DE102012205640B4

DE102012205640B4 - Füllstandsgeber

Info

Publication number: DE102012205640B4
Application number: DE102012205640.8A
Authority: DE
Inventors: Wighard Jäger; Karl-Friedrich Pfeiffer
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2032-04-06
Also published as: KR20140111660A; CN104040304B; CN104040304A; EP2800953A1; WO2013102580A1; US20140345377A1; DE102012205640A1; US9719833B2

Abstract

Füllstandsgeber mit einem Schallführungsrohr und einem Füllstandssensor mit einem Ultraschall-Sendeempfänger und einer Sensorelektronik, wobei das Schallführungsrohr zwei voneinander beabstandet angeordnete Reflektoren besitzt, wobei der erste Reflektor zum Umlenken des Ultraschalls in Richtung des zweiten Reflektors und der zweite Reflektor zum Umlenken des Ultraschalls in Richtung der Flüssigkeitsoberfläche ausgebildet ist, und wobei in dem zweiten Reflektor ein dritter Reflektor derart angeordnet ist, dass ein auf ihn auftreffender Ultraschall in Richtung des ersten Reflektors reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandssensor (4) ein Gehäuse (5) besitzt, das aus einem Metalldeckel (6), der auf ein als Leiterplatte benutztes keramisches Substrat (7) aufgelötet ist, besteht, so dass das keramische Substrat (7) den Boden des Gehäuses (5) bildet, und dass auf dem keramischen Substrat (7) das Schallführungsrohr (10) befestigt ist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Füllstandsgeber mit einem Schallführungsrohr und einem Füllstandssensor mit einem Ultraschall-Sendeempfänger und einer Sensorelektronik.
Derartige Füllstandsgeber mit einem Ultraschall-Sendeempfänger, welcher Ultraschallwellen erzeugt und abgibt und reflektierte Ultraschallwellen empfängt, werden zum Beispiels zur Messung von Füllständen in Kraftstoffbehältern von Kraftfahrzeugen eingesetzt und sind daher bekannt.
Problematisch bei der Füllstandsbestimmung mittels Ultraschall ist zum einen das veränderliche Messsignal allein aufgrund sich ändernder Messbedingungen wie beispielsweise der Temperatur oder dem Messmedium. Hierzu ist es bekannt, eine Referenzmessung an einem Referenzreflektor vorzusehen, um den Einfluss veränderter Messbedingungen zu eliminieren. Aufgrund von Montagetoleranzen muss vor Inbetriebnahme des Füllstandsgebers eine Kalibrierung durchgeführt werden. Hinzu kommt, dass die Referenzmessstrecke mit dem Referenzreflektor in der Nähe der eigentlichen Messstrecke für den Füllstand und somit separat angeordnet ist, wodurch zusätzlicher Bauraum benötigt wird. Zum Anderen hat ein Ultraschall-Sendeempfänger eine prinzipbedingte Totstrecke, die unmittelbar vor dem Sendeempfänger liegt, in der keine zuverlässige Messung möglich ist. Diese Totstrecke entsteht dadurch, dass der ausgesendete Schallimpuls ein gewisses Nachklingen im Sendeempfänger erzeugt, welches weitestgehend abgeklungen sein muss, bevor ein Echosignal sauber detektiert werden kann.
Beispielhafte Füllstandsmessvorrichtungen sind aus US 5 471 872 A , JP 11153471 A , JP 2004/347378 A , GB 997 481 A , US 4 862 748 A , US 5 437 194 A und DE 37 06 453 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Füllstandsgeber zu schaffen, der sowohl bei sich verändernden Einsatzbedingungen zuverlässig arbeitet, messprinzipbedingte Unzulänglichkeiten ausgleicht und dabei einfach und platzsparend aufgebaut ist.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass das Schallführungsrohr zwei voneinander beabstandet angeordnete Reflektoren besitzt, wobei der erste Reflektor zum Umlenken des Ultraschalls in Richtung des zweiten Reflektors und der zweite Reflektor zum Umlenken des Ultraschalls in Richtung der Flüssigkeitsoberfläche ausgebildet ist, und dass in dem zweiten Reflektor ein dritter Reflektor angeordnet ist, der den Ultraschall in Richtung des ersten Reflektors reflektiert. Außerdem besitzt der Füllstandssensor ein Gehäuse, das aus einem Metalldeckel, der auf ein als Leiterplatte benutztes keramisches Substrat ausgelötet ist, besteht, so dass das keramische Substrat den Boden des Gehäuses bildet. Ferner ist auf dem keramischen Substrat das Schallführungsrohr befestigt.
Mit der Anordnung des dritten Reflektors als Messreflektor für die Referenzmessstrecke im zweiten Reflektor wird die Referenzmessstrecke in die eigentliche Messstrecke für den Füllstand integriert, wodurch Bauraum eingespart wird.
Eine Beeinflussung der eigentlichen Füllstandsmessung ist durch diese Anordnung definitiv ausgeschlossen, da das Referenzecho auf jeden Fall vor dem eigentlichen Levelecho vom Senderempfänger detektiert wird.
Zudem kann die Referenzmessstrecke durch die Wahl des Abstands zwischen dem ersten und zweiten Reflektor nach Bedarf eingestellt werden. Das ist insofern von Vorteil, da bei längeren Referenzstrecken der relative Fehler bei der Referenzbestimmung aufgrund von Fertigungstoleranzen und der endlichen Zeitauflösung des Sendeempfängers kleiner ist als bei kürzeren Referenzstrecken, was insofern wichtig ist, da der ermittelte Füllstand immer mindestens den gleichen relativen Fehler wie die Referenzmessstrecke besitzt.
Hinzu kommt, dass durch die Doppelumlenkung der zweite Reflektor relativ nahe am Boden des Kraftstoffbehälters angeordnet werden kann, so dass auch sehr geringe Füllstände messbar sind. Gleichzeitig wird eine Beeinflussung des minimal messbaren Füllstandes durch die prinzipbedingte Totstrecke ausgeschlossen, indem infolge der Doppelumlenkung der zweite Reflektor erst nach dieser Totstrecke angeordnet ist.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung sind der erste und der zweite Reflektor derart angeordnet, dass sie den Ultraschall um jeweils 90° umlenken. Besonders geringe Füllstände sind messbar, wenn die Messstrecke zwischen diesen beiden Reflektoren annähernd parallel zum Boden des Kraftstoffbehälters verläuft. Es sind aber auch davon abweichende Strahlverläufe denkbar, insbesondere in Anpassung an die Behälterform oder Behältereinbauten.
Die Reflektoren lassen sich besonders einfach herstellen und montieren, wenn der erste und der zweite Reflektor von jeweils einer Wand des Strahlführungsrohres gebildet sind. Sofern sich das Schallführungsrohr nur bis zum zweiten Reflektor erstreckt, erhält man einen besonders platzsparenden Füllstandsgeber.
Um trotz der platzsparenden Anordnung ein ausreichend gutes Messsignal für den Füllstand zu gewährleisten, besitzt der dritte Reflektor eine Fläche, die weniger als 40 %, vorzugsweise 20 % bis 5 % der Fläche des zweiten Reflektors beträgt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der dritte Reflektor als separates Bauteil mit dem zweiten Reflektor verbunden. Diese Ausbildung erlaubt die separate Herstellung des Messreflektors.
Eine Montage des dritten Reflektors wird vermieden, wenn dieser einteilig mit dem zweiten Reflektor ausgebildet ist. So ist es denkbar, den dritten Reflektor durch Umformen, wie Prägen oder Stanzen im zweiten Reflektor auszubilden.
Das zuverlässige Füllen des Strahlführungsrohrs mit Kraftstoff ist gewährleistet, wenn das Strahlführungsrohr in seinen seitlichen Wänden zumindest eine Öffnung, vorzugsweise im unteren Bereich, besitzt.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen in:

1 einen erfindungsgemäßen Füllstandsgeber im Schnitt und
2 eine perspektivische Darstellung des Strahlführungsrohres.

In dem Kraftstoffbehälter 1 in 1 ist am Boden 2 ein Füllstandsgeber 3 angeordnet. Der Füllstandsgeber 3 besteht aus einem Füllstandssensor 4 mit einem Gehäuse 5. Das Gehäuse 5 besteht aus einem Metalldeckel 6, der auf ein als Leiterplatte benutztes keramisches Substrat 7 aufgelötet ist, so dass das keramische Substrat 7 den Boden des Gehäuses 1 bildet. Auf dem keramischen Substrat 7 sind ein Ultraschall-Sendeempfänger 8 und eine Sensorelektronik 9 zur Auswertung der Signale und Bereitstellung eines dem Füllstand entsprechenden elektrischen Signals zur Weiterleitung an eine Anzeigevorrichtung für den Füllstand angeordnet.
Auf dem keramischen Substrat 7 ist ein Schallführungsrohr 10 befestigt. Das Schallführungsrohr 10 besitzt eine Seitenwand 11, welche einen ersten Reflektor 12 bildet. Der erste Reflek tor 12 lenkt den vom Sendeempfänger 8 ausgesandten Ultraschall um 90° um, so dass sich dieser nunmehr parallel zum Boden 2 des Kraftstoffbehälters 1 ausbreitet. Die Ultraschallwellen sind durch einzelne Linien a, b, c dargestellt. Eine weitere Seitenwand 13 des Schallführungsrohres 10 bildet einen zweiten Reflektor 14, der den Ultraschall um 90° in Richtung zur Flüssigkeitsoberfläche umlenkt. Mittig im zweiten Reflektor 14 besitzt die Seitenwand eine Ausprägung 15, welche einen als Messreflektor wirkenden dritten Reflektor 16 bildet. Die Fläche des dritten Reflektors 16 beträgt dabei nur 5 % der Fläche des zweiten Reflektors 14. Der dritte Reflektor ist so ausgebildet, dass er einfallende Ultraschallwellen (Linie c) in die entgegengesetzte Richtung auf den ersten Reflektor 12 reflektiert, so dass diese wieder zum Sendempfänger 8 geleitet werden. Die Strecke vom Sendeempfänger 8 bis zum dritten Reflektor 16 bildet somit die Referenzmessstrecke.
2 zeigt das Schallführungsrohr 10 des Füllstandsgebers 3. Das Schallführungsrohr 10 wird durch von vier Seitenwänden gebildet, wobei zwei Seitenwände 11, 13 die Reflektoren sind. Eine Öffnung 17 an der Oberseite im Bereich des zweiten Reflektors 14 erlaubt einen ungehinderten Durchtritt der Ultraschallwellen in Richtung Flüssigkeitoberfläche. Analog dazu ist auch am ersten Reflektor 12 eine ebensolche Öffnung angeordnet. Seitliche Öffnungen 18 im Schallführungsrohr 10 ermöglichen das Eindringen von Kraftstoff in das Schallführungsrohr 10.

Claims

Füllstandsgeber mit einem Schallführungsrohr und einem Füllstandssensor mit einem Ultraschall-Sendeempfänger und einer Sensorelektronik, wobei das Schallführungsrohr zwei voneinander beabstandet angeordnete Reflektoren besitzt, wobei der erste Reflektor zum Umlenken des Ultraschalls in Richtung des zweiten Reflektors und der zweite Reflektor zum Umlenken des Ultraschalls in Richtung der Flüssigkeitsoberfläche ausgebildet ist, und wobei in dem zweiten Reflektor ein dritter Reflektor derart angeordnet ist, dass ein auf ihn auftreffender Ultraschall in Richtung des ersten Reflektors reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandssensor (4) ein Gehäuse (5) besitzt, das aus einem Metalldeckel (6), der auf ein als Leiterplatte benutztes keramisches Substrat (7) aufgelötet ist, besteht, so dass das keramische Substrat (7) den Boden des Gehäuses (5) bildet, und dass auf dem keramischen Substrat (7) das Schallführungsrohr (10) befestigt ist.
Füllstandsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Reflektor (12, 14) den Ultraschall um jeweils 90° umlenken.
Füllstandsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Reflektor (12, 14) von jeweils einer Wand des Schallführungsrohres (10) gebildet sind.
Füllstandsgeber nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Reflektor (16) eine Fläche besitzt, die weniger als 40%, vorzugsweise 20% bis 5% der Fläche des zweiten Reflektors (14) beträgt.
Füllstandsgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Reflektor (16) als separates Bauteil mit dem zweiten Reflektor (14) verbunden ist.
Füllstandsgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Reflektor (16) einteilig mit dem zweiten Reflektor (14) ausgebildet ist.
Füllstandsgeber nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallführungsrohr (10) in seinen seitlichen Wänden zumindest eine Öffnung (18), vorzugsweise im unteren Bereich, besitzt.