DE102007059584A1 - level sensor - Google Patents

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Abstract

Ein Füllstandssensor (1) hat einen Flüssigkeitsbehälter (2). Ein Piezoelement (4) ist in einem Bodenbereich (3) des Flüssigkeitsbehälters (2) angeordnet. Ein erstes Kontaktelement (6) ist auf einer einer Flüssigkeitssäule (5) zugewandten Seite des Piezoelements (4) und ein zweites Kontaktelement (7) ist auf einer der Flüssigkeitssäule (5) angewandten Seite des Piezoelements (4) angeordnet. Die Kontaktelemente (6, 7) stehen mit dem Piezoelement (4) in elektrischem Kontakt. Das Piezoelement (4) ist durch eine Ankoppel-Beschichtung (10), die auf der der Flüssigkeitssäule (5) zugewandten Seite des Piezoelements (4) aufgebracht ist, gegen einen Innenraum (11) des Flüssigkeitsbehälters (2) abgedichtet. Es resultiert ein Füllstandssensor, bei dem eine Dämpfung der aus dem Piezoelement aus- und inrringert ist.A level sensor (1) has a liquid container (2). A piezo element (4) is arranged in a bottom region (3) of the liquid container (2). A first contact element (6) is arranged on a side of the piezo element (4) facing a liquid column (5), and a second contact element (7) is arranged on a side of the piezo element (4) applied to the liquid column (5). The contact elements (6, 7) are in electrical contact with the piezoelectric element (4). The piezo element (4) is sealed against an interior (11) of the liquid container (2) by a coupling coating (10), which is applied to the side of the piezoelement (4) facing the liquid column (5). The result is a level sensor, in which a damping of the from the piezoelectric element off and is inrringert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Füllstandssensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a level sensor according to the preamble of claim 1.

Derartige Füllstandssensoren sind als Ultraschall-Füllstandssensoren bekannt. Bei den bekannten Füllstandssensoren tritt eine starke Dämpfung der aus dem Piezoelement in die Flüssigkeitssäule eintretenden Schallwelle auf.such level sensors are as ultrasonic level sensors known. In the known level sensors occurs a strong damping of from the piezoelectric element entering the liquid column Sound wave on.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Füllstandssensor der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine Dämpfung der aus dem Piezoelement aus- und in die Flüssigkeitssäule eintretenden Schallwelle verringert ist.It It is an object of the present invention to provide a level sensor of the type mentioned in such a way that a damping of out of the piezoelectric element and entering the liquid column sound wave is reduced.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Füllstandssensor mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.These The object is achieved by a level sensor with the features specified in claim 1.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass wegen der Ankoppel-Beschichtung die Notwendigkeit wegfällt, die Schallwelle vom Piezoelement aus über eine Wand des Flüssigkeitsbehälters, also über eine Gehäuseschicht von diesen, in diesen einzukoppeln. Die Einkopplung erfolgt vielmehr praktisch direkt vom Piezoelement über die Ankoppel-Beschichtung in die Flüssigkeitssäule. Die das Piezoelement von der Flüssigkeitssäule trennende Schichtstärke der Ankoppel-Beschichtung kann dabei sehr gering gehalten werden, ohne dass hierbei Einschränkungen für die abdichtende Wirkung der Ankoppel-Beschichtung zu befürchten sind. Diese Schichtstärke der Ankoppel-Beschichtung kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 5 mm liegen.According to the invention was recognized that due to the Ankoppel coating eliminates the need, the Sound wave from the piezoelectric element via a wall of the liquid container, ie via a housing layer from these, to couple into these. The coupling is rather practically directly from the piezo element via the coupling coating into the liquid column. The the piezoelectric element separating from the liquid column layer thickness the coupling coating can be kept very low, without any restrictions for the sealing effect of Ankoppel coating are to be feared. This layer thickness For example, the coupling coating may be in a range between 0.1 mm and 5 mm.

Eine Ankoppel-Beschichtung nach Anspruch 2 führt zu einer kostengünstigen Herstellung des Füllstandssensors.A Coupling coating according to claim 2 leads to a cost-effective Production of the level sensor.

Eine nach den Ansprüchen 3 oder 4 angepasste Ankoppel-Beschichtung gewährleistet eine gute Betriebssicherheit des Füllstandssensors auch bei wechselnden Umgebungsbedingungen. Bevorzugt ist die Ankoppel-Beschichtung in ihren thermischen und/oder chemischen und/oder mechanischen Eigenschaften auch an das Material des Piezoelements angepasst.A according to the claims 3 or 4 adapted Ankoppel coating ensures good reliability of the level sensor even with changing environmental conditions. Preferably, the coupling coating is in their thermal and / or chemical and / or mechanical properties also adapted to the material of the piezoelectric element.

Eine zusätzliche Abdichtung des Kontaktelements nach Anspruch 5 durch die Ankoppel-Beschichtung vereinfacht den Aufbau des Füllstandssensors. Es kann insbesondere direkt die der Flüssigkeitssäule zugewandte Seite des Piezoelements mit dem ersten Kontaktelement kontaktiert werden, was zu einer zusätzlichen Effizienzsteigerung bei der Einkopplung der Ultraschallwelle in die Flüssigkeitssäule führt.A additional Sealing of the contact element according to claim 5 by the coupling coating simplifies the construction of the level sensor. It can in particular directly the liquid column facing side of the piezoelectric element with the first contact element to be contacted, resulting in an additional Increased efficiency in the coupling of the ultrasonic wave in the liquid column leads.

Eine Leitfähigkeits-Beschichtung nach Anspruch 6 sorgt für eine effiziente Leistungseinkopplung vom zweiten Kontaktelement in das Piezoelement.A Conductivity Coating according to claim 6 provides an efficient power input from the second contact element in the piezo element.

Eine Leitfähigkeits-Beschichtung nach Anspruch 7 ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des Füllstandssensors.A Conductivity Coating according to claim 7 allows a cost-effective Production of the level sensor.

Varianten des Füllstandssensors nach den Ansprüchen 8 sowie 9 und 10 gewährleisten eine in der Praxis ausreichende mechanische Entkopplung des Piezoelements vom umgebenden Boden und damit vom Gehäuse des Füllstandssensors. Dies steigert die Effizienz der Schallleistungs-Einkopplung über das Piezoelement nochmals.variants of the level sensor according to the claims 8 as well as 9 and 10 guarantee a sufficient in practice mechanical decoupling of the piezoelectric element from the surrounding floor and thus from the housing of the level sensor. This increases the efficiency of the sound power input via the piezo element again.

Eine Kontaktelement-Führung nach Anspruch 11 vereinfacht den Aufbau des Füllstandssensors zusätzlich. Die Kontaktelemente können beispielsweise vom Gehäusematerial des Flüssigkeitsbehälters umspritzt sein.A Contact element guide according to claim 11 simplifies the structure of the level sensor additionally. The contact elements can for example, from the housing material the liquid container overmolded be.

Bei einem Ultraschall-Füllstandssensor nach Anspruch 12 kommen die vorstehend erläuterten Vorteile besonders gut zum Tragen.at an ultrasonic level sensor According to claim 12, the advantages explained above are particularly good for carrying.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:One embodiment The invention will be explained in more detail with reference to the drawing. In show this:

1 schematisch einen Bodenbereich eines Flüssigkeitsbehälters mit einem dort angeordneten Piezoelement zur Füllstandsmessung sowie schematisch einer Flüssigkeitssäule oberhalb des Piezoelements; 1 schematically a bottom portion of a liquid container with a piezoelectric element arranged there for level measurement and schematically a liquid column above the piezoelectric element;

2 den Bodenbereich des Flüssigkeitsbehälters zusammen mit dem Piezoelement vergrößert und stärker im Detail; und 2 increases the bottom area of the liquid container together with the piezo element and more in detail; and

3 in einer zu 2 ähnlichen Darstellung eine weitere Variante eines Bodenbereichs eines Flüssigkeitsbehälters mit einem Piezoelement zur Füllstandsmessung. 3 in one too 2 a similar representation of a further variant of a bottom portion of a liquid container with a piezoelectric element for level measurement.

Ein Füllstandssensor 1 hat einen Flüssigkeitsbehälter 2, von dem in der Zeichnung lediglich ein Bodenbereich 3 dargestellt ist. Zur Füllstandsdetektion dient ein Piezoelement 4, das im Bodenbereich 3 des Flüssigkeitsbehälters 2 angeordnet ist. Oberhalb des Piezoelements 4 ist im Flüssigkeitsbehälter 2 eine Flüssigkeitssäule 5 angeordnet. Ein erstes Kontaktelement 6 ist auf einer der Flüssigkeitssäule zugewandten Seite des Piezoelements 4 angeordnet. Ein zweites Kontaktelement 7 ist auf der der Flüssig keitssäule 5 abgewandten Seite des Piezoelements 4 angeordnet. Über einen Verbindungsdraht 8 ist das erste Kontaktelement 6 mit der der Flüssigkeitssäule 5 zugewandten Seite des Piezoelements 4 elektrisch kontaktiert. Das zweite Kontaktelement 7 steht mit der der Flüssigkeitssäule 5 abgewandten Seite des Piezoelements 4 über eine Leitfähigkeits-Beschichtung 9 mit der der Flüssigkeitssäule 5 abgewandten Seite des Piezoelements 4 in elektrischem Kontakt. Die Leitfähigkeits-Beschichtung 9 ist auf der gesamten, der Flüssigkeitssäule 5 abgewandten Seite des Piezoelements 4 aufgebracht. Die Leitfähigkeits-Beschichtung 9 ist aus elektrisch leitfähigem Klebstoff. Die Leitfähigkeits-Beschichtung 9 sowie ein unterer Abschnitt des Piezoelements 4 sind in einer hierzu komplementären Aufnahme im Bodenbereich 3 des Flüssigkeitsbehälters 2 aufgenommen.A level sensor 1 has a liquid container 2 , of which in the drawing only a floor area 3 is shown. For level detection, a piezoelectric element is used 4 that in the ground area 3 of the liquid container 2 is arranged. Above the piezo element 4 is in the liquid container 2 a liquid column 5 arranged. A first contact element 6 is on one of the liquid column side facing the piezoelectric element 4 arranged. A second contact element 7 is on the liquid column 5 opposite side of the piezoelectric element 4 arranged. Via a connecting wire 8th is the first contact element 6 with the liquid column 5 facing side of the piezoelectric element 4 electrically contacted. The second contact element 7 stands with the liquid column 5 opposite side of the piezoelectric element 4 via a conductivity coating 9 with the liquid column 5 opposite side of the piezoelectric element 4 in electrical contact. The conductivity coating 9 is on the whole, the liquid column 5 opposite side of the piezoelectric element 4 applied. The conductivity coating 9 is made of electrically conductive adhesive. The conductivity coating 9 and a lower portion of the piezoelectric element 4 are in a complementary recording in the soil area 3 of the liquid container 2 added.

Das Piezoelement 4 ist durch eine Ankoppel-Beschichtung 10 gegen einen Innenraum 11 des Flüssigkeitsbehälters 2, in dem auch die Flüssigkeitssäule 5 vorhanden ist, abgedichtet. Die Ankoppel-Beschichtung 10 ist auf der der Flüssigkeitssäule 5 zugewandten Seite des Piezoelements 4 aufgebracht. Die Ankoppel-Beschichtung 10 ist als Vergussmasse ausgeführt und in ihren thermischen und chemischen und mechanischen Eigenschaften einerseits an das Material des Flüssigkeitsbehälters 2 und andererseits an das Material des Piezoelements 4 angepasst. Die Ankoppel-Beschichtung 10 überdeckt auch das erste Kontaktelement 6. Hierdurch ist das erste Kontaktelement 6 gegen den Innenraum 11 des Flüssigkeitsbehälters 2 abgedichtet.The piezo element 4 is by a coupling coating 10 against an interior 11 of the liquid container 2 in which also the liquid column 5 is present, sealed. The coupling coating 10 is on the liquid column 5 facing side of the piezoelectric element 4 applied. The coupling coating 10 is designed as potting compound and in their thermal and chemical and mechanical properties on the one hand to the material of the liquid container 2 and on the other hand to the material of the piezoelectric element 4 customized. The coupling coating 10 also covers the first contact element 6 , This is the first contact element 6 against the interior 11 of the liquid container 2 sealed.

Die beiden Kontaktelemente 6, 7 sind durch einen Boden 12 des Flüssigkeitsbehälters 2 nach draußen geführt.The two contact elements 6 . 7 are through a floor 12 of the liquid container 2 led outside.

Der Füllstandssensor 1 ist als Ultraschall-Füllstandssensor ausgeführt. Über das Piezoelement 4 wird in die Flüssigkeitssäule 5 eine Schallleistung eingekoppelt. Der Flüssigkeitsstand ergibt sich aus dem wiederum über das Piezoelement 4 empfangenen Echo-Signal zu der eingekoppelten Schallleistung. Die Schallleistung wird vom Piezoelement 4 aus über die Ankoppel-Beschichtung 10 in die Flüssigkeitssäule 5 eingebracht.The level sensor 1 is designed as an ultrasonic level sensor. About the piezo element 4 gets into the liquid column 5 coupled a sound power. The liquid level results from the turn over the piezoelectric element 4 received echo signal to the coupled sound power. The sound power is from the piezo element 4 off via the coupling coating 10 into the liquid column 5 brought in.

In der Ausführung nach 1 und 2 liegt ein Grenzniveau 13, welches mit der Seite des Piezoelements 4 zusammenfällt, die der Flüssigkeitssäule 5 zugewandt ist, oberhalb eines Bodenniveaus 14 des Bodens 12 des Flüssigkeitsbehälters 2. Bei der Ausführung nach 1 und 2 ist das Piezoelement 4 also in einem erhabenen Abschnitt 15 des Bodenbereichs 3 untergebracht. Dies führt zu einer weitgehenden mechanischen Entkopplung des Piezoelements 4 vom Flüssigkeitsbehälter 2. Eine Oberseite der Ankoppel-Beschichtung 10 fluchtet mit einem um diese umlaufenden Kantenbereich des erhabenen Abschnitts 15.In the execution after 1 and 2 is a limit level 13 , which with the side of the piezoelectric element 4 coincides, that of the liquid column 5 facing, above a floor level 14 of the soil 12 of the liquid container 2 , In the execution after 1 and 2 is the piezo element 4 so in a sublime section 15 of the floor area 3 accommodated. This leads to a substantial mechanical decoupling of the piezoelectric element 4 from the liquid container 2 , A top of the coupling coating 10 Aligns with a circumferential edge portion of the raised portion around this 15 ,

3 zeigt eine weitere Ausführung des Füllstandssensors 1. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert. 3 shows a further embodiment of the level sensor 1 , Components which correspond to those described above with reference to 1 and 2 already described, bear the same reference numbers and will not be discussed again in detail.

Im Unterschied zur Ausführung nach 2 ist bei der Ausführung nach 3 ein Grenzniveau 16, auf dem die Seite des Piezoelements 4 liegt, die der Flüssigkeitssäule 5 zugewandt ist, oberhalb eines Bodenniveaus 17 des Flüssigkeitsbehälters 2 angeordnet. Bei der Ausführung nach 3 ist das Piezoelement 4 daher in einem versenkten Abschnitt 18 des Bodenbereichs 3 des Flüssigkeitsbehälters 2 untergebracht. Die Oberseite der Ankoppel-Beschichtung 10 fluchtet mit einem um diese umlaufenden Kantenbereich des versenkten Abschnitts 18. Zwischen diesem versenkten Abschnitt 18, in dem auch die beiden Kontaktelemente 6, 7 untergebracht sind, und dem sonstigen Bodenbereich 3 ist eine um das Piezoelement 4 umlaufende Vertiefung 19 im Boden 12 des Flüssigkeitsbehälters 2 angeordnet. Die Vertiefung 19 dient bei der Ausführung nach 3 zur weitgehenden mechanischen Entkopplung des Piezoelements 4 vom Flüssigkeitsbehälter 2.Unlike the execution after 2 is in the execution after 3 a threshold level 16 on which the side of the piezoelectric element 4 lies, that of the liquid column 5 facing, above a floor level 17 of the liquid container 2 arranged. In the execution after 3 is the piezo element 4 therefore in a sunken section 18 of the floor area 3 of the liquid container 2 accommodated. The top of the coupling coating 10 Aligns with a circumferential edge portion of the recessed portion around this 18 , Between this submerged section 18 in which also the two contact elements 6 . 7 are housed, and the other floor area 3 is one around the piezo element 4 circumferential recess 19 in the ground 12 of the liquid container 2 arranged. The depression 19 serves in the execution after 3 for extensive mechanical decoupling of the piezoelectric element 4 from the liquid container 2 ,

Der Füllstandssensors 1 kommt insbesondere als Ultraschall-Ölstandssensor in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz.The level sensor 1 is used in particular as an ultrasonic oil level sensor in a motor vehicle.

Claims (12)

Füllstandssensor (1) – mit einem Flüssigkeitsbehälter (2), – mit einem Piezoelement (4), das in einem Bodenbereich (3) des Flüssigkeitsbehälters (2) angeordnet ist, wobei – ein erstes Kontaktelement (6) auf einer einer Flüssigkeitssäule (5) zugewandten Seite des Piezoelements (4) und – ein zweites Kontaktelement (7) auf einer der Flüssigkeitssäule (5) abgewandten Seite des Piezoelements (4) – mit dem Piezoelement (4) in elektrischem Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (4) durch eine Ankoppel-Beschichtung (10), die auf der der Flüssigkeitssäule (5) zugewandten Seite des Piezoelements (4) aufgebracht ist, gegen einen Innenraum (11) des Flüssigkeitsbehälters (2) abgedichtet ist.Level sensor ( 1 ) - with a liquid container ( 2 ), - with a piezoelement ( 4 ) located in a ground area ( 3 ) of the liquid container ( 2 ), wherein - a first contact element ( 6 ) on a column of liquid ( 5 ) facing side of the piezoelectric element ( 4 ) and - a second contact element ( 7 ) on one of the liquid column ( 5 ) facing away from the piezoelectric element ( 4 ) - with the piezo element ( 4 ) is in electrical contact, characterized in that the piezoelectric element ( 4 ) by a coupling coating ( 10 ), which on the liquid column ( 5 ) facing side of the piezoelectric element ( 4 ) is applied, against an interior ( 11 ) of the liquid container ( 2 ) is sealed. Füllstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankoppel-Beschichtung (10) als Vergussmasse ausgeführt ist.Level sensor according to claim 1, characterized in that the coupling coating ( 10 ) is designed as potting compound. Füllstandssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankoppel-Beschichtung (10) in ihren thermischen Eigenschaften an das Material des Flüssigkeitsbehälters (2) angepasst ist.Level sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the coupling coating ( 10 ) in their thermal properties to the material of the liquid container ( 2 ) is adjusted. Füllstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankoppel-Beschichtung (10) in ihren chemischen Eigenschaften an das Material des Flüssigkeitsbehälters (2) angepasst ist.Level sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coupling coating ( 10 ) in their chemical properties to the material of the liquid container ( 2 ) is adjusted. Füllstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktelement (6) durch die Ankoppel- Beschichtung (10) gegen den Innenraum (11) des Flüssigkeitsbehälters (2) abgedichtet ist.Level sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first contact element ( 6 ) by the Ankoppel- coating ( 10 ) against the interior ( 11 ) of the liquid container ( 2 ) is sealed. Füllstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kontaktelement (7) mit dem Piezoelement (4) über eine Leitfähigkeits-Beschichtung (9), die auf dem Piezoelement (4) aufgebracht ist, in elektrischem Kontakt steht.Level sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the second contact element ( 7 ) with the piezo element ( 4 ) via a conductive coating ( 9 ) on the piezo element ( 4 ), is in electrical contact. Füllstandssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeits-Beschichtung (9) aus elektrisch leitfähigem Klebstoff ausgeführt ist.Level sensor according to claim 6, characterized in that the conductivity coating ( 9 ) is made of electrically conductive adhesive. Füllstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grenzniveau (13) des Piezoelements (4) auf der der Flüssigkeitssäule (5) zugewandten Seite des Piezoelements (4) oberhalb eines Bodenniveaus (14) des Flüssigkeitsbehälters (2) angeordnet ist.Level sensor according to one of claims 1 to 7, characterized in that a limit level ( 13 ) of the piezo element ( 4 ) on the liquid column ( 5 ) facing side of the piezoelectric element ( 4 ) above a soil level ( 14 ) of the liquid container ( 2 ) is arranged. Füllstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grenzniveau (16) des Piezoelements (4) auf der der Flüssigkeitssäule (5) zugewandten Seite des Piezoelements (4) unterhalb eines Bodenniveaus (17) des Flüssigkeitsbehälters (2) angeordnet ist.Level sensor according to one of claims 1 to 7, characterized in that a limit level ( 16 ) of the piezo element ( 4 ) on the liquid column ( 5 ) facing side of the piezoelectric element ( 4 ) below a soil level ( 17 ) of the liquid container ( 2 ) is arranged. Füllstandssensor nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine um das Piezoelement (4) umlaufende Vertiefung (19) im Boden (12) des Flüssigkeitsbehälters (2).Level sensor according to claim 9, characterized by a to the piezoelectric element ( 4 ) circumferential recess ( 19 ) in the ground ( 12 ) of the liquid container ( 2 ). Füllstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Kontaktelemente (6, 7) durch den Boden (12) des Flüssigkeitsbehälters (2) nach draußen geführt ist.Level sensor according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least one of the contact elements ( 6 . 7 ) through the ground ( 12 ) of the liquid container ( 2 ) is led outside. Füllstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Ultraschall-Füllstandssensor ausgeführt ist.level sensor according to one of claims 1 to 11, characterized in that this as an ultrasonic level sensor accomplished is.
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