-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung einer Flüssigkeit aufweisend einen Füllstandskörper und einen Schwimmer, wobei der Schwimmer innerhalb des Füllstandskörpers bewegbar angeordnet ist.
-
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Systemen zur Füllstandsmessung bekannt. Die Systeme weisen meist Steigrohre mit Schwimmern auf.
-
Nachteilig am Stand der Technik ist, dass die verwendeten Schwimmer dieser Systeme häufiger zum Verkanten in den Steigrohren neigen.
-
Ferner sind speziell in Benzintanks Potentiometer vorgesehen, die sich direkt im Kraftstoff befinden und damit von aggressiven Medien des Kraftstoffs umgeben sind, was zu einer Beschädigung der Potentiometer führt. Hierbei handelt es sich in aller Regel um rotatorische Potentiometer, wobei die Drehbewegung über einen Schwimmkörper verbunden über einen Hebelarm zu einer Potentiometerachse des Potentiometers erfolgt. Eine Kapselung oder Abdichtung des Potentiometers erhöht dabei die Reibung und führt tendenziell zu einem Verklemmen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden. Zum einen soll ein sicheres und gleichzeitig kostengünstiges Messen von Füllständen beliebiger Flüssigkeiten ermöglicht werden. Zum andern soll ein Verkanten des Schwimmers vermieden werden.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß Patentanspruchs 1 eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung einer Flüssigkeit vorgesehen, aufweisend einen Füllstandskörper und einen Schwimmer, wobei der Schwimmer innerhalb des Füllstandskörpers bewegbar angeordnet ist, wobei der Füllstandskörper Leiterstrukturen aufweist, deren Induktivität oder Kapazität sich abhängig von der Position des Schwimmers im Füllstandskörper ändert.
-
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das Vorsehen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein sicheres und gleichzeitig kostengünstiges Messen von Füllständen beliebiger Flüssigkeiten ermöglicht wird.
-
Auf diese Weise kann durch eine Messung der Induktivität oder der Kapazität der momentane Füllstand des Tanks genau bestimmt werden.
-
Bevorzugt wird bei der Füllstandmessung der Füllstand (auch Standhöhe) von Flüssigkeiten in einem Flüssigkeitsbehältnis, wie einem Tank oder einem Behälter, erfasst.
-
Dabei ist die Füllstandsmessung über die Induktivität oder die Kapazität bestimmbar.
-
Bevorzugt ist die Flüssigkeit Wasser, Öl, Benzin oder Diesel. Ferner sind noch weitere Flüssigkeiten denkbar.
-
Bevorzugt ist der Füllsstandskörper ein Steigrohr, das eine innere und äußere Mantelfläche aufweist.
-
Bevorzugt weist die Leiterstruktur mindestens eine elektrisch leitfähige Komponente, vorzugsweise Metalldrähte, auf.
-
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Schwimmer ein metallischer oder ein metallisierter Körper oder ein Körper, der mindestens eine elektrisch leitfähige Struktur aufweist.
-
Auf diese Weise ist ein Schwimmer in einen bevorzugt aufrecht stehenden Füllstandskörper einbringbar, auf oder in dessen Wandung geeignete Leiterstrukturen vorgesehen sind, deren Induktivität, bzw. Kapazität, sich abhängig von der Position des Schwimmers im Füllstandskörper ändert.
-
Vorzugsweise weist der Schwimmer in seinem Inneren ein schäumbares Material auf. Bevorzugt ist der Schwimmer mittels einer Dichtmasse ausgeschäumt. Besonders bevorzugt ist die Dichte des Schwimmers kleiner als die der Flüssigkeit.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Schwimmer eine verkantungssichere Geometrie auf und ist als eine Kugel, ein Ellipsoid, ein Ovoid, zusammengesetzt aus Paraboloiden, ein Quader mit oder ohne abgerundeten Abschlüssen, ein Zylinder, ein Hohlzylinder, ein Zylinder mit halbkreisförmigen Abschlüssen oder als ein Zylinder mit abgerundeten Abschlüssen ausgestaltet.
-
Bevorzugt ist die Grundfläche des Füllstandkörpers von kreisförmiger, elliptischer, rechtwinkliger (mit oder ohne abgerundeten Ecken) oder quadratischer (mit oder ohne abgerundeten Ecken) Geometrie, aber nicht auf diese beschränkt ist.
-
Bevorzugt umschließt der Füllstandskörper den Schwimmer zumindest teilweise.
-
Besonders bevorzugt ist der Füllstandskörper aus einer oder mehreren Komponenten, zusammengesetzt, die einen Hohlprofilkörper ausbilden.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Füllstandskörper mindestens einen ersten Hohlpofilkörper auf.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Füllstandskörper einen zweiten Hochprofilkörper auf, der eingerichtet ist, den ersten Hohlprofilkörper zu ummanteln.
-
Bevorzugt kann der Füllstandskörper aus mehreren Komponenten, welche z.B. in einem Spritzgießverfahren herstellbar sind und zusammengebaut einen Hohlprofilkörper ausbilden, aufgebaut sein. Besonders bevorzugt besteht der Hohlprofilkörper aus drei Teilschalen und zwei separaten Abschlüssen (Endstücken). Auf diese Weise ist eine einfach herstellbare Geometrie für den Füllstandskörper erzielbar.
-
Bevorzugt ist der Füllstandskörper als Füllstandsrohr, mit runder Grundfläche ausgebildet.
-
Weiter bevorzugt ist der Füllstandskörper als elliptisches oder ovales Profil mit elliptischer oder ovaler Grundfläche ausgebildet, aber nicht auf diese Geometrien beschränkt.
-
In einem solchen Fall ist auch der Schwimmer bevorzugt als Ellipsoid oder allgemeiner als Ovoid auszuführen, aber nicht auf diese Geometrien beschränkt. Eine derartige Ausführung hat weiter den Vorteil, dass das leitende Element auf dem Schwimmer als einfaches und kostengünstiges Stanzteil hergestellt wird und einfach auf dem Schwimmer befestigt werden kann.
-
Vorzugsweise ist der Hohlraum zwischen erstem und zweitem Hohlprofilkörper mittels einer Dichtmasse verfüllt. Bevorzugt ist die Dichtmasse eine Vergussmasse.
-
Besonders bevorzugt besteht mindestens eine der äußeren Mantelflächen aus einem Kunststoffmaterial.
-
2Bevorzugt benötigt der Schwimmer mindestens 1 cm Oberfläche je 1 mm Abstand zwischen der Schwimmeroberfläche und der inneren Mantelfläche des Füllstandskörpers.
-
Die oben genannte Oberfläche ist in diesem Sinne als „Wirksame Oberfläche“ zu verstehen, die als Projektion einer Mantelfläche der Spulenstruktur auf einem Statorzylinder zur Oberfläche des Schwimmers zu sehen ist. Als wirksame Oberfläche soll die Fläche gelten, bei der der Maximalabstand zwischen beiden Körpern in etwa 5 mm nicht überschreitet.
-
Auf diese Weise lässt sich ein Verkanten des Schwimmers im Füllstandskörper vermeiden. Dadurch ist eine hohe Ausfallsicherheit zu erwarten.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Füllstandskörper an einem seiner beiden Enden einen Abschluss auf.
-
Bevorzugt weist der Füllstandskörper an beiden seiner Enden einen Abschluss auf.
-
Bevorzugt ist der Abschluss an dem einen Ende angebracht, das zur Messung der Füllstandshöhe in die Flüssigkeit getaucht wird.
-
Besonders bevorzugt ist der Abschluss als separates Bauteil oder als fester Bestandsteil des Füllstandskörpers bzw. der Füllstandskörperteile ausgestaltet.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Abschluss als ein Deckel mit einer Einlassöffnung oder als ein Dämpfungsbecher mit einer Einlassöffnung ausgebildet.
-
Auf diese Weise ist es möglich, die Flüssigkeit in den Füllstandskörper einzubringen und damit den Schwimmer, entsprechend der Höhe der Flüssigkeit, verkantungsfrei im Füllstandskörper zu führen.
-
Bevorzugt ist durch eine genau definierbare Geometrie der Einlassöffnung im Füllstandskörper der Flüssigkeitsaustausch mit dem Füllstandskörper derart gewährleistbar, dass eine Bedämpfung gegen Schwappen der Flüssigkeit direkt implementiert werden kann.
-
Vorzugsweise ist die Einlassöffnung kreisförmig ausgebildet. Bevorzugt lässt sich durch eine Wahl des Öffnungsdurchmessers bestimmen, mit welcher Geschwindigkeit sich der Füllstand im Füllstandskörper ändert.
-
Besonders bevorzugt ist damit eine Filterzeitkonstante bei der Messung einstellbar, die benötigt wird, um bspw. Auswirkungen von Schwappen in einem Flüssigkeitsbehältnis auf eine Füllstandsanzeige zu unterdrücken.
-
Je kleiner die Einlassöffnung ausgeführt ist, desto geringer ist das Schwappen im Füllstandskörper.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Leiterstrukturen auf einer äußeren oder inneren Mantelfläche oder innerhalb eines Mantels des ersten oder des zweiten Hohlprofilkörpers aufbringbar oder einbringbar.
-
Vorzugsweise ist eine Leiterstruktur auf dem ersten Hohlprofilkörper untergebracht, wobei der erste Hohlprofilkörper so dünn wie fertigungstechnisch möglich gehalten wird um den elektrisch wirkenden Spalt zwischen der leitenden Oberfläche auf dem Schwimmer und den induktiv oder kapazitiv wirkenden Strukturen auf dem Füllstandskörper so klein wie möglich zu halten.
-
Bevorzugt wird der zweite Hohlprofilkörper ganz über den ersten Hohlprofilkörper gestülpt. Vorzugsweise weist der zweite Hohlprofilkörper eine stärkere Wandstärke auf als der erste Hohlprofilkörper, und dient dem mechanischen Schutz des ersten Hohlprofilkörpers und der Stabilität des Füllstandskörpers.
-
Auf diese Weise ist die Leiterstruktur vor aggressiven Medien, wie z.B. Kraftstoffen mit Ethanol, geschützt.
-
Ein dichtes Verschließen an den beiden Enden erfolgt dann über den Abschluss.
-
Besonders bevorzugt ist eine Folie, die Leiterstrukturen aufweist, auf den Füllstandskörper applizierbar. Bevorzugt ist die Folie so gerollt ist, dass sie an der äußeren Mantelfläche des ersten hohlzylindrischen Körpers oder an der inneren Mantelfläche des zweiten hohlzylindrischen Körpers anliegt.
-
Alternativ kann die Elektronik und eine CIPOS-Struktur auf einen Träger aufgebracht werden, welcher anschließend von weiterem Material umspritzt wird. Im Zuge dieses Umspritzungsprozesses könnten auch direkt weitere Schnittstellen, wie z.B. eine mechanische Schnittstelle, die zur Montage des Füllstandssensors benötigt wird, als auch die elektrische Schnittstelle, die zur Strom- und Datenversorgung benötigt wird, erzeugt werden.
-
Bevorzugt weist der Füllstandskörper zwei Zylinderteile mit jeweils einem festen Abschluss auf. Dabei weist einer der beiden Zylinderteile weiterhin eine elektrische Schnittstelle mit drei Kontakten zur Stromversorgung und zum Datenaustausch, eine mechanische Schnittstelle im mittleren Bereich des Füllstandskörpers zur Montage im Kraftstofftank und einen Bereich zur Unterbringung der Elektronik auf.
-
Bevorzugt weisen mehr als eine Teilschale des Füllstandskörpers die CIPOS-Struktur auf.
-
Bevorzugt sind mechanische und elektrische Schnittstelle auf unterschiedlichen Teilschalen vorgesehen.
-
Desweiteren bevorzugt ist ein Aufbringen von Leiterstrukturen über Draht-Verlegetechniken, wie wire embedding vorgesehen. Vorzugsweise werden Backlackdrähte (Drähte mit einer Isolierschicht) verwendet, die mittels eines Verlegekopfs, der vorzugsweise aus einer Sonotrode besteht, durch Ultraschall eingebrachte Wärme und Aufschmelzen mindestens eines der beiden Medien, der Isolationsschicht des Backlackdrahtes oder eines Substratmaterials, bspw. eines Kunststoffes, verlegt.
-
Alternativ können die leithähigen Sensorstrukturen mittels industriell bekannten Druckmethoden auf den Füllstandskörper aufgebracht werden. Vorzugsweise wird eine Flüssigkeit verwendet, bevorzugt eine flüssige und leitfähige Tinte (z. B. eine Silber-, Gold- oder Kupfertinte aber nicht auf diese beschränkt). Weiter alternativ können die leitfähige Strukturen aufgedampft werden.
-
Weiter alternativ können die Leiterstrukturen mittels MID-Technik (molded interconnect devices) entstehen. Dabei kann die Leiterstruktur mittels eines Lasers direkt auf dem Füllstandskörper aufgetragen, oder vorzugsweise in 2-Komponenten-Giessverfahren hergestellt werden.
-
Weitere industrietaugliche Methoden zur Fertigung einer Leiterstruktur, wie z.B. flexible Leiterplatten sind auch denkbar.
-
Vorzugsweise sind die Leiterstrukturen gegenüber einem möglichen Flüssigkeitseintritt abgedichtet bzw. gekapselt. Dadurch ist eine hohe Ausfallsicherheit zu erwarten.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Leiterstrukturen an eine Auswerteelektronik anschließbar. Auf diese Weise ist eine Auswertung der Induktivität oder der Kapazität möglich.
-
Bevorzugt ist eine kabelgebunde Verbindung vorgesehen, die die Leiterstrukturen mit der Auswerteelektronik verbindet.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ferner gemäß Patentanspruchs 10 ein Flüssigkeitsbehältnis vorgesehen, bei der die Vorrichtung zumindest teilweise in eine Aussparung des Flüssigkeitsbehältnisses einbringbar ist.
-
Auf diese Weise lässt sich ein sicheres und gleichzeitig kostengünstiges Messen von Füllständen beliebiger Flüssigkeiten ermöglichen und ferner ein Verkanten des Schwimmers vermeiden.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
-
2 eine schematische Ansicht einer Ausgestaltung eines Schwimmers,
-
3 eine schematische Ansicht einer alternativen Ausgestaltung des Schwimmers,
-
4 eine schematische Ansicht einer weiteren alternativen Ausgestaltung des Schwimmers,
-
5 eine schematische Ansicht einer weiteren alternativen Ausgestaltung des Schwimmers,
-
6 eine schematische Ansicht einer weiteren alternativen Ausgestaltung des Schwimmers,
-
7 eine schematische Ansicht einer weiteren alternativen Ausgestaltung des Schwimmers,
-
8 eine schematische Darstellung einer alternativen erfindungsgemäßen Vorrichtung und
-
9 eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
In 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
-
Die Vorrichtung 1 zur Füllstandsmessung einer Flüssigkeit 6 weist einen Füllstandskörper 2 und einen Schwimmer 3 auf. Der Schwimmer 3 ist eingerichtet, sich innerhalb des Füllstandskörpers 2 zu bewegen.
-
Der Füllstandskörper 2 weist Leiterstrukturen 4 auf, deren Induktivität oder Kapazität sich abhängig von der Position des Schwimmers 3 im Füllstandskörper 2 ändert.
-
Der Schwimmer 3 ist ein schwimmfähiger und metallischer Körper aus Aluminium.
-
Der Schwimmer 3 weist die Form einer Kugel auf.
-
Der Durchmesser der Kugel ist geringer als der Durchmesser der inneren Mantelfläche des Füllstandskörpers 2.
-
Der Schwimmer 3 wird in den Füllstandskörper 2 von oben (siehe vertikal nach unten zeigender Pfeil) durch eine nicht verschlossene Öffnung des Füllstandskörpers 2 eingeführt.
-
Der Füllstandskörper 2 weist einen hohlzylindrischen Körper auf, der an seinem unteren Ende einen Abschluss 5 aufweist. Der Abschluss 5 ist als ein Deckel mit einer kreisrunden Einlassöffnung ausgebildet.
-
Die Leiterstrukturen 4 sind entlang der inneren/äußeren Mantelfläche des Füllstandskörpers 2 vorgesehen. Die Leiterstrukturen 4 sind mittels kabelgebundener Verbindungen 8 an eine Auswerteelektronik 9 anschließbar.
-
Die Vorrichtung 1 ist teilweise in eine kreisrunde Aussparung 10 eines Flüssigkeitsbehältnisses 7 eingebracht. Die Wandung des Flüssigkeitsbehältnisses 7 ist in 1 angeschnitten dargestellt.
-
Damit lässt sich ein sicheres und gleichzeitig kostengünstiges Messen von Füllständen beliebiger Flüssigkeiten ermöglichen und zusätzlich ein Verkanten des Schwimmers 3 vermeiden.
-
In den 2 bis 6 sind unterschiedliche Ausgestaltungen eines Schwimmers 3 dargestellt.
-
In 2 ist der Schwimmer 3 als eine Kugel ausgestaltet.
-
In 3 ist der Schwimmer 3 als ein Ellipsoid ausgestaltet.
-
In 4 ist der Schwimmer 3 als ein Zylinder ausgestaltet.
-
In 5 ist der Schwimmer 3 als ein Zylinder mit halbkreisförmigen Abschlüssen ausgestaltet.
-
In 6 ist der Schwimmer 3 als ein Zylinder mit abgerundeten Abschlüssen ausgestaltet.
-
In 7 ist der Schwimmer 3 als Ovoid ausgestaltet.
-
In 8 ist eine schematische Darstellung einer alternativen erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
-
Der Füllstandskörper 2 bestehet dabei aus drei Zylinderteilen mit zwei separaten Abschlüssen 5.
-
In 9 ist eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
-
Der Füllstandskörper 2 besteht aus zwei Zylinderteilen, welche jeweils ein fest verdundenes Abschlüssen 5 aufweisen. Des Weiteren sind eine elektrische Schnittstelle (hier mit drei elektrischen Kontakten), eine mechanische Schnittstelle (zur Montage des Füllstandskörpers z.B. am der Kraftstofffördereinheit), als auch ein Bereich für die Unterbringung der Elektronik, gezeigt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Füllstandskörper
- 3
- Schwimmer
- 4
- Leiterstrukturen
- 5
- Abschluss
- 6
- Flüssigkeit
- 7
- Flüssigkeitsbehältnis
- 8
- Kabelgebundene Verbindung
- 9
- Auswerteeinheit
- 10
- Aussparung
