DE102005018824B3

DE102005018824B3 - Vorrichtung zur Füllstandsmessung in einem Flüssigkeitsbehälter

Info

Publication number: DE102005018824B3
Application number: DE200510018824
Authority: DE
Inventors: Thomas Hartmann; Wilfried Zachmann; Martin Schaller
Original assignee: Robert Seuffer GmbH and Co KG
Current assignee: Schaller Martin De
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2025-04-23

Abstract

Eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung in einem Flüssigkeitsbehälter mit einem elektroakustischen Wandler 1, der durch elektrische Signale erzeugte Ultraschallwellen in den Behälterinnenraum sendet und aus empfangenen Echoschallwellen zum Füllstand proportionale elektrische Signale bildet, wobei der elektroakustische Wandler 1 in einem haubenförmigen Metallgehäuse 2, welches flüssigkeitsdicht in den Behälter eingesetzt ist, angeordnet ist und eine im Behälterinneren angeordnete Decke 3 des haubenförmigen Metallgehäuses 2, welche mit dem elektroakustischen Wandler 1 in schallwellenübertragender Verbindung steht, in das Innere des Metallgehäuses 2 hineingewölbt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung in einem Flüssigkeitsbehälter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine aus WO 83/02001 A1 bekannte Vorrichtung beinhaltet einen elektroakustischen Wandler, der mittels elektrischer Signale erzeugte Schallwellen in den Behälterinnenraum sendet und aus empfangenen Echoschallwellen zum Füllstand proportionale elektrische Signale bildet. Die Schallwellen werden von oben in das Behälterinnere ausgesendet, wobei zunächst das über der Flüssigkeitsoberfläche befindliche Gasvolumen und hieraus das Flüssigkeitsvolumen bestimmt werden. Der elektroakustische Wandler ist in einem haubenförmigen Metallgehäuse, welches flüssigkeitsdicht in der oben liegenden Behälterwand eingesetzt ist, angeordnet. Mit Hilfe eines Schalltrichters werden die Schallwellen vom elektroakustischen Wandler in das Behälterinnere abgestrahlt und die Echoschallwellen empfangen.

Bei einer aus DE 197 14 973 A1 bekannten Vorrichtung ist ein elektroakustischer Wandle in der Behälterwandlung angeordnet. Dieser sendet durch elektrische Signale erzeugte Schallwellen in den Behälterinnenraum und empfängt vom Füllstand im Behälterinnenraum abhängige Echoschallwellen, welche in elektrische Messsignale gewandelt werden. Aufgrund von Temperaturschwankungen, welche in der Praxis, insbesondere bei Anwendung in Kraftfahrzeugen während des Betriebs auftreten, verformt sich die die Schallwellen aussendende und die Echoschallwellen empfangende Metallfläche. Diese Verformung äußerst sich in einem plötzlichen Nachaußenwölben (Knallfrosch-Effekt) der die Schallwellen abstrahlenden und empfangenden Metalloberfläche. Dies führt zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Messgenauigkeit.

Aufgabe der Erfindung ist es den, die Oberfläche, von welcher die (Ultra-) Schallwellen in das Behälterinnere abgestrahlt werden und von welcher die Echoschallwellen emp fangen werden, ihre Form und ihre Gestalt während des Betriebs unverändert beibehält.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Bei der Erfindung ist der elektroakustische Wandler in einem haubenförmigen Metallgehäuse, welches flüssigkeitsdicht in eine Behälterwand insbesondere in den Behälterboden eingesetzt ist, angeordnet. Das haubenförmige Metallgehäuse besitzt eine Decke, welche im Behälterinnenraum angeordnet ist und von deren Fläche die vom elektroakustischen Wandler erzeugten Schallwellen in den Behälterinnenraum abgestrahlt werden und an welcher die Echoschallwellen empfangen und an den elektroakustischen Wandler weitergeleitet werden. Die Decke steht in diese Schallwellen übertragender Verbindung mit dem elektroakustischen Wandler. Hierzu kann der elektroakustische Wandler mittels eines Klebers, beispielsweise auf Expoxidharzbasis mit der Decke des haubenförmigen Metallgehäuses verbunden sein. Die Decke des haubenförmigen Metallgehäuses besitzt eine in das Innere des Metallgehäuses gerichtete Wölbung, welche vorzugsweise die Form einer Kugelkalotte hat. Durch die Wölbung des Deckenmaterials, welches an seinem umlaufenden Rand von der Metallgehäusewand mechanisch abgestützt wird, ist gewährleistet, dass insbesondere aufgrund von thermischen Einflüssen Spannungen von der Gehäusewand aufgenommen werden. Die Wölbung der Decke und insbesondere die gewölbte Form der Deckenoberfläche, von welcher die Schallwellen in das Behälterinnere ausgesendet und an welcher die Echoschallwellen empfangen werden, bleibt bei den in der Praxis vorkommenden Temperaturschwankungen erhalten. Die Gefahr von Messwertverfälschungen, die sich aufgrund thermischer Einflüsse ergeben können, ist damit beseitigt.

Der Gehäusemantel des haubenförmigen Metallgehäuses, an dessen einem Ende die gewölbte Decke abgestützt ist, ist vorzugsweise kreiszylindrisch ausgebil det. Am anderen Ende des Gehäusemantels ist das Metallgehäuse offen. An das offene Ende des Metallgehäuses ist vorzugsweise einstückig eine kreisringförmige Metallscheibe angeformt. Diese wirkt unterstützend bei der Aufnahme der Verformungskräfte, welche bei Temperaturschwankungen auf die Decke des haubenförmigen Metallgehäuses einwirken. Ferner bietet die kreisringförmige Metallscheibe Befestigungsmöglichkeiten für ein weiteres Gehäuse, in welchem eine die Messsignale des elektroakustischen Wandlers auswertende Schaltungsanordnung angeordnet ist. Die Schaltungsanordnung kann auf einer gedruckten Leiterplatte vorgesehen sein. Der Wandler und die Schaltungsanordnung können im Kunststoffgehäuse mittels einer Vergussmasse fixiert sein. Das Kunststoffgehäuse kann an der kreisringförmigen Metallscheibe, beispielsweise durch Aufklipsen befestigt werden. Am Kunststoffgehäuse kann eine Steckerbuchse für die elektrische Kontaktierung nach außen vorgesehen sein.

Anhand der Figur wird an einem Ausführungsbeispiel die Erfindung noch näher erläutert.
Die Figur zeigt in schematischer schnittbildlicher Darstellung das Ausführungsbeispiel. Dieses beinhaltet einen elektroakustischen Wandler 1, beispielsweise aus einem piezoelektrischen Keramikmaterial mit elektrischen Zuleitungen 10. Der elektroakustische Wandler 1 ist derart ausgebildet, dass er elektrische Signale, welche über die elektrischen Zuleitungen 10 zugeführt werden, in Schallwellen wandelt. Diese Schallwellen, insbesondere im Ultraschallbereich werden an eine Metallfläche, welche als Decke 3 eines haubenförmigen Metallgehäuses 2 ausgebildet ist, übertragen. Hierzu kann der elektroakustische Wandler 1 mittels eines Klebers 9 an der Unterseite der Decke 3 befestigt sein. Der Kleber 9 befindet sich im Zwischenraum zwischen dem elektroakustischen Wandler 1 und der Unterseite der Decke 3. Die Schallwellen werden von der Oberfläche der Decke 3 in das Behälterinnere abgestrahlt und es werden Echoschallwellen empfangen, die eine Information zum Füllstand einer Flüssigkeit 7 im Flüssigkeitsbehälter enthalten. Die Echoschallwellen werden von der im Behälterinnenraum befindlichen Oberfläche der Decke 3 empfangen und an den elektroakustischen Wandler 1 über den Kleber 9 weitergeleitet. Der Kleber 9 ist beispielsweise ein Kunststoff harz auf Epoxidbasis. Es kann auch ein anderer die Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen übertragender Kleber oder eine entsprechende Haftschicht vorgesehen sein. Hierdurch erfolgt eine akustische Ankopplung der Decke 3 an den elektroakustischen Wandler 1.
Wie aus der Figur zu ersehen ist, ist die Decke 3 des haubenförmigen Metallgehäuses 2 in das Metallgehäuseinnere hin vorzugsweise als Kugelkalotte gewölbt ausgebildet. Der Mantel des haubenförmigen Metallgehäuses 2 ist vorzugsweise kreiszylindrisch ausgebildet und am unteren Ende offen. An den Rand des unteren Gehäuseendes ist einstückig eine kreisringförmige Metallscheibe 4 aus dem gleichen Material wie das haubenförmige Gehäuse 2 angeformt. Der elektroakustische Wandler 1 und eine Schaltungsanordnung 5, welche beim Ausführungsbeispiel auf einer gedruckten Leiterplatte angeordnet ist, sind in einem Kunststoffgehäuse 6 angeordnet. Das Kunststoffgehäuse 6 ist an der ringförmigen Metallscheibe 4 durch geeignete Befestigungsmittel, beispielsweise federnde Rastelemente durch Einklipsen befestigt. Die Schaltungsanordnung 5 und der Wandler 1 können im Kunststoffgehäuse 6 mit einer Vergussmasse, beispielsweise Polyurethan eingegossen sein. Die elektrische Schaltung auf der gedruckten Leiterplatte bildet sowohl die elektrischen Steuersignale für den elektroakustischen Wandler 1 zur Erzeugung der in das Behälterinnere auszusendenden Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen und wertet ferner die empfangenen Messsignale, welche aus den Echoschallwellen gebildet sind, aus. Die ausgewerteten Messsignale liefern eine Information über den Füllstand der Flüssigkeit 7 im Behälter. Die entsprechenden elektrischen Signale werden über die elektrischen Leitungen 10 übertragen. Über nicht näher dargestellte Anschlussmittel, welche am Kunststoffgehäuse 6 vorgesehen sein können, werden die ausgewerteten Messsignale beispielsweise an eine Anzeigeeinrichtung weitergegeben. Die aus dem Kunststoffgehäuse 6 und dem elektroakustischen Wandler 1 und der elektrischen Schaltungsanordnung 5 bestehende Baueinheit wird in das Metallgehäuse 2 eingebaut.
Die zusammengebaute Anordnung bestehend aus dem haubenförmigen Metallgehäuse 2 mit der angeformten Metallscheibe 4 und das daran befestigte Kunst stoffgehäuse 6, welches den Messwandler 1 und die Schaltungsanordnung 5 enthält, werden als Baueinheit flüssigkeitsdicht in einer Behälterwand, beispielsweise im Behälterboden 8, wie in der Figur dargestellt ist, eingebaut. Dabei ragt zumindest die Oberseite der gewölbten Decke 3 in das Behälterinnere. Die gewölbte Decke 3 kann dabei über der Bodenfläche des Behälterbodens 8 überstehen, wie es in der Figur dargestellt ist. Sie kann jedoch auch fluchtend mit der Bodenfläche oder unterhalb der Bodenfläche in einer Vertiefung des Behälterbodens 8 angeordnet sein.

1: elektroakustischer Wandler
2: haubenförmiges Metallgehäuse
3: gewölbte Decke
4: kreisringförmige Metallscheibe
5: elektrische Schaltungsanordnung
6: Kunststoffgehäuse
7: Flüssigkeit
8: Behälterboden
9: Kleber
10: elektrische Leitungen

Claims

Vorrichtung zur Füllstandsmessung in einem Flüssigkeitsbehälter mit einem elektroakustischen Wandler, der durch elektrische Signale erzeugte Ultraschallwellen in den Behälterinnenraum sendet und aus empfangenen Echoschallwellen zum Füllstand proportionale elektrische Messsignale bildet, wobei der elektroakustische Wandler in einem Metallgehäuse, welches flüssigkeitsdicht in eine Behälterwand einzusetzen ist, angeordnet ist, und einer im Behälterinnenraum angeordneten und in das Innere des Metallgehäuses gewölbten Fläche, von welcher die Schallwellen abgestrahlt und Echoschallwellen empfangen werden und welche in die Ultraschallwellen übertragender Verbindung mit dem elektroakustischen Wandler steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallgehäuse (2) haubenförmig ist mit einer Decke (3), deren Wandung eine in das Innere des Metallgehäuses (2) gerichtete Wölbung besitzt und deren im Behälterinnenraum befindliche Oberfläche die gewölbte Fläche bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Decke (3) kugelkalottenförmig gewölbt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusemantel des haubenförmigen Metallgehäuses (2) zylinderförmig, insbesondere kreiszylinderförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallgehäuse (2) an seiner Unterseite offen ist und einstückig an eine kreisringförmige Metallscheibe (4) angeformt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektroakustische Wandler (1) und eine die Messsignale auswertende Schaltungsanordnung (5) in einem Kunststoffgehäuse (6) angeordnet und insbesondere vergossen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffgehäuse (6) an der Metallscheibe (4) befestigt ist.