Behälter

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur präzisen und zuverlässigen Ermittlung des Füllstands eines Behälters, der aus einem aufnehmenden Gerät, insbesondere aus einem Hausgerät, entnommen werden kann. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Gerät mit einem entnehmbaren Behälter.

Es gibt eine Vielzahl von unterschiedlichen Geräten, insbesondere Hausgeräten, die einen Behälter zur Aufnahme einer Flüssigkeit umfassen. Beispiele für solche Geräte sind Kaffeemaschinen, Trockner, Waschmaschinen, Dampfgarer, Dampfgarer-Kombinationen, etc. Dabei ist es häufig wünschenswert, das der Behälter zum Einfüllen oder Entfernen einer Flüssigkeit aus dem Gerät entnommen werden kann. Des Weiteren ist es meist wünschenswert, dass der Füllstand des Behälters in präziser Weise erfasst und ggf. angezeigt werden kann, um einen Nutzer des Geräts frühzeitig darauf aufmerksam machen zu können, dass der Behälter aufgefüllt bzw. geleert werden muss.

Eine Möglichkeit zur Ermittlung des Füllstands eines Behälters für Flüssigkeit ist die Verwendung eines Schwimmers, der auf der Oberfläche der Flüssigkeit im Behälter schwimmt, so dass die Position des Schwimmers innerhalb des Behälters den Füllstand des Behälters anzeigt. Die Verwendung eines Schwimmers ist jedoch nachteilig, da der Schwimmer einklemmen kann, so dass sich fehlerhafte Füllstandsmessungen ergeben. Außerdem kann der Schwimmer verschmutzen und die Reinigung des Schwimmers kann ggf. aufwendig sein. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine präzise und komfortable Füllstandsmessung eines entnehmbaren Behälters eines Geräts, insbesondere eines Hausgeräts, zu ermöglichen. Dabei soll insbesondere der Füllstand eines Behälters mit einer Flüssigkeit oder mit einer granulären Materie bzw. Pulver gemessen werden können.

Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Gemäß einem Aspekt wird ein Gerät, insbesondere ein Hausgerät bzw. ein Haushaltsgerät, beschrieben. Das Gerät umfasst ein Gehäuse und einen von dem Gehäuse entkoppelbaren bzw. abnehmbaren Behälter, insbesondere einem Flüssigkeitsbehälter. Der Behälter kann eingerichtet sein, eine Flüssigkeit (wie z.B. Wasser) aufzunehmen. Alternativ kann der Behälter eingerichtet sein, ein Granulat bzw. pulverförmige Materie aufzunehmen. Der Behälter kann z.B. an einer bestimmten Stelle am Gehäuse fixiert werden, um Flüssigkeit bzw. ein Granulat in dem Gehäuse bereitzustellen oder um Flüssigkeit bzw. Granulat aus dem Gehäuse aufzunehmen. Das Gerät umfasst weiter einen an dem Gehäuse angeordneten kapazitiven Füllstandssensor, der eingerichtet ist, einen Kapazitätswert zu ermitteln, wobei der kapazitive Füllstandssensor derart angeordnet ist, dass der Kapazitätswert von dem Füllstand von (flüssiger oder granulärer) Materie in dem Behälter abhängt. Zu diesem Zweck besteht der Behälter typischerweise aus einem dielektrischen und/oder nicht- leitfähigem Material (z.B. mit einer Dielektrizitätszahl von 20, 10, 5 oder weniger). So kann gewährleistet werden, dass eine Änderung des Füllstands in zuverlässiger Weise als eine Änderung des Kapazitätswertes erfasst werden kann. Die Verwendung eines kapazitiven Füllstandssensors ist insbesondere bei Verwendung eines entnehmbaren bzw. entkoppelbaren Behälters vorteilhaft.

Außerdem umfasst das Gerät einen Abstandssensor, der eingerichtet ist, einen Abstandswert zu ermitteln, wobei der Abstandswert von einem Abstand zwischen dem Füllstandssensor und dem Behälter abhängt. Des Weiteren umfasst das Gerät eine Verarbeitungseinheit, die eingerichtet ist, auf Basis des Kapazitätswertes und auf Basis des Abstandswertes einen Wert für den Füllstand zu ermitteln. Die Erfassung und Berücksichtigung des Abstandswertes bei der Ermittlung des Wertes des Füllstands ermöglicht eine präzise Füllstandsermittlung bei einem abnehmbaren Behälter.

Der Abstandssensor kann einen induktiven Abstandsensor umfassen. Dabei kann der induktive Abstandssensor eine Sensoreinheit umfassen, die an dem Gehäuse angeordnet ist, und die eingerichtet ist, ein elektromagnetisches Feld zu generieren. Außerdem kann der Abstandssensor eine beeinflussende Einheit umfassen, die an dem Behälter angeordnet ist, und die eingerichtet ist, das elektromagnetische Feld zu beeinflussen, insbesondere zu dämpfen. Die Verwendung eines induktiven Abstandssensors ermöglicht eine Kosten-effiziente, präzise und komfortable Abstandsmessung, insbesondere bei abnehmbaren Behältern.

Ein Ausmaß der Beeinflussung, insbesondere ein Ausmaß der Dämpfung, des elektromagnetischen Feldes kann von dem Abstand zwischen der Sensoreinheit und der beeinflussenden Einheit abhängen. Des Weiteren kann der Abstandswert von dem Ausmaß der Beeinflussung, insbesondere von dem Ausmaß der Dämpfung, des elektromagnetischen Feldes abhängen. Dabei kann die Sensoreinheit einen elektrischen Schwingkreis (z.B. mit einer Spule und/oder mit einer ersten leitfähigen Struktur) zur Erzeugung des elektromagnetischen Feldes mittels eines Wechselstroms umfassen. Ein Pegel bzw. eine Amplitude, eine Phase oder Frequenzverschiebung des Wechselstroms kann dabei in rückkoppelnder Weise von der Beeinflussung des elektromagnetischen Feldes abhängen. Somit kann der Abstandswert auf Basis der Amplitude bzw. des Pegels, der Phase und/oder einer Frequenzverschiebung des Wechselstroms ermittelt werden.

Die beeinflussende Einheit kann eine zweite leitfähige Struktur, insbesondere eine Mäander-Struktur, umfassen. Dabei kann die beeinflussende Einheit eine folienhafte Form aufweisen. Durch Verwendung einer leitfähigen Struktur kann das elektromagnetische Feld in Abstands-abhängiger Weise beeinflusst werden.

Die Sensoreinheit und/oder die beeinflussende Einheit können auf unterschiedliche Weise an dem Gehäuse bzw. an dem Behälter befestigt werden. Beispielsweise sind die Sensoreinheit und/oder die beeinflussende Einheit auf das Gehäuse bzw. auf den Behälter geklebt und/oder in das Gehäuse bzw. in den Behälter eingerastet. Alternativ oder ergänzend können die Sensoreinheit und/oder die beeinflussende Einheit: eine durch Laserstrukturierung erzeugte leitfähige Struktur umfassen; eine leitfähige Struktur umfassen, die auf das Gehäuse bzw. auf den Behälter gespritzt ist; eine leitfähige Struktur umfassen, die auf das Gehäuse bzw. auf den Behälter aufgedampft ist; eine leitfähige Struktur umfassen, die auf das Gehäuse bzw. auf den Behälter lackiert ist; und/oder eine leitfähige Struktur umfassen, die auf das Gehäuse bzw. auf den Behälter gedruckt ist. Diese Befestigungsmöglichkeiten ermöglichen eine effiziente Bereitstellung des Abstandssensors.

Die Verarbeitungseinheit (die z.B. einen Prozessor umfasst) kann eingerichtet sein, eine Zuweisungsfunktion zu ermitteln, die für unterschiedliche Kombinationen (d.h. Paaren) von Abstandswerten und Kapazitätswerten Füllstandswerte anzeigt. Die Zuweisungsfunktion kann im Vorfeld (z.B. auf Basis von Messungen) ermittelt und auf einer Speichereinheit des Gerätes gespeichert werden. Die Zuweisungsfunktion kann z.B. eine Look-Up Tabelle und/oder eine analytische Funktion umfassen. Die Verarbeitungseinheit kann dann eingerichtet sein, den Wert für den Füllstand in Abhängigkeit von der Zuweisungsfunktion zu ermitteln. Insbesondere kann mittels der Zuweisungsfunktion für einen bestimmten Abstandswert und für einen bestimmten Kapazitätswert ein bestimmter Wert für den Füllstand ermittelt werden. So kann der Füllstand von flüssiger oder granulärer Materie in dem Behälter in präziser Weise ermittelt werden. Das Gehäuse kann eine erste Gehäusewand aufweisen, die dem Behälter (insbesondere einer ersten Behälterwand des Behälters) zugewandt ist. Der kapazitive Füllstandssensor und/oder die Sensoreinheit des Abstandssensors können an der ersten Gehäusewand angeordnet sein. Die beeinflussende Einheit des Abstandssensors kann an der ersten Behälterwand angeordnet sein (insbesondere direkt gegenüber der Sensoreinheit). So können die Abstandswerte und Kapazitätswerte in zuverlässiger Weise ermittelt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Ermittlung eines Wertes eines Füllstands von (flüssiger oder granulärer) Materie in einem abnehmbaren Behälter eines Gerätes beschrieben. Das Verfahren umfasst das E rm ittel n ei n es Kapazitätswertes mittels eines kapazitiven Füllstandssensors, wobei der Kapazitätswert vom Füllstand von (flüssiger oder granulärer) Materie in dem Behälter abhängt. Außerdem umfasst das Verfahren das Ermitteln eines Abstandswertes mittels eines Abstandssensors, wobei der Abstandswert von einem Abstand zwischen dem Füllstandssensor und dem Behälter abhängt. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Ermitteln eines Wertes des Füllstands auf Basis des Kapazitätswertes und auf Basis des Abstandswertes.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Geräte sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Geräte verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Geräte in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

Figur 1 ein beispielhaftes Gerät mit einem entnehmbaren Flüssigkeitsbehälter; und Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung des Füllstands eines Flüssigkeitsbehälters.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der komfortablen und präzisen Ermittlung des Füllstands eines entnehmbaren Behälters eines Geräts, insbesondere eines Hausgeräts. Im Folgenden wird spezifisch auf einen Flüssigkeitsbehälter eingegangen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausführungen in analoger Weise auf einen Behälter mit granulärer Materie anwendbar sind. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Hausgeräts 100 mit einem Gehäuse 1 10 und einem Flüssigkeitsbehälter 120. Der Flüssigkeitsbehälter 120 kann eine Flüssigkeit 121 (z.B. Wasser) aufnehmen, und der Flüssigkeitsbehälter 120 kann zum Einfüllen bzw. zum Entleeren der Flüssigkeit 121 von dem Gerät 1 10 entkoppelt werden. Beispielhafte entnehmbare Flüssigkeitsbehälter 120 sind eine Einspülschale, ein Wassertank oder eine Abtropfschale.

Der Füllstand der Flüssigkeit 121 im Behälter 120 kann in präziser Weise mittels eines kapazitiven Füllstandssensors 1 13 erfasst werden. Um eine vollständige und einfache Entkopplung des Flüssigkeitsbehälters 120 zu ermöglichen, ist dabei der Füllstandssensor 1 13 bevorzugt am Gehäuse 1 10 des Geräts 100 angeordnet. Der Füllstandssensor 1 13 kann dazu an dem Gehäuse 1 10 des Geräts 100 angebracht werden, und die zu messende Flüssigkeit 121 im Flüssigkeitsbehälter 120 kann an das Gehäuse 1 10 herangebracht werden bzw. der Flüssigkeitsbehälter 120 kann derart an das Gehäuse 1 10 angedockt werden, dass sich die Flüssigkeit 121 in unmittelbarer Nähe zu dem Füllstandssensor 1 13 befindet. Dabei entsteht zwischen dem Füllstandssensor 1 13 und dem Flüssigkeitsbehälter 120 typischerweise ein Luftspalt bzw. ein Abstand. Aufgrund mechanisches Toleranzen und/oder aufgrund von Fertigungstoleranzen kann der Luftspalt bzw. der Abstand zwischen Füllstandssensor 1 13 und Flüssigkeitsbehälter 120 variieren. Des Weiteren kann ein fehlerhaftes Andocken des Flüssigkeitsbehälters 120 an das Gehäuse 1 10 zu einem überhöhten Abstand zwischen dem kapazitiven Füllstandssensor 1 13 und dem Flüssigkeitsbehälter 120 führen. Als Folge daraus können sich die zu messende Gesamtkapazität (d.h. der Kapazitätswert) und damit der ermittelte Füllstand verändern. Mit anderen Worten können variierende Abstände zwischen dem Füllstandssensor 1 13 und dem Flüssigkeitsbehälter 120 zu Ungenauigkeiten in Bezug auf den ermittelten Füllstand führen. Insbesondere ist es für den kapazitiven Füllstandssensor 1 13 typischerweise nicht feststellbar ist, ob eine Änderungen der erfassten Gesamtkapazität durch Abstands-Toleranzen oder durch eine Änderung von Füllmenge bzw. Füllzustand (wie z.B. Umweltbedingungen, Restbestände, etc.) verursacht werden, so dass ein fehlerhafter Wert für den Füllstand ermittelt werden kann. Dies kann wiederum dazu führen, dass ein Nutzer zu früh bzw. zu spät darauf hingewiesen wird, den Flüssigkeitsbehälter 120 zu entleeren bzw. aufzufüllen.

Eine Möglichkeit, die Genauigkeit der Füllstandsmessung zu erhöhen, sind konstruktive Vorkehrungen bzw. Elemente wie z.B. Rasthaken und/oder die Verwendung von steifen Materialien. Durch derartige Maßnahmen werden jedoch typischerweise die Herstellungskosten erhöht und/oder Designfreiheiten eingeschränkt. Außerdem können auch durch derartige Maßnahmen Bedienfehler eines Nutzers meist nicht gänzlich ausgeschlossen werden. Das in Fig. 1 dargestellte Gerät 100 umfasst einen Abstandssensor 1 12, 122, der eingerichtet ist, einen Abstand zwischen dem kapazitiven Füllstandssensor 1 13 und dem Flüssigkeitsbehälter 120 zu erfassen. Insbesondere kann der Abstandssensor 1 12, 1 12 Abstandsdaten bereitstellen, die den Abstand zwischen dem kapazitiven Füllstandssensor 1 13 und dem Flüssigkeitsbehälter 120 anzeigen. Die Abstandsdaten (insbesondere eine erfasster Abstandswert) können an eine Verarbeitungseinheit 1 1 1 des Geräts 100 übertragen werden. Des Weiteren kann die Verarbeitungseinheit 1 1 1 Füllstandsdaten (insbesondere einen Kapazitätswert) von dem Füllstandssensor 1 13 erhalten. Die Verarbeitungseinheit 1 1 1 kann dann auf Basis der Füllstandsdaten und auf Basis der Abstandsdaten in präziser Weise den aktuellen Füllstand der Flüssigkeit 121 in dem Flüssigkeitsbehälter 120 ermitteln.

Die Füllstandsdaten können einen Kapazitätswert anzeigen, wobei der Kapazitätswert von dem Füllstand des Flüssigkeitsbehälters 120 und von der Breite des Luftspalts, d.h. von dem Abstand, zwischen dem Füllstandssensor 1 13 und dem Flüssigkeitsbehälter 120 abhängt. Die Verarbeitungseinheit 1 1 1 kann eingerichtet sein, eine Zuweisungsfunktion zu bestimmen, die einem Abstandswert und einem gemessenen Kapazitätswert einen Füllstandswert zuweist. Die Zuweisungsfunktion kann z.B. eine Look-Up Tabelle umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die Zuweisungsfunktion eine analytische Funktion umfassen.

Der Abstandssensor 1 12, 122 stellt somit einen Abstandswert bereit (der den Abstand zwischen dem Füllstandssensor 1 13 und dem Flüssigkeitsbehälter 120 anzeigt). Des Weiteren wird der Kapazitätswert durch die Füllstandsdaten das kapazitiven Füllstandssensors 1 13 angezeigt. Die Verarbeitungseinheit 1 1 1 kann somit mittels der Zuweisungsfunktion und mittels der Abstandsdaten und der Füllstandsdaten in präziser Weise den Füllstandswert bestimmen. Information in Bezug auf den Füllstandswert (z.B. eine Aufforderung zur Entnahme des Flüssigkeitsbehälters 120) kann dann über eine Benutzerschnittstelle 1 14 des Geräts 100 ausgegeben werden.

In einem bevorzugten Beispiel umfasst der Abstandssensor 1 12, 122 einen induktiven Abstandssensor. Die Verwendung eines induktiven Abstandssensors ist vorteilhaft, da so Interferenzen mit dem kapazitiven Füllstandssensor 1 13 vermieden werden können. Des Weiteren ist eine induktive Abstandsmessung typischerweise unabhängig von dem Füllstand des Flüssigkeitsbehälters 120, so dass der Abstand für unterschiedliche Füllstände in präziser Weise ermittelt werden kann.

Der induktive Abstandssensor 1 12, 122 umfasst eine Sensoreinheit 1 12, die an dem Gehäuse 1 10 des Geräts 100 angeordnet sein kann. Die Sensoreinheit 1 12 kann einen Schwingkreis umfassen, der eine Spule und einen Kondensator aufweist. Eine Resonanzfrequenz des Schwingkreises und/oder eine Amplitude einer Schwingung des Schwingkreises hängt dabei typischerweise von Eigenschaften der Umgebung der Sensoreinheit 1 12 ab. Der Flüssigkeitsbehälter 120 weist eine beeinflussende Einheit 122 auf, die eingerichtet ist, ein von der Sensoreinheit 1 12 generiertes elektromagnetisches Feld zu beeinflussen, insbesondere zu dämpfen. Der Grad der Beeinflussung hängt dabei von dem Abstand zwischen der Sensoreinheit 1 12 und der beeinflussenden Einheit 122 ab. Insbesondere kann die beeinflussende Einheit 122 eine leitfähige Struktur (z.B. eine Mäander Struktur) aufweisen, in der durch das elektromagnetische Feld Wirbelströme hervorgerufen werden. Durch diese Wirbelströme wird die Amplitude des Wechselstroms im Schwingkreis in der Sensoreinheit 1 12 verändert. Die Amplitude des Wechselstroms zeigt in diesem Fall den Abstand zwischen der Sensoreinheit 1 12 und der beeinflussenden Einheit 122 (und damit den Abstand zwischen dem Füllstandssensor 1 13 und dem Flüssigkeitsbehälter 120) an.

Am Flüssigkeitsbehälter 120 kann somit eine leitfähige Struktur 122 angebracht werden, die mit der induktiven Sensoreinheit 1 12 am Gehäuse 1 10 interagiert. Die Abstandsdaten können eine Frequenzverschiebung und/oder eine Amplitudenänderung an der Sensoreinheit 1 12 anzeigen. Das Ausmaß der Frequenzverschiebung und/oder Amplitudenänderung ist dabei ein proportionaler Indikator für den Abstand zwischen dem Gehäuse 1 10 und dem Flüssigkeitsbehälter 120.

Die Induktivität des Schwingkreises der Sensoreinheit 1 12 kann aus einer Spule oder einer leitfähigen Strukturen wie z.B. einer Mäander-Struktur auf einer Leiterpalte oder auf einer Sensorfolie realisiert werden und ggf. am Gehäuse 120 angebracht werden. Die leitfähige Struktur der beeinflussenden Einheit 122 kann als Metallfläche einer Leiterplatte oder Sensorfolie implementiert werden und ggf. an dem Flüssigkeitsbehälter 120 angebracht werden.

Dabei können die Einheiten 1 12, 122 als Klebestreifen bzw. über eine Verrastung (z.B. mit einer Nase) an dem Gehäuse 1 10 bzw. an dem Behälter 120 befestigt werden. Alternativ oder ergänzend können durch Laserstrukturierung leitfähige Strukturen am Flüssigkeitsbehälter 120 erzeugt werden. Alternativ oder ergänzend kann eine Sensorfolie an das Gehäuse 1 10 bzw. eine leitfähige Struktur an den Flüssigkeitsbehälter 120 gespritzt, lackiert, gedampft oder gedruckt werden. Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 200 zur Ermittlung eines Wertes des Füllstands von Flüssigkeit 121 in einem abnehmbaren Flüssigkeitsbehälter 120 eines Gerätes 100 (insbesondere eines Hausgeräts). Das Verfahren 200 umfasst das E rm ittel n 201 ei n es Kapazitätswertes mittels eines kapazitiven Füllstandssensors 1 13. Dabei hängt der Kapazitätswert vom Füllstand von Flüssigkeit 121 in dem Flüssigkeitsbehälter 120 ab. Der kapazitive Füllstandssensor 1 13 kann dabei an einer Gehäusewand eines Gehäuses 1 10 des Gerätes 100 angeordnet sein, wobei die Gehäusewand dem Flüssigkeitsbehälter 120 zugewandt ist.

Außerdem umfasst das Verfahren 200 das Ermitteln 202 eines Abstandswertes mittels eines Abstandssensors 1 12, 122. Dabei ist der Abstandswert von dem Abstand zwischen dem kapazitiven Füllstandssensor 1 13 und dem Flüssigkeitsbehälter 120 abhängig. Des Weiteren umfasst das Verfahren 200 das Ermitteln 203 eines Wertes des Füllstands auf Basis des Kapazitätswertes und auf Basis des Abstandswertes. Durch Berücksichtigung des Abstandswertes kann der Wert des Füllstandes eines entnehmbaren Flüssigkeitsbehälters in präziser Weise ermittelt werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Geräte veranschaulichen sollen.