DE10130540A1

DE10130540A1 - Füllstandsmessgerät zum Ermitteln des Flüssigkeitspegels in einem Behälter

Info

Publication number: DE10130540A1
Application number: DE2001130540
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Vos; Ludwig Hahn; Frank Martin
Original assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Current assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2003-01-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Füllstandsmessgerät zum Ermitteln des Flüssigkeitspegels in einem Behälter, insbesondere zur Ermittlung des Inhaltes eines Kraftstofftankes eines Kraftfahrzeuges, mit einem insbesondere piezokeramischen elektroakustischen Wandler (3), welchem ein an der tankaußenseitigen Wandung (9) montierbarer Schallvorlaufkörper (2) zugeordnet ist und mit einer Auswerte- und Ansteuerschaltung (7), wobei der Schallvorlaufkörper (2) sowohl Träger des Wandlers (3) als auch der Schaltung (7) ist. Der Schallvorlaufkörper (2) besitzt in an dem von dem Wandler (3) besetzten Bereich (2'') angrenzenden Bereich Aussparungen (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Füllstandsmessgerät zum Ermitteln des Flüssigkeitspegels in einem Behälter, insbesondere zur Ermittlung des Inhaltes eines Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeuges.
Die Messung des Flüssigkeitspegels insbesondere in einem Kraftstofftank soll möglichst ohne Eingriffe in den Tank, das heißt insbesondere ohne Durchbrechung der Tankwand erfolgen, da in dem Kraftstoff, beispielsweise im Benzin enthaltene Benzole hochgradig toxisch sind und die Eigenschaft besitzen, Kunststoffe zu durchdringen.
Ultraschall im MHz-Bereich hat die Eigenschaft, feste und flüssige Stoffe zu durchdringen.
Aus der DE 39 42 217 A1 ist ein Prüfkopf für Ultraschall bekannt. Der Ultraschall wird mit einem piezoelektrischen Wandler erzeugt. Rückwärtig des Wandlers sind aufwendige Dämpfungsmaterialien vorgesehen, damit der Schall einseitig austritt.
Die DE 33 07 462 A1 schlägt einen Schallvorlaufkörper für einen Ultraschallprüfkopf vor. Dieser kann aus Glaskeramik bestehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leicht zu montierendes Füllstandsmessgerät von einfachem Aufbau anzugeben.
Gelöst wird die Aufgabe zunächst und im Wesentlichen vom Gegenstand des Anspruches 1, in dem abgestellt wird auf einen piezokeramischen elektroakustischen Wandler, welchem ein an der tankaußenseitigen Wandung montierbarer Schallvorlaufkörper zugeordnet ist, und auf eine Auswerte- und Ansteuerschaltung, wobei der Schallvorlaufkörper sowohl Träger des Wandlers als auch der Schaltung ist. Die in den weiteren Ansprüchen angegebenen Gegenstände betreffen sowohl vorteilhafte Weiterbildungen zum Gegenstand des Anspruchs 1 als auch gleichzeitig davon und von der oben genannten Aufgabenstellung unabhängige, eigenständige technische Lösungsvorschläge. Es wird dort insbesondere darauf abgestellt, dass der Schallvorlaufkörper im an dem von dem Wandler besetzten Bereich angrenzenden Bereich Aussparungen besitzt. Diese Aussparungen führen zu einer gezielten Steuerung der vom Ultraschallwandler bzw. von dem vom Ultraschallwandler besetzten Bereich des Schallvorlaufkörpers abgestrahlten Ultraschallkeule. Ferner ist vorgesehen, dass die Aussparung ein Fenster ist. Dieses Fenster kann mit seinem Rand unmittelbar an den Schallwandler angrenzen. Zwischen mehreren Fenstern, die derartig dem Schallwandler zugeordnet sind, könnten Stege verbleiben. Durch die Anordnung der Stege und die Länge bzw. die Breite der Fenster kann die Ultraschallkeule derartig ausgerichtet werden, dass der Tankinhalt auch bei schrägstehendem Tank mit genügender Präzision bestimmt werden kann. Die Messung erfolgt dadurch, dass an der Pegeloberfläche der Ultraschallimpuls fast vollständig reflektiert wird. Der Ultraschallimpuls wird nach einem Initialsignal der Ansteuerschaltung vom Wandler erzeugt. Er tritt dann durch die Tankwand und durch die Flüssigkeit. Er wird an der Flüssigkeitsoberfläche reflektiert, durchläuft die Tankwand und wird vom Messgerät erfasst und in der Auswerteschaltung ausgewertet. Die Reflektion an der Pegeloberfläche erfolgt nach den Reflektionsgesetzen. Dies hat zur Folge, dass ein scharf gebündelter Ultraschallimpuls bei schwappendem Pegel bzw. bei schräg stehendem Pegel derart abgelenkt wird, dass der reflektierte Impuls nicht zum Wandler zurückläuft. Dieser Problematik kann durch die gezielte Steuerung der Ultraschallkeule entgegengewirkt werden. In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Schallvorlaufkörper von einem Keramiksubstrat gebildet ist. Der Schallvorlaufkörper kann zusammen mit der auf ihm aufgebrachten Schaltung und dem auf ihm aufgebrachten Wandler in einer Vergussmasse stecken. Aus der Vergussmasse ragt lediglich die mit der Tankwand in Berührung zu bringende Fläche des Schallvorlaufkörpers heraus. Der Rest ist in einem Gehäuse vergossen. Zufolge einer optimalen Ankopplung des Schallwandlers an den Schallvorlaufkörper kann auf eine rückwärtige Dämmung des Schallwandlers verzichtet werden. Dabei ist es wichtig, dass die Vorlaufstrecke für den Ultraschall präzise der zweifachen Wellenlänge des Ultraschalles und somit der zweifachen Dicke des Wandlers entspricht. Die Schallabstrahlung erfolgt dann in Richtung der Vorlaufstrecke. Eine rückwärtige Bedämpfung ist also nicht notwendig. Deshalb kann eine für die Elektronik optimale Vergussmasse verwendet werden, ohne dass deren Schalldämpfungseigenschaften berücksichtigt werden müssten. An den Ausfräsungen, die die Fenster bilden, kann der Wandler frei schwingen. Dort erreicht er eine größere Amplitude gegenüber den Seiten, an denen sich die sich zwischen den Fenstern erstreckenden Stege befinden. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Keramiksubstrat, welches den Schaltvorlaufkörper ausbildet, im Bereich des vom Wandler besetzten Bereiches eine Verlängerung aufweist. Diese zusätzliche keramische Verlängerung besitzt eine Länge, die derart auf die Dicke des Schallvorlaufkörpers und die Länge des Schallwandlers abgestimmt ist, dass die Gesamtlänge des Vorlaufkörpers der zweifachen Dicke des Schallwandlers entspricht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine erstes Ausführungsbeispiel eines Füllstandsmessgerätes,
Fig. 2 eine Seitenansicht in an einer tankaußenseitigen Wandung montiertem Zustand,
Fig. 3 einen Schnitt der Linie III-III in Fig. 1 und
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittdarstellung ähnlich der Fig. 3.
Die Fig. 1 zeigt in der Draufsicht einen Schallvorlaufkörper 2, welcher ein Keramitksubstrat ausbildet. Auf diesem Keramiksubstrat befinden sich elektronische Bauelemente, die eine Auswerte- und Ansteuerschaltung 7 ausbilden. Auf dem Keramiksubstrat 2 befindet sich ferner in einem Bereich 2' ein Schallwandler. Es handelt sich dabei um einen piezokeramischen elektronischen Schallwandler, der elektrische Wechselsignale in Ultraschallsignale umwandelt. Der Schallwandler 3 ist flächig mit dem Bereich 2' der Oberfläche des Schallvorlaufkörpers 2 verbunden. Der Bereich 2' besitzt einen angrenzenden Bereich. Diesem Bereich sind Ausfräsungen 4 zugeordnet, die zwei gegenüberliegende, bogenförmige Fenster ausbilden. Die bogeninnenseitigen Ränder der Fenster 4 grenzen unmittelbar an den Rand des kreisscheibenförmigen Schallwandlers 3 an. Zwischen den beiden Fenstern 4 befinden sich in diametraler Gegenüberlage Stege 8, die den Bereich 2' an dem Schallvorlaufkörper 2 fesseln.
Wie in der Fig. 3 dargestellt, handelt es sich bei den Fenstern 4 um Durchgangsöffnungen.
Der Fig. 2 ist zu entnehmen, dass der Schallvorlaufkörper 2 ganzflächig bzw. zumindest mit der Teilfläche 2' mit einer Tankwandung 9 verbunden ist.
Die Rückseite des Schallvorlaufkörpers, auf welcher die Auswerte- und Ansteuerschaltung 7 angeordnet ist und auf welcher auch der Schallwandler 3 sitzt, kann mit einer herkömmlichen Vergussmasse vergossen werden. Die Dicke des Schallvorlaufkörpers ist an die Wellenlänge des Ultraschallsignales derart angepasst, dass sie der doppelten Wellenlänge entspricht. Die Dicke des Schallvorlaufkörpers entspricht demzufolge dem doppelten der Dicke des Schallwandlers 3. Wird beispielsweise eine 0,5 mm dicker Schallwandler verwendet, so besitzt das Keramiksubstrat eine Dicke von 1 mm. Die dem Schallwandler 3 gegenüberliegende Seite des Schallvorlaufkörpers bildet die Ankoppelfläche und ist unmittelbar an den Tankboden anzubringen.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schallvorlaufkörper 2 ebenfalls vergossen. Die Vergussmasse 6 erstreckt sich allerdings hier auf beiden Seiten des Schallvorlaufkörpers 2. Das Gehäuse 1 hat einseitig eine Öffnung, durch welche eine Schallvorlaufkörper-Verlängerung 5 ragt. Die Oberfläche der Schallvorlaufkörper-Verlängerung 5 verläuft bündig mit der Außenoberfläche des Gehäuses 1 und ist flächig mit dem Boden 9 des Tanks verbunden.
Die Querschnittsfläche der Schallvorlaufkörper-Verlängerung 5 entspricht im Wesentlichen oder genau der Querschnittsfläche des piezokeramischen Schallwandlers 3. Der keramische Schallvorlaufkörper ist flächig auf der dem Schallwandler 3 abgewandten Seite mit der ebenfalls aus keramischem Material bestehenden Schallvorlaufkörper-Verlängerung 5 verbunden. Die Summe der Stärke des Schallvorlaufkörpers 2 und der Länge der Schallvorlaufkörperverlängerung 5 entspricht auch hier dem doppelten der Wellenlänge, also auch dem doppelten der Dicke des Schallwandlers 3. Wird beispielsweise ein 2 mm dicker Schallwandler auf ein 1 mm dickes Keramiksubstrat 2 aufgebracht, so muss durch eine zusätzliche keramische Verlängerung 5 die gesamte Vorlaufstrecke auf 4 mm Länge gebracht werden. Dies erfolgt durch die erwähnte Schallvorlaufkörper-Verlängerung 5. Zufolge dieser Maßnahme kann die gesamte Messgerätanordnung inklusive der vom Schallvorlaufkörper 2 getragenen Aggregate 7, 3 in einem Gehäuse 1 in einer für die elektronische Schaltung optimalen Vergussmasse integriert sein.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In der Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims

1. Füllstandsmessgerät zum Ermitteln des Flüssigkeitspegels in einem Behälter, insbesondere zur Ermittlung des Inhaltes eines Kraftstofftankes eines Kraftfahrzeuges, gekennzeichnet durch einen insbesondere piezokeramischen elektroakustischen Wandler (3), welchem ein an der tankaußenseitigen Wandung (9) montierbarer Schallvorlaufkörper (2) zugeordnet ist und durch eine Auswerte- und Ansteuerschaltung (7), wobei der Schallvorlaufkörper (2) sowohl Träger des Wandlers (3) als auch der Schaltung (7) ist.

2. Füllstandsmessgerät nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallvorlaufkörper (2) in an dem von dem Wandler (3) besetzten Bereich (2") angrenzenden Bereich Aussparungen (4) besitzt.

3. Füllstandsmessgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (4) Fenster mit unmittelbar an den Schallwandler (3) angrenzende Ränder ausbilden.

4. Füllstandsmessgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch zwischen den insbesondere bogenförmigen Fenstern (4) verbleibende Stege (8).

5. Füllstandsmessgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallvorlaufkörper (2) von einem Keramiksubstrat gebildet ist.

6. Füllstandsmessgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallvorlaufkörper (2) in einem Gehäuse angeordnet ist und insbesondere ohne rückwärtige Dämpfungsmittel in einer Vergussmasse steckt.

7. Füllstandsmessgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Schallvorlaufkörpers (2) bzw. die Dicke eines mit einer Verlängerung (5) verlängerten Schallvorlaufkörpers der doppelten Wellenlänge des Ultraschallsignales entspricht.

8. Füllstandsmessgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Monttage des Schallvorlaufkörpers an der tankaußenseitigen Wandung (9) über eine Schallvorlaufkörper-Verlängerung (5) erfolgt, welche insbesondere von einer Keramikscheibe ausgebildet wird.