DE29513262U1

DE29513262U1 - Sensoren und komplexe Sensoranordnungen für Wasch- und Spülmaschinen

Info

Publication number: DE29513262U1
Application number: DE29513262U
Authority: DE
Original assignee: Kurt Schwabe Institut fuer Mess und Sensortechnik Ev Meinsberg
Current assignee: Kurt Schwabe Institut fuer Mess und Sensortechnik Ev Meinsberg
Priority date: 1995-08-18
Filing date: 1995-08-18
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2005-08-19

Description

Sensoren und komplexe Sensoranordnungen für Wasch- und Spulmaschinen Angabe des technischen Gebiets

Die vorliegende Erfindung betrifft Sensoren und komplexe Sensoranordnungen zur Kontrolle und Steuerung des Wasch- und/oder Spülprozesses in Wasch-, Spül- und anderen Arbeitsmaschinen.

Stand der Technik

In Waschmaschinen, beispielsweise in Haushaltswaschmaschinen, erfolgt die Behandlung eines Gutes, besonders von Textilgut, mittels wäßriger Tensidlösungen, in der Fachsprache als Waschflotten bezeichnet, sowie durch anschließende Spülvorgänge mit gewöhnlichem Leitungswasser. Waschverfahren, die in Waschmaschinen durchgeführt werden, sind allgemein bekannt. Ebenso bekannt sind Vorrichtungen, mit denen über eine Programmwähleinrichtung das für ein Waschgut jeweils geeignete Waschprogramm im voraus eingestellt wird. Es gibt bereits Vorrichtungen, mit denen Programmabschnitte wie Vorwäsche, Hauptwäsche, Spülen, Nachbehandeln und Schleudern ausgewählt oder einzelne oder mehrere dieser Abschnitte miteinander kombiniert werden können. Zum Stand des Wissens gehören technische Lösungen, bei denen Sensoren zur optimalen Gestaltung des Waschverfahrens in Vorrichtungen innerhalb der Waschmaschine benutzt werden. Zweck solcher Vorrichtungen sind vor allem der sparsame Einsatz von Waschmitteln und HilfsstofFen, von Wasser und Elektroenergie. In der Anmeldung DD 218124 wird ein Verfahren zur Charakterisierung tensidhaltiger Lösungen in Wasch- oder Geschirrspülmaschinen angegeben, bei dem physikalische oder chemische Sensoren wirken, um die Waschmitteldosierung zu steuern. Als Meßgrößen werden die Oberflächenspannung, die Wasserhärte, die Leitfähigkeit und der pH-Wert aufgeführt. In dieser Anmeldung werden auch Sensoren als sog. Billigartikel genannt, die bei Verschleiß kostengünstig vom Betreiber der Waschmaschine ausgewechselt werden können. Angaben über die Art der Sensoren und ihr Funktionsprinzip im einzelnen sind in der Schrift jedoch nicht aufgeführt.

In der Anmeldung DE 4311064 wird die Impedanzmessung mittels eines Leitfähigkeitssensors als wesentliche technische Neuerung zur Messung der Schmutzbefrachtung einer Waschflotte

• · 4

angegeben, um Aussagen über Menge und Art der Schmutzbefrachtung zu ermöglichen. Dazu wird eine rohrförmige, fest installierte Meßanordnung mit zwei an die Innenwand des Rohres angebrachten Elektroden, die konkav gewölbt sind und die Platten eines Kondensators bilden, verwendet. Die Anmeldung DE 2917859 beinhaltet Verfahren zum Überwachen und Steuern des technischen Regimes von Waschmaschinen, insbesondere des Wasserzulaufs und/oder der Reinigungs- und Spülmittelzugabe für automatische Wasch- und Geschirrspülmaschinen, indem die Parameter Oberflächenspannung, Wasserhärte, Leitfähigkeit und pH-Wert einzeln oder in Kombination mehrerer Sensoren im Spülbehälter der Maschinen angeordnet werden. In DE 4212688 wird eine Qualitätsmessung des nach der Reinigung aus Waschmaschinen ausfließenden Abwassers vorgenommen, um eine Steuerung der Wasserzufuhr und des Wasserablaufs vornehmen zu können. Dazu werden vorzugsweise optische Sensoren zur Trübungsmessung sowie Sensoren zur Messung der Wasserhärte, des pH-Wertes und/oder der Temperatur benutzt. Die Beschreibung offenbart keine Angaben zur Gestaltung der Sensoren. In der Anmeldung DE 4031981 wird eine Meßvorrichtung zur Messung des Feuchtegrades und der Temperatur geschützt, verbunden mit dem simultanen Einsatz von Sensoren zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung der Waschlauge in Waschtrommeln, wobei die gewonnenen Meßwerte drahtlos nach außerhalb der Waschtrommel übertragen und dort zu einer Steuereinheit der Waschmaschine geleitet werden. Optoelektronische Sensoren sind in DE 3240047 die technischen Mittel, um durch eine Vorrichtung in Wasch- oder Spülmaschinen mit Vorratsbehältern Waschmittel zu einem vorbestimmten Zeitpunkt automatisch in den Waschvorgang zu bringen. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, daß pulverförmige Wasch- oder Hilfsstoffe den Lichtstrahl in einem optischen Meßsystem schwächen oder unterbrechen, wodurch Schlüsse auf die ordnungsgemäße Füllung oder Entleerung der Vorratsbehälter gezogen werden können. Hierbei wird eine Signaleinrichtung genutzt, die hydrostatische Zustände erfaßt, nicht jedoch chemische Eigenschaften der Waschflotten oder Spüllösungen. Eine optische Sensoreinrichtung, die zur Befüllung oder Überwachung von Waschmittelbehältnissen von Waschmaschinen dient, wird in DE 3908438 beschrieben. Insbesondere wird eine Kombination von Leuchtdioden und optoelektronischen Schaltgliedern (Fototransistoren) vorgesehen.

Nach dem Stand der Technik ist es also bekannt, optische oder elektrochemische Sensoren zur Messung der Trübung oder der Qualität, insbesondere der chemischen Eigenschaften von Waschflotten, Abwässern oder anderer Prozeßwässer von Waschmaschinen oder ähnlichen

• * &diams; ■··» ·

Arbeitsmaschinen einzusetzen. Dabei sind bereits sog. Billigsensoren für die Beurteilung der Qualität der Prozeßwässer in Waschmaschinen vorgeschlagen worden.

Es erweist sich als störend, daß die nach dem Stand der Technik üblichen Sensoren und Sensoranordnungen zur Messung und zur Kontrolle und Steuerung des Wasch- und/oder Spülprozesses in Wasch-, Spül- oder anderen Arbeitsmaschinen, die gewöhnlich mittels der Feinwerktechnik hergestellt werden, für eine möglichst große Gebrauchsdauer ausgelegt sind, beispielsweise bei Glaselektroden zur pH-Messung für etwa 6 Monate oder mehr. Sie erfordern ein hohes Maß an Wartung und Pflege, die mit dem diskontinuierlichen Betrieb einer Wasch- oder Spülmaschine in keiner Weise zu vereinbaren sind. Auch auf Sensoren für die anderen bereits o.g. Parameter zur Messung chemischer Eigenschaften von Wasch- oder Spülflüssigkeiten trifft es zu, daß sie in Bezug auf die Auslegung der Sensorlebensdauer den Gegebenheiten der Durchführung des Wasch- oder Spülprozessen in technischen Maschinen nicht angepaßt sind. Ein weiterer ungünstiger Umstand, der die Anwendung der oben genannten Sensoren und Sensoranordnungen zur Kontrolle und Steuerung des Wasch- und/oder Spülprozesses in Wasch-, Spül- oder anderen Arbeitsmaschinen bisher behindert, ist ihre uneinheitliche technische Ausführung, so daß ein unbequem hoher Aufwand für Armaturen zum Einbringen der Sensoren in die Gefäße, welche die Prozeßwässer enthalten, entsteht. Schließlich ist die bei gewöhnlichen Sensoren vorliegende Sensorabmessung hinderlich, da sie beim Einsatz in den genannten technischen Maschinen, für die selbst möglichst geringe Abmessungen angestrebt werden, einen relativ großen Raumbedarf ergeben. Miniaturisierte chemische Sensoren sind zwar grundsätzlich bekannt, doch erfordert ihre Herstellung erheblich höhere Kosten als die Herstellung der üblicherweise in der Technik angewandten Sensoren.

Problem

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, Sensoren und Sensoranordnungen zur Kontrolle und Steuerung des Wasch- und/oder Spülprozesses in Wasch-, Spül- oder anderen Arbeitsmaschinen, mit deren Hilfe der Einsatz von Wasser, Reinigungsmitteln und Heizenergie beim Betrieb von Waschmaschinen, Spülmaschinen oder Arbeitsmaschinen ähnlicher Art verringert werden kann, zu schaffen, welche die o.g. Nachteile nicht aufweisen, miniaturisiert

ausgeführt und vom Nichtfachmann mittels einer Armatur in Wasch- oder Spülmaschinen eingesetzt werden können.

Erfindung

Die Lösung des Problems gemäß der Erfindung besteht nun darin, daß in Dickschichttechnik hergestellte miniaturisierte elektrochemische und/oder Leitfähigkeitssensoren als komplexe Einheit von zwei oder mehreren Sensoren auf einem planaren Substrat hergestellt und mittels einer leicht handhabbaren Armatur, die das unkomplizierte, vom Nutzer ohne weiteres durchzuführende Auswechseln der Sensoreinheit ermöglicht, in die zu messenden Prozeßwässer einer Wasch-, Spül- oder anderen Arbeitsmaschine eingetaucht werden, die mit diesen Sensoren gewonnenen Informationen über den Zustand der Prozeßwässer zum Steuern des Wasch- oder Spülprogramms einer Wasch-, Spül- oder anderen ähnlichen Arbeitsmaschine verwendet werden. Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht insbesondere darin, Komplexe mehrerer Sensoren als Sensoreinheiten zu schaffen, die nach der Dickschichttechnologie einheitlich in größeren Stückzahlen und damit besonders preisgünstig gefertigt werden. Das erfindungsgemäße Vorgehen kann die Beifügung der komplexen Sensoreinheit als sog. Wegwerf- oder Billigsensoren in handelsübliche Waschmittelpackungen, wie sie für Haushalte verwendet werden, einschließen, die vom Nutzer einer Wasch- oder Spülmaschine erworben und von ihm in die Arbeitsmaschine der oben aufgeführten Art eingebracht oder daselbst gegen eine verbrauchte Sensoreinheit ausgetauscht wird. Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß chemische Sensoren zur Messung des pH-Wertes, der Calciumkonzentration, der Wasserhärte, für diese Sensoren eine Referenzelektrode und/oder Sensoren zur Messung der Leitfähigkeit oder der Impedanz einzeln oder als Komplex von zwei oder mehreren dieser Sensoren durch Dickschichttechnik auf einem planaren Substrat hergestellt und bei Erfordernis zusätzlich mit einem Temperatursensor versehen werden. Die mittels dieser Sensoren über die Wasser-, Waschflotten- oder Abwasserqualität erhaltenen Meßwerte werden mit vorgegebenen Grenzoder Richtwerten verglichen, wobei kritische Zustände der Wässer, eine zu hohe oder zu niedrige Waschmittelkonzentration oder eine zu hohe Schmutzbefrachtung des Abwassers angezeigt werden. Dadurch können objektive Kriterien zur weiteren Zugabe oder Drosselung der Zugabe von Wasch-, Spül- und Hilfsstoffen sowie der Zuführung von Leitungswasser vorgegeben und, wie bei manchen Regimen von Spülmaschinen vorgesehen, die

Kreislauffuhrung des Prozeßwassers beendet und dieses in die Abwasserleitung geführt und die Spüllösung erneuert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Fig. 1 und Fig. 2 erläutert. Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Sensor, bestehend aus dem Substrat 1, das aus einer Aluminiumoxid-Keramik besteht; in anderen Ausführungsformen der Erfindung kann hierfür ein Kunststoff eingesetzt werden. In Figur 1 ist weiterhin mit 2 eine Einkerbung bezeichnet, die der Fixierung des Sensors in der Gummidichtung 7 dient, welche in Fig. 2 sichtbar ist. Der Kontaktpunkt 5 in Fig. 1 dient der elektrischen Signalableitung, wobei das Signal an der sensitiven Fläche 4 gewonnen und über die elektrische Leitbahn 3 zu dem Kontaktpunkt geführt wird. Fig. 2 zeigt das nach unten offene Sensorgehäuse 6 zur Aufnahme der Sensoren, wovon hier ein Exemplar 9 dargestellt ist. Die elektrischen Zuleitungen zu den Sensoren werden durch Steckverbinder hergestellt, welche hier nicht eingezeichnet sind. Eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Sensoren nach Fig. 1 hat die Abmessungen 4 mm Breite und 100 mm Länge bei einer Substratdicke von 1 mm. In das zweite Gummiformteil nach Fig. 2 wird eine sog. Referenzelektrode eingesetzt, die für jeden potentiometrischen Sensor, bei den nachstehend genannten Sensoren für den Calciumsensor und den Wasserhärtesensor, zwingend notwendig ist. Statt eines pH-Sensors oder neben diesem können erfindungsgemäß Sensoren zur Messung der Calciumkonzentration, der Wasserhärte und/oder Sensoren zur Messung der Leitfähigkeit oder der Impedanz eingesetzt werden.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung

Durch die Erfindung wird erreicht, daß Sensoren und komplexe Sensoranordnungen zur Kontrolle und Steuerung des Wasch- und/oder Spülprozesses in Wasch-, Spül- oder anderen Arbeitsmaschinen in einheitlicher Ausführung zur einmaligen oder mehrmaligen Verwendung in solchen Maschinen bei einfacher und zuverlässiger Handhabung benutzt werden können. Mit der Erfindung wird im Anwendungsfall erreicht, daß der Wasch- und/oder Spülprozeß in Wasch- und Spülmaschinen unter Einsparung von Wasser, Wasch- und Hilfsstoffen und von Heizenergie durchgeführt werden kann. Ganz allgemein ist mit den erfindungsgemäßen Sensoren oder Sensoreinheiten der Wasch- und/oder Spülprozeß in solchen Arbeitsmaschinen nach sich aus dem Prozeßablauf ergebenden Kriterien mit Hilfe von Sensormeßwerten so steuerbar, daß der Vorgang des Waschens und/oder Spülens nur den unbedingt erforderlichen

	*·	*• »**	•	* ·	• ·	··	•
»	• ·	·»			···
···	»·		··	a··

Zeitaufwand in Anspruch nimmt und daß unnötige Spülvorgänge vermieden werden können. Insbesondere ergibt sich durch die Verwendung der Dickschichttechnik als Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäßen Sensoren eine kostengünstige Vorgehensweise, indem die Sensoren für nur einen oder wenige, im allgemeinen zwei bis fünf Einsätze ausgelegt werden.

Claims

Schutzansprüche

1. Sensoren und komplexe Sensoranordnungen fiir Wasch- und Spülmaschinen zur Kontrolle und Steuerung des Wasch- und/oder Spülprozesses, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelsensoren oder komplexen Anordnungen mehrerer Sensoren in Dickschichttechnik hergestellt sind.

2. Sensoren und komplexe Sensoranordnungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des pH-Wertes und/oder die Leitfähigkeit, der Impedanz, der Wasserhärte und/oder der Calciumkonzentration der Prozeßflüssigkeiten vorgesehen ist und daß mindestens zwei dieser Sensortypen auf einem Substrat vorhanden sind.

3. Sensoren und komplexe Sensoranordnungen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Sensoreinheit zusätzlich ein Temperaturfühler in Dickschichttechnik einbezogen ist.

4. Sensoren und komplexe Sensoranordnungen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren in polymerer Dickschichttechnik hergestellt sind.

5. Sensoren und komplexe Sensoranordnungen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren handelsüblichen Wasch- oder Spülmittelpackungen beigefügt sind.

6. Sensoren und komplexe Sensoranordnungen nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren in ein Gehäuse, das Bestandteil einer Wasch- oder Spülmaschine ist, eingepaßt und leicht auswechselbar sind.

7. Sensoren und komplexe Sensoranordnungen nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung der Sensoranordnung ein oder mehrere Gummiformteile bzw. ein oder mehrere Elastomerformteile verwendet sind.

8. Sensoren und komplexe Sensoranordnungen nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren miniaturisiert und auf Substraten vorzugsweise der Abmessung 3 bis 5 mm Breite und 80 bis 120 mm Länge ausgeführt sind.

9. Sensoren und komplexe Sensoranordnungen nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren an einem Ende einen leitenden, vorzugsweise metallisch leitenden Kontaktpunkt zur Signalableitung aufweisen.

10. Sensoren und komplexe Sensoranordnungen nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat für die Sensorausfuhrung keramisches Material, vorzugsweise Aluminiumoxid, oder ein Polymermaterial verwendet ist.