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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter eines Fahrzeuges, mit einer Ultraschallsensoreinheit und mit einer Auswerteeinrichtung.
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Aus der
DE 32 41 033 A1 ist ein Verfahren zum Messen des Füllstandes von Flüssigkeiten in Behältern bekannt. Das Verfahren sieht vor, dass Ultraschallwellen von einem Ultraschallsender auf den Flüssigkeitsspiegel geleitet werden und die Schallwellenlaufzeit zwischen dem Ultraschallempfänger und dem Flüssigkeitsspiegel gemessen werden.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2005 043 263 A1 eine Vorrichtung zum Erfassen eines Füllstandes eines Fluids in einem Behälter bekannt. Die Vorrichtung weist einen Dämpfungsbecher und im Bereich des Dämpfungsbechers einen Ultraschallwandler zum Erfassen eines Abstandes vom Ultraschallwandler bis zu einer Grenze des Fluids auf. Ein oberer Bereich des Dämpfungsbechers ist durchlässig für Ultraschallwellen ausgebildet. Dadurch ist es möglich, eine Füllhöhe auch dann zu ermitteln, wenn die Grenze des Fluids oberhalb des Beruhigungsrohres liegt. Dies ist insbesondere im statischen Betriebsfall, also bei ruhendem Motor, relevant. In einem solchen Zustand kann das Motoröl eine Füllhöhe aufweisen, die oberhalb des Dämpfungsbechers liegt.
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Darüber hinaus beschreibt die
DE 42 40 690 A1 einen Ultraschallwandler zur Einstrahlung von Ultraschallschwingungen eines elektroakustischen Schwingers durch eine Behälterwand hoher Impedanz in einen flüssigkeitsgefüllten Behälter. Der Schwinger weist eine niedrige Impedanz auf, ist breitbandig ausgebildet und die Frequenz des Schwingers ist an die Dicke der Behälterwand angepasst.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Ermitteln eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter eines Fahrzeuges anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die in Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsensoreinheit außerhalb des Behälters an einer unteren oder einer oberen Grundfläche des Behälters angeordnet oder anordbar ist.
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Dadurch, dass der Ultraschallsensor außerhalb des Behälters angeordnet ist, ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, den Ultraschallsensor an dem Behälter anzuordnen und diesen bei Bedarf, beispielweise aufgrund eines Defektes mit geringem Aufwand im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, bei denen der Ultraschallsensor im Beruhigungsrohr angeordnet ist, von dem Behälter wieder zu entfernen. Zudem ist der Ultraschallsensor, da er nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, im Behälterinnenraum angeordnet ist, der Flüssigkeit fortlaufend ausgesetzt, so dass z. B. eine Lebensdauer des Ultraschallsensors erhöht werden kann.
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Mittels einer solchen Vorrichtung ist es besonders vorteilhaft realisierbar, den Füllstand der Flüssigkeit in dem Behälter des Fahrzeuges nach einer Herstellung desselben kurzfristig zu überprüfen, wobei zudem eine Handhabung der Vorrichtung im Servicefall wesentlich vereinfacht ist. Bei der Vorrichtung handelt es sich um eine bedienerfreundliche und kostengünstige Lösung zur Ermittlung des Füllstandes in dem Behälter des Fahrzeuges, welcher insbesondere eine Ölwanne ist.
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In einer Ausführungsform ist zwischen der Ultraschallsensoreinheit und der Grundfläche des Behälters ein Kontaktmittel eingebracht oder einbringbar.
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In einer Ausführungsform weist das Kontaktmittel zumindest ein Gel, ein Öl und/oder einen Kunststoff auf.
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In einer Ausführungsform ist das Kontaktmittel zumindest teilweise als Koppelkissen ausgeführt.
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In einer Ausführungsform ist die Ultraschallsensoreinheit mit einer Anzeigeeinheit zur Anzeige des ermittelten Füllstandes gekoppelt oder koppelbar.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird mittels einer Vorrichtung durchgeführt, bei der die Ultraschallsensoreinheit außerhalb des Behälters an einer unteren oder einer oberen Grundfläche des Behälters angeordnet ist. Dabei wird mittels der Ultraschallsensoreinheit eine Schalllaufzeit als Messwert für den Füllstand erfasst. Dabei kann es sich in einer Ausführungsform um die Schalllaufzeit von einem Ultraschallsensor bis zu einer Oberfläche der Flüssigkeit und zurück handeln. Dabei wird als Oberfläche die Grenzfläche bezeichnet, die sich unter dem Einfluss der Erdanziehungskraft, oder im Fahrzeugbetrieb auch unter zusätzlichem Einfluss von Beschleunigungskräften, als obere Grenzfläche der Flüssigkeit ausbildet.
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Alternativ oder ergänzend ist es denkbar, eine Reflektionsfläche oberhalb der Füllhöhe vorzusehen und die Laufzeit einer Reflektion an dieser Reflektionsfläche zu betrachten. Beispielsweise kann, wenn der Behälter ein Beruhigungsrohr aufweist, die Laufzeit einer Reflektion an der oberen Wand des Beruhigungsrohres betrachtet werden. Alternativ kann es sich auch um die Laufzeit von einem Ultraschallsensor bis zu einer oberen Wand eines Beruhigungsrohres und zurück handeln.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens sind zur Auswertung des erfassten Messwertes Kennwerte verschiedener Flüssigkeiten hinterlegt.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens berücksichtigen die hinterlegten Kennwerte mindestens eine Temperatur, eine gebrauchsbedingte Verschmutzung oder eine Alterung der Flüssigkeit.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt mindestens die Hinterlegung der Kennwerte der Flüssigkeit in einer Borddiagnose eines Fahrzeuges, die Zuordnung des Messwerts zu mindestens einem Kennwert durch die Bordiagnose oder die Ermittlung des Füllstandes aus dem mindestens einen Kennwert mittels der Bordiagnose.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt mindestens die Hinterlegung der Kennwerte der Flüssigkeit in der Auswerteeinrichtung der Vorrichtung, die Zuordnung des Messwerts zu mindestens einem Kennwert durch die Auswerteeinrichtung der Vorrichtung oder die Ermittlung des Füllstandes aus dem mindestens einen Kennwert mittels der Auswerteeinrichtung der Vorrichtung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter eines Fahrzeuges,
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2 schematisch eine Seitenansicht eines Ultraschallsensors,
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3 schematisch eine zweite Seitenansicht des Ultraschallsensors und
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4 schematisch eine perspektivische Ansicht des Ultraschallsensors.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Ermittlung eines Füllstandes einer Flüssigkeit F in einem Behälter 1, welcher typischerweise eine Ölwanne eines Fahrzeuges ist, so dass es sich bei der Flüssigkeit F bevorzugt um Öl, insbesondere Motoröl, handelt. Die Vorrichtung ist geeignet zur Messung des Füllstandes jeglicher in einem Fahrzeug vorkommenden Flüssigkeiten wie beispielsweise Getriebeöl, Hydraulikflüssigkeit oder Bremsflüssigkeit.
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Die Vorrichtung umfasst eine Ultraschallsensoreinheit 2 beinhaltend einen oder mehrere Ultraschallsensoren, eine Auswerteeinrichtung und eine stationäre und/oder mobile Anzeigeeinheit 3. Dabei kann die Auswerteeinrichtung ganz oder teilweise in der Ultraschallsensoreinheit 2, in der Anzeigeeinheit 3 oder in einer Borddiagnose des Fahrzeuges angeordnet sein.
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Typischerweise beinhaltet die Ultraschallsensoreinheit 2 mindestens einen Ultraschallsensor, der als Ultraschallsender und als Ultraschallempfänger ausgebildet ist. In einer alternativen Ausführung weist die Ultraschallsensoreinheit 2 einen oder mehrere Ultraschallsensoren auf, die als Ultraschallsender und/oder Ultraschallempfänger ausgebildet sein können. Ebenso ist in einer alternativen Ausführungsform mindestens ein Ultraschallsensor vorgesehen, der als Ultraschallempfänger ausgebildet ist. In diesem Fall ist der benötigte Ultraschallsender im oder am Behälter installiert oder installierbar.
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Der dargestellte Behälter 1 weist an seiner Unterseite eine Aufnahme 1.1 auf, in der der Ultraschallsensor 2 angeordnet ist. Hierzu korrespondiert eine Form der Aufnahme 1.1 zumindest abschnittsweise mit einer Form der Ultraschallsensoreinheit 2, so dass diese sicher in der Aufnahme 1.1 und somit an dem Behälter 1 ausgerichtet, geführt und/oder gehalten ist. Der dargestellte Behälter 1 weist an seiner Oberseite ebenfalls eine Aufnahme auf, in der die Ultraschallsensoreinheit 2 bei einer Füllstandsmessung von oben anordbar ist. Diese zweite Ausnahme kann alternativ oder ergänzend zur ersten Aufnahme 1.1 vorhanden sein.
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In einer möglichen Ausführungsform ist der Ultraschallsensor 2 fest an dem Behälter 1 fixiert, so dass die Ultraschallsensoreinheit 2 Bestandteil des Behälters 1 in Form der Ölwanne und somit auch Bestandteil des Fahrzeuges ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ultraschallsensoreinheit 2 bei Bedarf, d. h. zur Überprüfung des Füllstandes, in der Aufnahme 1.1 anordbar, so dass die Ultraschallsensoreinheit 2 nicht ständig an dem Behälter 1 angeordnet ist. In einer Bevorzugten Ausbildung dieser Ausführungsform ist die Ultraschallsensoreinheit 2 als eine Art Messpistole ausgebildet, also als mobiles Handgerät, dass zum Durchführen des Verfahrens an dem Behälter angeordnet wird.
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Die Aufnahme 1.1 ist bevorzugt derart an dem Behälter 1 ausgebildet, dass sich diese unterhalb eines Beruhigungsrohres 4 befindet, wobei der Ultraschallsensor 2 in Richtung des Beruhigungsrohres 4 ausgerichtet ist.
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Zur Ermittlung des Füllstands können unterschiedliche Varianten einer Laufzeitmessung herangezogen werden. In einer Ausführungsform kann die Laufzeit einer Reflektion an der Oberfläche der Flüssigkeit betrachtet werden. Alternativ oder ergänzend ist es denkbar, eine Reflektionsfläche oberhalb der Füllhöhe vorzusehen und die Laufzeit einer Reflektion an dieser Reflektionsfläche zu betrachten. Beispielsweise kann, wenn der Behälter ein Beruhigungsrohr aufweist, die Laufzeit einer Reflektion an der oberen Wand des Beruhigungsrohres betrachtet werden.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist die Ultraschallsensoreinheit 2 mit der Anzeigeeinheit 3 zur Anzeige des mittels der Vorrichtung ermittelten Füllstandes gekoppelt, wobei die Verbindung V drahtlos oder drahtgebunden sein kann. Zudem kann es sich sowohl um eine dauerhafte als auch eine bei Bedarf herstellbare Verbindung V zwischen der Ultraschallsensoreinheit 2 und der Anzeigeeinheit 3 handeln.
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Das Beruhigungsrohr 4 ist von oben in den Behälter 1 geführt, wobei das Beruhigungsrohr 4 an seinem im Behälterinnenraum angeordneten Randbereich eine Materialausnehmung 4.1 aufweist, so dass eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Behälterinnenraum und einem Innenraum des Beruhigungsrohres 4 besteht. Eine gegenüberliegende obere Wand 4.2 des Beruhigungsrohres 4 ist vollständig geschlossen.
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Wie oben beschrieben, befindet sich der Ultraschallsensor 2 bevorzugt unterhalb des Beruhigungsrohres 4 in der Aufnahme 1.1 des Behälters 1, wobei sich die Längsachse des Beruhigungsrohres 4 senkrecht zu einer Sende- und Empfangsfläche der Ultraschallsensorseinheit 2 erstreckt.
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Das Beruhigungsrohr 4 füllt sich über die Materialausnehmung 4.1 mit der Flüssigkeit F, wobei das Beruhigungsrohr 4 dazu dient, dass die Flüssigkeit F ruhiggestellt wird.
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Die von der Ultraschallsensoreinheit 2 ausgesendeten Schallwellen werden durch die Flüssigkeit F in das Beruhigungsrohr 4 gesendet und durch die Dichteänderung in dem Beruhigungsrohr 4 wird die Höhe des Füllstandes der Flüssigkeit F erfasst. Diese Dichteänderung wird anhand der Beschleunigung der Schallwellen bei einem Austritt derselben aus der Flüssigkeit F erfasst. D. h., dass die Schallwellen in das Beruhigungsrohr 4 gesendet und von der oberen Wand 4.2 reflektiert werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Füllstand der Flüssigkeit F mittels des Ultraschallsensors 2 anhand eines erfassten Abstandes zwischen dem Ultraschallsensor 2 und einer Grenzfläche G der Flüssigkeit F ermittelt werden.
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Vorzugsweise werden fortlaufend Schallwellen ausgesendet, wodurch sich die Genauigkeit in Bezug auf die Ermittlung des Füllstandes erhöht. In diesem Fall wird ein Messwert für die Füllhöhe beispielsweise als Mittelwert von Messwerten eines festlegbaren Messintervals ermittelt.
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Um eine durchgängige Schallwellenübertragung von dem Ultraschallsensor 2 in das Beruhigungsrohr 4 und zurück durch die Wandung des Behälters 1, insbesondere durch den die Aufnahme 1.1 nach oben begrenzenden Abschnitt, weitestgehend sicherstellen zu können, ist ein Kontaktmittel K, z. B. Gel oder Öl, in die Aufnahme 1.1 eingebracht. Durch das Kontaktmittel K wird eine störungsfreie Ausbreitung der Schallwellen sichergestellt und mögliche Fehlereinflüsse verhindert.
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In einer möglichen Ausführungsform der Vorrichtung ist eine Auswerteeinheit in die Anzeigeeinheit 3 integriert, so dass es möglich ist, die Ermittlung, wie oben beschrieben, temperaturunabhängig durchzuführen. Hierzu kann die Temperatur mittels einer Borddiagnose erfasst, gespeichert und ermittelte Messwerte zu hinterlegten temperaturabhängigen Kennwerten zugeordnet werden.
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Des Weiteren sind in einer Ausführungsform Geschwindigkeiten von gesendeten Schallwellen für verschiedene Flüssigkeiten, insbesondere für unterschiedliche Ölsorten, für neues Öl und/oder entsprechend der Laufleistung und/oder des Alters bereits ermittelt und zur exakten Ermittlung des Füllstandes bekannt und gespeichert.
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Mittels dieser Vorrichtung ist es temperaturunabhängig möglich, den Füllstand der Flüssigkeit F in dem Behälter 1 vergleichsweise genau zu ermitteln, wobei die Ermittlung sowohl im Stillstand als auch im Betrieb des Fahrzeuges durchführbar ist.
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Alternativ oder zusätzlich zu der Verwendung des Kontaktmittels K kann der Ultraschallsensor 2 wie in den 2 bis 4 dargestellt ist, ausgebildet sein und ein Koppelkissen 2.1 aufweisen. Bevorzugt ist das Koppelkissen 2.1 auf Polyurethan gebildet.
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Die 2 und 3 zeigen jeweils eine Seitenansicht und 4 eine perspektivische Ansicht einer möglichen Ausführungsform des Ultraschallsensors 2 zur Anordnung in der in 1 gezeigten Vorrichtung zur Ermittlung des Füllstandes der Flüssigkeit F.
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Ist ein solches Koppelkissen 2.1 vorgesehen, ist der Einsatz Kontaktmittels K nicht erforderlich, wobei mittels des Koppelkissens 2.1 im Vergleich zu dem Kontaktmittel K die Genauigkeit der Ermittlung des Füllstandes erhöht werden kann.
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Der in den 2 bis 4 gezeigte Ultraschallsensor weist ein Gehäuse 2.2, eine Schnittstelle zur Stromversorgung und/oder Datenübertragung 2.3, das Koppelkissen 2.1 und eine Halterung 2.4 für das Koppelkissen 2.1, beispielsweise in Form einer Ummantelung des Koppelkissens 2.1,. Die Halterung 2.1 ist bevorzugt an die Innenkontur der Aufnahme 1.1 angepasst, so dass die Aufnahme die Halterung führt und eine gewünschte Ausrichtung der Ultraschallsensoreinheit 2 sicherstellt. In 3 ist der Ultraschallsensor 2 ohne das Koppelkissen 2.1 und die Halterung f 2.4 dargestellt.
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Die Seite des Ultraschallsensors 2, an welcher das Koppelkissen 2.1 und die Halterung 2.2 angeordnet sind, ist im zusammengesetzten Zustand der Vorrichtung dem Behälter 1 und falls vorhanden, dem Beruhigungsrohr 4 zugewandt.
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Die Schnittstelle 2.3 dient als elektrischer Anschluss zur drahtgebundenen Verbindung V zwischen dem Ultraschallsensor 2 und der Anzeigeeinheit 3.
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Besonders bevorzugt ist die Ultraschallsensoreinheit 2, wie in den 2 bis 4 gezeigt ist, als Kompaktsensor ausgebildet, wobei die Anzeigeeinheit 3 als ein Handgerät zur Anzeige des Füllstandes der Flüssigkeit F, insbesondere des Öls, in dem als Ölwanne ausgeführten Behälter 1 ausgebildet ist.
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Besonders bevorzugt sind die als Kompaktsensor ausgebildete Ultraschallsensoreinheit 2 und Anzeigeeineinheit 3 gemeinsam in einem Handgerät angeordnet.
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Damit ist es möglich dieses Handgerät zu benutzen um den Füllstand verschiedener Flüssigkeiten und/oder verschiedener Fahrzeuge zu messen. Insbesondere ist ein solches Handgerät geeignet zur Kontrolle einer korrekten Erstbefüllung im Rahmen einer Bandendkontrolle einer Fahrzeugproduktion oder zur Füllstandsprüfung in einer Werkstatt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behälter
- 1.1
- Aufnahme
- 2
- Ultraschallsensoreinheit
- 2.1
- Koppelkissen
- 2.2
- Gehäuse
- 2.3
- Schnittstelle
- 2.4
- Halterung
- 3
- Anzeigeeinheit
- 4
- Beruhigungsrohr
- 4.1
- Materialausnehmung
- 4.2
- obere Wand
- F
- Flüssigkeit
- G
- Grenzfläche
- K
- Kontaktmittel
- V
- Verbindung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3241033 A1 [0002]
- DE 102005043263 A1 [0003]
- DE 4240690 A1 [0004]
