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1. (WO2005060815) LAVE-VAISSELLE POURVU D'UN SYSTEME DE DETECTION DE NIVEAU
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Beschreibung
Geschirrspülmaschine mit einem System zur Füllstandserkennung
[001] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Geschirrspülmaschine mit einem
System zur Erkennung des Flüssigkeitspegels der in der Geschirrspülmaschine
enthaltenen Spülflüssigkeit.
[002] Es sind Geschirrspülmaschinen mit Vorrichtungen zur Füllstandserkennung
bekannt, bei denen die Erfassung des Flüssigkeitspegels mit mechanischen Mitteln beispielsweise durch Schwimmer erfolgt. Bei Vorrichtungen dieser Art schwimmt der
Schwimmer auf der Flüssigkeitsoberfläche auf, sobald der Flüssigkeitspegel in der Geschirrspülmaschine ein bestimmtes Niveau übersteigt. Der Schwimmer ist üblicherweise mit einem Schalter mechanisch verbunden, der seinen Schaltzustand
aufgrund der Aufschwimmbewegung des Schwimmers ändert und ein entsprechendes Signal an die Programmsteuerung der Geschirrspülmaschine weiterleitet.
[003] Andere Systeme zur Erfassung des Flüssigkeitspegels in einer Geschirrspülmaschine arbeiten mit einer Druckdose in einem kommunizierenden Röhrensystem, die bei steigendem Flüssigkeitspegel komprimiert wird. Aus dem Ausmaß
der Kompression der Druckdose kann der Flüssigkeitspegel in der Geschirrspülmaschine ermittelt werden. Diese bekannten Systeme zur Füllstandserkennung
haben den Nachteil, dass sie eine Anzahl mechanisch beweglicher Teile aufweisen, die für Verschleiß und Verschmutzung beispielsweise durch abgelagerte Spülrückstände
anfällig sind, was zu Toleranzproblemen bis bin zum vollständigen Ausfall der
Vorrichtung zur Füllstandserkennung führen kann.
[004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine GescürrspülmascMne mit einem
System zur Füllstandserkennung bereitzustellen, das ohne die Verwendung von beweglichen Teilen den Flüssigkeitspegel in der Geschirrspülmaschine zuverlässig
ermittelt.
[005] Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Geschirrspülmaschine mit den
Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden
Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 gekennzeichnet.
[006] Die erfindungsgemäße Geschirrspülmaschine umfasst mindestens einen
Spülbehälter zur Aufnahme von zu reinigendem Spülgut und ein System zur
Erkennung des Flüssigkeitspegels der in der Geschirrspülmaschine enthaltenen Spülflüssigkeit, wobei mindestens ein kapazitiver Füllstandssensor vorgesehen ist, dessen 200301777

elektrische Kapazität sich in Abhängigkeit von der Hohe des Flüssigkeitspegels
verändert.
[007] Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Gescrirrspülmascline besteht darin, dass durch
das System zur Erkennung des Flüssigkeitspegels nach der vorliegenden Erfindung
ohne bewegliche Teile und allein durch die Verwendung elektronischer Komponenten der Flüssigkeitspegel in der Geschirrspülmaschine ermittelt werden kann. Dadurch ist
das erfindungsgemäße System zur Erkennung des Flüssigkeitspegels gegenüber
Verschleiß und Verschmutzung durch abgelagerte Spülrückstände weitgehend
unanfällig. Da kein Raum mehr für mechanische Vorrichtungen berücksichtigt werden muss, ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems zur Erkennung des Flüssigkeitspegels darin zu sehen, dass es nur einen sehr geringen Platzbedarf hat und
deshalb nahezu beliebig auch an unzugänglichen Stellen in der Gescrirrspülmascline
untergebracht werden kann. Das erfindungsgemäße System ermöglicht ferner eine
kontaktlose Füllstandserkennung, bei der de Spülflüssigkeit und der Füllstandssensor nicht miteinander in Berührung kommen, was in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert wird.
[008] Die in Gescürrspülmascrinen verwendete Spülflüssigkeit entspricht einer mit Reinigungsmitteln versetzten Lösung, die im wesentlichen aus Wasser besteht. Wasser hat eine relative Dielektrizitätskonstante von ε = 81, die sich deutlich gegenüber der Di- w
elektrizitätskonstante von Luft (ε = 1) unterscheidet. Dieser deutliche Unterschied
L
zwischen den Dielektrizitätskonstanten von Wasser und Luft wird als physikalische
Grundlage bei dem System zur Füllstandserkennung nach der vorlegenden Erfindung
ausgenutzt, um den Flüssigkeitspegel in der Gescrirrspülmascline zu ermitteln. Dazu
ist der Füllstandssensor in der Art eines Kondensators ausgebildet, dessen elektrische
Kapazität sich in Abhängigkeit von der Hohe des Flüssigkeitspegels verändert. Die
Veränderung der elektrischen Kapazität des kapazitiven Füllstandssensors beruht dabei auf der physikalischen Gesetzmäßigkeit, dass die elektrische Kapazität eines
Kondensator - neben der Kondensatorfläche und deren Abstand zueinander - von der
Dielektrizitätskonstante des Mediums bzw. des Dielektrikums abhängig ist, das sich in dem elektromagnetischen Feld befindet, das sich zwischen den Kondensatorflächen
ausbildet. Diese Zusammenhänge lassen sich mit der folgenden Gleichung darstellen, wobei C die elektrische Kapazität des Kondensators ist, A die Kondensatorfläche, d der Abstand zwischen den Kondensatorflächen und ε die Dielektrizitätskonstante des
Dielektrikums:
[009] C = ε A/d 200301777

[010] Wenn das Dielektrikum bzw. das Medium wechselt, das sich in dem elektromagnetischen Feld zwischen den Kondensatorflächen befindet, so verändert sich auch der Faktor der Dielektrizitätskonstante ε. Da die übrigen Faktoren der oben genannten
Gleichung unverändert bleiben, verändert sich die Kapazität des kapazitiven Füllstandssensors direkt proportional mit der Veränderung der Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums.
[011] Das bedeutet in der konkreten Anwendung nach der vorliegenden Erfindung, dass
sich die elektrische Kapazität des kapazitiven Füllstandssensors etwa um den Faktor
81 vergrößert, wenn der Füllstandssensor von Wasser anstelle von Luft umgeben wird, d.h. Wasser anstelle von Luft das Dielektrikum darstellt. Diese Kapazitätsänderung
lässt sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Hilfe einer an
den kapazitiven Füllstandssensor angeschlossenen elektronischen Schaltung
auswerten. Da die elektrische Kapazität des kapazitiven Füllstandssensors mit Wasser oder Luft als Dielektrikum zuvor bekannt sind, kann über die elektronische Schaltung eindeutig festgestellt werden, ob der Füllstandssensor von Wasser oder von Luft
umgeben ist.
[012] Der kapazitive Füllstandssensor ist zweckmäßigerweise so in der Gesclir
rspülmascrine angeordnet, dass ein oder mehrere bestimmte Flüssigkeitspegel der
Spülflüssigkeit in der Gesc irrspülmascline durch den Füllstandssensor bzw. ein
Über- oder Unterschreiten dieser Flüssigkeitspegel festgestellt werden können. Es ist
auch möglich, Abstufungen der Kapazitätsänderung des Füllstandssensors bestimmten Flüssigkeitspegeln der Spülflüssigkeit in der Geschirrspülmaschine zuzuordnen, so
dass nicht nur ein Über- oder Unterschreiten bestimmter Flüssigkeitspegel, sondern
auch die exakte Höhe des Flüssigkeitspegels im Spülbehälter der Geschirrspülmaschine mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems mit kapazitivem Füllstandssensor festgestellt werden kann.
[013] Der oben beschriebene physikalische Effekt der Kapazitätsänderung des kapazitiven Füllstandssensors lässt sich ferner dadurch erklären, dass die Ladungsträger auf dem Füllstandssensor nach einer bestimmten Einschwingzeit eine stabile Ladungsverteilung einnehmen, solange sich die äußeren Bedingungen nicht verändern. Sobald nun sich das den Füllstandssensor umgebende Medium beispielsweise durch einen
Anstieg der Spülflüssigkeit im Spülbehälter der Gesc irrspülmascline ändert, ändert sich auch die Verteilung der Ladungsträger auf dem Füllstandssensor, was von dem elektronischen Schaltkreis detektiert wird. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Füllstandssensor insbesondere auf die relative Dielektrizitätskonstante von Wasser 200301777

reagiert. Die Sensibilisierung des kapazitiven Füllstandssensors auf die Dielektrizitätskonstante von Wasser ist bei der vorliegenden Verwendung von Vorteil, da in Ge- sclirrspülmaschinen wässrige Lösungen als Spülflüssigkeit eingesetzt werden und so
die Ermittlung des Flüssigkeitspegels besonders exakt vorgenommen werden kann.
[014] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Füllstandssensor mindestens eine, z. B. zwei aktive Sensorflächen auf, bei denen
sich ein elektromagnetisches Feld ausbilden kann, das sich in Abhängigkeit von der
Dielektrizitätskonstante des die Sensorflächen umgebenden Mediums verändert. Die
aktiven Sensorflächen befinden sich vorzugsweise in einer gegenüberliegenden
Position, so dass sich ein möglichst homogenes elektromagnetisches Feld zwischen
ihnen ausbilden kann, dessen Veränderung leicht zu erfassen ist. Es ist wenigstens eine aktive Sensorfläche erforderlich, wobei auch andere Teile im Spülbehälter als Sensorfläche fungieren können. Damit stehen zwei Sensorflächen zur Verfügung.
[015] Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Füllstandssensor außerhalb des Spülbehälters angeordnet ist und der Füllstandssensor bzw. dessen Sensorflächen von der Spül- flüssigkeit vorzugsweise durch die Wand des Spülbehälters isoliert ist. Auf diese
Weise kann der Füllstandssensor effektiv vor schädlichen Einwirkungen der Spülflüssigkeit und den darin enthaltenen Spülrückständen oder Reinigungsmitteln
geschützt werden. Dadurch wird eine zuverlässige und dauerhafte Funktion des erfindungsgemäßen Systems zur Füllstandserkennung gewährleistet.
[016] In der vorangehenden Ausführungsform der Erfindung ist der Füllstandssensor außerhalb des Spülbehälters angeordnet, so dass zwischen dem Füllstandssensor und der Spülflüssigkeit die Wand des Spülbehälters Hegt, um den Füllstandssensor vor schädlichen Einflüssen der Spülflüssigkeit zu schützen. Um die Genauigkeit bei der
Feststellung des Flüssigkeitspegels durch die Wand des Spülbehälters jedoch nicht zu beeinträchtigen, ist bei einer weiteren Ausfuhrungsform innerhalb des Spülbehälters zumindest eine Sensorsonde aus elektrisch leitendem Material vorgesehen, so dass sich zwischen der Sensorsonde und dem Füllstandssensor ein elektromagnetisches Feld ausbilden kann, wobei sich das elektromagnetische Feld in Abhängigkeit von der Hohe des Flüssigkeitspegels verändert bzw. in Abhängigkeit von der Dielektrizitätskonstante des die Sensorsonde umgebenden Mediums verändert. Durch das Anbringen einer
Sensorsonde auf der Seite des zu detektierenden Mediums, also innerhalb des Spül- behälters, kann die Empfindlichkeit des Füllstandssensors und damit die Genaiigkeit bei der Feststellung des Flüssigkeitspegels im Spülbehälter gesteigert werden.
Während die aktive Sensorfläche des Füllstandssensors auf der Außenseite an der 200301777

Wand des Spülbehälters angeordnet ist, befindet sich de Sensorsonde gegenüber der
aktiven Sensorfläche des Füllstandssensors auf der Innenseite der Wand des Spülbehälters und damit im Inneren des Spülbehälters.
[017] Der elektrisch leitende Körper der Sensorsonde ist gegenüber der aktiven Fläche
des Füllstandssensors folglich bei der oben beschriebenen Ausführungsform durch de Wand des Spülbehälters isoliert angebracht. Der Vorteil deser Anordnung besteht
darin, dass dabei de aktive Sensorfläche des Füllstandssensors und de Sensorsonde
elektrische Gegenpole bilden, zwischen denen sich ein elektromagnetisches Feld
ausbilden kann, das sich in Abhängigkeit von dem de Sensorsonde umgebenden
Medium verändert. Die Isolierung wird durch de Wand des Spülbehälters erzeugt, de sich zwischen dem Füllstandssensor und der Sensorsonde befindet. Berührt nun de zu erfassende Flüssigkeit de Sensorsonde, wird de elektrische Ladungsverteilung auf
dem Füllstandssensor verändert, worauf der kapazitive Füllstandssensor reagiert. Die aktive Sensorfläche des Füllstandssensors befindet sich wiederum außerhalb des mit
Spülflüssigkeit gefüllten Spülbehälters und kommt dadurch nicht drekt mit der Spülflüssigkeit in Kontakt. Der Vorteil der kapazitiven Füllstandmessung liegt folglich
darin, dass der Wasserpegel durch de elektrisch nicht leitende Behälterwand hindurch erfasst werden kann.
[018] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird de elektrische Kapazität des Füllstandssensors und deren Veränderung mit elektronischen Mitteln vorzugsweise qualitativ und quantitativ erfasst, d.h. nicht nur das
Erreichen, Über- oder Unterschreiten eines bestimmten Flüssigkeitspegels wird durch den Füllstandssensor und den mit ihm verbundenen elektrischen Schaltkreis erfasst,
sondern vorzugsweise auch de exakte Hohe des Flüssigkeitspegels. Die elektronische Schaltung lässt sich dabei besonders praktisch in Form eines oder mehrerer integrierter Schaltkreise realisieren, de günstig in der Herstellung sind und einen geringen
Platzbedarf haben.
[019] In der elektronischen Schaltung kann zweckmäßigerweise zur Vermeidung von unbestimmten Erkennungszuständen ein bestimmter Grenzwert der elektrischen
Kapazität des Füllstandssensors festgelegt werden zur Fallunterscheidung, ob sich der Sensor in der Nähe eines Mediums mit hoher oder niedriger Dielektrizitätskonstante befindet bzw. ob der Sensor von einer wässrigen Flüssigkeit oder von Luft umgeben ist.
[020] Im Folgenden wird de vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf de beigefügte Zeichnung näher erläutert.

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[021] Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil des Pumpentopfes einer Gesc irrspülmascline mit einem System zur Füllstandserkennung nach der vorliegenden
Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform. Da der Pumpentopf den unteren
Teil des Spülbehälters darstellt, in dem sich de in der Geschirrspülmaschine
enthaltene Spülflüssigkeit sammelt, ist der Pumpentopf eine für de Anordnung des
Systems zur Füllstandserkennung besonders geeignete Stelle in der Gescrirrspülmascline. In der Figur 1 ist nur der Teil des Pumpentopfes dargestellt, der in Form einer Erhebung 1 nach oben ausgebildet ist. Bei der in der Zeichnung dargestellten
Situation ist de Erhebung 1 im Pumpentopf von Spülflüssigkeit umgeben, wobei der Flüssigkeitspegel 9 im unteren Bereich des Pumpentopfes der Gescrirrspülmascline
ansteht.
[022] Im oberen Bereich der Erhebung 1 ist ein Dom 11 ausgebildet, wobei de Wände 2 des Pumpentopfes, der Erhebung 1 und des Doms 11 jeweils integral miteinander
verbunden sind und damit de Wand 2 des Spülbehälters in seinem unteren Bereich
darstellen. Dadurch sind auch de Innenräume des Pumpentopfes, der Erhebung 1 und des Doms 11 miteinander verbunden und vor Spülflüssigkeit geschützt, de den Dom
11 und de Erhebung 1 umspült. Im Innenraum des Doms 11 ist ein Füllstandssensor 4 angeordnet. Der Füllstandssensor 4 ist in Form eines geraden Stabes ausgebildet, an
dessen gegenüberliegenden Enden sich jeweils eine aktive Sensorfläche 10 befindet.
Beim Betrieb des Systems zur Füllstandserkennung stellt sich auf den aktiven Sensorflächen 10 eine bestimmte Ladungsträgerverteilung ein, de sich in Abhängigkeit vom Pegel 9 der Spülflüssigkeit in der Gescrirrspülmascline verändert. Das heißt, wenn sich das de aktiven Sensorflächen 10 umgebende Medium beispielsweise durch einen Anstieg der Spülflüssigkeit im Spülbehälter der Gescrirrspülmascline ändert, so ändert sich auch de Verteilung der Ladungsträger auf dem Füllstandssensor 4. Sowohl de absolute als auch de relative Änderung deser Ladungsträgerverteilung auf dem
Füllstandssensor 4 kann als drektes Maß für de Ermittlung der Veränderung bzw. der absoluten Hohe des Flüssigkeitspegels 9 der Spülflüssigkeit in der Gescrirrspülmascline verwendet werden.
[023] Die aktiven Sensorflächen 10 des Füllstandssensors 4 grenzen jeweils an de
Innenseite der Wand 2 an, so dass de aktiven Sensorflächen 10 des Füllstandssensors 4 stets durch de Wand 2 von der Spülflüssigkeit getrennt. Auf dese Weise kann der
Füllstandssensor 4 vor störenden Einwirkungen der Spülflüssigkeit und den darin
enthaltenen Spülrückständen oder Reinigungsmitteln geschützt werden, was eine zuverlässige und dauerhafte Funktion des erfindungsgemäßen Systems zur Füllstand- 200301777

serkennung gewährleistet.
[024] Auf der den aktiven Sensorflächen 10 gegenüberliegenden Seite der Wand 2 ist
jeweils eine Sensorsonde 8 angeordnet. Folglich sind de aktiven Sensorflächen 10 und der Füllstandssensor 4 auf der „trockenen" Seite an der Wand 2 des Spülbehälters
angeordnet, während sich de Sensorsonden 8 unmittelbar gegenüber den aktiven Sensorflächen 10 des Füllstandssensors 4 auf der von Spülflüssigkeit umspülten Seite der Wand 2 des Spülbehälters und damit im Inneren des Spülbehälters befinden. Durch das Anbringen der Sensorsonden 8 im Inneren des Spülbehälters, wird de Empfindlichkeit des Füllstandssensors 4 und damit de Genauigkeit bei der Feststellung des Flüssigkeitspegels 9 im Spülbehälter gesteigert.
[025] Die Sensorsonden 8 bestehen aus elektrisch leitendem Material, so dass sich
zwischen den Sensorsonden 8 und dem Füllstandssensor 4 ein elektromagnetisches
Feld ausbilden kann. Dieses elektromagnetische Feld verändert sich in Abhängigkeit von der Dielektrizitätskonstante des de Sensorsonden 8 umgebenden Mediums und
damit in Abhängigkeit vom Flüssigkeitspegel 9 der Spülflüssigkeit in der Gescrirrspülmascline. Sobald der Flüssigkeitspegel 9 der Spülflüssigkeit in der Gescrirrspülmascline steigt bzw. de Spülflüssigkeit de Sensorsonden 8 berührt, wird de
elektrische Ladungsverteilung auf dem Füllstandssensor 4 bzw. dessen elektrische
Kapazität verändert.
[025] Der Füllstandssensor 4 ist über eine elektrische Leitung 5 mit einer elektronischen

Schaltung 6 verbunden, welche de Veränderung der Ladungsverteilung des Füllstandssensors 4 bzw. de Veränderung seiner elektrischen Kapazität erfasst und
auswertet. Die elektronische Schaltung umfasst zweckmäßigerweise einen oder
mehrere integrierte Schaltkreise 7, de auf de Auswertung der vom Füllstandssensor 4 gelieferten Signale speziell programmiert sind. Das Ergebnis deser Auswertung wird an de Programmsteuerung der Gescrirrspülmascline weitergeleitet, de bei Bedarf
Maßnahmen zur Veränderung des Pegels der Spülflüssigkeit in der Geschirrspülmaschine einleitet, wie z.B. das Öffnen eines Ventils zur Frischwasserzufuhr oder de Aktivierung der Laugenpumpe zum Abpumpen von Spülflüssigkeit aus der Gescrirrspülmascline.
[027] Der Dom 11 ist auf seiner Oberseite in Form eines überkragenden Daches 3
ausgebildet, das als Spritzwasserschutz für de Sensorsonden 8 dent. Der Spritzwasserschutz 3 dent der Vermeidung von Fehlmessungen des Systems zur Füllstandserkennung, de beispielsweise während des Spülbetriebs durch Spritzer von Spülflüssigkeit auf de Sensorsonden 8 verursacht werden könnten. Auf dese Weise wird 200301777

sichergestellt, dass ausschließlich der tatsächliche Flüssigkeitspegel 9 der Spül- flüssigkeit in der Gescrirrspülmascline vom System zur Füllstandserkennung ermittelt wird.
[028] Durch das erfindungsgemäße System kann de Erfassung eines bestimmten Flüssigkeitsniveaus mittels kapazitiver Sensoren bei hoher Genauigkeit vorgenommen
werden, wobei de aktiven Sensorflächen 10 und der Füllstandssensor 4 galvanisch von dem zu detektierenden Medium vollständg entkoppelt sind. Danit ist eine Lehre
gegeben, kapazitive Sensorsysteme auch zur Wasserstands-Erkennung in Geschirrspülmaschinen einzusetzen.
[029] Liste der Bezugszeichen
[030] 1 Erhebung im Pumpentopf der Gescrirrspülmascline
[031] 2 Wand des Pumpentopfes bzw. Spülbehälters
[032] 3 Spritzwasserschutz
[033] 4 Füllstandssensor
[034] 5 elektrische Verbindung zwischen Füllstandssensor 4 und elektronischer Schaltung

[035] 6 elektronische Schaltung
[036] 7 integrierter Schaltkreis
[037] 8 Sensorsonden des Füllstandssensors 4
[038] 9 Flüssigkeitspegel der Spülflüssigkeit in der Geschirrspülmaschine
[039] 10 aktive Sensorflächen des Füllstandssensors 4
[040] 11 Dom der Erhebung 1