-
Einrichtung zum Messen des Füllstandes von
-
Flüssiggas in einem zylinderförmigen Flüssiggastank eines Kraftfehrzeuges
Einrichtung
zum Messen des E;illstandes von Flüssiggas in einem zylinderförmigen Flüssiggastank
eines Kraft fahrzeuges Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Messen des
iMllstandes von Flbssiggas in einem zylinderförmigen Fliissiggastank eines Kraftfahrzeuges
mit einem am Ende eines Hebels angeordneten und um eine Drehachse fiillstandsabhängig
verschwenkbaren zylinderförmigen Schwimmer, dessen Bewegung einen mechanisch/elektrischen
Wandler beeinflußt.
-
Es ist bekannt, Kraftfahrzeuge mit Otto-Motor alternativ mit Benzin
und Flüssiggas zu betreiben. Hierfiir ist zusätzlich zum iiblichen Benzintank ein
Flüssiggastank erforderlich, der iiblicherweise als zylinderförmiger Druckbehälter
ausgebildet und im Kofferraum des Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Es ist weiter
bekannt, den Wiillstand eines derartigen liliissi;gastanks mit Hilfe einer Schwimmeranordnung
zu erfassen, wobei die Bewegung eines Schwimmers ber einen Hebel erfaßt wird und
einen auf der Innen- oder Außenseite des Tanks befindlichen mechanisch/elektrischep
Wandler beeinflußt. Üblicherweise werden hierffir Potentiometer verwendet.
-
Bei derartigen Einrichtunfren zurn Messen des Füllstandes besteht
jedoch das Problem, daf? einerseits der verwendete Schwimmer möglichst grofs sein
soll, damit eine ausreichende
mechanische Kraft zur Beeinflussung
des Wandlers zur Verfiigung steht, andererseits ist in der Wandung des Druckbehälters
nur eine relativ schmale Offnung zum Einfiihren der EtiillstandsmeBeinrichtung vorgesehen.
Diese Öffnung ist international genormt und hat einen Durchmesser von nur 35 mm.
Damit scheiden kugelförmige Schwimmer in aller Regel aus, da Kugeln von 35 mm Durchmesser
einen zu geringen Auftrieb im Flüssiggas haben, um eine mechanisch/elektrische Wandleranordnung
zu betreiben.
-
Bei der Verwendung von zylinderförmigen Schwimmern, die sich entlang
ihrer Längsachse durch das genannte Loch in der Wandung hindurch fiihren lassen,
besteht jedoch bei den bekannten Einrichtungen das Problem, daß dieser zylinderförmige
Schwimmer senkrecht zur Längsachse des Tanks angeordnet wird, so daß er allenfalls
bis in eine untere und obere Endstellung schwenken kann, in der die Achse des zylinderförmigen
Schwimmers eine Sehne zum kreisförmigen Querschnitt des Drucktanks bildet. Damit
ist eine exakte Erfassung besonders hoher und besonders niedriger Fiillstände nicht
möglich.
-
Der Erfindung liegt demgegenjjber die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der einerseits eine exakte Erfassung
auch besonders niedriger und besonders hoher Eiillstände möglich ist, die Jedoch
andererseits auch durch kleine Durchlaßöffnungen in der Fliissig,zastankwandung
einführbar ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drehachse
mit der Längsachse des Tanks zusammenfällt, daß die Längsachse des Schwimmers parallel
zur Längsachse des Tanks verläuft und daß der Schwimmer in unmittelbarer Nähe der
Wandung des Tanks 10 angeordnet ist.
-
Durch die Lagerung der Drehachse des den Schwimmer tragenden Hebels
kann dabei eine Drehung des Schwimmers um 1800, d.h. vom Eillstand 0 bis zum Fiillstand
100% erreicht werden. Da der zylinderförmige Schwimmer parallelachsig zum Flüssiggastank
und in unmittelbarer Nähe von dessen Wandung angeordnet ist, kann der Schwimmer
die genannte Bewegung von 1800 vollkommen störungsfrei durchlaufen, wobei die Meßgrenze
im oberen und unteren Grenzbereich nur noch durch den Abstand des Schwimmers von
der Wandung und durch den Restauftrieb bei nicht mehr oder nahezu völlig umspiiltem
Schwimmer gegeben ist. Diese Meßgrenzen sind jedoch fiSr die Anwendung zur Anzeige
des Füllstandes von Fliissiggas in Kraftfahrzeugen unbedeutend.
-
Je nach gewunschter Einbaulage der erfindungsgemäßen Einrichtung ist
es möglich, den den Hebel tragenden Arm senkrecht zur Tankachse oder am Ende des
Tankes in der Tankachse anzuordnen. Dabei wird in bevorzugter Ausgestaltung der
Erfindung die Drehbewegung des Hebels in eine Axialbewegung über eine Kurvenscheibe
bzw. einen Raumnocken umgesetzt. Die Kontur der Scheibe bzw. des
Nockens
kompensiert dabei zusätzlich die Nichtlinearitäten die sich aus der zylinderförmigen
Gestalt des Plüssiggastanks ergeben, da die Hillstandshöhe vom Volumen bekanntlich
nichtlinear abhängt. Dabei sind die Kurvenscheibe bzw. der Raumnocken räumlich so
klein baubar gebildet, daß sie ebenfalls im Rahmen des o.g. Maßes von 35 mm realisiert
werden können. Damit liegt durch die erfindungsgemäße Einrichtung bereits auf der
Innenseite des Tanks eine mechanische Größe vor, die streng linear den Füllstand
in Volumeneinheiten des Flüssiggases wiedergibt. Damit entfallen jegliche weiteren
Linearisierungsmaßnahmen und eine Verstellung der linearen Anzeige im Betrieb ist
aufgrund des räumlich praktisch unveränderbaren Elementes "Kurvenscheibe" bzw. "Raumnocken"
ausgeschlossen.
-
Zu Justierzwecken der erfindungsgemäßen Einrichtung bzw.
-
zur Anpassung an unterschiedliche Einbaulagen sind die Befestigungselemente
von Hebel, Kurvenscheibe, Raumnocken usw. einstellbar ausgebildet. Im Falle der
Ausführungsform mit senkrecht zur Längsachse des Flüssiggastanks verlaufendem Arm
können auf diese Weise unterschiedliche Winkellagen des Armes (horizontal, geheigt,
vertikal) realisiert werden, wobei die unterschiedliche Einbaulage lediglich durch
Verstellen einer Justiereinrichtung berücksichtigt werden kann. Gemäß einer weiteren
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann eine derartige Justierung an der Kurvenscheibe
dann entfallen, wenn man den zum Schwimmer führenden Hebel entsprechend
der
geneigten Einbaulage des Armes abkröpft.
-
In bevorzugter weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Drehbewegung
der Kurvenscheibe bzw. des Raumnockens auf eine Rolle übertragen, die - zu Justierzwecken
ebenfalls verschiebbar - auf einer axialen Druckstange im Arm angeordnet ist. Auch
hierdurch ist eine besonders platzsparende und schlanke Bauweise möglich.
-
Als besonders geeignet fiir den zu verwendenden mechanisch/ elektrischen
Wandler hat sich ein Permanentmagnet erwiesen, der auf dem anderen Ende der Druckstange
angeordnet ist und über eine membranartige Ausbildung der Behälterwandung mit einem
auf der Außenseite befindlichen magnetfeldempfindlichen Element zusammenwirkt. Obwohl
prinzipiell jedes magnetfeldemptindliche Element verwendet werden kann, wird eine
besonders gute Wirkung bei Verwendung eines Hall-Elementes erzielt, da derartige
Elemente heute in Großserien erhältlich sind und Spezifikationen aufweisen, die
einen Betrieb auch an Bord eines Kraftfahrzeuges mit den dort vorhandenen Beanspruchungen
zulassen.
-
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung ergeben sich aus
der Beschreibung sowie der beigefiigten Zeichnung.
-
Die Erfindung wird in Ausfiihrungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung
im einzelnen erläutert. Es
zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Flüssiggastank senkrecht zur Längsrichtung
mit einer prinzipiellen Darstellung einer ersten Ausführungs form einer erfindungsgemäßen
Einrichtung; Fig. 2 eine detaillierte Schnittzeichnung der in Fig. 1 vorgesehenen
erfindungsgemäßen Einrichtung; Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Fliissiggastank
in Längsrichtung mit einer Prinzipdarstellung einer zweiten Ausfiihrungsform einer
erfindungsgemäßen Einrichtung; Fig. 4 eine detaillierte Schnittzeichnung der in
Fig. 3 verwendeten erfindungsgemäßen Einrichtung; Fig. 5 eine Darstellung entsprechend
Fig. 1 mit einer dritten Ausfiihrungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung.
-
In Fig. 1 bzeichnet 1 einen iSliissiggastank eines Kraftfahrzeuges
in einer Querschni ttsdarstellung senkrecht zur Längsachse. Mit 2 ist das darin
befindliche Fliissiggas angedeutet. Der Fliissiggastank 1 weist eine Wandung 10
auf, in der eine Öffnung 12 (in Fig. 1 nicht maßstäblich
dargestellt)
vorgesehen ist, durch die eine Füllstandsanzeige zur Montage einführbar ist. Wie
bereits eingangs erwähnt, ist diese Öffnung 12 international genormt und hat danach
einen Durchmesser von 35 mm. Durch die Öffnung 12 ragt ein Halteteil 13, von dem
Anschlüsse 14 zu einer in Fig. 1 nicht dargestellten Auswerteschaltung für die Füllstandsanzeige
führen. Auf der Innenseite des Tanks 1 erstreckt sich vom Halteteil 13 weg ein Arm
15, der an seinem Ende eine Achse 16 aufweist, die mit der Längsachse des Tanks
1 zusammenfällt. Um die Achse 16 ist ein Hebel 17 drehbar gelagert, der an seinem
anderen Ende einen Schwimmer 18 trägt Am der Achse 16 zugewandten Ende des Hebels
17 weist dieser eine Kurvenscheibe 19 auf, über die in weiter unten zu Fig. 2 noch
näher beschriebener Weise eine Umsetzung der Drehbewegung 20 des Hebels 17 mit Schwimmer
18 in eine Längsbewegung 21 vorgenommen wird.
-
Die Anordnung der Elemente 13 bis 19 ist in Fig. 2 im einzelnen dargestellt.
Das Halteteil 13 besteht dabei einmal aus einem Sockelteil 30, das in die Wandung
10 eingeführt wird und dort mit O-Ringen 31 für die entsprechende Abdichtung des
Drucktanks sorgt. An der Außenseite des Sockelteils 30 befindet sich ein Hohlraum
32 und auf der Druckseite des Sockelteils 30 ebenfalls in Achsrichtung ein weiterer
Hohlraum 33, wobei die Hohlräume 32, 33 voneinander durch eine Membran 34 getrennt
sind. Auf der Außenseite, also im drucklosen Raum befindet sich dabei ein Rall-Element
35, das mit den genannten
Anschlüssen 14 verbunden ist. Von der
Innenseite des Halteteils 13 weg fixiert der Arm 15, der im wesentlichen aus einem
Rohr 36 besteht, in dem eine Druckstange 37 axial verschieblich gelagert ist. An
dem dem Halteteil 13 zugewandten Ende der Druckstange 17 ist auf diese ein Kolben
38 aufgesetzt, der zum einen einen Permanentmagneten 39 trägt und zum anderen mit
einer Feder 40 gegeniiber dem Sockelteil 3G abgestützt ist. Am entgegengesetzten
Ende des Armes 15 ist mit einer Madenschraube 41 ein Halter 42 befestigt, der eine
Rolle 43 trägt, deren Achse senkrecht zur Achse des Armes 15 verläuft. Die Rolle
15 ragt dabei durch ein parallel zur Druckstange 37 im Rohr 36 verlaufendes Langloch
44. Am Ende des Rohres 36 ist auf dieses eine Nabe 45 aufgesetzt, die einen Bolzen
46 trägt, dessen in Fig. 1 mit 16 bezeichnete Achse mit der Längsachse des Tanks
1 zusammenfällt.
-
Um den Bolzen 46 ist eine Hiilse 47 drehbar angeordnet, die in einer
Ausfjihrungsform der Erfindung fest mit der Kurvenscheibe 19 verbunden ist. Die
Kurvenscheibe 19 verfi an ihrer Außenkante über eine Kontur 49. Schließlich ist
c Hülse 47 mit einer Schraube 50 am Bolzen 46 fixiert.
-
Die Funktion der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung ist wie folgt:
Wird der Schwimmer 18 in der mit 20 bezeichneten Drehrichtung ausgelenkt, dreht
sich aufgrund der starren Verbindung von Hiilse 47 und Kurvenscheibe 19 die Kurvenscheibe
mit und die knolle 43 läuft auf der Kontur 49 der
Kurvenscheibe
19, wobei ja die Rolle 43 über den Halter 42 und die Druckstange 37 mit der Feder
40 gegen das Sockelteil 30 und damit die Wandung 10 des Tanks 1 abgestützt ist.
Die Kontur 49 ist dabei so gewählt, daß die axiale Auslenkung der Druckstange 37
linear zum Fü11-stand, gemessen in Volumeneinheiten, verläuft. Die Kurvenscheibe
19 mit ihrer Kontur 49 kompensiert damit die Nichtlinearitäten, die sich aus der
zylinderförmigen Gestalt des Tanks 1 ergeben. Die so erzielte lineare Auslenkung
der Druckstange 37 in Abhängigkeit vom Füllstand wird in eine lineare Annäherung
des Permanentmagneten 39 zum Hall-Element 35 umgesetzt, so daß an dessen Ausgang,
nämlich an den Anschlüssen 14 ein elektrisches Signal abnehmbar ist, das linear
vom Eillstand, gemessen in Volumeneinheiten, abhängt. Es versteht sich, daß bei
Verwendung eines anderen mechanisch/elektrischen Wandlers mit möglicherweise nichtlinearer
Kennlinie diese Nichtlinearität ebenfalls durch die Kontur 49 berücksichtigt werden
kann.
-
Zur Anpassung an unterschiedliche Fahrzeugtypen und Einbaulagen sind
erfindungsgemäß verschiedene Justiermöglichkeiten an der Einrichtung gemäß Fig.
2 vorgesehen.
-
So ist zum einen die Nabe 45 auf dem Rohr 36 verschiebbar angeordnet;
entsprechendes gilt für das Halteteil 42, das mit der Madenschraube 41 aut? der
Druckstange 37 fixiert und damit zu Justierzwecken ebenfalls verschiebbar ist. Schließlich
kann die relative Lage von Kurvenscheibe 19 und Hiilse 47 noch iiber die Schraube
50 eingestellt werden.
-
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausfiihrungsform einer erfindungsgemäßen
Einrichtung, bei der die Einbauweise im Tank 1 gegeniiber der von Fig. 1 abweichend
ist. Dabei befindet sich nämlich das Halteteil 13 in einer Öffnung 12, die sich
an einem Endabschnitt des Tanks 10 befindet. Entsprechend ragt ein Arm 59 vom Halteteil
13 weg in das Innere des Tanks 1, abweichend von Fig. 1 diesmal jedoch in der Längsachse
des Tanks 1. Zur Ubertratung der bei 63 angedeuteten Drehbewegung von Hebel 60 und
Schwimmer 61 dient bei dieser Ausfiihrungsform der Erfindung ein Raumnocken 62,
mit dem die Drehbewegung 63 in eine Längsbewegung 64 umgesetzt wird.
-
Die Einrichtung gemäß Fig. 3 ist in Fig. 4 nochmals im einzelnen dargestellt.
Wie man leicht sieht, werden die wesentlichen Bauteile entsprechend der Ausfijhrungsform
gemäß Fig. 2 verwendet, so daß auf eine Darstellung und Beschreibung insoweit verzichtet
werden kann. Bei Auslenkung des Hebels 60 mit Schwimmer 61 in einer Drehbewegung
63 dreht sich der Raumnocken 62 um die Längsachse des Armes 15. Zur Umsetzung der
Drehbewegung 63 in eine Längsbewegung gleitet nun die Rolle 43 an einer Kontur 65
des Raumnockens 62, so daß die Druckstange 37 wiederum in linearer Abhängigkeit
vom Fiillstand verschoben wird und damit einer die zu Fig. 2 erlauterten Elemente
ein elektrisches Signal erzeugt wird, das linear vom Millstand abhängt.
-
Es versteht sich, daß auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 verschiedene
Justiermöglichkeiten vorgesehen sind.
-
Abgesehen von den Justiermöglichkeiten betreffend die Rolle 43 ist
erfindungsgemäß der Raumnocken 62 einmal axial und zum anderen in Drehrichtung einstellbar
und die Lage des Hebels 60 kann alternativ oder zusätzlich ebenfalls in Drehrichtung
beziiglich des Raumnockens 62 verstellbar sein.
-
In Fig. 5 ist schließlich noch eine dritte Ausfilhrungs form einer
erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt, die vom Prinzip her der Ausführungsform
gemäß Fig. 1 ähnelt, bei der der Arm 15 ;jedoch nicht in horizontaler Richtung quer
zur Längsachse des Tanks 1 angeordnet ist, sondern vielmehr in geneigter Position.
Wie man aus Fig.
-
5 sieht ist der Hebel 70, der einen Schwimmer 72 trägt, an einer Stelle
71 abgekröpft. Damit kann die relative Lage eines oberen Hebelabschnittes 73 zur
Kurvenscheibe 16 unverändert in der Weise beibehalten werden, wie sie bei der Anordnung
gemäß Fig. 1 bzw. 2 erforderlich ist.
-
Bei starrer Verbindung von Hebel und Kurvenscheibe kann damit eine
einmal getroffene und experimentell ermittelte Kontur 49 mit relativer Lage des
jeweiligen Hebels dazu beibehalten werden, unabhängig davon, wie geneigt die Einbaulage
des Armes 15 ist.