DE102007035770B4

DE102007035770B4 - Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität und/oder Dichte einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102007035770B4
Application number: DE200710035770
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr. Ante; Denny SCHÄDLICH
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2027-07-28
Also published as: DE102007035770A1

Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität und/oder der Dichte einer Flüssigkeit
– mit mindestens einer piezoelektrischen Einrichtung (1), die durch Anlegen einer elektrischen Wechselspannung in Schwingung versetzt werden kann,
– mit mindestens zwei mit der piezoelektrischen Einrichtung (1) verbundenen Schenkeln (5, 6, 7, 8), die bei einer Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung (1) gegensinnig in zueinander parallelen Schwingungsebenen in Schwingung versetzt werden können,
– wobei sich die Schenkel (5, 6, 7, 8) während ihrer Schwingung zumindest zeitweise überlappen, so dass zwischen ihnen ein Spalt (8, 11, 12) gebildet ist, und wobei
– die Schenkel (5, 6, 7, 8) senkrecht zu ihrer Schwingungsrichtung versetzt auf der piezoelektrischen Einrichtung (1) befestigt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
– die Schenkel (5, 6, 7, 8) zusätzlich in Richtung ihrer Schwingung zueinander versetzt auf der piezoelektrischen Einrichtung (1) befestigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität und/oder Dichte einer Flüssigkeit. Solche Vorrichtungen werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um beispielsweise die Viskosität oder die Dichte des Motoröls des Kraftfahrzeugs zu bestimmen.
Moderne Kraftfahrzeuge erfordern hochwertige Motoröle, die über das gesamte Ölwechselintervall eine gute Schmierfähigkeit sicherstellen. Das Ölwechselintervall sollte dabei möglichst lang sein. Diesbezüglich existieren Algorithmen, die die Öllebensdauer aus bekannten Parametern, wie Motordrehzahl, Lastzustandskollektiven, Treibstoffverbrauch usw. berechnen. Bei einem normalen Betrieb des Kraftfahrzeugs führen diese Berechnungen zu recht guten Ergebnissen. Wird der Motor jedoch in ungewöhnlichen, beispielsweise ungünstigen Betriebsbedingungen gefahren, ist eine zuverlässige Aussage über den Zustand des Motoröls mittels einer solchen Software kaum möglich. Dies gilt insbesondere bei neuen Motoren mit Dieselrusspartikelfilter, Ölverdünnung durch Späteinspritzung oder Magermix. Eine messtechnische Erfassung von relevanten Parametern des Motoröls wie z. B. Viskosität, Viskositätsindex, Dichte, Versäuerung, dielektrische Zahl, Russeintrag usw. ist wünschenswert. Von besonderem Interesse sind hierbei Viskosität und Dichte.
Zur Lösung dieses Problems wurde ein Viskositätssensor vorgeschlagen, bei dem ein Piezoplättchen als Biegeschwinger angeregt wird und mit der zu messenden Flüssigkeit in Kontakt gebracht, z. B. in diese eintaucht wird. Aus einer Verschiebung der Resonanzfrequenz des Biegeschwingers kann die Dichte ermittelt werden. So führt eine höhere Dichte der zu messenden Flüssigkeit zu einer niedrigeren Resonanzfrequenz. Die Viskosität der Flüssigkeit kann aus der Amplitude des Biegeschwingers bei Anregung mit einer gegebenen elektrischen Anregespannung bei seiner Resonanzfrequenz ermittelt werden. So deutet eine niedrigere Amplitude des Schwingers bei Resonanzfrequenz und gegebener Anregespannung auf eine höhere Dämpfung und damit eine höhere Viskosität der Flüssigkeit hin.
Die DE 100 14 724 A1 offenbart dem Fachmann ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter. Dieses Dokument beschreibt, dass zumindest ein erster Mode und ein zweiter Mode der Schwingungen der schwingfähigen Einheit ausgewertet werden und dass anhand der ausgewerteten Moden eine Massenänderung der schwingfähigen Einheit erkannt wird. Die schwingfähige Einheit hat die Ausgestaltung einer Stimmgabel.
Die DE 102 60 088 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer physikalischen Größe mit einem Piezoantrieb zur Schwingungserregung. Als schwingfähige Einheit werden Einstäbe oder Schwinggabeln mit zwei Gabelzinken verwendet. Die Gabelzinken schwingen nicht in zueinander parallelen Schwingungsebenen.
Die DE 100 50 299 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Viskosität eines Mediums in einem Behälter. Als Schwingelement werden zwei Schenkel verwendet.
Die US 6,393,895 B1 beschreibt erneut die Verwendung einer Stimmgabel. Dieses Dokument lehrt mehrere mechanische Resonatoren auf einer gemeinsamen Basis anzuordnen. Dieses Dokument offenbart auch die Verwendung einer dreizackigen Stimmgabel.
Die US 7,246,520 B2 beschreibt einen Messfühler, der eine Drehbewegung erkennen kann. Auch hierin wird die Verwendung von drei Schenkeln auf einer gemeinsamen Basis beschrieben.
In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Messung mit den bekannten Piezoplättchen als Biegeschwinger nicht immer ausreichend ist. Hinzu kommt, dass die in dem vorgegebenen Kostenrahmen (wenige Euro) verfügbaren Piezo-Biegeschwinger eine geklebte Verbindungsschicht zwischen dem Piezoelement und dem Träger aufweisen. Im Betrieb in einem Kraftfahrzeug ist der Biegeschwinger hohen Temperaturen und aggressiven Medien, wie beispielsweise Motoröl, ausgesetzt. Die geklebte Verbindungsschicht hat sich dabei als nicht ausreichend temperatur- und -medienbeständig herausgestellt.
Ausgehend von dem voran erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der die Viskosität und/oder die Dichte einer Flüssigkeit mit einer höheren Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen sowie der Beschreibung und den Figuren.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität und/oder Dichte einer Flüssigkeit gelöst mit mindestens einer piezoelektrischen Einrichtung, die durch Anlegen einer elektrischen Wechselspannung in Schwingung versetzt werden kann, und mit mindestens zwei mit der piezoelektrischen Einrichtung verbundenen Schenkeln, die bei einer Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung gegensinnig in zueinander parallelen Schwingungsebenen in Schwingung versetzt werden können, wobei sich die Schenkel während ihrer Schwingung zumindest zeitweise überlappen, so dass zwischen ihnen ein Spalt gebildet ist, wobei die Schenkel senkrecht zu ihrer Schwingungsrichtung versetzt auf der piezoelektrischen Einrichtung befestigt sind und die Schenkel zusätzlich in Richtung ihrer Schwingung zueinander versetzt auf der piezoelektrischen Einrichtung befestigt sind.
Zur Messung der Viskosität oder der Dichte einer Flüssigkeit wird die Vorrichtung mit ihren Schenkeln mit der zu messenden Flüssigkeit in Kontakt gebracht, beispielsweise in die Flüssigkeit eingetaucht. Mittels der piezoelektrischen Einrichtung werden die Schenkel in Schwingung versetzt. Dies kann bereits vor Eintauchen in die Flüssigkeit oder erst danach erfolgen. Die Vorrichtung und insbesondere ihre Schenkel können auch dauerhaft mit der Flüssigkeit in Kontakt stehen.
Die Schenkel schwingen aufgrund der Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung gegensinnig in zueinander parallelen Ebenen. Sie schwingen also antiparallel. Durch die Schwingung wird zumindest zeitweise eine teilweise Überlappung der Schenkel in einer Richtung senkrecht zu der Schwingungsrichtung der Schenkel bewirkt. Durch die Überlappung der Schenkel wird zwischen den Schenkeln und insbesondere zwischen einander zugewandten Oberflächen der Schenkel zumindest zeitweise ein Spalt gebildet. Der Spalt ist insbesondere durch den Abstand der Schwingungsebenen der Schenkel zueinander definiert. Die Schenkel bewegen sich bei ihrer Schwingung also aneinander vorbei und führen dabei eine Scherbewegung aus. Mit der Scherbewegung der Schenkel wird auch die Flüssigkeit in dem Spalt zwischen den schwingenden Schenkeln scherbewegt. Die maximale Schergeschwindigkeit ist dabei abhängig von dem Spaltabstand, der Schwingungsfrequenz und der Schwingungsamplitude. Die Reibverluste der schwingenden Schenkel an der Flüssigkeit im Spalt sind direkt von der Viskosität der Flüssigkeit abhängig.
Aus der Lage bzw. einer Verschiebung der Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Einrichtung bzw. der Höhe der Schwingungsamplitude der piezoelektrischen Einrichtung bei konstanter Anregewechselspannung bei ihrer Resonanzfrequenz, kann auf die Viskosität oder die Dichte der Flüssigkeit geschlossen werden.
Aufgrund der Scherbewegung der Schenkel und der dadurch in dem Spalt zwischen den Schenkeln erzeugten Zonen mit scherbewegtem Öl ist die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Bestimmung der Viskosität oder Dichte der Flüssigkeit gegenüber dem Stand der Technik erhöht. Gleichzeitig besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen robusten Aufbau, so dass sie auch unter rauen Betriebsbedingungen, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zuverlässig arbeitet.
Mit der Vorrichtung können selbstverständlich neben der Viskosität oder Dichte auch noch andere Parameter der Flüssigkeit bestimmt werden.
Die Schenkel und insbesondere die den Spalt bildenden, einander zugewandten Oberflächen der Schenkel, können zumindest teilweise flächig ausgebildet sein, beispielsweise in Form von „Paddeln”. Die den Spalt bildenden Oberflächen der Schenkel können also zumindest zeitweise einen planparallelen Spalt zwischen sich begrenzen. Die Schenkel und insbesondere ihre den Spalt begrenzenden Flächen können also parallel zueinander sein. Die Schenkel können teilweise oder vollständig quaderförmig ausgebildet sein. Es sind aber selbstverständlich auch andere Ausgestaltungen der Schenkel möglich. Entsprechend der (dreidimensionalen) Ausdehnung der Schenkel kann die jeweilige Schwingungsebene ebenfalls eine dreidimensionale Ausdehnung besitzen. Eine ausreichende Größe der den Spalt bildenden Oberflächen der Schenkel ist erforderlich, um eine für die Bestimmung der Viskosität oder Dichte der Flüssigkeit ausreichende Dämpfung der Schwingung zu erreichen.
Die Schenkel sind senkrecht zu ihrer Schwingungsrichtung versetzt auf einer schwingenden Oberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung befestigt. Ebenso sind sie zusätzlich in Richtung ihrer Schwingung zueinander versetzt auf einer Oberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung befestigt. Die Schenkel können sich von der piezoelektrischen Vorrichtung vertikal nach oben erstrecken, beispielsweise in ihrer Längsrichtung.
Zum Anregen der piezoelektrischen Einrichtung und damit der Schenkel kann eine Einrichtung zum Anlegen einer Wechselspannung an die piezoelektrische Einrichtung und insbesondere an mindestens ein Piezoelement der Einrichtung vorgesehen sein. Außerdem können eine Messeinrichtung und gegebenenfalls eine Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Viskosität und/oder Dichte und/oder anderer Parameter der Flüssigkeit vorgesehen sein. Die Bestimmung der Viskosität kann beispielsweise über eine Bestimmung der Schwingungsamplitude der piezoelektrischen Einrichtung bei der Resonanzfrequenz und einer gegebenen Anregespannung erfolgen, beispielsweise über eine Impedanzmessung. Ebenso kann mit der Mess- und/oder Auswerteeinrichtung beispielsweise die Dichte der Flüssigkeit über eine Auswertung der Lage der Resonanzfrequenz ermittelt werden. Sofern erforderlich, kann dazu ein Frequenzsweep durchgeführt werden. Solche Auswerteverfahren sind dem Fachmann an sich bekannt, so dass diese nicht näher erläutert werden.
Zum Schutz vor Angriffen durch aggressive Medien, wie der zu messenden Flüssigkeit, können die Schenkel beispielsweise aus einem Edelstahlwerkstoff hergestellt sein. Zur Befestigung der Schenkel auf der piezoelektrischen Vorrichtung kann eine geeignete Befestigungseinrichtung vorgesehen sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität und/oder Dichte eines Öls vorgesehen sein, beispielsweise eines Motoröls eines Kraftfahrzeugs. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann also insbesondere zur Bestimmung der Viskosität und/oder der Dichte eines Motoröls eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Dazu kann die Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein. Gerade die Messung von Motorölen in Kraftfahrzeugen stellt an die Robustheit und Zuverlässigkeit derartiger Vorrichtung besonders hohe Anforderungen. Diese können durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erfüllt werden.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Spalt zwischen den Schenkeln eine Breite von weniger als 500 μm, insbesondere eine Breite von 10 μm bis 100 μm besitzt. Ein geringes Spaltmaß, also ein geringer Abstand zwischen den Schwingungsebenen der Schenkel, führt zu deutlichen und damit gut messbaren von der Viskosität des Öls abhängigen Dämpfungswerten. Dadurch wird die Genauigkeit der Messung erhöht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die piezoelektrische Einrichtung eine Trägerscheibe und mindestens ein auf der Trägerscheibe angeordnetes Piezoelement aufweisen, das bei Anlegen einer elektrischen Wechselspannung eine Schwingung der Trägerscheibe bewirkt. Dabei können insbesondere zwei gegenüberliegend auf der Trägerscheibe angeordnete Piezoelemente vorgesehen sein. Das Anlegen einer Wechselspannung an die Piezoelemente führt zu einer abwechselnden Extraktion und Kontraktion der Elemente und damit einer Biegung der mit den Piezoelementen verbundenen Trägerscheibe. Insbesondere wölbt sich die Trägerscheibe dabei abwechselnd nach oben und nach unten. Auch die Trägerscheiben selbst können piezoelektrische Eigenschaften besitzen. Derartige Trägerscheiben können beispielsweise aus einem Keramikwerkstoff bestehen. Für die Piezoelemente können jegliche geeignete Piezomaterialien eingesetzt werden. Die Schenkel können insbesondere senkrecht zu ihrer Schwingungsrichtung und gegebenenfalls auch in ihrer Schwingungsrichtung versetzt auf der Trägerscheibe befestigt sein.
Dabei kann eine Anregeeinrichtung zum Anlegen einer Anregewechselspannung an das mindestens eine Piezoelement vorgesehen sein. Sofern die Trägerscheibe beispielsweise aus einem piezoelektrische Eigenschaften aufweisenden Keramikwerkstoff besteht, führt die durch das mindestens eine Piezoelement angeregte Schwingung der Trägerscheibe zu einer in dieser angeregten elektrischen Spannung. Es kann also eine Messeinrichtung vorgesehen sein, mit der eine in der Trägerscheibe angeregte elektrische Spannung gemessen (abgegriffen) werden kann. Dieses Messsignal kann dann in an sich bekannter Weise von einer Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Viskosität und/oder Dichte der Flüssigkeit genutzt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die piezoelektrische Einrichtung in einem gegenüber der zu messenden Flüssigkeit abdichtenden Gehäuse angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine vollständige Medientrennung zwischen der piezoelektrischen Einrichtung und der zu messenden Flüssigkeit, in die die Vorrichtung eingetaucht wird, erreicht. Indem die piezoelektrische Einrichtung somit nicht mit der zu messenden Flüssigkeit, beispielsweise einem aggressiven Motoröl, in Kontakt kommt, besteht keine Gefahr, dass eine zur Befestigung von Piezoelementen auf einer Trägerscheibe vorgesehene Klebeschicht Schaden nimmt. Das Gehäuse kann dabei mit der piezoelektrischen Vorrichtung verbunden sein, so dass es eine Einkapselung der piezoelektrischen Vorrichtung bildet. Bei einer Schwingung der piezoelektrischen Vorrichtung schwingt das Gehäuse dann entsprechend mit. Die Schenkel können beispielsweise an dem Gehäuse befestigt sein und über das Gehäuse mit der piezoelektrischen Vorrichtung verbunden sein. Ein geeignetes robustes Material für das Gehäuse ist beispielsweise Edelstahl.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann mindestens ein weiterer mit der piezoelektrischen Einrichtung verbundener Schenkel vorgesehen sein, wobei jeweils zwei benachbarte Schenkel bei einer Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung gegensinnig in zueinander parallelen Schwingungsebenen in Schwingung versetzt werden können, und wobei sich jeweils zwei benachbarte Schenkel während ihrer Schwingung zumindest zeitweise überlappen, so dass zwischen ihnen ein Spalt gebildet ist.
Gemäß dieser Ausgestaltung sind also mehr als zwei Schenkel vorgesehen, wobei jeweils benachbarte Schenkel sich bei einer Schwingung aneinander vorbeibewegen und dabei eine Scherbewegung ausführen. Zwischen benachbarten Schenkeln wird dabei jeweils ein Spalt gebildet. Die Schenkel können kammartig zueinander angeordnet sein, so dass sie bei einer Schwingung der piezoelektrischen Vorrichtung miteinander kämmen. Es kann insbesondere eine Mehrzahl weiterer Schenkel vorgesehen sein. Eine große Anzahl von weiteren gebildeten Spalten erhöht die viskositätsbedingte Dämpfung der Vorrichtung. Folglich wird die Messempfindlichkeit der Vorrichtung ebenfalls erhöht. Dadurch ist auch bei hohen Temperaturen der Flüssigkeit, also einer geringen Viskosität, eine zuverlässige Messung möglich. Sämtliche erfindungsgemäßen Ausgestaltungen der Vorrichtung und insbesondere der Schenkel können dabei für die weiteren Schenkel ebenfalls vorgesehen sein. Insbesondere können benachbarte Schenkel jeweils senkrecht zu ihrer Schwingungsrichtung und gegebenenfalls auch in ihrer Schwingungsrichtung versetzt auf der piezoelektrischen Vorrichtung bzw. einer Trägerscheibe der piezoelektrischen Vorrichtung befestigt sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Draufsicht,
2 die in 1 gezeigte Vorrichtung in einer Seitenansicht in einer ersten Position,
3 die in 1 gezeigte Vorrichtung in einer Seitenansicht in einer zweiten Position, und
4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugzeichen gleiche Gegenstände. In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Draufsicht gezeigt. Im dargestellten Beispiel dient die Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität und Dichte eines Motoröls in einem Kraftfahrzeug. Die Vorrichtung besitzt eine piezoelektrische Einrichtung 1, die eine in Draufsicht kreisförmige Trägerscheibe 2 aus einem Keramikwerkstoff mit piezoelektrischen Eigenschaften aufweist. Auf der Trägerscheibe 2 sind in dem dargestellten Beispiel zwei quaderförmige Piezoelemente 3, 4 aus einem geeigneten Piezomaterial aufgeklebt. Die Piezoelemente 3, 4 sind auf gegenüberliegenden Randbereichen der Trägerscheibe 2 angeordnet. Die Vorrichtung besitzt weiterhin zwei auf der Trägerscheibe 2 der piezoelektrischen Einrichtung 1 befestigte Schenkel 5, 6. Die Schenkel sind quaderförmig ausgebildet und erstrecken sich jeweils in ihrer Längsrichtung vertikal von der Trägerscheibe 2 nach oben. Im dargestellten Beispiel bestehen die Schenkel aus einem Edelstahl.
Mittels einer nicht näher dargestellten Anregeeinrichtung kann eine elektrische Wechselspannung an die Piezoelemente 3, 4 angelegt werden. Die Anregeeinrichtung weist dazu als Hardware einen Generator zum Erzeugen einer elektrischen Spannung sowie als Software eine Steuerung auf, mit der beispielsweise eine konstante Anregespannung bei der Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Einrichtung angelegt werden und beispielsweise ein Frequenzsweep durchgeführt werden kann. Durch ein Anlegen der elektrischen Wechselspannung kommt es zu einer abwechselnden Extraktion und Kontraktion der Piezoelemente 3, 4 in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Piezoelemente 3, 4, wie in 1 durch die Pfeile 7 dargestellt.
Aufgrund ihrer Befestigung auf der Trägerscheibe 2 führt diese Schwingung der Piezoelemente 3, 4 zu einer Schwingung der Trägerscheibe 2. Insbesondere wölbt sich die Trägerscheibe 2 dabei abwechselnd nach oben und nach unten, wie in den 2 und 3 dargestellt. Mit dieser Schwingung der Trägerscheibe 2 der piezoelektrischen Einrichtung 1 werden auch die mit der Trägerscheibe 2 verbundenen Schenkel 5, 6 in Schwingung versetzt. Wie in den 2 und 3 zu erkennen, schwingen die Schenkel 5, 6 dabei gegensinnig zueinander. Die Schenkel 5, 6 schwingen in zueinander parallelen Schwingungsebenen aneinander vorbei, so dass sie sich während ihrer Schwingung, und insbesondere wenn sich die Trägerscheibe 2 nach oben wölbt, überlappen. Dieser Zustand ist in 3 dargestellt. Die Schenkel 5, 6 sind in dem dargestellten Beispiel sowohl in ihrer Schwingungsrichtung als auch senkrecht zu ihrer Schwingungsrichtung versetzt zueinander auf der Trägerscheibe 2 angeordnet.
Zumindest während der Überlappung der Schenkel 5, 6 wird zwischen ihnen ein Spalt 8 gebildet, der durch die Schwingungsebenen der Schenkel 5, 6 bzw. den Abstand der Schenkel 5, 6 zueinander senkrecht zu ihrer Schwingungsrichtung begrenzt wird. In dem dargestellten Beispiel besitzt der Spalt eine Breite von 10 μm bis 100 μm.
Im Betrieb wird die Vorrichtung zumindest mit ihren Schenkeln 5, 6 in das zu messende Motoröl eingetaucht. Mittels des Generators der Anregeeinrichtung werden die Piezoelemente 3, 4 mit einer konstanten Anregewechselspannung zum Schwingen angeregt. Die Frequenz der Wechselspannung entspricht dabei der Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Einrichtung 1 und insbesondere der schwingenden Trägerscheibe 2. Dadurch führen die Schenkel 5, 6 die beschriebene Schwingung und damit eine Scherbewegung aus. In dem Spalt 8 wird das zu messende Öl dabei scherbewegt. Es kommt zu einer durch die Viskosität des Öls bedingten Dämpfung. Eine nicht dargestellte Mess- und Auswerteeinrichtung weist eine Einrichtung zur Aufnahme einer durch die Schwingung der Trägerscheibe 2 in dieser induzierten Wechselspannung auf. Weiterhin weist die Mess- und Auswerteeinrichtung einen Spannungsgleichrichter und einen Spannungsverstärker auf. Aus der aufgenommenen elektrischen Spannung kann in dem Fachmann an sich bekannter Weise die Schwingungsamplitude der Trägerscheibe 2 bei konstanter Anregung bei Resonanzfrequenz ermittelt und daraus auf die Viskosität des Öls geschlossen werden. Ebenso kann in dem Fachmann an sich bekannter Weise eine Lage der Resonanzfrequenz ausgewertet werden und daraus auf die Dichte des Öls geschlossen werden.
In 4 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht dargestellt. Die in diesem Beispiel dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von der in den 1 bis 3 dargestellten Vorrichtung lediglich darin, dass zwei weitere Schenkel 9, 10 auf der Trägerscheibe 2 befestigt sind. Die vier Schenkel 5, 6, 9, 10 sind dabei derart angeordnet, dass sie bei einer Schwingung der Trägerscheibe 2 miteinander kämmen. Insbesondere werden bei einer Schwingung der Trägerscheibe 2 jeweils die benachbarten Schenkel 5 und 6 sowie 6 und 9 sowie 9 und 10 gegensinnig in Schwingung versetzt, so dass sich die jeweils benachbarten Schenkel während der Schwingung überlappen. Auf diese Weise werden zusätzlich zu dem Spalt 8 weitere Spalte 11, 12 zumindest zeitweise während der Schwingung gebildet. Die Schenkel 5 und 9 bzw. 6 und 10 schwingen dabei jeweils gleichsinnig und parallel zueinander. Durch die erhöhte Anzahl von Spalten wird die Dämpfung durch das zu messende Motoröl vergrößert. Auf diese Weise kann auch bei hohen Temperaturen des Öls, bei denen das Öl also eine geringe Viskosität aufweist, die Viskosität zuverlässig gemessen werden.
Bei beiden dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die piezoelektrische Einrichtung 1 jeweils in einem gegenüber dem zu messenden Öl abdichtenden nicht dargestellten Gehäuse dargestellt sein. Ein solches Gehäuse kann insbesondere aus Edelstahl bestehen und nach Art einer Einkapselung die piezoelektrische Einrichtung 1 abdecken. Die Schenkel 5, 6, sowie gegebenenfalls 9, 10 können dann auf der Gehäuseeinkapselung befestigt und darüber mit der piezoelektrischen Einrichtung verbunden sein. Bei einer Schwingung der Trägerscheibe 2 schwingt dann auch das Gehäuse mit und damit die Schenkel 5, 6, 9, 10.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität und/oder der Dichte einer Flüssigkeit – mit mindestens einer piezoelektrischen Einrichtung (1), die durch Anlegen einer elektrischen Wechselspannung in Schwingung versetzt werden kann, – mit mindestens zwei mit der piezoelektrischen Einrichtung (1) verbundenen Schenkeln (5, 6, 7, 8), die bei einer Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung (1) gegensinnig in zueinander parallelen Schwingungsebenen in Schwingung versetzt werden können, – wobei sich die Schenkel (5, 6, 7, 8) während ihrer Schwingung zumindest zeitweise überlappen, so dass zwischen ihnen ein Spalt (8, 11, 12) gebildet ist, und wobei – die Schenkel (5, 6, 7, 8) senkrecht zu ihrer Schwingungsrichtung versetzt auf der piezoelektrischen Einrichtung (1) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Schenkel (5, 6, 7, 8) zusätzlich in Richtung ihrer Schwingung zueinander versetzt auf der piezoelektrischen Einrichtung (1) befestigt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit ein Öl ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Öl ein Motoröl eines Kraftfahrzeugs ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (8, 11, 12) zwischen den Schenkeln eine Breite (b) von weniger als 500 μm, insbesondere eine Breite von 10 μm bis 100 μm, besitzt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Einrichtung (1) eine Trägerscheibe (2) und mindestens ein auf der Trägerscheibe (2) angeordnetes Piezoelement (3, 4) aufweist, das bei Anlegen einer elektrischen Wechselspannung eine Schwingung der Trägerscheibe (2) bewirkt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Einrichtung (1) in einem gegenüber der zu messenden Flüssigkeit abdichtenden Gehäuse angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer mit der piezoelektrischen Einrichtung (1) verbundener Schenkel (5, 6, 7, 8) vorgesehen ist, wobei jeweils zwei benachbarte Schenkel (5, 6, 7, 8) bei einer Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung (1) gegensinnig in zueinander parallelen Schwingungsebenen in Schwingung versetzt werden können, und wobei sich jeweils zwei benachbarte Schenkel (5, 6, 7, 8) während ihrer Schwingung zumindest zeitweise überlappen, so dass zwischen ihnen ein Spalt (8, 11, 12) gebildet ist.