Gerät zum Messen einer in einem Behälter befindlichen Flüssigkeit
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Messen einer in einem Behälter befindlichen Flüssigkeit, vorzugsweise von Benzin im Tank eines Kraftfahr zeugs, bestehend aus einem von einem mit dem Behälter verbundenen Flansch aus in das Behälterinnere ragenden, kommunizierenden Tauchrohr und einem darin an einem Stab geführten, auf- und absteigenden Schwimmer, der eine etwa von einem Tauchrohrende zum anderen verlaufende Widerstandsschleife je nach Flüssigkeitsstand in mehr oder weniger grossem Abstand vom Flansch mittels Kontakten kurzschliesst.
Bei den bekannten Geräten dieser Art ist der Führungsstab im Tauchrohr in Form eines Rohres mit kreisrundem Querschnitt konzentrisch angebracht. Im Ringhohlraum zwischen der Tauchrohrwandung und dem Führungsstab sind zwei Widerstandsdrähte angeordnet, die die Widerstandsschleife bilden und zwischen den Flanschen des Tauchrohres gespannt sind.
Jeder Draht wird von im Schwimmer angebrachten Klemmkontakten abgegriffen. Die Anzeigegenauigkeit dieser Geräte ist nicht befriedigend. Die Länge der Widerstandsschleife ist sehr begrenzt, auch können die Widerstandsdrähte nicht beliebig dünn gehalten werden, weil sonst die Lebensdauer des Gerätes zu gering wäre und das Abgreifen mittels der Klemmkontakte zu schwierig wäre. Es ergeben sich somit bei wechselndem Flüssigkeitsstand nur sehr geringe Widerstandsunterschiede, die für eine genaue Anzeige nicht ausreichen.
Ausserdem ist der Aufbau dieser Geräte kompliziert und die Herstellung teuer. So sind z. B. die Kosten für den Widerstandsdraht sehr hoch, weil dieser mit möglichst glatter Oberfläche gezogen sein muss, um die Reibung zwischen den Drähten und den Abgreifkontakten nicht zu gross werden zu lassen, die mit Rücksicht auf die sehr kleinen Stromübergangsflächen mit beträchtlichem Druck die Widerstandsdrähte abgreifen müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät der eingangs geschilderten Art so auszubilden, dass es bei baulich einfacher Gestaltung ungeachtet der Form des Tanks eine hohe Anzeigegenauigkeit gewährleistet.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass der den Schwimmer führende Stab als Träger der Widerstandsschleife dient, indem die Schleife als Widerstandsschicht in Zick-Zack- oder Wellenform aufgebracht ist.
Durch diese Massnahme lässt sich die Länge der Widerstandsschleife enorm vergrössern und das Abgreifen derselben insofern wesentlich verbessern, als ein geringer Kontaktdruck genügt. Der Aufbau des Geräts ist denkbar einfach, er gewährleistet eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer. Ferner ist die Reibung zwischen dem Schwimmer und dem Führungsstab gering, einmal wegen des geringen Reibungskoeffizienten von glattem Kunststoff, zum anderen wegen der Tatsache, dass sich bei Kunststoffen auch mit wässerigen Flüssigkeiten eine beträchtliche Schmierwirkung erreichen lässt.
Im Gegensatz zu den bekannten Geräten lässt sich die Messgenauigkeit, z. B. im Reserve-Bereich des Tanks, noch steigern, indem der Abstand der Zick Zack-Schleifen unterschiedlich gehalten, d. h. im Reservebereich sehr klein gehalten ist. Es lässt sich aber mittels der unterschiedlichen Abstände auch bei bauchigen oder unregelmässig geformten Tanks eine lineare Anzeige erzielen.
Ein solches Spreizen des Messbereiches kann auch erreicht werden, indem die Breite der Zickzack-Bänder unterschiedlich ausgebildet ist.
In manchen Fällen kann ein gerades Tauchrohr mit Rücksicht auf die eigentümliche Tankform überhaupt nicht gebraucht werden. Diese Schwierigkeit kann überwunden werden, indem der Kunststoff-Stab in seiner Hauptebene gekrümmt ist.
Um die Reibung zwischen dem Schwimmer und dem Führungsstab herabzusetzen, kann der Kunststoff Stab einen Rechteck-Querschnitt aufweisen, wobei die schmalen Flächen des Stabes als Führung für die Schwimmer dienen. Diese Massnahme ist insbesondere bei einem in seiner Hauptebene gekrümmten Kunststoff-Stab von beträchtlichem Vorteil.
In diesem Zusammenhang ist es ferner günstig, wenn der Schwimmer mit an den schmalen Flächen des Kunststoff-Stabes geführten Rollen oder Gleitkörpern versehen ist.
Um auch die Reibung der Abgreif-Rontakte auf der flächenhaft angeordneten Widerstands-Schleife zu verringern, ist es vorteilhaft, wenn der Schwimmer mit einer Reihe von nebeneinander angeordneten zungenförmigen Kontakten versehen ist, die als gebogene Blattfedern ausgebildet sind.
Weiterhin lässt sich die Reibung zwischen Schwimmer und Führungsstab in der Weise herabsetzen, dass der Schwimmer mit einem Schlitz zur Aufnahme des Stabes versehen ist und die einander gegenüberliegenden Schlitzflächen mit auf den breiten Seiten des Stabes gleitenden Vorsprüngen ausgerüstet ist. In diesem Zusammenhang ist es besonders günstig, wenn zu beiden Seiten der Zick-Zack-Schleife sich etwa auf die Länge des Stabes erstreckende, streifenförmige Flächen befinden, und die an den Schlitzflächen des Schwimmers angebrachten Vorsprünge auf den schleifenförmigen Flächen gleiten.
Die Reibung zwischen dem Schwimmer und dem Führungsstab bzw. der Widerstandsschleife spielt deswegen eine ausserordentlich grosse Rolle, weil davon die Grösse des Schwimmers abhängt. Der Auftrieb von Benzin ist mit Rücksicht auf das gegenüber Wasser geringe spezifische Gewicht verhältnismässig klein.
Lässt sich eine beträchtliche Reibungskraft zwischen Schwimmer und Führungsstab bzw. Widerstandsschleife nicht vermeiden, so muss der Schwimmer verhältnismässig voluminös gehalten werden, um eine ausreichende Auftriebskraft zu erzielen. Ein derartig volu minoser Schwimmer erfordert aber selbstverständlich einen grossen Tauchrohr-Durchinesser. Die bisher bekannten Geräte, bei denen eine grosse Reibung zwischen Schwimmer und Führungsstab bzw. Widerstandsschleife unvermeidbar ist. weisen infolgedessen einen Tauchrohr-Durchmesser von 48 mm auf.
Die besonderen Vorteile des Gerätes gemäss der Erfindung ermöglichen es erstmals, das Tauchrohr im Durchmesser verhältnismässig klein, z. B. etwa 20 mm, zu halten und mit seinem Verbindungshfla3alsch am Boden des Tankes zu befestigen.
Der Durchmesser des Tauchrohres bestimmt selbstverständlich auch den Durchmesser des Verbindungsflansches. Ist der Verbindungsflansch in seinem Durchmesser gross, so lässt sich eine sichere Abdichtung zwischen Verbindungsflansch und Tankboden nicht mehr erzielen, zumindest nicht bei Flüssigkeiten, wie Benzin. Infolgedessen sind bisher die bekannten Tauchrohr-Geräte ausschliesslich von oben in I Kraft- fahrzeug-Tanks eingesetzt worden. Dadurch hat sich der Nachteil ergeben, dass die bisherigen Geräte nicht bis ganz zalm Boden des Tankes messen können, sondern nur bis zu einem Abstand von 20 mm zu diesem.
Hinzukommt, dass jeder Kraftfahrzeugtank aus Gründen der Sicherheit abgedrüclxt werden muss. Dabei wird ein Aufblähen des Tanks, d. h. eine bleibende Verformung, bewirkt. Zwischen dem unteren Ende des von oben eingesetzten Tauchrohres und dem Tankbo- den wird auf diese Art und Weise der Abstand vergrössert. Dies sind die Gründe, dass die bekannten Tauchrohr-Messgeräte gerade im Messbereich für die Restmenge erhebliche Messfehler aufweisen.
Alle diese Schwierigkeiten werden überwunden, wenn das Tauchrohr von unten in den Tank eingesetzt wird.
Dabei ergibt sich die weitere Möglichkeit, dass der Verbindungsflansch des Tauchrohres im Bereich einer Schlamm-Mulde am Tankboden befestigt ist. So kann praktisch die Restmenge bis zum letzten Liter gemessen und angezeigt werde.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Dabei zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein von unten in einen Tank ragendes Gerät, wobei das Tauchrohr eine gekrümmte Form aufweist,
Fig. 2 eine Seitenansicht des nur teilweise dargestellten Führungsstabes mit aufgeschnittenem Schwim mer,
Fig. 3 einen Axialschnitt durch ein Gerät nach einem zweiten Beispiel, und
Fig. 4 eine Seitenansicht des Führungsstabes mit geschnittenem Schwimmer.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht das Gerät aus einem Tauchrohr 1, Idas am oberen Ende mit einem Flansch 2 und am unteren Ende mit einem Flansch 3 abgeschlossen ist. Der obere Flansch 2 ist mittels eines Führungs- und Abdichtringes 4 in das Tauchrohr eingesetzt. In gleicher Weise greift der untere Flansch 3 mit einem Führungs- und Dichtring 4 in das Tauchrohr 1 ein. Der untere Flansch 3 ist in seinem Durchmesser so gross gehalten, dass sich eine ringförmige Dichtfläche 5 ergibt, die unter Zwischenschaltung eines Dichtringes 6 gegen einen Auflagering 7 zur Anlage kommt, der am Boden 8 des Tanks in einer Schlamm Mulde 9 angebracht ist. Der untere Flansch 3 wird mittels einer Obenvurf-Gewindemutter 10 angepresst.
Eine ausreichend feste Verbindung zwischen dem Befestigungs- und Abdichtring 4 und dem unteren Ende des Tauchrohres 1 kann auf bekannte Art und Weise z. B. durch Anrollen, Einpressen oder Schweissen erfolgen.
Dicht über dem unteren Flansch 3 sind in der Wandung des Tauchrohres 1 mehrere Löcher 11 vorgesehen, durch welche die Flüssigkeit in das Tauchrohr zufliessen bzw. aus diesem abfliessen kann. Im oberen Abschlussflansch 2 des Tauchrohres 1 ist ein Loch 12 angebracht, durch welches Luft ein- und ausströmen kann. Dadurch ergibt sich in bekannter Weise eine Dämpfung der Anderung des Flüssigkeitsspiegels im Tauchrohr.
Im Inneren des Tauchrohres ist ein Stab 13 mit rechteckiger Querschnittsform angeordnet, der aus einem Kunststoff besteht, welcher elektrisch isolierend wirkt gegen Benzin oder andere aggressive Flüssigkeiten unempfindlich ist und sehr gute Gleiteigenschaften aufweist. In das untere Ende dieses Stabes 13 sind voneinander isoliert zwei Kontaktstifte 14 und 15 fest eingesetzt. Der Kontaktstift 15 steht in elektrischer Verbindung mit dem Ende 16 einer insgesamt mit 17 bezeichneten Widerstandsschleife, während der Kontaktstift 14 mit dem anderen Ende 18 der Widerstandsschleife 17 elektrisch verbunden ist.
Der Kontakt 14 tst über den Anschlussflansch 3 und die Eisenteile des Kraftfahrzeuges mit dem Massekabel der elektrischen Batterie verbunden. Der Kontaktstift 15 dagegen ist mittels eines Isolirringes 19 gegenüber dem Befestigungsflansch 3 elektrisch isoliert. Er steht mit einem nach aussen ragenden Kontaktmesser 20 in elektrischer Verbindung.
Der obere Flansch 2 weist nach innen ragende Hal- terungen 21 für den Führungsstab 13 auf. Das untere Ende des Führungsstabes ist durch die Stifte 14 und 15 im Flansch 3 unverrückbar gehalten.
Der Führungsstab 13 ist aus einem Kunststoff hergestellt, der elektrisch isolierend wirkt, ferner von Benzin, Benzol und Ölen nicht angegriffen wird und insoweit wärmebeständig ist, dass die in einem Benzintank eines Kraftfahrzeugs auftretenden Temperaturen kei nerlei Veränderung des Führungsstabes hervorrufen können. Der Führungsstab ist im gezeichneten Beispiel von rechteckigen Querschnitt (in Fig. 2 strichpiunktiert angedeutet). Er ist in seiner Hauptebene gekrümmt, ebenso wie das Tauchrohr 1, das vorzugsweise aus Metall, aber auch aus einem anderen Werkstoff von ausreichender Festigkeit, beispielsweise ebenfalls Kunststoff, bestehen kann.
Eine derart gekrümmte Form des Tauchrohres und des Stabes ermöglicht es, den Benzintank in einer unregelmässigen, abgestuften Ausbildung zu halten, was manchmal aus Platzgründen besonders vorteilhaft ist, insbesondere, wenn der Benzintank im Bereich des Kofferraumes des Fahrzeuges angeordnet werden muss.
Auf einer eine ebene Fläche bildetDden Breitseite 22 des Führungsstabes 13 ist eine insgesamt mit 23 bezeichnete Widerstandsschleife angeordnet. Die Wider standsscEleife wird durch die bereits erwähnten Zuleitungen 16 und 18 und durch sich jeweils an die Zuleitung 16 und an die Zuleitung 18 anschliessende, im Zick-Zack verlaufende Widerstandsbänder 24 und 25 dargestellt. Diese Widerstandsbänder 24 und 25 sowie die Zuleitungen 16 und 18 bestehen aus einem in Schichtform gehaltenen Widerstandsmetall, so dass die gesamte Widerstandsschleife sich nur sehr wenig über die Fläche 22 des Führungsstabes 13 erhebt, selbst aber ebenfalls flächenhaft ausgebildet ist.
Der Widerstandswert der Bänder 24 und 25 kann für bestimmte Bereiche, z. B. den Restbereich, vergrössert werden. Dies ist dadurch möglich, dass die Breite der Bänder 24 und 25 im Restbereich kleiner gehalten wird, d. h. zum Beispiel nur noch einen verhältnismässig dünnen Strich bildet.
Eine weitaus wirksamere Anderung des Widerstandswertes kann aber dadurch herbeigerufen werden, dass z. B. in demjenigen Bereich des Führungsstabes 13, wo die Restbenzinmenge im Tank zu messen ist, die Steigung der Zick-Zack-Bänder 24 und 25 sehr gering gewählt wird, so dass sich in diesem Bereich eine verhältnismässig grosse Länge der Widerstandsbänder erzielen lässt.
Die Änderung der Steigung der im Zick-Zack verlaufenden Widerstandsbänder 24 und 25 kann aber auch in den Fällen angewandt werden, wo der Benzintank eine bauchige Form aufweist oder eingeschnürt ist. Dadurch lässt sich auch für solche Tankformen eine lineare Anzeige ohne besondere Vorkehrungen im Anzeigegerät erzielen.
Am Kunststoff-Stab 13 ist ein Schwimmer 26 geführt, der im gezeichneten Beispiel die Form einer Kugel aufweist, durch welche ein Schlitz 30 führt, welcher dem Querschnitt des Führungsstabes 13 angepasst ist. Der Schwimmer 26 kann in bekannter Weise als Hohlkörper ausgebildet sein. Er kann aber auch aus Kunststoff-Schaum bestehen und an seiner Oberfläche mit einer zusammenhängenden Haut in Form eines Kunststoff-Auftrages versehen sein. Zu beiden Seiten des Führungsstabes 13 ist jeweils im Schwimmer 26 eine Führungsrolle 27 auf einer Achse 28 drehbar angeordnet. Die Führungsrollen 27 gleiten auf den Schmalseiten 29 des Stabes 13, so dass das Auf- und Abgleiten des Schwimmers auch bei einem gekrümmten Führungsstab nicht beeinträchtigt wird. Jedoch können die Gleitrollen 27 auch durch Gleitnasen ersetzt werden.
Der Schwimmer 26 kann aus einem einteiligen Körper bestehen, er kann aber auch aus zwei Körpern zusammengesetzt sein, welche wie im Ausführungsbeispiel durch die Achsen 28, gegebenenfalls noch durch weitere Stege, miteinander verbunden sind. Der Schwimmer 26 weist im Schlitz 30 Vorsprünge 31 und 32 auf, welche das Gleiten des Schwimmers am Führungsstab noch erleichtern.
Den Vorsprüngen 32 gegenüber ist eine Reihe von nebeneinander angeordneten zungenförmigen Kontakten 33 in Form von gebogenen Blattfedern angeordnet, die mit einem abgewinkelten Ende 34 am Schwimmer 26 befestigt sind. Der Anpressdruck dieser Kontaktfedern 33 kann sehr gering gehalten sein, weil der Stromübergang nicht auf einer Linie, sondern auf einer verhältnismässig grossen Fläche erfolgt. Dadurch ist die Reibung zwischen den Federkontakten 33 und den Zick-Zack-förmigen Widerstandsbändern 24 und 25 beträchtlich herabgesetzt. Die gebogene Form der Federkontakte 33 wirkt sich in diesem Zusammenhang ebenfalls günstig aus, weil dadurch die Reibung noch weiter vermindert wird.
Damit die auf der Fläche 22 anliegenden Vorsprünge 31 des Schwimmers 26 nicht ebenfalls auf den Widerstandsbändern 24 und 25 gleiten, können diese Vorsprünge 31 so angeordnet sein, dass sie sich nur an einen von den Zuleitungen 16 und 18 und den Widerstandbändern 24 und 25 freien Flächenteil der Fläche 22 anlegen.
Die Verminderung der Reibungskräfte zwischen Schwimmer und Führungsstab ist von ganz erheblicher Bedeutung, weil dadurch ein verhältnismässig kleiner Schwimmer und somit auch ein Tauchrohr von geringem Durchmesser ausreicht. Dadurch ist es möglich, das Tauchrohr, wie im gezeichneten Beispiel, in den Tankboden einzusetzen und von unten her frei in den Tank ragen zu lassen. Auf diese Art und Weise wird die im Tank befindliche Restmenge an Benzin ungeachtet einer eventuellen Formänderung des Tankes beim Abdrücken stets zuverlässig gemessen.
Nachdem in diesem Bereich verhältnismässig hohe Widerstandswerte vorgesehen werden können, indem die Zick Zack-Bänder 24 und 25 an dieser Stelle mit einer sehr geringen Steigung verlaufen können, gegebenenfalls auch nur die Stärke eines sehr dünnen Striches aufweisen können, ergibt sich in diesem Bereich eine sehr exakte Messung, denn verhältnismässig geringe Standortänderungen des Schwimmers 26 bewirken bereits eine sehr gut messbare Widerstandsänderung der Widerstandsschleife.
Hervorzuheben it noch, dass die Herstellung und die Montage eines solchen Messgerätes ausserordentlich einfach ist, weil es einerseits aus verhältnismässig wenig Einzelteilen besteht, die andererseits durch leichtes Zusammenstecken zu dem ganzen Gerät verbunden werde können. Auch die Anschlüsse zu den Zuleitungen 16 und 18 bilden keinerlei Schwierigkeiten. Die Anschlussstellen lassen sich als verhältnismässig breite Kontaktflächen ausbilden. Es ist auch in Abweichung des gezeichneten Beispieles sehr gut möglich, im Bereich dieser Anschlussflächen Klemmen anzubringen, die gleichzeitig auch zum Anschluss an die Flanschscheibe 3 dienen können.
An sich wäre das Tauchrohr 1 nicht erforderlich, weil der Führungsstab 13 sämtliche zur Messung notwendige Teile des Geräts trägt und führt. In Kraftfahrzeug-Tanks ergeben sich aber während der Fahrt erhebliche Schwankungen des Kraftstoffes (Kurvenfahrt, Überfahre von Bodenwellen und -erhebungen), so dass es günstig ist, diese raschen Schwankungen des Kraftstoffes mittels eines Tauchrohres 1 zu dämpfen.
Das Gerät nach Fig. 3 stimmt in den wesentlichen Merkmalen mit dem beschriebenen und in Fig. 1 dargestellten Gerät überein.
Unterschiedlich ist, dass das Tauchrohr 1 und der Stab 13 nicht gekrümmt sind, sondern gerade verlaufen. Ausserdem greifen in diesem Fall die Kontaktstifte 14 und 15 in isolierte Kontaktbuchsen 35 und 36 ein, die jeweils mit einem nach aussen geführten Anschlusskontakt 37 bzw. 38 in Verbindung stehen.
In Fig. 4 ist eine weitere Schwimmerausbildung gezeigt. Der zylindrisch gestaltete Schwimmer 26 ist hohl. Einer der Hohlräume ist als Käfig 39 ausgebildet, der zum Stab 13 hin offen ist. In diesem Käfig 39 sind Kontaktkörper 40, vorzugsweise in Form von kleinen Metallkugeln, angeordnet, welche die Widerstandsschleife 23 kurzschliessen. Auf diese Weise kann die Reibung zwischen der Widerstandsschleife und den Kontakten weiter verringert werden.