DE102005056984A1

DE102005056984A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Messen und Überwachen eines Füllstandes eines Mediums in einem Behälter

Info

Publication number: DE102005056984A1
Application number: DE200510056984
Authority: DE
Inventors: Markus Eisele; Bernhard Fessler; Harry Dr. Nolzen
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-05-31

Abstract

Die Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung (8) und ein Verfahren, um den Füllstand eines Mediums (3) mittels eines Körpers (2) messen und überwachen zu können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Messen und Überwachen des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Füllstandssensoren überwachen Flüssigkeiten in Behältern und geben beim Erreichen eines Grenzwertes ein Signal ab. Aus der DE 102 34 578 A1 ist eine Messvorrichtung zur Messung und Überwachung des Ölstandes in einem Getriebe oder einem Motor bekannt, bei der der Füllstand sowohl durch eine automatische Messung als auch über eine manuelle Messung überprüft werden kann. Ein automatischer Füllstandssensor ist mit einem Ölmessstab kombiniert und zu einer Baueinheit integriert, die wie ein Ölmessstab handhabbar ist.

Die bekannte Baueinheit besteht aus mehreren steckbaren Teilen und muss je nach Behälterausführung in verschiedenen Varianten hergestellt werden, wodurch zusätzliche Kosten entstehen.

Ebenso ist aus der DE 103 45 885 A1 bekannt, den Füllstand über ein so genanntes Schwimmerprinzip zu ermitteln. Beim Schimmerprinzip ist ein Schwimmer am Ende eines Hebelarmes angebracht, wobei der Hebelarm drehbar an einem festen Punkt gelagert ist. Der Auftrieb des Schwimmers veranlasst den Schwimmer, auf der Oberfläche des Mediums zu schwimmen und mit dem sich verändernden Mediumspegel zu steigen oder zu fallen, was in einer Drehbewegung des Schwimmers um eine Drehachse resultiert und der Füllstand über ein Messgerät erfasst wird. Hierbei sind Schwimmer bekannt, die mindestens zwei voneinander getrennte Kammern besitzen, damit im Falle eines Lecks der Schwimmer seinen Auftrieb nicht verliert.

Nachteile solcher Schwimmer sind, dass sie aus mindestens zwei Teilen bestehen, die fertigungstechnisch zusammengefügt werden müssen, damit voneinander getrennte Kammern entstehen und dass sie durch Verschäumung des Mediums über den Mediumspegel angehoben werden können, wodurch Messergebnisse verfälscht werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Messen und Überwachen des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter darzustellen, deren Funktion durch Leckage nicht gefährdet ist und bei der auf Hardware-Varianten verzichtet werden kann.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisende, gattungsgemäße Vorrichtung zum Messen und Überwachen des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter sowie durch ein entsprechendes Verfahren gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird über eine Steuerung ein Druck eingestellt. Durch diesen Druck entsteht über eine weitere Vorrichtung, bestehend bspw. aus einer Düse, ein Volumenstrom, welcher einen Körper an die Oberfläche eines Mediums befördert. Die Richtung, in welcher der Körper an die Oberfläche des Mediums befördert wird, wird durch ein Führungselement, bspw. ein Rohr oder mindestens ein Führungsstab, vorgegeben. Die Zeitdauer, wie lange der Volumenstrom erzeugt werden muss, bis sich der Körper an der Oberfläche des Mediums befindet, kann über die Steiggeschwindigkeit des Körpers, welche u. a. von den Parametern Strömungskraft des Volumenstromes, Viskosität des Mediums, Dichte und Form des Körpers abhängig ist, bestimmt werden. Befindet sich der Körper an der Oberfläche des Mediums, wird der Volumenstrom abgeschaltet und durch die Steuerung, über die der Druck einstellbar ist, wird eine Zeitmessung gestartet. Der Körper bewegt sich über das Führungselement solange nach unten, bis er am unteren Ende des Führungselementes seine Ausgangsposition erreicht. In dieser Position wird der Körper von einem Sensor erfasst. Dieser Sensor liefert an die Steuerung, über die die Zeitmessung gestartet wurde, ein Signal, durch welches die Zeitmessung gestoppt wird. Über die gemessene Zeit, die Sinkgeschwindigkeit des Körpers, die über die Parameter Dichte und Form des Körpers sowie Viskosität des Mediums bestimmbar ist und über weitere Daten, die während der Messung erfasst werden, bspw. die Temperatur des Mediums und der Fahrzustand, lässt sich der Füllstand ableiten. Die während der Messung ermittelten Daten können in der Steuerung in einen nichtflüchtigen Speicher geschrieben werden. Die aktuell gemessenen Daten können mit denen in der Steuerung gespeicherten Daten einer vorangegangenen Messung verglichen und somit eine Füllstandsauswertung vorgenommen werden.

Für die Vorrichtung wird mindestens ein Körper benötigt, der aus einer geometrisch frei wählbaren Form, bspw. einer Kugel, einem Zylinder oder einem Kegel besteht.

Das Führungselement wird so ausgelegt, dass der Körper durch den Volumenstrom nicht über den Mediumspegel angehoben werden kann. Um das Messsystem sauber zu halten, wird zur Anhebung des Körpers ein gefiltertes Medium verwendet. Der Filter kann sich sowohl in der Vorrichtung, durch die der Volumenstrom erzeugt wird, als auch in der Zuleitung zwischen dieser Vorrichtung und der Steuerung, die den Druck zum Erzeugen des Volumenstromes bereitstellt, untergebracht werden.

Die Messung des Füllstandes kann beliebig oft stattfinden, wodurch Informationen zum Füllstand zu jeder Zeit abgerufen werden können.

Weitere Vorteile sind, dass das Messverfahren leicht in die hydraulische Steuerung integriert und dadurch auf Hardware-Varianten verzichtet werden kann, da die Varianten in der Software durch geeignete Applikationsparameter, wie z.B. Getriebetyp, Einbaulage, Öltyp, etc. eingestellt werden.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Figuren beispielhaft näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Vorrichtung zum Messen und Überwachen eines Füllstandes eines Mediums in einem Behälter gemäß der vorliegenden Erfindung, in nicht betätigtem Zustand und
2 eine Vorrichtung zum Messen und Überwachen eines Füllstandes eines Mediums in einem Behälter gemäß der vorliegenden Erfindung, im Zustand vor dem Start.
1 zeigt eine Vorrichtung 8 in nicht betätigtem Zustand. In dieser Ansicht befindet sich ein Körper 2 in seiner Ausgangslage 9 und wird von einem Sensor 4 erkannt. Über ein Führungselement 1 wird der Körper 2 in seiner Ausgangslage 9 fixiert. Durch eine Steuerung 10 wird kein Druck 7 erzeugt, wodurch über eine weitere Vorrichtung 5, bspw. eine Düse, kein Volumenstrom 6 entsteht und der Körper 2 dadurch seine Ausgangslage 9 beibehält.
2 zeigt die Vorrichtung 8 im Zustand vor einer Messung. In diesem Zustand entsteht durch den von der Steuerung 10 einstellbaren Druck 7 über die Vorrichtung 5 der Volumenstrom 6, welcher den Körper 2 an die Oberfläche eines Mediums 3 befördert. Der Körper 2 wird durch das Führungselement 1 an die Oberfläche des Mediums 3 geführt. Das Verlassen der Ausgangslage 9 des Körpers 2 wird von dem Sensor 4 erkannt. Über die Steiggeschwindigkeit des Körpers 2, welche u. a. von den Parametern Strömungskraft des Volumenstromes 6, Viskosität des Mediums 3, Dichte und Form des Körpers 2 abhängig ist, wird die Zeitdauer, wie lange der Volumenstrom 6 erzeugt werden muss, damit sich der Körper 2 sicher an der Oberfläche des Mediums 3 befindet, festgelegt. Befindet sich der Körper 2 an der Oberfläche des Mediums 3, wird der Druck 7 durch die Steuerung 10 abgeschaltet und eine Zeitmessung durch die Steuerung 10 gestartet. Der Körper 2 erhält keinen Auftrieb mehr und bewegt sich in seine Ausgangslage 9 zurück, wo er durch den Sensor 4 erkannt wird. Der Sensor 4 liefert ein Signal, durch welches die Zeitmessung gestoppt wird. Über die gemessene Zeit, die Sinkgeschwindigkeit des Körpers 2, die über die Parameter Dichte und Form des Körpers 2 sowie Viskosität des Mediums 3 bestimmbar ist und über weitere Daten, die während der Messung erfasst werden, bspw. die Temperatur des Mediums 3 und der Fahrzustand, lässt sich der Füllstand ableiten. Die während der Messung ermittelten Daten werden in der Steuerung 10 in einen nichtflüchtigen Speicher geschrieben. Die aktuell gemessenen Daten können mit denen in der Steuerung 10 gespeicherten Daten einer vorangegangenen Messung verglichen und somit eine Füllstandsauswertung vorgenommen werden.

1: Führungselement
2: Körper
3: Medium
4: Sensor
5: Vorrichtung
6: Volumenstrom
7: Druck
8: Vorrichtung
9: Ausgangslage des Körpers
10: Steuerung

Claims

Vorrichtung (8) zum Messen und Überwachen des Füllstandes eines Mediums (3) in einem Behälter, vorzugsweise des Ölstandes in einem Getriebe oder einem Motor, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (8) folgendes aufweist: – einen Körper (2), – ein Führungselement (1), – einen Sensor (4), der den Körper (2) in seiner Ausgangslage (9) erfasst, – eine Steuerung (10), zum Einstellen eines Druckes (7) und – eine Vorrichtung (5), zum Erzeugen eines Volumenstromes (6).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (2) aus einer geometrisch frei wählbaren Form, beispielsweise einer Kugel, einem Zylinder oder einem Kegel, besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (2) aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlicher Dichte besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (3) des Volumenstromes (6) durch einen Filter sauber gehalten wird.
Verfahren zum Messen und Überwachen des Füllstandes eines Mediums (3) in einem Behälter, vorzugsweise des Ölstands in einem Getriebe oder einem Motor, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – ein Körper (2) befindet sich in seiner Ausgangslage (9) und wird von einem Sensor (2) erfasst, – über einen von einer Steuerung (10) einstellbaren Druck (7) entsteht über eine Vorrichtung (5), bspw. eine Düse, ein Volumenstrom (6), – durch den Volumenstrom (6) wird der Körper (2) über ein Führungselement (1) an die Oberfläche des Mediums (3) geführt, – über die Steiggeschwindigkeit des Körpers (2), welche unter anderem von den Parametern Strömungskraft des Volumenstromes (6), Viskosität des Mediums (3), Dichte und Form des Körpers (2) abhängig ist, wird die minimale Zeitdauer, wie lange der Volumenstrom (6) erzeugt werden muss, damit sich der Körper (2) an der Oberfläche des Mediums (3) befindet, festgelegt, – befindet sich der Körper (2) an der Oberfläche des Mediums (3), dann wird der Volumenstrom (6) abgeschaltet und eine Messung gestartet, – der Körper (2) bewegt sich in seine Ausgangslage (9) zurück, wo er vom Sensor (4) erkannt wird, – durch ein Signal vom Sensor (4) wird die Messung gestoppt und – über die Zeit, die der Körper (2) benötigt, um von der Oberfläche des Mediums (3) seine Ausgangsposition (9) zu erreichen und über weitere Daten, beispielsweise Temperatur, Viskosität des Mediums und Fahrzustand, die während der Messung erfasst und mit gespeicherten Daten einer vorangegangener Messung verglichen werden, wird der Füllstand ermittelt.