DE102009045667A1 - Vorrichtung zur Messung des Füllstands in einem Flüssigkeitsbehälter - Google Patents
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Abstract
Bei einer Vorrichtung (10) zur Messung des Füllstands (12) in einem Flüssigkeitsbehälter (14) mit einem im Flüssigkeitsbehälter (14) befestigten Füllstandsensor (20) ist erfindungsgemäß der Füllstandsensor (20) am Flüssigkeitsbehälter (14) um mindestens eine Drehachse (24; 26) pendelartig gelagert.
Description
- Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Messung des Füllstands in einem Flüssigkeitsbehälter nach der Gattung des Anspruchs 1.
- Derartige Vorrichtungen sind in der Praxis weit verbreitet und dienen beispielsweise der Überwachung des Füllstands im Kraftstoff- oder Kühlwassertank eines Kraftfahrzeugs. Ist beispielsweise der Füllstand im Tank zu niedrig oder unter einen unteren Grenzwert abgesunken, so übermittelt der Füllstandsensor ein entsprechendes elektrisches Signal an eine Auswerte- und Steuereinheit, die an den Benutzer eine entsprechende Warnung ausgibt. Hierdurch wird einer ungewollten Funktionsstörung des Kraftfahrzeugs bzw. einem drohenden Motorschaden vorgebeugt.
- Zur Erkennung des Füllstands in einem Flüssigkeitsbehälter sind beispielsweise Messvorrichtungen mit folgenden Füllstandsensoren bekannt:
- – Schwimmer mit/ohne Hebelgeber,
- – Ultraschallsensoren,
- – kapazitive Sensoren.
- Bei allen diesen bekannten Messvorrichtungen ist der Füllstandsensor nur bei nicht geneigtem, horizontal ausgerichtetem Flüssigkeitsbehälter rechtwinklig zur Flüssigkeitsoberfläche, also vertikal, ausgerichtet bzw. in die Flüssigkeit eingetaucht. Ist der Flüssigkeitsbehälter hingegen geneigt, so ist auch der Füllstandsensor um den jeweiligen Neigungswinkel gegenüber der Vertikalen verkippt, was veränderte Messbindungen bedeutet und daher zu Messfehlern führen kann. Die bekannten Messvorrichtungen arbeiten also alle mit einem Messsignal, dessen Messbedingungen sich mit der Neigung des Flüssigkeitsbehälters ändern. Zur Gewährleistung einer dennoch möglichst exakten Messung des Füllstandes sind daher eine zusätzliche Sensorik, wie z. B. ein Neigungssensor, sowie eine geeignete Software erforderlich, um solche neigungsabhängigen Messfehler im Messsignal zu eliminieren. Je nach Schräglage des Flüssigkeitsbehälters und je Messprinzip können im Stand der Technik die Messsignale auch überhaupt nicht mehr ausgewertet werden.
- Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine gattungsgemäße Messvorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass unabhängig von der Neigung des Flüssigkeitsbehälters stets die gleichen Messbedingungen am Füllstandsensor vorliegen.
- Vorteile der Erfindung
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
- Durch seine erfindungsgemäße Pendellagerung ist der Füllstandsensor aufgrund seines Gewichts stets in Schwerkraftrichtung und rechtwinklig zur Flüssigkeitsoberfläche ausgerichtet, so dass unabhängig von der jeweiligen Behälterneigung stets die gleichen Messbedingungen am Füllstandsensor gegeben sind. Dadurch entfällt der bisher erforderliche Applikationsaufwand zur Sicherstellung einer exakten Messung, wie etwa der Einsatz zusätzlicher Sensorik im Sinne eines Neigungssensors oder eine aufwändige softwaremäßige Anpassung des Messsignals. So kann beispielsweise der Füllstand im Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs in den typischerweise anzutreffenden Betriebs- bzw. Fahrsituationen des Kraftfahrzeugs zuverlässig gemessen werden.
- Vorzugsweise ist der Füllstandsensor am Flüssigkeitsbehälter um zwei Drehachsen, insbesondere über ein Kardangelenk oder ein kombiniertes Dreh-Schwenk-Lager, oder allseits, insbesondere über ein Kugelgelenks oder eine Seilaufhängung, pendelartig gelagert. Durch diese Maßnahme ist bei jeder Neigung des Flüssigkeitsbehälters stets eine vertikale bzw. lotrechte Ausrichtung des Füllstandsensors zur Flüssigkeitsoberfläche sichergestellt.
- Der Flüssigkeitssensor ist für eine berührungslose Füllstandmessung vorteilhaft als Ultraschallsensor oder optischer Sensor und für eine Kontaktmessung vorteilhaft als kapazitiver oder mechanischer Sensor mit Schwimmer ausgebildet.
- Für Füllstandsmessungen mit hoher Präzision oder an Flüssigkeitsbehältern mit komplexer innerer Geometrie ist am Flüssigkeitsbehälter vorteilhaft ein zusätzlicher Neigungssensor zur Korrektur des mit dem Füllstandsensor gemessenen Füllstands vorgesehen. Dieser Neigungssensor kann auch in die Pendellagerung des Füllstandsensors integriert sein.
- Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zudem eine Auswerteeinheit vorgesehen, die den mit dem Füllstandsensor gemessenen Füllstand in Abhängigkeit von der Neigung des Flüssigkeitsbehälters und/oder von der Behältergeometrie auf den Füllstand bei nicht-geneigtem Flüssigkeitsbehälter umrechnet.
- Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
- Zeichnungen
- Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1a ,1b einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einem kardanisch aufgehängten, kapazitiven Füllstandsensor bei unverkipptem Flüssigkeitsbehälter (1a ) und bei verkipptem Flüssigkeitsbehalter (1b ); -
2 eine Messvorrichtung nach dem Stand der Technik mit einem starr angeordneten kapazitiven Füllstandsensor bei verkipptem Flüssigkeitsbehälter; -
3a ,3b einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einem kardanisch aufgehängten Ultraschall-Füllstandsensor bei unverkipptem Flüssigkeitsbehälter (3a ) und bei verkipptem Flüssigkeitsbehälter (3b ); -
4 eine Messvorrichtung nach dem Stand der Technik mit einem starr angeordneten Ultraschall-Füllstandsensor bei verkipptem Flüssigkeitsbehälter; -
5 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einem an einem Kugelgelenk aufgehängten Füllstandsensor bei unverkipptem Flüssigkeitsbehälter; und -
6 einen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einem an einem Seil aufgehängten Füllstandsensor bei unverkipptem Flüssigkeitsbehälter. - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
- In der Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile der verschiedenen Ausführungsbeispiele zweckmäßiger Weise mit gleichen Bezugszeichen versehen.
- Alle Figuren zeigen eine Paarung Messvorrichtung/Lagerung, die als Beispiel zu verstehen ist. Die jeweils gezeigten Messvorrichtungen und Lagerungen können beliebig miteinander kombiniert werden.
- In den Figuren ist eine insgesamt mit
10 bezeichnete Vorrichtung zur Messung des Füllstands12 einer in einem Flüssigkeitsbehälter14 angeordneten Flüssigkeit16 dargestellt. Der Flüssigkeitsbehälter14 weist einen Deckenabschnitt18 auf, an dem ungefähr mittig ein Füllstandsensor20 angeordnet ist. - Bei dem in
1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Füllstandsensor20 als kapazitiver Sensor ausgebildet, der an seinem oberen Ende mittels eines Kardan- oder Kreuzgelenks22 um zwei zueinander rechtwinklig verlaufende horizontale Drehachsen24 ,26 pendelnd gelagert bzw. aufgehängt ist. Der Flüssigkeitsbehälter14 ist in1a in seiner horizontalen Neutralstellung und in1b in einer demgegenüber geneigten Stellung gezeigt. Durch die kardanische Aufhängung richtet sich der Füllstandsensor20 mit seiner Längsachse28 aufgrund seines Gewichts stets in Schwerkraftrichtung30 aus und taucht daher mit seinem am unteren Ende vorgesehenen kapazitiven Messabschnitt32 stets rechtwinklig zur Flüssigkeitsoberfläche34 in die Flüssigkeit16 ein. Der Füllstandsensor20 taucht also unabhängig von der Neigung des Flüssigkeitsbehälters14 stets gleich, nämlich rechtwinklig, in die Flüssigkeit16 ein, so dass unabhängig von der jeweiligen Neigung des Flüssigkeitsbehälters14 stets die gleichen Messbedingungen vorliegen. Der Füllstandsensor20 erzeugt ein vom Füllstand12 abhängiges Messsignal, das von einer mit dem Füllstandsensor20 verbundenen Auswerteeinheit36 ausgewertet wird. - Bei Flüssigkeitsbehältern mit komplexer innerer Geometrie kann am Flüssigkeitsbehälter
14 noch zusätzlich ein Neigungssensor38 zur Korrektur des mit dem Füllstandsensor20 gemessenen Füllstands vorgesehen sein. Wie gestrichelt angedeutet, kann der Neigungssensor38 direkt im Kardangelenk22 integriert angeordnet sein und mit diesem vorteilhaft eine Baueinheit bilden. Die Auswerteeinheit36 rechnet den mit dem Füllstandsensor20 gemessenen Füllstand12 unter Berücksichtigung sowohl des Neigungssignals des Neigungssensors36 als auch der Behältergeometrie dann auf den Füllstand bei nicht-geneigtem Flüssigkeitsbehälter14 um. - Demgegenüber zeigt
2 eine Messvorrichtung100 nach dem Stand der Technik mit einem starr am Deckenabschnitt18 des Flüssigkeitsbehälters14 angeordneten kapazitiven Füllstandsensor20 . Nur in der horizontalen Neutralstellung des Flüssigkeitsbehälters14 taucht der Füllstandsensor20 mit seiner Längsachse28 bzw. seinem Messabschnitt32 rechtwinklig zur Flüssigkeitsoberfläche34 , also vertikal, in die Flüssigkeit16 ein. Ist der Flüssigkeitsbehälter14 hingegen wie in2 gegenüber der Horizontalen geneigt, so taucht der Füllstandsensor20 um den jeweiligen Neigungswinkel gegenüber der Vertikalen30 verkippt in die Flüssigkeit16 ein, was veränderte Messbindungen bedeutet und daher zu Messfehlern führen kann. - Bei der in
3 gezeigten Messvorrichtung10 erfolgt die Messung des Füllstands12 mittels eines als Ultraschallsensor ausgebildeten Füllstandsensors20 , der über ein Dreh-Schwenklager40 um zwei Drehachsen42 ,44 pendelnd gelagert bzw. aufgehängt ist. Das Dreh-Schwenklager40 ist durch eine Halterung46 gebildet, die um die in3a vertikal ausgerichtete erste Drehachse42 frei drehbar gelagert ist und an der wiederum der Ultraschallsensor20 um die in3a horizontal ausgerichtete zweite Drehachse44 verschwenkbar gelagert ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Halterung46 ein Achselement48 auf, das am Deckenabschnitt18 des Flüssigkeitsbehälters14 um die erste Drehachse44 frei drehbar gelagert ist, und der Ultraschallsensor20 ist zwischen zwei Gabelschenkeln46a der hier gabelförmig ausgebildeten Halterung46 schwenkbar um die zweite Drehachse42 gelagert. Der Flüssigkeitsbehälter14 ist in3a in seiner horizontalen Neutralstellung und in3b in einer demgegenüber geneigten Stellung gezeigt. Durch das Dreh-Schwenklager40 richtet sich der Füllstandsensor20 mit seiner Ultraschall-Messrichtung50 aufgrund seines Gewichts stets in Schwerkraftrichtung30 und rechtwinklig zur Flüssigkeitsoberfläche34 aus. Anders als in1 ist hier der Neigungssensor38 als separater Sensor am Flüssigkeitsbehälter14 angeordnet. Alternativ kann der Füllstandsensor20 als optischer Sensor ausgebildet sind. - Demgegenüber zeigt
4 eine Messvorrichtung101 nach dem Stand der Technik mit einem starr am Deckenabschnitt18 des Flüssigkeitsbehälters14 angeordneten Ultraschallsensor20 . Nur in der horizontalen Neutralstellung des Flüssigkeitsbehälters14 ist der Ultraschallsensor20 mit seiner Ultraschall-Messrichtung50 in Schwerkraftrichtung30 und rechtwinklig zur Flüssigkeitsoberfläche34 ausgerichtet. Ist der Flüssigkeitsbehälter14 hingegen wie in4 gegenüber der Horizontalen geneigt, so ist die Ultraschall-Messrichtung50 um den jeweiligen Neigungswinkel gegenüber der Vertikalen30 verkippt, was veränderte Messbindungen bedeutet und daher zu Messfehlern führen kann. - Bei der in
5 gezeigten Messvorrichtung10 ist der Füllstandsensor20 als mechanischer Sensor mit einem Schwimmer52 ausgebildet, der auf einer Führungsstange54 verschiebbar geführt ist. Die Führungsstange54 ist über ein Kugelgelenk (Kugel-Pfanne-Aufnahme)56 am Deckenabschnitt18 des Flüssigkeitsbehälters14 allseits frei pendelnd befestigt. Dadurch ist der Füllstandsensor20 mit seiner Führungsstange54 aufgrund seines Gewichts stets in Schwerkraftrichtung30 und rechtwinklig zur Flüssigkeitsoberfläche34 ausgerichtet, und der Schwimmer52 schwimmt stets vollflächig auf der Flüssigkeitsoberfläche34 auf. - Bei der in
6 gezeigten Messvorrichtung10 ist der Füllstandsensor20 z. B. wie in1 als kapazitiver Sensor ausgebildet und über eine Seilaufhängung58 am Deckenabschnitt18 des Flüssigkeitsbehälters14 aufgehängt. Dadurch ist der Füllstandsensor20 mit seiner Längsachse28 bzw. seinem Messabschnitt32 stets in Schwerkraftrichtung30 und rechtwinklig zur Flüssigkeitsoberfläche34 ausgerichtet.
Claims (8)
- Vorrichtung (
10 ) zur Messung des Füllstands (12 ) in einem Flüssigkeitsbehälter (14 ), mit einem im Flüssigkeitsbehälter (14 ) befestigten Füllstandsensor (20 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandsensor (20 ) am Flüssigkeitsbehälter (14 ) um mindestens eine Drehachse (24 ;26 ,42 ,44 ), insbesondere pendelartig, gelagert ist. - Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandsensor (
20 ) am Flüssigkeitsbehälter (14 ) um zwei Drehachsen (24 ,26 ;42 ,44 ), insbesondere über ein Kardangelenk (22 ) oder ein kombiniertes Dreh-Schwenklager (40 ), pendelartig gelagert ist. - Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandsensor (
20 ) am Flüssigkeitsbehälter (14 ) allseits, insbesondere über ein Kugelgelenk (56 ) oder eine Seilaufhängung (58 ), pendelartig gelagert ist. - Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandsensor (
20 ) zur berührungslosen Füllstandmessung vorgesehen und insbesondere als Ultraschallsensor oder optischer Sensor ausgebildet ist. - Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandsensor (
20 ) zur Kontaktmessung vorgesehen und insbesondere als kapazitiver Sensor oder als mechanischer Sensor mit Schwimmer (52 ) ausgebildet ist. - Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Flüssigkeitsbehälter (
14 ) oder an einer damit verbundenen Komponente ein Neigungssensor (38 ) zur Korrektur des mit dem Füllstandsensor (20 ) gemessenen Füllstands (12 ) vorgesehen ist. - Messvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungssensor (
38 ) in die Lagerung des Füllstandsensors (20 ) integriert ist. - Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (
36 ), die den mit dem Füllstandsensor (20 ) gemessenen Füllstand (12 ) in Abhängigkeit von der Neigung des Flüssigkeitsbehälters (14 ) und/oder von der Behältergeometrie auf den Füllstand (12 ) bei nicht-geneigtem Flüssigkeitsbehälter (14 ) umrechnet.
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