Vorrichtung zum Ermitteln von Ablagerungen an Oberflächen, insbesondere in Wasch- und/oder Spülmaschinen.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln von Ablagerungen an Oberflächen, insbesondere in flüssigkeitsfüh- renden Maschinen, wie Wasch- und/oder Spülmaschinen. Maschinen in diesem Sinne sind somit alle Maschinen, bei denen es zu Ablagerungen, insbesondere Kalkablagerungen, an Oberflächen kommen kann und bei denen durch Messung dieser Ablagerungsgefahr eine dagegengerichtete Maßnahme oder zumindest eine Information über diesen Zustand vorgesehen ist.
Gebiet der Erfindung
Nachfolgend wird die Erfindung mit Blick auf Spül- und/oder Waschmaschinen als Beispiel für eine wasserführende Maschine beschrieben. Bei Spül- und/oder Waschmaschinen (im folgenden kurz Spülmaschinen genannt) kann es an dem zu reinigenden
Geschirr, zu Ablagerungen kommen, die insbesondere an Glasoberflächen besonders störend sind. Diese Ablagerungen treten zumeist als Verkalkung auf und entstehen, wenn das zum Reinigen verwendete Wasser nicht ausreichend entkalkt ist, dem Wasser zugesetzte Hilfsstoffe, die Verkalkung vermeiden sollen, nicht ausreichend wirken oder vorhanden sind, oder Ionentauscher nicht rechtzeitig verwendet oder erneuert werden. Solche Verkalkungen fallen dem Benutzer erst auf, wenn sie gravierend sind. Daher ist es wünschenswert, die Verkalkungsspuren schon früh zu erkennen, bevor sie "offensichtlich" sind, um entsprechende Schritte zu veranlassen, die weitere Ablagerungen vermeiden.
Prinzipiell ist es möglich den Kalkgehalt des Spülwassers selbst zu ermitteln und auf der Basis dieser Messungen auf ein mögliches Entstehen von Verkalkung zu schließen. So sind Spülmaschinen bekannt, die mit aufwendigen chemischen Sensoren den Kalkgehalt des Wassers erfassen und bei einem zu hohen Kalkgehalt z.B. einen Ionentauscher aktivieren.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der Ablagerungen an Oberflächen, insbesondere in flüssig- keitsführenden Maschinen, wie Wasch- und/oder Spülmaschinen ermittelbar sind. Als Ablagerungen in diesem Sinne kommen insbesondere Verkalkungen oder dergleichen in Betracht.
Des weiteren soll die Vorrichtung kompakt und gegenüber Störungen unempfindlich sein und frühzeitig Ablagerungen ermitteln.
Ergänzend soll eine erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur in neuartigen Spül- und/oder Waschmaschinen, die für die Verwendung der Erfindung konzipiert werden einsetzbar sein, sondern auch in schon in Betrieb befindlichen Maschinen nachrüstbar sein.
Diese Aufgaben werden durch die in den Ansprüchen beschriebenen Vorrichtungen bzw. durch das in den Ansprüchen beschriebene Verfahren gelöst.
Die Vorrichtung erzeugt in Abhängigkeit der ermittelten Ablagerungen Signale, die einer Steuerung zugeführt werden, um Schritte einzuleiten, die weitere Ablagerungen vermeiden oder vorhandene reduzieren.
Beschreibung der Erfindung
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie- len in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1: schematisch eine Darstellung einer Vorrichtung zum Ermitteln von Ablagerungen in einer Wasch- oder Spülmaschine,
Figur 2: eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung gemäß Figur 1 mit mehrfachen internen Reflexionen,
Figur 3 : eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zylinderförmigen Körper und mehrfachen internen Reflexionen bei schraubenförmigen Strahlengang,
Figur 4: einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit unterschiedlichen Strahlengängen,
Figur 5: einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrich- tung mit unterschiedlichen Strahlengängen unter
Verwendung eines Senders und zweier Detektoren,
Figur 6: einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit unterschiedlichen Strahlengängen unter Verwendung zweier Sender und eines Detektors,
Figur 7: einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit schraubenförmigen Strahlengängen in einem zylinderförmigen Körper mit rückreflektierender Kuppel,
Figur 8: einen Querschnitt der rückreflektierenden Kuppel der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Figur 7, und
Figur 9 : eine bevorzugte Ausführung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
In einer Spül- und/oder Waschmaschine wird ein lichtleitender Körper 10 angebracht, in den Licht so eingeleitet wird, das es sich innerhalb des Körpers 10 auf einem vorbestimmten Strahlengang 40 ausbreitet und dabei intern an einer äußeren Oberfläche 12 des Körpers 10 reflektiert wird. Auf der Außenseite der äußeren Oberfläche 12 können die zu ermittelnden Ablagerungen 1 auftreten. Diese Art der Reflexion wird im folgenden als "interne Reflexion" bezeichnet, da sich das zum Messen verwendete Licht nur innerhalb des Körpers 10 ausbreitet bzw. reflektiert wird. Nach interner Reflexion wird das Licht von einem Detektor 30 empfangen. Treten Ablagerungen 1 auf der äußeren Oberfläche
12 des Körpers 10 auf, beeinflussen sie die Reflexionseigenschaften dieser Oberfläche 12 für Licht, wodurch sich die Signalhöhe des intern reflektierten Lichtes gegenüber der Signalhöhe des ursprünglich eingeleiteten Lichtes ändert. Daher wird das nach interner Reflexion detektierte Licht bzw. dessen Signalhöhe als Maß für Ablagerungen 1 auf dem Körper 10 gemessen. Überschreitet dieses Maß einen vorbestimmten Grenzwert, so erzeugt der Detektor 30 oder eine mit diesem verbundene Steuereinheit Signale, die Vorrichtungen zugeführt werden, um weitere Ablagerungen 1 zu vermeiden oder vorhandene Ablagerungen 1 zu reduzieren. Derartige Vorrichtungen sind z. B. Hilfsstoffe zuführende Vorrichtungen (z. B. für Ionentauscher), und/oder Vorrichtungen, die auf optischen und/oder akustischen Weg dem Benutzer mitteilen, daß zu starke Ablagerungen 1 aufgetreten sind. Vorzugsweise sind diese Vorrichtungen, die bei zu starken Ablagerungen 1 aktiv werden, direkt mit der Spülmaschine verbunden bzw. in diese integriert.
Eine Steuereinheit (nicht gezeigt) nimmt zu Beginn und/oder am Ende eines jeden Betriebsvorganges der Spülmaschine eine Kalibrierung der Meßeinrichtung vor, da die erfindungsgemäße Vorrichtung Ablagerungen 1 ermitteln soll, die während eines Spül- und/oder Waschvorganges entstehen. Durch die Kalibrierung werden Ablagerungen 1 auf dem Körper 10 berücksichtigt, die schon vor einem Spül- und/oder Waschvorgang vorhanden sind. Des weiteren kann mit Hilfe der Kalibrierung überprüft werden, ob schon vorhandene Ablagerungen 1 auf dem Körper 10 so stark sind, daß sie entfernt werden müssen, um einen zuverlässigen Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zu gewährleisten. Außerdem wird es so möglich, aus der Historie mehrerer zurückliegender Waschvorgänge einen Trend für das Entstehen von Ablagerungen herzuleiten. Diese Kalibrierung kann für den Sender 20, den Detektor 30 oder für beide in einem getrennten oder gemeinsam durchgeführten Vorgang erfolgen.
Zusätzlich soll die Steuereinheit den Sender 20 und den Detektor 30 so steuern, daß die Ermittlung von Ablagerungen 1 nicht nur kontinuierlich sondern auch in Zeitabständen stattfinden
kann, die in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall vorbe- stimmt werden.
Vorzugsweise wird für den lichtleitenden Körper 10 ein Material gewählt, dessen Brechungsindex n größer als der der den Körper 10 umgebenden Flüssigkeit 90 ist. Die Flüssigkeit 90 ist bei herkömmlichen Haushaltsspulmaschinen Wasser, kann aber je nach Typ der Spülmaschine jede andere zum Reinigen verwendete Flüssigkeit sein. Im Fall von Wasser ist- daher vorzugsweise ein Brechungsindex n größer als 1,33 zu wählen. Weiterhin hat der Körper 10 eine Oberfläche 12, die hinsichtlich des Entstehens von Ablagerungen gleiche oder zumindest vergleichbare Eigenschaften hat wie die Oberfläche von in der Maschine zu reinigendem Glasgut.
Es wird vorzugsweise Licht zur Ermittlung von Ablagerungen verwendet wird. Es ist aber möglich jede Art von elektromagnetischer Strahlung zu verwenden.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist das Grundprinzip der Erfindung verwirklicht. Einige abgewandelte Ausführungsformen sind im folgenden beschrieben.
Eine Variationsmöglichkeit ist die Verwendung unterschiedlich geformter Körper 10. Prinzipiell ist jeder beliebig geformter lichtleitende Körper 10 geeignet, der eine Strahlung von einem Sender 20 zu wenigstens einer Stelle interner Reflexion und danach zu einem Detektor 30 leitet. So sind u.a. quader-, kugel-, halbkugel-, zylinder- und ringförmige Körper 10 oder Kombinationen derartig geformter Körper 10 möglich. Außerdem ist es möglich, Körper 10 aus einem flexiblen lichtleitenden Material zu verwenden.
Die Wahl der jeweiligen Körperform wird vor allem durch die erwünschte Anzahl der internen Reflexionen der Strahlung auf ihrem Weg vom Sender 20 zu einem Detektor 30, 32 bestimmt. Um eine möglichst hohe Zahl interner Reflexionen zu gewährleisten, ist für die im folgenden dargestellten Ausführungsformen ein zylinderförmiger Körper 10 gewählt worden. Die Figuren 2 bis 7
zeigen solche zylinderförmigen Körper in verschiedenen Ausführungsformen.
Des weiteren können die Strahlengänge 40, 42, 44 in dem Körper 10 sich nicht nur bei verschiedenen Ausführungsformen, sondern auch bei einer Ausführungsform unterscheiden (siehe Figuren 4 bis 8). Die Strahlengänge 40, 42, 44 sind so gelegt, daß interne Reflexionen entlang der Oberfläche des Körpers verteilt sind und eine Ermittlung von Kalkablagerungen mit einer Messung aufgrund mehrerer Reflexionen möglich ist.
Ein Strahlengang 40, 42, 44 in dem Körper 10 wird durch die Einleitung der Strahlung in den Körper 10 bestimmt. Im Falle des zylinderförmigen Körpers 10 wird die Strahlung nicht paral- lel zur Längsachse des Körpers 10 sondern in einem Winkel hierzu eingeleitet. In Abhängigkeit von diesem Winkel ist die Zahl der internen Reflexionen vorbestimmbar , wobei hier zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei oder fünf oder noch weiter vorzugsweise zumindest sieben interne Reflexionen vorge- sehen sind (siehe Figur 2). Darüber hinaus ist zu bevorzugen, daß sich eine schraubenförmiger (wendeiförmiger) Strahlengang 40, 42, 44 ergibt (siehe Figur 3). Die hier genannten Zahlen interner Reflexionen sind lediglich exemplarisch und nicht beschränkend für die vorliegende Erfindung zu verstehen, da anzustreben ist, die Zahl interner Reflexionen in Abhängigkeit der verschiedenen Anwendungen der Erfindung zu maximieren, um Ablagerungen empfindlicher und exakter zu detektieren.
Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, kann die Strahlung in unterschiedlichen Richtungen (drei Richtungen sind dargestellt) in den Körper 10 eingestrahlt werden. Dabei wird Strahlung so in den Körper 10 eingeleitet, daß sie sich auf unterschiedlichen Wegen 40, 42, 44 in dem Körper 10 ausbreitet. Die Wege 40, 42, 44 unterscheiden sich in der Anzahl der im Verlauf der einzelnen Wege auftretenden Reflexionen und/oder in ihrer Länge (siehe Figur 4). Dies kann u.a. durch unterschiedliche Steigungen der Schraubenlinien der Strahlung oder durch eine Wahl unterschiedlicher Stellen, an denen Strahlung eingeleitet wird, erreicht werden.
Mit Hilfe einer selektiven Detektion 30, 32 der Strahlung ist eine Verhältnisbildung der Signalhöhe der sich auf unterschiedlichen Wegen 40, 42, 44 ausbreitenden Strahlung möglich, wo- durch weitere, nicht durch Kalkablagerung verursachte Einflüsse auf die Signalhöhen aus der Messung eliminiert werden können. Hierzu zählen u.a. Alterung der Sender 20, 22 und unterschiedliche Ablagerungen 1 an verschiedenen Stellen des Körpers 10. Die selektive Detektion 30, 32 kann auf verschiedene Arten erreicht werden. So kann die sich auf unterschiedlichen Wegen 40, 42, 44 ausbreitende Strahlung an unterschiedlichen Stellen des Körpers 10 jeweils durch einen entsprechenden Detektor 30, 32 detektiert werden (siehe Figur 5) . Es ist auch möglich, die sich auf unterschiedlichen Wegen 40, 42, 44 ausbreitende Strah- lung an gleichen Stellen des Körpers 10 auszukoppeln und mit einem Detektor 30 zu detektieren (siehe Figur 6) . In diesem Fall ist erforderlich, eine eindeutige Zuordnung der detektier- ten Strahlung zu den entsprechenden Strahlengängen 40, 42, 44 durch andere Maßnahmen zu gewährleisten, wie z.B. durch eine Verwendung gepulster Strahlung oder Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge. In Abhängigkeit spezieller Anforderungen an eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann es vorteilhaft sein, unterschiedliche Ausführungsformen einer selektiven Detektion zu kombinieren.
Gemäß Figur 3 hat ein zylinderförmiger Körper 10 ein reflektierendes Ende 14 und ein dem reflektierenden Ende gegenüberliegendes Ende 16, an dem Strahlung ein- und ausgeleitet wird. Das reflektierende Ende 14 kann intern verspiegelt sein, wodurch die Reflexionseigenschaften an dem reflektierenden Ende 14 nicht von Ablagerungen 1 auf dem Körper 10 beeinflußt werden. Es wird bevorzugt, daß interne Reflexionen am reflektierenden Ende 14 durch eine entsprechende Formgebung des Körpers 10 stattfinden. So ist das reflektierende Ende 14 in einer Ausfüh- rungsform als halbkugelförmige Kuppel 14 an dem Körper 10 ausgebildet (siehe Figur 7) , wobei aber grundsätzlich jedes beliebige geformte reflektierende Ende 14 verwendet werden kann, das Strahlung durch den Körper 10 zum Detektor 30 leitet. Die Form des reflektierenden Endes 14 kann u.a. durch eine
und/oder mehrere planare und/oder gekrümmte Flächen gebildet werden. Dies wird auch erreicht, indem die Form des gesamten Körpers 10 geeignet gewählt wird, z.B. als ringförmiger oder halbkugelförmiger Körper (siehe Figur 8) .
Es ist auch möglich, die Strahlung, nachdem sie von einem Sender 20 erzeugt wurde, unter Verwendung strahlungsleitender Einrichtungen, z.B. strahlungsleitender Fasern oder anderer optischer Bauteile, in den Körper 10 einzuleiten. Ebenso kann die Strahlung unter Verwendung derartiger strahlungsleitender Einrichtungen zum Detektor geführt werden. Auf diese Weise ist es auch möglich Strahlung eines Senders 20 an unterschiedlichen Stellen des Körpers 10 einzuleiten bzw. Strahlung an unterschiedlichen Stellen des Körpers 10 auszuleiten und einem oder mehreren Detektoren 30, 32 zuzuführen.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsfor der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung zum Ermitteln von Ablagerungen, wie in Figur 9 skizziert ist, zweiteilig aufgebaut. Hierbei wird ein Anschlußteil AT verwendet, der sich im Inneren einer
Spülmaschine befindet. Zumindest der Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der den Ablagerungen, z. B. Verkalkungen, ausgesetzt ist, ist zum Austausch mit dem Anschlußteil AT lösbar verbunden. Dieser lösbar verbundene Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im folgenden als Sensorteil ST bezeichnet.
Neben erforderlichen Einrichtungen zur lösbaren Verbindung mit dem Anschlußteil AT, umfaßt der Sensorteil ST vorzugsweise den Körper 10, kann aber auch den Sensor 20 und/oder den Detektor 30 umfassen. Der Anschlußteil AT ermöglicht die Zuleitung von zur Messung der Ablagerungen notwendigen Signale in den Sensorteil ST sowie die Ableitung von notwendigen Signalen aus dem Sensorteil ST. Die Art dieser Signale hängt von der jeweiligen Ausführung des Sensorteils ST ab. Umfaßt der Sensorteil ST den Körper 10, aber nicht den Sender 20 und den Detektor 30, so werden diese Signale elektromagnetische Strahlungen sein.
Demgegenüber sind diese Signale elektrische Signale, wenn der Sensorteil ST auch den Sender 20 und den Detektor 30 aufweist. Die von dem Anschlußteil AT abgegebenen Signale können in dieser selbst erzeugt werden oder dieser von zusätzlichen
Einrichtungen zugeführt werden. In vergleichbarer Weise können Signale, die der Anschlußteil AT vom Sensorteil ST erhält, in dem Anschlußteil AT zumindest vorverarbeitet und dann an weitere Einrichtungen weitergeleitet werden oder unmittelbar an andere Einrichtungen zur Auswertung der Meßsignale übertragen werden.
Auf diese Weise ist es möglich, den Sensorteil ST z. B. bei Beschädigung oder Verschmutzung einfach auszutauschen. Deswei- teren können Sensorteile ST verwendet werden, deren Elemente
(Oberflächen) , auf denen sich Ablagerungen bilden, unterschiedliche Formen aufweisen und/oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Dies erlaubt eine anwendungsspezifische Anpassung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, um eine möglichst exakte Erfassung verschiedener Arten von Ablagerungen auf unterschiedlichen Körpern durchführen zu können.
Die in den Figuren nur schematisch beschriebenen Körper 10 können bevorzugt auch anders gestaltet werden, insbesondere bogenförmig, spiralförmig, wendeiförmig oder spulenförmig, wobei das Licht an einem Ende in den Körper eingeleitet und am anderen Ende ausgeleitet oder gemessen wird. Mit derart geformten Körpern ist es möglich, die Zahl der internen Reflexionen des eng gebündelten, also möglichst wenig divergenten Strahls zu maximieren. Es sind über hundert interne Reflexionen möglich, so daß das Meßsignal mögliche Kalkablagerungen empfindlich anzeigen kann.