DE10226523A1

DE10226523A1 - Vorrichtung zur Überwachung des Füllstandes einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE10226523A1
Application number: DE2002126523
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Gürtler; Frank Dipl.-Ing. Hoffmann; Roland Dipl.-Ing. Nöll
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2004-01-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter mit einem Saugkorb und einer Saugleitung zu einer Flüssigkeitspumpe und mit einem Füllstandserkennungselement. Das Füllstandserkennungselement ist als eine Öffnung in der Saugleitung in Verbindung mit einer Druckmesseinrichtung ausgebildet und erkennt durch eine Druckänderung in der Druckleitung nach der Ölpumpe ein Erreichen eines kritischen Füllstandes.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Füllstandes einer Flüssigkeit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 und ein Verfahren zum Überwachen des Füllstandes einer Flüssigkeit mit den Merkmalen des Anspruches 5.

Aus der Offenlegungsschrift DE 28 34 213 A1 ist eine Vorrichtung zum Messen bzw. Feststellen des Flüssigkeitspegels in einem Behälter bekannt. Diese Vorrichtung hat die Aufgabe die Flüssigkeitsmenge im Behälter zu steuern, bzw. ein Überfüllen zu verhindern. Dazu dient ein Messrohr, das in die Flüssigkeit eingetaucht ist und eine Messöffnung aufweist. Beim Füllen des Behälters wird durch das Messrohr Gas gepumpt. Wenn der Füllstand der Flüssigkeit die Messöffnung erreicht steigt der Druck im Messrohr, da das Gas nicht mehr durch die Messöffnung in den Behälter entweichen kann. Diese Druckänderung wird erkannt und als Erreichen eines vorgegebenen Füllstandes ausgewertet.

Aufgabe der Erfindung ist es das Erreichen eines minimalen Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter anzuzeigen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Überwachung des Füllstandes einer Flüssigkeit mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch ein Verfahren zur Überwachung des Füllstandes mit den Merkmalen des Anspruches 5 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung des Füllstandes einer Flüssigkeit zeichnet sich dadurch aus, dass ein Behälter mit einem Saugkorb und einer Saugleitung zu einer Flüssigkeitspumpe ausgestattet ist. In der Saugleitung zur Flüssigkeitspumpe ist eine Öffnung vorgesehen, die in Verbindung mit einer Druckmesseinrichtung als Füllstandserkennungselement ausgebildet ist. Das Füllstandserkennungselement erkennt bei einem kritischen Füllstand eine Druckänderung und zeigt dies an.

Bei Absinken des Füllstandes im Behälter wird durch den Saugkorb Flüssigkeit und durch die Öffnung im Saugrohr Luft angesaugt. Das Flüssigkeits-Luft-Gemisch wird durch die Pumpe angesaugt und mit Druck weitergepumpt. Der Druck nach der Pumpe ist von der Pumpendrehzahl, der Viskosität und vor allem von der Menge der beigemischten Luft abhängig. Je mehr Luft der Flüssigkeit beigemischt ist, desto stärker sinkt der Druck nach der Pumpe ab. Dieser Druckabfall wird durch eine Druckmesseinrichtung erkannt und angezeigt z.B. in Form eines optischen oder akustischen Warnsignals oder einer qualitativen Anzeige über den Füllstand.

Wenn zum Beispiel der Ölstand in einer Ölwanne einer Brennkraftmaschine überwacht werden soll, ist es von Vorteil beim Absinken des Ölstandes rechtzeitig vor zu niedrigem Ölstand zu warnen. Üblicherweise leuchtet eine Öldruckkontrollleuchte in einem Kraftfahrzeug auf, wenn der Öldruck stark abfällt, weil die Ölpumpe aufgrund des zu niedrigen Ölstandes durch den Saugkorb Luft anstatt Ö1 ansaugt, was aber für eine ausreichende Schmierung mitunter oft zu spät ist. Wenn der Betreiber der Brennkraftmaschine rechtzeitig vorher vor zu niedrigem Ölstand gewarnt wird, kann er einen Schaden an der Brennkraftmaschine verhindern. Im Gegensatz zu einem Ölstandssensor, wie er mitunter bei Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen verwendet wird, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung des Füllstandes einfach durch eine Öffnung und eine Druckmesseinrichtung in der Saugleitung zur Ölpumpe darzustellen und bietet eine zuverlässige Warneinrichtung vor absinkendem Ölstand, aufgrund des leichten Druckabfalls durch die Luftzufuhr durch die Öffnung in der Saugleitung, ohne dass große Bauteile in der Ölwanne untergebracht werden müssen oder an den übrigen Bauteilen der Brennkraftmaschine gravierende Änderungen vornehmen zu müssen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 2) ist die Öffnung in der Saugleitung knapp oberhalb eines Mindestfüllstandes angebracht. Durch diese Maßnahme ist es auf einfache Weise möglich zum Beispiel den Betreiber einer Brennkraftmaschine vor zu niedrigem Ölstand in der Ölwanne zu warnen, bevor im Betrieb durch Ölmangel die Brennkraftmaschine zerstört wird. Der Mindestfüllstand wird konstruktiv oder durch Versuche festgelegt. Die Öffnung in der Saugleitung wird wenige Millimeter oder Zentimeter oberhalb des Mindestfüllstandes als einfache Bohrung in der Saugleitung angebracht. Die Öffnung wird so groß ausgelegt, dass zum einen bei Unterschreiten des Mindestfüllstandes und Luftansaugen durch die Öffnung der Druck in der Druckleitung nach der Ölpumpe spürbar, aber nicht gravierend abfällt, und dass zum anderen keine Gefahr des Verstopfens der Öffnung durch im Öl schwimmende Partikel besteht.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung (Anspruch 3) sind in der Saugleitung zur Ölpumpe mehrere Öffnungen in unterschiedlicher Höhe vorgesehen. Dadurch wird mit abnehmendem Füllstand der Flüssigkeit mehr Luft durch die Öffnungen in der Saugleitung angesaugt und der Druck in der Druckleitung nach der Ölpumpe fällt stärker ab. Dieser Druckabfall kann für eine einfache qualitative Anzeige über den Füllstand verwendet werden.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 4) ist an der Saugleitung oberhalb der Öffnung eine Abschirmung vorgesehen. Die Aufgabe der Abschirmung ist ein ungewolltes Luftansaugen bei hin- und herschwappender Flüssigkeit zu verhindern. Bei hin- und herschwappender Flüssigkeit, z.B. bei Kurvenfahrt oder unebener Straße bildet das Öl in der Ölwanne keinen ebenen Ölspiegel, sondern der Füllstand kann kurzzeitig örtlich unter die vorgesehene Mindestfüllhöhe geraten. Um in diesem Falle eine Fehlmessung bzw. Fehlanzeige zu verhindern, ist um die Saugleitung im Bereich der Messöffnung eine Abschirmung vorgesehen, die als nahezu waagerechte Scheibe, als Rohr um die Saugleitung oder Ähnliches ausgebildet sein kann und kurzfristige Füllhöhenschwankungen im Bereich der Messöffnung dämpft oder mildert.

Das erfindungsgemäße Verfahren (Anspruch 5) zur Überwachung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Behälter mit einer Druckmesseinrichtung und einer Saugleitung mit einer Öffnung ein Absinken des Füllstandes der Flüssigkeit unter einen vorgegebenen Füllstand durch folgende Verfahrensschritte angezeigt wird:

– beim Absinken des Füllstandes unterhalb der Öffnung in der Saugleitung zur Pumpe wird zusätzlich zur Flüssigkeit über den Saugkorb am unteren Ende der Saugleitung durch die Öffnung Luft angesaugt und der Flüssigkeit zugemischt,

– worauf der Druck in der Druckleitung nach der Ölpumpe absinkt,
– der Druck in der Druckleitung nach der Ölpumpe gemessen wird,
- der Druck mit einem Solldruck verglichen wird und
– das Signal, dass der Druck absinkt, angezeigt wird.

Das Signal, dass der Druck absinkt, ist gleichbedeutend mit einem absinkenden Füllstand der Flüssigkeit und kann dem Bediener als optisches oder akustisches Warnsignal angezeigt werden. Zum Beispiel bei einer Brennkraftmaschine kann auf diese Weise der Ölstand in einer Ölwanne überwacht und dem Bediener oder dem Fahrzeugführer mittels einer Warnlampe angezeigt werden, dass der Ölstand nahe dem Minimalstand ist.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 6) sind für verschiedene Drehzahlen der Pumpe verschiedene Solldrücke für die Druckleitung nach der Ölpumpe in einem Steuergerät hinterlegt. Da verschiedene Drehzahlen der Pumpe gleichbedeutend mit verschiedenen Fördermengen sind, ist es vorteilhaft die Solldrücke drehzahlabhängig im Steuergerät abzulegen, um Messfehler zu vermeiden, die sich ergeben würden, wäre die Messeinrichtung und das Steuergerät auf einen Solldruck eingestellt. Bei verschiedenen Fördermengen ist die durch die Öffnung zugemischte Luftmenge unterschiedlich groß und demzufolge ist der Gesamtdruck in der Druckleitung nach der Ölpumpe bei verschiedenen Drehzahlen unterschiedlich. Eine Sollkurve kann zum Beispiel durch Versuche ermittelt werden. Wenn mehrere Öffnungen in unterschiedlichen Höhen in der Saugleitung angebracht sind, ist es vorteilhaft ein Kennfeld für verschiedene Füllstände der Flüssigkeit, d.h. unterschiedliche Anzahl von Öffnungen zur Luftbeimischung in der Saugleitung, und verschiedene Pumpendrehzahlen aufzunehmen und abzuspeichern, um damit mit dem Unterschied zwischen gemessenem Druck in der Druckleitung nach der Ölpumpe und Solldruck und der Drehzahl der Pumpe den tatsächlichen Füllstand der Flüssigkeit anzuzeigen. Für eine genaue Aussage ist unter Umständen eine Korrektur der Kurven aufgrund unterschiedlicher Viskosität bei unterschiedlichen Temperaturen vorzunehmen. Auch dies kann mittels Versuchen ermittelt werden.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Behälter für eine Flüssigkeit mit einer Absaugeinrichtung mit einem Füllstand oberhalb der Mindestfüllmenge,
2 ein Behälter für eine Flüssigkeit mit einer Absaugeinrichtung mit einem Füllstand wenig unterhalb der Mindestfüllmenge,
3 ein Behälter für eine Flüssigkeit mit einer Absaugeinrichtung mit einem Füllstand weit unterhalb der Mindestfüllmenge und
4 ein Diagramm mit den Druckverläufen bei verschiedenen Pumpendrehzahlen und Füllständen.

In der 1 ist ein Behälter 1 für eine Flüssigkeit 2 gezeigt. Die Flüssigkeit 2 wird von einer Pumpe 11 durch den Saugkorb 3 und die Saugleitung 4 angesaugt und hat einen normalen Füllstand 5a. In der Saugleitung 4 befindet sich eine Öffnung 6, durch die bei normaler Füllhöhe 5a ebenfalls Flüssigkeit angesaugt wird. Knapp oberhalb der Öffnung 6 ist um die Saugleitung 4 eine Abschirmung 7 in Form eines waagerechten Beruhigungsbleches angebracht, damit bei plötzlich hin- und herschwappender Flüssigkeit 2 durch die Öffnung keine Luft angesaugt wird. An einer Druckmessstelle 8 wird der Druck p in der Druckleitung 12 nach der Pumpe 11 gemessen und an ein Steuergerät 9 weitergeleitet. Im Steuergerät 9 wird der Druck p1 mit dem der Pumpendrehzahl n entsprechenden Mindestsolldruck psoll verglichen und in einem Anzeigegerät 10 zum Beispiel als „in Ordnung" angezeigt.
In der 2 ist der Behälter 1 aus 1 gezeigt, jedoch mit einem Füllstand 5b, der dem Mindestfüllstand entspricht. Durch das Absinken des Füllstandes 5b auf eine Höhe knapp unterhalb der Öffnung 6 wird zusätzlich zu der Flüssigkeit durch den Saugkorb 3 und die Saugleitung 4 noch Luft durch die Bohrung angesaugt. Das Ansaugen von zusätzlicher Luft beginnt zu dem Zeitpunkt, zu dem der Füllstand 5b so tief sinkt, dass die Öffnung 6 von der Flüssigkeit 2 freigegeben wird. Durch die zusätzliche Luftzumischung sinkt in der Druckleitung 12 nach der Pumpe 11 der Druck auf den Wert p2, der unterhalb eines der Pumpendrehzahl n entsprechenden Mindestsolldruckes psoll liegt. Im Steuergerät 9 wird dies erkannt und im Anzeigegerät 10 als Warnmeldung angezeigt, dass der Füllstand 5b der Flüssigkeit 2 eine mindest zulässige bzw. notwendige Höhe erreicht hat. Dies kann z.B. mit einer Warnlampe oder einer Zeigeranzeige mit einem extra markierten Bereich erfolgen.
In der 3 ist der Behälter 1 aus den 1 und 2 gezeigt, jedoch mit einem Füllstand 5c, der weit unterhalb des Mindestfüllstandes 5b liegt. Bei diesem gefährlich niedrigen Füllstand 5c wird auch durch den Saugkorb 3 Luft in die Saugleitung 4 gesaugt, so dass der Druck in der Druckleitung 12 nach der Pumpe 11 völlig zusammenbricht. Dieser Druck p3 wird im Steuergerät 9 mit dem der Pumpendrehzahl n entsprechenden Mindestsolldruck psoll verglichen und über das Anzeigegerät 10 angezeigt, um zum Beispiel im Falle einer Ölversorgung einer Brennkraftmaschine einen sofortigen Stop der Brennkraftmaschine einzuleiten.
In 4 sind die verschiedenen Druckverläufe über der Drehzahl n der Flüssigkeitspumpe aufgetragen. Als Mindestsolldruck bei ausreichender Flüssigkeitsmenge ist der Druck psoll eingetragen, der mit steigender Drehzahl n der Pumpe ansteigt. Wenn genügend Flüssigkeit 2 im Behälter 1 vorhanden ist, stellt sich in der Druckleitung 12 nach der Pumpe 11 der Druck p1 ein. Bei einer Füllhöhe 5b, knapp unterhalb der Öffnung 6, die einer Mindestfüllhöhe entspricht, stellt sich der Druck p2 ein, der knapp unterhalb von psoll verläuft, und im Anzeigegerät 10 wird eine Warnung veranlasst. Bei einem unzulässig niedrigen Füllstand 5c stellt sich ein Druck p3 ein, der wesentlich unterhalb des Solldruckes liegt und ein sofortiges Abstellen der Pumpe oder z.B. der zugehörigen Brennkraftmaschine erfordert.
Bei mehreren Öffnungen in der Saugleitung (nicht dargestellt) ergeben sich entsprechend viele Kurven für Druckverläufe, die eine genauere Ermittlung des tatsächlichen Füllstandes der Flüssigkeit im Behälter ermöglichen als nur mit einer Öffnung.
In den 1 bis 3 ist die Öffnung 6 der Deutlichkeit wegen groß dargestellt. Die tatsächliche Größe der Öffnung 6 kann durch Versuche ermittelt werden, wobei bei zu kleiner Öffnung ein Verstopfen verhindert werden soll und eine zu große Öffnung durch eine zu große Luftzufuhr den Druck in der Saugleitung 4 zu stark abfallen lässt.

Claims

Vorrichtung zur Überwachung des Füllstandes einer Flüssigkeit (2) in einem Behälter (1) mit einem Saugkorb (3) und einer Saugleitung (4) zu einer Flüssigkeitspumpe (11) und mit einem Füllstandserkennungselement, von dem aus mit Erreichen eines kritischen Füllstandes eine Druckänderung erkannt und angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllstandserkennungselement als eine Öffnung (6) in der Saugleitung in Verbindung mit einer Druckmesseinrichtung (8) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (6) in der Saugleitung (4) knapp oberhalb eines Mindestfüllstandes angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Öffnungen (6) in unterschiedlicher Höhe in der Saugleitung (4) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Saugleitung (4) oberhalb der Öffnung (6) eine Abschirmung (7) vorgesehen ist.
Verfahren zur Überwachung des Füllstandes einer Flüssigkeit (2) in einem Behälter (1) mit einer Druckmesseinrichtung (8) und einer Saugleitung (4) mit einer Öffnung (6), dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Absinken des Füllstandes der Flüssigkeit im Behälter unterhalb eines vorgegebenen Füllstandes – eine Öffnung in der Saugleitung oberhalb der Flüssigkeit liegt, – durch die Öffnung Luft in die angesaugte Flüssigkeit zugemischt wird, – der Druck in einer Druckleitung (12) nach der Ölpumpe (11) daraufhin abfällt, – die Druckmesseinrichtung den Druck in der Druckleitung nach der Ölpumpe misst, – eine Steuergerät (9) den gemessenen Druck mit einem Solldruck vergleicht und – ein Signal, dass der Druck absinkt, angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedene Drehzahlen einer Saugpumpe (11) verschiedene Solldrücke für die Druckleitung (12) in einem Steuergerät (9) hinterlegt sind.