DE10212253A1

DE10212253A1 - Sensorvorrichtung zur Ermittlung des Beladungszustandes eines Wasserenthärters

Info

Publication number: DE10212253A1
Application number: DE10212253A
Authority: DE
Inventors: Bernd Geser; Gerold Jans
Original assignee: Aweco Appliance Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Aweco Appliance Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2003-10-02

Abstract

Es wird eine Sensorvorrichtung zur Ermittlung des Beladungszustandes eines Wasserenthärters, insbesondere von Haushaltsmaschinen wie Waschmaschinen, Geschirrspülern usw., mit einem Gehäuse, einer Füllung aus Ionentauschermaterial und einem Volumenmesselement zur Messung des Volumens der Füllung vorgeschlagen, die eine große Empfindlichkeit aufweist. Hierzu wird das Gehäuse (18) der Sensorvorrichtung (1) mit einer Querschnittsverjüngung (19) versehen, wobei das Volumenmesselement (24, 25) als Füllstandsmesser ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Ermittlung des Beladungszustandes eines Wasserenthärters nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wasserenthärter arbeiten in der Regel mit einem Ionentauschermaterial, das derzeit in Form eines Harzes zur Verfügung steht. Vor allem werden derartige Wasserenthärtersysteme in Geschirrspülern eingesetzt, um Kalkrückstände bzw. Kalkablagerungen auf dem Geschirr zu vermeiden.

Das Ionentauscherharz hat eine gewisse Kapazität, d. h. ein solcher Wasserenthärter ist nur bis zu einem bestimmten Beladungsgrad mit Kalziumionen in der Lage, hartes Rohwasser zu enthärten. Ist die Kapazitätsgrenze erreicht, so wird eine Regeneration mit gesättigter Salzlösung bzw. Sole durchgeführt. Für die Bestimmung des Regenerationszeitpunktes wurden bereits verschiedene Vorrichtungen entwickelt. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der europäischen Patentschrift EP 517 205 beschrieben. Hierbei wird aus der Menge des enthärteten Rohwassers sowie der Differenz zwischen dem Härtegrad des Rohwassers und dem enthärteten Weichwasser errechnet, wann die Beladungsgrenze des Enthärters erreicht ist bzw. wann der Regenerationsvorgang gestartet werden muss.

In einer früheren handelsüblichen Ausführungsform eines Geschirrspülers wurde hierzu ein Sensor eingesetzt, der die Volumenänderung bekannter Ionentauscherharze nutzte. Das Volumen dieser Harze ändert sich abhängig vom Beladungszustand mit Kalziumionen. Dieser Effekt wurde in einer Volumenmessung mittels eines Druckschalters genutzt. Die Ionentauscherfüllung wurde dabei in einem zylinderförmigen Siebeinsatz im Innern des Ionentauscherbehälters angeordnet, wobei an einer Stirnseite über eine Membran ein Druckschalter betätigt wurde. Nachteilig an einer solchen Vorrichtung ist die geringe Empfindlichkeit. Darüber hinaus sind Störungen durch eventuelle Lufteinschlüsse oder etwaige verdichtete Bereiche im Harz der Sensorvorrichtung nicht auszuschließen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Sensorvorrichtung vorzuschlagen, die gegenüber dem bisherigen Stand der Technik eine größere Empfindlichkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Stand der Technik der einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung dadurch aus, dass die Sensorvorrichtung ein Gehäuse mit einer Querschnittsverjüngung aufweist, wobei das Volumenmesselement als Füllstandssensor ausgebildet ist.

Durch die Querschnittsverjüngung des Gehäuses macht sich in diesem Bereich eine Änderung des Volumens des Ionentauschermaterials stärker als Höhenunterschied in der Füllhöhe bemerkbar. Die Verjüngung verursacht gewissermaßen eine Art Übersetzung, so dass eine Volumenveränderung leichter und somit empfindlicher detektierbar wird.

Darüber hinaus sind Füllstandsmesser des gleichen Typs auch noch für andere Zwecke, beispielsweise für Füllstandsmessungen in Dosiergeräten oder Salzbehältern, verwendbar. Hierdurch kann der Kostenaufwand aufgrund größerer Stückzahl weiter reduziert werden. Weiterhin kann für Füllstandsmesser in verschiedenen Funktionen eine gemeinsame Auswerteeinheit, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Multiplexers, verwendet werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird darüber hinaus die Sensorvorrichtung mit einem geschlossenen Gehäuse versehen, das eine Zu- und einen Ablauf aufweist. Hierdurch kann die Sensorvorrichtung außerhalb des Enthärtergehäuses angeordnet werden, was beispielsweise die Anordnung eines Füllstandsmessers außerhalb des Sensorgehäuses erleichtert.

Vorteilhafterweise wird die Füllung als lockere Schüttung und eine Durchströmung der Füllung im Aufstrom vorgesehen, d. h. die Strömungsrichtung durch die Füllung verläuft von unten nach oben.

Bei einer solchen Sensorvorrichtung wird somit die Schüttung der Füllung aus Ionentauschermaterial regelmäßig aufgeschwemmt, dabei eventuelle Lufteinschlüsse ausgespült und etwaige verdichtete Bereiche aufgelockert. In anschließenden Ruhephasen kann sich die Schüttung aus Ionentauschermaterial wieder absetzen.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird oberhalb der Querschnittsverjüngung das Gehäuse mit einem Aufschwemmbereich mit gegenüber der Querschnittsverjüngung größerem Querschnitt vorgesehen. Auf diese Weise wird ein zum Aufschwemmen der Füllung ausreichendes Volumen bei kleinerer Bauhöhe der Sensorvorrichtung bereitgestellt.

Der Füllstandsmesser wird in einer besonderen Ausführungsform als Schranke mit einem Sender und einem Empfänger für elektromagnetische Strahlung ausgebildet. Derartige Schranken sind als Lichtschranken im optischen oder infraroten Frequenzbereich kostengünstig im Handel erhältlich und sind zuverlässig in der Lage, einen Füllstand durch Unterbrechung oder Freigabe des Strahlenganges zu detektieren.

In vorteilhafter Weise wird hierbei eine Infrarotlichtschranke verwendet, um Störungen durch Tageslicht oder dergleichen zu vermeiden.

In einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung wird das Gehäuse der Sensorvorrichtung mit Fenstern versehen, die für die verwendete Strahlung transparent sind. Hierdurch kann ein beliebiges, konstruktiv geeignetes Material für das übrige Gehäuse verwendet werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Gehäuse insgesamt aus einem für die verwendete Strahlung transparenten Material gefertigt. Derartige Kunststoffe sind insbesondere im Bereich von Systemkomponenten für Geschirrspüler bereits im Einsatz.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird die Sensorvorrichtung in Strömungsrichtung des Wassereinlaufs hinter dem Wasserenthärter angeordnet. Dadurch wird die Sensorvorrichtung über den größten Teil der Betriebsdauer mit enthärtetem Wasser beaufschlagt, so dass das Ionentauschermaterial der Sensorvorrichtung äußerst wenig beladen wird. Erst wenn der Enthärter seine Kapazitätsgrenze erreicht und das aus dem Enthärter kommende Wasser einen gewissen Härtegrad aufweist, wird die Sensorvorrichtung in relevantem Umfang mit Kalziumionen belastet, so dass eine nennenswerte Volumenänderung einsetzt. Hierzu kann die Sensorvorrichtung entsprechend klein ausgebildet werden, so dass gewissermaßen das Ionentauschermaterial der Sensorvorrichtung schlagartig aufgehärtet wird. Der Regenerationszeitpunkt für den Wasserenthärter lässt sich somit genauer erfassen.

Weiterhin kann bei einer separaten Sensorvorrichtung gemäß der Erfindung das Ionentauschermaterial der Sensorvorrichtung speziell im Hinblick auf Volumenänderungen und weniger auf die Enthärterkapazität ausgewählt werden, denn es kann vom Ionentauschermaterial des Wasserenthärters verschieden sein.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich darüber hinaus dadurch, dass für die Sensorvorrichtung eine vom Wasserenthärter separate Solezufuhr vorgesehen ist. Hieraus wiederum resultiert die Möglichkeit, das Ionentauschermaterial der Sensorvorrichtung unabhängig vom Wasserenthärter zu regenerieren.

Weiterhin wird eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung vorzugsweise in einer Bypassleitung des entsprechenden Wasserzulaufs angeordnet, um den Staudruck vor der Sensorvorrichtung zu reduzieren. Hierdurch lässt sich eine dosierte Aufschwemmung des Ionentauschermaterials vor der Volumenmessung erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.

Im Einzelnen zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schaltplan eines Wasserzulaufs, beispielsweise eines Geschirrspülers, und
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung.
In Fig. 1 ist eine Sensorvorrichtung 1 in einem Leitungssystem der Wasserzuführung einer Haushaltsmaschine, z. B. einem Geschirrspüler, dargestellt. Das Rohwasser wird über einen Zulauf 2 und ein 2/2-Wegeventil 3 einem Enthärter 4 zugeführt. Das dort enthärtete Weichwasser wird über eine Weichwasserleitung 5 und über den Weichwasserzulauf 6 weitergeleitet, beispielsweise in den Waschraum eines Geschirrspülers. Ein Sensorzulauf 7 zweigt von der Weichwasserleitung 5 ab und führt auf der Unterseite 8 in die Sensorvorrichtung 1. Ein Sensorablauf 9 ist an dessen Oberseite 10 angeordnet und stromabwärts vom Sensorzulauf 7 wieder mit der Weichwasserleitung 5 verbunden. Gegebenenfalls kann ein Drosselventil 11 zwischen dem Sensorzulauf und dem Sensorablauf 9 vorgesehen werden, um eine ausreichende Durchspülung der Sensorvorrichtung sicherzustellen.
Ein Wasserzulauf 12 ist mit einem Solebehälter 14 verbunden. Der Soleablauf 15 steht über ein 2/2-Wegeventil 13 sowohl mit dem Sensorzulauf 8 als auch über ein weiteres 2/2-Wegeventil 16 mit dem Enthärter 4 in Verbindung.
Im Betrieb wird Rohwasser über den Rohwasserzulauf 2 dem Enthärter 4 zugeführt, dort enthärtet und über die Weichwasserleitung an den Weichwasserzulauf 6 abgegeben. Dabei bilden der Sensorzulauf 7 und der Sensorablauf 9 eine Bypassleitung, so dass die Sensorvorrichtung 1 von unten nach oben von Weichwasser durchspült wird, das anschließend wieder über den Weichwasserzulauf 6, z. B. in den Waschraum eines Geschirrspülers, abgeführt wird. Über das Drosselventil 11 ergibt sich der gewünschte Staudruck vor der Sensorvorrichtung 1, so dass eine kontrollierte Durchspülung und Aufschwemmung des darin befindlichen Ionentauschermaterials erfolgt.
Die Regeneration des Enthärters 4 findet durch Zuleitung von Sole aus dem Solebehälter 14 durch entsprechendes Schalten des 2/2-Wegeventils 16 statt. Hierbei wird Wasser über den Wasserzulauf 12 in bekannter Weise dem Solebehälter 14 zugeführt, so dass dort eine bestimmte Menge von Sole in den Enthärter 4 verdrängt wird.
Der Regenerationszeitpunkt für den Enthärter 4 wird mit Hilfe der Sensorvorrichtung 1 ermittelt. Das Ionentauschermaterial in der Sensorvorrichtung 1 wird erst dann in erheblichem Umfang mit Kalziumionen beladen, wenn die Kapazität des Enthärters 4 erschöpft ist und somit hartes Wasser über die Weichwasserleitung 5 bei der Sensorvorrichtung 1 ankommt. Hierdurch wird die Sensorvorrichtung 1 aufgehärtet, was wiederum in der weiter unten geschilderten Weise detektiert wird.
Um eine dauerhafte zuverlässige Funktion der Sensorvorrichtung 1 zu gewährleisten, ist es erforderlich, auch die Sensorvorrichtung 1 zu regenerieren. Dies erfolgt durch Schalten des 2/2-Wegeventils 13, wodurch wiederum über den Wasserzulauf 12 Wasser in den Solebehälter 14 gelangt und dort die für die Regeneration der Sensorvorrichtung 1 erforderliche Menge an Sole verdrängt wird.
Die Bestimmung des Regenerationszeitpunkts findet unter Ausnutzung von Volumenänderungen des Ionentauschermaterials der Sensorvorrichtung 1 statt. In Fig. 2 ist die Sensorvorrichtung 1 im Einzelnen dargestellt. Sie umfasst ein Gehäuse 18, das eine Querschnittsverjüngung 19 aufweist. Hierdurch ergeben sich insgesamt drei Bereiche. Im unteren Füllbereich 20 befindet sich im Ruhezustand das Ionentauschermaterial 21. Die Querschnittsverjüngung 19 ergibt den Messbereich 22. Darüber befindet sich der Aufschwemmbereich 23, in dem das Ionentauschermaterial 21 beim Durchströmen aufgewirbelt wird. Das Gehäuse 18 hat gewissermaßen die Form einer Sanduhr.
Im Messbereich 22 sind beidseits des Gehäuses 18 ein Sender 24 und ein Empfänger 25 angeordnet, so dass der Strahlengang 26 durch den Messbereich 22 verläuft. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 18 insgesamt aus im Bezug auf die verwendete Strahlung transparentem Material hergestellt.
Nach dem Durchströmen des Gehäuses 18 im Aufstrom setzt sich das Ionentauschermaterial 21 wieder im Füllbereich 20 ab. Nach einer ausreichenden Verweildauer, in der sich erfahrungsgemäß alles Ionentauschermaterial 21 absetzt, wird mit Hilfe des Senders 24 und mit Hilfe des Empfängers 25 geprüft, ob der Strahlengang 26 durchlässig ist. Schrumpft das Ionentauschermaterial 21 in Folge einer Beladung mit Kalziumionen, so führt diese zu einer Volumenverkleinerung und somit zu einem Abfall der Füllhöhe, bis der zuvor unterbrochene Strahlengang 26 durchlässig wird.
Die Querschnittsverjüngung 19 im Messbereich 22 sorgt hierbei für eine signifikante Änderung der Füllhöhe bereits bei kleinen Volumenänderungen im Bezug auf das Gesamtvolumen des Ionentauschermaterials 21 und somit für eine größere Empfindlichkeit der Messung. Der Zeitpunkt, in dem der Strahlengang 26 freigegeben wird, dient als Indiz dafür, dass nicht ausreichend enthärtetes Wasser aus dem Enthärter 4 in die Weichwasserleitung 5 gelangt. Zu diesem Zeitpunkt wird dementsprechend eine Regeneration des Enthärters 4 ausgelöst.
Auch die Sensorvorrichtung 1 muss anschließend regeneriert werden, um das Ionentauschermaterial 21 wieder in den Anfangszustand zurückzuversetzen. Die Menge der Sole und deren Verweildauer im Gehäuses 18 ist hierbei nach Möglichkeit so zu wählen, dass das Ionentauschermaterial 21 in der Sensorvorrichtung 1 zuverlässig vollständig regeneriert wird. Die Regeneration kann hierbei sowohl im Hinblick auf die Solemenge als auch auf die Verweildauer der Sole in der Sensorvorrichtung 1 separat gesteuert werden.
Wesentlich bei der Erfindung ist die Querschnittsverjüngung, durch die die Empfindlichkeit der Messung deutlich verbessert wird. Bezugszeichenliste 1 Sensorvorrichtung
2 Rohwasserzulauf
3 2/2-Wegeventil
4 Enthärter
5 Weichwasserleitung
6 Weichwasserleitung
7 Sensorzulauf
8 Unterseite
9 Sensorablauf
10 Oberseite
11 Drosselventil
12 Wasserzulauf
13 2/2-Wegeventil
14 Solebehälter
15 Soleablauf
16 2/2-Wegeventil
18 Gehäuse
19 Querschnittsverjüngung
20 Füllbereich
21 Ionentauschermaterial
22 Messbereich
23 Aufschwemmbereich
24 Sender
25 Empfänger
26 Strahlengang

Claims

1. Sensorvorrichtung zur Ermittlung des Beladungszustandes eines Wasserenthärters, insbesondere von Haushaltsmaschinen wie Waschmaschinen, Geschirrspülern usw., mit einer Füllung aus Ionentauschermaterial und einem Volumenmesselement zur Messung des Volumens der Füllung, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) ein Gehäuse (18) mit einer Querschnittsverjüngung (19) aufweist, wobei das Volumenelement als Füllstandsmesser ausgebildet ist.

2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenmesselement ein außerhalb des Gehäuses (18) angeordneter Füllstandsmesser (24, 25) ist.

3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein geschlossenes Gehäuse (18) mit Zu- und Ablauf vorgesehen ist.

4. Sensorvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchströmung der als lockere Schüttung vorgesehene Füllung (21) im Aufstrom vorgesehen ist.

5. Sensorvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse oberhalb der Querschnittsverjüngung einen Aufschwemmbereich mit gegenüber der Querschnittsverjüngung (19) größerem Querschnitt aufweist.

6. Sensorvorrichtung nach einem der vorgenannten, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandsmesser als Schranke mit einem Sender (24) und einem Empfänger (25) elektromagnetischer Strahlung (26) ausgebildet ist.

7. Sensorvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandsmesser eine Infrarotlichtschranke ist.

8. Sensorvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (18) Fenster für die verwendete Strahlung aufweist.

9. Sensorvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (18) wenigstens teilweise aus transparentem Material für die verwendete Strahlung angefertigt ist.

10. Haushaltsmaschine mit einem Wasserenthärter, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche vorgesehen ist.

11. Haushaltsmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) in Strömungsrichtung des Wassereinlaufs (2, 5) hinter dem Wasserenthärter (4) angeordnet ist.

12. Haushaltsmaschine nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ionentauschermaterial (21) der Sensorvorrichtung von dem Ionentauschermaterial des Wasserenthärters (4) verschieden ist.

13. Haushaltsmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Wasserenthärter (4) separate Solezufuhr zur Regeneration der Sensorvorrichtung (1) vorgesehen ist.

14. Haushaltsmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bypass (7, 9) im Wasserzulauf (12) der Haushaltsmaschine für die Sensorvorrichtung (1) vorgesehen ist.