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Die Erfindung befasst sich mit einem elektrischen Haushaltsgerät, welches mit einer optischen Sensoranordnung zur Durchführung optischer Messungen ausgestattet ist.
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Zum Stand der Technik hinsichtlich optischer Sensoren, die zum Einsatz in einer Waschmaschine oder einem Geschirrspüler der Haushaltsausstattung vorgesehen sind, wird beispielhaft auf die
DE 10 2008 056 701 A1 und die
DE 10 2011 102 627 A1 verwiesen. Die dort offenbarten Sensoren weisen ein aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff gefertigtes Sensorgehäuse auf, welches in eine Montageöffnung in einer Begrenzungswand eines Nassraums (z.B. Innenraum eines Laugenbehälters, Spülraum) des Haushaltsgeräts eingesetzt wird und einen in den Nassraum ragenden Gehäuseteil aufweist. Dieser Gehäuseteil wird im Betrieb des Haushaltsgeräts von dem Wasch- bzw. Spülwasser umspült. Die Qualität der mittels dieser bekannten Sensoren durchgeführten optischen Messungen wird dabei von der Benetzbarkeit, d.h. der Hydrophilie, der Außenoberfläche des Sensorgehäuses in dem in den Nassraum ragenden Gehäusebereich beeinflusst. Angestrebt wird eine gute Benetzbarkeit, um Störeinflüsse durch etwaige Luftbläschen, die an der Außenoberfläche des Sensorgehäuses im Fall einer nicht ausreichenden Hydrophilie der Oberfläche hängenbleiben können, bestmöglich zu reduzieren.
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Zur Hydrophilierung einer Oberfläche ist es grundsätzlich bekannt, eine sogenannte Aktivierung der Oberfläche durchzuführen. Bekannte Aktivierungsmethoden umfassen eine Beflammung, eine Plasmabehandlung mit einem Edelgasplasma sowie eine Koronabehandlung.
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Bei den Haushaltsgeräten der hier betrachteten Art ist mit langen Gebrauchsdauern zu rechnen. So gehen beispielsweise Erwerber von Waschmaschinen oder Geschirrspülern für den Haushaltsgebrauch typsicherweise davon aus, dass das erworbene Gerät mehrere Jahre lang funktionsfähig ist. Über entsprechend lange Zeiträume müssen auch die optischen Sensoren, die in die Geräte eingebaut sind, ihre Funktionsfähigkeit bewahren. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Weg aufzuzeigen, wie bei einem optischen Sensor, der in einem elektrischen Haushaltsgerät beispielsweise als Sensor zur Erfassung der Trübung von Waschwasser oder zur Schaumdetektion eingesetzt wird, eine langfristig gute Funktionszuverlässigkeit hinsichtlich der von den Sensor gelieferten Messergebnisse sichergestellt werden kann.
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Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem elektrischen Haushaltsgerät mit einer optischen Sensoranordnung aus, wobei die Sensoranordnung einen Lichtsender zur Aussendung eines Messlichtstrahls, einen Lichtempfänger sowie ein Gehäusebauteil umfasst, in welchem der Lichtsender oder/und der Lichtempfänger untergebracht ist bzw. sind, wobei das Gehäusebauteil mindestens ein im Ausbreitungsweg des Messlichtstrahls angeordnetes lichtdurchlässiges Gehäusewandstück aufweist, welches eine Grenzfläche zu einer Außenumgebung des Gehäusebauteils bildet. Erfindungsgemäß ist bei einem derartigen Haushaltsgerät vorgesehen, dass das Gehäusebauteil zumindest im Bereich des Gehäusewandstücks aus einem außenseitig mit einer Beschichtung versehenden Kunststoffmaterial gefertigt ist, wobei die Beschichtung ein Oxid von Silicium oder/und Titan enthält, insbesondere Siliziumdioxid oder/und Titandioxid. Es hat sich gezeigt, dass durch eine derartige Beschichtung eine gute Langzeit-Benetzbarkeit des Gehäusewandstücks an der Grenzfläche erzielbar ist und insbesondere eine verbesserte Langzeit-Benetzbarkeit im Vergleich zu einer Ausgestaltung, bei welcher das Kunststoffmaterial des Gehäusewandstücks ohne außenseitige Beschichtung ist. Vorteilhaft an der erfindungsgemäß vorgesehenen Beschichtung ist deren Haltbarkeit und Langlebigkeit, sodass nicht befürchtet werden muss, dass die gute Benetzbarkeit des Gehäusewandstücks bereits nach einer im Vergleich zur erwarteten Lebensdauer des Haushaltsgeräts kurzen Zeitspanne verloren geht.
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Die Herstellung der Beschichtung kann beispielsweise mit einem Verfahren der chemischen Dampfabscheidung (Chemical Vapour Deposition, kurz CVD) erfolgen, insbesondere einem Verfahren der plasmaunterstützten chemischen Dampfabscheidung (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition, kurz PECVD, manchmal auch bezeichnet als Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition, kurz PACVD). Das PECVD-Verfahren kann mit einem vergleichsweise kalten Plasma arbeiten, sodass es sich zur Beschichtung von Kunststoffen mit vergleichsweise niedriger Erweichungstemperatur eignet. Mit einem PECVD-Verfahren können auf wirtschaftliche Weise große Anzahlen von Kunststoffbauteilen, die als Gehäusebauteil für optische Sensoren verwendet werden sollen, mit einem SiO2- oder TiO2-Film beschichtet werden. Insbesondere erlaubt das PECVD-Verfahren die Erzeugung definierter Schichtdicken für die Beschichtung.
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Die Beschichtung sollte eine Dicke besitzen, die möglichst geringe Auswirkungen auf die optischen Eigenschaften des Gehäusewandstücks mit sich bringt. Dabei haben sich Schichtdickenwerte als günstig erwiesen, die kleiner sind als eine ganze Wellenlänge oder eine halbe Wellenlänge oder eine fünftel Wellenlänge oder eine zehntel Wellenlänge des verwendeten Messlichts. Beispielsweise besitzt die Beschichtung bei bestimmten Ausführungsformen eine Dicke von nicht mehr als 150 nm oder nicht mehr als 100 nm oder nicht mehr als 80 nm. Bei derart geringen Werten der Dicke der Beschichtung ist zudem eine oftmals erwünschte Flexibilität der Beschichtung erziel bar.
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Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Beschichtung des Kunststoffmaterials lässt sich bei bestimmten Ausführungsformen eine Oberflächenenergie des Gehäusewandstücks im Bereich der Grenzfläche von mehr als 55 mN/m (Millinewton pro Meter) oder mehr als 60 mN/m oder mehr als 65 mN/m oder mehr als 70 mN/m, z.B. mehr als 72 mN/m, erreichen. Die Benetzbarkeit einer Feststoffoberfläche kann alternativ zur Oberflächenenergie auch über den Kontaktwinkel ausgedrückt werden, den ein auf die Oberfläche aufgebrachter Flüssigkeitstropfen (z.B. Wassertropfen) zu der Oberfläche bildet. Diesbezüglich hat sich gezeigt, dass mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Beschichtung des Kunststoffmaterials ein Kontaktwinkel des Gehäusewandstücks im Bereich der Grenzfläche zu Wasser von weniger als 25 Grad oder weniger als 20 Grad oder weniger als 15 Grad oder weniger als 10 Grad oder weniger als 5 Grad erreicht werden kann. Der Kontaktwinkel eines Flüssigkeitstropfens ist über die in der Fachwelt wohlbekannte Young'sche Gleichung mit der Oberflächenspannung des Flüssigkeitstropfens, der freien Oberflächenenergie des Festkörpers, auf den der Flüssigkeitstropfen aufgebracht ist, und der Grenzflächenspannung zwischen Flüssigkeit und Festkörper verknüpft.
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Das Kunststoffmaterial des Gehäusewandstücks wird beispielsweise aus der Gruppe gewählt, welche mindestens eines der folgenden Materialien umfasst: Polypropylen, Polyamid, Acrylamid, Polyolefin.
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Das Gehäusewandstück weist bei bestimmten Ausführungsformen einen Transmissionsgrad für das Licht des Messlichtstrahls von weniger als 90% oder weniger als 85% oder weniger als 80%, jedoch von mehr als 60% oder mehr als 65% oder mehr als 70% auf.
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Das Haushaltsgerät kann beispielsweise eine Waschmaschine, ein Geschirrspüler, ein Kühlgerät, ein Gefriergerät, ein Gerät mit kombinierter Kühl- und Gefrierfunktion oder ein Gargerät, insbesondere ein Dampfgargerät, sein. In einer Waschmaschine oder einem Geschirrspüler kann die Sensoranordnung beispielsweise zur Messung der Trübung oder/und zur Erkennung von Schaumbildung einer in dem Haushaltsgerät eingesetzten Prozessflüssigkeit (Waschwasser, Spülwasser) dienen. In einem Kühl- oder/und Gefriergerät kann die Sensoranordnung beispielsweise als Lichtschranke dienen. Die Lichtschranke kann dazu genutzt werden, die Füllhöhe in einem Behältnis, z.B. einem Sammelbehälter für Eisstücke, zu überwachen. Hydrophile Eigenschaften der Außenoberfläche des Gehäusewandstücks können auch bei einem derartigen Einsatzzweck der optischen Sensoranordnung vorteilhaft sein. Die Luftfeuchtigkeit im Innern eines Kühl- oder/und Gefriergeräts kann zu feuchtem Niederschlag oder sogar zu Eisbildung an der Außenoberfläche des Gehäusewandstücks führen. Um die Lichtschrankenfunktion möglichst wenig zu beeinflussen, sollte sich etwaiger feuchter Niederschlag gleichmäßig auf der Außenoberfläche des Gehäusewandstücks gut verteilen oder gut von der Außenoberfläche ablaufen, wofür eine gute Benetzbarkeit wichtig ist. Sofern die Sensoranordnung mit einem Heizelement ausgeführt ist, mittels dessen eine etwaige Eiskruste an der Außenoberfläche des Gehäusewandstücks zum Schmelzen gebracht werden kann, ist eine gute Benetzbarkeit wiederum Voraussetzung dafür, dass sich das geschmolzene Eis gleichmäßig auf der Außenoberfläche des Gehäusewandstücks verteilt oder gut von der Außenoberfläche abläuft.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten einzigen Zeichnung weiter erläutert. Deren 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines kombinierten Trübungs- und Schaumsensors zum Einsatz beispielsweise in einer Waschmaschine oder einem Geschirrspüler der Haushaltsausstattung. Der Sensor - allgemein mit 10 bezeichnet - ist in ein Montageloch einer Begrenzungswand 12 eingesetzt, welche einen Nassraum 14 von einem Trockenbereich 16 abgrenzt. Bei dem Nassraum 14 handelt es sich beispielsweise um den Spülraum eines Geschirrspülers oder um den Innenraum eines Laugenbehälters, in welchem eine Waschtrommel einer Waschmaschine drehbar gelagert ist. Der Sensor 10 weist ein lichtdurchlässiges Sensorgehäuse 18 auf, welches im gezeigten Beispielfall einen annähernd topfförmigen Gehäusehauptteil 20 aufweist, von dem eine Mehrzahl (hier zwei) längliche Ausstülpungen 22, 24, die man auch als Gehäusefinger bezeichnen kann, in Richtung des Nassraums 14 abstehen. Im gezeigten Beispielfall ragt zusätzlich zu den Gehäusefingern 22, 24 auch ein Teil des Gehäusehauptteils 20 in den Nassraum 14 hinein.
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In dem Sensorgehäuse 18 ist eine Leiterplatte 26 aufgenommen, auf welcher mindestens ein Lichtsender, z.B. in LED-Bauweise, sowie mindestens ein Lichtempfänger, z.B. in Form einer Photodiode, montiert sind. Im gezeigten Beispielfall ist die Leiterplatte 26 mit zwei Lichtsendern 28, 30 sowie mit zwei Lichtempfängern 32, 34 bestückt. Der Lichtsender 28 und der Lichtempfänger 32 bilden ein erstes zusammenwirkendes Paar optoelektronischer Komponenten, der Lichtsender 30 und der Lichtempfänger 34 bilden ein weiteres solches Paar. Im gezeigten Beispielfall dient das Sender/Empfänger-Paar 28, 32 für Trübungsmessungen, das heißt zur Messung der Trübung eines in dem Nassraum 14 befindlichen Fluids (Waschflüssigkeit). Das andere Sender/Empfänger-Paar 30, 34 dient für Schaummessungen. Das von dem Lichtsender 28 ausgesendete Messlicht durchläuft eine zwischen den beiden Gehäusefingern 22, 24 durch den Nassraum 14 hindurch verlaufende Messstrecke (Trübungsmessstrecke), wobei je nach Trübung des in dem Nassraum 14 befindlichen Fluids das Messlicht eine mehr oder weniger starke Dämpfung entlang der Messstrecke erfährt. Das Licht des Lichtsenders 28 tritt aus dem Gehäusefinger 22 an einer bei 36 angedeuteten Stelle in den Nassraum 14 aus und tritt aus dem Nassraum 14 an einer bei 38 angedeuteten Stelle in den Gehäusefinger 24 ein. Die Stellen 36, 38 gehören zu einer Gehäusewand 40, welche den Gehäuseinnenraum vom Gehäuseaußenraum abtrennt.
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Im Bereich der Stellen 36, 38 bildet die Gehäusewand 40 jeweils eine optische Grenzfläche des Sensorgehäuses 18 zu dem in dem Nassraum 14 befindlichen Medium. Für eine hohe Qualität und Zuverlässigkeit der Messung ist eine gute Benetzbarkeit der Außenoberfläche des Sensorgehäuses 18 in dem Bereich dieser optischen Grenzflächen, d.h. im Bereich der Stellen 36, 38, erwünscht. Dazu ist die Gehäusewand 40 des Sensorgehäuses 18 zumindest im Bereich der Gehäusefinger 22, 24 mehrschichtig aufgebaut mit - wie in dem vergrößerten Ausschnitt A gezeigt - einer Hauptschicht 42 aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise Polypropylen, und einer gehäuseaußenseitig auf die Hauptschicht 42 aufgebrachten, die Benetzbarkeit verbessernden Hydrophilierungsschicht 44 aus Siliziumdioxid (SiO2) oder Titandioxid (TiO2). Das in 1 in dem Ausschnitt A gezeigte Dickenverhältnis der beiden Schichten 42, 44 ist nicht als maßstabsgetreu zu verstehen; in der Praxis kann die Dicke der Kunststoffhauptschicht 42 um einen Faktor 1000 oder mehr größer sein als die Dicke der Hydrophilierungsschicht 44. Beispielsweise kann die Kunststoff-Hauptschicht 42 eine Dicke von etwa 1 mm besitzen, während die Hydrophilierungsschicht 44 eine Dicke von höchstens 200 nm, beispielsweise zwischen etwa 50 und 150 nm, besitzen kann. Die Hydrophilierungsschicht 44 kann in einem PECVD-Verfahren auf der Kunststoff-Hauptschicht 42 abgeschieden werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Sensorgehäuse 18 auf seiner Gehäuseaußenseite großflächig, insbesondere vollflächig, mit der Hydrophilierungsschicht 44 versehen sein.
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Dennoch ist es im Rahmen der vorliegenden Offenbarung nicht ausgeschlossen, die Hydrophilierungsschicht 44 nur in lokalen Bereichen des Sensorgehäuses 18 vorzusehen, beispielsweise nur dort, wo die Gehäusewand 40 optisch wirksam (d.h. wirksam für die Sensorfunktion) ist.
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Für die Schaummessung mittels des Sender/Empfänger-Paars 30, 34 bildet die Gehäusewand 40 des Sensorgehäuses 18 an der Gehäuseaußenseite eine Grenzfläche 46, welche als Planfläche ausgebildet ist und unter einem schrägen Winkel zur Strahlachse des auf sie einfallenden Lichtstrahls des Lichtsenders 30 orientiert ist. Im Fall, dass sich in dem Nassraum 14 angrenzend an die Grenzfläche 46 reine Luft befindet, wirkt die Grenzfläche 46 totalreflektierend. Im reinen Flüssigkeitsfall, d.h. die Grenzfläche 46 ist vollständig mit einer blasenfreien Flüssigkeit benetzt, wirkt die Grenzfläche 46 transmittierend. In einem Schaumfall, d.h. der an die Grenzfläche 46 angrenzende Teil des Nassraums 14 ist mit Schaum belegt, werden einzelne Lichtanteile an der Grenzfläche 46 total reflektiert, während andere Lichtanteile an der Grenzfläche 46 in den Nassraum 14 austreten. Je nach Intensität des von dem Lichtempfänger 34 empfangenen Lichts kann auf die Art des in dem Nassraum 14 befindlichen Mediums geschlossen werden, d.h. Luft, Schaum oder Flüssigkeit.
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Wiederum ist es für die Qualität und Zuverlässigkeit der Schaummessung wünschenswert, an der Grenzfläche 46 eine gute Benetzbarkeit zu gewährleisten. Aus diesem Grund besitzt die Gehäusewand 40 auch im Bereich der Grenzfläche 46 den in dem vergrößerten Ausschnitt A gezeigten Schichtaufbau mit der gehäuseaußenseitigen Hydrophilierungsschicht aus SiO2 oder TiO2.
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Die Erfindung kann überall dort angewendet werden, wo ein Messlichtstrahl von außerhalb oder innerhalb eines Sensorgehäuses her auf eine Außenoberfläche eines Gehäusewandstücks des Sensorgehäuses trifft, an der aus Gründen der Messgenauigkeit eine gute Benetzbarkeit erwünscht ist. In dem gezeigten Beispielfall der 1 ist eine solche gute Benetzbarkeit im Bereich der Austrittsstelle 36, im Bereich der Eintrittsstelle 38 sowie im Bereich der Grenzfläche 46 erwünscht. Es sind selbstverständlich auch Ausführungsformen eines optischen Sensors denkbar, bei denen in dem Sensorgehäuse nur ein oder mehrere Lichtsender oder alternativ nur ein oder mehrere Lichtempfänger aufgenommen sind, wie dies beispielsweise bei einer Einweg-Lichtschranke der Fall sein kann, wo die Sensoranordnung aus einer Sendereinheit und einer hiervon getrennten Empfängereinheit aufgebaut ist und die Sendereinheit ein erstes Sensorgehäuse umfasst, in welchem ein oder mehrere Lichtsender aufgenommen sind, und die Empfängereinheit ein zweites Sensorgehäuse aufweist, in welchem ein oder mehrere Lichtempfänger untergebracht sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008056701 A1 [0002]
- DE 102011102627 A1 [0002]
