Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitssensor nach dem Ober¬ begriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Messen der Füllstandshöhe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

Es ist allgemein bekannt, zur Ermittlung der Füllhöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter den kapazitiven oder den elekt¬ rischen Feldeffekt auszunutzen. Hierzu ist es insbesondere be¬ kannt, zwei Elektroden parallel nebeneinander in einem Behält¬ nis anzuordnen.

Da die Kapazität der allgemeinen Formel

C = ε ₀ * ε _r * A/d

gehorcht, kann ein Unterschied in der Füllhöhe dadurch gemes¬ sen werden, dass durch zwei in die Flüssigkeit ragende Elekt¬ roden praktisch zwei unterschiedliche Kondensatoren geschaffen werden, ein Kondensator oberhalb der Flüssigkeit und ein Kon¬ densator innerhalb der Flüssigkeit, die parallel geschaltet werden. Je nach Füllstandshöhe ändert sich der Anteil des Kon¬ densators, der durch die Dielektrizitätskonstante der Flüssig¬ keit (ε _r ) beeinflusst wird, der Anteil des Kondensators, bei dem die Konstante mit ε _r = 1 der von Luft entspricht , sinkt.

Aus der US 2004/0149032 Al ist eine derartige Anordnung be¬ kannt, bei der zwei Elektroden parallel nebeneinander in eine Flüssigkeit eintauchen. Darüber hinaus ist es ^' aus dieser Druckschrift bekannt, die Elektroden nicht parallel zueinan¬ der, sondern von einem Bereich der größten Annäherung wegdi¬ vergierend anzuordnen. Hierdurch werden die Unterschiede in der Kapazität bei einer steigenden bzw. sinkenden Füllhöhe stärker, da der Abstand d zwischen den Elektroden abhängig von der Füllstandshöhe steigt bzw. sinkt.

Aus der EP 0995 083 Bl ist ein kapazitiver Füllstandssensor bekannt, der zur Ortsbestimmung einer Grenzschicht zwischen Wasser und Öl in einem Separatortank geeignet sein soll, wobei eine stabförmige Sonde mit mehreren entlang einer Sondenachse angeordneten Elektroden, zwischen denen die füllstandsabhängi¬ gen Kapazitäten gemessen werden, vorhanden ist und die Elekt¬ roden mit einer elektrisch isolierenden Abdeckung versehen sind, wobei ein Verhältnis einer Elektrodenhöhe zu einem Elektrodenabstand größer als 1 gewählt ist und die Elektroden¬ höhe, die Breite einer Elektrode in Richtung einer Achse der Sonde und der Elektrodenabstand, der Abstand zwischen benach¬ barten Kanten zweier nacheinander folgender Elektroden sind.

Die US 5,613,399 offenbart eine senkrechte Anordnung von meh¬ reren Elektroden sowie einer gemeinsamen, über die gesamte senkrechte Länge erstreckte Elektrode, wobei die Veränderung der Kopplung elektrischer Impulse von den Einzelelektroden zur gemeinsamen Elektrode durch den Einfluss einer Flüssigkeit zur Messung ausgenutzt wird.

Die EP 0667 512 zeigt eine Anordnung von zwei Elektroden ne¬ beneinander, die an einer Behälterwand beispielsweise durch Ankleben angebracht werden kann.

Allen Messanordnungen nach dem Stand der Technik ist gemeinsam von Nachteil, dass die Messanordnungen nach dem Stand der Technik sehr aufwändig sind. Zwar können in allen Fällen zur Verbesserung der Genauigkeit Elektroden eingesetzt werden, die in Richtung des Füllstandes flach und in Richtung der Flüssig¬ keitsoberfläche stärker ausgedehnt sind. Diesen Ausführungen sind jedoch aufgrund der Feldgeometrie Grenzen gesetzt. Auf¬ grund von Toleranzen in der Geometrie der Elektroden und der Bauteile der Auswerteelektronik sowie aufgrund von Störungen der elektrischen Signale wie Rauschen, treten Messungenauig- keiten auf. Insbesondere bei niedrigem Füllstand wirken sich diese prozentual außerordentlich stark aus.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Flüssigkeitssensor zu schaffen, der ein verbessertes und genaueres Messen, insbeson¬ dere geringer Flüssigkeitsstandsänderungen und insbesondere von Schwellenwerten bzw. Messungen an vorbestimmten Messpunk¬ ten ermöglicht.

Die Aufgabe wird mit einem Flüssigkeitssensor mit den Merkma¬ len des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen werden in Unteransprüchen gekenn¬ zeichnet.

Es ist eine weitere Aufgabe, ein Verfahren zum Messen der Füllstandshöhe und insbesondere dem Messen diskreter Füll¬ standhöhen zu schaffen, welches eine verbesserte und genauere Messung, insbesondere geringer Füllstandshöhen ermöglicht.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des An¬ spruchs 10 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen werden in Unteransprüchen gekenn¬ zeichnet.

Erfindungsgemäß wird die Genauigkeit der Ermittlung des Flüs¬ sigkeitsstandes bzw. Füllstandes dadurch verbessert, dass die Messelektroden nicht senkrecht, sondern unter einem Winkel zur Lotrechten angeordnet werden.

Bei einem vergleichsweise kleinen Hub des Flüssigkeitsspiegels steigt die bedeckte Elektrodenfläche hierbei stark an. Dies ist insbesondere bei Behältern in Form von flachen Schalen wichtig, da dort nur eine geringe Höhe des Flüssigkeitsstandes vorliegt und bereits geringe Toleranzen einem großen Volumen¬ unterschied entsprechen. Dies ist beispielsweise bei der Do¬ sierung des Wasserzulaufes von Geschirrspülmaschinen und/oder Waschmaschinen relevant. Hier wird im Pumpensumpf über die Hö¬ he des Wasserstandes die Menge des zum Spülgang benutzten Was¬ sers bestimmt. Hierfür ist es erfindungsgemäß möglich, Wan¬ dungsabschnitte der Behälterwandung schräg auszubilden, wobei bei der Ausbildung von beispielsweise zwei übereinanderliegen- den schrägen Wandungsabschnitten, bei Anordnung der Elektroden in diesen schrägen Wandungsabschnitten, ein maximaler und ein minimaler Schwellenwert sehr genau und mit einem kleinen Tole¬ ranzfeld erfassbar sind.

Der maximale Effekt wird bei horizontalen Elektroden erreicht. Je flacher der Winkel ist, desto höher wird die Genauigkeit, da sich jede kleinste Fluidbewegung auswirkt. Insofern sind horizontale Elektroden besonders gut für ruhige bzw. bzgl. der Oberflächenbewegung ruhige Flüssigkeiten geeignet. Werden die Elektroden im Gegensatz zu einer streng horizontalen Anordnung unter einem Winkel zur Horizontalen und insbesondere einem flachen Winkel zur Horizontalen angeordnet, wird in vorteil¬ hafter Weise der Einschluss bzw. das Hängenbleiben von Luft-

blasen verhindert, welches Fehlmessungen durch die Beeinflus¬ sung des elektrischen Feldes verursachen kann. Bei einer voll¬ ständigen Entleerung läuft zudem die Flüssigkeit besser von der Wandung ab, so dass auch eine Fehlmessung durch Verbleiben der Restflüssigkeit vermieden wird.

Erfindungsgemäß kann die geneigte Fläche bzw. können die Elektroden so angeordnet werden, dass das elektrische Feld nach unten oder nach oben in die Flüssigkeit reicht. Vorteil¬ hafterweise werden die Elektroden so angeordnet, dass das e- lektrische Feld nach unten in die Flüssigkeit reicht, so dass das elektrische Feld tief in die Flüssigkeit eindringen kann, deren Elektrizitätskonstante den Messeffekt bewirkt und so ei¬ ne sichere Auslösung einer Schaltfunktion bewirken kann.

Erfindungsgemäß können die Elektroden direkt an dem Behälter durch Kleben, Andrücken, Anklipsen oder Aufdampfen angebracht sein. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann eine Sensoranordnung oder können mehrere Sensoranordnungen an einem separaten Bauteil untergebracht sein. Dies ist insbeson¬ dere von Vorteil, wenn ein Behälter entnehmbar sein soll, wo¬ bei jedoch keine elektrischen Verbindungen zum Sensor geöffnet werden sollen. Dies vereinfacht die Konstruktion wesentlich und verbessert die Dauerhaftigkeit. Ein solcher Behälter kann beispielsweise anschließend in einer Spülmaschine gereinigt werden. Diese Ausführung ist beispielsweise für den Behälter des Wasservorrats einer Kaffeemaschine oder eines Wasserko¬ chers vorteilhaft. Weiterhin ist eine solche Anordnung auch besonders für den Restwasserbehälter einer Kaffeemaschine bzw. der Abtropfschale geeignet, auf der die Tassen bei der Befül¬ lung stehen.

Bei in einem separaten Bauteil (beispielsweise einem Unterbau eines Wasserkochers) angeordneten Sensoren ist es wichtig,

dass der Behälter zumindest in dem Bereich, in dem die Senso¬ ren am separaten Bauteil angeordnet sind, sicher und form ^¬ schlüssig auf den Sensoren aufliegt, um eine Messverfälschung durch einen evtl. vorhandenen Luftspalt bzw. einen nicht fest eingestellten Luftspalt zu vermeiden.

Dies kann in vorteilhafter Weise dadurch geschehen, dass der Behälter an dem separaten Bauteil oder an der das separate Bauteil tragenden Baugruppe so gelagert wird, dass die Schwer¬ kraft ihn sicher auf dem Sensor aufliegen lässt. Dies ist be¬ sonders gut bei nach oben messenden bzw. weisenden Sensoren möglich.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die Sensoren bzw. das die Sensoren tragende separate Bauteil mit Federkraft an bzw. auf den flüssigkeitstragenden Behälter auf¬ gedrückt werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die Elektroden in einem gekapselten Bauteil untergebracht sein, das durch einen Durchbruch in der Behälterwandung in den In¬ nenraum hineinragt. Der Behälter kann dann weiterhin senkrech¬ te Wände ohne besondere Formung haben.

Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass die Messgenauigkeit von kapazitiven Sensoren bei der Ermittlung von Füllstandshö¬ hen bzw. Pegelständen in Flüssigkeitsbehältern besonders ein¬ fach, kostengünstig und mit einer sehr hohen Genauigkeit durchführbar ist.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläu¬ tert. Es zeigen dabei:

Figur 1: eine erste Ausführungsform der Erfindung in einem sehr stark schematisierten Querschnitt;

Figur 2: die Ausführungsform nach Figur 1 in einer stark sche¬ matisierten Draufsicht mit schematisiert perspektivi¬ scher Ansicht des Sensorbereichs in zwei Ausführungs¬ formen;

Figur 3: eine weitere Ausführungsform einer Sensoranordnung mit zwei übereinanderliegenden Sensorbereichen;

Figur 4 : die Anordnung nach Figur 3 in einer stark schemati¬ sierten Draufsicht;

Figur 5: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung;

Figur 6: die Sensoranordnung nach Figur 5 in einer stark sche¬ matisierten Draufsicht;

Figur 7: eine weitere Ausführungsform mit einer federnd gela¬ gerten Sensoranordnung in einem separaten Bauteil;

Figur 8: eine weitere Ausführungsform mit einer Sensoranord¬ nung in einem separaten Bauteil;

Figur 9: eine weitere Ausführungsform einer Sensoranordnung, bei der ein Sensorbauteil in einer Behälteröffnung hineinragend ausgebildet ist.

Ein erfindungsgemäßer Flüssigkeitssensor 1 ist an einem Behäl¬ ter 2 angeordnet, in dem sich eine Flüssigkeit 3 bis zu einem Flüssigkeitsspiegel 4 befindet (Figur 1) .

Um den Sensor 1 bzw. die Sensoranordnung 1 erfindungsgemäß schräg an den Behälter anzuordnen, ist in der Behälterwandung 5 ein Sensorbereich 6 angeordnet. Der Sensorbereich 6 (in Fi¬ gur 2 in einer perspektivischen Draufsicht gezeigt) besitzt eine schräg rampenartig, sich in den Behälter 2 erstreckende erste Wandung 7, welche sich von einer bzgl. des Behälters un¬ teren Kante 8 mit der Behälterwandung 5 zu einer oberen ge¬ meinsamen, horizontal verlaufenden Kante 9 mit einer ebenen Deckenwandung 10 erstreckt. Die ebene Deckenwandung 10 er¬ streckt sich von der horizontal verlaufenden Kante 9 zu einer gemeinsamen Kante 11 mit der Behälterwandung 5. Die Wandung 8 wird beidseitig von in den Behälter hinein verlaufenden und die Deckenwandung 10 sowie die Bodenwandung 7 verbindenden z.B. dreiecksförmigen Seitenwandungen 12. begrenzt (Figur 2) .

Auf der Bodenwandung 7 sind zwei parallel verlaufende Elektro¬ den 13 aufgebracht. Die Elektroden 13 sind jeweils elektrisch leitend mit einer entsprechenden Schaltung verbunden (nicht gezeigt) . In ^" den ^" Figuren 2, 4 und 6 verlaufen die Elektroden aufgrund der perspektivischen Verzerrung nicht parallel. In Abänderung zu einem parallelen Verlauf ist jedoch tatsächlich auch ein nicht paralleler divergierender Verlauf der Elektro¬ den 13 grundsätzlich möglich. Bei einer weiteren vorteilhaf¬ ten Ausführungsform (Fig. 2) sind die Elektroden nicht stab- förmig nebeneinander sondern koaxial als koaxiale Elektroden 13a ausgebildet. Die Elektroden 13a sind hierbei am Gehäuse in gleicher Weise angeordnet wie die Elektroden 13, auch wenn sie in Figur 2 nur stark schematisiert und ohne den korrespondie¬ renden Sensorbereich 6 gezeigt sind. Die nachfolgenden Ausfüh¬ rungen gelten sowohl für parallele als auch koaxiale oder sonstige Elektroden 13, 13a.

Die Elektroden 13 sind stab- oder plättchenförmig ausgebildet und vom Behälteräußeren oder vom Behälterinneren auf die Bo-

denwandung 7 aufgeklebt, aufgeklipst, bei Kunststoffen ggf. aufgeschmolzen oder können auch aufgedampft sein.

Bei einer weiteren Ausführungsform (Figur 3) sind zwei der in Figur 1 und 2 gezeigten Sensoranordnungen übereinander ange¬ ordnet. Bei einer derartigen Sensoranordnung misst die untere Sensoranordnung Ia einen unteren Schwellenwert (Minimalwert) und die obere Sensoranordnung Ib einen oberen Schwellenwert (Maximalwert) , bei deren Unter- bzw. Überschreiten diese Er¬ eignisse entsprechend messbar sind.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (Figuren 5, 6) sind die Elektroden 13 derart angeordnet, dass die Messung nach oben in den Behälter 2 erfolgt. Die Elektroden 13 sind hierbei an einer Deckenwandung 15 angeordnet, welche sich schräg von der Behälterwandung 5, mit der sie eine gemeinsame Kante 16 bildet, nach unten erstreckt und mit einer ebenen Bo¬ denwandung 17 eine gemeinsame Kante 18 bildet. Die ebene Bo¬ denwandung 17 verläuft von der Kante 18 nach außen zu einer gemeinsamen Kante 19 mit der Behälterwandung 5. Die Elektroden können hierbei in gleicher Weise, wie bei der ersten Ausfüh¬ rungsform angeordnet sein. Ebenso sind entsprechend in äquiva¬ lenter Weise Seitenwandungen 12 (Figur 6) vorhanden.

Die Neigung der Deckenwandung 15 bzw. der Bodenwandung 7 bei den vorgenannten Ausführungsformen ist variabel. Je nach An¬ wendungsfall können die die Elektroden 13 tragenden Wandung¬ sabschnitte 15, 7 gegenüber der Lotrechten einen kleinen oder sehr großen Winkel besitzen, wobei der Winkel beispielsweise 30° bis 70° beträgt. Geeignet kann jedoch ein horizontaler Verlauf, d.h. ein 90° Winkel zur Lotrechten sein. Das Messin¬ tervall wird kleiner, je größer der Winkel zur Lotrechten wird.

Die Ausführungsformen entsprechend den Figuren 1 bis 3 sind insbesondere für Behälter 2 geeignet, welche ortsfest angeord¬ net sind.

Bei einer weiteren Ausführungsform (Figuren 7 bis 9) ist die Sensoranordnung 20 oder sind mehrere Sensoranordnungen 20 an einer vom Behälter getrennten Baugruppe 21 angeordnet. Auch bei dieser Ausführungsform umfasst die Sensoranordnung 20 eine schräg zur Lotrechten verlaufende Wandung 22, die an den Elektroden 13 angeordnet ist. Die Sensoranordnung 20 besitzt hierbei eine Sensorbaugruppe 23, die durch einen Federmecha¬ nismus 24 mit beispielsweise einer Spiraldruckfeder 25 die Sensoranordnung 20 auf einen Behälter 2 drücken kann (Pfeil 26) . Die Sensoranordnung 20 besitzt hierfür z.B. eine ebene Deckenwandung 28, die mit der schräg verlaufenden Wandung 22 einen Winkel kleiner 90° einschließt, so dass die schräge Wan¬ dung 22 bzw. die Elektroden 13 nach unten weisend messen. Die Wandung 22 und die Wandung 28 bzw. die Sensoranordnung 20 wird seitlich von entsprechend ausgebildeten dreieckförmigen Sei¬ tenwandungen (nicht gezeigt) begrenzt. Die Sensoranordnung 20 greift in eine entsprechend geformte Ausnehmung 30 des Behäl¬ ters 2 ein. Die Ausnehmung 30 besitzt somit eine ebene Decken¬ wandung 31, eine korrespondierend schräg verlaufende Wandung 32 sowie Seitenwandungen (nicht gezeigt) . Bei dieser Ausfüh¬ rungsform wird der formschlüssige Kontakt, der durch die Feder 25 pressend unterstützt wird, vorzugsweise dadurch herge¬ stellt, dass der Behälter 2 in eine nicht gezeigte Aufnahme¬ vorrichtung derart eingesetzt wird, dass die schräge Wandung 22 unter dem Druck der Feder 25 an der Wandung 32 aufliegt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (Figur 8) liegt der Behälter 2 mit Unterstützung der Schwerkraft an ei¬ ner Sensoranordnung 34 an. Die Sensoranordnung 34 ist hierbei an einem abgetrennten Bauteil bzw. einer abgetrennten Baugrup-

pe 35 vorhanden. Beispielsweise besitzt die Baugruppe 35 eine schräg nach außen verlaufende Wandung 36, welche sich von ei¬ ner Kante 3βa bis zu einer nach außen vorstehenden Kante 37 erstreckt. Von der Kante 37 verläuft eine ebenfalls schräg verlaufende Wandung 38 von der Kante 37 weg und schließt mit der Wandung 36 einen Winkel von beispielsweise 70° bis 120° ein. An der Wandung 36 sind die Elektroden 13 angeordnet. Der Behälter 2 besitzt eine korrespondierend ausgeformte Ausneh¬ mung 39, mit einer oberen schrägen Wandung 40 und einer unte¬ ren schrägen Wandung 41, wobei beim Einsetzen des Behälters 2 in einen nicht gezeigten Halter oder eine nicht gezeigte Vor¬ richtung, die über die Baugruppe 35 verfügt, die Wandung 40 entsprechend des Pfeils 42 auf der Wandung 36 aufliegt.

Bei diesen Ausführungsformen ist von Vorteil, dass der Behäl¬ ter 2 jeweils aus der entsprechenden Vorrichtung, die auch die Baugruppe mit der Sensoranordnung umfasst, herausgehoben bzw. von dieser entfernt werden kann. Dies kann beispielsweise zum Zwecke des Reinigens oder Entleerens des Behälters durchge¬ führt werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (Figur 9) be¬ sitzt der Behälter 2 im Bereich einer an einer vom Behälter 2 getrennten und flüssigkeitsdichten, gekapselten Sensoranord¬ nung 50 eine korrespondierend geformte Durchbrechung 51 in ei¬ ner Umfangswandung, durch die die Sensoranordnung 50 in den Behälter 2 hineinragen kann. Um hierbei eine Dichtung herbei¬ zuführen, kann an der Sensoranordnung 50 und/oder um die Durchbrechung 51 herum eine Dichtung 52 vorhanden sein. Vor¬ zugsweise wird hierbei die Sensoranordnung 50 bzw. die Dich¬ tung 52 ebenfalls federbelastet ausgebildet, so dass die Dich¬ tung 52 um die Durchbrechung 51 in der Wandung des Behälters 2 entlang der Richtung des Pfeils 53 angepresst wird, so dass eine Dichtung herbeigeführt wird.

Bei dieser Ausführungsform ist von Vorteil, dass der Behälter keine korrespondierende Ausformung besitzen muss, sondern le¬ diglich eine Freisparung in einer Behälterwandung.

Die beschriebenen Ausformungen in den Behälterwandungen zur Aufnahme der Elektroden 13 bzw. die Sensoranordnungen 1, 20 können selbstverständlich jede beliebige Form haben, die eine Anordnung der Elektrode (bzgl. ihrer Längserstreckung) schräg zur Senkrechten des Behälters bzw. Lotrechten ermöglicht.