt ist.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zum Betrieb eines wasserführenden Haushaltsgeräts mit einer Trommel zur Aufnahme von zu behandelnden Gegenständen, welche mindestens einen Perimeter mit mindestens einem Strahlungsdurchlass aufweist, einer Steuereinrichtung, einem Spektrometer, welches mindestens eine Strahlungsquelle, mindestens einen Strahlungsdetektor und einen Mikrocomputer umfasst, wobei Mikrocomputer und Steuereinrichtung zum Informationsaustausch untereinander eingerichtet sind, so dass Daten zwischen Spektrometer und Steuereinrichtung ausgetauscht werden können, wobei es die folgenden Schritte umfasst:

(a) Rotieren der Trommel mit einer vorgegebenen Drehzahl Dz, wobei eine Frequenz f, bezogen auf die Anzahl von Umlaufzyklen von Strahlungsdurchlässen pro Zeiteinheit, als das Produkt der Drehzahl Dz mit der Anzahl von Strahlungsdurchlässen definiert wird;
(b) kontinuierliches Emittieren von Strahlung von der mindestens einen Strahlungsquelle des Spektrometers in einem Wellenlängenbereich λ₁ bis λ₂ durch den mindestens einen Strahlungsdurchlass der rotierenden Trommel, so dass eine mit der Frequenz f periodisch unterbrochene Strahlung innerhalb der Trommel erzeugt wird, und die Gegenstände in der rotierenden Trommel mit der Frequenz f periodisch unterbrochenen Strahlung beaufschlagt werden, und der mindestens eine Strahlungsdetektor derart angeordnet ist, dass die von den Gegenständen reflektierte Strahlung ohne den Strahlungsdurchlass zu passieren und somit ohne durch den Strahlungsdurchlass mit der Frequenz f unterbrochen zu werden, direkt als ein Messsignal registriert wird, und von der Steuereinrichtung eine nur vom Haushaltsgerät abhängige periodische Funktion mit der Periodenlänge 1/f, insbesondere eine Sinus- oder Rechteckfunktion, als Referenzsignal erzeugt wird;
(c) Übermitteln des Messsignals sowie des Referenzsignals an den Mikrocomputer, Auswerten des Messsignals und dessen Abgleich mit dem Referenzsignal mit einer im Mikrocomputer hinterlegten Auswerteroutine und Übermitteln des ausgewerteten Messsignals an die Steuereinrichtung; und
(d) Auswählen und/oder Anpassen eines Betriebsprogramms durch die Steuereinrichtung in Bezug auf das ausgewertete Messsignal, wobei die Schritte (b) bis (d) einmal oder mehrmals durchgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine Reihe von Vorteilen. So können preisgünstige, spektral breitbandige Leuchtmittel, wie Glühwendeln, als Strahlungsquellen verwendet werden. Durch die Anwendung der Amplitudenmodulation, d.h. die periodische Unterbrechung des beleuchtenden Lichtstrahls und die nachfolgende phasensensitive Signalgleichrichtung, lässt sich das ungünstige Signal-Rausch-Verhältnis, das bei herkömmlichen Leuchtmitteln im Allgemeinen erhalten wird, deutlich reduzieren, wodurch die Sensitivität der Messungen signifikant erhöht wird und sich selbst kleinste Substanzmengen im Spurenbereich nachweisen lassen. Ferner kann durch die mögliche effiziente Rauschunterdrückung insbesondere auf im Infrarotbereich erforderliche teurere schmalbandige Lichtquellen, wie schaltbare phosphorisierte LEDs, verzichtet werden. Darüber hinaus kann bei der vorliegenden Erfindung die rotierende Trommel mit ihren in der Regel definierten Strahlungsdurchlässen als einfaches mechanisches Instrument zum „Zerhacken“, d.h. periodischen Unterbrechen, der emittierten Strahlung verwendet werden. Ein hierfür üblicherweise verwendetes sogenanntes „Chopperrad“, welches mechanisch anfällig ist, kann entfallen, so dass auf diese Weise die Kosten weiter verringert sowie zudem die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der spektroskopischen Messungen erhöht werden.
Die hierin verwendeten Begriffe „Strahlungsdurchlass“ bzw. „strahlungsdurchlässig“ sind breit auszulegen. „Strahlungsdurchlässig“ im Sinne der Erfindung kann die Durchlässigkeit für Strahlung im gesamten spektralen Wellenlängenbereich bedeuten oder sich auch auf beispielsweise einen oder mehrere definierte Wellenlängenbereiche des Spektrums beziehen, wie Infrarot- oder UV-Strahlung.
Ferner ist die Ausgestaltung des mindestens einen Strahlungsdurchlasses erfindungsgemäß nicht eingeschränkt. Hierbei kann es sich um eine Materialaussparung in der Trommel handeln, d.h. ein Loch, oder auch beispielsweise um ein Inlay aus einem strahlungsdurchlässigen, d.h. transparenten Material, z.B. aus Quarzglas oder einem Kunststoff. Der Strahlungsdurchlass ist erfindungsgemäß auf der Stirnseite, Rückseite oder Mantelfläche der Trommel angeordnet.
Zudem ist die Form des Strahlungsdurchlasses erfindungsgemäß nicht eingeschränkt. Es kann sich beispielsweise um ein kreisförmiges Loch oder auch um eine ellipsenförmige oder rechteckige Aussparung handeln. Darüber hinaus ist die Größe des Strahlungsdurchlasses im Wesentlichen lediglich durch die für einen entsprechenden Betrieb sinnvolle oder zulässige Größe beschränkt. Insbesondere dient der mindestens eine Strahlungsdurchlass erfindungsgemäß dazu, der Strahlung einer Strahlungsquelle den Eintritt in das Innere der Trommel zu erlauben.
Erfindungsgemäß rotiert die Trommel während der Durchführung des Verfahrens, wobei abhängig von der Höhe der Drehzahl Dz der Trommel der mindestens eine Strahlungsdurchlass mit einer bestimmten Frequenz f eine Position durchläuft, welche in Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens den Strahlungseintritt in das Innere der Trommel ermöglicht. Das Gleiche gilt für das Reversieren der Trommel. Diese Position wird im Folgenden als korrespondierende Position bezeichnet. Im Fall von mehreren Strahlungsdurchlässen ergibt sich die Frequenz f entsprechend aus dem Produkt der Drehzahl Dz mit der Anzahl an Strahlungsdurchlässen.
In Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass Strahlung von der mindestens einen Strahlungsquelle in einem Wellenlängenbereich von λ₁ bis λ₂ kontinuierlich emittiert wird.
Der Begriff „kontinuierlich“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die mindestens eine Strahlungsquelle des Spektrometers während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne Unterbrechung Strahlung emittiert. Auf diese Weise wird erreicht, dass bei der Rotation der Trommel mit der Frequenz f Strahlung in das Innere der Trommel eingestrahlt wird, wenn sich der mindestens eine Strahlungsdurchlass in korrespondierender Position befindet.
Es ist erfindungsgemäß nicht eingeschränkt, ob ferner in Schritt (b) das Emittieren der Strahlung im gesamten Wellenlängenbereich von λ₁ bis λ₂ und/oder bei mehreren einzelnen Wellenlängen und/oder Teilbereichen innerhalb dieses Wellenlängenbereichs erfolgt.
Erfindungsgemäß erzeugt die Strahlungsquelle eine mit der Frequenz f periodisch unterbrochene Strahlung im Trommelinneren und beaufschlagt darin befindliche Gegenstände mit dieser Strahlung in mindestens einem Zeitraum Δt. Die Länge des Zeitraums Δt ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht eingeschränkt, wobei sie von verschiedenen Parametern abhängen wird.
Insbesondere hängt die Länge des Zeitraums Δt von der Rotationsgeschwindigkeit der Trommel ab. Rotiert die Trommel mit einer Drehzahl Dz, so dass der mindestens eine Strahlungsdurchlass mit einer Frequenz f die Position durchläuft, welche in Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens den Strahlungseintritt in die Trommel ermöglicht, so hängt die Länge des Zeitraums Δt von dieser Frequenz f ab. Die Länge von Δt nimmt mit steigender Drehzahl Dz, also höherer Frequenz f, ab.
Zudem wird die Länge des Zeitraums Δt mit einer zunehmenden Größe des mindestens einen Strahlungsdurchlasses zunehmen. Werden die Abmessungen des Strahlungsdurchlasses bei konstanter Drehzahl Dz vergrößert, so wird Δt zunehmen, da die Gegenstände im Inneren der Trommel („Trommelinneren“) über einen längeren Zeitraum mit Strahlung belegt werden.
Bevorzugt liegt die Länge des mindestens einen Zeitraums Δt im Bereich von 1 ms bis 100 ms. Besonders bevorzugt liegt das Zeitintervall Δt in einem Bereich von 1 ms bis 10 ms.
Neben der Erzeugung der mit der Frequenz f periodisch strukturierten Strahlung, mit der die Gegenstände im Inneren der Trommel beaufschlagt werden, wird parallel zudem ein Referenzsignal mit der gleichen Frequenz generiert und an den Mikrocomputer gesandt. Das Referenzsignal ist eine periodische Funktion mit der Periodenlänge 1/f, wobei eine Sinus-, Cosinus- oder Rechteckfunktion bevorzugt ist. Dabei ist das Referenzsignal eine nur vom Haushaltsgerät abhängige periodische Funktion mit der Periodenlänge 1/f. Das Referenzsignal ist dabei im Wesentlichen von der Anzahl der Strahlungsdurchlässe, deren Geometrie, d.h. deren Größe und Form, und der Rotationsgeschwindigkeit der Trommel bestimmt.
Der Strahlungsdetektor registriert als Messsignal die von in der Trommel befindlichen Gegenständen reflektierte Strahlung in einem stetigen, kontinuierlichen Zeitraum. Dies bedeutet, dass die reflektierte Strahlung von den Gegenständen direkt und unmittelbar auf den Strahlungsdetektor trifft, ohne erneut durch den Strahlungsdurchlass hindurchzutreten, durch welchen ursprünglich die periodisch strukturierte Strahlung erzeugt wurde. Somit sind im Allgemeinen zwei verschiedene Strahlungspfade zu unterscheiden. Zum einen der Strahlungsweg, der ausgehend von der Strahlungsquelle durch den Strahlungsdurchlass in der Trommelwand in das Trommelinnere führt, um die im Inneren der Trommel befindlichen Gegenstände mit Strahlung zu beaufschlagen, zum anderen der Strahlungsgang der reflektierten Strahlung, der seinen Weg von den reflektierenden Gegenständen direkt zum Strahlungsdetektor nimmt.
Aufgrund des relativ langen Zeitraums, welchen der Detektor zum Registrieren der reflektierten Strahlung zur Verfügung hat, können auch technisch minderwertigere und preisgünstige Strahlungsdetektoren verwendet werden, wobei dennoch eine hohe Empfindlichkeit und Messgenauigkeit erreicht wird.
Neben der Registrierung der von in der Trommel befindlichen Gegenständen reflektierten Strahlung und damit der Bestimmung von deren Eigenschaften ist es mit der Erfindung in der Regel auch möglich, Eigenschaften von anderen fluiden Medien, wie Waschlauge oder einer Gasphase im wasserführenden Haushaltsgerät, zu vermessen. Da ein Teil der emittierten Strahlung von der Trommelinnenwand reflektiert wird, kann diese reflektierte Strahlung in Bezug auf die Bestandteile der wässrigen Flüssigkeit oder der Gasphase ausgewertet werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Gegenstände in der Trommel vor, während und/oder nach einer Behandlung in dem wasserführenden Haushaltsgerät vermessen werden. Im Sinne der Erfindung bedeutet Vermessen das Beaufschlagen mit Strahlung aus der mindestens einen Strahlungsquelle des Spektrometers und das Registrieren des Messsignals durch den mindestens einen Strahlungsdetektor.
Gegenstände vor einer Behandlung beinhalten Gegenstände, die noch keine Behandlung im wasserführenden Haushaltsgerät erfahren haben. Zu behandelnde Gegenstände sind somit Gegenstände, die eine oder mehrere Arten von Verschmutzungen aufweisen oder eine Auffrischung erfordern. Im Allgemeinen werden zu behandelnde Gegenstände zumindest teilweise trockene Gegenstände sein. Bei flüssigen Verschmutzungen als Folge des Verschüttens von Getränken kann zudem eine Restfeuchtigkeit vorhanden sein.
Gegenstände während und/oder nach einer Behandlung beinhalten sämtliche Gegenstände, welche mindestens einer Behandlung im Haushaltsgerät unterzogen werden und/oder unterzogen worden sind. Dabei ist der Begriff der Behandlung in einem breiten Sinne aufzufassen. Erfindungsgemäß wird eine Behandlung von der Steuereinrichtung kontrolliert durchgeführt, wobei das Anfeuchten mit einer definierten Wassermenge W_F sowie die teilweise oder vollständige Durchführung eines Behandlungsprogramms darunter fällt. Erfindungsgemäß ist die Art der Gegenstände nicht eingeschränkt. Bevorzugt sind die Gegenstände Wäschestücke.
Im Sinne der Erfindung sind Behandlungsprogramme ein Teil von Betriebsprogrammen, welche in einem wasserführenden Haushaltsgerät durchgeführt werden können. Hierbei kann ein Behandlungsprogramm ein in einem wasserführenden Haushaltsgerät werkseitig implementiertes Behandlungsprogramm, eine oder mehrere Zusatzoptionen oder ein benutzerdefiniertes Behandlungsprogramm sein. Somit ist auch der Begriff des Behandlungsprogrammes breit auszulegen. In Abhängigkeit von der Art und Ausgestaltung des wasserführenden Haushaltsgerätes können unterschiedlich viele Behandlungsprogramme in der Steuereinrichtung hinterlegt sein. Insbesondere wird ein hochwertiges Haushaltsgerät eine größere Zahl von Behandlungsprogrammen aufweisen als ein preiswertes.
Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn in der Steuereinrichtung und/oder in einem externen Server Daten zu einem wellenlängenabhängigen Reflexionsverhalten mindestens eines Textiltyps, zweckmäßigerweise von mehreren Textiltypen, der in der Trommel vorliegenden Gegenstände hinterlegt sind, so dass diese für das Vermessen in Schritt b) sowie die Auswertung und den Abgleich in Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens verwertet werden können.
Als mögliche Textiltypen sind dabei insbesondere Polyester, Leinen, Seide, Baumwolle, Acryl oder Mischgewebe zu nennen. Dabei ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch möglich, aufgrund des oder der verwerteten Messsignal(e) einzelne in der Trommel vorliegende Wäscheteile zu identifizieren und zuzuordnen.
Es ist zweckmäßig, wenn hierfür entsprechende Daten zum wellenlängenabhängigen Reflexionsverhalten derart hinterlegt sind, dass die einzelnen Wellenlängen und/oder Teilbereiche innerhalb des Wellenlängenbereiches von λ₁ bis λ₂ mindestens eine Wellenlänge enthalten, in der keine Reflexion von Strahlung erfolgt. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die mehreren einzelnen Wellenlängen und/oder Teilbereiche innerhalb des Wellenlängenbereiches von λ₁ bis λ₂ mindestens fünf Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche enthalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den wesentlichen Vorteil, dass durch den Strahlungseinfall über die Durchlässe in der rotierenden Trommel im Allgemeinen eine Amplitudenmodulation der auf die in der Trommel befindlichen Gegenstände auftreffenden Strahlung bewirkt wird. Diese Amplitudenmodulation, welche in funktionaler Form als Referenzsignal vorliegt, wird genutzt, um mit Hilfe einer in einem Mikrocomputer ausgeführten Auswerteroutine das Messsignal mit dem Referenzsignal abzugleichen. Dadurch kann die Signalqualität des Messsignals deutlich verbessert und von störenden Einflüssen wie Umgebungslicht oder Streustrahlung bereinigt werden. Auf diese Weise lässt sich in der Regel eine Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses um den Faktor von etwa 2 bis 100 erreichen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren preisgünstige und spektral breitbandige Leuchtmittel, wie herkömmliche Glühbirnen, anstelle von teuren, schaltbaren, phosphorisierten LEDs verwendet werden können. Ferner kann das im Allgemeinen für eine derartige Amplitudenmodulation erforderliche mechanisch anfällige Chopperrad, welches üblicherweise in Kombination mit einer breitbandigen Glühdrahtquelle verwendet wird, entfallen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Mikrocomputer als ein Lock-In-Verstärker ausgebildet oder enthält einen solchen.
Mit einem Lock-In-Verstärker, der als ein phasenempfindlicher Gleichrichter fungiert, lässt sich auf eine besonders effiziente und optimierte Weise ein Abgleich des Messsignals mit dem Referenzsignal und eine Filterung von störenden Rauscheffekten erreichen. Im Allgemeinen enthält ein Lock-In-Verstärker folgende Elemente: einen Signaleingang für das amplitudenmodulierte Messsignal, einen Signaleingang für das Referenzsignal, einen Phasenverschieber für die Anpassung zwischen Messsignal und Referenzsignal, einen Mischer, der das Messsignal mit dem Referenzsignal multipliziert, sowie einen Tiefpass, um eine zeitliche Mittelung über mehrere Signalperioden durchzuführen.
Durch den Lock-In-Verstärker wird über eine Multiplikation des Messsignals mit dem Referenzsignal sowie eine anschließende Integration im Tiefpass eine Kreuzkorrelation zwischen dem Mess- und dem Referenzsignal für eine feste Phasenverschiebung berechnet. Die Kreuzkorrelation für Signale unterschiedlicher Frequenz ist Null. Ist die Frequenz des Messsignals von der des Referenzsignals verschieden, so liefert der Lock-In-Verstärker kein Ausgangssignal. Nur für gleiche Frequenzen liefert die Kreuzkorrelation einen Wert ungleich Null und damit einen Beitrag im Ausgangssignal des Lock-In-Verstärkers. Durch die Wahl der Frequenz des Referenzsignals lässt sich mithin die entsprechende Komponente im Messsignal herausfiltern. Die anderen Frequenzen, insbesondere hochfrequentes Rauschen, Netzbrummen oder andere Störsignale, werden durch den Tiefpass herausgefiltert. Die Frequenz des Referenzsignals ergibt sich aus der Drehzahl der Trommel sowie der Anzahl der Strahlungsdurchlässe an der Trommelwand. Je höher die gewählte Frequenz, desto besser die erzielte Rauschunterdrückung für das gemessene Signal. Die maximale einzusetzende Frequenz ist unter Berücksichtigung der mechanischen Belastbarkeit der Trommel sowie dem zu leistenden Energieaufwand geeignet zu wählen. Insbesondere ist es zweckmäßig, die Frequenz über ein mit dem Lock-In-Verstärker verbundenes Spektrometer einzustellen.
Es ist zweckmäßig, wenn der Wellenlängenbereich von λ₁ bis λ₂ mindestens eine Absorptionsbande mindestens eines Textiltyps und/oder mindestens eine Absorptionsbande mindestens einer typischen Verunreinigungssubstanz umfasst. Zudem ist es vorteilhaft, wenn in der Steuereinrichtung und/oder auf einem externen Server entsprechende Daten zu einem wellenlängenabhängigen Reflexionsverhalten mindestens eines Textiltyps bei mindestens zwei Feuchtigkeitsstufen vorliegen, so dass diese Werte für die Vermessung in Schritt b) und die Auswertung in Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können.
Für den Fall, dass es sich bei dem wasserführenden Haushaltsgerät um einen Waschtrockner handelt, kann auf diesem Weg der Trocknungsprozess recht präzise in Bezug auf einen gewünschten Restfeuchtegrad gesteuert werden. Darüber hinaus ist es möglich, den Feuchtigkeitsgrad vor Beginn des Trocknungsprozesses zu ermitteln, um das entsprechende Trocknungsprogramm hinsichtlich Textilart und Feuchtigkeitsgrad genau anzupassen.
Ferner ist es vorteilhaft, in der Steuereinrichtung und/oder auf einem externen Server Daten zu einem wellenlängenabhängigen Reflexionsverhalten mindestens eines Behandlungsmittels für die in der Trommel vorliegenden Gegenstände bereitzustellen, um diese Daten für das Ausmessen in Schritt (b) und die Auswertung in Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwenden.
Besonders bevorzugt umfasst der Wellenlängenbereich von λ₁ bis λ₂ hierbei mindestens zwei Absorptionsbanden eines Behandlungsmittels. Auf diese Weise wird eine genauere Bestimmung des Gehalts an Behandlungsmittel ermöglicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Begriff „Behandlungsmittel“ breit auszulegen. Insbesondere beinhaltet er jede feste und/oder flüssige Zubereitung, die geeignet ist, in einem wasserführenden Haushaltsgerät ein Behandlungsergebnis an zu behandelnden Gegenständen zu bewirken. Unter Behandlungsmittel fallen somit insbesondere Reinigungs- oder Waschmittel. In der Regel ist der Anteil an Tensiden, vor allem an anionischen Tensiden, wie Alkylbenzolsulfaten, in derartigen Zubereitungen relativ hoch, im Allgemeinen mehr als 80%. Dies erlaubt es, über die Tensidkonzentration die Menge an Behandlungsmittel zu bestimmen.
Die jeweiligen Behandlungsmittel unterscheiden sich in ihren entsprechenden Spektren, insbesondere den Absorptionsspektren, aufgrund der intramolekularen Schwingungen. Das verwendete Behandlungsmittel erzeugt daher ein charakteristisches Spektrum an gemessenen Signalen. Hierbei ist es bevorzugt, wenn in der Steuereinrichtung und/oder auf einer externen Datenbank die Reflexions- und Absorptionseigenschaften für mindestens ein oder vorzugsweise mehrere Behandlungsmittel gespeichert sind, um diese Eigenschaften für die Vermessung in Schritt (b) und die Auswertung in Schritt (c) zu verwenden.
Um die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu vereinfachen, ist es auch möglich, sich in Hinblick auf die Erfindung auf typische Behandlungsmittel, insbesondere Waschmittel, zu beschränken und als Referenz für die Menge an Behandlungsmittel zu verwenden.
Als Tenside finden vor allem lineare Alkylbenzolsulfonate (LAS), welche eine an den Benzolring gebundene Sulfongruppe aufweisen, breite Verwendung. Der Wellenlängenbereich von λ₁ bis λ₂ beinhaltet daher vorzugsweise Schwingungsbanden, welche im Bereich von 1100 nm, 1400 nm, 1700 nm, 1900 nm, 2100 nm bzw. im Bereich von 2300 bis 2500 nm liegen, besonders bevorzugt zwei Schwingungsbanden. Dadurch wird eine zuverlässige quantitative Detektion insbesondere dieser Tenside ermöglicht.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn in der Steuereinrichtung und/oder auf einem externen Server Daten zu einem wellenlängenabhängigen Reflexionsverhalten für mindestens eine, bevorzugt mehrere Standardverschmutzungen gespeichert sind, die für das Vermessen in Schritt (b) und die Auswertung in Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können.
Im Sinne der Erfindung handelt es sich bei diesen sogenannten Standardverschmutzungen um Verschmutzungen, welche in ihren Eigenschaften die gesamte Palette an möglichen Verschmutzungen auf den zu behandelnden Gegenständen abdecken. Hierzu gehören insbesondere Fette oder Öle aus Speiseresten, natürliche Farbstoffe, beispielsweise aus Tomaten, Karotten, Rotkohl, Rotwein, Blut, Gras, eiweißhaltige Verunreinigungen, wie Eigelb und dergleichen.
Auch ist es besonders zweckmäßig, wenn in der Steuereinrichtung und/oder auf einem externen Server Daten zu einem wellenlängenabhängigen Reflexionsverhalten für mindestens ein, bevorzugt mehrere Toxine und/oder Allergene gespeichert sind, um einen Benutzer auf das Vorliegen dieser Substanzen hinzuweisen, beispielsweise über eine angeschlossene Anzeigeeinrichtung, und in Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens die Steuereinrichtung das Behandlungsprogramm, etwa durch Aufnahme eines weiteren Spülschritts in einer Waschmaschine, entsprechend anpassen kann.
Ferner ist es vorteilhaft, es dem Benutzer zu erlauben, über eine Bedieneinheit die zu detektierenden Allergene oder Giftstoffe auszuwählen, um das erfindungsgemäße Verfahren gemäß seinen Erfordernissen entsprechend anzupassen.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn in der Steuereinrichtung und/oder auf einem externen Server Daten zu einem wellenlängenabhängigen Reflexionsverhalten für mindestens eine, bevorzugt mehrere flüchtige Substanzen gespeichert sind, um diese Verbindungen für das Vermessen in Schritt (b) und die Auswertung in Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwenden.
Zu diesen flüchtigen Substanzen zählen insbesondere geruchsauslösende Verbindungen, welche durch organische Verunreinigungen oder Mikroorganismen freigesetzt werden. In Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann hierzu ein Selbstreinigungsprogramm durch die Steuereinrichtung ausgewählt und geeignet angepasst werden, um diese Verunreinigungen zu entfernen sowie den Benutzer auf seine mangelnde Hygiene hinzuweisen.
Zudem kann es sich bei den flüchtigen Substanzen um Gase, wie etwa Propangas, handeln, welches bei Wärmepumpen-Wäschetrocknern verwendet wird. In Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es in diesem Fall zweckmäßig, das laufende Programm ggf. zu unterbrechen sowie den Benutzer zu warnen. Die Bekanntgabe dieser Warnung kann optisch über eine Anzeigeeinrichtung, in Wort und/oder Bild und/oder mit Hilfe von Leuchtsignalen, sowie durch einen Warnton erfolgen.
Eine entsprechende Sicherheitswarnung kann dem Benutzer auch über moderne Kommunikationsmedien als eine App oder eine SMS mitgeteilt werden, sofern das erfindungsgemäße Haushaltsgerät an ein drahtloses Netzwerk angeschlossen ist. Zudem können Sicherheitsdienste, etwa die Feuerwehr verständigt werden.
In Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung anhand des in Schritt (c) ausgewerteten und übermittelten Messsignals ein Betriebsprogramm für die in der Trommel vorliegenden Gegenstände in Bezug auf das ausgewertete Messsignal auswählt und/oder anpasst.
Gegenüber dem vorgenannten Begriff des „Behandlungsprogramms“ ist der Begriff „Betriebsprogramm“ in einem breiteren Sinne zu verstehen. Betriebsprogramme umfassen sowohl Behandlungsprogramme wie auch Programmabläufe, die neben den Behandlungsprogrammen im wasserführenden Haushaltsgerät implementiert sind. Somit kann es sich bei einem Betriebsprogramm auch um ein Selbstreinigungsprogramm handeln. Auch die Informationsausgabe an einen Benutzer, beispielsweise über eine Anzeigeeinrichtung, sowie die Übermittlung von Informationen, etwa mittels einer drahtlosen Datenverbindung ist unter dem Begriff „Betriebsprogramm“ zu verstehen. Mithin beinhalten Betriebsprogramme sämtliche von der Steuereinrichtung in einem erfindungsgemäßen Haushaltsgerät auszuführenden Operationen.
Wenn das erfindungsgemäße wasserführende Haushaltsgerät zum Beispiel eine Waschmaschine ist, und der Benutzer aus Versehen ein farbiges Wäschestück gemeinsam mit ausschließlich weißen Wäschestücken zur Wäsche in die Trommel gelegt sowie das betreffende Behandlungsprogramm für reinweiße Wäsche ausgewählt und bereits gestartet hat, kann die Steuereinrichtung in diesem Fall das Behandlungsprogramm hinsichtlich der Behandlung des farbigen Wäschestücks anpassen, um ein unerwünschtes Abfärben auf die reinweißen Wäschestücke zu verhindern. Eine entsprechende Schadensvermeidung kann durch eine Anpassung von Drehzahl und/oder Drehrhythmus und/oder Temperatur erfolgen.
Ferner ist es möglich, dass die Steuereinheit dem Benutzer vor dem Start das Vorliegen von farbiger Wäsche anzeigt und ein jeweiliges Programm für farbige Wäsche vorschlägt. Dabei hat der Benutzer auch die Wahl, das farbige Wäschestück aus der Trommel zu nehmen.
Zudem besteht die Möglichkeit, bei einem fehlenden Pflegetikett zur Feststellung des Textiltyps ein ausgewähltes einzelnes Wäschestück in die Trommel zu legen. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung darüber hinaus das zutreffende Behandlungsprogramm vorschlagen.
In Schritt (c) erzeugt der Mikrocomputer gegebenenfalls unter einer zusätzlichen Beteiligung des Lock-In-Verstärkers aus den spektralen Messsignalen zumindest ein Spektrum, wobei die Anzahl der erzeugten Spektren erfindungsgemäß nicht eingeschränkt ist.
Es ist weiter vorteilhaft, wenn zwischen den Schritten (a) und (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere vor dem Start eines Behandlungsprogrammes, eine Kalibrationsmessung mit einer rotierenden Trommel in einem definierten Beladungszustand durchgeführt wird. Der Begriff „Beladungszustand“ ist hierbei breit zu vestehen, indem er neben einer trockenen Beladungsmenge auch eine Feuchtegehalt der Gegenstände, insbesondere Wäschestücke, umfasst.
Zur quantitativen Auswertung eines Spektrums erfolgt in der Regel eine Normierung des Spektrums auf einen Standard. Dies ermöglicht einen Abgleich eines aufgenommenen Spektrums mit einem Kalibrationsspektrum. Zudem können mehrere aufgenommene Spektren untereinander verglichen werden, um etwa die Konzentrationsänderung einer bestimmten Substanz zu verfolgen.
Sofern sich der Wellenlängenbereich von λ₁ bis λ₂ im Infraroten befindet, wird als Standard bevorzugt Spectralon verwendet.
Es ist insbesondere zweckmäßig, wenn vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Basislinie aufgenommen und eine entsprechende Basislinien-Korrektur vorgenommen wird. Über eine Subtraktion der Basislinie von den Messwerten wird eine genauere Analyse erreicht, da insbesondere im Bereich des Detektors oder Emitters vorliegende Verschmutzungen berücksichtigt werden können. Zudem wird auf diese Weise eine allgemeine Funktionsüberprüfung des Spektrometers durchgeführt. Sollte die Vermessung der Basislinie eine starke Verunreinigung der Optiken des Detektors und/oder Emitters ergeben, so kann ein automatisches Reinigungsprogramm durchgeführt und anschließend die Messung der Basislinie erneut gestartet werden. Damit ein möglichst umfassendes und vollständiges Abbild von mehreren Gegenständen in der Trommel erhalten wird, ist es bei einer hohen Beladungsmenge insbesondere vorteilhaft, wenn nach jedem Verfahrensdurchgang die Trommel kurz reversiert. Diese Rotationsumkehr bewirkt eine verbesserte Durchmischung der in der Trommel befindlichen Wäschestücke sowie eine Optimierung der Messergebnisse. Zweckmäßigerweise wird das Verfahren mehrmals wiederholt, insbesondere so oft, bis keine merkliche Veränderung der Messwerte mehr auftritt.
Um für eine Verbesserung der Durchmischung der Wäschestücke zu sorgen, können im Fall einer Waschmaschine oder eines Waschtrockners als wasserführendes Haushaltsgerät geeignet ausgebildete Wäschemitnehmer in der Trommel vorgesehen sein.
Für die qualitative und quantitative Auswertung der Spektren existiert eine Reihe von Auswerteroutinen, die von den erhaltenen Messsignalen abhängen. Die verwendeten Auswerteroutinen unterliegen daher erfindungsgemäß keinen Einschränkungen. Vorzugsweise wird die Auswertung in guter Näherung auf der Basis des Gesetzes nach Lambert-Beer mi Hilfe einer multivarianten Datenanalyse durchgeführt. Hierzu eignet sich beispielsweise eine Principal-Components-Analyse mit einem Non-linear-iterative Partial Least Squares-Algorithmus mit nachfolgender Partial Least Squares Regression, woraus eine Responsematrix erhalten werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, ausgewertete Messsignale zu speichern. Auf diese Weise kann die Steuereinrichtung Erfahrungswerte sammeln, mit denen der Betrieb des wasserführenden Haushaltsgeräts ständig optimiert werden kann. Individuelle Erfordernisse des Benutzers können mithin berücksichtigt sowie ein umweltschonender Betrieb des Haushaltsgerätes umgesetzt werden.
Bevorzugt beträgt die Drehzahl Dz der Trommel bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 20 bis 200 U/min. In diesem Drehzahlbereich ist eine ausreichend hohe Amplitudenmodulation der über Strahlungsdurchlässe auf die in der Trommel befindlichen Gegenstände auftreffenden Strahlung gegeben, um eine signifikante Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses der erhaltenen Messwerte zu erreichen. Zudem können diese Drehzahlen mit üblichen Motoren und Antriebsaggregaten ohne einen unverhältnismäßig hohen Energieaufwand erzielt werden. Da ferner über die Drehzahl der Trommel die zeitliche Länge eines durch den Strahlungsdurchlass eintretenden Lichtpakets sowie die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Paketen bestimmt wird, spielt hierbei auch das Absorptionsverhalten der zu detektierenden Substanzen, insbesondere deren Verweilzeiten in den angeregten Zuständen, eine wichtige Rolle bei der Auswahl einer geeigneten Drehzahl.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren zusätzlichen einen Schritt (e), nämlich das Reinigen des Spektrometers.
Die Art der Reinigung der Optik des Spektrometers ist erfindungsgemäß nicht eingeschränkt. Wenn das erfindungsgemäße Haushaltsgerät eine Waschmaschine oder ein Waschtrockner ist, so kann die Reinigung über den Einsatz einer wässrigen Flüssigkeit in einem Behandlungsprogramm erfolgen. Zudem ist es möglich, die Spektrometer-Optik über eine Leitung mit Spülflüssigkeit separat zu spülen. Ferner ist es möglich, an der Außenseite der Trommel an einer ausgewählten Stelle einen Schwamm oder ein entsprechend geeignetes Material vorzusehen, wobei beim Drehen der Trommel die Spektrometer-Optik durch das Vorüberstreichen des Schwammes gereinigt wird. Es ist zudem möglich, durch eine geeignete mechanische Vorrichtung, die mit dem Türöffnungssystem in Verbindung ist, beim Öffnen der Tür des erfindungsgemäßen Haushaltsgerätes eine Reinigungseinheit zu betätigen, welche sich vor das Spektrometer schiebt und dessen Optik säubert. Analog könnte auch eine Kalibrationseinrichtung durch das Öffnen und Schließen der Gerätetür aktiviert werden, welche eine Kalibration und/oder eine Basislinien-Korrektur des Spektrometers durchführt.
Darüber hinaus ist Gegenstand der Erfindung ein wasserführendes Haushaltsgerät mit einer Trommel zur Aufnahme von zu behandelnden Gegenständen, welche mindestens einen Perimeter mit mindestens einem Strahlungsdurchlass aufweist, einer Steuereinrichtung, einem Spektrometer, welches mindestens eine Strahlungsquelle, mindestens einen Strahlungsdetektor und einen Mikrocomputer umfasst, wobei Mikrocomputer und Steuereinrichtung zum Informationsaustausch untereinander eingerichtet sind, so dass Daten zwischen Spektrometer und Steuereinrichtung ausgetauscht werden können, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens, das die folgenden Schritte umfasst:

(a) Rotieren der Trommel mit einer vorgegebenen Drehzahl Dz, wobei eine Frequenz f, bezogen auf die Anzahl von Umlaufzyklen von Strahlungsdurchlässen pro Zeiteinheit, als das Produkt der Drehzahl Dz mit der Anzahl von Strahlungsdurchlässen definiert wird;
(b) kontinuierliches Emittieren von Strahlung von der mindestens einen Strahlungsquelle des Spektrometers in einem Wellenlängenbereich λ₁ bis λ₂ durch den mindestens einen Strahlungsdurchlass der rotierenden Trommel, so dass eine mit der Frequenz f periodisch unterbrochene Strahlung im Inneren der Trommel erzeugt wird, und Gegenstände in der rotierenden Trommel mit der Frequenz f periodisch unterbrochenen Strahlung beaufschlagt werden, und der mindestens eine Strahlungsdetektor derart angeordnet ist, dass die von den Gegenständen reflektierte Strahlung ohne den Strahlungsdurchlass zu passieren und somit ohne durch den Strahlungsdurchlass mit der Frequenz f unterbrochen zu werden, direkt als ein Messsignal registriert wird, und von der Steuereinrichtung eine nur vom Haushaltsgerät abhängige periodische Funktion mit der Periodenlänge 1/f, insbesondere eine Sinus- oder Rechteckfunktion, als Referenzsignal erzeugt wird;
(c) Übermitteln des Messsignals sowie des Referenzsignals an den Mikrocomputer, Auswerten des Messsignals und dessen Abgleich mit dem Referenzsignal mit einer im Mikrocomputer hinterlegten Auswerteroutine und Übermitteln des ausgewerteten Messsignals an die Steuereinrichtung; und
(d) Auswählen und/oder Anpassen eines Betriebsprogramms durch die Steuereinrichtung in Bezug auf das ausgewertete Messsignal;

Das wasserführende Haushaltsgerät ist erfindungsgemäß im Allgemeinen ausgewählt aus der Gruppe umfassend eine Waschmaschine, einen Waschtrockner und einen Wäschetrockner. Vorzugsweise ist das wasserführende Haushaltsgerät eine Waschmaschine oder ein Waschtrockner. Besonders bevorzugt ist das wasserführende Haushaltsgerät eine Waschmaschine.
In der Regel weist das erfindungsgemäße Haushaltsgerät einen Behandlungsmittelbehälter und bevorzugt ferner eine Dosiereinheit auf. Die Form und Art der Ausbildung der Dosiereinheit ist erfindungsgemäß nicht eingeschränkt. Insbesondere kann es sich um eine Dosiereinheit zur manuellen Dosierung von Behandlungsmittel oder um eine automatisierte Dosiereinheit handeln.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäß wasserführende Haushaltsgerät einen Behandlungsmittelbehälter und eine automatisierte Dosiereinheit zur Dosierung von Behandlungsmittel aufweist, welche mit der Steuereinrichtung verbunden ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen wasserführenden Haushaltsgeräts ist die Dosiereinheit somit eine automatisierte Dosiereinheit, die mit der Steuereinrichtung verbunden ist und von dieser gesteuert werden kann, um das Behandlungsmittel zu dosieren, wie etwa für den Fall des Unterschreitens einer optimalen Dosiermenge. Das automatisierte Dosiersystem kann vorzugsweise mit einem modularen System für das Behandlungsmittel kombiniert werden, um für die jeweiligen spezifischen Erfordernisse hinsichtlich Verschmutzungsart, -grad, Textiltypen und Beladungsmenge die optimale Dosis und Zusammensetzung an Behandlungsmittel bereitstellen zu können.
Es ist weiter vorteilhaft, wenn die Trommel des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts eine vorgegebene Start-/Stoppposition aufweist. Die Art und Weise, wie eine derartige Start-/Stoppposition der Trommel bei dem wasserführenden Haushaltsgerät ausgeführt ist, ist erfindungsgemäß nicht eingeschränkt. Mögliche Ausgestaltungen sind etwa eine mechanische Ausführung oder eine Speicherung einer ausgewählten Trommelposition in der Steuereinrichtung, die vor dem Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens angesteuert wird.
In dem wasserführenden Haushaltsgerät ist die Anordnung des Spektrometers erfindungsgemäß nur insoweit eingeschränkt, dass die Emission von Strahlung in einem Wellenlängenbereich λ₁ bis λ₂ durch den mindestens einen Strahlungsdurchlass und die Detektion der von in der Trommel angeordneten Gegenständen reflektierte Strahlung direkt und ungehindert möglich ist, ohne dass die Strahlung erneut den mindestens einen Strahlungsdurchlass passieren muss, um unterbrochen zu werden. Dabei kann die Anordnung in Abhängigkeit von der Ausführungsform des Haushaltsgeräts verschieden sein und sich insbesondere nach der Art und dem Aufbau des wasserführenden Haushaltsgeräts richten.
Das wasserführende Haushaltsgerät ist in einer bevorzugten Ausführungsform eine Waschmaschine oder ein Waschtrockner mit einem Laugenbehälter und einer Trommel zur Aufnahme von Wäschestücken. Das Spektrometer ist dann bevorzugt in einer Ausnehmung des Laugenbehältermantels angeordnet.
Es ist vorteilhaft, wenn das Spektrometer schwenkbar angeordnet sowie die Ausrichtung des Spektrometers auf eine Art und Weise durch die Steuereinrichtung steuerbar ist, so dass insbesondere mehrere, in der Regel senkrecht zum Perimeter voneinander beabstandete, Perimeter der Trommel mit bevorzugt jeweils mehreren Strahlungsdurchlässen, insbesondere Löchern, erfasst werden können. Dabei sind Löcher insbesondere solche Strahlungsdurchlässe, die durch das Fehlen eines festen strahlungsdurchlässigen Materials gekennzeichnet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Haushaltsgerätes ist der mindestens eine Strahlungsdurchlass daher ein Loch.
In einer hierzu alternativen Ausführungsform des Haushaltsgerätes ist der mindestens eine Strahlungsdurchlass dagegen aus einem Glas oder transparenten Kunststoff gebildet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen wasserführenden Haushaltsgerätes ist der mindestens eine Strahlungsdurchlass ein transparentes Kunststoff-Inlay oder aus Quarzglas gefertigt. Erfindungsgemäß sind dabei Größe und Form des transparenten Kunststoff-Inlays oder des Quarzglases nicht eingeschränkt. Insbesondere kann es sich hierbei um eine lang gestreckte Ellipse oder um ein lang gestrecktes Rechteck handeln, wobei die jeweils längere Seite sich bevorzugt in der Perimeterrichtung erstreckt. Das Kunststoff-Inlay kann zum Beispiel als ein Kunststoffring ausgebildet sein. Der für das Inlay eingesetzte Kunststoff ist vorzugsweise für Infrarot-Strahlung durchlässig.
Im erfindungsgemäßen Haushaltsgerät ist der mindestens eine Strahlungsdurchlass im Allgemeinen auf der Stirnseite, Rückseite oder Mantelfläche der Trommel angeordnet.
Erfindungsgemäß ist die Ausgestaltung des mindestens einen Strahlungsdurchlasses nicht eingeschränkt. Es ist besonders zweckmäßig, wenn der mindestens eine Strahlungsdurchlass des erfindungsgemäßen wasserführenden Haushaltsgeräts eine Kreisform aufweist. Der Durchmesser des Strahlungsdurchlasses, insbesondere eines Lochs, entlang der Außenseite der Trommel, insbesondere entlang der Manteloberfläche der Trommel, beträgt vorzugsweise 10 bis 20 mm, wobei sich der Durchmesser des Loches bevorzugt zum Trommelinneren hin verjüngt. Zu große Durchmesser des Strahlungsdurchlasses bei einer Anordnung am Trommelmantel sind zu vermeiden, da sonst die Gefahr besteht, dass Teile von Wäschestücken bei der Rotation der Trommel durch Zentrifugalkräfte aus den Durchlassöffnungen, d.h. Löchern, herausgedrückt und beschädigt werden. Sind die Durchlassöffnungen hingegen an der Stirn- oder Rückseite der Trommel angeordnet, so sind auch größere Öffnungen möglich, ohne dass die Gefahr von herausgedrückten oder-geschleuderten Wäscheteilen besteht.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen wasserführenden Haushaltsgerätes weist der mindestens eine Strahlungsdurchlass eine Ellipsenform auf.
Vorzugsweise ist die große Halbachse ≤ 10 mm lang, insbesondere 2 bis 5 mm, und die kleine Halbachse hat bevorzugt eine Länge ≤ 2 mm.
Entlang des mindestens einen Perimeters kann die Trommel ferner eine Mehrzahl an Löchern aufweisen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen wasserführenden Haushaltsgerätes ist der mindestens eine Perimeter als ein Lochring ausgebildet. Die Trommel weist bevorzugt eine Mehrzahl derartiger Lochringe auf. Der mindestens eine Lochring kann am Trommelmantel sowie auf der Stirn- und/oder der Rückseite der Trommel vorgesehen sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen wasserführenden Haushaltsgerätes ist anstelle eines Lochringes an der Rückseite der Trommel eine in das Trommelinnere ragende Auswölbung aus Quarzglas oder transparentem Kunststoff angeordnet, deren Symmetrieachse in der Rotationsachse der Trommel liegt. Es ist zweckmäßig, wenn die Ausnehmung eine axialsymmetrische Form, beispielsweise eine Tropfen- oder Dornenform, aufweist. Diese Auswölbung kann in ihrem Inneren eine mehr oder weniger große Ausnehmung aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haushaltsgerätes ist der mindestens eine Strahlungsdurchlass als eine von der Rückseite der Trommel in das Trommelinnere ragende axialsymmetrische transparente Auswölbung gebildet, wobei die Symmetrieachse der Auswölbung auf der Rotationsachse der Trommel liegt, und die dem Trommelinneren abgewandte Rückseite der Auswölbung weist eine intransparente Schicht auf, die in einer konzentrischen Anordnung zur Rotationsachse der Trommel zumindest einen Strahlungsdurchlass, insbesondere eine Öffnung, aufweist, um einen Strahlungseinfall durch den Strahlungsdurchlass bzw. die Öffnung und die transparente Auswölbung hindurch in das Trommelinnere zu erlauben.
Das „Zerhacken“ des von der Strahlungsquelle emittierten Lichtstrahls wird hierbei durch den periodischen Strahlungseinfall erzeugt, wenn dieser Strahl alternierend auf die strahlungsundurchlässige bzw. reflektierende Schicht sowie die mindestens eine lichtdurchlässige Öffnung an der Basis der Ausnehmung trifft. Bevorzugt wird der emittierte Lichtstrahl durch einen Laserstrahl gebildet, welcher im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse der Trommel verläuft und auf einen Punkt der konzentrischen Bahn der mindestens einen Öffnung gerichtet ist.
Die Auswölbung kann somit vollständig aus dem transparenten Material gebildet sein, so dass sich die durch die Öffnung eintretende Strahlung in der Ausnehmung bzw. der Auswölbung ausbreitet und ein diffuser Strahlungseinfall in das Trommelinnere bewirkt wird. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Beaufschlagung der in der Trommel befindlichen Gegenstände mit der Strahlung erreicht.
Alternativ können sich an die Strahlungsdurchlässe bzw. Öffnungen Strahlungsleitkanäle, beispielsweise Glasfasern, anschließen, welche die Strahlung lediglich innerhalb dieser Strahlungskanäle an einen definierten Punkt an der Oberfläche der Ausnehmung, vorzugsweise an deren Spitze, leiten, so dass erst von dort aus der Strahlungseintritt in das Trommelinnere erfolgt.
Erfindungsgemäß ist die Anordnung der mindestens einen Strahlungsquelle und des mindestens einen Strahlungsdetektors relativ zueinander im Allgemeinen derart gewählt, dass die reflektierte Strahlung direkt detektiert werden kann. Es ist zweckmäßig, wenn der Detektor oberhalb der Strahlungsquelle angeordnet ist. Ferner ist eine Anordnung von Strahlungsquelle und Detektor bevorzugt, welche möglichst weit unten, jedoch oberhalb des maximalen Wasserspiegels, liegt. Wesentlich ist, dass der Detektor ein freies Sichtfeld auf den von der Strahlungsquelle beleuchteten Punkt hat. Der Fokus oder Akzeptanzwinkel des Detektors auf den zu untersuchenden Bereich wird vorzugsweise durch Spiegel- und/oder Linseneinrichtungen angepasst und optimiert. Auch das von der Strahlungsquelle emittierte Licht wird bevorzugt mittels optischer Hilfsmittel durch den Strahlungseinlass fokussiert, um einen bestimmten Bereich im Trommelinneren stroboskopartig zu beleuchten.
Erfindungsgemäß ist die Strahlungsquelle nicht eingeschränkt. Insbesondere können Strahlungsquellen für den Infrarot(IR)-, Ultraviolett(UV)-, oder UV-VIS(Ultraviolett und sichtbar)-Bereich zum Einsatz kommen.
Bei der mindestens einen Strahlungsquelle kann es sich um eine Breitbandquelle, insbesondere eine Glühwendel bevorzugt aus Wolfram, eine durchstimmbare Strahlungsquelle oder um eine schmalbandige Strahlungsquelle, wie beispielsweise eine IR-LED handeln. Aus Kostengründen sind breitbandige Strahlungsquellen vorteilhaft, da durch die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Regel eingesetzte Technik der Amplitudenmodulation Rauscheffekte effizient unterdrückt und ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt werden, so dass teure schmalbandige Quellen nicht notwendig sind. Zudem kann die Strahlungsquelle optische Hilfsmittel aufweisen, insbesondere eine fokussierende Optik, Filterplättchen, Filterfolien oder -lackierungen sowie einen MOEMS Fabry-Perot-Frequenzfilter, die eine Einstellung des Wellenlängenbereiches erlauben. Mehrere auch unterschiedlich ausgebildete Strahlungsquellen können an dem Spektrometer vorgesehen sein.
Die mindestens eine Strahlungsquelle ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen wasserführenden Haushaltsgerätes eine Breitbandquelle zum Emittieren von Strahlung im Infrarotbereich.
Die Strahlungsquelle wird besonders bevorzugt zum Emittieren von Strahlung im Nahinfrarotbereich eingesetzt und ist ausgewählt aus der Gruppe umfassend eine Wolfram-Halogen-Lampe sowie einen MOEMS-Schwarzkörperstrahler.
Ferner ist der mindestens eine Strahlungsdetektor nicht eingeschränkt. Der Strahlungsdetektor kann beispielsweise ein Breitbanddetektor mit mindestens einer sensitiven Detektorfläche N sein. Zudem kann der Strahlungsdetektor mehrere sensitive Flächen N oder eine lineare Anordnung an Detektorflächen N, zum Beispiel in Form von Pixeln, aufweisen. Zusätzlich kann der Detektor optische Hilfsmittel, wie einen MOEMS Fabry-Perot-Frequenzfilter, schmalbandige Filter oder einen dispersiven Keil, aufweisen. Das den Strahlungsdetektor bildende Material ist ebenfalls erfindungsgemäß nicht eingeschränkt. Vorzugsweise besteht der Strahlungsdetektor aus mindestens einem halbleitenden Material.
Bei einem IR-Spektrometer kann die Strahlungsquelle eine Wolfram-Halogenlampe mit 5 Filterplättchen zur schmalbandigen Anregung sein. Im Allgemeinen weist der Strahlungsdetektor 5 sensitive Detektorflächen auf, um die reflektierte Strahlung zu detektieren.
Zudem kann die Strahlungsquelle bei einem IR-Spektrometer schmalbandige IR-LEDs beinhalten, wobei bevorzugt 5 derartige LEDs mit Multiplexing vorgesehen sind. In diesem Fall weist der Strahlungsdetektor N sensitive Detektorflächen auf und besteht zumindest teilweise aus Indium-Gallium-Arsenid.
Ein MOEMS-Schwarzkörperstrahler ist ebenfalls als Strahlungsquelle für das Spektrometer geeignet. In diesem Fall besteht der Strahlungsdetektor aus einer sensitiven Detektorfläche N und weist einen MOEMS-Fabry-Perot-Frequenzfilter auf. Auf diese Weise lässt sich ein Schmalband-Frequenzdurchlauf durch das breite Band durchführen.
Außerdem kann die Strahlungsquelle ein DFB-Laser sein und der Strahlungsdetektor kann eine sensitive Detektorfläche N aufweisen. Bevorzugt besteht die sensitive Detektorfläche hierbei zumindest teilweise aus Germanium, so dass hierdurch auch zeitabhängig gemessen werden kann.
Für einen Haushalt mit vernetzten Geräten weist das wasserführende Haushaltsgerät bevorzugt zusätzlich eine Schnittstelle zur drahtlosen Datenübertragung auf, wobei die Steuereinrichtung und der Mikrocomputer zum drahtlosen Informationsaustausch untereinander eingerichtet sind. Dabei kann der Mikrocomputer vorzugsweise ein externer Server oder auf diesem implementiert sein. Das wasserführende Haushaltsgerät ist auf diese Weise auch zum Betrieb in einem Netzwerk geeignet und kann mithilfe einer externen Bedieneinheit, wie einem Mobilfunkgerät und/oder einem Tablet-PC zweckmäßig über eine App bedient werden.
Besonders bevorzugt ist das wasserführende Haushaltsgerät in diesem Fall in ein Heimnetzwerk mit mindestens einem weiteren Haushaltsgerät integriert. Hierbei können vorteilhaft Informationen zur Steuerung von Betriebsprogrammen von einem Haushaltsgerät auf ein anderes übertragen werden.
Wenn das wasserführende Haushaltsgerät eine Waschmaschine ist, kann eine ermittelte Restfeuchte der gewaschenen Wäschestücke an einen Trockner im Heimnetzwerk übertragen werden und das zu folgende Trocknungsprogramm an die Restfeuchte entsprechend angepasst werden.
Haushaltsgeräte weisen üblicherweise mindestens eine Anzeigeeinrichtung auf, die zur Informationsausgabe als Text, Bild und/oder Zeichen, farbig und/oder schwarz-weiß, statisch und/oder animiert konfiguriert sein können. Über die Anzeigeeinrichtung können einem Benutzer Warnungen und/oder andere Informationen mitgeteilt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Anzeigeeinrichtung eine externe Anzeigeeinrichtung, wie zum Beispiel der Touchscreen von einem Smartphone oder einem Tablet-PC.
Die Erfindung hat zahlreiche Vorteile. Bislang war es nicht möglich, Gegenstände in der Trommel eines wasserführenden Haushaltsgerätes während der Trommelrotation in geringem Abstand mit einem Spektrometer unter Verwendung der Amplitudenmodulation zu vermessen. Dies erlaubt die spektroskopische Detektion auch von Substanzen, welche lediglich in Spuren vorliegen, da aufgrund des verbesserten Signal-Rausch-Verhältnisses auch kleine Messsignale registriert werden können. Dabei kann der Einsatz eines hierfür normalerweise üblichen separaten störanfälligen Chopperrades entfallen, da dessen Funktion von der rotierenden Trommel erfüllt wird. Ferner ermöglicht die Erfindung eine direkte Bestimmung mit einem nur geringem „Probe zu Detektor“-Abstand. Das laufende Behandlungsprogramm kann somit individuell gesteuert und Behandlungsmittel eingespart werden, indem die Menge des Behandlungsmittels in der Dosierphase gezielt an die jeweiligen Erfordernisse und Umstände, d.h. etwa an den Verschmutzungsgrad der Wäschestücke und die Beladungsmenge, angepasst wird. Erfahrungsgemäß neigt der Benutzer zu einer übermäßigen Dosierung, so dass mit der Erfindung die Behandlung von Gegenständen in einem wasserführenden Haushaltsgerät umweltschonender durchgeführt werden kann.
Darüber hinaus wird durch die Bestimmung von Textiltypen eine Beschädigung von Textilien bei einer Fehlbeladung durch einen Benutzer vermieden, beispielsweise wenn versehentlich sowohl farbige wie reinweiße Wäschestücke gewaschen werden sollen. Zudem wird die Sicherheit für einen Benutzer erhöht, da flüchtige Verbindungen, wie Propan, das beim Einsatz eines Propangas-Wärmepumpen-Trockners freigesetzt werden kann, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren detektiert werden kann. Gesundheitsrisiken, etwa durch Allergene oder andere Erkrankungen verursachende Keime, können durch die Bestimmung von mikrobiologisch relevanten Substanzen reduziert werden. Eine maßgeschneiderte Durchführung von Wasch- und Trocknungsprogrammen wird durch die Bestimmung der Art und des Umfangs der vorliegenden Verschmutzung sowie des Feuchtigkeitsgehalts nach dem Waschvorgang ermöglicht.
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung nicht beschränkender Ausführungsformen hervor. Hierbei wird Bezug genommen auf die 1 und 2.

In 1 ist eine nicht einschränkende Ausführungsform eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten wasserführenden Haushaltsgeräts in Form einer Waschmaschine, in der das Spektrometer im Laugenbehältermantel innerhalb einer Aussparung positioniert ist, gezeigt.
In 2 ist in einer Ausführungsform eine schematische Darstellung des dem erfindungsgemäßen Verfahrens zugrundeliegenden Messprinzips gezeigt.

In 1 ist ein als Waschmaschine ausgestaltetes, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes wasserführendes Haushaltsgerät 1 gezeigt. Dabei weist die Waschmaschine 1 ein Gehäuse 12 auf, in welchem ein Laugenbehälter 2 angeordnet ist, wobei darin eine Trommel 3 zur Aufnahme von Wäschestücken 22 um eine senkrecht zur Figurenebene stehende Achse drehbar gelagert ist. Durch eine horizontal gestrichelte Linie ist das höchste im Laugenbehälter erreichbare Wasserniveau 25 schematisch dargestellt.
Im Fall der hier gezeigten Ausführungsform ist in einem Boden des Laugenbehälters 2 an eine Ablauföffnung 26 eine Laugenbehälterablaufleitung 17 angeschlossen, welche zu einer Saugseite einer Pumpe 14 über einen Flusenabscheider 19 hinführt. Zudem ist eine Abflussleitung 13 an eine Druckseite der Pumpe 14 angeschlossen. Hierbei ist die Pumpe 14 mit einem drehzahlgeregelten Antriebsmotor 20 antriebswirksam verbunden, der beispielsweise als ein permanenterregter, mehrsträngiger Synchronmotor mit MOSFET-Bauelement und einem Leistungserfasser 15 ausgestaltet sein kann. Nicht gezeigt ist hier die Mündung der Abflussleitung 13 außerhalb des Gehäuses in eine Hausabwasserleitung oder eine Fußbodenentwässerung.
Darüber hinaus ist in 1 eine automatisierte Dosiereinheit 8 für Behandlungsmittel gezeigt, die an eine Einspülschale 11 angeschlossen ist. Von einer Frischwasserleitung 10 kann dem Laugenbehälter 2 über die Einspülschale 11 Wasser zugeführt werden. Zu diesem Zweck ist in der Frischwasserleitung 10 ein Sperrventil 9 vorgesehen, welches von einer Steuereinrichtung 18 gemäß einem Behandlungsprogrammablauf angesteuert wird.
Ein IR-Spektrometer 21 ist in einer Aussparung 4 angeordnet, die sich im Mantel des Laugenbehälters 2 befindet. Eine breitbandige Strahlungsquelle 5 ist in dem IR-Spektrometer 21 enthalten, die in der Lage ist, IR-Strahlung im Nahinfrarotbereich zu emittieren und welche in dieser nicht einschränkenden Ausführungsform als eine Wolfram-Halogenlampe ausgeführt ist. Von dem IR-Spektrometer 21 kann auf diesem Weg Strahlung in einem kontinuierlichen Spektrum mit einer Wellenlänge von 300 nm bis 3 µm emittiert werden.
In dieser Ausführungsform sollen mithilfe der breitbandigen IR-Quelle die Absorptionsbanden von Polyester breitbandig angeregt werden. Insbesondere weist Polyester charakteristische Absorptionsbanden bei den Wellenlängen 1180 nm, 1237 nm, 1266 nm, 1285 nm, 1322 nm, 1387 nm, 1410 nm, 1483 nm, 1514 nm, 1594 nm, 1661 nm, 1908 nm, 1953 nm, 2083 nm und 2136 nm auf. In diesen Wellenlängenbereichen zeigen ferner weitere Textiltypen entsprechende typische Absorptionsbanden, die auch breitbandig angeregt werden können.
Die Absorptionsbanden von Sulfongruppen befinden sich ebenfalls in diesem Bereich. Insbesondere die Tensidklasse der LAS (lineare Alkylbenzolsulfonate) enthält die Sulfongruppe, welche zwei charakteristische Absorptionsbanden, eine erste im Wellenlängenbereich von 1,03 µm bis 1,17 µm und eine zweite im Wellenlängenbereich von 1,14 µm bis 1,37 µm, zeigt. Der Messbereich von λ₁ bis λ₂ reicht von 0,90 µm bis 1,70 µm. Parallel zur Identifikation von Textiltypen können in weiteren Ausführungsformen somit zudem die Behandlungsmittelart und/oder -menge bestimmt werden.
Darüber hinaus ist es möglich, in anderen Ausführungsformen anhand der abnehmenden Breitbandintensität der Textilbanden mit steigendem Wassergehalt aus der Überlagerung der Wasserbanden den Feuchtegrad zu ermitteln.
Ferner weist das IR-Spektrometer 21 vor der Trommel 3 einen Strahlungsdetektor 7 auf, der in dieser nicht einschränkenden Ausführungsform ein ungekühlter Einzel-Pixel-Detektor aus Indium-Gallium-Arsenid ist. Daneben kann auch ein Matrixdetektor, insbesondere ein Matrixsensor mit einem linearen Zeilenarray, zur Anwendung kommen. Ein (nicht dargestellter) MOEMS-Fabry-Perot-Frequenzfilter ist dem Strahlungsdetektor 7 vorgeschaltet. Das zeitabhängige Breitbandspektrum kann auf diese Weise in dieser Ausführungsform über eine Variation des Abstandes der Resonatorplatten erhalten werden.
Weiterhin ist in dieser Ausführungsform vorgesehen, dass die Trommel 3 einen Lochring 35 aufweist. Die Löcher des Lochrings 35 sind kreisförmig mit einem Durchmesser von 2 mm an der Trommelaußenwand 29 angeordnet. Das IR-Spektrometer 21 ist auf eine Weise angeordnet, dass von der IR-Strahlungsquelle 5 durch jeweils ein Loch des Lochrings 35 kontinuierlich emittierte IR-Strahlung in das Innere der Trommel 3 eintritt, um die Wäschestücke 22 in der Trommel 3 mit der emittierten Strahlung zu belegen. Der Strahlungsdetektor 7 ist bei der gezeigten Ausführungsform vor der Trommel 3 angeordnet und hat ein freies Sichtfeld auf den von der IR-Strahlungsquelle 5 beleuchteten Bereich. Somit kann der Strahlungsdetektor 7 die von dieser betreffenden Stelle reflektierte Strahlung direkt und unmittelbar über einen kontinuierlichen Zeitraum als Messsignal registrieren, ohne dass der Strahlungsweg durch andere Objekte, insbesondere die Trommelwand 29, unterbrochen wird. In dieser Ausführungsform beträgt die Drehzahl der Trommel 3 60 U/min mit einer durch den Pfeil 23 angezeigten Rotationsrichtung. Die zeitliche Länge Δt eines Pakets an emittierter Strahlung, welche durch den Strahlungsdurchlass 30 in das Innere der Trommel 3 eindringt, beträgt in dieser Ausführungsform 1 ms.
Der Mikrocomputer 6 empfängt die von dem Strahlungsdetektor 7 registrierten Messsignale als Sensorsignal (Reflexion) als Funktion der Zeit sowie das durch die Drehzahl der Trommel 3 definierte periodische Referenzsignal. Das Sensorsignal wird mit dem Referenzsignal durch Multiplikation und nachfolgende Integration abgeglichen sowie mit einer im Mikrocomputer 6 gespeicherten Auswertungsroutine in das Breitbandspektrum umgewandelt und ausgewertet. Spektrometer 21 und Mikrocomputer 6 bilden dabei eine funktionelle Einheit.
16 bedeutet eine Anzeigeeinrichtung; 24 bedeutet einen Wäschemitnehmer.
In 2 ist eine schematische Darstellung des Messprinzips dargestellt, auf dem das erfindungsgemäße Verfahren beruht. Insbesondere basiert das Messprinzip auf einer Reflexionsmessung. Ein in der Trommel 3 eines wasserführenden Haushaltsgeräts angeordnetes Textilteil 34 wird mit einer Strahlungsquelle S 27 mit Strahlung belegt. Hierbei erfolgt die Beaufschlagung mit Strahlung 31 durch ein Loch in der Trommelaußenwand 29 als Strahlungsdurchlass 30 mit einem Durchmesser D_L, wobei die Rotationsrichtung der Trommel 3 durch den Pfeil 33 angezeigt wird. Vorteilhaft ist ein Durchstrahlen des Loches 30 möglichst durch dessen Zentrum. Es erfolgt eine diffuse Rückreflexion von Strahlung nach der Wechselwirkung mit dem Wäschestück 34, welche durch das Gesetz nach Lambert-Beer beschrieben wird. Die diffus rückreflektierte Strahlung 32 wird von dem Strahlungsdetektor D 28 detektiert. In dieser Ausführungsform bei einer Dz der Trommel 3 beträgt der Zeitraum Δt eines eingestrahlten Lichtpakets D_L/U*Dz, wobei U den Umfang der Trommel 3 bezeichnet. Über eine Variation der Drehzahl Dz, des Trommelumfangs U und des Lochdurchmessers D_L lässt sich mithin die Dauer Δt eines Strahlungspakets verändern. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren flexibel an verschiedene Typen an Spektrometern und wasserführenden Haushaltsgeräten angepasst werden.
Bezugszeichenliste

1: Wasserführendes Haushaltsgerät; Waschmaschine
2: Laugenbehälter
3: Trommel
4: Laugenbehälteraussparung; Aussparung im Laugenbehälter
5: breitbandig Strahlungsquelle, IR-Strahlungsquelle
6: Mikrocomputer
7: Strahlungsdetektor
8: (automatisierte) Dosiereinheit für Behandlungsmittel
9: Sperrventil
10: Frischwasserleitung
11: Einspülschale
12: Gehäuse
13: Abflussleitung
14: Pumpe
15: Leistungserfasser
16: Anzeigeeinrichtung
17: Laugenbehälterablaufleitung
18: Steuereinrichtung
19: Flusenabscheider
20: drehzahlgeregelter Antriebsmotor
21: Spektrometer, IR-Spektrometer
22: Wäschestücke
23: Bewegungsrichtung der Trommel
24: Wäschemitnehmer
25: Wasserniveau
26: Ablauföffnung im Boden des Laugenbehälters
27: Strahlungsquelle, IR-Strahlungsquelle
28: Strahlungsdetektor
29: Trommel(außen)wand
30: Strahlungsdurchlass, Loch im Trommelmantel (Trommel(außen)wand)
31: Emittierte Strahlung, IR-Strahlung
32: Detektierte reflektierte Strahlung
33: Bewegungsrichtung der Trommel
34: Wäschestück im Trommelinnenraum
35: Lochring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012017323 A1 [0009]
DE 102010039611 A1 [0010]
WO 2001/046509 A1 [0012]
DE 102015100395 A1 [0013]
EP 0816551 B1 [0014]
EP 1242665 B1 [0015]
US 5396715 [0016]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines wasserführenden Haushaltsgeräts (1) mit einer Trommel (3) zur Aufnahme von zu behandelnden Gegenständen (22, 34), welche mindestens einen Perimeter mit mindestens einem Strahlungsdurchlass (30, 35) aufweist, einer Steuereinrichtung (18), einem Spektrometer (21), welches mindestens eine Strahlungsquelle (5, 27), mindestens einen Strahlungsdetektor (7, 28) und einen Mikrocomputer (6) umfasst, wobei Mikrocomputer (6) und Steuereinrichtung (18) zum Informationsaustausch untereinander eingerichtet sind, so dass Daten zwischen Spektrometer (21) und Steuereinrichtung (18) ausgetauscht werden können, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: (a) Rotieren der Trommel (3) mit einer vorgegebenen Drehzahl Dz, wobei eine Frequenz f, bezogen auf die Anzahl von Umlaufzyklen von Strahlungsdurchlässen (30, 35) pro Zeiteinheit, als das Produkt der Drehzahl Dz mit der Anzahl von Strahlungsdurchlässen (30, 35) definiert wird; (b) kontinuierliches Emittieren von Strahlung (31) von der mindestens einen Strahlungsquelle (5, 27) des Spektrometers (21) in einem Wellenlängenbereich λ₁ bis λ₂ durch den mindestens einen Strahlungsdurchlass (30, 35) der rotierenden Trommel (3), so dass eine mit der Frequenz f periodisch unterbrochene Strahlung (31) innerhalb der Trommel (3) erzeugt wird, und die Gegenstände (22, 34) in der rotierenden Trommel (3) mit der Frequenz f periodisch unterbrochenen Strahlung (31) beaufschlagt werden, und der mindestens eine Strahlungsdetektor (7, 28) derart angeordnet ist, dass die von den Gegenständen (22, 34) reflektierte Strahlung (32) ohne den Strahlungsdurchlass (30, 35) zu passieren und somit ohne durch den Strahlungsdurchlass (30, 35) mit der Frequenz f unterbrochen zu werden, direkt als ein Messsignal registriert wird, und von der Steuereinrichtung (18) eine nur vom Haushaltsgerät (1) abhängige periodische Funktion mit der Periodenlänge 1/f, insbesondere eine Sinus- oder Rechteckfunktion, als Referenzsignal erzeugt wird; (c) Übermitteln des Messsignals sowie des Referenzsignals an den Mikrocomputer (6), Auswerten des Messsignals und dessen Abgleich mit dem Referenzsignal mit einer im Mikrocomputer (6) hinterlegten Auswerteroutine und Übermitteln des ausgewerteten Messsignals an die Steuereinrichtung (18); und (d) Auswählen und/oder Anpassen eines Betriebsprogramms durch die Steuereinrichtung (18) in Bezug auf das ausgewertete Messsignal, wobei die Schritte (b) bis (d) einmal oder mehrmals durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocomputer (6) als ein Lock-In-Verstärker ausgebildet ist oder einen solchen enthält.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängenbereich λ₁ bis λ₂ mindestens eine Absorptionsbande mindestens eines Textiltyps und/oder mindestens eine Absorptionsbande mindestens einer typischen Verunreinigungssubstanz umfasst.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schritten (a) und (b), insbesondere vor dem Start eines Behandlungsprogramms, eine Kalibrationsmessung mit einer rotierenden Trommel (3) in einem definierten Beladungszustand durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl Dz 20 bis 200 U/min beträgt.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich einen Schritt (e) umfasst: (e) Reinigen des Spektrometers (21).
Wasserführendes Haushaltsgerät (1) mit einer Trommel (3) zur Aufnahme von zu behandelnden Gegenständen (22, 34), welche mindestens einen Perimeter mit mindestens einem Strahlungsdurchlass (30, 35) aufweist, einer Steuereinrichtung (18), einem Spektrometer (21), welches mindestens eine Strahlungsquelle (5, 27), mindestens einen Strahlungsdetektor (7, 28) und einen Mikrocomputer (6) umfasst, wobei Mikrocomputer (6) und Steuereinrichtung (18) zum Informationsaustausch untereinander eingerichtet sind, so dass Daten zwischen Spektrometer (21) und Steuereinrichtung (18) ausgetauscht werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (18) eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Rotieren der Trommel (3) mit einer vorgegebenen Drehzahl Dz, wobei eine Frequenz f, bezogen auf die Anzahl von Umlaufzyklen von Strahlungsdurchlässen (30, 35) pro Zeiteinheit, als das Produkt der Drehzahl Dz mit der Anzahl von Strahlungsdurchlässen (30, 35) definiert wird; (b) kontinuierliches Emittieren von Strahlung (31) von der mindestens einen Strahlungsquelle (5, 27) des Spektrometers (21) in einem Wellenlängenbereich λ₁ bis λ₂ durch den mindestens einen Strahlungsdurchlass (30, 35) der rotierenden Trommel (3), so dass eine mit der Frequenz f periodisch unterbrochene Strahlung (31) im Inneren der Trommel (3) erzeugt wird, und die Gegenstände (22, 34) in der rotierenden Trommel (3) mit der Frequenz f periodisch unterbrochenen Strahlung (31) beaufschlagt werden, und der mindestens eine Strahlungsdetektor (7, 28) derart angeordnet ist, dass die von den Gegenständen (22, 34) reflektierte Strahlung (32) ohne den Strahlungsdurchlass (30, 35) zu passieren und somit ohne durch den Strahlungsdurchlass (30, 35) mit der Frequenz f unterbrochen zu werden, direkt als ein Messsignal registriert wird, und von der Steuereinrichtung (18) eine nur vom Haushaltsgerät (1) abhängige periodische Funktion mit der Periodenlänge 1/f, insbesondere eine Sinus- oder Rechteckfunktion, als Referenzsignal erzeugt wird; (c) Übermitteln des Messsignals sowie des Referenzsignals an den Mikrocomputer (6), Auswerten des Messsignals und dessen Abgleich mit dem Referenzsignal mit einer im Mikrocomputer (6) hinterlegten Auswerteroutine und Übermitteln des ausgewerteten Messsignals an die Steuereinrichtung (18); und (d) Auswählen und/oder Anpassen eines Betriebsprogramms durch die Steuereinrichtung (18) in Bezug auf das ausgewertete Messsignal, wobei die Schritte (b) bis (d) einmal oder mehrmals durchgeführt werden.
Haushaltsgerät (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (1) einen Behandlungsmittelbehälter und eine automatisierte Dosiereinheit (8) zur Dosierung von Behandlungsmittel aufweist, welche mit der Steuereinrichtung (18) verbunden ist.
Haushaltsgerät (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strahlungsquelle (5, 27) eine Breitbandquelle zur Emission von Strahlung (31) im Infrarotbereich, insbesondere eine Glühwendel, ist.
Haushaltsgerät (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (1) eine Waschmaschine oder ein Waschtrockner mit einem Laugenbehälter (2) ist und die Strahlungsquelle (5, 27) in einer Aussparung (4) des Laugenbehälters (2) angeordnet ist.
Haushaltsgerät (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel (3) eine vorgegebene Start-/Stoppposition aufweist.
Haushaltsgerät (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Strahlungsdurchlass (30, 35) ein Loch (30) ist.
Haushaltsgerät (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Strahlungsdurchlass (30, 35) aus Glas oder transparentem Kunststoff gebildet ist.
Haushaltsgerät (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Strahlungsdurchlass (30, 35) auf der Stirnseite, Rückseite oder Mantelfläche der Trommel (3) angeordnet ist.
Haushaltsgerät (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Strahlungsdurchlass (30, 35) als eine von der Rückseite der Trommel (3) in das Innere der Trommel (3) ragende axialsymmetrische transparente Auswölbung gebildet ist, wobei die Symmetrieachse der Auswölbung auf der Rotationsachse der Trommel (3) liegt, und die dem Trommelinneren abgewandte Rückseite der Auswölbung eine intransparente Schicht aufweist, die in einer konzentrischen Anordnung zur Rotationsachse der Trommel (3) zumindest eine Öffnung aufweist, um einen Strahlungseinfall durch die Öffnung und die transparente Auswölbung hindurch in das Trommelinnere zu erlauben.