DE10102594A1

DE10102594A1 - Meßeinrichtung für einen Flüssigkeitsbehälter mit stetiger Anzeige des Füllstandes

Info

Publication number: DE10102594A1
Application number: DE2001102594
Authority: DE
Inventors: Thorsten Neu
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2001-01-20
Filing date: 2001-01-20
Publication date: 2002-07-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung für einen Flüssigkeitsbehälter (11) insbesondere Ausgleichsbehälter für hydraulische oder elektro-hydraulische Bremsanlagen. Insbesondere bei elektro-hydraulischen Anlagen muß, um die Funktionsfähigkeit der Bremsanlage zu gewährleisten, für die notwendigen Speicher eine hinreichende Menge von Bremsflüssigkeit in dem Ausgleichsbehälter (11) zur Verfügung stehen. Entsprechendes gilt auch für hydraulische Bremsanlagen. Bei den bekannten Ausgleichsbehältern ist in der Regel eine Warneinrichtung vorgesehen, bei der ein Reed-Kontakt ausgelöst wird, wenn der Füllstand ein bestimmtes Minimum unterschreitet. Die bekannten Warneinrichtungen haben keine Einrichtung zur jederzeit möglichen Überprüfung ihrer Funktionsfähigkeit. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung für einen Ausgleichsbehälter zu beschreiben, durch welche jederzeit der jeweilige Füllstand gemessen und eine Überprüfung der korrekten Arbeitsweise der Meßeinrichtung jederzeit möglich ist. Die Aufgabe wird durch die Verwendung eines Elektromagneten (3, 6, 10) gelöst, welcher mit einem Anker (3) versehen ist, der mit dem Schwimmer (5) des Ausgleichsbehälters (11) gekoppelt ist.

Description

In einer Elektro-Hydraulischen-Bremse befindet sich die benötigte Bremsflüssigkeit im Bremsflüssigkeits-Vorratsbehälter und im Hydraulikspeicher. Der Flüssigkeitsstand im den bekannten Vorratsbehältern wird durch einen Schwimmer mit Schaltkontakten überwacht. Senkt sich der Bremsflüssigkeitsstand, so schließen sich die Kontakte. Dieses Signal wird im Steuergerät ausgewertet und der Fahrer kann durch eine Leuchte gewarnt werden (Notfallszenarium). Der Nachteil dieses Schwimmer-Schalters besteht darin, daß das Flüssigkeitsreservoir im Vorratsbehälter, das zum Laden des Hydraulikspeichers benötigt wird, bis zu diesem Schaltzeitpunkt unbekannt ist. Dabei wird davon ausgegangen, daß dieser Schaltzeitpunkt ein nie eintretendes Ereignis ist. Somit kann die Funktion der Schaltkontakte und des Schwimmers nicht überprüft werden und bleibt für den Notfall ungewiß.

Auch bei rein hydraulisch arbeitenden Bremsanlagen ist es notwendig den Flüssigkeitstand in einem Flüssigkeitsbehälter zu überwachen. Dabei muß sichergestellt sein, daß der Ausgleichsbehälter immer mit einem Minimum an Flüssigkeit gefüllt ist, um die Funktion der Bremsanlage nicht in Frage zu stellen. Die dort in der Regel verwendeten Einrichtungen stellen Warneinrichtungen dar, bei denen ein mit einem Magneten versehener Schwimmer einen Reedkontakt schaltet, sobald der Schwimmer eine Lage einnimmt, in der der Flüssigkeitsstand ein definiertes Minimum unterschreitet. Durch den Reed- Kontakt wird dann ein für den Fahrer erkennbares Warnsignal ausgelöst, wobei dann von diesem geeignete Gegenmaßnahmen einzuleiten sind. Ein Flüssigkeitsbehälter der beschriebenen Gattung ist beispielsweise in der EP-PS 372909 beschrieben.

Die erläuterten Warneinrichtungen haben zwei Nachteile. Zum einen geschieht eine Anzeige nur dann, wenn ein vorgeschriebenes Minimum hinsichtlich des Füllstandes unterschritten ist. Die Warnung erfolgt somit vergleichsweise spät und macht ein sofortiges Handeln notwendig, was in der Praxis vielfach auf Schwierigkeiten stoßen kann. Des weiteren sind die bekannten Warneinrichtungen derart ausgelegt, daß sie nur in Notfällen ansprechen, also in Fällen, die in der Regel nicht auftreten. Hieraus resultiert die Schwierigkeit, daß keinerlei Sicherheit besteht, ob die Warneinrichtung im Bedarfsfall auch wirklich ansprechen wird.

Aus der DE-OS 32 41 259 ist eine Warneinrichtung bekannt geworden, die nicht nur den Notfall hinsichtlich des Flüssigkeitsstandes der Bremsflüssigkeit anzeigt (sogenannte qualitative Erfassung des Zustandes) sondern die auch in der Lage ist, den herrschenden Flüssigkeitsstand mengenmäßig ständig zu erfassen (sogenannte quantitative Erfassung des Zustandes). Dieses bekannte Meßsystem arbeitet mit einer Anzahl in den Behälter angeordneter Reedkontakten, die entsprechend dem jeweiligen, gerade herrschenden Füllzustand ausgelöst werden. Die Arbeitsweise dieser bekannten Meßeinrichtung ist somit vergleichsweise aufwendig.

Die vorliegende Erfindung geht daher aus von einer Meßeinrichtung der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung. Aufgabe der Erfindung ist es eine Meßeinrichtung für einen Flüssigkeitsbehälter anzugeben, der als Ausgleichsbehälter für hydraulische oder elektro-hydraulische Bremsanlagen geeignet ist und der es bei einfachem Aufbau erlaubt, nicht nur daß Vorliegen eines bestimmten Füllstandes anzuzeigen sondern eine stetige Anzeige des Füllstandes zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merkmalskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin einen Sensor vorzusehen, welcher in einem Ausgleichsbehälter den augenblicklich vorliegenden Füllstand anzeigt.

Der Vorteil der erfinderischen Meßeinrichtung gegenüber dem Schwimmer mit Schaltkontakten besteht bei einer elektro mechanischen Bremsanlage darin, daß eine Weginformation als Maß für das vorhandene Bremsflüssigkeits-Volumen für das Steuergerät zur Verfügung steht. Zwei Betriebsfälle sollen diesen Vorteil verdeutlichen.

a) kritischer Fall:
Durch eine lange Standzeit hat sich der Hydraulikspeicher entleert. Der Füllstand des Bremsflüssigkeits- Vorratsbehälters befindet sich vor der MIN-Marke (eventuell durch schleichende Leckage), was durch den Schwimmer mit Schaltkontakten nicht zu erkennen ist. Wird der Hydraulikspeicher geladen, so entnimmt die Hydraulikpumpe dem Vorratsbehälter Bremsflüssigkeit und der Flüssigkeitsstand fällt unter die MIN-Marke. Dadurch wird während des Ladevorganges der Schalter geschlossen und die ECU muß das System abschalten, weil die Gefahr besteht, daß Luft in das Bremssystem gelangt. Mit dem erfindungsgemäßen Prinzip des induktiven Gebers wird dieses minimal vorrätige Flüssigkeitsreservoir erkannt - ein entsprechendes Notfallszenarium tritt in Kraft - und der Hydraulikspeicher wird nicht komplett, sondern nur soweit geladen, wie es der Flüssigkeitsvorrat erlaubt. Der Fahrer wird durch eine Leuchte gewarnt und das System muß nicht abgeschaltet werden. In manchen Fahrzeug-Typen ist der Kupplungsgeber/- nehmer zusätzlich an den Bremsflüssigkeitshaushalt gekoppelt was die Gefahr einer Leckage erhöht.
b) Ist der Bremsflüssigkeits-Vorratsbehälter bis zur MAX-Marke gefüllt (z. B. nach einer Bremsenentlüftung per Bremspedalbetätigung (Bordsteinentlüftung) oder einem Bremsbelag-Wechsel) und der Hydraulikspeicher ist voll geladen, so wird beim nächsten Druckabbau im Bremssystem die Flüssigkeit die MAX-Marke überschreiten. Dies kann von einem Schwimmer mit Schaltkontakten nicht angezeigt werden. Das Prinzip des induktiven Gebers erkennt diesen maximalen Füllstand und der Fahrer wird vor überlaufender Bremsflüssigkeit gewarnt.

Ein wesentlicher Vorteil des Systems besteht insgesamt darin, daß seine Funktion, ständig überprüft werden kann. Dies ist beim bekannten Schwimmer mit Schaltkontakten nicht möglich.

Einen vereinfachten Aufbau für die erfindungsgemäße Meßeinrichtung erhält man durch Verwendung der Merkmale nach Anspruch 2. Bei dieser Weiterbildung der Erfindung wird ein mit einem Schwimmer verbundenes Geberelement gekoppelt mit einen ortsfest an den Behälter angebrachten Sensor. Der Sensor ist dabei derart aufgebaut, daß sein Ausgangssignal jederzeit Rückschlüsse auf den augenblicklichen Flüssigkeitsstand erlaubt.

Als Geberelement und als Sensor der Sensoreinrichtung hat sich in Weiterbildung der Erfindung ein magnetisierbarer Körper bewährt, der mit einem Elektromagneten zusammenwirkt. In Weiterbildung der Erfindung wird der Elektromagnet mit einer in Anspruch 4 näher bezeichneten Brückenschaltung gekoppelt. Durch eine derartige Brückenschaltung ist es möglich, die Änderung der Induktion des Elektromagneten beim Entfernen oder sich Nähern des magnetisierbaren Körpers zu messen. Dabei ändert der magnetisierbare Körper (beispielsweise aus Eisen oder Weicheisen) das Feld und die Induktion des Elektromagneten in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen dem magnetisierbaren Körper und dem Elektromagneten.

In Weiterbildung der Erfindung ist es mit einfachen Mitteln möglich zu prüfen, ob der Elektromagnet noch funktionstüchtig ist. Dies geschieht vorteilhaft mit den in Anspruch 6 beschriebenen Merkmalen. Im Kern wird hier ein durch einen Gleichspannungssprung bedingter Verlauf des Magnet-Spulenstromes gemessen.

Einen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen mit der erfinderischen Meßeinrichtung versehenen Ausgleichsbehälter,

Fig. 2 eine mit dem Sensor in dem Ausgleichsbehälter zusammenwirkende Brückenschaltung und

Fig. 3 den Verlauf einzelner Meßgrößen über die Zeit beim Anlegen eines Gleichspannungssprungs an eine Prüfschaltung zum Überprüfen des Elektromagneten

In Fig. 1 ist der bekannte Schwimmer-Schalter im Bremsflüssigkeits-Vorratsbehälter durch einen induktiven Geber, der nach dem Prinzip der "Induktionsänderung durch Luftspalt" arbeitet, ersetzt. Dieser induktive Geber wird nachfolgend als Hubmagnet (2) bezeichnet. Die Füllstandshöhe im Bremsflüssigkeits-Vorratsbehälter bestimmt die Lage des Schwimmers (5) der mit dem Anker (3) verbunden ist. Je nach Ankerposition besitzt die Spule 6 mit dem Anker 3 (Hubmagnet) eine andere Induktivität, die durch eine Brückenschaltung (Fig. 2) ausgewertet werden kann. In der in Fig. 1 gezeigten Lage ist die Induktivität des Elektromagneten 6, 3 vergleichsweise gering. Ist dagegen der Anker 3 vollkommen in den hülsenförmigen Kern 10 eingeführt, so ergibt sich eine hohe Induktivität. Somit wird die Induktivität des Elektromagneten 6, 3 (das heißt Hubmagneten) durch die Lage des Ankers 3 gesteuert, dessen Lage wieder von der Füllhöhe des Behälters 11 abhängt. Allerdings wird die Lage des Hubmagneten auch von dem durch die Spule 6 fließenden Strom beeinflußt. Dieser Strom verschiebt unabhängig von der Stromrichtung den Anker 3 aus dem Kern 10. Dieser Einfluß des Spulenstromes ist bei der Zuordnung der Spannung UB zu der Füllstandshöhe in dem Ausgleichsbehälter 11 zu berücksichtigen.

In Fig. 2 ist die sich einstellende Brückenspannung (U_B) ein Maß für die Füllhöhe des Bremsflüssigkeits-Vorratsbehälters 11. (Ist im Fahrzeug ein Neigungssensor vorhanden, kann diese Größe bei der Berechnung des Bremsflüssigkeitsvolumens mitberücksichtigt werden. Die Funktion des Hubmagneten ergibt sich aus dem Zusammenwirken des Ankers 3 mit dem Kern 10 und der Spule 6. Diese drei Baugruppen bilden eine Induktivität (Hubmagnet), deren Größe von dem Füllstand in dem Ausgleichsbehälter 11 abhängt.

Soll die Funktionsweise des Hubmagneten überprüft werden, so kann dies durch Umlegen des Schalters S1 (Fig. 2) geschehen. In diesem Moment fließt durch die Spule 6 des Hubmagneten (3, 6, 10) der Strom I_M, dessen Verlauf in Fig. 3b skizziert ist.

Ab einer Stromstärke I₁ setzt sich der Anker in Bewegung und verändert (wie oben angesprochen) die Induktivität des Hubmagneten. Diese Induktivitätsänderung wirkt dem Strom I_M entgegen, bis der Anker auf seinen mechanischen Anschlag (7, s_Min, Fig. 3c) trifft. Die Ableitung des Stroms I_M nach der Zeit (dI_M/dt) ergibt einen Kurvenverlauf wie in Fig. 3d dargestellt. Die Ankerbewegung, von der ausgegangen wurde, wird durch den negativen Signalanteil (A) in Fig. 3d angezeigt. Klemmt der Anker, oder befindet sich der Anker an seinem Anschlag (7), so bleibt dieser negative Signalanteil aus (gestrichelter Verlauf, Fig. 3b, d). Wechselt der Schalter S1 (Zeitpunkt t₁), so wird durch den Auftrieb des getauchten Schwimmers der Anker im Hubmagneten zurückgeschoben. Nach einem Abschaltfenster (t₂-t₁) kann die Brückenschaltung diese Rückstell-Bewegung anzeigen. Somit ist erkannt, daß der Hubmagnet sowie die Brückenschaltung funktionieren, und der Funktionstest ist erfolgreich abgeschlossen.

Claims

1. Meßeinrichtung für einen Flüssigkeitsbehälter (11), insbesondere Ausgleichsbehälter für hydraulische oder elektro-hydraulische Bremsanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Behälter(11) eine Sensorvorrichtung (3, 6, 10) angeordnet ist, welche ein von dem Füllstand im Behälter abhängiges Signal an eine Auswerteeinrichtung (Fig. 2) abgibt, welches sich in Abhängigkeit von dem Füllstand stetig ändert.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem mit dem im Behälter befindlichen Schwimmer (5) verbundenen Geberelement (3) und mit einem mit dem Geberelement zusammenwirkenden Sensor (3, 6) versehen ist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberelement (3) ein in den Schwimmer (5) eingelagerter magnetisierbarer Körper (3) und der Sensor (6, 10) eine mit einem Meßkreis (Fig. 2) verbundener Elektromagnet ist.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet eine Spule (6) mit einem magnetisierbaren Kern (10) ist und dass der Kern (10) im wesentlichen die Form eines Hohlzylinders besitzt und dass der magnetisierbarer Körper (3) in Abhängigkeit von dem Füllstand in den Hohlzylinder eintaucht.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß sie an eine Induktivitätsmeßschaltung (z. B. Induktivitätsmeßbrücke) angeschlossen ist, die ihre Induktivität misst, die im Proportionalen Zusammenhang zum Meßweg steht, insbesondere daß sie mit einer Brückenschaltung (Fig. 2) versehen ist, in die der Elektromagnet (3, 6, 10) zusammen mit einer weiteren Induktivität und zwei Widerständen zu einer Brücke geschaltet sind.

6. Meßeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (3, 6, 10) in eine Prüfschaltung einfügbar (S1) ist, in welcher der Stromverlauf (IM) über den Elektromagneten in Abhängigkeit von einem an die Prüfschaltung angelegten Gleichspannungsimpuls (U =) gemessen wird.

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 6 in dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfschaltung (Fig. 2) mit einer Differenzierschaltung versehen ist, durch welche durch die Messung der Stromänderung in Abhängigkeit von dem Spannungssprung der Zustand des Elektromagneten überprüfbar ist (Fig. 3d).