DE102008017070A1

DE102008017070A1 - Vorrichtung zum Bestimmen einer Füllstandshöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter

Info

Publication number: DE102008017070A1
Application number: DE102008017070A
Authority: DE
Inventors: Philippe Grass; Armin Hollstein
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2009-10-22

Abstract

Eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Füllstandshöhe (h) einer Flüssigkeit (4) in einem Behälter (3) weist einen Behälter (2) zum Aufnehmen der Flüssigkeit (4) auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Laufzeitmessvorrichtung (5) auf, mit der die Laufzeit eines Messsignals (6) entlang einer Messstrecke (s) bestimmbar ist, die zwischen einer Flüssigkeitsoberfläche (9) und einer sich entlang der Flüssigkeitsoberfläche (9) streckenden Behälterwand (7) verläuft. An der Flüssigkeitsoberfläche (9) befindet sich ein Schwimmkörper (10). Die Messstrecke (s) verläuft von einer Schwimmkörperoberfläche (10) zu der Behälterwand (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Füllstandshöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter mit:

– einem Behälter zum Aufnehmen der Flüssigkeit,
– einer Laufzeitmessvorrichtung, mit der die Laufzeit eines Messsignals entlang einer Messstrecke bestimmbar ist, die sich zwischen einer Flüssigkeitsoberfläche und einer der Flüssigkeitsoberfläche entlang verlaufenden Behälterwand erstreckt.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 40 25 326 A1 bekannt. Die bekannte Vorrichtung dient zur Messung der Füllstandshöhe von Öl in einer Ölwanne eines Kraftfahrzeugs. Die bekannte Vorrichtung weist eine Ultraschall-Laufzeit-Messvorrichtung mit einem an einer Bodenwand der Ölwanne außen befestigten Ultraschallwandler in Form eines Piezokristalls auf. Ein vom Ultraschallwandler zur Öloberfläche hin ausgesendetes Ultraschallsignal wird nach dessen Reflexion an der Öloberfläche wieder vom Ultraschallwandler empfangen. Dem Ultraschallwandler ist eine Auswertelektronik nachgeschaltet, die die Füllstandshöhe des Öls in der Ölwanne aus der gemessenen Laufzeit des Ultraschallsignals ermittelt.
Die Ultraschall-Laufzeit-Messvorrichtung ist in einem Messrohr angeordnet, das sich zur Öloberfläche hin erstreckt. Durch eine in der Seitenwand des Messrohrs nahe der Bodenfläche des Messrohrs vorhandene Öffnung kann das in der Ölwanne befindliche Öl einströmen.
Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung ist, dass die Füllstandshöhe des Öls in der Ölwanne falsch oder mit unzureichender Genauigkeit ermittelt wird. Ursache hierfür ist, dass das Öl in der Ölwanne beim Betrieb des Kraftfahrzeugs aufge schäumt wird und Blasen bildet, die sich an der Öloberfläche sammeln. Das von dem Ultraschallwandler kommende Messsignal kann dann entlang seiner Ausbreitungsrichtung an den im aufgeschäumten Öl vorhandenen Blasen zusätzlich reflektiert werden, so dass sich der Schallausbreitungsweg verlängert oder auch verkürzt und die aus der gemessenen Laufzeit errechnete Füllstandshöhe des Öls zu groß oder zu klein bemessen ist.
Der sich an der Öloberfläche bildende Schaum bildet auch eine nicht genau definierte, unebene Reflexionsfläche für das Ultraschallsignal, wodurch die Ausbreitungsrichtung des reflektierten Schallsignals verändert werden kann. Bei einem Hin- und Herschwappen des Öls in der Ölwanne wird die Öloberfläche zusätzlich relativ zur Ölwannenbodenwand verkippt, wodurch die Reflexionsrichtung des Ultraschallsignals verändert wird und die Laufzeit des Ultraschallsignals bis zum Erreichen des Ultraschallwandlers verlängert wird. Hierdurch wird die Messung der Laufzeit ebenfalls verfälscht, was zu Fehlern bei der Bestimmung der Füllstandshöhe des Öls in der Ölwanne führt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine hinsichtlich der Messgenauigkeit verbesserte Vorrichtung zum Bestimmen der Füllstandshöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
Bei der Vorrichtung zum Bestimmen einer Füllstandshöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter befindet sich an der Flüssigkeitsoberfläche ein Schwimmkörper, und die Messstrecke erstreckt sich zwischen einer Schwimmkörperoberfläche des Schwimmkörpers zu der Behälterwand. Die Anordnung des Schwimmkörpers an der Oberfläche der mit Blasen versetzten, geschäumten Flüssigkeit bewirkt, dass der Schwimmkörper die vermehrt an der Flüssigkeitsoberfläche vorhanden Blasen verdrängt, so dass sich das Messsignal ungehindert entlang der Messstrecke ausbreiten kann. Bei Verkippungen der Flüssigkeitsoberfläche relativ zur Behälterwand kann der Schwimmkörper ferner bei entsprechender Führung seine Ausrichtung beibehalten, so dass das Messsignal weiterhin ohne Ablenkung entlang der Messstrecke von der Behälterwand zu der Schwimmkörperoberfläche verlaufen kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schwimmkörperoberfläche für das Messsignal zumindest teilweise reflektierend ausgebildet, so dass nur an einem Ende der Messstrecke eine Vorrichtung zum Senden und Empfangen des Messsignals angeordnet werden braucht. Vorzugsweise ist die Schwimmkörperoberfläche reflektierend ausgebildet, so dass unabhängig von einem Auftreffpunkt des Messsignals auf der Schwimmkörperoberfläche das Messsignal reflektiert und damit die Flüssigkeitsfüllstandshöhe in dem Behälter kontinuierlich ohne Ausfallzeiten aufgrund einer Messsignalabsorption ermittelt werden kann.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Schwimmkörperoberfläche zumindest teilweise eben ausgebildet. Diese Ausführungsform der Schwimmkörperoberfläche schafft eine definierte, für eine Reflexion in eine bestimmte Richtung geeignete Auftrefffläche. Hierdurch werden unerwünschte Laufzeitverlängerungen aufgrund ungerichteter Messsignalreflexionen, beispielsweise an der geschäumten Flüssigkeitsoberfläche, vermieden und die genaue Bestimmung der Füllstandshöhe der Flüssigkeit in dem Behälter unterstützt. Die Schwimmkörperoberfläche ist vorzugsweise in ihrem reflektierenden Bereich eben ausgebildet, so dass unerwünschte Streuungen des Messsignals an Unebenheiten der Schwimmkörperoberfläche vermieden werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Messsignalwandler an einer sich unterhalb des Schwimmkörpers befindenden Behälterwand angeordnet. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Laufzeitmessung des Messsignals durch die Flüssigkeit hindurch. Diese Ausführungsform kann beispielsweise dann eingesetzt werden, wenn das Gas über der Flüssigkeit mit Nebel versetzt ist, so dass dort keine Messung möglich ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Messsignalwandler an einer sich oberhalb des Schwimmkörpers befindlichen Behälterwand angeordnet. Aufgrund dieser Ausführungsform der Laufzeitvorrichtung erfolgt die Laufzeitmessung des Messsignals entlang der Messstrecke, die sich durch das Gas oberhalb der Flüssigkeit erstreckt, wodurch eine mögliche Beeinträchtigung des Messsignals durch Reflexionen des Messsignals an eventuell in der Flüssigkeit befindlichen Schmutzpartikeln oder in der Flüssigkeit eingeschlossenen Blasen vermieden werden kann.
Vorzugsweise sind Messsignalwandler jeweils an einer sich unterhalb und oberhalb des Schwimmkörpers befindlichen Behälterwand angeordnet, was sowohl eine Laufzeitmessung durch die Flüssigkeit als auch durch das Gas hindurch ermöglicht. Beide Messungen können parallel oder alternativ, beispielsweise in Abhängigkeit vom Füllstand der Flüssigkeit durchgeführt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist entlang der Messstrecke eine Reflexionsfläche mit einem definierten Abstand zum Messsignalwandler ausgebildet, die zu Kalibrierzwecken verwendet werden kann.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Messsignalwandler in dem Schwimmkörper ausgebildet. Hierdurch wird eine Laufzeitmessung entlang einer Messstrecke zwischen der Schwimmkörperoberfläche und der Behälterwand und, je nach deren Oberflächengestaltung, zurück zur Schwimmkörperoberflä che ermöglicht. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist konstruktiv einfach und insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Füllstandshöhe durch eine abwechselnde Laufzeitmessung des Messsignals durch die Flüssigkeit und die Luft hindurch bestimmt werden soll.
Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche des Schwimmkörpers bis auf Freiflächen gleich der Querschnittsfläche des Behälters. Dadurch wird der Schwimmkörper im Wesentlichen durch die Behälterseitenwände geführt. Gleichzeitig stehen Freiflächen zur Verfügung, in denen sich Flüssigkeitsblasen sammeln können. Dadurch wird vermieden, dass sich die Flüssigkeitsblasen an der Schwimmkörperoberfläche ansammeln und die Auftrefffläche für das einfallende Messsignal verdecken. Denn durch eine derartige Ansammlung von Flüssigkeitsblasen können ungerichtete Streuungen des Messsignals auftreten, die zu einer Verlängerung oder Verkürzung auf jeden Fall aber zu einer Verfälschung der gemessenen Laufzeit des Messsignals führen.
Weiterhin kann eine der Behälterwand zugeordnete Schwimmkörperoberfläche kantenfrei ausgebildet sein. Dadurch wird gewährleistet, dass sich der Schwimmkörper im Inneren des Behälters frei bewegen kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich der Schwimmkörper verkantet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist eine quer zur Flüssigkeitsoberfläche verlaufende Behälterseitenwand eine Innenseite auf, die aus einem das Messsignal dämpfenden Material gefertigt ist. Dies bewirkt eine Unterdrückung von Anteilen des Messsignals, die auf die Behälterwandinnenseite auftreffen, so dass zur Füllstandshöhenbestimmung der Flüssigkeit in dem Behälter vorwiegend nur die Messsignale genutzt werden, die direkt zwischen der Behälterwand und der Schwimmkörperoberfläche verlaufen. Demnach wird die Laufzeitmessung durch solche Messsignale, die aufgrund von Reflexionen an der Behälterwandinnenseite verspätet eintreffen, nicht beeinträchtigt. Ferner wird ein messbedingtes Hintergrundrauschen der Laufzeitmessvorrichtung verringert oder sogar eliminiert.
Die Behälterwandinnenseite ist vorzugsweise aus einem Material mit einem niedrigen Elastizitätsmodul, beispielsweise aus einem gummiartigen Material, gefertigt. Ein derartiges Material ist zur Dämpfung der Ultraschallimpulse besonders geeignet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Innenseite der Behälterseitenwand eine zur Unterdrückung von Störsignalen geeignete Strukturierung, zum Beispiel eine Riffelung auf. Dadurch werden auf die Behälterseitenwand treffende Anteile des Messsignals diffus reflektiert und dissipiert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Behälterwand eine Behälterbodenwand. Die vom Messsignal durchlaufene Messstrecke verläuft somit von der Behälterbodenwand zum Schwimmkörper, so dass die Füllstandshöhenbestimmung basierend auf der direkten Messsignallaufzeitmessung durch die Flüssigkeit hindurch erfolgt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Messsignal Schall, vorzugsweise Ultraschall. Bei der Verwendung einer mit Ultraschall arbeitenden Laufzeitmessvorrichtung kann auf erprobte Technik zurückgegriffen werden. Die hohe Frequenz des Ultraschalls ermöglicht darüber hinaus ein in sehr kurzen Zeitintervallen aufeinander folgendes Messen der Laufzeit des Messsignals, wodurch ein quasi-kontinuierliches Ermitteln der Füllstandshöhe der Flüssigkeit in dem Behälter ermöglicht wird.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform wird für das Messsignal Licht verwendet. Laufzeitmessvorrichtungen, die mit Licht arbeiten, sind bereits bekannt und grundsätzlich ebenfalls zur Bestimmung der Füllhöhe einer Flüssigkeit geeignet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, die Füllstandshöhe von Öl in einer Ölwanne eines Kraftfahrzeugs zu bestimmen.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert werden. Es zeigen:
1 ein Querschnitt durch eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Füllhöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter,
2 einen Querschnitt durch eine weitere Messvorrichtung zur Bestimmung der Füllhöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter und
3 einen Querschnitt durch eine weitere abgewandelte Messvorrichtung zur Bestimmung der Füllhöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter.
In 1 ist eine Messvorrichtung 1 dargestellt, die zum Bestimmen einer Füllstandshöhe h einer Flüssigkeit in einem Behälter eingerichtet ist.
Zu diesem Zweck weist die Messvorrichtung 1 ein Messrohr 2 auf, das in einer Ölwanne 3 angeordnet ist und dazu dient, die Füllhöhe von Öl 4 in der Ölwanne 3 zu bestimmen.
Die Messvorrichtung 1 weist ferner eine Laufzeitmessvorrichtung 5 auf, mit der eine Laufzeit eines gepulsten Messsignals 6 entlang einer Messstrecke s ermittelt werden kann, um aus dieser dann bei bekannter Messstreckenlänge die Füllstandshöhe h des Öls 4 in dem Messrohr 2 zu ermitteln. Die Messstre cke s verläuft im Wesentlichen von einer Behälterbodenwand 7 des Messrohrs 2, bis zu einer Schwimmkörperoberfläche 8 eines an einer Flüssigkeitsoberfläche 9 des Öls 4 schwimmenden Schwimmkörpers 10.
Die Schwimmkörperoberfläche 8 ersetzt zumindest teilweise die Flüssigkeitsoberfläche 9 und gewährleistet eine präzise Messung der Füllstandshöhe h des Öls 4 in dem Messrohr 2 und damit in der Ölwanne 3 des Kraftfahrzeugs.
Die Laufzeitmessvorrichtung 5 umfasst einen Messsignalwandler 11, der die Funktion eines Senders zum Aussenden des Messsignals 6 und eines Empfängers zum Empfangen des Messsignals 6 aufweist, sowie eine dem Messsignalwandler 11 zugeordnete Auswerteschaltung 12, die zum Steuern des Messsignalwandlers 11 und zum Bestimmen der Füllstandshöhe h in dem Messrohr 2 eingerichtet ist. Als Messsignalwandler 11 für die Laufzeitmessvorrichtung können insbesondere Piezowandler in Betracht kommen. Der Messsignalwandler 11 ist vorzugsweise in einen Träger integriert, der beispielsweise in die Behälterbodenwand 7 einschraubbar ist. Der Messsignalwandler ragt dabei beispielsweise um eine Strecke d₁ über eine Wandfläche 13 der Behälterbodenwand 7 hinaus. Vorzugsweise ist die Strecke d₁ so klein bemessen, dass die Messung der Füllstandshöhe h des Öls 4 nicht beeinträchtigt wird.
Die Auswerteschaltung 12 regt den Messsignalwandler 11 zur Aussendung der Messsignale 6 an und schaltet dann den Messsignalwandler 11 um, so dass dieser zum Empfangen der an der Flüssigkeitsoberfläche 9 reflektierten Messsignale 6 bereit ist. Die Pulsdauer und der Pulsabstand des vom Messsignalwandler 14 ausgesandten Messsignals 6 kann dabei an eine maximale Laufzeit des Messsignals 6 entlang der Messstrecke s angepasst sein und entsprechend den wechselnden Füllstandshöhen h in dem Messrohr 2 modifiziert werden. Damit beeinträchtigt eine Totzeit des Messsignalswandlers 14 während des Umschaltvorgangs nicht die Messung der Laufzeit.
Der an der Flüssigkeitsoberfläche 9 angeordnete Schwimmkörper 10 weist einen ersten Abschnitt 14 und einen zweiten Abschnitt 15 auf, die miteinander verklebt sind. Der Schwimmkörper 10 kann auch als einstückiges Bauteil ausgebildet sein. Die dem Messsignalswandler 11 zugewandte Schwimmkörperoberfläche 8 befindet sich an einer unteren Seite des zweiten Abschnitts 15 des Schwimmkörpers 10.
Der Schwimmkörper 10 taucht mit dem zweiten Abschnitt 15 in das in dem Messrohr 2 befindliche Öl 4 ein. Ein Abstand d₂ der Flüssigkeitsoberfläche 9 und der Schwimmkörperoberfläche 8 ist derart klein, dass die Messstrecke s annähernd der Füllstandhöhe h des Öls 4 in dem Messrohr 2 entspricht.
Der erste Abschnitt 14 des Schwimmkörpers 10 verjüngt sich kegelstumpfartig zu einer dem Messsignalwandler 11 abgewandten Seite hin. Der zweite Abschnitt 15 des Schwimmkörpers 10 ist als kreisförmige, ebene Platte ausgebildet, deren Durchmesser geringfügig kleiner als ein Innendurchmesser des Messrohrs 2 ist. Dadurch ist eine quer zur Schwimmkörperoberfläche 8 verlaufende Umfangsfläche 16 des zweiten Abschnitts 15 des Schwimmkörpers 10, im Falle einer mittigen Anordnung des Schwimmkörpers 10 an der Flüssigkeitsoberfläche 9 geringfügig von einer Innenseite 17 einer Seitenwand 18 des Messrohrs 2 beabstandet, so dass der Schwimmkörper 10 an der Flüssigkeitsoberfläche 9 frei beweglich ist.
Der Schwimmkörper 10 weist vorzugsweise einen unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche 8 gelegenen Schwerpunkt auf, so dass sich eine stabile Schwimmlage ergibt. Zu diesem Zweck kann der Schwimmkörper 10, wie in 1 dargestellt, eine äußere Form mit nach oben hin reduziertem Querschnitt aufweisen oder aus Materialien mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht zusammengesetzt sein. Die Materialien mit hohem spezifischem Gewicht werden vorzugsweise im unteren Bereich des Schwimmkörpers 10 angeordnet. So kann zum Beispiel der zweite Abschnitt 15 des Schwimmkörpers aus einem Material mit einem höheren spezifischen Gewicht gefertigt sein als der erste Abschnitt 14.
Die dem Messsignalwandler 11 zugewandte Schwimmkörperoberfläche 8 ist vorzugsweise schallhart ausgebildet. Die Schwimmkörperoberfläche kann beispielsweise mit einer dünnen, reflektierenden Metallschicht versehen sein, so dass die auf die Schwimmkörperoberfläche 8 auftreffenden Messsignale 6 zum Messsignalwandler zurückreflektiert werden. Alternativ kann die Schwimmkörperoberfläche 8 nur teilweise mit der Metallschicht versehen sein, indem beispielsweise nur eine innerste Kreisfläche geeigneten Durchmessers der Schwimmkörperoberfläche 8 reflektierend ist. Damit kann insbesondere bei einem in Bezug auf den Innendurchmesser des Messrohrs 2 nur geringfügig kleinerem Schwimmkörperdurchmesser gewährleitstet werden, dass nur solche Messsignale 6, die mittig auf die Schwimmkörperoberfläche 8 auftreffen, zum Messsignalwandler 11 zurückreflektiert werden, und dass alle auf einen unbeschichteten, nicht-reflektierenden Randbereich der Schwimmkörperoberfläche 8 auftreffenden Messsignale 6 absorbiert oder diffus reflektiert werden.
Die Seitenwand 18 des Messrohrs 2 weist ferner im Bereich der Behälterbodenwand 7 zwei sich gegenüberliegende Öffnungen 19 auf, durch die das Öl 4 zwischen dem Messrohr 2 und der Ölwanne 3 ausgetauscht werden kann. Dadurch wird erreicht, dass die Füllstandshöhe h in dem Messrohr 2 einer Füllstandshöhe des Öls 4 in der Ölwanne 3 entspricht. Im Bereich der Öffnungen können feine Maschendrahtnetze 20 vorgesehen sein, die bewirken, dass das aus der Ölwanne 3 in das Messrohr 2 einströmende, oftmals geschäumte Öl 4 weitgehend blasenfrei ist.
Die Innenseite 17 der Seitenwand 18 des Messrohrs 2 kann in einem Bereich zwischen der Behälterbodenwand 7 und einer maximal möglichen Füllstandshöhe h des Messrohrs 2 mit einer Beschichtung aus einem das Störsignal dämpfenden Material versehen sein. Die Beschichtung ist aus einem ein niedriges Elastizitätsmodul aufweisendes Material, beispielsweise aus einem gummiartigen Werkstoff, gefertigt.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Innenseite 17 des Messrohrs 2 eine Riffelung 21 auf, die sich vollumfänglich entlang der Innenseite 17 des Messrohrs 2 erstreckt. Benachbarte Rillen 22 der Riffelung 21 verlaufen zueinander und zur Behälterbodenwand 7 parallel und sind untereinander äquidistant angeordnet.
Im Betrieb der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 1 verläuft ein von dem Messsignalwandler 11 ausgesendetes Ultraschallsignal 6 entlang der Messstrecke s zu der Schwimmkörperoberfläche 8 des Schwimmkörpers 10, wird an der reflektierenden Metallschicht der Schwimmkörperoberfläche 8 reflektiert und läuft zum Messsignalwandler 11 zurück. Aus der gemessenen Laufzeit des Messsignals 6 kann die Füllstandshöhe h = s des Öls 4 in dem Messrohr 2 ermittelt werden. Eine rechnerische Korrektur bezüglich der Strecke d₁, mit der der Messsignalwandler 11 in das Messrohr 2 hineinragt und bezüglich des Abstandes d₂ der Schwimmkörperoberfläche 8 von der Flüssigkeitsoberfläche 9 kann hierbei berücksichtigt werden.
Aufgrund von Vibrationen können sich auch in dem im Messrohr 2 befindlichen Öl 4 Blasen 23 bilden, die sich vorwiegend an der Flüssigkeitsoberfläche 9 und an der Seitenwand 18 absetzten. Der Schwimmkörper 10, dessen Schwimmkörperoberfläche 8 die Reflexionsfläche für das Messsignal 6 bildet, wird in der Regel die an der Flüssigkeitsoberfläche 9 vorhandenen Blasen 31 verdrängen. Die Schwimmkörperoberfläche 8 des Schwimmkörpers 10 bleibt dabei innerhalb des Messrohrs 2 zentriert und stets zum Messsignalwandler 11 hin ausgerichtet. Auch bei Verkippungen der Flüssigkeitsoberfläche 9 relativ zur Behälterbodenwand 7, die beispielsweise durch Schwankungen der Ölwanne 3 auftreten und das Öl 4 in der Ölwanne 3 und dem Messrohr 2 in Bewegung versetzen können, bleibt die Schwimmkörperoberfläche 8 zur Behälterbodenwand 7 ausgerichtet und ermöglicht die Reflexion des auf die Schwimmkörperoberflächen 8 einfallenden Messsignals 6 zurück zum Messsignalwandler 11. Um ein Verkanten oder Verklemmen des Schwimmkörpers 10 zu verhindern, weist der Schwimmkörper 10 möglichst verrundete Kanten auf und ist insofern nach Möglichkeit kantenfrei ausgebildet. Außerdem kann die Abmessungen der Diagonale des Schwimmkörpers 10 wesentlich größer als die Querschnittsabmessungen des Messrohrs 2 gewählt werden, so dass ein Verkannten oder Verklemmen des Schwimmkörpers 10 nach Möglichkeit unterbunden wird.
Ein Teil des Messsignals 6, das vom Messsignalwandler 11 der Laufzeitmessvorrichtung 5 ungerichtet ausgesendet wird, kann beispielsweise auf die Innenseite 17 des Messrohrs 2 auftreffen. Dieser Teil des Messsignals 6 wird aufgrund der Beschichtung oder aufgrund der Rillen 22 der Riffelung 21 derart unterdrückt, dass dieser Anteil des Messsignals 6 nicht weiter zum Schwimmkörper 10 und dann zurück zum Messsignalwandler 11 geleitet wird. Aufgrund der Unterdrückung der an der Innenseite 17 des Messrohrs 2 reflektierten Anteile des Messsignals 6 werden Störsignale vermieden, die den Empfang des unmittelbar zwischen Messsignalwandler 11 und Schwimmkörper 10 verlaufenden Messsignals 6 beeinträchtigen könnten.
Um eine Kalibrierung des Messsignalwandlers 11 zu ermöglichen, kann entlang der Messstrecke s eine in 1 nicht dargestellte, reflektierende Nase an der Wand 18 des Messrohres 2 ausgebildet sein.
2 zeigt eine weitere Messvorrichtung 24, die ebenfalls zum Bestimmen einer Füllstandshöhe h des Öls 4 in der Ölwanne 3 dient. Die Bestimmung der Füllstandshöhe h des Öls 4 in dem Messrohr 2 erfolgt in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel mittels einer auf Schall basierenden Laufzeitmessvorrichtung 25. Die Laufzeitmessvorrichtung 25 weist einen Sender 26 zum Aussenden des Messsignals 6 und einen Empfänger 27 zum Empfangen der Messsignale 6 auf. Sowohl der Sender 26 als auch dem Empfänger 27 sind an eine Auswerteschaltung 12 angeschlossen, die den Sender 26 anregt und das vom Empfänger 27 empfangene Messsignal 6 auswertet und aus der Laufzeit des Messsignals 6 die Füllstandshöhe h des Öls 4 in dem Messrohr 2 ermittelt. Da eine derartige Laufzeitmessvorrichtung 25 keine Todzeiten aufweist, können mit der Laufzeitmessvorrichtung 25 auch kleine Füllstandshöhen erfasst werden.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform ist der Messsignalwandler aus zwei konzentrischen Abschnitten zusammengesetzt, wobei ein äußerer ringförmiger Abschnitt, der einen inneren kreisförmigen Abschnitt umgibt, als Empfänger und der innere Abschnitt als Sender ausgebildet ist.
Ein Schwimmkörper 28, der an der Flüssigkeitsoberfläche 9 des Öls 4 angeordnet ist, ist ebenfalls als zylinderförmige Kunststoffplatte ausgebildet, dessen Querschnittsfläche zwischen 90% und 30% der Querschnittsfläche des Messrohrs 2 liegt. Der Schwimmkörper 28 ist somit innerhalb eines weiten Bereichs frei an der Flüssigkeitsoberfläche beweglich und kann sich je nach Bildung der Blasen 31 in dem Öl 4 an der Innenseite 17 des Messrohrs 2 anlegen. Eine kantenfreie Ausgestaltung einer Umfangsfläche 29 des Schwimmkörpers 28 ist bei dem Schwimmkörper 28 im Vergleich zu dem in 1 dargestellten Schwimmkörper 10 in der Regel nicht erforderlich, sofern die Abmessung der Diagonale des Schwimmkörpers 28 kleiner als die Querschnittsabmessungen des Messrohrs 2 sind.
Eine Schwimmkörperoberfläche 30, die dem Sender 26 und dem Empfänger 27 zugewandt ist, ist vorzugsweise aus einem schallharten Material gefertigt. Beispielsweise kann die Schwimmkörperoberfläche 30 mit einer reflektierenden Metallschicht versehen sein, die das einfallende Messsignal 6 zurück zur Behälterbodenwand 7 reflektieren kann. Die Schwimmkörperoberfläche 30 weist einen glatten ebenen Verlauf auf, so dass keine Streuung des Messsignals 6 an eventuell vorhandenen Vorsprüngen oder Vertiefungen in der Schwimmkörperoberfläche 30 auftreten kann.
Das von dem Sender 26 ausgesendete Messsignal 6 läuft von der Behälterbodenwand 7 zu der reflektierenden Schwimmkörperoberfläche 30 des Schwimmkörpers 10. Das dort auftreffende Messsignal 6 wird dann an der Schwimmkörperoberfläche 30 zurück zur Behälterbodenwand 7 des Messrohrs 2 reflektiert und trifft auf den direkt dem Sender 26 benachbart angeordneten Empfänger 27. Aus der Laufzeit des Messsignals 6 und der bekannten Schallausbreitungsgeschwindigkeit in dem Öl 4 wird die Füllstandshöhe h des Öls 4 in dem Messrohr 2 ermittelt.
In 3 ist eine weitere Messvorrichtung 31 zum Bestimmen einer Füllstandshöhe h von Öl 4 in einem Messrohr 32 einer Ölwanne 3 eines Kraftfahrzeugs dargestellt.
Das Messrohr 32 der Vorrichtung 31 ist als Hohlrohr zwischen der Behälterbodenwand 33 und einer Behälterdeckenwand 34 ausgebildet. An der Behälterbodenwand 33 sowie an der Behälterdeckenwand 34 sind innenseitig jeweils Messsignalwandler 35 und 36 angeordnet. Die Messsignalwandler 35 und 36 sind jeweils an die Auswerteschaltung 12 angeschlossen.
Das Messrohr 32 weist eine Riffelung 37 mit vollumfänglichen Rillen 38 nur in Bereichen nahe der Behälterbodenwand 33 und der Behälterdeckenwand 34 auf, da in diesem Bereichen die Messsignale 6 aufgrund des Öffnungswinkels der Abstrahlcharakteristik vermehrt auftreffen können.
Ein an einer Flüssigkeitsoberfläche 9 frei bewegliche Schwimmkörper 39 weist auf einer dem Messsignalwandler 35 zugewandten Seite eine ebene reflektierende Schwimmkörperoberfläche 40 auf, die unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche 9 liegt. An einer gegenüberliegenden Seite des Schwimmkörpers 39 ist ebenfalls eine ebene reflektierende Schwimmkörperoberfläche 40 ausgebildet, die nicht mit dem Öl 4 benetzt ist.
Beide Schwimmkörperoberflächen 40 und 41 können die von den Messsignalwandlern 35 und 36 ausgesendeten Messsignale 42, 43 zum jeweiligen Messsignalwandler 35 und 36 zurück reflektieren. Die Messsignalwandler 35 und 36 bilden zusammen mit dem Schwimmkörper 39 eine Laufzeitmessvorrichtung 44, die zur Bestimmung der Füllhöhe h des Öls 4 geeignet ist.
Die Auswerteschaltung 12 des Messsignalwandlers 35 bestimmt aus der Laufzeit des Messsignals 42 von der Behälterbodenwand 33 bis zum Schwimmkörper 39 und zurück die Füllstandshöhe h des Öls 4 in dem Messrohr 32. Ferner bestimmt die Auswerteeinheit 12 aus der Laufzeit des Messsignals 43 von der Behälterdeckenwand 34 zum Schwimmkörper 39 und zurück ebenfalls die Füllstandshöhe h des Öls 4 in dem Messrohr 32. Hierbei muss berücksichtig werden, dass die Messstrecke s des Messsignals 42 nicht der Füllstandshöhe h des Öls 4 in dem Messrohr 32, sondern der Differenz der Gesamtlänge des Messrohrs 32 und der tatsächlichen Füllstandshöhe h des Öls 4 in dem Messrohr 32 entspricht. Die Füllstandshöhe h des Öls 4 in dem Messrohr 32 ergibt sich dabei als Mittelung der beiden von der Auswerteeinheit 12 ermittelten Füllstandshöhen h des Öls 4.
Alternativ ist es möglich, dass die Messvorrichtung 31 nur einen einzigen Messsignalwandler aufweist, der in dem Schwimmkörper 39 aufgenommen ist. Die Messsignale 42 und 43 werden dann von dem Messsignalwandler zur Behälterbodenwand 33 und/oder zur Behälterdeckenwand 34 ausgesendet und an diesen zurück zum Schwimmkörper 39 reflektiert. Die Behälterbodenwand 33 und/oder die Behälterdeckenwand 34 sind dabei mit einer reflektierenden Schicht versehen, die eben aufgebracht sind.
Der Querschnittsfläche des Messrohrs 2 oder 32 kann jede beliebige Form annehmen. Bevorzugt ist die Querschnittsfläche des Innenraums kreisförmig ausgebildet. In diesem Fall könnte der Schwimmkörper auch kugelförmig ausgebildet sein, was al lerdings voraussetzt, dass die Winkel, unter dem die Schwimmköper vom Messwandler aus gesehen erscheint, wesentlich kleiner als ist Öffnungswinkel der Abstrahlcharakteristik des Messwandlers.
Ferner sei angemerkt, dass bei ausreichender Leistung des Messwandlers, die Schallsignale auch dazu benutzt werden können, etwaige Blasen oder Schaum zu homogenisieren oder aufzulösen, beispielsweise dann, wenn kein Messsignal mehr empfangen werden kann.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass Merkmale und Eigenschaften, die im Zusammenhang mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind, auch mit einem anderen Ausführungsbeispiel kombiniert werden können, außer wenn dies aus Gründen der Kompatibilität ausgeschlossen ist.
Schließlich wird noch darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung der Singular den Plural einschließt, außer wenn sich aus dem Zusammenhang etwas anderes ergibt. Insbesondere wenn der unbestimmte Artikel verwendet wird, ist sowohl der Singular als auch der Plural gemeint.

1: Messvorrichtung
2: Messrohr
3: Ölwanne
4: Öl
5: Laufzeitmessvorrichtung
6: Messsignal
7: Behälterbodenwand
8: Schwimmkörperoberfläche
9: Flüssigkeitsoberfläche
10: Schwimmkörper
11: Messsignalwandler
12: Auswerteschaltung
13: Wandfläche
14: Abschnitt
15: Abschnitt
16: Umfangsfläche
17: Innenseite
18: Seitenwand
19: Öffnung
20: Maschendrahtnetze
21: Riffelung
22: Rille
23: Blase
24: Messvorrichtung
25: Laufzeitmessvorrichtung
26: Sender
27: Empfänger
28: Schwimmkörper
29: Umfangsfläche
30: Schwimmkörperoberfläche
31: Messvorrichtung
32: Messrohr
33: Behälterbodenwand
34: Behälterdeckenwand
35: Messsignalwandler
36: Messsignalwandler
37: Riffelung
38: Rille
39: Schwimmkörper
40: Schwimmkörperoberfläche
41: Schwimmkörperoberfläche
42: Messsignal
43: Messsignal
44: Laufzeitmessvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4025326 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung zum Bestimmen einer Füllstandshöhe (h) einer Flüssigkeit (4) in einem Behälter (3) mit: – einem Behälter (2) zum Aufnehmen der Flüssigkeit (4), – einer Laufzeitmessvorrichtung (5, 25, 44), mit der die Laufzeit eines Messsignals (6, 42, 43) entlang einer Messstrecke (s) bestimmbar ist, die sich zwischen einer Flüssigkeitsoberfläche (9) und einer der Flüssigkeitsoberfläche (9) entlang verlaufenden Behälterwand (7, 33, 34) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass sich an der Flüssigkeitsoberfläche (9) ein Schwimmkörper (10, 28, 39) befindet und dass sich die Messstrecke (s) zwischen Schwimmkörper (10, 28, 39) und der Behälterwand (7, 33, 34) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (10, 28, 39) eine für das Messsignal (6, 42, 43) zumindest teilweise reflektierende Schwimmkörperoberfläche (8, 30, 40, 41) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmkörperoberfläche (8, 30, 40, 41) zumindest teilweise eben ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messsignalwandler (11, 35) an einer sich unterhalb des Schwimmkörpers (10, 39) befindlichen Behälterwand (7, 33) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messsignalwandler (36) an einer sich oberhalb des Schwimmkörpers (39) befindlichen Behälterwand (34) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Messstrecke (s) eine Reflexionsfläche mit einem definierten Abstand zum Messsignalwandler (11, 35, 36) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schwimmkörper ein Messsignalwandler ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Schwimmkörpers (28) bis auf Freiflächen gleich der Querschnittsfläche des Behälters (2) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Behälterseitenwand (18) zugewandte Schwimmkörperoberfläche kantenfrei ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterseitenwand (18) auf einer Innenseite (17) mit einem das Messsignal (6, 42, 43) dämpfenden Material versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterseitenwand (18) eine störende Reflexionen des Messsignals unterdrückende Strukturierung (21, 37) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterwand eine entlang der Flüssigkeitsoberfläche (9) verlaufende Behälterbodenwand (7, 33) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal (6, 42, 43) ein Schallsignal ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal (6, 42, 43) ein Ultraschallsignal ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal (6, 42, 43) ein Lichtsignal ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu geeignet ist, die Füllstandshöhe (h) von Öl (4) in einer Ölwanne (3) eines Kraftfahrzeugs zu bestimmen.