DE102006050661A1 - Capacitive fill level sensor for fuel tank of motor vehicle, has support structure formed of electrical insulant material such that strip together with flat section is bendable around main axis, without contact of electrodes with each other - Google Patents

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Klaus Priewe
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    • G01F23/263—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors

Abstract

The sensor has an external electrode with a hollow section (10) formed in a flat cross section, where the section is bendable selectively around its cross-section-main axis, which runs towards a cross-section-flat extension. An inner electrode has a flat material strip (13), which is surrounded by a liquid-open support structure. The structure is formed from an electrical insulant material in such a manner the strip together with the flat section is bendable around the main axis, without the contact of the electrodes with each other due to the bend of the electrode arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Füllstandssensor für Kraftstofftanks mit einem in Art eines Meßstabes sich ersteckenden Hohlprofil, das die Außenelektrode zu einer in dem Hohlprofil verlaufenden Innenelektrode bildet, wobei der in dem Hohlprofil als Dielektrikum vorhandene und sich verändernde Kraftstoffüllstand die elektrische Kapazität der Elektrodenanordnung verändert, und die Kapazitätsänderung mittels einer Auswerte-Elektronik meßtechnisch erfaßbar ist.The The invention relates to a capacitive level sensor for fuel tanks with one in the manner of a dipstick extending hollow profile, the outer electrode to a in the Hollow profile extending inner electrode forms, wherein in the Hollow profile as a dielectric existing and changing fuel level the electrical capacity the electrode arrangement changes, and the capacity change by means of an evaluation electronics can be detected by measurement.

Kapazitive Füllstandssensoren des vorgenannten Typs sind als Rohrsensor bekannt, d. h. zwei Rohre sind koaxial ineinandergesetzt, wobei das äußere Rohr die Außenelektrode und das innere Rohr die Innenelektrode bildet. Beide Rohre sind mittels Abstandshalter aus einem elektrischen Isolierstoffmaterial relativ zueinander fixiert. Es genügt, die einzelnen Abstandshalter in größeren axialen Abständen anzuordnen, da die im Querschnitt kreisrunden Rohr-Elektroden ausreichend steif sind, so daß sich die Elektroden nicht gegenseitig berühren.capacitive level sensors of the aforementioned type are known as pipe sensors, i. H. two pipes are coaxially nested, the outer tube being the outer electrode and the inner tube forms the inner electrode. Both pipes are by means of spacers made of an electrically insulating material fixed relative to each other. Suffice it, the individual spacers in larger axial intervals to arrange, since the circular cross-section tube electrodes sufficient are stiff, so that the Do not touch the electrodes.

Beim Einbau der bekannten Rohrsensoren in den Kraftstofftank eines Fahrzeuges können Montageprobleme auftreten, da die Kraftstofftanks oftmals stark verformte Raumgebilde sind, um auch die konstruktiven Nebenräume innerhalb einer Kraftfahrzeugkarosserie für das Volumen des Kraftstofftanks nutzen zu können. In solche Kraftstofftanks sind dann mehrere Rohrsensoren einzubauen, die jeweils auch die Nebenräume der als Raumgebilde hergestellten Kraftstofftanks erfassen.At the Installation of the known pipe sensors in the fuel tank of a vehicle can Assembly problems occur because the fuel tanks are often strong deformed spatial formations are to include even the constructive side rooms within a motor vehicle body for to be able to use the volume of the fuel tank. In such fuel tanks Are then to install several pipe sensors, each of which also Outbuildings capture the fuel tanks produced as a spatial structure.

Jeder der Rohrsensoren ist mit einer eigenen Auswerte-Elektronik verdrahtet, die üblicherweise außerhalb des Kraftstofftanks nahe der jeweiligen Wandöffnung im Tank für das Einsetzen des Rohrsensors positioniert sind und deren Meßwert-Ergebnisse einem Anzeigegerät (z. B. im Armaturenfeld des Kraftfahrzeuges) zugeleitet werden.Everyone the pipe sensors are wired with their own evaluation electronics, usually outside of the fuel tank near the respective wall opening in the tank for insertion the pipe sensor are positioned and their measured value results a display device (eg. in the dashboard of the motor vehicle).

Aufgabe der Erfindung ist es, einen kapazitiven Füllstandssensor des eingangs definierten Typs zu entwickeln, der einfacher und kostengünstiger in einem Kraftfahrzeugtank montiert werden kann und der auch geeignet ist, den jeweiligen Kraftstoffüllstand in solchen Tanks zu erfassen, die als stark verformtes Raumgebilde hergestellt sind.task The invention is a capacitive level sensor of the beginning defined type, the simpler and cheaper can be mounted in a motor vehicle tank and also suitable is, the respective fuel level to capture in such tanks, as a highly deformed spatial entity are made.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Hohlprofil, das bei Füllstandssensoren dieses Typs die Außenelektrode bildet, in der Form eines im Querschnitt flachen Hohlprofils hergestellt ist, das wahlweise um eine oder mehrere seiner in Richtung der Querschnitts-Flacherstreckung verlaufenden Querschnitts-Hauptachsen biegbar ist, und daß die Innenelektrode aus einem flachen Materialstreifen besteht, der allseitig von einer flüssigkeits-offenen Stützstruktur umgeben ist, die aus einem elektrischen Isolierstoffmaterial gebildet ist derart, das der flache Materialstreifen der Innenelektrode gemeinsam mit dem flachen Hohlprofil der Außenelektrode um eine oder mehrere der Querschnitts-Hauptachsen biegbar ist, ohne daß sich die Elektroden infolge der Biegung der Elektrodenanordnung einander berühren.These Task is inventively characterized solved, that this Hollow profile, that of level sensors of this type the outer electrode forms, made in the form of a cross-sectional flat hollow profile is, optionally one or more of its in the direction of the cross-sectional flat extent extending main cross-sectional axes is bendable, and that the inner electrode consists of a flat strip of material that is on all sides of a liquid-open support structure is surrounded, which is formed of an electrical insulating material such that the flat strip of material of the inner electrode in common with the flat hollow profile of the outer electrode by one or more the cross-sectional main axes is bendable without the electrodes due to the bending of the electrode assembly touching each other.

Der erfindungsgemäße Füllstandssensor kann entsprechend dem jeweiligen Raumgebilde des Kraftfahrzeugtanks verformt werden, wobei die Verformung nur eindimensional um eine oder mehrere Querschnitts-Hauptachsen des flachen Hohl- Profils möglich ist, wodurch gewährleistet ist, daß die Elektrodenanordnung des neuen Füllstandssensors mit einer großen axialen Länge (= Meßtiefe) herstellbar ist, ohne ihre Seitenstabilität zu verlieren. Diese Seitenstabilität ermöglicht ein problemloses Einschieben des Sensors in einen mehrfach verformten Kraftstofftank und erleichtert auch eine ausreichende Lagefixierung des Sensors in dem Kraftstofftank, so daß Schwallbewegungen des Kraftstoffes im Tank die genaue Positionierung und somit die Meßgenauigkeit des neuen Füllstandssensors nicht verändern können.Of the Inventive level sensor can deformed according to the respective space structure of the motor vehicle tank where the deformation is only one-dimensional about one or more major cross-sectional axes the flat hollow profile is possible, which ensures is that the Electrode arrangement of the new level sensor with a big one axial length (= Measuring depth) can be produced without losing their lateral stability. This lateral stability allows a easy insertion of the sensor into a multiply deformed Fuel tank and also facilitates a sufficient positional fixation the sensor in the fuel tank, so that surge of the fuel in the tank the exact positioning and thus the measuring accuracy of the new level sensor Don `t change can.

Ein wesentlicher Vorteil für eine besonders einfache Montage des neuen Füllstandssensors in einen Kraftstofftank wird gemäß Anspruch 2 dadurch erreicht, daß die Auswerte-Elektronik für die Elektrodenanordnung des neuen Füllstandssensors im Kopf des Hohlprofils der Außenelektrode positioniert ist und dort mittels einer öl- und benzinbeständigen Vergußmasse ortsfest vergossen ist. Der neue Füllstandssensor kann dann einstückig und komplett mit einem einzigen Montagevorgang in einem Kraftstofftank montiert werden, wobei zur Stromversorgung und zur Verdrahtung mit einer Meßanzeige nur noch die erforderlichen Drahtleiter durch die Wandung des Kraftstofftanks bzw. durch einen geeigneten Stopfen des Kraftstofftanks hindurchzuführen sind.One significant advantage for a particularly simple installation of the new level sensor in a fuel tank is according to claim 2 achieved in that the Evaluation electronics for the electrode assembly of the new level sensor in the head of the Hollow profile of the outer electrode is positioned and fixed there by means of an oil and gasoline resistant potting compound is shed. The new level sensor can then be one piece and complete with a single assembly operation in a fuel tank being mounted, being used for power supply and wiring a gauge only the required wire conductors through the wall of the fuel tank or pass through a suitable plug of the fuel tank.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform des neuen Füllstandssensors ver wendet gemäß Anspruch 3 eine Innenelektrode, die sich bis in den Fußbereich des Hohlprofils (der Außenelektrode) erstreckt und dort mittels einer in das Hohlprofil der Außenelektrode eingesteckten Isolierstoff-Kappe fixiert ist. Diese Isolierstoff-Kappe soll in unmittelbarer Referenznähe zum fußseitigen Ende der Innenelektrode eine oder mehrere bodenseitige Eintrittsöffnungen für den Kraftstoff aufweisen. Dadurch wird erreicht, daß die Elektrodenanordnung sehr nahe bis an den Boden des Kraftstofftanks heranführbar ist, so daß auch ein sehr geringer Kraftstoffüllstand des Tanks angezeigt wird.A particularly expedient embodiment of the new level sensor ver applies according to claim 3 an inner electrode extending into the foot region of the hollow profile (the Outer electrode) extends and there by means of a in the hollow profile of the outer electrode inserted insulating material cap is fixed. This insulating cap should be close to the reference to the foot side End of the inner electrode one or more bottom-side inlet openings for the fuel exhibit. This ensures that the electrode arrangement is very can be brought close to the bottom of the fuel tank, so that a very low fuel level of the tank is displayed.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des neuen Füllstandssensors ergibt sich daraus, daß sowohl die bodenseitigen Eintrittsöffnungen für den Kraftstoff und auch die notwendigen kopfseitigen Entlüftungsöffnungen im Hohlprofil am dortigen Meßende der Elektrodenanordnung dafür genutzt werden, daß durch entsprechende Bemessung dieser Öffnungen unerwünschte Kraftstoffbewegungen (sogenannte "schwappende" Bewegungen des Kraftstoffs) im Hohlprofil mechanisch bedämpft werden (siehe Anspruch 4).A further advantageous embodiment of new level sensor results from the fact that both the bottom side inlet openings for the fuel and the necessary head-side vents are used in the hollow section at the local end of the electrode assembly that by appropriate design of these openings undesirable fuel movements (so-called "sloshing" movements of the fuel) in the hollow section be mechanically damped (see claim 4).

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:following is an embodiment of Invention described in more detail with reference to the drawings. Show it:

1 bis 3 einen erfindungsgemäßen Füllstandssensor, 1 to 3 a level sensor according to the invention,

4 eine Einbaumöglichkeit des Sensors in einen Kraftstofftank. 4 a possibility of installation of the sensor in a fuel tank.

Der in den 1 bis 3 dargestellte kapazitive Füllstandssensor besitzt eine Außenelektrode in der Form eines im Querschnitt flachen Hohlprofils 10. 3 zeigt die bodenseitige Draufsicht auf das Hohlprofil in dessen bodenseitiges Ende eine Isolierstoff-Kappe 11 eingesteckt ist, die eine bodenseitige Eintrittsöffnung 12 für den Kraftstoff aufweist.The in the 1 to 3 Capacitive level sensor shown has an outer electrode in the form of a hollow profile in cross-section 10 , 3 shows the bottom-side plan view of the hollow profile in the bottom end an insulating material cap 11 is inserted, which has a bottom-side inlet opening 12 for the fuel.

In dem Hohlprofil ist eine Innenelektrode angeordnet, die aus einem flachen Materialstreifen 13 besteht, der (was in den Zeichnungen aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist) allseitig von einer flüssigkeits-offenen Stützstruktur umgeben ist, die ihrerseits aus einem elektrischen Isolierstoffmaterial besteht und als allseitiger, über die gesamte axiale Länge der Innenelektrode 13 sich erstreckender Abstandshalter dient derart, daß der flache Materialstreifen 13 der Innenelektrode gemeinsam mit dem flachen Hohlprofil 10 der Außenelektrode um eine oder mehrere der Querschnitts-Hauptachsen 14 biegbar ist, von denen eine in 3 eingezeichnet ist.In the hollow profile, an inner electrode is arranged, which consists of a flat strip of material 13 consists of (which is not shown in the drawings for reasons of clarity) is surrounded on all sides by a liquid-open support structure, which in turn consists of an electrical insulating material and as all sides, over the entire axial length of the inner electrode 13 extending spacer serves such that the flat strip of material 13 the inner electrode together with the flat hollow profile 10 the outer electrode around one or more of the cross-sectional major axes 14 is bendable, one of which is in 3 is drawn.

An dem Kopf des flachen Materialstreifens der Innenelektrode ist mittels einer Leiterplatte 15 eine Auswerte-Elektronik für den kapazitiven Füllstandssensor positioniert. Die Leiterplatte 15 kann z. B. mit dem flachen Materialstreifen der Innenelektrode 13 vernietet sein. Auf der anderen Seite ist die Leiterplatte 15 mittels der Leiterführungskanäle 16 von einer oberen Isolierstoff-Kappe 17 lagefixiert gehalten, wobei durch diese obere Isolierstoff-Kappe die Drahtleiter 18 für die Stromversorgung und zur Verdrahtung der Meßanzeige hindurchgeführt sind. Die gesamte Auswerte-Elektronik ist in dem oberen Kopfende des Hohlprofils bis hin zu der erkennbaren Verguß-Oberfläche 19 mittels einer öl- und benzinbeständigen Vergußmasse ortsfest vergossen.At the head of the flat strip of material of the inner electrode is by means of a printed circuit board 15 an evaluation electronics for the capacitive level sensor positioned. The circuit board 15 can z. B. with the flat strip of material of the inner electrode 13 riveted. On the other side is the circuit board 15 by means of the conductor guide channels 16 from an upper insulating material cap 17 held fixed in position, which through this upper insulating cap, the wire conductor 18 are passed for the power supply and the wiring of the measurement display. The entire evaluation electronics is in the upper head end of the hollow profile up to the recognizable potting surface 19 cast stationary by means of an oil and gasoline resistant potting compound.

Unmittelbar unterhalb der Verguß-Oberfläche 19 befindet sich auf beiden Seitenflächen des Hohlprofils je eine kopfseitige Entlüftungsöffnung 20.Immediately below the potting surface 19 located on both side surfaces of the hollow profile depending on a head-side vent opening 20 ,

4 zeigt in einer vereinfachten Querschnittsdarstellung die Möglichkeit, einen erfindungsgemäßen Füllstandssensor derart um seine Querschnitts-Hauptachsen 14 zu biegen bzw. zu verformen, daß der Füllstandssensor in einem mehrfach verformten Raumgebilde eines Kraftstofftanks zu montieren ist. 4 shows in a simplified cross-sectional view the possibility of a fill level sensor according to the invention in such a way around its cross-sectional main axes 14 to bend or deform, that the level sensor is to be mounted in a multi-deformed space structure of a fuel tank.

Claims (4)

Kapazitiver Füllstandssensor für Kraftstofftanks – mit einem in Art eines Meßstabes sich ersteckenden Hohlprofil, das die Außenelektrode zu einer in dem Hohlprofil verlaufenden Innenelektrode bildet, – wobei der in dem Hohlprofil als Dielektrikum vorhandene und sich verändernde Kraftstoffüllstand die elektrische Kapazität der Elektrodenanordnung verändert, – und die Kapazitätsänderung mittels einer Auswerte-Elektronik meßtechnisch erfaßbar ist, dadurch gekennzeichnet, – daß das Hohlprofil in der Form eines im Querschnitt flachen Hohlprofils (10) ausgebildet ist, das wahlweise um eine oder mehrere seiner in Richtung der Querschnitts-Flacherstreckung verlaufenden Querschnitts-Hauptachsen (14) biegbar ist, – und daß die Innenelektrode aus einem flachen Materialstreifen (13) besteht, der allseitig von einer flüssigkeits-offenen Stützstruktur umgeben ist, die aus einem elektrischen Isolierstoffmaterial gebildet ist – derart, das der flache Materialstreifen (13) der Innenelektrode gemeinsam mit dem flachen Hohlprofil (10) der Außenelektrode um eine oder mehrere der Querschnitts-Hauptachsen (14) biegbar ist, ohne daß sich die Elektroden infolge der Biegung der Elektrodenanordnung einander berühren.Capacitive level sensor for fuel tanks - with one in the manner of a dipstick ersteckenden hollow profile forming the outer electrode to an inner electrode extending in the hollow profile, - wherein the present in the hollow profile as a dielectric and changing fuel level changes the electrical capacitance of the electrode assembly, - and Capacity change by means of an evaluation electronics can be detected by measurement, characterized in that - that the hollow profile in the form of a hollow profile in cross-section ( 10 ), which is optionally formed around one or more of its in the direction of the cross-sectional flat extension extending cross-sectional main axes ( 14 ) is bendable, - and that the inner electrode of a flat strip of material ( 13 ), which is surrounded on all sides by a liquid-open support structure, which is formed from an electrical insulating material - such that the flat strip of material ( 13 ) of the inner electrode together with the flat hollow profile ( 10 ) of the outer electrode around one or more of the cross-sectional major axes ( 14 ) is bendable without the electrodes touching each other due to the bending of the electrode assembly. Füllstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – daß die Auswerte-Elektronik (15) im Kopf des Hohlprofils (10) positioniert und mittels einer öl- und benzinbeständigen Vergußmasse im Kopf des Hohlprofils ortsfest vergossen ist.Level sensor according to claim 1, characterized in that - the evaluation electronics ( 15 ) in the head of the hollow profile ( 10 ) is positioned and sealed by means of an oil and gasoline resistant potting compound in the head of the hollow profile. Füllstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – daß sich die Innenelektrode (13) bis in den Fußbereich des Hohlprofils (10) erstreckt und dort mittels einer in das Hohlprofil der Außenelektrode eingesteckten Isolierstoff-Kappe (11) fixiert ist – und daß die Isolierstoff-Kappe in unmittelbarer Referenznähe zum fußseitigen Ende der Innenelektrode eine oder mehrere bodenseitige Eintrittsöffnungen (12) für den Kraftstoff aufweist. Level sensor according to claim 1, characterized in that - the inner electrode ( 13 ) to the foot of the hollow profile ( 10 ) and there by means of an inserted into the hollow profile of the outer electrode insulating cap ( 11 ) - and that the insulating material cap in the immediate vicinity of the reference to the foot end of the inner electrode one or more bottom-side inlet openings ( 12 ) for the fuel. Füllstandssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, – daß die bodenseitigen Eintrittsöffnungen (12) für den Kraftstoff und die notwendigen kopfseitigen Entlüftungsöffnungen (20) im Hohlprofil am Meßende der Elektrodenanordnung derart bemessen sind, daß die Kraftstoffbewegungen im Hohlprofil mechanisch bedämpft sind.Level sensor according to claim 3, characterized in that - the bottom-side inlet openings ( 12 ) for the fuel and the necessary head-side vents ( 20 ) are dimensioned in the hollow profile at the measuring end of the electrode assembly such that the fuel movements are mechanically damped in the hollow profile.
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