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Die Erfindung betrifft einen Getränkeautomat, insbesondere
Kaffee- oder Teemaschine, mit einem wenigstens teilweise
außerhalb eines Behälters angeordneten Füllstandssensor zur
Ermittlung eines Füllstandes eines Stoffes nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In Kaffee- oder Teemaschinen werden neben Wasser im
Allgemeinen auch feste bzw. pulverförmige Betriebsstoffe wie
Kaffeebohnen bzw. -pulver sowie gegebenenfalls Zucker
und/oder Milch bzw. Milchpulver verwendet. Vielfach sind die
unterschiedlichsten Betriebsstoffe in entsprechenden
Behältern zu lagern und bei Bedarf dem
Getränkezubereitungsprozess zuzuführen.
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Entsprechende Getränkeautomaten bzw. Behälter weisen häufig
Füllstandssensoren auf, die z. B. das Erreichen einer
bestimmten Füllhöhe bzw. das Unterschreiten eines Füllstandes
unter einem vorgegebenen Mindestschwellenwert und die
Notwendigkeit des Auffüllens des Behälters signalisieren.
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Handelsübliche Füllstandssensoren in Getränkeautomaten
ermitteln die Füllhöhe des zur Getränkeherstellung zu
verwendenden Wassers beispielsweise mittels eines Schwimmers.
Der Schwimmer ist an einer vertikalen Führung geführt und
weist gegebenenfalls einen Magneten auf, der im Allgemeinen
einen Reed-Schalter beim Unter- bzw. Überschreiten einer
vorgegebenen Mindestfüllhöhe entsprechend betätigt. Diese
Füllstandssensoren befinden sich teilweise im Behälter bzw.
in Kontakt mit dem zur Getränkeaufbereitung zu verwendenden
Wasser, was aus hygienischer Sicht von Nachteil ist. Darüber
hinaus sind bewegliche Teile vergleichsweise störanfällig.
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Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen
Getränkeautomat, insbesondere Kaffee- oder Teemaschine, mit
einem wenigstens teilweise außerhalb eines Behälters
angeordneten Füllstandssensor zur Ermittlung eines
Füllstandes eines Stoffes vorzuschlagen, wobei der
Anwendungsbereich des Füllstandssensors wesentlich erweitert
wird.
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Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Getränkeautomat der
einleitend genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind
vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung
möglich.
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Dementsprechend zeichnet sich ein erfindungsgemäßer
Getränkeautomat dadurch aus, dass der Füllstandssensor
wenigstens einen Sender zum Aussenden von Strahlung sowie
einen Empfänger zum Empfangen der ausgesendeten Strahlung
aufweist.
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Bei einem erfindungsgemäßen Füllstandssensor verläuft die
Strahlung vom Sender vorteilhafterweise wenigstens teilweise
durch das Innere des Behälters zum Empfänger. Ist der
Behälter z. B. mit einem flüssigen oder festen Stoff, der für
die Strahlung möglichst undurchlässig ist, befüllt und
befindet sich der Füllstand des Betriebsstoffes oberhalb des
Sensors, so trifft die Strahlung auf den Betriebsstoff und
wird von diesem absorbiert bzw. reflektiert. Hierdurch
empfängt der Empfänger vorzugsweise keine bzw. eine relativ
geringe Strahlung, wodurch in vorteilhafter Weise ein
entsprechendes Signal erzeugt wird, das mittels einer
Auswerteeinheit den Füllstand bzw. das Vorhandensein des
Stoffes signalisiert. Das Empfangen bzw. Nicht-Empfangen der
Strahlung wird entsprechend zur Signalisierung verwendet.
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Gegebenenfalls ist der Sender und der Empfänger im
Behälterinnenraum angeordnet. Vorteilhafterweise umfasst der
Behälter mindestens einen für die Strahlung wenigstens
teilweise durchlässigen Wandabschnitt. Hierdurch kann der
Sender und/oder der Empfänger außerhalb des Behälters
angeordnet werden, wodurch eine Beeinflussung bzw.
Beeinträchtigung des Betriebsstoffes weitestgehend verhindert
werden kann.
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Vorzugsweise umfasst der Wandabschnitt wenigstens eine zur
Strahlrichtung schrägwinklige, insbesondere an der
Behälterinnenseite angeordnete Grenzfläche. Hiermit können
Füllstände einerseits flüssiger bzw. fester Betriebsstoffe
ermittelt werden, die die Strahlung absorbieren und/oder
reflektieren. Andererseits kann in vorteilhafter Weise
mittels dem Füllstandssensor gemäß der Erfindung zusätzlich
der Füllstand bzw. das Vorhandensein von insbesondere
flüssigen, für die Strahlung weitgehend durchlässigen
Betriebsstoffen wie Wasser detektiert werden. Erfindungsgemäß
wird hierbei eine optische Brechung bzw. Umlenkung des
Strahlengangs an der zur Strahlrichtung schrägwinkligen
Grenzfläche aufgrund der unterschiedlichen Brechzahl von Luft
bzw. vom Wasser ermöglicht.
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In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass der
Einfallswinkel der Strahlung bezüglich der schrägwinkligen
Grenzfläche größer als der von den Brechzahlen der Medien
abhängige Grenzwinkel der Totalreflexion ist.
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Möglicherweise können gemäß der Erfindung zur Ermittlung der
Füllstände von mehreren Behältern unabhängig vom
Aggregatzustand und/oder von den Brechzahlen der zu
detektierenden Stoffe mehrere, nahezu baugleiche
Füllstandssensoren in einer einzigen Maschine eingesetzt
werden. Dies führt insbesondere zu vergleichsweise hohen
Produktionszahlen eines entsprechend vielseitig einsetzbaren
Füllstandssensors, so dass sich die Herstellungskosten
gegenüber unterschiedlicher, spezieller Füllstandssensoren
mit relativ geringer Stückzahl gemäß dem Stand der Technik
deutlich reduzieren können.
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In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung bildet die
schrägwinklige Grenzfläche die Eintrittsfläche der Strahlung
in den Behälter. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise
aufgrund des zwischen der Grenzfläche und Empfänger
befindlichen Innenraums des Behälters ein großer Abstand
zwischen der die Strahlung brechenden Grenzfläche und dem
Empfänger, so dass eine vergleichsweise geringe Umlenkung der
Strahlung an der Grenzfläche, z. B. aufgrund eines relativ
geringen Unterschieds der Brechzahlen von Luft und dem
flüssigen Betriebsstoff, zu einer verhältnismäßig großen,
quer zur Strahlung gerichteten bzw. seitlichen Abweichung im
Bereich des Empfängers führt. Das ermöglicht insbesondere,
dass die Strahlung hierbei in vorteilhafter Weise relativ
weit am Empfänger vorbeigelenkt wird. Beispielsweise wird
hierdurch erreicht, dass aufgrund der optischen Brechung der
Strahlung möglichst wenig bzw. keine unter Umständen
vorhandene Streustrahlung vom Empfänger wahrnehmbar ist.
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Gegebenenfalls ist der Sender auf einer Seite des Behälters
und der Empfänger auf einer dieser Seite gegenüberliegenden
Seite des Behälters angeordnet. Beispielsweise können Sender
bzw. Empfänger planparallel an einer Behälterwand und/oder
schrägwinklig zur Behälterwand angeordnet werden. Der
Wandabschnitt des Behälters kann gemäß der Erfindung sowohl
eine nahezu konstante Wandstärke als auch eine sich
verändernde Wandstärke im Eintritts- bzw. Austrittsbereich
der Strahlung aufweisen.
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In einer besonderen Variante der Erfindung bildet die
Anordnung der Eintritts- und der Austrittsfläche des
Behälters ein Prisma, eine Linse oder ein optisches Gitter
aus.
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Vorteilhafterweise verläuft der Strahlengang durch eine
hierfür vorgesehene Ausformung des Behälters, insbesondere
Auswölbung, Ausbuchtung oder dergleichen. Entsprechende
Ausformungen sind vergleichsweise einfach herstellbar.
Gegebenenfalls ist die Ausformung derart ausgebildet, dass in
Abhängigkeit des Füllstands des zu detektierenden Stoffs eine
Reflexion der Strahlung an dieser erfolgt bzw. nicht erfolgt,
so dass der Empfänger die Strahlung empfängt bzw. nicht
empfängt. Hierbei sind der Sender und der Empfänger
gegebenenfalls nebeneinander angeordnet.
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Möglicherweise ist die Ausformung derart ausgebildet, dass
vorzugsweise Standardkomponenten, wie z. B. handelsübliche
Sender, Empfänger bzw. Lichtschranken oder dergleichen,
vorteilhaft an der Ausformung angeordnet werden können. Es
ist denkbar, dass der Strahlengang durch eine hierfür
vorgesehene Ausnehmung bzw. Kavität der Behälterwand
verläuft.
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In bevorzugter Weise verläuft der Strahlengang durch einen
hierfür vorgesehenen Eckbereich des Behälters. Häufig weisen
entsprechende Behälter bereits einen im Wesentlichen eckigen,
insbesondere einen viereckigen Querschnitt auf, so dass der
Füllstandssensor gemäß der Erfindung ohne Veränderung bereits
vorhandener Behälterformen an diese angeordnet werden kann.
Dies ermöglicht eine wirtschaftlich günstige Umsetzung der
Erfindung. Zudem kann mittels dieser erfindungsgemäßen
Variante bei Bedarf eine vorteilhafte Nachrüstung an bereits
vorhandene Behälter ohne großen Aufwand realisiert werden.
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Vorteilhafterweise sind wenigstens zwei Abschnitte der
Ausformung in einem Winkel, insbesondere nahezu 90 Grad,
zueinander angeordnet. Hierdurch ist eine vorteilhafte
Dimensionierung des von der Strahlung durchstreichbaren
Behälterinnenbereichs möglich.
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Generell kann der Eintritts- und der Austrittsbereich des
Behälters als ein zusammenhängender, für die Strahlung
wenigstens teilweise durchlässiger Wandabschnitt oder aus
mindestens zwei separaten Wandabschnitten realisiert werden.
Vorzugsweise ist der Behälter im Wesentlichen aus einem für
die Strahlung wenigstens teilweise durchlässigen Material
ausgebildet. Bei der letztgenannten Weiterbildung der
Erfindung ist eine besonders flexible Anordnung des
Füllstandssensors am Behälter realisierbar.
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In einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist die
Strahlung einen vorgegebenen, relativ schmalen
Wellenlängenbereich auf. Hierdurch wird in vorteilhafter
Weise eine definierte Brechung bzw. Umlenkung der Strahlung
gemäß der Erfindung erreicht.
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Der Sender bzw. Empfänger kann beispielsweise zum Senden bzw.
Empfangen von Strahlung im sichtbaren als auch im
ultravioletten Wellenlängenbereich ausgebildet werden.
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Vorteilhafterweise sind der Empfänger bzw. der Sender zum
Aussenden bzw. Empfangen von Infrarot-Strahlung ausgebildet.
Ein entsprechender Füllstandssensor ist in vorteilhafter
Weise gegenüber Störungen durch das Tageslicht
vergleichsweise unempfindlich. Beispielsweise kann der Sender
als Infrarot-Diode und der Empfänger als entsprechender Foto-
Transistor ausgebildet werden. Vorzugsweise werden für den
Sender und/oder den Empfänger bereits handelsübliche
Standardkomponenten verwendet.
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Vorteilhafterweise kann der Sender intermittierend bzw.
zeitweise und/oder getaktet betrieben werden. Hierdurch
können Störungen durch Außenlicht sowie der Energiebedarf
deutlich reduziert werden.
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In vorteilhafter Weise verläuft der Strahlengang während der
Messphase in einer nahezu horizontalen Ebene. Hierdurch ist
eine vorteilhafte Anordnung im Bereich einer weitgehend
vertikalen Längskante des Behälters realisierbar.
Beispielsweise ist der Füllstandssensor an einer nahezu
vertikalen Längsnut und/oder eines entsprechenden Eckbereichs
des Behälters angeordnet. Alternativ hierzu kann der
Strahlengang während der Messphase in einer nahezu vertikalen
Ebene verlaufen. In bestimmten Anwendungsfällen kann der
Sensor entsprechend an horizontalen Längskanten des Behälters
angeordnet werden.
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Generell kann ein Sensor, der mittels einer Steuereinheit ein
Signal, insbesondere für einen Benutzer bzw. Verbraucher
erzeugt, dass das Nicht-Vorhandensein des Stoffes bzw. das
Vorhandensein von vorzugsweise Luft im Behälter signalisiert,
zusätzlich in vorteilhafter Weise beim Nicht-Vorhandensein
des Behälters ein entsprechendes Signal erzeugen. Gemäß der
Erfindung kann ein Füllstandssensor zur Ermittlung des
Füllstandes eines Stoffes im Behälter und zusätzlich zur
Ermittlung des Vorhandenseins des Behälters ausgebildet
werden. Im Allgemeinen ist der Füllstandssensor hierfür
vollständig außerhalb des Behälters anzuordnen. Diese
Varianten der Erfindung sind vor allem bei möglicherweise
zeitweise zu entfernenden bzw. auszutauschenden Behältern zu
verwenden.
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In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist eine
Auswerteeinheit zur quantitativen Auswertung der vom
Empfänger erfassten Strahlung bzw. Strahlungsmenge
vorgesehen. Hiermit kann in vorteilhafter Weise eine
Verschmutzung des Behälters und/oder ein quantitativer
Parameter des Stoffes ermittelt und gegebenenfalls
signalisiert werden. Beispielsweise kann die Notwendigkeit,
den Behälter zu reinigen, vorteilhaft angezeigt werden.
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In einer vorteilhaften Variante der Erfindung sind der Sender
und der Empfänger parallel in demselben Stromkreis mit zwei
Anschlüssen geschaltet, wobei ein vom Empfänger gesteuertes
elektronisches Bauelement vorgesehen ist, das die Spannung
und/oder den Strom zwischen den beiden Anschlüssen
beeinflusst. Mit einer solchen Schaltungsanordnung eines
erfindungsgemäßen Füllstandssensors lässt sich die Anzahl der
erforderlichen Anschlüsse zum entsprechenden Steuergerät auf
zwei Anschlüsse reduzieren, wodurch der Verdrahtungsaufwand
sowohl im Hinblick auf das Material als auch auf die Montage
reduziert wird.
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In vielen Anwendungsmöglichkeiten der Getränkeautomaten
herrscht ein enormer Kostendruck, so dass auch der Anschluss
und die Verdrahtung des Sensors einen nicht unerheblichen
Aufwand darstellt. Häufig handelt es sich hierbei um Geräte
mit hoher Stückzahl, so dass bereits kleine Einsparungen mit
Hilfe dieser Variante der Erfindung spürbar zur Kostensenkung
beitragen.
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Als Messsignal kann die im bestromten Zustand des Sensors
zwischen den Anschlüssen anliegende Spannung bzw. der im
Stromkreis fließende Strom ausgewertet werden. Der Empfänger
einer solchen Sensoranordnung kann beispielsweise ein
messgrößenabhängiger Widerstand, eine messgrößenabhängige
Kapazität und/oder eine messgrößenabhängige Induktivität
sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein
Steuergerät vorgesehen, das im Taktbetrieb arbeitet.
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Hierdurch lässt sich einerseits der Strombedarf der gesamten
Sensorvorrichtung einschließlich Steuergerät deutlich
herabsenken, wodurch ein leistungsärmeres und somit
kostengünstigeres Netzteil verwendbar ist.
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Darüber hinaus ist in einem Taktbetrieb der Einsatz mehrerer
Sensoren mit erfindungsgemäßer Schaltung durch das gleiche
Steuergerät möglich, indem abwechselnd die einzelnen Sensoren
nach dem Zustand ihrer Übertragungsstrecke abgefragt werden.
In einer besonderen Ausführungsform wird hierzu ein
sogenannter Multiplexer zwischen dem Steuergerät und den
verschiedenen Sensoren angeordnet.
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In Verbindung mit einem der oben angeführten
Ausführungsbeispiele, bei dem ein Kondensator im
Empfängerkreis angeordnet ist, ist im Taktbetrieb zudem eine
besonders einfache Spannungsauswertung möglich, indem der
Spannungsverlauf an den beiden Anschlüssen nach Beendigung
eines Spannungs- bzw. Stromimpulses durch das Steuergerät
erfasst und ausgewertet wird. Je nach Ladezustand der
Kapazität ergibt sich hier ein anderer Zeitverlauf dieser
Spannung.
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Weiterhin ergibt sich durch den Taktbetrieb eine permanente
Zurücksetzung der Sensorschaltung in den Ausgangszustand, so
dass Verstärkungseffekte oder Oszillationen, die durch die
Beeinflussung der Senderleistung durch den parallel im
gleichen Stromkreis befindlichen Empfänger verursacht werden,
keine nachteiligen Auswirkungen haben können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher
erläutert.
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Im Einzelnen zeigt:
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Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer
erfindungsgemäßen Sensoranordnung mit
einem Füllstand unterhalb des Sensors,
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Fig. 2 eine schematische Draufsicht der
Sensoranordnung mit einem Füllstand
einer Flüssigkeit oberhalb des Sensors,
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Fig. 3 eine schematische Draufsicht eines
Ausschnitts einer Behälterwand mit einer
Verdickung,
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Fig. 4 eine schematische Draufsicht einer
weiteren erfindungsgemäßen
Sensoranordnung mit einem Füllstand
unterhalb des Sensors,
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Fig. 5 eine schematische Draufsicht der
Sensoranordnung gemäß Fig. 4 mit einem
Füllstand einer Flüssigkeit oberhalb des
Sensors,
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Fig. 6 eine schematische Draufsicht der
Sensoranordnung gemäß Fig. 4 mit einem
Füllstand eines Pulvers oberhalb des
Sensors,
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Fig. 7 eine schematische Draufsicht einer
weiteren, erfindungsgemäßen
Sensoranordnung mit einem Füllstand
unterhalb des Sensors und
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Fig. 8 in schematischer Draufsicht eine vierte
erfindungsgemäße Sensoranordnung in
einem Eckbereich eines Behälters mit
einem Füllstand unterhalb des Sensors.
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In Fig. 1 ist ein Füllstandssensor mit einem Sender 1 und
einem Empfänger 2 an einem Behälter 3 angeordnet. Der
Sender 1 ist insbesondere als IR-Diode ausgebildet, so dass
dieser eine IR-Strahlung 4 aussendet, die von dem als
entsprechender Fototransistor ausgebildeter Empfänger 2
detektierbar ist.
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Der Behälter 3 ist gemäß Fig. 1 im Wesentlichen aus einem
für die IR-Strahlung 4 weitestgehend durchlässigen Material
hergestellt, z. B. mittels Spritzguss-, Tiefzieh- oder
vergleichbarer Verfahren. Das Material des Behälters 3 weist
eine Brechzahl n > 1 auf, so dass die Strahlung 4 an den
Außen- und an den Innenflächen des Behälters 3 derart optisch
gebrochen wird und die Strahlung 4 im Innern des Behälters 3
etwas parallel versetzt zur außerhalb des Behälters 3
verlaufenden Strahlung 4 verläuft.
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Bei der Verwendung eines Behältermaterials mit einem
Brechungsindex n von ungefähr 1 verläuft die Strahlung 4
gemäß Fig. 4 nahezu geradlinig vom Sender 1 durch die Wand
des Behälters 3 und durch dessen Innenraum zum Empfänger 2.
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Ein jeweils dargestelltes "Blitz"-Symbol symbolisiert die
Detektion der Strahlung 4 vom Empfänger 2. Gemäß der
Draufsicht der Fig. 1 bzw. 4 befindet sich ein Füllstand
eines nicht näher dargestellten Betriebsstoffs unterhalb der
Sensoranordnung, so dass der Behälterinnenraum zwischen dem
Sender 1 und dem Empfänger 2 vorzugsweise mit Luft ausgefüllt
ist. Beispielsweise erzeugt der Füllstandssensor in diesem
Fall ein elektrisches bzw. optisches und/oder akustisches
Signal, das gegebenenfalls von einem Benutzer bzw.
Servicepersonal und/oder einer nahezu automatischen
Befüllungsvorrichtung des Behälters 3 wahrgenommen werden
kann. Hierdurch wird entsprechend verdeutlicht, dass der
Betriebsstoff im Behälter 3 nachzufüllen ist.
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Alternativ und/oder in Kombination hierzu kann einer
automatischen Befüllvorrichtung das Signal zur Verfügung
gestellt werden. In diesem Fall wird der Betriebsstoff zum
Beispiel aus einer Versorgungsleitung mit einem regelbaren
Ventil oder aus einem vergleichsweise großen zweiten, nicht
näher dargestellten Behälter mittels einer Pumpe oder
dergleichen in den gegebenenfalls im Vergleich hierzu kleinen
Behälter 3 befördert. Möglicherweise ist an dem nicht näher
dargestellten vergleichsweise großen Behälter ebenfalls ein
Füllstandssensor gemäß der Erfindung vor allem zur Ermittlung
eines minimalen Füllstandes angeordnet.
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Zur Ermittlung eines vorgegebenen maximalen Füllstandes, kann
im oberen Bereich des Behälters 3 ein Füllstandssensor gemäß
der Erfindung angeordnet werden. Beispielsweise ist eine
entsprechende Auswerteeinheit derart ausgebildet, so dass
diese für den Fall, dass der Empfänger 2 des Sensors die
Strahlung 4 empfängt, kein elektrisches bzw. optisches
und/oder akustisches Warnsignal für den Benutzer bzw. für
eine Beschickungsvorrichtung erzeugt.
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In Fig. 2 bzw. 5 ist die Situation dargestellt, bei der eine
Flüssigkeit 5, z. B. Wasser, zumindest bis zur Höhe des nahezu
waagrecht angeordneten Füllstandssensors im Behälter 3
ansteht.
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Die Flüssigkeit 5 gemäß Fig. 2 weist eine Brechzahl n auf,
die ungleich der Brechzahl von Luft und nahezu gleich der
Brechzahl des Behältermaterials ist, so dass an einer zur
Strahlrichtung schrägwinkligen, an der Behälteraußenseite
angeordneten Grenzfläche 6 die Strahlung 4 z. B. in der gemäß
Fig. 2 dargestellten Weise optisch gebrochen wird. Hierdurch
wird die Strahlung 4 derart umgelenkt, so dass diese nicht
vom Empfänger 2 zu empfangen ist. Das Vorhandensein des
Betriebsstoffs bzw. der Flüssigkeit 5 zwischen Sender 1 und
Empfänger 2 wird entsprechend detektierbar, wodurch im
Allgemeinen dem Benutzer bzw. einer gegebenenfalls
vorzusehenden Befüllungsvorrichtung signalisiert wird, dass
der Behälter 3 ausreichend mit dem Betriebsstoff bzw. der
Flüssigkeit 5 gefüllt ist.
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Der dargestellte Füllstandssensor arbeitet mit dem Prinzip
der optischen Brechung, so dass nahezu durchsichtige bzw.
strahlungsdurchlässige Flüssigkeiten 5 detektierbar sind.
Darüber hinaus sind zudem auch die Strahlung 4 absorbierende
bzw. reflektierende Betriebsstoffe mit Hilfe eines
Füllstandssensors gemäß der Erfindung detektierbar. Bei
entsprechend ausgebildeten Flüssigkeiten 5 kann sowohl die
optische Brechung als auch die optische Absorption bzw.
Reflexion der Strahlung 4 zur Ermittlung des Füllstandes
verwendet werden.
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Die Flüssigkeit 5 gemäß Fig. 5 weist eine Brechzahl n auf,
die ungleich der Brechzahlen von Luft bzw. des
Behältermaterials ist, so dass in diesem Fall an einer zur
Strahlrichtung schrägwinkligen, an der Behälterinnenseite
angeordnete Grenzfläche 6 die Strahlung 4 z. B. in der gemäß
Fig. 4 dargestellten Weise optisch gebrochen wird. Hierdurch
wird die Strahlung 4 wiederum in der Weise umgelenkt, so dass
diese nicht vom Empfänger 2 zu empfangen ist. Das
Vorhandensein des Betriebsstoffs bzw. der Flüssigkeit 5 wird
wiederum entsprechend detektiert.
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Weiterhin können gemäß Fig. 6 auch Festkörper wie Pulver 7,
Kaffeebohnen, Kaffee-Reste-Pellets, Zucker, Brausetabletten
oder dergleichen als Betriebs- bzw. Abfallstoff des
Getränkeautomatens detektiert werden. Derartige Stoffe 7
werden im Allgemeinen aufgrund der optischen Absorption
und/oder Reflexion der Strahlung 4 gemäß der Erfindung
detektiert.
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Beispielhaft ist in den Fig. 1, 2, 4 bis 6 eine nahezu
rechtwinklige Ausbuchtung 8 dargestellt, so dass die zur
Strahlung 4 schrägwinklig angeordnete Grenzfläche 6 in
besonders einfacher Weise realisiert ist. Die schrägwinklige
Grenzfläche 6 ermöglicht eine Detektierung des
Betriebsstoffes bzw. der Flüssigkeit 5 mit Hilfe der
optischen Brechung, so dass wie oben ausgeführt sowohl feste
als auch flüssige Betriebsstoffe 5, 7 detektierbar sind.
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In Fig. 3a, b ist jeweils ein Ausschnitt einer Behälterwand
mit einer Verdickung 11 mit der zur Strahlrichtung (gemäß
Doppelpfeil P) schrägwinkligen Grenzfläche 6 dargestellt.
Hierbei zeigt Fig. 3a bzw. 3b beispielhaft zwei
unterschiedliche Strahleinfalls- bzw.
Strahlausfallsvarianten. Möglicherweise ist die Verdickung 11 als an eine
nahezu planparallele Wand des Behälters 3 angeordnetes,
separates Element ausgeführt.
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In Fig. 7 ist eine weitere Füllstandssensoranordnung gemäß
der Erfindung dargestellt. Hierbei weist die Ausbuchtung 8
eine zur Strahlrichtung schrägwinklig angeordnete Wand 9 mit
der Grenzfläche 6 und eine nahezu senkrecht zur
Strahlrichtung angeordnete Wand 10 auf. Fig. 7 zeigt den
Fall, dass sich der Füllstand des Betriebsstoffes unterhalb
der Sensoranordnung befindet, so dass die Strahlung 4 vom
Empfänger 2 empfangen wird. Bezüglich dieser
Füllstandssensoranordnung ist die Situation, dass sich der
Füllstand des Betriebsstoffes oberhalb der Sensoranordnung
befindet, vergleichbar mit den Fig. 2, 5 bzw. 6.
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In Fig. 8 ist eine vierte Füllstandssensoranordnung gemäß
der Erfindung dargestellt, wobei der Sender 1 bzw. der
Empfänger 2 an einem Eckbereich des Behälters 3 angeordnet
ist. Dies stellt eine besonders einfach zu realisierende
Variante der Erfindung dar, da die insbesondere für die
optische Brechung vorzusehende, zur Strahlrichtung
schrägwinklig angeordnete Grenzfläche 6 mittels besonders
einfacher Anordnung der Sender 1 bzw. Empfänger 2
verwirklicht wird. Diese Variante kann unter anderem zur
Nachrüstung bereits vorhandener, im Allgemeinen eckiger
Behälter 3 verwendet werden.
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Neben der gemäß den Fig. 1 bis 8 dargestellten
Ausführungsformen der Erfindung, wobei der Sender 1 und der
Empfänger 2 auf einer nahezu horizontalen Ebene angeordnet
sind, kann alternativ auch eine bezüglich der horizontalen
Ebene schrägwinklige bzw. nahezu vertikale Anordnung
verwirklicht werden.
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Darüber hinaus ist insbesondere bei vergleichsweise großen
Behältern 3 die Verwendung von mehreren, vorzugsweise
übereinander angeordneten Füllstandssensoren zur Erfassung
verschiedener Füllstände des Betriebsstoffes 5, 7 möglich.
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Vorzugsweise ist der Füllstandssensor bzw. der Sender 1 und
der Empfänger 2 vollständig außerhalb des Behälters 3
angeordnet, so dass eine vergleichsweise einfache Montage
bzw. Reparatur des Füllstandssensors realisierbar ist und eine
mögliche qualitative bzw. hygienische Beeinträchtigung der
Betriebsstoffe 5, 7 wirkungsvoll verhindert wird.
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In besonderen Anwendungsfällen kann alternativ hierzu
insbesondere der Empfänger 2 im Inneren des Behälters 3
angeordnet werden.
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Weiterhin kann eine Verlängerung des Strahlengangs mittels
eines insbesondere außerhalb des Behälters angeordneten
Reflektors zur Umlenkung der Strahlung 4 von Vorteil sein. Da
hierdurch die Abweichung der optisch gebrochenen von der
nicht-gebrochenen Strahlung 4 im Bereich des Empfängers 2
deutlich vergrößert werden kann, wird die Empfindlichkeit des
Füllstandssensors gemäß der Erfindung entscheidend
verbessert.
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Zur Ermittlung des Füllstandes von Flüssigkeiten 5 aufgrund
der optischen Brechung kann der Füllstandssensor
grundsätzlich auch derart ausgebildet werden, dass der
Empfänger 2 die mittels der Flüssigkeit 5 optisch gebrochene
Strahlung 4 empfängt. Hierbei ist insbesondere die
Grenzfläche 6 vorteilhaft auszurichten. Bei dieser Variante
gemäß der Erfindung kann der Empfänger 2 die nicht-gebrochene
Strahlung 4 nicht empfangen.
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Darüber hinaus ist denkbar, dass aufgrund der Abhängigkeit
des Brechungsindexes n von qualitativen Stoffparametern von
Flüssigkeiten 5 der Füllstandssensor gegebenenfalls zugleich
als Sensor zur Ermittlung eines bestimmten Soll-
Stoffparameters des Betriebsstoffes 5 ausgebildet werden
kann. Bei der oben aufgeführten Variante, bei der der
Empfänger 2 die gebrochene Strahlung 4 empfängt, kann der
Empfänger 2 ausschließlich bei einem bestimmten, möglichst
vorgegebenen Brechungsindex n der Flüssigkeit 5 die Strahlung
4 empfangen.
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In vorteilhafter Weise kann der Empfänger 2 die Strahlung 4
bei vorgegebenem Soll-Stoffparameter empfangen, wobei bei
einer Abweichung des Ist-Stoffparameters vom Soll-
Stoffparameter die Strahlung 4 aufgrund unterschiedlich
starker optischer Brechung bzw. Umlenkung die Strahlung 4 am
Empfänger 2 vorbeigelenkt wird.
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Gegebenenfalls können insbesondere zwei Füllstandssensoren,
einer zur Detektierung des Füllstandes des Betriebsstoffes 5
und ein weiterer zur Detektierung des Stoffparameters des
Betriebsstoffes 5 vorgesehen werden. In einer besonders
konstruktiv einfachen Variante weist ein Sensor gemäß der
Erfindung beispielsweise einen Sender 1 und zumindest zwei
Empfänger 2 auf, wobei vorzugsweise einer der Empfänger 2 die
nicht-gebrochene Strahlung 4 und ein anderer Empfänger 2 die
bei vorgegebenem Soll-Stoffparameter des gelösten Stoffes in
der Flüssigkeit 5 entsprechend optisch gebrochene Strahlung 4
empfängt. Bei einer Abweichung des Ist-Stoffparameters vom
Soll-Stoffparameter des gelösten Stoffes in der Flüssigkeit 5
empfängt im Allgemeinen keiner der beiden Empfänger 2 die
Strahlung 4. Zur Ermittlung unterschiedlichster Qualitäten
des Stoffparameters des gelösten Stoffes in der Flüssigkeit 5
können gegebenenfalls zusätzliche, weitere Empfänger 2
entsprechend längs der aufgespannten Brechungsebene am
Behälter 3 angeordnet werden.
Bezugszeichenliste
1 Sender
2 Empfänger
3 Behälter
4 Strahlung
5 Flüssigkeit
6 Grenzfläche
7 Pulver
8 Ausbuchtung
9 Wand
10 Wand
11 Verdickung
P Pfeil