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Die Erfindung betrifft eine Füllstandsanzeige-Vorrichtung, insbesondere für Treibstoff-Behälter.
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In
DE 10 2008 023 508 A1 wird ein Füllstandsanzeiger, insbesondere für einen Tankwagenbehälter, offenbart mit einem Schwimmer, einem Schwimmerarm, an dem der Schwimmer befestigt ist, einer Montagestange, an der ein Schwimmerarm schwenkbar befestigt ist und die eine im Hüllrohr laufende Aktuatorstange umfaßt, einem Getriebe zum Übertragen einer Schwenkbewegung des Schwimmerarms und einer Drehbewegung der Aktuatorstange, einen mit dem Hüllrohr verbundenen Flansch zum Befestigen des Füllstandsanzeigers an einer Innenwandung eines Tanks, und einer Stützvorrichtung, die am Flansch befestigt ist und das Hüllrohr benachbart zur Innenwandung umgibt. Trotz der zusätzlichen Stabilisierung der Aktuatorstange mittels der Stützvorrichtung ist die Genauigkeit dieses Füllstandsanzeigers nicht immer befriedigend, so daß sich hieraus das Problem ergibt, eine entsprechende Füllstandsanzeige-Vorrichtung mit einer höheren Meß- und Anzeigegenauigkeit bereitzustellen.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist die Füllstandsanzeige-Vorrichtung, die insbesondere für Treibstoff-Behälter geeignet ist, auf einen Schwimmerarm, an dem beispielsweise und insbesondere ein Schwimmkörper angebracht ist, der an einer jeweiligen Flüssigkeitsoberfläche eines Treibstoffes in einem Treibstoff-Behälter schwimmt. Darüber hinaus weist die Vorrichtung eine Aktuatorstange und ein Anzeigeelement auf. Durch das Schwimmen an einer jeweiligen Oberfläche eines Treibstoffes in einem Treibstoff-Behälter verschwenkt der Schwimmerarm in Abhängigkeit vom Füllstand, vorteilhafterweise mit einem Schwimmkörper versehen, wobei die Schwenkbewegung über das Getriebe des Schwenkarms weitergegeben und übertragen wird in eine Drehbewegung der Aktuatorstange, wobei das Anzeigeelement, vorteilhafterweise in Form eines Zeigers, magnetisch gekoppelt ist mit einem Magnetelement der Aktuatorstange. Somit ist vorteilhafterweise zum Getriebe hin distalen Ende der Aktuatorstange ein Magnet fest angebracht, der sich mit der Aktuatorstange mitdreht, wobei der Magnet der Aktuatorstange sich im Inneren eines Treibstoff-Behälters befindet. Außerhalb des Treibstoff-Behälters ist dann das jeweilige Anzeigeelement, beispielsweise und insbesondere in Form eines nadelförmigen Zeigers, das selbst permanent magnetisch sein kann (jedoch nicht muß), wobei zusätzlich zum magnetischen Anzeigeelement oder aber alleinig zum nicht magnetischen Anzeigeelement in Bezug auf eine entsprechende Treibstoff-Behälterwand auf der gegenüberliegenden Seite (also außerhalb des Treibstoff-Behälters) mit dem Anzeigeelement verbunden, ein Magnet drehbar angeordnet ist, so daß eine magnetische Kopplung zwischen dem Magneten der Aktuatorstange und dem Anzeigeelement bzw. als Alternative oder darüber hinaus zum Magnetelement des Anzeigeelementes realisiert wird.
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Erfindungswesentlich ist es insbesondere, daß es sich beim Magnetelement der Aktuatorstange und/oder bei einem Magnetelement des Anzeigeelementes um einen Neodym-Magneten oder um einen Samarium-Cobalt-Magneten handelt. Bei diesen Werkstoffen handelt es sich um Magnetwerkstoffe mit relativ hohen maximalen Energieprodukten und Koerzitiv-Feldstärken, somit um Werkstoffe mit hohen magnetischen Kräften.
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Zum speziellen Magnetelementtyp darüber hinaus oder als Alternative hierzu greifen erfindungsgemäß beim Getriebe ineinandergreifende Zahnelemente schräg ineinander und nicht gerade. Dies führt dazu, daß die nicht zur Rotationsachse parallele Anordnung der Zähne eines Zahnelementes, insbesondere eines Zahnrades, bei Ineinandergreifen von mindestens zwei solchen Zahnelementen aufgrund der geometrischen Verhältnisse ein besseres Ineinanderpassen der Zahnelemente möglich ist. Im Wesentlichen ist dies wohl darauf zurückzuführen, daß jedes Zahnelementpaar einen kontinuierlicheren Übergang des jeweilig zu übertragenden Drehmomentes bei gleichmäßigerem Verlauf im Vergleich zu gradverzahnten Zahnelementen bereitstellt. Zusätzlich wird der Achsabstand der jeweiligen Zahnelemente durch den Schrägungswinkel, also dem Grad der Schrägverzahnung, mitbestimmt. Insgesamt kann dadurch ein solches Zahnelementpaar besser ineinandergreifen und es wird das Spiel zwischen einem solchen Zahnelementpaar verringert. Insgesamt führt dies zu einer genaueren und präziseren Messung des von der Füllstandshöhe abhängigen Verschwenkungswinkels des Schwimmerarms und somit auch zu einer Anzeige des Anzeigeelementes. Somit wird erfindungsgemäß die verschwenkende Bewegung des Schwimmerarms wesentlich genauer umgesetzt in eine entsprechende Drehbewegung der Aktuatorstange. Durch die besonders hohen magnetischen Kräfte der beiden Magnetelemente bzw. des Magnetelementes der Aktuatorstange und des Anzeigeelementes selbst ist ein quasi Abreißen zwischen den Magnetkräften auch bei rauhen Bedingungen quasi unmöglich, wobei darüber hinaus das Anzeigeelement dadurch immer exakt die Drehbewegung der Aktuatorstange mitlaufend sehr genau anzeigt.
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Insbesondere aufgrund dieser beiden Tatsachen, nämlich der speziellen magnetischen Kopplung und der speziellen Ausgestaltung des Getriebes, weist die erfindungsgemäße Füllstandsanzeige-Vorrichtung im Vergleich zum übrigen Stand der Technik eine wesentlich höhere Meß- und Anzeigegenauigkeit auf.
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Vorteilhafterweise und beispielhaft sind die einzelnen Bestandteile der Füllstandsanzeigevorrichtung metallischer Natur. Denkbar ist es jedoch auch, daß einzelne Bestandteile auch aus Kunststoff bestehen können.
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Zunächst ist es vorteilhaft, wenn es sich beim Getriebe der erfindungsgemäßen Vorrichtung um ein Kegelradgetriebe handelt, da sich dieses in der Praxis als ausgesprochen zuverlässig bewährt hat bezüglich Standzeit und Umsetzungsgenauigkeit. Charakteristisches Merkmal sind die winklig zueinanderstehenden An- und Abtriebswellen, deren Achsen einen gemeinsamen Schnittpunkt besitzen. Die Kraftübertragung selbst erfolgt. durch Kegelräder.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn es sich beim Neodymmagneten um einen NdFeB-Magneten handelt, der zusätzlich mindestens ein Element aus der Gruppe der Seltenerdelemente enthält, insbesondere wenn es sich um Dysprosium, Praseodym und Terbium handelt, da diese zusätzlichen Seltenerdelemente jeweils den NdFeB-Magneten zusätzliche positive Eigenschaften verleihen, beispielsweise und insbondere die Erhöhung der magnetischen Temperaturstabilität als auch eine höhere Korrosionsbeständigkeit.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Schwimmerarm einen Schwimmkörper mit mindestens zwei Kammern aufweist, da hierdurch eine Redundanz in Bezug auf Auftrieb gegeben ist, da bei einer Verletzung einer Kammer dann immer noch die andere, nicht verletzte Kammer einen entsprechenden Auftrieb und Schwimmen auf der Flüssigkeitsspiegeloberfläche des jeweiligen Treibstoffes sorgt.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Pendelarm aufweist, der zunächst teilweise als zumindest teilweises Gegengewicht zum Schwimmerarm fungiert, um eine bei vollständiger Kompensierung durch Einstellen des Gesamtgegengewichtes des Pendelarms um die Pendelachse freie Beweglichkeit des Hebelarms zu gewährleisten und keine bzw. keine allzu großen Gegenkräfte zu den Auftriebs- und somit Verschwenkungskräften des Schwimmerarms entgegenzusetzen, so daß der Schwimmerarm den Flüssigkeitsstand/Füllstand schnell und zuverlässig und ungehindert messen kann.
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In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der Pendelarm zweischenklig ausgestaltet ist, so daß quasi zwischen den Schenkeln des Pendelarms das Getriebe sicher aufgenommen werden kann und dieses im Hinblick auf eine mögliche mechanische Beschädigung zusätzlich geschützt wird.
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Schließlich ist es von Vorteil, wenn am Pendelarm mindestens eine Materialreduzierung ausgestaltet ist, beispielsweise und insbesondere in Form von Materialrücksprüngen beispielsweise und insbesondere an den einzelnen Schenkeln, wobei in der mindestens einen Materialreduzierung ein Anschlagelement formschlüssig angeordnet ist, wobei dieses beispielsweise und insbesondere als Anschlagblech ausgestaltet ist und somit im fixierten Zustand beispielsweise und insbesondere zwischen den Schenkeln des Pendelarms eine zusätzliche mechanische Fixierung stattfindet. Beim Verschwenken des Schwenkarms kann somit bei einer sehr starken Verschwenkung dann der Pendelarm über das Anschlagelement kontrolliert im Extremfall an die Aktuatorstange selbst schlagen, ohne daß es zu einer Beschädigung kommt.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Aktuatorstange zumindest teilweise bis vollständig umgeben ist von einer Hohlstange zum Schutz vor mechanischen Beschädigungen der Aktuatorstange.
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Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand eines Ausführungsbeispieles nicht beschränkend näher erläutert, wobei
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1 – eine perspektivische schematische Skizze einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt,
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2 – eine Explosionszeichnung der in 1 dargestellten Ausführungsform aufzeigt.
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In 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Füllstandanzeigevorrichtung zu erkennen, wobei an einem Ende eines Schwimmerarms 21 ein tonnenförmiger Schwimmkörper 22 angebracht ist, der im Einsatz an der Flüssigkeitsoberfläche insbesondere von Treibstoff in einem Behälter aufschwimmt und je nach Füllstandsmenge im Behälter sich verschwenkt um eine Drehachse D eines Getriebes 34, 50 daß eine verschwenkende Bewegung des Schwimmerarms 21 nebst Schwimmkörper 22 übertragen wird in eine Drehbewegung einer (nicht gezeigten) Aktuatorstange, die vollständig umgeben ist von einer Hohlstange 7, wobei die Drehbewegung der Aktuatorstange durch eine magnetische Kopplung von einem bezüglich des Getriebes distalen Ende der Aktuatorstange angeordneten Neodymmagneten und einem in Bezug auf eine Behälterwand außerhalb einer solchen angeordneten Zeigerelementes angebrachten weiteren Neodymmagneten, der in einer festen Beziehung zum Anzeigeelement steht und damit eine magnetische Kopplung gegeben ist, so daß die Drehbewegung der Aktuatorstange mit einer hohen Präzision auf einer Skala über das mitgeführte Anzeigeelement in Form eines Zeigers dargestellt wird. Der Schwimmerarm 21 ist lösbar befestigt mit einem Pendelarm 10, der zweischenklig derart ausgeführt ist, daß das um die Drehachse D des Getriebes 34 gegebene Drehmoment des Schwimmerarms 21 nebst des Schwimmkörpers 22 vollständig ausgeglichen wird durch das Gegengewicht der beiden Schenkel des Pendelarms 10, so daß eine relativ freie und somit nur vom Füllstand insbesondere eines Treibstoffes in einem Behälter abhängige Verschwenkung relativ mechanisch ungehindert vonstatten gehen kann, so daß eine hohe Ansprechgenauigkeit/Meßgenauigkeit gegeben ist. Das Getriebe selbst ist als ein Kegelradgetriebe mit Schrägverzahnung ausgestaltet, um eine gleichmäßige Drehmomentübertragung der einzelnen Kegelräder als Zahnelemente zu gewährleisten, um auf diese Art und Weise die Meßgenauigkeit zu erhöhen. Die relativ hohe starke magnetische Koerzitivkraft der Neodymmagnete sorgt für eine extrem hohe magnetische Kopplung, so daß eine sehr präzise und hohe Anzeigegenauigkeit gegeben ist.
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In 2 ist in einer Explosionszeichnung schematisch die in 1 aufgeführte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Füllstandsanzeigevorrichtung zu erkennen.
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Der Schwimmkörper 22, der zwei Kammern 22a, 22b aufweist, ist über eine Schraube 19 und Mutter 19a am Schwimmerarm 21 befestigt, wobei der Schwimmerarm 21 wiederum befestigt ist über ein Schaftelement 20 mit dem Pendelarm 10. Im unteren, geschlossenen Teil des Pendelarms 10 ist ein Druckfederelement 27 über eine Schraube 26a, und zwei Sicherungsmuttern 18, 26b, zwischen dem unteren, geschlossenen Bereich des Pendelarms 10 und dem Anschlagselement 26 angeordnet, wobei das Anschlagselement 26 formschlüssig in zwei Materialreduzierungen eingreift, wobei die Vorder- und Rückseite eine Vorder- und Rückseite des Anschlagselementes 26 über ein Abstandsrohrelement 31 zusätzlich verschraubend fixiert ist mittels einer Schraube 30 und einer entsprechenden Sicherungsmutter 29.
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Oberhalb des Anschlagelementes 26 ist mittels zweier Gewindestifte 17 eine Gelenkgabel 11 befestigt, in die die eigentlichen Bestandteile des Getriebes 34, nämlich die beiden Kegelräder 13 und 14 und in diesem Fall auch ein Zahnradachsenelement 16 angeordnet sind, wobei diese drehbar am Gabelelement 11 fixiert sind mittels zweier Schrauben 12 und 12a. Die Aktuatorstange 5, die fast vollständig umgeben ist von einem Hohlrohr 7, wird befestigt in einer Materialeinlassung des Kegelrades 13 mittels eines Steckkerbstiftes 15, wobei mittels eines Quetschringes 3.1 über die Verschraubung und einer Überwurfmutter 3.2 eine mechanische Stabilität erzeugt wird in Bezug auf Querbewegungen der Aktuatorstange bezüglich des Gabelelementes 11 des Getriebes 34. Unterstützt wird diese Anordnung durch eine Führungsbuchse 8 und eine Endbuchse 9. Am bezüglich dieser Anordnung gegenüberliegenden Ende, also dem bezüglich des Getriebes 34 gesehen distalen Endes der Aktuatorstange 5 ist eine ähnliche Einrichtung unterschiedlicher Elemente zur mechanischen Fixierung an einer Behälterinnenwand vorgesehen, wobei hierzu zwei Einstellringe 6, eine Endbuchse 9 sowie ein Quetschring 3.1 und eine dazugehörige Überwurfmutter 3.2 miteinander wechselwirken, wobei die Aktuatorstange 5 an diesem Ende eingelassen ist in einem Verschraubungskörper 3, was die Stabilität zusätzlich erhöht, insbesondere hinsichtlich des Hohlrohres 7, welches auch im Verschraubungskörper 3 eingelassen ist, so daß sich über den Verschraubungskörper 3 eine größere Anlagefläche an einem Flansch 1 zur Befestigung an einer Behälteraußenwand ergibt. An der Endposition der Aktuatorstange 5 wird von der anderen Seite (in diesem Fall von vorne) der Verschraubungskörper 3 aufgeschoben, ein Neodymrundmagnet 4 eingelassen und mit der Aktuatorstange 5 festklebend verbunden.
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An der Außenseite der Behältniswand eines Behälters, insbesondere Treibstoffbehälters, ist eine Anzeigenskala 25 montiert, die ein Skalengehäuseboden 25a, eine Gummidichtung 25b, ein Anzeigeelement 25c in Form einer Zeigernadel, einen Neodymmagneten 25d, der festverbunden ist mit dem Anzeigeelement 25c, eine Hülse 25e, eine durchsichtige Polycarbonat- oder Glasscheibe 25f, einen Außenring 25g, eine Skalenscheibe 25i mit aufgedruckten Maßeinheiten, eine Skalenscheibeanschlagnadel (Position ”O”) 25h, eine Lagerungsnadel 25j aufweist, mittels mehrerer Skalenbefestigungswinkel 23 über mehrere Schrauben 24 und Muttern 32 zusammengebaut und am Flansch 1 befestigt.
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Es besteht somit ein Interagieren der einzelnen oben aufgeführten Bestandteile dahingehend, daß eine verschwenkende Bewegung des Schwimmerarms 21 mit seinem Schwimmkörper 22 weitergegeben wird an den Pendelarm 10, wobei das am Pendelarm 10 befestigte Getriebe 34 diese Bewegung überträgt in eine Drehbewegung der Aktuatorstange 5, wobei am zum Getriebe 34 distalen Ende sich ein entsprechender Neodynmagnet 4 entsprechend mitbewegt. Diese Drehbewegung des Neodynmagneten 4 wird durch die hohe magnetische Koerzitivkraft weitergegeben an den Neodynmagneten 25d der Anzeigenskala, so daß durch die feste Verbindung zwischen dem Anzeigenelement 25c in Form einer Zeigernadel und dem Neodynmagneten 25d der Anzeigeskale 25 an der Skalenscheibe 25i der jeweilige Füllstand eines vorzugsweise Treibstoffbehälters abgelesen werden kann. Eine mechanische Verbindung zwischen Aktuatorstange und Anzeigeelement 25c findet nicht statt, sondern wird lediglich über die magnetische Kopplung der beiden Magnete 4 und 25d bewerkstelligt.
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Aufgrund der Ausgestaltung des Getriebes als schrägverzahntes Kegelradgetriebe als auch die Tatsache, daß zumindest ein Magnet, ein Neodynmagnet oder ein Samarium-Cobalt-Magnet ist, die eine sehr hohe magnetische Koerzitivkraft aufweisen bei relativ geringen Gewichten und Dimensionierungen, führt dazu, daß die erfindungsgemäße Füllstandsanzeigevorrichtung sowohl eine hohe Meß- als auch Anzeigegenauigkeit aufweist.
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Das aus Edelstahl bestehende Druckfederelement 27 dient als ”Puffer” für Rückstöße durch das Anschlagselement 26, wenn das Hohlrohr 7 bei starker Verschwenkung auf das Anschlagselement 26 trifft, so daß dieses temporär aus den beiden Materialreduzierungen 35 quasi herausbewegt werden kann, um dann durch die Federkraft wieder in die formschlüssige Verbindungsposition gebracht zu werden, so daß quasi temporär eine dämpfende Kopplung zwischen Pendelarm 10 und dem Anschlagelement 26 realisiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008023508 A1 [0002]
