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Einrichtung zur Steuerung des Wasserstandes
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automatisch gesteuerter Haushaltsmaschinen Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zur Steuerung des Wasserstandes automatisch gesteuerter Haushaltsmaschinen,
insbesondere Wasch- und Geschirrspülmaschinen, mit einem abhängig vom Flüssigkeitsstand
innerhalb des Laugenbehälters mechanisch verstellbaren Element, dessen Position
durch einen elektrischen Geber in ein elektrisches Signal umsetzbar ist.
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Es ist bekannt, zur Steuerung des Flottenstandes von insbesondere
Waschmaschinen abhängig vom Druck der Flottensäule gesteuerte Kontakteinrichtungen
zu verwenden. Hier handelt es sich um sogenannte Druckwächter, bei welchen also
abhängig von der durch den Druck einer gemessenen Flottensäule bewirkten Kompression
eines Luftkissens die Verformung einer eine Druckdose verschließenden Membrane als
Kriterium für den gemessenen Flüssigkeitsstand und damit für die Kontaktbetätigung
nutzbar ist.
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Hierbei werden je nach dem Betrag der Verformung unterschiedlichte
Kontakte nacheinander betätigt, welche also jeweils einem gemessenen Niveau entsprechen.
Die einzelnen Kontakte des Druckwächters, welche jeweils bei einer bestimmten Flüssigkeitsstandsmessung
wirksam werden sollen, werden bei den bekannten Einrichtungen durch das zugeordnete,
den Programmablauf steuernde Programmsteuergerät festgelegt bzw.
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angewählt.
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Hierbei war jedoch der Wert oder die Höhe des jeweils ansteuerbaren
Niveaus der z.B. Waschlauge verhältnismäßig starr festgelegt, eine Änderung war
praktisch nicht möglich.
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Somit war eine Programmvariation nur in verhältnismäßig engen Grenzen
möglich und durchführbar. Gemäß einem älteren Vorschlag der Anmelderin wurde deshalb
ein anderer Lösungsweg zur Messung und Steuerung von insbesondere Laugenständen
von Waschmaschinen gesucht, der darin bestand, in den Flüssigkeits- oder Laugenzulauf
einer z.B. Waschmaschine, einen proportional zur durchlaufenden Flüssigkeitsmenge
beweglichen oder betätigbaren Flüssigkeitszähler einzuschalten, der proportional
zur gemessenen durchlaufenden Flüssigkeitsmenge eine bestimmte Anzahl von elektrischen
Impulsen verabfolgt, welche einem elektrischen Digitalzähler zuführbar sind Dieser
Digitalzähler steuert einen Eingang eines elektronischen Komparators, dessen anderer
Eingang wiederum durch das vorzugsweise elektrische oder elektronische Programmsteuergerät
steuerbar ist.
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Bei dieser Anordnung nach dem älteren Vorschlag der Anmelderin ist
zwar von seiten des Programmsteuergerätes eine beliebige Niveauhöhe der z.B. Waschlauge
abrufbar. Der Vielseitigkeit der Programmgestaltung sind somit von der Einstellung
der Laugenhöhe oder Flotte, zçB. einer Waschmaschine her keine Grenzen gesetzt.
Es ist aber so, daß sich im Zählstand unter bestimmten Bedingungen Verschiebungen
oder Verstellungen ergeben können, so z.B. durch Stromunterbrechungen, so daß eine
absolute Messung des Laugenstandes nur bedingt durchführbar; ist. Eine relative
Berücksichtigung eines schon oder eines noch vorhandenen Laugenstandes ist bei diesem
älteren Vorschlag der Anmelderin nur bedingt möglich.
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Es ist ferner bekannt, zur elektrischen oder elektronischen Steuerung
des Wasser- oder Laugenzulaufes bei insbesondere Wasch- oder Geschirrspülmaschinen
innerhalb des Laugenbehälters entweder galvanisch wirkende elektrische Sonden oder
t4TC-Widerstände vorzusehen. Im ersten Fall erfolgt dann die Verabfolgung eines
Steuersignales von den Sonden nach dem Programmsteuergerät, wenn das ansteigende
Laugenniveau eine galv. Verbindung zwischen Sonde und Laugenbehälter oder einer
weiteren elektrischen Sonde ermöglicht. Die dadurch hervorgerufene Widerstandsänderung
oder der überhaupt erst einsetzende Stromfluß zwischen den beiden elektrischen Elektrodenanordnungen
dient dann als Kriterium für den zustande gekommenen Flottenstand innerhalb des
Laugenbehälters.
Im zweiten Fall wird der permanent bestromte NTC-Widerstand
dann abgekühlt, wenn das Laugen- oder Flüssigkeitsniveau den fixiert angeordneten
NTC-Widerstand zu umspülen beginnt.
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Mit diesem Abkühlungsvorgang ist eine Widerstandsänderung verbunden,
welche nach einer ziemlich steilen Charakteristik verläuft und eine Steuerung des
Programmsteuergerätes bzw.
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der Programmsteuereinrichtung zur Folge hat, welche die Unterbindung
des weiteren Zulaufes von Wasser oder Lauge in den Bearbeitungsbehälter nach sich
zieht.
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Die Zuordnung von galvanisch/elektrolytischen Sonden oder von thermischen
Halbleitersonden hat zur Folge, daß sich nach und nach an diesen Laugen- oder Seifenrückstände
absetzen, welche eine Verfälschung der den Laugenzufluß steuernden Strom- oder Widerstandswerte
zur Folge haben. Diese Anordnungen erfordern deshalb eine wiederholte Reinigung
der Sonden, wenn eine sichere Steuerung überhaupt erreichbar sein soll.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung des
Flotten- oder Laugenstandes bei insbesondere Wasch- oder Geschirrspülmaschinen zu
schaffen, welche zuverlässig arbeitet und eine große Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche
Flüssigkeitsstandsbedingungen erlaubt.
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Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Stellposition
des abhängig vom Flüssigkeitsstand mechanisch verstellbaren Elementes stetig in
ein den jeweiligen Ist-Wert des Wasser- oder Laugensta:,des kennzeichnendes digitales
Signal umwandelbar ist, welches dem Eingang einer dem elektronischen- oder teilelektronischen
Programmsteuergerät zugeordneten elektronischen Komparator schaltung zuführbar ist,
deren anderer Eingang durch den jeweils vom Programmsteuergerät geforderten Soll-Wert
des Flüssigkeitsstandes digital markierbar ist und daß über den Ausgang der elektronischen
Komparatorschaltung ein die Beziehung des Ist-Wertes des Flüssigkeitsstandes zum
geforderten Soll-Wert desselben kennzeichnendes elektrisches Signal verabfolgbar
ist.
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Die Erfindung umfaßt weiter eine Reihe von Weiterbildungen und Ausgestaltungen
dieses Erfindungsgedankens, welche aus den dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Schutzansprüchen
entnehmbar sind.
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Die Erfindung ist in den beigegebenen Zeichnungen im einzelnen dargestellt:
Es bedeuten: Fig. 1 eine schematische Darstellung der grundsätzlichen Anordnung
der Erfindung.
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Fig. 2 eine schematische Darstellung einer besonderen Ausführungsform
einer Anordnung nach der Erfindung.
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Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren besonderen Ausführungsform
einer Anordnung nach der Erfindung.
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Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Weiterbildung der Ausfuhrungsform
einer Anordnung nach der Erfindung nach Fig. 3.
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Fig. 5 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform
einer Anordnung nach der Erfindung.
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Fig. 6 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform
einer Anordnung nach der Erfindung.
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Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Weiterbildung der Ausführungsform
nach der Erfindung gemäß Fig.6.
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In der Fig. 1, welche in schematischer Darstellung eine grundsätzlich
mögliche Anordnung der Erfindung wiedergibt, stellt 1 ein abhängig vom Flüssigkeitsstand
der zu messen ist, mechanisch bewegliches Element dar. Dieses mechanisch bewegliche
Element könnte beispielsweise durch einen sogenannten Schwimmer gebildet werden,
der, auf der Oberfläche der zu messenden Flüssigkeit treibend, je nach dem eingenommenen
Flüssigkeitsstand seine relative Position gegenüber einem Fixpunkt variiert
Diese
relative Position könnte dann als Kriterium für den Betrag des erreichten Flüssigkeitsstandes
dienen, Dem mechanisch beweglichen Element 1 ist ein mechanisch elektrischer Wandler
2 nachgeordnet, der dazu dient, die von dem mechanisch beweglichen Element 1 als
Funktion des Flüssigkeitsstandes eingenommene relative Position in einen elektrischen,
vorzugsweise analogen Wert umzuwandeln.
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Durch den mechanisch elektrischen Wandler wird somit die vom Flüssigkeitsstand
abhängige Stellposition des mechanisch beweglichen Elementes 1 in ein analoges elektrisches
Signal umgewandelt, z.B. Widerstand, Spannung, Strom.
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Dem mechanisch elektrischen Wandler 2 wiederum ist ein Analog-Digitalwandler
3 nachgeordnet, der das vom mechanisch elektrischen Wandler 2 verabfolgte analoge
Signal in ein digitales Signal umsetzt. Am Ausgang des analog-digitalen Wandlers
erscheint also ein digitales Signal, das seiner Markierung nach den Ist-Wert des
Flüssigkeitsstandes der zu überwachenden Haushaltsmaschine kennzeichnet.
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Es ist grundsätzlich möglich, und ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
befaßt sich mit einer derartigen Anordnung, den mechanisch-elektrischen Wandler
2 und den Analog Digitalwandler 3 zu einer Geräteeinheit zu vereinigen, d.h.
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den mechanisch-elektrischen Wandler derart auszubilden, daß dieser
am Ausgang kein analoges sondern unmittelbar ein digitales elektrisches Signal zur
Kennzeichnung der
Stellposition des mechanisch beweglichen Elementes
1 verabfolgt.
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Dem Analog-Digitalwandler 3 (bzw. einem digitale Signale unmittelbar
verabfolgenden mechanisch-elektrischen Wandler 2) ist nun der elektronische Komparator
5 nachgeordnet, der andererseits durch digitale Signale eines digitalen Sollwertgebers
4 des elektronischen oder teilelektronischen Programmsteuergerätes beaufschlagbar
ist. Der Sollwertgeber 4 verabfolgt in digitaler Form den Sollwert der vom Programmsteuergerät
auf Grund des Programmablaufes geforderten Flüssigkeitsstandes im Haushaltsgerät.
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Die elektronische Komparatorschaltung 5 vergleicht nun den vom Analog-Digitalwandler
3 entsprechend dem gemessenen Flüssigkeitsstand verabfolgten Digitalwert, der den
Ist-Wert des Fltjssigkeitsstandes kennzeichnet, mit dem vom Sollwertgeber 4 entsprechend
dem Programmablauf geforderten digitalen Sollwert.
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Wird durch den elektronischen Komparator 5 festgestellt, daß der Ist-Wert
des Flüssigkeitsstandes kleiner ist, als der vom Sollwertgeber 4 geforderte Sollwert,
so verabfolgt der Komparator 5 ein Signal, welches ein im Wasserzulauf der zu steuernden
Haushaltsmaschine angeordnetes elektromagnetisches Ventil 7 zum Ansprechen bringt,
d.h. dieses öffnet.
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Es fließt somit Wasser oder Lauge in die zu steuernde Haushaltsmaschine
nach, und zwar solange, bis durch den elektronischen Komparator 5 eine Übereinstimmung
von Ist- und Sollwert des Flüssigkeitsstandes der zu steuernden Haushaltsmaschine
feststellbar ist. Trifft dies zu, so wird vom elektronischen Komparator 5 ein erneutes
Signal verabfolgt, welches das Schließen des elektromagnetischen Ventiles 7 zur
Folge hat.
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Wird andererseits durch den elektronischen Komparator ermittelt, daß
der durch das mechanisch bewegliche Element 1 festgestellte Istwert des Flüssigkeitsstandes
größer ist als der vom Sollwertgeber 4 und damit vom Programmsteuergerät geforderte
Sollwert, so wird vom elektronischen Komparator 5 ein derartiges Signal verabfolgt,
das zur Einschaltung einer elektrischen Pumpe 6 führt, welche den Überschuß an Flüssigkeitsstand
durch Abpumpen der z.B. Waschlauge beseitigt.
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Will kann durch den elektronischen Komparator 5 wiederum festgestellt,
daß Übereinstimmung zwischen Istwert und Sollwert des Flüssigkeitsstandes besteht,
so wird durch Verabfolgung eines weiteren Signales das Außerbetriebsetzen der Pumpe
6 eingeleitet.
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Hierbei kann das von dem elektronischen Komparator 5 zum Außerbetriebsetzen
des Ventiles 7 bzw. der Pumpe 6 verabfolgte Signal einfach das Potential 0 darstellen,
also ein einfacher Abschaltevorgang sein.
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Als mechanisch bewegliches Element 1 dient nun zweckmäßig eine eine
mit dem Flüssigkeitsbehälter pneumatisch verbundene Druckdose einseitig verschließende
Membrane.
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Derartige Anordnungen sind bekannt. Die Betägigung oder Verstellung
der Membrane erfolgt nicht direkt durch die der höhe ihres Standes nach zu messende
Flüssigkeit, sondern unter Zwischenschaltung einer pneumatischen Säule, welche im
Verbindungsrohr zwischen Druckdose und Flüssigkeitsbehälter ausgebildet ist. Dies
hat den großen Vorteil, daß eine direkte Verbindung zwischen beweglichem Element
1 -also Membrane - und der zu messenden Flüssigkeit vermieden wird. Außerdem läßt
sich durch Einbringen einer oder mehrerer Kapillaren innerhalb des Verbindungsrohres
die gegen durch Schtrallungen der zu messenden Flüssigkeit während des Einlaufvorganges
bedingte Meßfehler benötigte Meßverzögerung leicht mit einfachen Mitteln und vor
allem gleichbleibend erzielen.
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Hierzu gibt Fig. 2 eine etwas mehr detaillierte schematische Darstellung
einer besonderen Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung.
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Die Druckdose 1o ist einseitig durch das mechanisch bewegliche Element,
welches als Membrane 1 ausgebildet ist, umschlossen.
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Im Boden der Druckdose 1o ist ein diesen durchragender Anschlußstutzen
11 vorgesehen, der mit einem Verbindungsrohr 12, welches vorteilhaft als flexibler
Schlauch ausgebildet ist, in Verbindung steht.
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Das Verbindungsrohr 12 ist mit einem nach außen führenden Anschlußstutzen
des Waschmaschinenbehälters verbunden, der unten an diesem vorgesehen ist. Diese
Anordnung ist an und für sich bekannt und bedarf keiner näheren Darstellung oder
Erläuterung. Innerhalb des Verbindungsrohres 12 ist zur Verwirklichung der Kapillaren
ein sogenannter Kapillarpfropf 13, der z.B. aus Filz oder einem ähnlichen Werkstoff
hergestelIt sein kann, vorgesehen.
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Die Membrane 1 ist mit einem Gestänge 14 versehen und durch dieses
mit dem beweglichen Glied verbunden, das elektromagnetische oder elektrische Eigenschaften
aufweist, d.h. entweder aus ferromagnetischem Werkstoff oder einem Werkstoff hoher
Leitfähigkeit, z.B. Kupfer, Silber etc., hergestellt ist und entweder innerhalb
oder in der Nähe einer eine Induktivität 16 bildenden Spule angeordnet ist. Diese
Induktivität 16 ist Teil einer Oszillatoir oder astabilen Relaxationsschaltung 17,
welche mit einem bestimmten Frequenzwert schwingt, der seinerseits abhängig ist
von der Induktivität der Spule 16 und somit von der relativen Position zwischen
dem Glied 15 und dieser Spule 16.
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Je nach der Höhe des Flüssigkeitsstandes in dem Laugenbehälter der
z.B. Waschmaschine, drückt die Flüssigkeitssäule auf die Luftsäule des Verbindungsrohres
12, da die Druckdose 1o ja einseitig durch die Membrane 1 verschlossen ist.
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Die Membrane ist ist sehr flexibel ausgebildet, so daß diese unter
der Druckeinwirkung des Luftpolsters in der Druckdoese 1o und in dem Verbindungsrohr
12 eine laterale Ausformung nach oben erfährt. Je nach der Höhe des Flüssigkeitsstandes
in der z.B. Waschmaschine, wird die Membrane 1 unterschiedlich stark verformt, um
demnach das Glied 15 unterschiedlich positioniert. Diese unterschiedliche Positionierung
hat aber eine variable Induktivität der Spule 16 zur Folge, was sich in einer unterschiedlichen
Oszillator- oder Relaxationsfrequenz der Oszillatorschaltung 17 auswirkt.
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Der Oszillator 17 ist über eine Signalleitung13 mit einem Frequenz-Digitalwandler
3' verbunden, welcher die ihm vom Oszillator 17 übermittelte Frequenz in eine digitale
Belegung mehrer Ausgangsleitungen 19 umwandelt.
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Diese Ausgangsleitungen sind an den einen Eingang einer elektronischen
Komparatorschaltung 5 angeschlossen, während an den anderen Eingang ebenfalls digital
belegte Ausgangsleitungen 21 eines Sollwertgebers 4 geschaltet sind, welcher zweckmäßig
dem Programmsteuergerät unmittelbar zugeordnet ist. Die Komparatorschaltung 5 ihrerseits
verfügt über einen Ausgang 20.
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Der vom Frequenz-Oszillator 17 über die Zuleitung 18 dem Frequenz-Digitalwandler
3' zugeführte Frequenzwert wird von diesem in einen'digitalen Meßwert umgewandelt,
der seinerseits vom Komparator 5 mit dem vom Sollwertgeber 4 des Programmsteuergerätes
verabfolgten digitalen Sollwert verglichen wird.
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Übersteigt der gemessene Ist-Wert des Flüssigkeitsstandes den vom
Sollwertgeber 4 bzw. dem Programmsteuergerät vermittelten Sollwert, so verabfolgt
der Komparator 5 über seinen Ausgang 20 ein Signal, das die Einschaltung einer Pumpe
6 der z.B. Waschmaschine veranlaßt. Die Einschaltung dieser Pumpe wird solange aufrechterhalten,
bis der vom Sollwertgeber 4 vorgeschriebene Flüssigkeitsstand erreicht ist. Unterschreitet
andererseits der Ist-Wert der gemessenen Flotte den vorgeschriebenen Sollwert, so
wird durch den Komparator 5 über den Ausgang 20 ein Signal verabfolgt, welches die
Einschaltung und damit Öffnung des elektrischen Ventiles 7 in der Wasserversorgungsleitung
der z.B.
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Waschmaschine zur Folge hat. Dieses Ventil 7 bleibt solange geöffnet,
bis der vom Sollwertgeber 4 geforderte Flüssigkeitsstand in der z.B. Waschmaschine
erreicht ist. Wird schließlich durch die Messung Übereinstimmung zwischen dem Ist-Wert
und dem Sollwert des Flüssigkeitsstandes festgestellt, so verabfolgt der Komparator
5 ein 3. Signal über seinen Ausgang 20, der auch in verabfolgtem Potential "0" bestehen
kann.
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Das von der Komparatorschaltung 5 verabfolgte Signal beeinflußt gemäß
einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung rückwirkend das Programmsteuergerät.
Für die Zeitdauer eines erforderlichen Abpumpvorganges oder einer Wasserzufuhr,
wird das eigentlich zeitlich gesteuerte Programm des Programmsteuergerätes in seinem
Ablauf unterbrochen.
Dadurch ist gewährleistet, daß während der
vollen Zeitdauer einer Programmphase das geforderte Flüssigkeitsniveau durchgehend
in der geforderten Höhe zur Verfügung steht, dieses also weder zu niedrig noch zu
hoch ist.
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Eine zweckmäßige Form der Ausgestaltung, welche ebenfalls als im Rahmen
der Erfindung liegend angesehen wird, kann darin bestehen, daß die für den Regelvorgang
erforderlichen Schaltmaßnahmen, nämlich Ein- und Ausschalten der Pumpe 6, Ein- und
Ausschalten des elektrischen Ventiles 7, unmittelbar vom Programmsteuergerät selbst,
und zwar durch den Programmträger bewirkbar sind. Eine solche Ausgestaltung hat
eine bedeutsame elektrische Entlastung des Komparators 5 zur Folge, da die in beiden
Fällen mit beachtlichen Blindanteilen behafteten Funktionselemente (Pumpe 6, Ventil
7,)über leistungsstarke Kontakte oder aber bei einem elektronischen Programmsteuergerät
über entsprechend ausgelegte Halbleiterbauelemente schaltbar sind, während der Komparator
5 nur eine Fortstellung des Programmträgers in eine bestimmte, der ernfünschten
Schaltmaßnahme entsprechende Position zu bewirken hätte. Eine permanente Überwachung
des Flüssigkeitsstandes wäre dann allerdings nicht mehr gegeben. In diesem Falle
wäre es dann notwendig bzw. zweckmäßig, die Überprüfung des Flüssigkeitsstandes
zumindest bei einem jeden Beginn einer Programmphase bzw. eines Programmschaltzustandes
zu wiederholen, damit die Beibehaltung des erforderlichen Flüssigkeitsstandes während
des Programmablaufes sicher gewährleistet ist.
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Durch den in dem Verbindungsrohr 12 zwischen Druckdose 1o und dem
Behälter der z.B. Waschmaschine vorgesehenen Kapillarpfropfen 13, isttei plötzlichen
Veränderungen der Drucksäule der Flüssigkeit einerseits und demnach auch der Luft
im pneumatischen System andererseits - wie diese beispielsweise bei Schwallvorgängen
beim Zulauf von Wasser oder bei Bewegungen der z.B. Waschtrommel entstehen -nur
ein sehr langsamer, d.h. stark verzögerter Druckausgleich möglich. Vorübergehende,
durch Schwallungen bedingte Druckänderungen bleiben somit ohne Einfluß, da der Flüssigkeitsstand
auf einen mittleren Wert und damit die Ausformung der Membrane 1 auf einem konstanten
Wert aufrechterhalten bleiben.
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Die Ausbildungsform der Erfindung nach Fig. 2 ermöglicht eine relativ
einfache und vor allem auch störungsfreie mechanisch-elektrische Wandlung der Stellposition
des abhängig vom Druck mechanisch verstellbaren Elementes 1.
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Außerdem kann das vom Oszillator 7 erzeugte Frequenzsignal durch nur
eine Signalleitung auf den Frequenz-Digitalwandler 3' übertragen werden. Frequenz-Digitalwandler
3', Komparator schaltung 5 und Sollwertgeber 4 können somit unmittelbar dem elektrischen
oder elektronischen Programmsteuergerät zugeordnet werden und mit diesem somit eine
Baueinheit bilden.
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Andererseits ist eine Zusammenfassung der Druckdose 1o, der Membrane
1 und des mechanisch-elektrischen Wandlers 15, 16, 17 zu einer vorzugsweise von
einer Schutzkappe oder einem Behältnisumschlossenen Baueinheit möglich bzw. zweckmäßig.
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Durch die Anordnung nach der Erfindung ist somit eine stetige Messung
des Flüssigkeitsstandes sowie eine Einstellung bzw. Regelung desselben auf beliebige
Zwischenwerte möglich, welche vom Sollwertgeber 4 bzw. vom zugehörenden Programmsteuergerät
während des Programmablaufes verabfolgbar sind.
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Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das
vom mechanisch-elektrischen Wandler 2 verabfolgte elektrische Signal unmittelbar
in digitaler Form emittierbar ist.
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Hierzu ist ein mit dem Gestänge 14 der Membrane verbundenes, um den
Lagerpunkt 26 verschwenkbares kreissektorähnliches Teil 27 vorgesehen, welches mit
Segmenten von Kontaktbahnen 28 - 32 versehen ist, die ihrerseits von Kontakten 33
- 37 abtastbar sind. Die Kontaktbahnen 28 - 32 sind unterschiedlich längs ihrer
Peripherie belegt, derart, daß bei einer durch unterschiedliche Ausformung der Membrane
1 verursachten Auslenkung des verschwenkbaren Teiles 27 durch die Kontaktgruppe
33 - 37 eine die Position des Teiles 27 eindeutig elektrisch kennzeichnende digitale
Markierungsfolge abnehmbar ist.
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Die Kontaktbahnen 28 - 32 werden hierbei über den eine weitere, durchgehende
Kontaktbahn 38 abfühlenden Kontakt 39 bestromt.
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Je nach der Stellposition des verschwenkbaren Teiles 27 wird also
an den Kontakten 33 - 37 eine unterschiedliche, diese Stellposition jeweils kennzeichnende
digitale Signalkombination abnehmbar, welche über Leitungen 33a - 37a entweder direkt
den Eingängen des Komporators 5 oder aber eines Codewandlers 40 zuführbar ist, welcher
ggf. die Codierung der Kontaktbahnen 28 - 32 in eine für die elektronische Koinporatorschaltung
5 kompatibelere Codierung umsetzt. Durch die Komparatorschaltung 5 wird die durch
den mechanisch-elektrischen Wandler 25 - 39 entweder direkt oder über den Codewandler
4o verabfolgte digitale Kennzeichnung des Ist-Wertes des Flüssigkeitsstandes mit
dessen, vom Sollwertgeber 4 verabfolgten Sollwert verglichen und dementsprechend
am Ausgang 20 ein Signal verabfolgt, welches ggf. den zur Korrektur einer festgestellten
Sollwert-Ist-Wert-Differenz erforderlichen Regelvorgang einleitet.
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Die Einstellposition der Membrane 1 und damit des verschwenkbaren
Teiles 27, welches mit der Membrane 1 ja formschlüssig gekoppelt ist, wird also
unmittelbar durch die von den Kontakten 33 - 37 auf den Kontaktbahnen 28 - 32 abgegriffene
Kombination leitender und nicht leitender Stellen markiert bzw. gekennzeichnet.
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Hierbei ist natürlich eine möglichst große Auflösung des Vertelleees
erstrebenswert, der jedoch durch die Verstellungsgenauigkeit Grenzen gesetzt sind.
Eine Anordnung von fünf IQontaktbahnen 28 - 32 bzw. fiinf Kontakten 33 - 37 erlaub-t
25 = 32 verschiedene Signalkombinationen, so daß 32 unterschiedliche Einstellpositionen
der Membrane 1 bzw.
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des Flüssigkeitsstandes in der z.B. Waschmaschine einstellbar wären.
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Tün wird für ein und dieselbe, z.B. Waschmaschine, kaum die Einstellung
von 32 unterschiedlichen Flüssigkeitsständen in Frage kommen. Es ist jedoch denkbar,
diese Anordnung der Erfindung unverändert bei sehr unterschiedlichen Waschmaschinen
einzusetzen, ohne daß hierzu jeweils eine Grobeinstellung bzw. Voreinstellung erforderlich
Alrde.
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Die Anpassung der Anordnung nach der Erfindung an die jeweilige, z.B.
Waschmaschinenart, könnte dann durch das Programm steuergerät erfolgen, dessen Programm
ohnehin an diese andere, z.B. Waschmaschinenart eines z.B. anderen Herstellers anzupassen
wäre.
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Zur exakten Einstellung des verschwenkbaren Teiles 27 ist diesem an
der Peripherie eine dessen Einstellteilung entsprechende Rastteilung 41 zugeordnet,
welche von einer Rastfeder 42 ab-tastbar ist, die an einem Sockel 43 befestigt ist.
Dadurch werden Zwischenstellungen und tießfehler vermieden, da so sichergestellt
ist, daß das verschwenkbare Teil 27 immer
eine, eine eindeutige
Positionsbestimmung ermöglichende Einstellung einnimmt. Anstelle der mechanischen
Rastung zwischen dem Teil 27 und der Rastfeder 42, wäre auch eine magnetische Feststellung
denkbar, welche eine reibungsfreie Sicherung des Teiles 27 in den verschiedenen
Einstellpositionen ermöglichen würde.
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Die Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 3 hat den Vorteil, eine
daß diese exakte Messung der Winkelposition des verschwenkbaren Teiles 27 und damit
auch der Stellposition der Membrane 1 ermöglicht. Äußere Einflüsse, wie Spannung,
Temperatur, Alterung von Bauelementen der nachgeordneten Elektronikschaltungen 40,
5, 4 sind kaum von Einfluß und die Zuordnung eines Analog-Digitalwandlers ist nicht
erforderlich. Die Beistellung des Codewandlers 40, welcher bei der Aufünrungsform
der Erfindung nach Fig. 3 beispielsweise vorgesehen wurde, ist nur in Sonderfällen
notwendig. Für den digital steuernden mechanisch-elektrischen Wandler 14, 25; 33
- 37, 39 ist im Gegensatz zu demjenigen von Fig. 2 eine Stromversorgung nicht erforderlich.
Dies dürfte sich vorteilhaft auf die Dimensionierung von der Metz stromversorgung
dienenden Transformatoren etc. auswirken.
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In Fig. 4 ist eine opto-elektronische, d. h. kontaktlose Ausführung
des mechanisch-elektrischen Digitalwandlers nach Fig. 3 dargestellt.
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In dem über seinen Lagerpunkt 26 unter Wirkung der durch das Gestänge
14 übertragenen Verstellbewegung der Membrane 1 verstellbaren Teil 27', sind den
Kontaktbahnen 28 - 32 der Fig. 3 entsprechende Lochreihen 281 - 32' vorgesehen,
welche im Strahlengang einer durch die Leuchtdioden 45 und die Foto sensoren 46
- So gebildeten fotooptischen Steuerung angeordnet sind und je nach der Lochbelegung
der einzelnen Lochkreise 2nj' - 32' eine Abblendung der einzelnen Fotosensoren 46
- 50 vornehmen oder aber nicht. Der Verdeutlichung wegen sind die Leuchtdioden 45,
das als Blende wirksame verschwenkbare Teil 27' und die Fotosensoren 46 - 50 nicht
unmittelbar benachbart, sondern in der Fig. 4 gestaffelt angeordnet. In Wirklichkeit
ist vorgesehen, die drei Bauelementeschichten unmittelbar benachbart,sandwichartig,
Zll montieren, so daß eine sehr raumgünstige Anordnung erzielbar ist.
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Eine mit der Lochgruppenteilung des verschwenkbaren Teiles 27' in
ihrer Winkelteilung übereinstimmende Rastung 41, die an der Peripherie des Teiles
27' vorgesehen ist, wird auch hier von einer Rastfeder 42 abgetastet, welche an
einem Sockel 43 gehaltert ist. Auch hier ist es denkbar, anstelle der mechanischen
Rastung eine magnetische Rastung vorzunehmen.
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An den Ausgängen der Foto sensoren 46 - 50 wird eine dem zu verabfolgenden
digitalen Signal entsprechende Einzelsignalfolge erzeugt, welche den Eingängen 46a
- 50a des Sensorverstärkers 51 zuführbar ist.
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In diesem Sensorverstäfker 51 werden die an den Foto sensoren 46 -
50 erzeugten Signale aufgepegelt und präzisiert, sodann über Zuleitungen 19 dem
elektronischen Komparator 5 zugeführt.
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Die Anordnung eines optoelektronischen mechanisch-elektrischen Digitalwandlers
nach Fig. 4 bietet den Vorteil einer praktisch abnutzungsfreien Abtastung der Lochkreise
28' - 32' des verschwenkbaren Teiles 27'. Die Betriebssicherheit der Wandleranordnung
wird dadurch wesentlich erhöht. Ein Verschleiß der optoelektronischen Bauelemente
45; 46 - 50 etc.
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tritt praktisch nicht auf. Außer der Rastung durch die Rastfeder 42
bzw. durch ein entsprechendes magnetisches Rastsystem, ist eine mechanische Belastung
des Teiles 27' nicht vorhanden. Aus diesem Grunde kann die Rastkraft entsprechend
geringer gewählt werden, so daß eine leichtere, hysteresearmere Betätigung des mechanisch-elektrischen
Wandlers nach Fig. 4 möglich wird.
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Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist außerdem eine größere Auflösemöglichkeit
als bei der Anordnung nach Fig. 3 möglich, so daß derselbe Meßbereich des Fltissiglmei-tsstandes
entweder bei gleicher Unterteilung durch einen geringeren Betätigungsweg der Membrane
1 bzw. des Teiles 27' oder aber durch eine feinere Unterteilung, d.h zahlreichere
Meßstellen dargestellt werden kann.
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Die Fig. 5 hat eine Ausführungsform der Erfindung zum Gegenstand,
bei welcher die Steuerung des Sollwertes durch ein mikroprozessorgesteuertes, elektronisches
Programmsteuergerät erfolgt. Hierzu ist nun vorgesehen, den ermittelten Digital-Meßwert
durch einen Parallelserienwandler 55 seriell dem mikroprozessorgesteuerten Programmsteuergerät
5 zuzuführen.
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Hierzu ist der Schaltungsanordnung der Parallel-Serienwandler 55 zugeordnet,
welcher die Funktionskette aus beweglichem Element 1 (Membrane 1), mechanisch-elektrischem
Wandler 2 (z. B. 14 - 17, Fig. 2; 14, 27, 33 - 37, 40 Fig. 3), Analog-Digitalwandler
7 entsprechend ergänzt. Durch die serielle Eingabe des Digitalwertes des Ist-Wertes
des gemessenen Flüssigkeitsstandes in das Programmsteuergerät 56, ist lediglich
eine Signalleitung (Datenleitung) zwischen dem Parallel-Serienwandler 55 und dem
Pro grammsteuer gerät 56 erforderlich.
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Es ist somit zweckmäßig, die Druckdose 1o mit Membrane 1, den mechanisch-elektrischen
Wandler 2, den Analog-Digitalwandler 3 und den Parallel-Serienwandler 55 als eine
Baueinheit 58 auszugestalten. Diese Baueinheit 58 erfordert neben den Zuleitungen
für die Stromversorgung lediglich eine Signalleitung 57 zur seriellen Eingabe der
Meßdaten in das mikroprozessorgesteuerte Programmsteuergerät 56.
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Der elektronische Komparator 5 und der Sollwertgeber 4 sind in diesem
Falle zweckmäßig unmittelbar mit dem mikroprozessorgesteuerten Programmsteuergerät
vereinigt.
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Die Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher als
mechanisch-elektrischer Wandler ein vom verstellbaren Element 1 einstellbarer Widerstand
60 ausgebildet ist. Hierzu ist ein um den Lagerpunkt 61 verschwenkbarer Kontaktarm
62 vorgesehen, welcher über das Gestänge 14 mit der Membrane 1 formschlüssig gekoppelt
ist.
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Je nach dem Grad der lateralen Verformung der Membrane 1, wird mittels
des Gestänges 14 und des Kontaktarmes 62 ein unterschiedlich großer oder kleiner
Teil des Widerstandes 60 abgegriffen. Der verstellbare Widerstand 60 ist Teil einer
lÇheatstonVschen Brückenschaltung 63, an deren Diagonalzweig der Eingang des Analog-Digitalwandlers
3 mittels der Zuleitungen 64 angeschaltet ist.
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Der jeweils durch den Kontaktarm 62 eingestellte Wert des einstellbaren
Widerstandes 60 hat eine gewisse Verstimmung der WheatstonMschen Brücke zur Folge,
welche sich in einer bestimmten Diagonalspannung ausdrückt, welche über die Zuleitungen
64 dem Analog-Digitalwandler 3 zugeleitet wird und durch diesen in einen entsprechenden
Digitalwert umsetzbar ist, der den Ist-Wert des gemessenen Flüssigkeitsstandes kennzeichnet
und zum Vergleich mit einem vorgegebenem Sollwert dem elektronischen Komparator
5 zugeführt wird.
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Diese Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich vor allem durch
einen einfachen Aufbau des mechanischelektrischen Wandlers, der sich baulich günstig,
d.h. mit
kleinen Abmessungen herstellen und auch preisgünstig fertigen
läßt. So kann der Widerstand 60 z.B. zweckmäßig durch Aufdampfen auf einer gedruckten
Leiterplatte verwirklicht werden, auf welcher ebenfalls die die Wheatstone'sche
Brückenschaltung 63 bildenden Bauelemente aufgebracht sind.
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Die Druckdose 1o mit der Membrane 1 und den Teilen 14, 6o, 61, 62
sowie mit der Brückenschaltung 63, werden somit zweckmäßig zu einer geschlossenen
Baueinheit vereinigt, welche über die Zuleitung 64 mit der weiteren Regel schaltung
vereinigt ist. Dadurch ist die Verwirklichung einer preisgünstigen Ausführungsform
eines analogen Flüssigkeitsstandsgebers möglich.
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In Fig. 7, welche eine ähnliche Ausführungsform der Erfindung zum
Gegenstand hat wie die Fig. 6, ist der Widerstand 60' als Potentiometer ausgebildet,
an welchem durch den vom verstellbaren Element 1 beweglichen Kontaktarm 62 ein Teilwert
der an dem Potentiometer 6c anliegenden Versorgungsspannung abgreifbar ist. Diese
mit wechselndem Flüssigkeitsstand variable abgegriffene Teilspannung ist durch den
Analog-Digitalwandler 3 ebenso wie bei der Anordnung nach Fig. 6 in ein digitales
Signal umwandelbar.
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Auch die Anordnung nach Fig. 7 kennzeichnet sich, ebenso wie diejenige
der Fig. 6, durch einen räumlich und preislich günstigen Aufbau, welcher beide Anordnungen,
insbesondere für einfachere und preisgünstigere Haushaltsmaschinen als geeignet
erscheinen lasen dürften.
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Durch die Anordnung nach der Erfindung kann der Flüssigkeitsstand
jederzeit, d.h. während eines jeden Programmschaltzustandes, reguliert und korrigiert
und somit optimal an die jeweiligen Bedingungen des Programmes angepaßt werden.
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Dies ist z.B. bei einem plötzlich erforderlich werdenden Programmwechsel
von Bedeutung, der bei einer vorhergehenden fehlerhaften Programmwahl notwendig
werden kann. Ist z.B.
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anstelle eines für Baumwolle geeigneten Programmes fälschlicherweise
ein Programm eingestellt worden, das für Synthetics geeignet ist und hat der Programmablauf
schon begonnen, so erfolgt bei der Anordnung nach der Erfindung nach durchgeführter
Korrektur der Programmwahl auch eine allfällig notwendige Korrektur des Flüssigkeitsstandes,
d.h.
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das für Synthetics vorgesehene, für Baumwolle aber zu hohe Flüssigkeitsniveau
wird durch sofort eingeleitetes Abpumpen korrigiert, also auf den zulässigen Wert
verringert; umgekehrt würde beim Wechsel von einem für Baumwolle geeigneten Programm
auf ein solches Waschprogramm, das für Synthetics geeignet ist, der Wasserzulauf
automatisch eingeleitet, bis der entsprechend höhere Flüssigkeitsstand erreicht
ist.
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Die Anordnung nach der Erfindung ist stets unabhängig von Ausfällen
der Versorgungsspannung. Ist eine eingetretene Netzatromunterbrechung wieder aufgehoben,
so wird von der Flüssigkeitsstandsmeßeinrichtung nach der Erfindung unmittelbar
der tatsächliche Ist-Wert des Flüssigkeitsstandes wieder verabfolgt. Es ist allenfalls
programmateuerseitig dann eine iiachführung des Programmzählers auf den Stand vor
der Netzstromunterbrechung notwendig, dies kann z.B. durch einen Hilfsspeicher,
welcher über eine Reservestromversorgung, z.B. durch einen Kondensator, verfügt,
bewerkstelligt werden.
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- Patentansprüche -
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