EP2418315B1 - Hausgerät mit Flüssigkeitsmesser und Verfahren zum Bestimmen eines Zustandsparameters in einem Hausgerät - Google Patents

Hausgerät mit Flüssigkeitsmesser und Verfahren zum Bestimmen eines Zustandsparameters in einem Hausgerät Download PDF

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EP2418315B1
EP2418315B1 EP11174490.0A EP11174490A EP2418315B1 EP 2418315 B1 EP2418315 B1 EP 2418315B1 EP 11174490 A EP11174490 A EP 11174490A EP 2418315 B1 EP2418315 B1 EP 2418315B1
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EP
European Patent Office
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light
light guide
household appliance
liquid
optical
Prior art date
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Active
Application number
EP11174490.0A
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English (en)
French (fr)
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EP2418315A3 (de
EP2418315A2 (de
Inventor
Hans Eglmeier
Marcus Heyer-Wevers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
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Publication date
Application filed by BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Publication of EP2418315A2 publication Critical patent/EP2418315A2/de
Publication of EP2418315A3 publication Critical patent/EP2418315A3/de
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Publication of EP2418315B1 publication Critical patent/EP2418315B1/de
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F39/00—Details of washing machines not specific to a single type of machines covered by groups D06F9/00 - D06F27/00 
    • D06F39/08—Liquid supply or discharge arrangements
    • D06F39/087—Water level measuring or regulating devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L15/00—Washing or rinsing machines for crockery or tableware
    • A47L15/42—Details
    • A47L15/4244—Water-level measuring or regulating arrangements
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F2103/00—Parameters monitored or detected for the control of domestic laundry washing machines, washer-dryers or laundry dryers
    • D06F2103/18—Washing liquid level

Definitions

  • the invention relates to a domestic appliance with at least one liquid meter and the further features of the preamble of the independent device claim.
  • the domestic appliance can in particular be a water-bearing domestic appliance, in particular a laundry cleaning appliance.
  • the invention further relates to a method for determining at least one state parameter in a domestic appliance with the further features of the preamble of the independent method claim.
  • the state parameter can in particular be a liquid-related state parameter, in particular a fill level.
  • the water level is a value that deviates from the amount of water taken in due to the suction behavior of a laundry and must therefore be recorded explicitly.
  • EP 1 610 102 A1 discloses a device for detecting the level in a container.
  • a container preferably for storing condensate in a household clothes dryer, is to be monitored for its filling status.
  • the container has walls enclosing a cavity made of dielectric material, preferably plastic, and electrodes formed from electrically conductive material as elements of an electrical capacitor which is coupled to an evaluation circuit in the operating position of the container.
  • the body of the container forming the cavity has a shape on the two opposing boundary walls, which correspond closely to the at least approximately parallel electrodes and whose distance from one another is suitable for using typically small measuring voltages between the electrodes to create an almost interference-free electrical field.
  • WO 2009/027242 A1 relates to a device and method for determining a fill level within a tub of a washing machine.
  • the device for determining a level of liquid within a container of a water-carrying Household appliances, in particular a washing machine are equipped with a level sensor, by means of which a pressure value generated by the liquid can be detected, the level sensor being arranged at least with a detection part in a lower region of the container covered with the liquid during the washing process.
  • a determination device can be provided, by means of which the fill level of the liquid can be determined on the basis of the pressure value detected by the fill level sensor.
  • EP 1 557 651 A1 discloses a liquid-carrying domestic appliance with an optical fill level sensor, which comprises a light guide, a light source and a light sensor, and an evaluation unit for determining a state parameter of the liquid on the basis of the measurement data received with the light sensor, the state parameter to be determined being a fill level of the liquid in the domestic appliance is.
  • a method for determining a state parameter of the liquid, namely a fill level is also disclosed in the domestic appliance.
  • a method for determining a fill level of a liquid in a domestic appliance and the domestic appliance in the form of a washing machine, a dishwasher or a vending machine which comprises an optical sensor for determining a fill level in the domestic appliance, the fill level using the transmission and reflection behavior of light coupled into an optical fiber of the sensor at an interface.
  • An optical fill level sensor can in particular be understood to mean a sensor or measuring sensor whose (disembodied) measuring medium or measuring carrier is light.
  • the Optical fill level sensor is therefore based on at least one optical measurement for determining, in particular, a fill level in the household appliance.
  • optical level meter can be used for a level measurement, it can also measure other status parameters and does not even need to be used for level measurement.
  • the optical level meter can therefore also be referred to as an optical liquid meter.
  • a domestic appliance having at least one optical fluid meter, the at least one fluid meter and the domestic appliance comprising the further features of claim 1.
  • the use of light as the measurement carrier has the advantage that a very high measurement resolution is allowed. Measurement inertia when using light is also very low, so that dynamic state parameters can also be detected with an acceptable outlay. Furthermore, the optical fill level sensor requires only a few, and moreover no moving parts, so that a robust and cost-effective construction is made possible.
  • the at least one optical level sensor is an evaluation unit, e.g. a microprocessor.
  • the evaluation unit is set up at least to determine at least one state parameter of the liquid in the domestic appliance on the basis of the measurement data received from the at least one light sensor.
  • the evaluation unit can e.g. be a dedicated evaluation unit or a central control unit.
  • the at least one state parameter comprises a refractive index.
  • the at least one state parameter can also include, for example, a fill level, a turbidity, a concentration of additives, a dirt content, a movement (for example sloshing) and / or a viscosity of the liquid.
  • the evaluation unit can also be set up to determine at least one state parameter of the domestic appliance, e.g. for determining a degree of calcification, an unbalance of the loaded household appliance, etc.
  • the optical fill level sensor has at least one light guide that is at least partially wettable with a liquid, at least one light source by means of which light can be coupled into the light guide, and at least one light sensor for detecting light that is coupled out of the light guide.
  • the domestic appliance has at least one evaluation unit for determining at least one state parameter, in particular a fill level, of the liquid in the domestic appliance on the basis of the measurement data received from the at least one light sensor.
  • a light guide that extends at least beyond the maximum fill level or level to be measured can be fed with light of a suitable wavelength by means of the at least one light source. At least a part of the injected or injected light can be totally reflected on the walls of the at least one light guide.
  • the degree of total reflection differs between dry wall areas and wet wall areas or those wetted with the liquid, in particular water.
  • the angle of the total reflection in the light guide can in particular be such that most of the light is reflected back into the inside of the light guide at the dry wall areas of the light guide and a defined larger proportion of the light exits into the surrounding liquid in wet wall areas.
  • Detection of light locally coupled out of the light guide by means of the at least one light sensor e.g. measurement of a light intensity, intensity, brightness, etc. of the light
  • Detection of light locally coupled out of the light guide by means of the at least one light sensor consequently provides a change, in particular attenuation, of the light coupled out as a function of the fill level.
  • the at least one light source preferably comprises at least one light-emitting diode. If several light-emitting diodes are present, they can be of the same color or different Colors glow. A color can be monochrome (e.g. red, green, blue, etc.) or multichrome (e.g. white).
  • the light emitted by the at least one light-emitting diode can also be an infrared light (IR LED) or an ultraviolet light (UV LED).
  • the at least one light-emitting diode can be in the form of at least one individually packaged light-emitting diode or in the form of at least one LED chip. Several LED chips can be mounted on a common substrate ("submount").
  • the at least one light-emitting diode can be equipped with at least one of its own and common optics for beam guidance, for example at least one Fresnel lens, a collimator, and so on.
  • organic light-emitting diodes are generally also (OLEDs, for example polymer OLEDs) can be used.
  • the LEDs have the advantage of being very durable, robust, narrow-band, compact and easy to control.
  • the at least one light source can have, for example, at least one diode laser.
  • the at least one light source is not limited to a semiconductor light source and can, for example, also include other lasers, incandescent lamps, fluorescent tubes, etc.
  • the liquid can be, for example, water or a washing liquid (e.g. liquid washing liquor).
  • the liquid can contain additives of various types, such as cleaning additives or impurities.
  • Water with cleaning additives can also be referred to as a lye.
  • the water can thus also generally be regarded as a water-based liquid.
  • the light guide is essentially made of a plastic that is transparent to the light emitted by the light source, for example PMMA.
  • the light guide can have an inhomogeneous refractive index, in particular a refractive index that changes from the inside to the outside, in order to keep optical losses at reflection points small.
  • the light guide can have a homogeneous refractive index.
  • the light guide can then be produced in particular as an injection molded part.
  • the light source and the light sensor can be provided as separate components or as an integrated unit (optical transceiver), preferably on a common carrier. If the light source and the light sensor are configured as a transceiver, the light can be detected by the light sensor in particular after a reflection at a free end of the light guide. The free end can then, in particular, be mirrored to increase the luminous efficiency.
  • At least one wall or surface in particular a surface area provided as a light passage area, can have at least one optical function, e.g. be designed as a converging lens, a diverging lens, a prism, a mirror, etc.
  • the household appliance can in particular be a laundry care appliance, e.g. a washing machine or a washer-dryer, but also, for example, a tumble dryer, a dishwasher, etc. If the household appliance is a laundry cleaning device, such as a washing machine or a washer-dryer, the liquid can in particular be water (lye, rinse water, etc.).
  • the light guide can be inserted between two suds container halves when the suds container is being installed.
  • the light guide is arranged at least in sections on an inside of a tub.
  • the light guide is then advantageously at least approximately similar to the shape of the inside of the tub, for example similar to a cylinder sector. Since the lye rises in the tub, a simple level measurement is obtained by wetting the light guide area accommodated in the tub. A possible non-linearity between the light intensity detected by the at least one light sensor and the fill level due to a curvature of the light guide can be taken into account by using corresponding characteristic curves.
  • the light guide is a film.
  • the light guide can be manufactured particularly inexpensively, can be made compact and can be used in confined spaces.
  • several light guides can also be integrated into the film, e.g. for parallel measurements.
  • the domestic appliance is, for example, a laundry cleaning appliance
  • the light guide can be a film applied to the inside of the tub.
  • an intermediate space between the tub and a laundry drum does not have to be redesigned, and the optical level sensor is particularly easy to integrate into the laundry cleaning device.
  • the light guide is integrated in a container wall of a liquid container.
  • the container wall can be designed as such as the light guide, e.g. by production from a plastic or glass that is translucent, in particular transparent, for the light.
  • the light guide as a separate component can be dispensed with and a particularly reliable and inexpensive design is made possible.
  • the domestic appliance is, for example, a laundry cleaning appliance
  • the light guide is integrated in the tub.
  • the tub can in particular be made at least partially from a plastic suitable as a light guide.
  • the tub can e.g. be made at least partially of a plastic that is permeable to the light of the light source, specifically over the permitted fill level range.
  • the domestic appliance has an integrated optical measuring unit with at least one optical level sensor and a measuring tube, at least one side wall of the measuring tube being part of an optical fiber of the at least one optical level sensor.
  • the measuring tube is connected by means of at least one fluid channel to a liquid container of the domestic appliance, the level of which is to be measured by means of the optical measuring unit.
  • the fill level of the liquid container can be mapped and determined in the measuring tube.
  • the optical fill level measurement can also be arranged at a distance from the liquid container, which allows a high degree of design flexibility.
  • the light guide and the measuring tube are integrated with one another, they can be manufactured particularly reliably, inexpensively and in a space-saving manner, in particular in one piece, for example made of plastic by means of an injection molding process, or of glass.
  • the measuring tube can be configured, for example, as a cuvette.
  • the at least one light source and the at least one light sensor can have been preassembled on the light guide before the optical measuring unit is installed in the domestic appliance.
  • the at least one light source and the at least one light sensor can in particular be configured as at least one optical transceiver.
  • the at least one light source couples light of several wavelengths into the at least one light guide
  • the at least one light sensor detects light of these multiple wavelengths
  • the evaluation unit is set up on the basis of the measurement data received from the at least one light sensor for the several wavelengths to determine a state parameter of the liquid surrounding the light guide ('spectroscopic measurement').
  • the light of the several or different wavelengths can be coupled sequentially or simultaneously into the at least one light guide.
  • the spectroscopic measurement can in particular provide additional information about the refractive index of the liquid surrounding the light guide. This takes advantage of the fact that, under otherwise identical circumstances (in particular with the same fill level), the portion extracted from the light guide is dependent on the refractive index of the medium to be measured.
  • the absorption at a wavelength as a function of the fill level is given by a function (which can be described e.g. by a characteristic field, the parameter of which is the refractive index of the surrounding medium).
  • a characteristic field the parameter of which is the refractive index of the surrounding medium.
  • Sufficiently large differences in the characteristic curve fields are assumed for different wavelengths, so that the respective curve of the characteristic curve field is clearly defined for the given situation in the case of measured absorption values for the different wavelengths with identical fill levels and an identical refractive index.
  • additional information can be obtained from this, for example about a lye concentration or a dirt content in the liquid. It is comparatively easy to integrate any number of other light sources and light sensors.
  • the refractive index of the liquid surrounding the light guide by means of a measurement with only one wavelength if a defined fill level is known.
  • the defined fill level can be achieved, for example, by targeted filling with the liquid. It takes advantage of the fact that given Level the amount of light transmitted in the light guide depends, among other things, on the refractive index of the surrounding medium.
  • a calibration curve of the sensor then has an additional dimension, namely the refractive index of the surrounding medium or, in the case of a discrete application, a characteristic field. Assuming a constant dependency on the refractive index, the curves in the characteristic curve field are free of overlaps; it is initially not clear during a measurement which characteristic curve the measuring point is in in the characteristic curve field.
  • the characteristic curve can already be identified by a single known point, this point can be determined by a known parameter, in this case a defined fill level.
  • the defined fill level can be specified with a second sensor, here for example the flow sensor.
  • the measuring point is preferably below an immersion area of the drum.
  • the optical fill level sensor has two spaced apart, optically couplable light guides, one of the light guides being optically coupled to the at least one light source and at least the other of the light guides, in particular both light guides, being optically coupled to at least one light sensor ,
  • the light emerging during a reflection in a first of the light guides (which previously corresponds to the scattered light which is no longer used) will now run through the liquid and couple into a second of the light guides.
  • the light intensity or the like measured on the second light guide. increases with increasing level or level of the liquid.
  • At least one phosphor fluorescent dye, also called phosphorus, but not to be confused with the chemical element phosphorus
  • phosphor fluorescent dye, also called phosphorus, but not to be confused with the chemical element phosphorus
  • Coupled light is reduced in frequency by the phosphor (so-called 'downconversion'), as a result of which the total reflection angle changes along with a reduced probability of exit or loss.
  • the evaluation unit can be set up to differentiate between different media, in particular media of different consistency. This can be done, for example, by the optical fill level sensor being two spaced apart from one another has optically coupled light guides, one of the light guides being optically coupled to the at least one light source and both light guides being optically coupled to at least one respective light sensor.
  • water can ensure good light transmission from a first of the light guides to a second of the light guides
  • foam for example, also couples light out of the first light guide, but to a lesser degree than the water.
  • the foam is not transparent (transparent) but translucent (opaque)
  • light coupled out of the first light guide into the foam is only coupled to a small extent into the second light guide and is mainly scattered away to the side.
  • the light component coupled into the second light guide due to the foam is therefore negligible compared to the light component coupled due to the water.
  • air, water and foam can be separated from one another by sensors.
  • an amount of foam can be determined and the level of the liquid can be determined more precisely.
  • Knowledge of the amount of foam can be used, for example, to determine a point in time at which cleaning agent is washed out of a laundry (low foam formation).
  • optical properties of the media (liquid, foam, etc.) in the household appliance can be recorded, such as the turbidity.
  • the turbidity can be determined, for example, by an absorption of light through a predetermined absorption section filled with the liquid.
  • the absorption path can correspond, for example, to a fill level measuring path in the optical fill level sensor.
  • the turbidity sensor principle can thus be integrated into the optical level sensor.
  • the at least one light guide has a stepped or discontinuous structure.
  • the staged structure enables measurement even in the case of heavy soiling and under adverse environmental conditions by recognizing and counting corresponding stages in the measurement signal, for example with defined measuring points in each case at the stages and an interpolation in between.
  • the stepped structure can in particular comprise a stepped structure of an outside or surface of the light guide.
  • the outside or surface of the light guide can be designed, for example, in the form of at least one periodic function, in particular along a longitudinal orientation of the light guide.
  • the periodic function can, for example a sine function, a triangle function or a rectangular function.
  • the periodic function is characterized by the different degrees of light decoupling from the course of the light signal. Contamination of the surface of the light guide can weaken the measurable light intensity or the like overall, but the width of the steps changes only insignificantly as a result of the contamination and is still easy to detect.
  • the domestic appliance has at least two optical fill level sensors of different types and at least one evaluation unit for jointly evaluating the measurement data received from the at least two optical fill level sensors.
  • at least two optical fill level sensors of different types and at least one evaluation unit for jointly evaluating the measurement data received from the at least two optical fill level sensors.
  • the evaluation unit is set up to determine an oscillation state of the liquid and / or the household appliance on the basis of the measurement data.
  • This information (s) can e.g.
  • optical fill level sensors in pairs at different locations in a tub allows the detection of diagonal imbalances that are not or only difficult to detect with conventional 3D sensors.
  • two or more sensors can better detect a movement of a surface of the liquid, which in turn allows conclusions to be drawn about a diagonal imbalance.
  • the evaluation unit is set up to determine at least one fluid mechanical property of the liquid, in particular a viscosity, on the basis of the measurement data.
  • the optical level sensor is special sufficiently fast to also detect vibrating or sloshing fill levels or water levels.
  • Averaging to determine the (average) fill level can be done, for example, by filtering the measurement signal;
  • analog filters, digital filters, software filters or the like are also particularly suitable.
  • a mechanical low-pass system can be used, for example due to the spatial separation of the liquid container and the optical fill level sensor described above and their hydraulic connection according to the principle of the communicating tubes, in which the fill level in the measuring tube practically does not understand vibration of the liquid in the liquid container.
  • information about (fluid) mechanical data can also be extracted from the vibrations or from the sloshing of the liquid, for example a viscosity of the liquid, e.g. Suds.
  • the viscosity in turn can be used as an input variable for determining the purity of the liquid. It can be exploited that, according to Hagen-Poiseuille's law, a flow velocity in a pipe (under laminar conditions) is inversely proportional to the viscosity of the liquid. The viscosity can therefore be inferred from a measurement of a flow velocity or a decay of a vibration in a pipe system or similar data.
  • the evaluation unit is set up to determine at least one contamination parameter of the water-carrying domestic appliance on the basis of the measurement data and to initiate at least one step provided for eliminating contamination of the water-carrying domestic appliance on the basis thereof.
  • reference or compensation signals from the optical level sensor can be used to detect contamination of the machine.
  • calcification of the light guide can be recognized by an increased coupling-out of light at the reflection points compared to a non-calcified light guide, in particular by means of a reference measurement in an unfilled state, for example before water is run in at the beginning of a washing cycle or a rinsing cycle.
  • a single reference measurement can provide information about a degree of contamination with the light guide, but not about its distribution.
  • a comparison with the light coupling known for the new, unpolluted light guide can be used to infer average contamination of the light guide. Additional information about a vertical distribution of the pollution can be obtained from the above-mentioned spectroscopic measurements or measurements at defined water levels.
  • the steps to remove the pollution can e.g. carrying out a self-cleaning program and / or issuing a note, e.g. a maintenance notice or the like to a user.
  • a note e.g. a maintenance notice or the like
  • information about the degree of contamination and information about its homogeneity and distribution e.g. with calcification with a clear focus in a lower area
  • about its development over time and for controlling the household appliance can be obtained use.
  • the at least one optical fill level sensor in particular its at least one light guide, is arranged in an inflow region of fresh water of the domestic appliance.
  • the inflowing fresh water can be used to flush the optical fill level sensor from impurities, for example to enable precise detection of foam.
  • the fresh water supply can be interrupted (for a short time) for a particularly precise measurement.
  • the flushable sensor can be used, in particular, as a reference (for example for detecting a machine status) together with a second optical fill level sensor at a point that cannot be flushed away.
  • the level measurement is not limited to a water-based liquid, but can e.g. can also be used for liquid detergents etc. Accordingly, the invention is not limited to water-bearing domestic appliances.
  • a refractive index of the liquid surrounding the light guide is determined as the state parameter.
  • the task can in particular be further developed analogously to the household appliance described above.
  • the invention has the advantages, among other things, that with a simultaneously high integration density, there is a cost advantage and a smaller number of components compared to conventional sensors.
  • a parallel measurement using different optical principles e.g. coupling vs. coupling, different wavelengths, etc.
  • a zero measurement can also provide information about the degree of contamination of the measuring device and thus e.g. in a washing machine over the tub.
  • Including temporal aspects provides further information about the system (e.g. a viscosity of the liquid).
  • Fig.1 shows a sectional view in side view of a schematic diagram of an optical level sensor 1 according to a first embodiment.
  • the optical fill level sensor 1 has a rod-shaped light guide 2 made of PMMA of length L, which can be wetted at least partially with liquid F and which here stands vertically in a liquid container which can be filled with the liquid F, for example in a tub of a washing machine.
  • a longitudinal section of the light guide 2 surrounded or wetted by the liquid F corresponds to a fill level h.
  • Light can be coupled into the light guide 2 via a first cover face or end face 3 of the light guide 2, as indicated here by the individual light beam S.
  • the first end surface 3 cannot be wetted with the liquid.
  • the light beam S that can be coupled into the light guide 2 is generated here by a light-emitting diode 4 and is essentially monochrome.
  • the light beam S passes through the light guide 2 and, since it runs obliquely to the longitudinal axis of the light guide 2, is totally reflected several times on the side wall or lateral surface 5 of the light guide 2 until it emerges or couples out at the other, second end face 6 and onto a light sensor 7 falls.
  • the second end surface 6 is also not wettable by the liquid F.
  • the total reflection is essentially loss-free or low-loss when the outer surface 5 is dry or not wetted with the liquid F at reflection points, and is substantially stronger when the outer surface 5 is wet or wetted with the liquid F at the location of the total reflection lossy. With the lossy Total reflection emits a certain proportion of the light S incident on the lateral surface 5 from the inside as scattered light T to the outside.
  • the light intensity detected by the light sensor 7 is thus clearly dependent on the fill level h or the relative fill level h / L.
  • an evaluation unit 8 functionally coupled to the light sensor 7, e.g. a control unit of a domestic appliance 9, from the measurement data of the light sensor 7 determine the fill level h.
  • the evaluation unit 8 can e.g. Use one or more characteristic curves or look-up tables which relate the measurement data of the light sensor 7 to the fill level h.
  • the light-emitting diode 4 and / or the light sensor 7 can be attached essentially directly to the light guide 2 or at a distance therefrom.
  • the light-emitting diode 4 and the light sensor 7 can be arranged on the same end surface 3 or 6, in particular on the same carrier, the light sensor 7 then detecting light which has been reflected back on the other end surface 6 or 3 and thus the light guide 2 twice has gone through This arrangement is particularly compact and has an increased measuring accuracy. In order to reduce light losses at the end surface 3 or 6 reflecting the light back, this end surface 3 or 6 can be mirrored.
  • the light emitting diode 4 and the light sensor 7 can in particular form a common optical transceiver unit, see also Fig.2 ,
  • the transceiver unit can also have electronics, for example for controlling the light-emitting diode 4 and / or for processing or processing the signals of the light sensor 7.
  • the domestic appliance 9 can in particular be a water-bearing domestic appliance such as a laundry cleaning appliance (washing machine, washer dryer, etc.).
  • the liquid F can then in particular be a water-based liquid, in particular an alkali or rinse water.
  • Fig.2 shows a sectional view in side view of a schematic diagram of an optical level sensor 11 according to a second embodiment.
  • the fill level sensor 11 is an integral part of an optical measuring unit 12, which additionally has a measuring tube 13 and a liquid channel 14.
  • the measuring tube 13 is connected to a liquid container 15 by means of the liquid channel 14 on the principle of communicating tubes of a domestic appliance 16 hydraulically connected.
  • a fill level or level in the measuring tube 13 corresponds to a fill level or level in the liquid container 15.
  • the liquid container 15 here is an alkali container of a laundry cleaning device.
  • the light guide 17 of the optical fill level sensor 11 simultaneously represents a side wall 18 of the measuring tube 13, and both functional elements 17, 13 can be manufactured in one piece, in particular by means of a plastic injection molding process.
  • the measuring tube 13 is designed here as a cuvette with plane-parallel side walls.
  • the optical measuring unit 12 has a cutout 12a for receiving an optical transceiver 19.
  • the optical transceiver 19 is directed directly adjacent to a light (on and off) coupling surface 20 of the light guide.
  • the light coupling surface 20 can be designed as an optical element for shaping the light beam for a high luminous efficiency, e.g. lenticular.
  • An opposite end surface 21 of the light guide 17 serves as a reflection surface and can be used for a high luminous efficiency e.g. be mirrored.
  • the optical transceiver 19 can be preassembled in the recess 12a before the optical measuring unit is installed in the domestic appliance.
  • Figure 3 shows a sectional view in side view of a schematic diagram of an optical fill level sensor 21 according to a third embodiment for use in a domestic appliance 24.
  • the optical fill level sensor 21 now has two light guides 22, 23 which are spaced apart and can be optically coupled to one another.
  • the two light guides 22, 23 have the same shape and the same base material and are aligned parallel and adjacent to one another.
  • the first light guide 22 is optically coupled to the light-emitting diode 4 through the first end face 3a and is coupled to a first light sensor 7a through the opposite end face 6a.
  • the second light guide 23 has a light sensor 7b on its second end face 6b, but no light-emitting diode.
  • the first end surface 6b on the other hand, is mirrored so that light incident on it from the inside is reflected back and can run in the direction of the second end surface 6b.
  • the second light guide 23 is mixed with at least one phosphor (fluorescent dye, 'phosphorus'). Coupled light is emitted by the phosphor in frequency reduced (so-called 'downconversion'), whereby the total reflection angle changes along with a reduced probability of exit or loss.
  • the light emerging during a reflection in the first light guide 22 (which previously corresponds to the scattered light that is no longer used) is continuously coupled laterally into the second light guide 23 by the liquid F.
  • the light intensity or the like measured on the second light guide 23 consequently increases with increasing level or level h of the liquid F.
  • the optical fill level sensor 21 can be used here, for example, to quantitatively detect air A, liquid F and foam B.
  • the liquid F standing between the light guides 22, 23 results in good light transmission to the second light guide 23.
  • the foam B increases the output of light from the first light guide 22 (although not to the same extent as through the liquid) F), but then scattered through the foam B and only negligibly coupled into the second light guide 23.
  • a scattering loss due to the foam B can be estimated.
  • the influence of the foam B can in turn be used to correct a level determination, which e.g. is carried out by means of the first light guide 22.
  • Knowledge of the amount of foam or foam height can also be used as an input variable for controlling an operating cycle of the domestic appliance 24, for example for determining a point in time at which cleaning agent is washed out of a laundry.
  • Figure 4 shows a sectional view in side view of a schematic diagram of an optical level sensor 31 according to a fourth embodiment.
  • the light guide 32 of the optical fill level sensor 31 is now provided, at least on one side region (here: the lateral surface 34), with a structure 33 which is stepped in a longitudinal extension, in particular rectangular.
  • this structure can be achieved, for example, by regularly introducing circumferential grooves into the lateral surface 34 of the light guide 32.
  • the surface course which is rectangular in the longitudinal orientation of the light guide 31, is impressed on the course of the light signal at the light sensor 7 by its different degree of light coupling.
  • Figure 5 shows a suitable application of a light intensity I detected by the optical fill level sensor 31 as a function of a fill level h, each in any units.
  • Figure 6 shows a side view of a tub 41 of a washing machine 42 with three possible light guides 43, 44, 45.
  • the light guide 43 has a part 43a which is curved to conform to an inside 46 of the tub 41 and which is guided downward through the sump 47 of the tub 41.
  • An optical transceiver 19 is arranged at a lower free end of the light guide 43 outside of the tub 41.
  • a fill level h e.g. a lye.
  • a nonlinear relationship between the fill level h and the light received at the transceiver 19 or the light attenuation due to the nonlinear design in the filling direction can be taken into account in the evaluation unit 8, e.g. by using appropriate corrections, e.g. Characteristics.
  • the light guide 43 can be designed as a film at least with regard to its curved part 43a.
  • the use of the film enables a particularly economical, space-saving and easy-to-assemble design.
  • a light guide 44 can be used, which is constructed similarly to the light guide 43, but is attached to an outer side 48 of the tub 41 in a contacting manner.
  • at least the area of the tub 41 in front of the light guide 44 is translucent for the wavelength (s) used in the optical measurement, in particular essentially transparent.
  • one that is transparent for the wavelength (s) used in the optical measurement integral area of the tub 41 serve as a light guide of the optical level meter.
  • the light guides 43 and 44 have the advantage that they can be positioned between the outer surfaces of the tub and a washing drum rotatably mounted in the tub.
  • the light guide 45 is a rectilinear, upright light guide, which can also be positioned within the tub between the tub and the washing drum, can be integrated outside the tub or in the tub.
  • the light guide 45 can also be used as a volume element, e.g. be designed as a rod-shaped element or as a film.
  • any other suitable light source can also be used instead of the light-emitting diode, for example a laser diode or a broad-beam light source with a downstream filter. It is generally preferred that the incident light be narrow-band.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hausgerät mit mindestens einem Flüssigkeitsmesser und den weiteren Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs. Das Hausgerät kann insbesondere ein wasserführendes Hausgerät sein, insbesondere ein Wäschereinigungsgerät. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bestimmen mindestens eines Zustandsparameters in einem Hausgerät mit den weiteren Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Verfahrensanspruchs- Der Zustandparameter Kann insbesondere ein flüssigkeitsbezogener Zustandsparameter, insbesondere ein Füllstand, sein.
  • Insbesondere in wasserführenden Hausgeräten ist eine Kenntnis eines aktuellen Wasserstands für eine Verfahrensführung notwendig. Im Speziellen bei Waschmaschinen ist der Wasserstand wegen eines Saugverhaltens eines Wäsche ein von der eingelassenen Wassermenge abweichender Wert und muss daher explizit erfasst werden.
  • EP 1 610 102 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Erfassen des Füllstandes in einem Behälter. Dabei soll ein Behälter, vorzugsweise zum Aufbewahren von Kondensat in einem Haushalt-Wäschetrockner, hinsichtlich seines Füllzustandes überwacht werden. Der Behälter hat einen Hohlraum umschließende Wände aus dielektrischem Werkstoff, vorzugsweise Kunststoff, und aus elektrisch leitendem Material gebildete Elektroden als Elemente eines elektrischen Kondensators, der in Betriebsposition des Behälters mit einer Auswerteschaltung gekoppelt ist. Zur Verbesserung der Messempfindlichkeit und Genauigkeit weist der den Hohlraum bildende Körper des Behälters eine Ausformung auf die zwei einander gegenüberliegende Begrenzungswände hat, die eng mit den wenigstens annähernd parallel zueinander stehenden Elektroden korrespondieren und deren Abstand voneinander geeignet ist, um bei üblicherweise kleinen Messspannungen zwischen den Elektroden ein annähernd störfreies elektrisches Feld entstehen zu lassen.
  • WO 2009/027242 A1 betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung eines Füllstands innerhalb eines Laugenbehälters einer Waschmaschine. Die Vorrichtung zur Ermittlung eines Füllstandes von Flüssigkeit innerhalb eines Behälters eines wasserführenden Haushaltgeräts, insbesondere einer Waschmaschine, ist mit einem Füllstandsensor ausgerüstet, mittels welchem ein durch die Flüssigkeit erzeugter Druckwert zu erfassen ist, wobei der Füllstandsensor zumindest mit einem Erfassungsteil in einem während des Waschvorgangs mit der Flüssigkeit überdeckten unteren Bereich des Behälters angeordnet ist. Eine Ermittlungseinrichtung kann vorgesehen sein, mittels welcher der Füllstand der Flüssigkeit anhand des durch den Füllstandsensor erfassten Druckwertes zu bestimmen ist.
  • EP 1 557 651 A1 offenbart ein flüssigkeitsführendes Hausgerät mit einem optischen Füllstandssensor, welcher einen Lichtleiter, eine Lichtquelle und einen Lichtsensor umfasst, und eine Auswerteinheit zum Bestimmen eines Zustandsparameter der Flüssigkeit auf Grundlage der mit dem Lichtsensor empfangenden Messdaten, wobei der zu bestimmende Zustandsparameter ein Füllstand der Flüssigkeit in dem Hausgerät ist. Darüber hinaus ist auch ein Verfahren zum Bestimmen eines Zustandsparameters der Flüssigkeit, nämlich ein Füllstand, in dem Hausgerät offenbart.
  • Ferner offenbart DE 10 2007 012166 A1 ein Verfahren zur Bestimmung einer Füllstandshöhe einer Flüssigkeit in einem Hausgerät sowie das Hausgerät in Form einer Waschmaschine, einer Geschirrspülmaschine oder eines Getränkeautomats bekannt, welches einen optischen Sensor zur Bestimmung einer Füllstandshöhe in dem Hausgerät umfasst, wobei die Füllstandhöhe unter Ausnutzung des Transmissions- und Reflexionsverhalten von in einen Lichtleiter des Sensors eingekoppeltem Licht an einer Grenzfläche.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit in einem Hausgerät bereitzustellen, mit welcher mit einem für die Füllstandsmessung geeigneten optischen Sensor besonders kostengünstig und vielseitig mindestens einen von der Füllstandshöhe abweichenden Zustandsparameter einer Flüssigkeit in dem Hausgerät zu bestimmen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Patentansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.
  • Unter einem optischen Füllstandssensor kann insbesondere ein Sensor oder Messfühler verstanden werden, dessen (körperloses) Messmedium oder Messträger Licht ist. Der optische Füllstandssensor beruht somit auf mindestens einer optischen Messung zur Bestimmung insbesondere eines Füllstands in dem Hausgerät.
  • Obwohl der optische Füllstandsmesser für eine Füllstandsmessung einsetzbar ist, kann er auch andere Zustandsparameter messen und braucht sogar nicht für die Füllstandsmessung eingesetzt zu werden. Der optische Füllstandsmesser kann also auch als ein optischer Flüssigkeitsmesser bezeichnet werden.
  • Die Aufgabe wird demnach gelöst durch ein Hausgerät, aufweisend mindestens einen optischen Flüssigkeitsmesser, wobei der mindestens eine Flüssigkeitsmesser und das Hausgerät die weiteren Merkmale nach Anspruch 1 umfasst.
  • Die Verwendung von Licht als der Messträger weist den Vorteil auf, dass eine sehr hohe Messauflösung erlaubt ist. Auch ist eine Messträgheit bei einer Verwendung von Licht sehr gering, so dass auch dynamische Zustandsparameter mit einem akzeptablen Aufwand erfassbar sind. Ferner benötigt der optische Füllstandssensor nur wenige, und darüber hinaus keine bewegten, Teile, so dass ein robuster und kostengünstiger Aufbau ermöglicht wird.
  • Dem mindestens einen optischen Füllstandssensor ist eine Auswerteeinheit, z.B. ein Mikroprozessor, zugeordnet sein. Die Auswerteeinheit ist zumindest zum Bestimmen mindestens eines Zustandsparameters der Flüssigkeit in dem Hausgerät auf der Grundlage der von dem mindestens einen Lichtsensor empfangenen Messdaten eingerichtet. Die Auswerteeinheit kann z.B. eine dedizierte Auswerteeinheit oder auch eine zentrale Steuereinheit sein.
  • Der mindestens eine Zustandsparameter umfasst einen Brechungsindex.
  • Der mindestens eine Zustandsparameter kann beispielsweise auch einen Füllstand, eine Trübung, eine Konzentration von Zusatzstoffen, einen Schmutzanteil, eine Bewegung (z.B. ein Schwappen) und/oder eine Viskosität der Flüssigkeit umfassen.
  • Die Auswerteeinheit kann auch zum Bestimmen mindestens eines Zustandsparameters des Hausgeräts eingerichtet sein, z.B. zum Bestimmen eines Verkalkungsgrads, einer Unwucht des beladenen Hausgeräts usw.
  • Ferner weist der optische Füllstandssensor mindestens einen zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit benetzbaren Lichtleiter, mindestens eine Lichtquelle, mittels der Licht in den Lichtleiter einkoppelbar ist, und mindestens einen Lichtsensor zum Detektieren von aus dem Lichtleiter ausgekoppeltem Licht auf.
  • Darüber hinaus weist das Hausgerät mindestens eine Auswerteeinheit zum Bestimmen mindestens eines Zustandsparameters, insbesondere eines Füllstands, der Flüssigkeit in dem Hausgerät auf der Grundlage der von dem mindestens einen Lichtsensor empfangenen Messdaten auf.
  • Beispielsweise kann zur Bestimmung eines Füllstands ein sich mindestens über den maximal auszumessenden Füllstand oder Pegel erstreckender Lichtleiter mittels der mindestens eine Lichtquelle mit Licht geeigneter Wellenlänge gespeist werden. An den Wänden des mindestens einen Lichtleiters kann zumindest ein Teil des eingekoppelten oder eingespeisten Lichts totalreflektiert werden. Der Grad der Totalreflexion unterscheidet sich dabei zwischen trockenen Wandbereichen und nassen bzw. mit der Flüssigkeit, insbesondere Wasser, benetzten Wandbereichen. Der Winkel der Totalreflexion im Lichtleiter kann insbesondere so gegeben sein, dass der größte Teil des Lichts an den trockenen Wandbereichen des Lichtleiters ins Innere des Lichtleiters zurückreflektiert wird und bei nassen Wandbereichen ein definierter größerer Anteil des Lichts in die umgebende Flüssigkeit austritt. Eine Detektion von aus dem Lichtleiter lokal ausgekoppeltem Licht mittels des mindestens einen Lichtsensors (z.B. eine Messung einer Lichtstärke, Intensität, Helligkeit usw. des Lichts) liefert folglich eine Änderung, insbesondere Abschwächung, des ausgekoppelten Lichts als eine Funktion des Füllstands. Je höher beispielsweise die Flüssigkeit steht, desto mehr Licht kann an den nassen Wandbereichen oder Seiten des Lichtleiters austreten, und umso schwächer wird das in den mindestens einen Lichtsensor einfallende Licht.
  • Bevorzugtermaßen umfasst die mindestens eine Lichtquelle mindestens eine Leuchtdiode. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z.B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z.B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount") montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen undfoder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z.B. mindestens einer Fresnel-Linse, einem Kollimator, und so weiter Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische Leuchtdioden (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Die Leuchtdioden weisen den Vorteil auf, sehr langlebig, robust, schmalbandig, kompakt und einfach ansteuerbar zu sein. Alternativ kann die mindestens eine Lichtquelle z.B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen. Jedoch ist die mindestens eine Lichtquelle nicht auf eine Halbleiterlichtquelle beschränkt und kann z.B. auch andere Laser, Glühlampen, Leuchtstoffröhren usw. umfassen.
  • Die Flüssigkeit kann beispielsweise Wasser oder eine Waschflüssigkeit (z.B. flüssige Waschlauge) sein. Die Flüssigkeit kann Zusatzstoffe verschiedener Art enthalten, wie Reinigungszusätze oder Verunreinigungen. Mit Reinigungszusätzen versehenes Wasser kann auch als eine Lauge bezeichnet werden. Das Wasser kann somit auch allgemein als eine wasserbasierte Flüssigkeit angesehen werden.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass der Lichtleiter im Wesentlichen aus einem für das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht lichtdurchlässigen Kunststoff hergestellt ist, z.B. aus PMMA. Der Lichtleiter kann einen inhomogenen Brechungsindex, insbesondere einen sich von innen nach außen ändernden Brechungsindex, aufweisen, um optische Verluste an Reflexionsstellen klein zu halten. Für eine einfache und kostengünstige Ausgestaltung des Lichtleiters kann dieser einen homogenen Brechungsindex aufweisen. Der Lichtleiter kann dann insbesondere als ein Spritzgussteil hergestellt werden.
  • Die Lichtquelle und der Lichtsensor können als separate Bauteile vorgesehen sein oder als eine integrierte Einheit (optischer Transceiver), vorzugsweise auf einem gemeinsamen Träger. Falls die Lichtquelle und der Lichtsensor als ein Transceiver ausgestaltet sind, kann das Licht von dem Lichtsensor insbesondere nach einer Reflexion an einem freien Ende des Lichtleiters detektiert werden. Das freie Ende kann dann für eine Erhöhung einer Lichtausbeute insbesondere verspiegelt sein.
  • Für eine Erhöhung einer Lichtausbeute kann mindestens eine Wand oder Oberfläche, insbesondere eine als Lichtdurchtrittsbereich vorgesehener Oberflächenbereich, mindestens eine optische Funktion aufweisen, z.B. als eine Sammellinse, eine Zerstreuungslinse, ein Prisma, ein Spiegel usw. ausgestaltet sein.
  • Das Hausgerät kann insbesondere ein Wäschepflegegerät sein, z.B. eine Waschmaschine oder ein Waschtrockner, aber beispielsweise auch ein Wäschetrockner, eine Spülmaschine usw. Falls das Hausgerät ein Wäschereinigungsgerät wie eine Waschmaschine oder ein Waschtrockner ist, kann die Flüssigkeit insbesondere Wasser (Lauge, Spülwasser usw.) sein.
  • Insbesondere falls das Hausgerät ein Wäschereinigungsgerät ist, kann der Lichtleiter bei einer Montage des Laugenbehälters zwischen zwei Laugenbehälterhälften eingelegt werden.
  • Insbesondere falls das Hausgerät ein Wäschereinigungsgerät ist, ist es eine Ausgestaltung, dass der Lichtleiter zumindest abschnittweise an einer Innenseite eines Laugenbehälters angeordnet ist. Der Lichtleiter ist dann vorteilhafterweise zumindest annähernd ähnlich zu der Form der Innenseite des Laugenbehälters, z.B. zylindersektorähnlich. Da die Lauge in dem Laugenbehälter hochsteigt, ergibt sich eine einfache Füllstandmessung durch die Benetzung des in dem Laugenbehälter untergebrachten Lichtleiterbereichs. Eine mögliche Nichtlinearität zwischen der durch den mindestens einen Lichtsensor detektierten Lichtstärke und dem Füllstand aufgrund einer Krümmung des Lichtleiters lässt sich durch eine Verwendung entsprechenden Kennlinien berücksichtigen.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der Lichtleiter eine Folie ist. Dadurch kann der Lichtleiter besonders preisgünstig hergestellt, kompakt ausgestaltet und bei beengten Raumverhältnissen eingesetzt werden. Insbesondere lassen sich auch mehrere Lichtleiter in die Folie integrieren, z.B. für parallele Messungen. Falls das Hausgerät beispielsweise ein Wäschereinigungsgerät ist, kann der Lichtleiter eine auf die Innenseite des Laugenbehälters aufgebrachte Folie sein. Dadurch braucht ein Zwischenraum zwischen dem Laugenbehälter und einer Wäschetrommel nicht neu ausgelegt zu werden, und es ergibt sich eine besonders einfache Integration des optischen Füllstandssensors in das Wäschereinigungsgerät.
  • Es ist auch eine Ausgestaltung, dass der Lichtleiter in eine Behälterwand eines Flüssigkeitsbehälters integriert ist. Insbesondere kann die Behälterwand als solches als der Lichtleiter ausgestaltet sein, z.B. durch eine Herstellung aus einem für das Licht lichtdurchlässigen, insbesondere transparenten, Kunststoff oder Glas. Dadurch kann auf den Lichtleiter als separates Bauteil verzichtet werden und eine besonders zuverlässige und kostengünstige Bauform ermöglicht werden. Falls das Hausgerät beispielsweise ein Wäschereinigungsgerät ist, ist es eine Ausgestaltung, dass der Lichtleiter in den Laugenbehälter integriert ist. Der Laugenbehälter kann insbesondere zumindest teilweise aus einem als Lichtleiter geeigneten Kunststoff hergestellt sein. Der Laugenbehälter kann z.B. zumindest teilweise aus einem für das Licht der Lichtquelle durchlässigen Kunststoff gefertigt sein, und zwar über den erlaubten Füllstandsbereich.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Hausgerät eine integrierte optische Messeinheit mit mindestens einem optischen Füllstandssensor und einem Messrohr aufweist, wobei mindestens eine Seitenwand des Messrohrs einen Teil eines Lichtleiters des mindestens einen optischen Füllstandssensors darstellt. Das Messrohr ist mittels mindestens eines Fluidkanals mit einem Flüssigkeitsbehälter des Hausgeräts verbunden, dessen Füllstand mittels der optischen Messeinheit auszumessen ist. Aufgrund des Prinzips der kommunizierenden Röhren kann der Füllstand des Flüssigkeitsbehälters in dem Messrohr abgebildet und bestimmt werden. Dadurch kann die optische Füllstandsmessung auch beabstandet von dem Flüssigkeitsbehälter angeordnet werden, was eine hohe Gestaltungsflexibilität erlaubt. Dadurch, dass der Lichtleiter und das Messrohr miteinander integriert sind, können sie besonders zuverlässig, kostengünstig und platzsparend hergestellt werden, insbesondere einstückig, z.B. aus Kunststoff mittels eines Spritzgussverfahrens, oder aus Glas. Das Messrohr kann z.B. als eine Küvette ausgestaltet sein. Die mindestens eine Lichtquelle und der mindestens eine Lichtsensor können an dem Lichtleiter vor einer Montage der optischen Messeinheit in dem Hausgerät vormontiert worden sein. Die mindestens eine Lichtquelle und der mindestens eine Lichtsensor können insbesondere als mindestens ein optischer Transceiver ausgestaltet sein.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Lichtquelle Licht mehrerer Wellenlängen in den mindestens einen Lichtleiter einkoppelt, der mindestens eine Lichtsensor Licht dieser mehreren Wellenlängen detektiert und die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, auf der Grundlage der von dem mindestens einen Lichtsensor empfangenen Messdaten für die mehreren Wellenlängen einen Zustandsparameter der den Lichtleiter umgebenden Flüssigkeit festzustellen ('spektroskopische Messung'). Das Licht der mehreren bzw. unterschiedlichen Wellenlängen kann sequentiell oder gleichzeitig in den mindestens einen Lichtleiter eingekoppelt werden. Die spektroskopische Messung kann insbesondere zusätzliche Informationen über den Brechungsindex der den Lichtleiter umgebenden Flüssigkeit liefern. Dabei wird ausgenutzt, dass unter sonst gleichen Umständen (insb. bei einem gleichen Füllstand) der aus dem Lichtleiter ausgekoppelte Anteil abhängig von dem Brechungsindex des zu messenden Mediums ist. Für einen gegebenen Brechungsindex ist die Absorption bei einer Wellenlänge als Funktion des Füllstands durch eine Funktion (beschreibbar z.B. durch ein Kennlinienfeld, dessen Parameter die Brechzahl des umgebenden Mediums ist) gegeben. Für verschiedene Wellenlängen werden ausreichend große Unterschiede in den Kennlinienfeldern angenommen, so dass bei gemessenen Absorptionswerten für die verschiedenen Wellenlängen bei identischen Füllständen und einem identischen Brechungsindex für die gegebene Situation die jeweilige Kurve des Kennlinienfelds eindeutig festgelegt ist. Je nach eingestellter Messpräzision lassen sich daraus zusätzliche Informationen etwa über eine Laugenkonzentration oder einen Schmutzanteil der Flüssigkeit gewinnen. Eine Integration einer beliebigen Anzahl weiterer Lichtquellen und Lichtsensoren ist vergleichsweise einfach möglich.
  • Jedoch ist eine Bestimmung des Brechungsindex' der den Lichtleiter umgebenden Flüssigkeit auch mittels einer Messung mit nur einer Wellenlänge möglich, wenn ein definierter Füllstand bekannt ist. Der definierte Füllstand kann beispielsweise durch ein gezieltes Befüllen mit der Flüssigkeit erreicht werden. Dabei wird ausgenutzt, dass bei gegebenem Füllstand die im Lichtleiter transmittierte Lichtmenge unter anderem von dem Brechungsindex des umgebenden Mediums abhängt. Eine Kalibrierkurve des Sensors weist dann eine zusätzliche Dimension auf, nämlich den Brechungsindex des umgebenden Mediums bzw. bei einer diskreten Auftragung ein Kennlinienfeld. Unter Annahme einer stetigen Abhängigkeit von dem Brechungsindex sind die Kurven in dem Kennlinienfeld überschneidungsfrei, es ist bei einer Messung zunächst nicht klar, auf welcher Kennlinie im Kennlinienfeld sich der Messpunkt befindet. Jedoch ist die Kennlinie bereits durch einen einzigen bekannten Punkt identifizierbar, dieser Punkt lässt sich durch einen bekannten Parameter, in diesem Fall eine definierte Füllhöhe, ermitteln. Die definierte Füllhöhe lässt sich mit einem zweiten Sensor, hier z.B. dem Durchflusssensor, vorgeben. Damit bei einer mit Wäsche gefüllten Trommel keine Störungen der Messung durch die Wäsche stattfinden, liegt der Messpunkt vorzugsweise unterhalb eines Eintauchbereichs der Trommel.
  • Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass der optische Füllstandssensor zwei voneinander beabstandete, miteinander optisch koppelbare Lichtleiter aufweist, wobei einer der Lichtleiter mit der mindestens einen Lichtquelle optisch gekoppelt ist und zumindest der andere der Lichtleiter, insbesondere beide Lichtleiter, mit mindestens einem Lichtsensor optisch gekoppelt ist. Anstelle oder zusätzlich zu einer Messung der Lichtschwächung wird nun das während einer Reflexion in einem ersten der Lichtleiter austretende Licht (welches vorher dem nicht weiter genutzten Streulicht entspricht) durch die Flüssigkeit laufen und in einen zweiten der Lichtleiter einkoppeln. Die an dem zweiten Lichtleiter gemessene Lichtstärke o.ä. steigt dabei mit zunehmendem Pegelstand oder Füllstand der Flüssigkeit.
  • Um die Ausbeute an Licht in dem Lichtsensor hoch zu halten, kann der zweite Lichtleiter mit mindestens einem Leuchtstoff (Fluoreszenzfarbstoff, auch Phosphor, engl. 'phosphor' genannt, jedoch nicht zu verwechseln mit dem chemischen Element Phosphor, engl. ,phosphorus') versetzt sein. Eingekoppeltes Licht wird durch den Leuchtstoff in der Frequenz verringert (sog. 'Downconversion'), wodurch sich der Totalreflexionswinkel einhergehend mit einer verringerten Austrittswahrscheinlichkeit oder Verlust verändert.
  • Falls optische Messstrukturen unterschiedlicher Charakteristik verwendet werden, kann die Auswerteeinheit dazu eingerichtet sein, verschiedene Medien, insbesondere Medien unterschiedlicher Konsistenz, zu unterscheiden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der optische Füllstandssensor zwei voneinander beabstandete, miteinander optisch koppelbare Lichtleiter aufweist, wobei einer der Lichtleiter mit der mindestens einen Lichtquelle optisch gekoppelt ist und beide Lichtleiter mit mindestens einem jeweiligen Lichtsensor optisch gekoppelt sind, In diesem Fall kann z.B. Wasser für eine gute Lichtübertragung von einem ersten der Lichtleiter auf einen zweiten der Lichtleiter sorgen, während z.B. Schaum ebenfalls Licht aus dem ersten Lichtleiter auskoppelt, jedoch in einem geringeren Grad als das Wasser. Da der Schaum nicht durchsichtig (transparent), sondern durchscheinend (opak) ist, wird aus dem ersten Lichtleiter in den Schaum ausgekoppeltes Licht nur in einem geringen Maß in den zweiten Lichtleiter eingekoppelt und hauptsächlich seitlich weggestreut. Der aufgrund des Schaums in den zweiten Lichtleiter eingekoppelte Lichtanteil ist daher gegen den aufgrund des Wassers eingekoppelten Lichtanteil vernachlässigbar. Durch einen Vergleich der Lichtstärke oder ähnlichem an dem Lichtsensor des ersten Lichtleiters und dem Lichtsensor des zweiten Lichtleiters sind Luft, Wasser und Schaum voneinander sensorisch separierbar. Insbesondere können so eine Schaummenge bestimmt und der Füllstand der Flüssigkeit genauer bestimmt werden. Die Kenntnis der Schaummenge kann z.B. zur Bestimmung eines Zeitpunkts verwendet werden, an dem Reinigungsmittel aus einer Wäsche ausgewaschen ist (geringe Schaumbildung). Mit weiteren Dimensionen der optischen Messung lassen sich noch weitere optische Eigenschaften der Medien (Flüssigkeit, Schaum usw.) in dem Hausgerät erfassen, etwa die Trübung. Die Trübung kann beispielsweise durch eine Absorption von Licht durch eine vorbestimmte, mit der Flüssigkeit gefüllte Absorptionsstrecke bestimmt werden. Die Absorptionsstrecke kann beispielsweise einer Füllstandsmessstrecke in dem optischen Füllstandssensor entsprechen. Das Trübungssensorprinzip kann somit in den optischen Füllstandssensor integriert werden.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Lichtleiter einen stufigen oder diskontinuierlichen Aufbau aufweist. Der stufige Aufbau ermöglicht eine Messung auch bei einer starken Verschmutzung und unter widrigen Umgebungsbedingungen durch ein Erkennen und Zählen entsprechender Stufen in dem Messsignal, beispielsweise mit definierten Messpunkten jeweils an den Stufen und einer Interpolation dazwischen.
  • Der stufige Aufbau kann insbesondere eine stufige Struktur einer Außenseite oder Oberfläche des Lichtleiters umfassen. Die Außenseite oder Oberfläche des Lichtleiters kann beispielsweise in Form mindestens einer periodischen Funktion gestaltet sein, insbesondere entlang einer Längsausrichtung des Lichtleiters. Die periodische Funktion kann beispielsweise eine Sinusfunktion, eine Dreieckfunktion oder eine Rechteckfunktion sein. Die periodische Funktion prägt sich dem Verlauf des Lichtsignals durch ihren unterschiedlichen Grad der Lichtauskopplung auf. Eine Verschmutzung der Oberfläche des Lichtleiters kann zwar die messbare Lichtstärke oder ähnliches insgesamt abschwächen, die Breite der Stufen verändert sich durch die Verschmutzung aber nur unwesentlich und ist weiterhin gut detektierbar.
  • Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das Hausgerät mindestes zwei optische Füllstandssensoren unterschiedlicher Art sowie mindestens eine Auswerteeinheit zum gemeinsamen Auswerten der von den mindestes zwei optischen Füllstandssensoren empfangenen Messdaten aufweist. Dadurch können weitere Informationen über einen Zustand der Flüssigkeit und/oder des Hausgeräts gewonnen werden.
  • Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, auf der Grundlage der Messdaten einen Schwingungszustand der Flüssigkeit und/oder des Hausgeräts zu bestimmen. Dabei wird ausgenutzt, dass die optische Messung eine sehr schnelle Erfassung von Messwerten ermöglicht. Es erfolgt praktisch keine durch das Messprinzip bedingte Glättung der Messsignale. So ist es bei einem gegebenem Füllstand möglich, einen Schwingungszustand schwingender und mit der Flüssigkeit (fluid)mechanisch gekoppelter Teile des Hausgeräts bezüglich einer Phase und Amplitude aus einer Schwingung (insbesondere einem periodischen Schwappen (einer starken Bewegung der Wasseroberfläche aufgrund einer Schwingsystemdynamik)) der Flüssigkeit abzuleiten. Diese Information(en) können z.B. für eine intelligente Wäscheverteilung (d.h., ein mit speziellen Algorithmen gesteuertes Reversieren der Trommel für eine Neuverteilung der Wäsche) verwendet werden. So lässt insbesondere eine paarweise Verwendung optischer Füllstandssensoren an unterschiedlichen Stellen in einem Laugenbehälter eine Erfassung von Diagonalunwuchten zu, die mit herkömmlichen 3D-Sensoren allein nicht oder nur schwer erfassbar sind. Insbesondere können zwei oder mehr Sensoren eine Bewegung einer Oberfläche der Flüssigkeit besser erfassen, was wiederum Rückschlüsse auf eine Diagonalunwucht zulässt.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, auf der Grundlage der Messdaten mindestens eine fluidmechanische Eigenschaft der Flüssigkeit, insbesondere eine Viskosität, zu bestimmen. Der optische Füllstandssensor ist insbesondere ausreichend schnell, um auch schwingende oder schwappende Füllstände oder Wasserstände zu erfassen.
  • Eine Mittelwertbildung zur Ermittlung des (mittleren) Füllstands kann beispielsweise durch eine Filterung des Messsignals erfolgen; neben analogen Filtern kommen insbesondere auch digitale Filter, Softwarefilter oder ähnliches in Frage. Alternativ kann z.B. ein mechanisches Tiefpasssystem verwendet werden, beispielsweise durch die bereits oben beschriebene räumliche Trennung des Flüssigkeitsbehälters und des optischen Füllstandssensors und deren hydraulische Verbindung nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren, bei der der Füllstand in dem Messrohr eine Schwingung der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter praktisch nicht nachvollzieht. Insbesondere bei einer logischen Filterung, z.B. durch eine Elektronik und/oder eine Software, lässt sich aus dem den Schwingungen bzw. aus dem Schwappen der Flüssigkeit auch Information zu (fluid)mechanischen Daten aus dem Messsignal extrahieren, beispielsweise eine Viskosität der Flüssigkeit, z.B. Waschlauge. Die Viskosität wiederum kann als eine Eingangsgröße zur Feststellung einer Reinheit der Flüssigkeit verwendet werden. Dabei kann ausgenutzt werden, dass nach dem Hagen-Poiseuilleschen Gesetz eine Strömungsgeschwindigkeit in einem Rohr (unter laminaren Bedingungen) invers proportional zu der Viskosität der Flüssigkeit ist. Aus einer Messung einer Fließgeschwindigkeit oder einem Abklingen einer Schwingung im einem Rohrsystem oder ähnlichen Daten lässt sich daher auf die Viskosität zurückschließen.
  • Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, auf der Grundlage der Messdaten mindestens einen Verschmutzungsparameter des wasserführenden Hausgeräts zu bestimmen und auf dessen Grundlage mindestens einen zur Beseitigung einer Verschmutzung des wasserführenden Hausgeräts vorgesehenen Schritt anzustoßen.
  • So können Referenz- bzw. Kompensationssignale des optischen Füllstandsensors zum Erkennen von Verschmutzungen der Maschine verwendet werden. Beispielsweise kann eine Verkalkung des Lichtleiters durch eine verstärkte Lichtauskopplung an den Reflexionsstellen im Vergleich zu einem nicht verkalkten Lichtleiter erkannt werden, insbesondere mittels einer Referenzmessung in einem unbefüllten Zustand, z.B. vor einem Einlaufenlassen von Wasser zu Beginn eines Waschgangs oder eines Spülgangs. Dazu kann beispielsweise eine einzelne Referenzmessung Informationen über einen Grad an Belegung mit Verschmutzungen des Lichtleiters liefern, nicht aber über deren Verteilung. Durch einen Vergleich mit der für den neuen unverschmutzten Lichtleiter bekannten Lichtauskopplung lässt sich auf eine durchschnittliche Verschmutzung des Lichtleiters schließen. Aus den bereits oben erwähnten spektroskopischen Messungen oder Messungen bei definierten Wasserständen lassen sich zusätzliche Informationen über eine vertikale Verteilung der Verschmutzung gewinnen.
  • Die zur Beseitigung der Verschmutzung vorgesehenen Schritte können z.B. ein Durchführung eines Selbstreinigungsprogramms und/oder ein Ausgeben eines Hinweises, z.B. eines Wartungshinweises oder ähnlichem, an einen Nutzer umfassen. Je nach Anzahl der erfassten Dimensionen des optischen Füllstandssensors lassen sich neben Aussagen über den Grad der Verschmutzung auch Informationen zu deren Homogenität und Verteilung (z.B. mit einer Verkalkung mit einem deutlichem Schwerpunkt in einem unteren Bereich) und zu deren zeitlicher Entwicklung gewinnen und zur Steuerung des Hausgeräts nutzen.
  • Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der mindestens eine optische Füllstandssensor, insbesondere dessen mindestens ein Lichtleiter, in einem Zuströmbereich von Frischwasser des Hausgeräts angeordnet ist. Durch das einströmende Frischwasser kann der optische Füllstandssensor von Verunreinigungen freigespült werden, beispielsweise um eine präzise Erfassung von Schaum zu ermöglichen. Eventuell kann für eine besonders präzise Messung der Frischwasserzulauf (kurzzeitig) unterbrochen werden. Der freispülbare Sensor kann insbesondere als eine Referenz (etwa zur Erfassung eines Maschinenzustands) zusammen mit einem zweiten optischen Füllstandssensor an einer nicht freispülbaren Stelle verwendet werden.
  • Ganz allgemein ist die Füllstandsmessung nicht auf eine wasserbasierte Flüssigkeit beschränkt, sondern kann z.B. auch für flüssige Reinigungsmittel usw. verwendet werden. Entsprechend ist die Erfindung nicht auf wasserführende Hausgeräte beschränkt.
  • Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen mindestens eines Zustandsparameters, insbesondere eines Füllstands, einer Flüssigkeit in einem Hausgerät mit den weiteren Merkmalen des Anspruchs 14, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist:
    • Einkoppeln von Licht in mindestens einen Lichtleiter, wobei der mindestens eine Lichtleiter zumindest teilweise von der Flüssigkeit benetzbar ist;
    • Auskoppeln von Licht aus dem mindestens einen Lichtleiter in mindestens einen Lichtsensor und
    • Bestimmen mindestens eines Zustandsparameters, insbesondere eines Wasserstands, der Flüssigkeit in dem Hausgerät auf der Grundlage von Messdaten des mindestens einen Lichtsensors.
  • Mit dem Verfahren wird als Zustandsparameter ein Brechungsindex der den Lichtleiter umgebenden Flüssigkeit bestimmt.
  • Die Aufgabe kann insbesondere analog zu dem oben beschriebenen Hausgerät weiter ausgestaltet werden.
  • Die Erfindung weist unter anderem die Vorteile auf, dass sich bei einer gleichzeitig hohen Integrationsdichte ein Kostenvorteil und eine geringere Bauteilanzahl gegenüber klassischen Sensoren ergibt. Ein paralleles Vermessen über verschiedene optische Prinzipien (z.B. Auskopplung vs. Einkopplung, verschiedene Wellenlängen usw.) ermöglicht ein Erfassen mehrerer Dimensionen mit zusätzlichen Informationen zu Art, Menge und Verteilung der Medien in Mehrmediensystemen (z.B. Wasser-Schaum-Luft). Eine Nullmessung kann außerdem eine Information über einen Verschmutzungsgrad der Messeinrichtung und damit z.B. bei einer Waschmaschine über den Laugenbehälter. Ein Einbeziehen zeitlicher Aspekte liefert weitere Informationen zum dem System (z.B. eine Viskosität der Flüssigkeit).
  • In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
    • Fig.1
    zeigt als Schnittdarstellung in Seiteneinsicht eine Prinzipskizze eines optischen Füllstandssensors gemäß einer ersten Ausführungsform;
    Fig.2
    zeigt als Schnittdarstellung in Seiteneinsicht eine Prinzipskizze eines optischen Füllstandssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform;
    Fig.3
    zeigt als Schnittdarstellung in Seiteneinsicht eine Prinzipskizze eines optischen Füllstandssensors gemäß einer dritten Ausführungsform;
    Fig.4
    zeigt als Schnittdarstellung in Seiteneinsicht eine Prinzipskizze eines optischen Füllstandssensors gemäß einer vierten Ausführungsform;
    Fig.5
    zeigt eine Auftragung einer durch den optischen Füllstandssensor gemäß der vierten Ausführungsform detektierten Lichtstärke in Abhängigkeit von einem Füllstand;
    Fig.6
    zeigt in Seitenansicht einen Laugenbehälter einer Waschmaschine mit drei möglichen Lichtleitern.
  • Fig.1 zeigt als Schnittdarstellung in Seiteneinsicht eine Prinzipskizze eines optischen Füllstandssensors 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Der optische Füllstandssensor 1 weist einen zumindest teilweise mit Flüssigkeit F benetzbaren stabförmigen Lichtleiter 2 aus PMMA der Länge L auf, welcher hier senkrecht in einem mittels der Flüssigkeit F befüllbaren Flüssigkeitsbehälter, z.B. in einem Laugenbehälter einer Waschmaschine, steht. Ein von der Flüssigkeit F umgebener oder benetzter Längeabschnitt des Lichtleiters 2 entspricht einem Füllstand h.
  • Über eine erste Deckfläche oder Endfläche 3 des Lichtleiters 2 ist Licht in den Lichtleiter 2 einkoppelbar, wie hier durch den einzelnen Lichtstrahl S angedeutet. Die erste Endfläche 3 ist nicht mit der Flüssigkeit benetzbar. Der in den Lichtleiter 2 einkoppelbare Lichtstrahl S wird hier von einer Leuchtdiode 4 erzeugt und ist im Wesentlichen monochrom.
  • Der Lichtstrahl S durchläuft den Lichtleiter 2 und wird, da er schräg zu der Längsachse des Lichtleiters 2 läuft, mehrmals an der Seitenwand oder Mantelfläche 5 des Lichtleiters 2 totalreflektiert, bis er an der anderen, zweiten Endfläche 6 austritt oder auskoppelt und auf einen Lichtsensor 7 fällt. Die zweite Endfläche 6 ist ebenfalls nicht durch die Flüssigkeit F benetzbar. Die Totalreflexion ist dann, wenn die Mantelfläche 5 an Reflexionsstellen trocken oder nicht mit der Flüssigkeit F benetzt ist, im Wesentlichen verlustfrei oder gering verlustbehaftet und dann, wenn die Mantelfläche 5 am Ort der Totalreflexion nass oder mit der Flüssigkeit F benetzt ist, im Wesentlichen stärker verlustbehaftet. Bei der verlustbehafteten Totalreflexion wird ein gewisser Anteil des auf die Mantelfläche 5 von innen auftreffenden Lichts S als Streulicht T nach außen abgegeben.
  • Die von dem Lichtsensor 7 detektierte Lichtstärke ist somit eindeutig abhängig von dem Füllstand h bzw. dem relativen Füllstand h / L. So kann eine mit dem Lichtsensor 7 funktional gekoppelte Auswerteeinheit 8, z.B. eine Steuereinheit eines Hausgeräts 9, aus den Messdaten des Lichtsensors 7 die Füllhöhe h bestimmen. Dazu kann die Auswerteeinheit 8 z.B. eine oder mehrere Kennlinien oder Nachschlagetabellen verwenden, welche die Messdaten des Lichtsensors 7 mit dem Füllstand h in Beziehung setzen.
  • Die Leuchtdiode 4 und/oder der Lichtsensor 7 können im Wesentlichen direkt an dem Lichtleiter 2 oder beabstandet davon angebracht sein.
  • Die Leuchtdiode 4 und der Lichtsensor 7 können an einer gleichen Endfläche 3 oder 6 angeordnet sein, insbesondere auf einem gleichen Träger, wobei der Lichtsensor 7 dann Licht detektiert, welches an der anderen Endfläche 6 bzw. 3 zurückreflektiert worden ist und somit den Lichtleiter 2 zweimal durchlaufen hat. Diese Anordnung ist besonders kompakt und weist eine erhöhte Messgenauigkeit auf. Zur Verringerung von Lichtverlusten an der das Licht zurückreflektierenden Endfläche 3 oder 6 kann diese Endfläche 3 oder 6 verspiegelt sein. Die Leuchtdiode 4 und der Lichtsensor 7 können insbesondere eine gemeinsame optische Transceiver-Einheit bilden, siehe auch Fig.2. Die Transceiver-Einheit kann auch eine Elektronik aufweisen, z.B. zur Ansteuerung der Leuchtdiode 4 und/oder für eine Aufbereitung oder Verarbeitung der Signale des Lichtsensors 7.
  • Das Hausgerät 9 kann insbesondere ein wasserführendes Hausgerät wie ein Wäschereinigungsgerät (Waschmaschine, Waschtrockner usw.) sein. Die Flüssigkeit F kann dann insbesondere eine wasserbasierte Flüssigkeit, insbesondere eine Lauge oder Spülwasser, sein.
  • Fig.2 zeigt als Schnittdarstellung in Seiteneinsicht eine Prinzipskizze eines optischen Füllstandssensors 11 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der Füllstandssensor 11 ist ein integraler Teil einer optischen Messeinheit 12, welche zusätzlich ein Messrohr 13 und einen Flüssigkeitskanal 14 aufweist. Das Messrohr 13 ist mittels des Flüssigkeitskanals 14 nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren mit einem Flüssigkeitsbehälter 15 eines Hausgeräts 16 hydraulisch verbunden. Dadurch entspricht ein Füllstand oder Pegel in dem Messrohr 13 einem Füllstand oder Pegel in dem Flüssigkeitsbehälter 15. Der Flüssigkeitsbehälter 15 ist hier ein Laugenbehälter eines Wäschereinigungsgeräts.
  • Der Lichtleiter 17 des optischen Füllstandssensors 11 stellt gleichzeitig eine Seitenwand 18 des Messrohrs 13 dar, und beide Funktionselemente 17, 13 können einstückig hergestellt werden, insbesondere mittels eines Kunststoffspritzverfahrens. Das Messrohr 13 ist hier als eine Küvette mit planparallelen Seitenwänden ausgestaltet. Die optische Messeinheit 12 weist eine Aussparung 12a zur Aufnahme eines optischen Transceivers 19 auf. Der optische Transceiver 19 ist direkt angrenzend auf eine Licht(ein- und aus-)-Kopplungsfläche 20 des Lichtleiters gerichtet. Die Lichtkopplungsfläche 20 kann zur Formung des Lichtstrahls für eine hohe Lichtausbeute als ein optisches Element ausgestaltet sein, z.B. linsenförmig. Eine entgegengesetzte Endfläche 21 des Lichtleiters 17 dient als eine Reflexionsfläche und kann für eine hohe Lichtausbeute z.B. verspiegelt sein. Der optische Transceiver 19 kann vor einer Montage der optischen Messeinheit in dem Hausgerät in die Aussparung 12a vormontiert werden.
  • Fig.3 zeigt als Schnittdarstellung in Seiteneinsicht eine Prinzipskizze eines optischen Füllstandssensors 21 gemäß einer dritten Ausführungsform zur Verwendung in einem Hausgerät 24. Der optische Füllstandssensor 21 weist nun zwei voneinander beabstandete, miteinander optisch koppelbare Lichtleiter 22, 23 auf. Die beiden Lichtleiter 22, 23 weisen die gleiche Form und das gleiche Grundmaterial auf und sind parallel sowie benachbart zueinander ausgerichtet.
  • Der erste Lichtleiter 22 ist ähnlich wie bei dem optischen Füllstandssensor 1 mit der Leuchtdiode 4 durch die erste Endfläche 3a optisch gekoppelt und ist mit einem ersten Lichtsensor 7a durch die gegenüberliegende Endfläche 6a gekoppelt.
  • Der zweite Lichtleiter 23 weist an seiner zweiten Endfläche 6b einen Lichtsensors 7b auf, jedoch keine Leuchtdiode. Die erste Endfläche 6b ist hingegen verspiegelt, damit darauf von innen einfallendes Licht zurückreflektiert wird und in Richtung der zweiten Endfläche 6b laufen kann. Um die Ausbeute an Licht in dem zweiten Lichtsensor 7b hoch zu halten, ist der zweite Lichtleiter 23 mit mindestens einem Leuchtstoff (Fluoreszenzfarbstoff, engl. 'phosphor') versetzt. Eingekoppeltes Licht wird durch den Leuchtstoff in der Frequenz verringert (sog. 'Downconversion'), wodurch sich der Totalreflexionswinkel einhergehend mit einer verringerten Austrittswahrscheinlichkeit oder Verlust verändert.
  • Zusätzlich zu einer Messung der Lichtschwächung wird nun das während einer Reflexion in dem ersten Lichtleiter 22 austretende Licht (welches vorher dem nicht weiter genutzten Streulicht entspricht) durch die Flüssigkeit F laufend seitlich in den zweiten Lichtleiter 23 eingekoppelt. Die an dem zweiten Lichtleiter 23 gemessene Lichtstärke o.ä. steigt folglich mit zunehmendem Pegelstand oder Füllstand h der Flüssigkeit F.
  • Der optischen Füllstandssensor 21 kann hier beispielsweise dazu verwendet werden, Luft A, Flüssigkeit F und Schaum B quantitativ zu erfassen.
  • In diesem Fall ergibt die zwischen den Lichtleitern 22, 23 stehende Flüssigkeit F eine gute Lichtübertragung auf den zweiten Lichtleiter 23. Durch den Schaum B hingegen wird zwar verstärkt Licht aus dem ersten Lichtleiter 22 auskoppelt (wenn auch nicht in dem gleichen Maße wie durch die Flüssigkeit F), aber dann durch den Schaum B gestreut und nur vernachlässigbar in den zweiten Lichtleiter 23 eingekoppelt. Durch einen Vergleich der Lichtstärke der beiden Lichtsensoren7a und 7b, insbesondere in Bezug auf die ursprünglich eingekoppelte Lichtstärke, kann ein Streuverlust durch den Schaum B abgeschätzt werden. Der Einfluss des Schaums B kann dann wiederum zur Korrektur einer Füllstandbestimmung, welche z.B. mittels des ersten Lichtleiters 22 durchgeführt wird, herangezogen werden. Die Kenntnis der Schaummenge oder Schaumhöhe kann zudem als eine Eingangsgröße zur Steuerung eines Betriebszyklus des Hausgeräts 24 verwendet werden, beispielsweise für eine Bestimmung eines Zeitpunkts, an dem Reinigungsmittel aus einer Wäsche ausgewaschen ist.
  • Fig.4 zeigt als Schnittdarstellung in Seiteneinsicht eine Prinzipskizze eines optischen Füllstandssensors 31 gemäß einer vierten Ausführungsform. Der Lichtleiter 32 des optischen Füllstandssensors 31 ist nun zumindest an einem Seitenbereich (hier: der Mantelfläche 34) mit einer in einer Längserstreckung stufigen, insbesondere rechteckförmigen, Struktur 33 versehen. Diese Struktur kann bei einem Lichtleiter 32 beispielsweise durch eine regelmäßige Einbringung von umlaufenden Nuten in die Mantelfläche 34 des Lichtleiters 32 erreicht werden.
  • Der in Längsausrichtung des Lichtleiters 31 rechteckige Oberflächenverlauf prägt sich dem Verlauf des Lichtsignals an dem Lichtsensor 7 durch seinen unterschiedlichen Grad der Lichtauskopplung auf. Fig.5 zeigt eine dazu passende Auftragung einer durch den optischen Füllstandssensor 31 detektierten Lichtstärke I in Abhängigkeit von einem Füllstand h, jeweils in beliebigen Einheiten. Eine Verschmutzung der Mantelfläche 34 des Lichtleiters 31, z.B. durch eine Verkalkung oder eine Ablagerung von Schmutzpartikeln, kann zwar die messbare Lichtstärke o.ä. insgesamt abschwächen, die Breite der Stufen verändert sich durch die Verschmutzung aber nur unwesentlich und ist weiterhin gut detektierbar.
  • Fig.6 zeigt in Seitenansicht einen Laugenbehälter 41 einer Waschmaschine 42 mit drei möglichen Lichtleitern 43, 44, 45.
  • Der Lichtleiter 43 weist einen zu einer Innenseite 46 des Laugenbehälters 41 konform gekrümmten Teil 43a aus, welcher nach unten durch den Sumpf 47 des Laugenbehälters 41 weitergeführt wird. An einem unteren freien Ende des Lichtleiters 43 außerhalb des Laugenbehälters 41 ist ein optischer Transceiver 19 angeordnet. Durch den Lichtleiter 43 kann somit ein Füllstand h, z.B. einer Lauge, bestimmt werden. Ein durch die in Befüllungsrichtung nichtlineare Gestaltung nichtlinearer Zusammenhang zwischen dem Füllstand h und dem an dem Transceiver 19 empfangenen Licht bzw. der Lichtabschwächung kann in der Auswerteeinheit 8 berücksichtigt werden, z.B. durch eine Verwendung entsprechender Korrekturen, z.B. Kennlinien.
  • Der Lichtleiter 43 kann zumindest bezüglich seines gekrümmten Teils 43a als eine Folie ausgestaltet sein. Die Verwendung der Folie ermöglicht eine besonders kostengünstige, platzsparende und einfach zu montierende Ausgestaltung.
  • Alternativ oder zusätzlich kann ein Lichtleiter 44 verwendet werden, welcher ähnlich dem Lichtleiter 43 aufgebaut ist, jedoch an einer Außenseite 48 des Laugenbehälters 41 flächig kontaktierend angebracht ist. Dazu ist zumindest der vor dem Lichtleiter 44 befindliche Bereich des Laugenbehälters 41 für die bei der optischen Messung verwendete(n) Wellenlänge(n) lichtdurchlässig, insbesondere im Wesentlichen transparent. Alternativ kann ein für die bei der optischen Messung verwendete(n) Wellenlänge(n) lichtdurchlässiger integraler Bereich des Laugenbehälters 41 als ein Lichtleiter des optischen Füllstandsmessers dienen.
  • Die Lichtleiter 43 und 44 weisen den Vorteil auf, dass sie sich zwischen den Mantelflächen des Laugenbehälters und einer in dem Laugenbehälter drehbar gelagerten Waschtrommel positionieren lassen.
  • Der Lichtleiter 45 ist ein geradliniger, aufrecht stehender Lichtleiter, welcher ebenfalls innerhalb des Laugenbehälters zwischen dem Laugenbehälter und der Waschtrommel positioniert, außerhalb des Laugenbehälters oder in den Laugenbehälter integriert sein kann. Auch der Lichtleiter 45 kann als ein Volumenelement, z.B. als ein stabförmiges Element, oder als eine Folie ausgebildet sein.
  • Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
  • So kann anstelle der Leuchtdiode auch jede andere geeignete Lichtquelle verwendet werden, z.B. eine Laserdiode oder eine breitstrahlende Lichtquelle mit einem nachgeschalteten Filter. Es wird allgemein bevorzugt, dass das eingestrahlte Licht schmalbandig ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    optischer Füllstandssensor
    2
    Lichtleiter
    3
    erste Endfläche des Lichtleiters
    4
    Leuchtdiode
    5
    Mantelfläche des Lichtleiters
    6
    zweite Endfläche des Lichtleiters
    7
    Lichtsensor
    8
    Auswerteeinheit
    9
    Hausgerät
    11
    Füllstandssensor
    12
    optische Messeinheit
    12a
    Aussparung
    13
    Messrohr
    14
    Flüssigkeitskanal
    15
    Flüssigkeitsbehälter
    16
    Hausgerät
    17
    Lichtleiter
    18
    Seitenwand des Messrohrs
    19
    optischer Transceiver
    20a
    Lichtkopplungsfläche des Lichtleiters
    20b
    Endfläche des Lichtleiters
    21
    optischer Füllstandssensor
    22
    erster Lichtleiter
    23
    zweiter Lichtleiter
    24
    Hausgerät
    31
    optischer Füllstandssensor
    32
    Lichtleiter
    33
    stufige Struktur
    34
    Mantelfläche des Lichtleiters
    41
    Laugenbehälter
    42
    Waschmaschine
    43
    Lichtleiter
    43a
    gekrümmter Teil des Lichtleiters
    44
    Lichtleiter
    44a
    gekrümmter Teil des Lichtleiters
    45
    Lichtleiter
    46
    Innenseite des Laugenbehälters
    47
    Sumpf
    48
    Außenseite des Laugenbehälters
    h
    Füllstand
    L
    Länge des Lichtleiters
    S
    Lichtstrahl
    T
    Streulicht

Claims (15)

  1. Hausgerät (9; 16; 24; 42), insbesondere Wäschereinigungsgerät, aufweisend mindestens einen optischen Flüssigkeitsmesser (1; 11; 21; 31), der
    - mindestens einen zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit (F) benetzbaren Lichtleiter (2; 17; 22, 23; 32; 43, 44, 45),
    - mindestens eine Lichtquelle (4), mittels der Licht (S) in den Lichtleiter (2; 17; 22, 23; 32; 43, 44, 45) einkoppelbar ist, und
    mindestens einen Lichtsensor (7; 7a, 7b) zum Detektieren von aus dem Lichtleiter ausgekoppeltem Licht aufweist.
    und das Hausgerät (9; 16; 42) mindestens eine Auswerteeinheit (8) aufweist, die zum Bestimmen mindestens eines Zustandsparameters der Flüssigkeit (F) in dem Hausgerät (9; 16; 42) auf der Grundlage der von dem mindestens einen Lichtsensor (7, 7a, 7b) empfangenen Messdaten ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Zustandsparameter ein Brechungsindex der den Lichtleiter (2; 17; 22, 23; 32; 43, 44, 45) umgebenden Flüssigkeit ist.
  2. Hausgerät (9; 16; 24; 42) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die mindestens eine Lichtquelle (4) Licht mehrerer Wellenlängen in den mindestens einen Lichtleiter (2; 17; 22, 23; 32; 43, 44, 45) einkoppelt,
    - der mindestens eine Lichtsensor (7; 7a, 7b) Licht dieser mehreren Wellenlängen detektiert und
    - die Auswerteeinheit (8) dazu eingerichtet ist, auf der Grundlage der von dem mindestens einen Lichtsensor (7; 7a, 7b) empfangenen Messdaten für die mehreren Wellenlängen den Brechungsindex der den Lichtleiter (2; 17; 22, 23; 32; 43, 44, 45) umgebenden Flüssigkeit festzustellen.
  3. Hausgerät (9; 16; 24; 42) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hausgerät (9; 16; 42) ein Wäschereinigungsgerät ist und der Lichtleiter (2; 17; 22, 23; 32; 43, 44, 45) zumindest abschnittweise an einer Innenseite eines Laugenbehälters (41) angeordnet ist.
  4. Hausgerät (42) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (43, 43a) eine auf die Innenseite (46) des Laugenbehälters (41) aufgebrachte Folie ist.
  5. Hausgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hausgerät ein Wäschereinigungsgerät ist und der Lichtleiter in den Laugenbehälter integriert ist.
  6. Hausgerät (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der optische Flüssigkeitsmesser (21) zwei voneinander beabstandete, miteinander optisch koppelbare Lichtleiter (22, 23) aufweist, wobei
    - einer der Lichtleiter (22) mit der mindestens einen Lichtquelle (4) optisch gekoppelt ist und
    - zumindest der andere der Lichtleiter (23), insbesondere beide Lichtleiter (22, 23), mit mindestens einem Lichtsensor (7a, 7b) optisch gekoppelt sind.
  7. Hausgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lichtleiter (32) einen stufigen Aufbau aufweist.
  8. Hausgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hausgerät mindestens zwei optische Flüssigkeitsmesser (22, 23) unterschiedlicher Art sowie mindestens eine Auswerteeinheit (8) zum gemeinsamen Auswerten der von den mindestens zwei optischen Flüssigkeitsmesser (22, 23) empfangenen Messdaten aufweist.
  9. Hausgerät (9; 16; 24; 42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, auf der Grundlage der Messdaten einen Füllstand (h) in dem Hausgerät (9; 16; 24; 42) zu bestimmen.
  10. Hausgerät (9; 16; 24; 42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, auf der Grundlage der Messdaten einen Schwingungszustand des Hausgeräts (9; 16; 24; 42) zu bestimmen.
  11. Hausgerät (9; 16; 24; 42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (8) dazu eingerichtet ist, auf der Grundlage der Messdaten mindestens eine fluidmechanische Eigenschaft der Flüssigkeit, insbesondere eine Viskosität, zu bestimmen.
  12. Hausgerät (9; 16; 24; 42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (8) dazu eingerichtet ist, auf der Grundlage der Messdaten mindestens einen Verschmutzungsparameter des Hausgeräts (9; 16; 24; 42) zu bestimmen und auf dessen Grundlage mindestens einen zur Beseitigung einer Verschmutzung des Hausgeräts (9; 16; 24; 42) vorgesehenen Schritt anzustoßen.
  13. Hausgerät (9; 16; 24; 42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine optische Flüssigkeitsmesser, insbesondere dessen mindestens ein Lichtleiter, in einem Zuströmbereich von Frischwasser des wasserführenden Hausgeräts angeordnet ist.
  14. Verfahren zum Bestimmen mindestens eines Zustandsparameters einer Flüssigkeit (F) in einem Hausgerät (9; 16; 24; 42), welches mindestens eine Auswerteeinheit (8) zum Bestimmen des mindestens einen Zustandsparameters der Flüssigkeit (F) in dem Hausgerät (9; 16; 42) und mindestens einen optische Flüssigkeitsmesser (1; 11; 21; 31) aufweist, wobei der optische Flüssigkeitsmesser (1; 11; 21; 31)
    - mindestens einen zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit (F) benetzbaren Lichtleiter (2; 17; 22, 23; 32; 43, 44, 45),
    - mindestens eine Lichtquelle (4), mittels der Licht (S) in den Lichtleiter (2; 17; 22, 23; 32; 43, 44, 45) einkoppelbar ist und
    mindestens einen Lichtsensor (7; 7a, 7b) zum Detektieren von aus dem Lichtleiter ausgekoppeltem Licht aufweist,
    und wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist:
    - Einkoppeln von Licht (S) in den mindestens einen Lichtleiter (2; 17; 22, 23; 32; 43, 44, 45),
    - Auskoppeln von Licht aus dem mindestens einen Lichtleiter (2; 17; 22, 23; 32; 43, 44, 45) in den mindestens einen Lichtsensor (7; 7a, 7b) und
    - Bestimmen mindestens eines Zustandsparameters der Flüssigkeit (F) in dem Hausgerät (9; 16; 24; 42) mittels der Auswerteeinheit (8) auf der Grundlage von Messdaten des mindestens einen Lichtsensors (7; 7a, 7b),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    als Zustandsparameter ein Brechungsindex der den Lichtleiter (2; 17; 22, 23; 32; 43, 44, 45) umgebenden Flüssigkeit bestimmt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte,
    - Einkoppeln von Licht mehrerer Wellenlängen der mindestens eine Lichtquelle (4) in den mindestens einen Lichtleiter (2; 17; 22, 23; 32; 43, 44, 45),
    - Detektieren von Licht dieser mehreren Wellenlängen mit dem mindestens einen Lichtsensor (7; 7a, 7b) und
    - Feststellen des Brechungsindex' der den Lichtleiter (2; 17; 22, 23; 32; 43, 44, 45) umgebenden Flüssigkeit mit der Auswerteeinheit (8) auf der Grundlage der von dem mindestens einen Lichtsensor (7; 7a, 7b) empfangenen Messdaten für die mehreren Wellenlängen festzustellen.
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