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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Waschmaschine die einen stetigen
Wasserstandssensor (CWL) aufweist, verbunden mit einer Steuerungseinheit,
welche einen Mikroprozessor enthält, wie
in dem Dokument
US 5
305 485A beschrieben. Mit dem Ausdruck ,Waschmaschine' meinen wir alle Arten
von Haushaltsgeräten
für das
Waschen von Wäsche
und ebenso von Geschirr. Was Geräte
für das
Waschen von Wäsche
betrifft, kann die gegenwärtige
Erfindung für
Maschinen mit horizontaler, vertikaler und geneigter Achse verwendet
werden.
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Moderne
Waschmaschinen verwenden einen CWL-Sensor, der fähig ist den Wasserstand innerhalb
der Wanne kontinuierlich zu beobachten.
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CWL
ist ein Sensor, der fähig
ist den an den Sensor angelegten Druck (welcher proportional dem Wasserstand
in der Wanne ist) in ein elektrisches Signal zu wandeln. Es gibt
einige verschiedene CWL-Typen. Gegenwärtig sind die gebräuchlichsten Typen
der piezoresistive Druck-Wandler, der Membran-Auslenkungs-Sensor
und die induktive Verschiebungs-Vorrichtung.
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Die
piezoresistiven Druck-Wandler werden Z. B. durch Motorola, Honeywell
und Sensym produziert und verkauft und sind für viele Anwendungen konzipiert.
Diese Art von Sensoren kombiniert einen empfindlichen implantierten
Dehnungs-Messfühler mit
fortschrittlicher Massen-Mikro-Maschinen-Technologie, Dünnfilm-Metallisierung und bipolarer
Verarbeitung, um einen genauen Analog-Ausgang auf hohem Niveau (Spannung)
zu liefern, der proportional ist zu dem angewandten Druck. Membran-Auslenkungs-Sensoren
werden z. B. durch Huba produziert. Diese Art von CWL-Sensor ist
konzipiert als eine preiswerte Vorrichtung für Haushaltsgeräte (speziell Geschirrspülmaschinen).
Es handelt sich um eine Verschiebungs-Vorrichtung, bei welcher die
Auslenkung einer Gummi-Membran, die sich aus dem auf sie wirkenden
Druck ergibt, durch einen piezoresistiven Kraft-Sensor (Wheatsone'sche Brücke) gemessen wird, welcher
auf einem Aluminium-Substrat (durch Dickfilm-Technologie) erhalten
wird, wobei auf demselben Substrat auch das Signalformende Interface
(durch SMD-Technologie) realisiert wird. Der Sensor ist Temperatur-kompensiert
und das Signal wird verstärkt
um eine analoge Ausgangs-Spannung zu liefern.
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Induktive
Verschiebungs-Sensoren werden z. B. durch ELBI/Bitron produziert.
Diese Art von Sensor ist konzipiert als eine preiswerte Vorrichtung
für Haushaltsgeräte. Es handelt
sich um eine induktive Verschiebungs-Vorrichtung (empfindliche Vorrichtung),
die eine Induktionsspulen-Schaltung
verwendet, welche die sich aus dem einwirkenden Druck ergebende
Auslenkung einer Gummi-Membran (mittels eines mit der Membran verbundenen
Metall-Stifts) misst.
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Die
obigen bekannten Sensoren kombinieren eine empfindliche Vorrichtung
mit einem in dem selben Gehäuse
integrierten Mikroprozessor um eine genaue dem einwirkenden Druck
proportionale analoge Ausgangs-Spannung auf hohem Niveau zu liefern.
Der CWL-Sensor kann mit den folgenden unterschiedlichen Ausgangs-Arten
oder mit mehrfachen Ausgangs-Arten wie: Frequenz, analoge Ausgangs-Spannung
oder PWM (Puls-Breiten-Modulation) geliefert werden.
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Waschmaschinen
sind um das Waschergebnis zu verbessern gewöhnlich mit einer elektrischen Heizvorrichtung
für das
Erhitzen des in die Maschine gefüllten
Leitungswassers ausgestattet. Solche Heizelemente (elektrische Widerstände) sind
ausgelegt um in völlig
eingetauchtem Zustand zu arbeiten. Die Forderung nach Wasser-Sparen
(als Konsequenz des Energie-Sparens) hat die Geräte-Hersteller veranlasst Waschmaschinen
zu konstruieren, die in jedem Waschzyklus eine reduzierte Menge
von Wasser verwenden. Die Wasser-Verringerung
erhöht
das Risiko von Heizelement-Defekten, das heißt einer Beschädigung des
Heizelements, wodurch auch das Risiko von Feuer entsteht. Es ist
im Fachgebiet wohlbekannt, dass ein Heizelement-Defekt dann entsteht, wenn
das Wasser in der Wanne oder im Wasserkreislauf der Waschmaschine
unter ein bestimmtes Niveau absinkt. Wenn das Wasser unter ein bestimmtes
Niveau absinkt, dann wird das Heizelement ganz oder teilweise trocken
und als eine Folge steigt die Temperatur in dem Heizelement rapide
an und die Lebensdauer des Heizelements ist dramatisch verkürzt.
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Eine
andere riskante Situation kann auftreten, wenn der Wasserstand in
der Wanne über
ein bestimmtes Niveau ansteigt. Diese Situation ist bekannt als
,Überlauf' und kann ein Austreten
des Wassers aus der Waschmaschine verursachen.
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Normalerweise
werden in einer Waschmaschine die Heizvorrichtung und die Ablaufpumpe durch
die Steuerungs-Einheit
der Waschmaschine betrieben, mit welcher zugehörige Druckschalter (vom Ein/Aus-Typ
und kalibriert für
bestimmte feste Wasserstands-Werte) verbunden sind.
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Die
Steuerungs-Einheit einer Waschmaschine, die einen stetigen Wasserstand-(CWL)-Sensor verwendet,
umfasst gewöhnlich
einen Mikroprozessor oder eine äquivalente
elektronische Steuerungs-System-Vorrichtung, welche mit dem CWL-Sensor
verbunden ist um der Steuerungs-Einheit zu ermöglichen die richtige Wassermenge
zu verwenden und folglich bessere Funktion zu erreichen und den
Energieverbrauch zu optimieren.
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Die
Verwendung eines stetigen Wasserstandssensors in Kombination mit
Druck-Schaltern (welche z. B. Signale betreffend den minimalen und maximalen
Wasserstand liefern) ist sicherlich vom Sicherheits-Standpunkt aus
vorzuziehen, aber sehr teuer. Aus Kostengründen wird es vorgezogen nur eine
Technologie zu verwenden, das heißt eine Technologie basierend
auf Druck-Schaltern oder eine Technologie basierend nur auf CWL-Sensoren.
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In
Fall, wenn ein CWL-Sensor verwendet ist, ist die Steuerungs-Einheit
nicht 100% sicher, da deren Mikroprozessor im Fall totalen oder
teilweisen Ausfalls nicht garantieren kann, dass der Wasserstand
nicht unter oder über
den minimalen bzw. maximalen Wert geht.
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Das
Hauptziel der gegenwärtigen
Erfindung ist eine Waschmaschine bereitzustellen, welche die Heizvorrichtung
unabhängig
vom Mikroprozessor der Steuerungs-Einheit betreiben kann um die
Zuverlässigkeit
und Sicherheit der Heizvorrichtung zu garantieren. Ein anderes Ziel
der gegenwärtigen
Erfindung ist eine Waschmaschine bereitzustellen, welche die Ablaufpumpe
unabhängig
von dem Mikroprozessor betreiben kann um Wasserüberlauf zu verhindern.
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Entsprechend
der Erfindung sind solche Probleme dank der in den anhängenden
Ansprüchen
berichteten Eigenschaften gelöst.
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Um
eine bestimmte Funktion zu garantieren hat der Anmelder eine technische
Lösung
für eine
einen CWL-Sensor verwendende Waschmaschine entwickelt, die fähig ist
auch die Zuverlässigkeit
der Heizvorrichtung zu garantieren und im Fall eines Fehlers der
Steuerungs-Einheit oder deren Mikroprozessors den Überlauf
zu verhindern.
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Die
Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die angehefteten Zeichnungen
beschrieben, in welchen:
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1 schematisch
ein Blockdiagramm eines Teils der Steuer-Schaltung einer einen CWL-Sensor
verwendenden Waschmaschine zeigt, in welcher der CWL-Sensor einen
analogen Ausgang hat;
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2 ein
Blockdiagram entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
in welchem der CWL-Sensor einen PWM- oder Rechteckwellen-Ausgang
und einen analogen Ausgang hat;
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3 ein
Blockdiagramm entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung
zeigt, in welchem der CWL-Sensor nur einen Rechteckwellen-PWM-Ausgang
hat;
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4 ein
Blockdiagramm entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung
zeigt, in welchem der CWL-Sensor einen Rechteckwellen-Frequenz-Ausgang
hat;
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5 eine
elektronische Schaltung entsprechend der Erfindung zeigt, die verwendet
ist um die Treiber für
die elektrische Heizvorrichtung und für die Ablaufpumpe zu betreiben;
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6 die
Ausgangs-Charakteristik eines typischen CWL-Sensors zeigt, welcher fähig ist
eine analoge Ausgangs-Spannung
proportional zum angelegten Druck zu liefern.
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Entsprechend
der gegenwärtigen
Erfindung ist ein CWL-Sensor 10 normalerweise mit einer Rohr-Verbindung
betrieben, die mit einer Luft-Fallen-Vorrichtung (nicht gezeigt)
verbunden ist, welche mit der Wanne (nicht gezeigt) verbunden ist.
Der CWL-Sensor 10 kann
aufgebaut werden um ohne jedes Rohr in direktem Kontakt mit dem
Medium (Wasser) zu sein. Der CWL-Sensor
kann auch direkt auf der gedruckten Schaltungs-Platine (PCB) aufgebaut sein
um die Verkabelungskosten zu reduzieren und er kann ein sehr einfacher
Typ (einfacher Druck-Wandler) sein, bei welchem ein zusätzlicher Verstärker erforderlich
ist um durch den Mikroprozessor und die Komparatoren betrieben zu
werden.
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Entsprechend
der gegenwärtigen
Erfindung ist die mit dem CWL-Sensor 10 und
dem Mikroprozessor 12 verbundene einfache und billige elektronische
Schaltung fähig
die Treiber der Heizvorrichtung und der Ablaufpumpe direkt zu betreiben,
sogar wenn ein Mikroprozessor-Fehler auftritt.
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Mit
Bezug auf 1: die Steuerschaltung enthält zwei
Komparatoren, 14 und 16, mit festen Schwellwerten,
die unabhängig
und parallel zu dem Mikroprozessor 12 agieren. Der Spannungs-Ausgang 10a des
mit dem Mikroprozessor 12 verbundenen CW1-Sensors 10 ist
mit den beiden Komparatoren 14 und 16 parallel
verbunden. Die Komparator-Ausgänge 14a und 16a sind
fähig unabhängig oder
parallel mit dem Mikroprozessor 12 zu arbeiten. Daher können im
Fall eines Fehlers des Mikroprozessors 12 die Komparatoren 14 und 16 die
Heizvorrichtung und/oder die Ablaufpumpe unabhängig vom Mikroprozessor betreiben.
Der erste Komparator 14 vergleicht den Ausgangswert 10a des
CWL-Sensors 10 mit einem festen Schwellwert 14b,
welcher in Beziehung steht mit einem für eine sichere Funktion der Heizvorrichtung
erforderlichen minimalen Wasserstand.
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Der
zweite Komparator 16 vergleicht den Ausgangswert 10a des
CWL-Sensors 10 mit einem festen Schwellwert 16b,
welcher in Beziehung steht mit einem maximalen Wasserstand, oberhalb
welchem die Ablaufpumpe eingeschaltet wird. Die festen Schwellwerte
(Referenz-Spannungen) sind charakteristisch für jede Waschmaschine.
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2,
in welcher für
gleiche oder ähnliche Komponenten
die gleichen Bezugsnummern verwendet sind, zeigt die Steuerschaltung
in welcher der stetige Wasserstandssensor 10 zwei Ausgänge aufweist.
Zusätzlich
zu dem analogen Ausgang 10a ist ein Rechteckwellen-Ausgang 10b durch
ein digitales Pulsbreiten-moduliertes PWL-Ausgangs-Signal (typisch
ein Zeitgeber-Ereignis-Zähler)direkt
mit dem Mikroprozessor 12 verbunden. Der zweite Ausgang 10a ist,
wie in dem Ausführungsbeispiel
in 1, ein analoger Ausgang (Spannung) verbunden mit
den Komparatoren 14 und 16.
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3 zeigt
ein Blockschaltbild ähnlich
der 1 in welcher die stetige Beobachtung des Wasserstands
durch den CWL-Sensor mit einem einzelnen Ausgang durchgeführt wird.
Ein Rechteckwellen-PWM-Ausgang 10b des Sensors 10 ist
durch einen digitalen PWM-Ausgang mit dem Mikroprozessor 12 verbunden
und dieses Signal ist mittels eines Widerstands und eines Kondensators 22 integriert, welche
zusammen die Funktion eines Integrators 24 ausführen um
ein analoges Signal 26 (Spannung) für die Verbindung mit den Komparatoren 14 und 16 zu erhalten.
Diese Lösung
ist normalerweise mit PWM-Signalen verwendet oder könnte auch
mit Hochfrequenz-Signalen verwendet werden.
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4 zeigt
ein Blockdiagramm ähnlich
der 1, in welchem die stetige Steuerung des Wasserstands
durch den CWL-Sensor
mit einem einzelnen Ausgang ausgeführt wird. Ein Rechteckwellen-Ausgang 10b ist
direkt mit dem digitalen Eingang des Mikroprozessors 12 verbunden
und dieses Signal ist auch mit einer Vorrichtung 28 verbunden,
welche gewöhnlich
Frequenz-zu-Spannungs-Wandler genannt wird (zum Beispiel eine Komponente
mit der Bezeichnung LM2907, hergestellt durch National Semiconductor).
Diese elektronische Komponente 28 ist fähig ein Spannungs-Signal proportional
zu der Eingangs-Frequenz zu liefern. Dieses Ausgangs-Signal ist
verbunden mit den Komparatoren 14 und 16.
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5 zeigt
ein Beispiel der elektronischen Schaltung, die verwendet ist um
die Treiber für
die Heizvorrichtung und die Ablaufpumpe zu betreiben. Diese basiert
auf dualen Spannungs-Komparatoren, welche
die LM393 Komponente verwenden. Letztere ist ein integrierter 8-Pin-Schaltkreis,
eine sehr populäre
Komponente, welche innen zwei Offen-Kollektor-Komparatoren enthält, die
empfindlich ist für
die angelegte Eingangs-Spannung.
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Der
erste Komparator (Komponente LM 393 U1A in 5) ist verwendet
für das
Prüfen
des ,Niveau 0'.
Durch einen mit den (–)-Eingängen des
Inverters verbundenen Spannungsteiler ist eine feste Spannung bereitgestellt.
Wenn die von dem stetigen Wasserstandssensor (CWL) kommende Spannung, welche
mit dem nicht-invertierenden Komparator-(+)-Eingang verbunden ist,
unter der festen am Inverter-Eingang angelegten Spannung liegt,
dann ist der Ausgang des Komparators niedrig und das bedeutet, dass
die Ausgangsspannung gleich ist zu GND.
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In
dem Fall, wenn der Wert der von dem stetigen Wasserstandssensor
(CWL) kommenden Spannung anwächst
und dieser Spannungswert oberhalb der festen Referenzspannung liegt,
ist eine Komparator-Ausgangs-Umkehrung erwartet. Tatsächlich schaltet
der Ausgang auf ,hoch' und
das bedeutet, dass die Ausgangsspannung gleich der VCC-Spannung
ist. Diese Information ist geeignet das Relais der Heizvorrichtung
direkt zu betreiben (die Heizvorrichtung wird abgeschaltet), unabhängig von
der Entscheidung des Mikroprozessors.
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Der
zweite Komparator (LM 393 U1B in 5) ist verwendet
für die
Prüfung
des Zustands ,Überlauf'. Das obige Verhalten
der Komponente LM 393 U1A ist im Wesentlichen identisch demjenigen der
Komponente LM 393 U1B, welche verwendet ist um den Ablaufpumpen-Treiber
zu betreiben. Der einzige Unterschied ist der erforderliche unterschiedliche
Referenzwert der festen Spannung, die durch den mit den Inverter-(–)-Eingängen des
Komparators verbundenen Spannungsteiler erhalten wird. Diese Referenzspannung
muss höher
sein als der vorherige an den Inverter-Eingang des LM 393 U1A angelegte
Referenzspannungs-Wert.
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In
der gegenwärtigen
Beschreibung wird auf bestimmte Wasserstands-Werte Bezug genommen. Nach
dem gleichen Prinzip können
jedoch auch andere feste Wasserstands-Werte definiert werden und in
einer anderen Weise als in Verbindung mit einer Sicherheits-Funktion
der Heizvorrichtung und einer Wasser-Überlauf-Verhütung verwendet
werden.