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Vorrichtung zum Erfassen eines Flüssigkeitsstandes, insbeson-
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dere des Wasserstandes in Wasch- oder Geschirrspülmaschinen Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen eines Flüssigkeitsstandes,
insbesondere des Wasserstandes in wasserführenden Haushaltsmaschinen, 9 wie Wasch-
oder Geschirrspülmaschinen, durch Druckdosenmessung zur Regelung des FlüssigkeitsstandesdunhSteuerung
von Zufluß- und/oder Abflußmengen, zur Steuerung von Programmabläufen und/oder zur
Anzeige des Flüssigkeitsstandes in Verbindung mit einer Auswerte- und Steuerschaltung
und unter Verwendung einer digitale Meßdaten an diese Steuerschaltung abgebenden
Einrichtung mit einem durch die Membrane der Druckmeßdose gekoppelten Schaltglied
mit einer Mehrzahl von Schaltspuren.
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Es ist bekannt, zur Steuerung von Programmabläufen und insbesondere
zur Regulierung des Wasserstandes in Wasch- oder Spülmaschinen Druckmeßdosen einzusetzen,
über welche Kontakteinrichtungen gesteuert werden. Bei diesen sogenannten Druckwächtern
ist abhängig von der durch den Druck einer gemessenen Wassersäule bewirkten Kompression
eines Luftkissens die Verformung einer eine Druckdose verschließenden Membrane als
Kriterium für den gemessenen Flüssigkeitsstand und damit für die Kontaktbetätigung
nutzbar. Je nach dem Betrag der Verformung werden unterschiedliche Kontakte nacheinander
betätigt, welche jeweils einem gemessenen Niveau zugeordnet sind. Die Auswertung
der Schaltlage dieser Kontakte erfordert innerhalb einer Programmsteuereinrichtung
bzw, teilweise direkt durch
unmittelbares Abschalten der Flüssigkeitszuführungssteuerun
(Einlaßventil) oder der Flüssigkeitsabpumpvorrichtung.
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Die Verwendung einer Mehrzahl von durch die Membrane zu betätigenden
Kontakten zu Steuerzwecken ist in mancherlei Hinsicht problematisch. Aus Kostengründen
wird nur die unbedingt erforderliche Anzahl von Kontakten angeordnet werden, so
daß eine einfache Variantenbildung für unterschiedliche Einsatzsituationen kaum
möglich ist. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß bei einer Vielzahl von mechanischen
Kontakten die Dimensionierung der Druckmeßdose derart gewählt sein muß, daß die
maximale Anzahl von Kontakten auch mit dem erforderlichen Kontaktdruck schaltbar
ist. Eine besondere Problematik besteht in der Justierung dieser Kontakte zum Zuordnen
zu einem jeweiligen Flüssigkeitsstand. Jeder Justiereingriff an einem Kontakt wirkt
sich verstellend auf die übrigen Kontakte aus. Wesentliche Jinderungen sind praktisch
nicht möglich. Somit ist bei diesen bekannten Einrichtungen eine Programmvariation
nur in verhältnismäßig engen Grenzen möglich und durchführbar.
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Zur elektrischen oder elektronischen Steuerung des Wasser- oder Laugenzu
oder Ablaufes bei insbesondere Wasch- oder Geschirrspülmaschinen innerhalb des Laugenbehälters
werden auch entweder galvanisch wirkende elektrische Sonden oder temperaturveränderliche
Widerstände eingesetzt. Bei diesen Anordnungen besteht aber das Problem, daß sich
nach und nach an diesen Laugen- oder Seifenrückstände absetzen, welche das Meßergebnis
verfälschen.
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Nach dem heutigen Stand der Entwicklung ist es deshalb zweckmäßig,
am Druckdosen-Meßprinzip zur Erfassung des Wasserstandes in Wasch- oder Spülmaschinen
festzuhalten. Um den Schwierigkeiten, die durch die- Betätigung von mechanischen
Kontakten durch die Membrane der Druckmeßdose gegeben sind, zu begegnen, ist-es
bekannt geworden (DE-OS 28 12 231), eine Vorrichtung vorzusehen, bei der eine Druckmeßdose
eine Steuerkulisse betätigt,
welche nebeneinanderliegend eine Mehrzahl
von Steuerbahnen ausweist. I)iese Steuerbahnen werden in der einen Ausführungsform
mechanisch und in der anderen Ausführungsform optisch abgetastet. Die Rückstellkräfte
durch die Abtastorgane auf die Membrane der ruckmeßdose sind unabhängig von dem
jeweiligen Schaltzustan, bei der optischen Abtastung ohnehin nicht vorhanden. Diese
Maßnahme führt auch zur Möglichkeit, eine Vielzahl von Abtastebenen vorzusehen.
Werden nicht alle diese Abtastebenen für eine Einsatzform benötigt, so ist es doch
möglich, für unterschiedliche Einsatzformen durch entsprechende Auswertung der Steuerbahnen
höchst unterschiedliche Anwendungsvarianten zu bilden.
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Die Scheineinteilung der Abtastebenen kann aber nur dann ihre volle
Wirksamkeit entfalten, wenn dafür Sorge getragen ist, daß durch die Membrane der
Druckmeßdose über einen relativ weiten IIub gleichförrnige reproduzierbare Bewegungsabläufe
bei Druckänderungen erzielt werden Schwankungen in diesen Bewegungsabläufen und
Einstellpositionen sind insbesondere darauf zurückzuführen, daß die Membrane und
die Rückstellfeder der Druckmeßdose sowie die Übertragungsfeder zum Schaltglied
in ihrem Zusammenwirken ungenügend genau definiert sind. Es ist dehalb Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Wasserstandsbestimmung durch Druckdosenmessung
bereitzustellen, bei der durch konstruktive Maßnahmen der an die Membrane gelangende
Druck in mit höchster Sicherheit reproduzierbare Stellungen des Schaltgliedes übergeführt
wird. Aus Kostengründen wird dennoch ein besonderes Augenmerk auf die einfache Herstellbarkeit
der Vorrichtung gerichtet.
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Eine Vorrichtung zum Erfassen eines Flüssigkeitsstandes unter Anwendung
der Druckdosenmessung, welche aufbauend auf dem Stande der Technik, den gestellten
Forderungen im vollen Maße gerecht wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß durch eine großflächige, durchgehend elastische und am Umfang
in
der Druckmeßdose gehaltene Membrane in Verbindung mit einem eigensteifen, auf der
Membrane breitbasig festverbundenen Schaltglied eine Membrananordnung mit einer
großflächig eigensteifen Innenzone und einer ringförmig elastischen Randzone gebildet
ist.
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Bei einer nach diesen erfindungsgemäßen Merkmalen ausgestalteten Vorrichtung
ist eine großflächige, durchgehend elastische Membrane in bekannter Weise am Umfang
in der Druckmeßdose gehalten. Eine derartige Membrane ist einfach herstellbar und
montierbar. Die erzielbaren Verstellkräfte sind somit mit hoher Sicherheit ausreichend.
Auf dieser Membrane ist das Schaltglied fest angeordnet, so daß keinerlei Übertragungsspiel
von der Membrane zum Schaltglied gegeben ist. Darüber hinaus ist ab-er das Schaltglied
breitbasig auf der Membrane angeordnet, so daß eine großflächige eigensteife Innenzone
der an sich elastischen Membrane gebildet wird. Zwischen dieser eigensteifen Innenzone
und dem Druckdosengehäuse verbleibt eine ringförmig elastische Randzone. -Dadurch
wird erreicht, daß das Schaltglied bei Druckveränderung im Bereich der Membrane
eine gewünscht genaue Parallelverschiebung erfährt, das heißt, daß die Gefahr des
seitlichen Kippens weitestgehend ausgeschlossen ist. Damit können die Abtastspuren
auf dem Schaltglied in relativ breiter Front angeordnet werden.
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Bevorzugt ist das Schaltglied mit der Membrane unlösbar verbunden,
z.B. an dieser anvulkanisiert. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Membrane
mit einer Gegendruckscheibe breitbasig an dem Schaltglied anzudriicken.
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Es ist erforderlich, dem durch die Membrane zu messenden Druck eine
elastische Gegenkraft entgegenzusetzen. Diese wird üblicherweise durch eine Rückstellfeder
realisiert. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, a das dem Meßdruck entgegenwirkende
Federelement
mittig im Bereich nahe der durch die Befestigungsbasis der Membrane g;ebildeten
Ebene an die Membrananordnung angreift. Durch dieses zentrale Angreifen des Federelements
an der Basis der Membrane und damit auch des Schaltgliedes werden Störeinflüsse
durch die Feder im erforderlichen Maße ausgeschaltet, die zu einer Abweichung der
gewünschten Parallelbewegung des Stellgliedes führen könnten.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Schaltglied im wesentlichen quer zu dessen
Verstellrichtung liegenden Steuerkonturen zueinander geneigt ausgerichtet sind und
die Abstatorgane für diese Steuerkonturen senkrecht zur Verstellrichtung des Schaltglicdes
verschieblich einstellbar sind.
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Damit ist eine Feinjustierung in einfacher Weise durchführbar.
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Insbesondere sind diese Steuerkonturen zueinander gegen einen im wesentlichen
gemeinsamen Fluchtpunkt hin geneigt ausgerich tet. Durch diese Maßnahme kann justiertechnisch
dem Umstand Rechnung getragen werden, daß die Charakteristik der eingesetzten Rückstellfeder
mit Sicherheit unterschiedlichen Toleranz-Abweichungen unterliegt. Durch die Verstellung
der Vorspannung für die Feder, beispielsweise über eine Stellschraube ist eine Steuerkontur
zum zugeordneten Abtastorgan grundsätzlich justierbar. Diese Steuerkontur ist senkrecht
zur Vorschubrichtung des Schaltgliedes ausgerichtet auszugestaiten, damit sich ein
seitliches Verschieben des Abtastorgan-Blockes gemeinsam auf diese einmal justierte
Lage nicht nachteilig auswirkt.
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Durch die Verschiebung dieses Abtastorgan-Blockes senkrecht zur Vorschubrichtung
des Steligliedes wird aber durch einen einzigen gemeinsamen Vorgang erreicht, daß
alle weiteren Steuerkonturen entsprechend der Charakteristik der Rückstellfeder
zu den zugeordneten Abtastorgangen einstellbar sind.
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Eine nach den Merkmalen der Erfindung ausgestaltetes Ausführungsbeispiel
ist anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig.
1 eine Seitenansicht einer Druckmesßdose im Schnitt, Fig. 2 eine senkrecht dazu
liegende Seitenansicht dieser Druckmeßdose, ebenfalls im Schnitt, Fig. 3 die Druckmeßdose
in einer Draufsicht, Fig. ii ein Federkonstanten-Diagramm und Fig. 5 ein Ausschnitt
aus dem Schaltglied der Druckmeßdose mit Steuerkonturen.
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Innerhalb einer Druckmeßdose ist eine elastische Membrane 1 aus Gummi
an ihrem Umfang zwischen einem Gehäuseunterteil 2 und einem Gehäuseoberteil 3 befestigt.
In den#Druckraum zwischen dem Gehäuseunterteil 2 und der Membrane i führt ein Anschlußstutzen
4, welcher - nicht dargestellt - über einen Schlauch mit dem tiefsten Punkt des
Wasserbehälters einer Waschmaschine oder einer Spülmaschine verbunden ist. Eine
Wasserstandsänderung in diesem Wasserbehälter bewirkt eine Druckänderung in dem
mit l.uft gefüllten System. Diese Druckänderung wirkt sich auf die Membrane 1 in
bekannter Weise aus. Auf der Membrane l ist ein Schaltglied 5 breitflächig befestigt
und zwar unter Verwendung einer Gegenscheibe 6. Zwischen dieser kreisförmigen Gegenscheibe
6 und der platinenartigen Ausgestaltung des Schaltgliedes 5 ist die Membrane festgeklemmt,
so daß dieser Zentralbereich eigensteif wird und in einem lediglich relativ schmalen
Ringbereich die Membrane i ungestört elastisch beläßt Eine Druckfeder 7, welche
sich über eine Einstellschraube 8 am Deckel 9 des Gehäuseoberteils 3 abstützt, wirkt
im Bereich der durch die Befestigungsbasis der Membrane 1 gebildete Ebene auf die
Membran-Stellglied-Einheit. Durch den im Druckraum 10 zwischen Membrane i und Gehäuseunterteil
2 auftretenden und zu erfassenden Druck und durch die Wirkung der llückstellfeder
wird über die Membrane 1 das mit dieser
fest verbundene Schaltglied
5 senkrecht verstellt. Dieses Schaltglied weist zwei platinenartige Teilbereiche
auf, welche beidseitig der ltiiclsstellfeder 7 in Richtung der Verstellrichtung
dieses Schaltgliedes 5 ausgerichtet sind und welche Schaltkonturen 11 in Vorm von
fensterartigen Ausnehmungen aufweisen.
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Diese Schaltlconturen 11 steuern Lichtschranken 12, deren elektro-optische
Wandler (Leuchtdioden und Fototransistor) beidseitig des Schaltgliedes 5 angeordnet
sind. Diese Schaltelemente 12 sind in einem titer eine Steil schraube 13 senkrecht
zur Verstellrichtung des Schaltgliedes 5 einstellbaren Schlitten 14 gelagert.
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Bei vertikaler Bewegung des Schaltgliedes 5 durch flruckänderung im
Druckraum 10 werden entsprechend der jeweiligen Lage der Steuerkonturen 11 die Fototransistoren
der drei Lichtschranken 12 wahlweise von ihren zugeordneten Leuchtdioden mit Licht
beaufschlagt oder nicht. Die drei l.ichtschranken 12 entsprechen je einer Bit-Stelle
einer digitalen Information. Bei entsprechender Lage der Kanten der Steuerkonturen
i1 lassen sich durch entsprechende Codierung acht Dezimalstellen darstellen. Zweckmäßigerweise
wird der Gray-Code verwendet, bei welchem sich jeweils nur eine Bit-Stelle beim
Sprung zum nächsten Zustand ändert und dadurch die angezeigte Zustandsänderung eindeutig
ist. Außer dem Null pegel lassen sich somit sieben Wasserstände anzeigen.
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Die Justierung ist derart vorgesehen, daß ein bestimmter, einem Wasserniveau
entsprechender Luftdruck eingestellt wird und dann die Vorspannung der druckfeder
solange verändert wird, bis die geforderte Zustandsändeflrng eintritt. Die anderen
Niveauanzeigen ergeben sich dann entsprechend der Auslegung der Steuerkonturen 11
am Schaltglied.
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Die dabei erhaltene Genauigkeit ist abhängig von den Toleranzungenauigkeiten
der Membran-Charakteristik und der Druckfederkennlinie. Erfahrungsgemäß sind vor
allem die Abweichungen der Druckfedereigenschaften so groß, daß besondere Maßnahmen
zum Ausgleich dieser Fehlerquellen getroffen werden müssen.
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Wie bereits beschrieben wurde, ist durch die breitflächige Verbindung
zwischen Membrane 1 und Schaltglied 5 sowie durch die Wahl des Angriffspunktes der
Rückstellfeder 7 auf dieses System dafür Sorge getragen, daß das Schaltglied 5 und
mit ihm die Schaltkonturen lt bei nruckveriinderiing im Druckraum 10 eine weitestgehend
parallele Verschiebung erfährt.
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flekanntlich haben Schraubenfedern, welche als Rückstellfedern 7 zweckmäßigerweise
eingesetzt werden, zwar eine gute lineare Kennlinie, die Neigung der Kennlinien,
die die Federkonstanten wiedergeben, sind dagegen mit größeren Streuungen behaftet.
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Dies wirkt sich, wie in Fig. 4 dargestellt ist, problematisch aus.
Durch die Veränderung der Vorspannung der Druckfeder 7 über die Einstellschraube
8 wird das Steuerglied 5 in eine lage gebracht, welche beim Druck PA dem Weg SA
entspricht. Damit sind für diese Einstell-Lage alle Toleranzen ausjustiert, da einerseits
die Steuerkonturen il zueinander und andererseits die Lichtschranken 12 zueinander
vorstellungstechnisch relativ einfach genau fixierbar sind. Wird jedoch nunmehr
der Druck in der Druckkammer 10 Auf PC erhöht, so stellt sich bei einer Soll-Federkonstante
der gewünschte Weg SC ein. Liegt die Ist-Federkonstante jedoch an der oberen oder
unteren Toleranzgrenze, so stellen sich zwangsläufig an sich unzulässige Wege SC'
bzw. SC" ein.
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Dem Umstand dieser Kennlinien-Abweichung der Federkonstanten muß begegnet
werden. Dies geschieht dadurch, daß diejenige Schlitzkante SA der Steuerkontur 11,
bei welcher durch Einstellung der Vorspannung des Federelements 7 justiert wird,
horizontal
liegend ausgestaltet wird. Die übrigen Schlitzkanten SC usw. sind mit gr<ißer
werdendem Abstand zur Schlitzkante SA immer stärker zur Horizontalen geneigt. Die
Kantenmitte haben die der Soll-Federkonstante entsprechenden Abstände zu SB bzw.
SC. Dagegen haben die Kantenenden jeweils Abstände#SB' und # SB" bzw. # SC' und
# SC, welche den Toleranzgrenzen der Federkennlinien entsprechen, bzw. diese aus
Sicherheitsgriinden übersteigen.
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Die Bereiche des Schaltgliedes 5 für die Steuerkonturen ii werden
bei Druckänderung in der Kammer 10 entgegen der Kraft der Feder 7 gerade verschoben.
Senkrecht dazu sind die drei Lichtschranken 12 verschiebbar. Diese sind in dem gemeinsamen
Gehäuseschlitten 14 angeordnet, welcher in einer Führung 15 des Gehäuseoberteils
3 senkrecht zur Verstellrichtung des Schaltgliedes 5 verschoben werden kann und
zwar über die Justierschraube 13. Durch eine derartige Verstellung ist ein Abgleich
des Systems im Hinblick auf unterschiedliche Federkonstanten in einfacher Weise
möglich. Zum vertikalen Spielausgleich des Gehäuseschlittens 14 dienen zwei Blattfedern
16, welche in Nuten 17 des Gehäuseschlittens 14 geführt sind.
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Diese Blattfedern 16 stützen sich am Gehäusedeckel 9 ab und drücken
den Gehäuseschlitten 14 gegen die Unterseite der Führung im Druckdosengehäuse.