DE102014223280A1

DE102014223280A1 - Füllstandsgeber

Info

Publication number: DE102014223280A1
Application number: DE102014223280.5A
Authority: DE
Inventors: Gerald Franz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2015-12-17
Also published as: WO2015193025A1

Abstract

Es sind schon Füllstandsgeber bekannt, mit einer Lichtquelle, die Licht in einen ersten Lichtleiter einkoppelt, mit einem vom ersten Lichtleiter beabstandeten zweiten Lichtleiter, der vom ersten Lichtleiter ausgestrahltes Licht empfängt und an einen Lichtempfänger weiterleitet, wobei zwischen dem ersten Lichtleiter und dem zweiten Lichtleiter zumindest eine optische Linse angeordnet ist. Nachteilig ist, dass der Füllstandsgeber eine Vielzahl von optischen Messanordnungen jeweils bestehend aus Lichtquelle, erstem Lichtleiter, optischer Linse, zweitem Lichtleiter und Lichtempfänger benötigt, um den Füllstand an verschiedenen Positionen eines Bereichs zwischen minimalem und maximalem Füllstand messen zu können. Eine einzelne Messanordnung kann jeweils nur den Füllstand an einer vorbestimmten diskreten Position im Bereich zwischen minimalem und maximalem Füllstand erfassen. Durch die Vielzahl der optischen Messanordnungen sind die Herstellungskosten für den Füllstandsgeber vergleichsweise hoch. Bei dem erfindungsgemäßen Füllstandsgeber werden die Herstellungskosten deutlich verringert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der erste Lichtleiter (4) und der zweite Lichtleiter (5) als seitenemittierende Fasern ausgebildet sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Füllstandsgeber zum Messen eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein Füllstandsgeber aus der DE 3 206 046 A1 bekannt, mit einer Lichtquelle, die Licht in einen ersten Lichtleiter einkoppelt, mit einem vom ersten Lichtleiter beabstandeten zweiten Lichtleiter, der vom ersten Lichtleiter ausgestrahltes Licht empfängt und an einen Lichtempfänger weiterleitet, wobei zwischen dem ersten Lichtleiter und dem zweiten Lichtleiter zumindest eine optische Linse angeordnet ist. Nachteilig ist, dass der Füllstandsgeber eine Vielzahl von optischen Messanordnungen jeweils bestehend aus Lichtquelle, erstem Lichtleiter, optischer Linse, zweitem Lichtleiter und Lichtempfänger benötigt, um den Füllstand an verschiedenen Positionen eines Bereichs zwischen minimalem und maximalem Füllstand messen zu können. Eine einzelne Messanordnung kann jeweils nur den Füllstand an einer vorbestimmten diskreten Position im Bereich zwischen minimalem und maximalem Füllstand erfassen. Durch die Vielzahl der optischen Messanordnungen sind die Herstellungskosten für den Füllstandsgeber vergleichsweise hoch. Außerdem stellen die vielen Messanordnungen viele parallele Messkanäle dar, deren Messdaten in einer Steuerung zusammengeführt und aufwendig bewertet werden müssen, um ein mit dem Füllstand korrelierendes Messsignal zu erzeugen.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Füllstandsgeber mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Herstellungskosten deutlich verringert werden, indem der erste Lichtleiter und der zweite Lichtleiter als seitenemittierende Fasern ausgebildet sind. Mit den seitenemittierenden Fasern kann über den gesamten Bereich zwischen minimalem und maximalem Füllstand Licht quer zur Längserstreckung der seitenemittierenden Fasern ausgestrahlt oder empfangen werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird ein einfacherer Aufbau mit weniger Komponenten erreicht, da nur eine einzige Lichtquelle, ein einziger erster Lichtleiter, ein einziger zweiter Lichtleiter und ein einziger Lichtempfänger benötigt werden. Außerdem ist eine lineare Messung des Füllstandes im Bereich zwischen minimalem und maximalem Füllstand möglich. Darüber hinaus ist im Gegensatz zum Stand der Technik nur ein analoger Messkanal erforderlich, der ein mit dem Füllstand korrelierendes Messsignal liefert.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Füllstandsgebers möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Füllstandsgeber derart ausgebildet ist, dass auf der dem ersten Lichtleiter zugewandten Seite der optischen Linse ein Gas, insbesondere Luft, und auf der dem zweiten Lichtleiter zugewandten Seite der optischen Linse die Flüssigkeit entsprechend dem Füllstand im Behälter vorgesehen ist. Dadurch wird das Licht an der dem ersten Lichtleiter zugewandten Grenzfläche der optischen Linse konstant gebrochen und an der dem zweiten Lichtleiter zugewandten Grenzfläche der optischen Linse abhängig vom Füllstand unterschiedlich stark gebrochen. Wenn alternativ auf der dem ersten Lichtleiter zugewandten Seite der optischen Linse ebenfalls die Flüssigkeit entsprechend dem Füllstand im Behälter vorgesehen ist, ist die lichtbrechende Wirkung der optischen Linse reduziert, so dass im Vergleich eine stärker gekrümmte Linse verwendet werden muss, die eine größere Brechkraft besitzt.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist zwischen dem ersten Lichtleiter und der optischen Linse ein separater, mit Gas, insbesondere Luft, gefüllter Raum vorgesehen, der gegenüber einem zwischen der optischen Linse und dem zweiten Lichtleiter gebildeten Messraum abgedichtet ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass auf der dem ersten Lichtleiter zugewandten Seite der optischen Linse ausschließlich Gas, insbesondere Luft vorliegt.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Brechungsindex der optischen Linse im wesentlichen dem Brechungsindex der Flüssigkeit entspricht. Das an der Grenzfläche der optischen Linse ankommende Licht wird auf diese Weise gar nicht oder weniger stark gebrochen, wenn Flüssigkeit im Strahlengang vorliegt als wenn keine Flüssigkeit im Strahlengang vorhanden ist. Es wird also abhängig davon, ob Flüssigkeit oder keine Flüssigkeit im Strahlengang vorhanden ist, die Bündelung der Lichtstrahlen lokal verändert. Somit wird eine Abhängigkeit des Messsignals des Lichtempfängers vom Füllstand an der optischen Linse und damit im Behälter erreicht. Der Zusammenhang zwischen dem Füllstand und dem vom Lichtempfänger gemessenen Messsignal ist proportional, wenn eine einzige optische Linse zwischen dem ersten Lichtleiter und dem zweiten Lichtleiter vorgesehen ist.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn zwischen dem ersten Lichtleiter und dem zweiten Lichtleiter zwei optische Linsen vorgesehen sind. Auf diese Weise wird ein antiproportionaler Zusammenhang zwischen dem Füllstand und dem vom Lichtempfänger gemessenen Messsignal erreicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist die zumindest eine optische Linse rotationssymmetrisch, insbesondere zylinderförmig, halbzylinderförmig, kegelförmig oder halbkegelförmig ausgebildet.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn der erste Lichtleiter, die zumindest eine optische Linse und der zweite Lichtleiter nebeneinander angeordnet sind, da die vom ersten Lichtleiter ausgehenden Lichtstrahlen auf diese Weise über die optische Linse in den zweiten Lichtleiter geleitet werden können. Gemäß einem Ausführungsbeispiel verlaufen der erste Lichtleiter, die zumindest eine optische Linse und der zweite Lichtleiter mit einem vorbestimmten Abstand parallel zueinander.
Auch vorteilhaft ist, wenn die Lichtleiter im wesentlichen parallel zu einer Außenkontur der optischen Linse verlaufen, da das Licht des ersten Lichtleiters dann an allen Positionen entlang der Lichtleiter in gleicher Weise über die optische Linse zum zweiten Lichtleiter geleitet wird. Der optische Strahlengang ist also an jeder Position entlang der Lichtleiter gleich.
Der erste Lichtleiter, die zumindest eine optische Linse und der zweite Lichtleiter sind derart angeordnet und ausgebildet, dass sich eine Abhängigkeit des Messsignals des Lichtempfängers vom Füllstand im Behälter ergibt. Nach einem vorteilhaften ersten Ausführungsbeispiel wird dies erreicht, indem der erste Lichtleiter, die optische Linse und der zweite Lichtleiter derart angeordnet und ausgebildet sind, dass vom ersten Lichtleiter in Richtung des zweiten Lichtleiters ausgestrahlte Lichtstrahlen von der zumindest einen optischen Linse im zweiten Lichtleiter oder nahe dem zweiten Lichtleiter gebündelt werden, wenn im Strahlengang Flüssigkeit vorhanden ist. Nach einem vorteilhaften dritten Ausführungsbeispiel ist der Füllstandsgeber alternativ derart ausgebildet, dass vom ersten Lichtleiter in Richtung des zweiten Lichtleiters ausgestrahlte Lichtstrahlen von der zumindest einen optischen Linse im zweiten Lichtleiter oder nahe dem zweiten Lichtleiter gebündelt werden, wenn zwischen den beiden Lichtleitern keine Flüssigkeit, also Gas vorhanden ist.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn der erste Lichtleiter in einer ersten Aussparung eines ersten Halteelementes angeordnet ist, wobei die erste Aussparung zu einer dem zweiten Lichtleiter zugewandten Seite hin eine erste Öffnung aufweist, in der die optische Linse angeordnet ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass die optische Linse die erste Ausnehmung dicht verschließt.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn der zweite Lichtleiter an einem zweiten Halteelement angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten Halteelement und dem zweiten Halteelement der Messraum gebildet ist, in den die Flüssigkeit über zumindest eine Einlassöffnung einströmen kann. Das erste Halteelement und das zweite Halteelement sind beispielsweise zur Bildung eines Sensorgehäuses miteinander verbunden. Dadurch kann der Füllstandsgeber als separates Teil auf einfache Art und Weise in den Behälter eingesetzt und dort befestigt werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich, wenn die zumindest eine Einlassöffnung jeweils als Mittel zum Zurückhalten von Schmutzpartikeln ausgebildet ist, oder wenn an der zumindest einen Einlassöffnung jeweils ein Mittel zum Zurückhalten von Schmutzpartikeln, insbesondere ein Sieb oder ein Filterelement, vorgesehen ist. Auf diese wird verhindert, dass sich Verunreinigungen auf den optischen Flächen ablagern können.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das zweite Halteelement eine zweite Aussparung auf, in der der zweite Lichtleiter angeordnet ist und die zur ersten Öffnung des ersten Halteelementes hin geöffnet ist. Auf diese Weise wird der Lichtfluss von dem einem zum anderen Lichtleiter ermöglicht.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn das der Lichtquelle und dem Lichtempfänger abgewandte Ende der Lichtleiter optisch absorbierend oder optisch spiegelnd ausgeführt ist. Durch eine optische Verspiegelung des Faserendes wird das Licht, das ansonsten den Lichtleiter verlassen würde, wieder zurück in Richtung der Lichtquelle geleitet. Dadurch wird die Beleuchtungsstärke des Lichtleiters bei gleicher Strahlungsleistung der Lichtquelle erhöht. Bei der optisch absorbierenden Ausführung des Faserendes ist das detektierte Signal am Lichtempfänger kleiner als in der Variante mit dem verspiegelten Faserende, da die Lichtintensität in der lichtemittierenden Faser kleiner ist. Desweiteren kann jeweils der der optischen Linse abgewandte Mantelbereich der Lichtleiter zur Signalschwächung optisch absorbierend oder zur Signalverstärkung optisch spiegelnd ausgeführt sein.
Vorteilhaft ist, wenn die Lichtleiter teilweise in das Material einer Wandung des Behälters eingebettet sind. Wenn bei einer Verformung der Wandung des Behälters zumindest einer der Lichtleiter bricht, verändert sich das Messsignal des Füllstandsgebers. Ein Steuergerät kann aus der Änderung des Messsignals auf einen Unfall schließen und entsprechende Sicherheitsmaßnahmen durchführen, wie beispielsweise ein Abschalten einer Zündung einer Brennkraftmaschine oder einer elektrischen Stromversorgung eines Fahrzeugs.
Außerdem vorteilhaft ist, wenn die Lichtleiter und die optische Linse des Füllstandsgebers in einer Einbaulage im Behälter in Richtung der Schwerkraft verlaufen. Mit anderen Worten ausgedrückt verlaufen die Lichtleiter und die zumindest eine optische Linse des Füllstandsgebers in dem Behälter in eine Richtung, die von einem Boden des Behälters zu einer Deckenwandung des Behälters gerichtet ist.
Zeichnung
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 zeigt zwei mögliche Ausführungen eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Füllstandsgebers,
2 einen erfindungsgemäßen ersten oder zweiten Lichtleiter,
3 einen Strahlengang des erfindungsgemäßen Füllstandsgebers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel für den Fall, dass Flüssigkeit im Strahlengang vorliegt,
4 einen Strahlengang des erfindungsgemäßen Füllstandsgebers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel für den Fall, dass keine Flüssigkeit im Strahlengang vorliegt,
5 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Füllstandsgebers und
6 einen Strahlengang des erfindungsgemäßen Füllstandsgebers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel für den Fall, dass keine Flüssigkeit im Strahlengang vorliegt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt zwei mögliche Ausführungen eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Füllstandsgebers zum Messen eines Füllstandes H einer Flüssigkeit in einem Behälter 1. Die Flüssigkeit kann beispielsweise ein Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine sein.
Der Füllstandsgeber 2 weist mindestens eine Lichtquelle 3 auf, die Licht in einen ersten Lichtleiter 4 einkoppelt. Weiterhin umfasst der Füllstandsgeber 2 einen vom ersten Lichtleiter 4 beabstandeten zweiten Lichtleiter 5, der vom ersten Lichtleiter 4 ausgestrahltes Licht empfängt und an mindestens einen Lichtempfänger 6 weiterleitet, wobei zwischen dem ersten Lichtleiter 4 und dem zweiten Lichtleiter 5 zumindest eine optische Linse 7 angeordnet ist. Die Lichtquelle 3 kann eine kohärente oder inkohärente Lichtquelle sein, beispielsweise eine Laserdiode oder eine Leuchtdiode. Der Lichtempfänger 6 ist als Lichtdetektor ausgebildet und kann beispielsweise eine Fotodiode sein. Der Durchmesser der beiden Lichtleiter 4, 5 ist beispielsweise kleiner als 1 mm. Der Durchmesser der optischen Linse 7 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,1 mm und 100 mm, insbesondere 0,1 bis 10 mm. An dem der Lichtquelle 3 abgewandten Faserende kann eine weitere, nicht dargestellte Lichtquelle vorgesehen sein, um eine Redundanz zu erreichen.
Die optische Linse 7 ist rotationssymmetrisch, insbesondere zylinderförmig, halbzylinderförmig, kegelförmig oder halbkegelförmig ausgeführt. Die Lichtleiter 4, 5 verlaufen im wesentlichen parallel zu einer Außenkontur der optischen Linse 7. Beispielsweise sind die Lichtleiter 4, 5 und die optische Linse 7 zylinderförmig ausgeführt und verlaufen parallel zueinander. Die Lichtleiter 4, 5 und die optische Linse 7 des Füllstandsgebers verlaufen in dem Behälter 1 in eine Richtung, die von einem Boden 8 des Behälters 1 zu einer Deckenwandung 9 des Behälters 1 verläuft. Anders ausgedrückt, verlaufen die Lichtleiter 4, 5 und die optische Linse 7 des Füllstandsgebers in Richtung der Schwerkraft. Sowohl der Bereich zwischen dem ersten Lichtleiter 4 und der optischen Linse 7 als auch der Bereich zwischen der optischen Linse 7 und dem zweiten Lichtleiter 5 sind beim ersten Ausführungsbeispiel mit der Flüssigkeit entsprechend dem Füllstand im Behälter befüllt.
Das der Lichtquelle 3 und dem Lichtempfänger 6 abgewandte Ende der Lichtleiter 4, 5 kann zur Signalschwächung optisch absorbierend oder zur Signalverstärkung optisch spiegelnd ausgeführt sein. Desweiteren kann jeweils der der optischen Linse 7 abgewandte Mantelbereich der Lichtleiter 4, 5 zur Signalschwächung optisch absorbierend oder zur Signalverstärkung optisch spiegelnd ausgeführt sein.
Der erste Lichtleiter 4, der zweite Lichtleiter 5 und die optische Linse 7 können – wie im linken Teil des Behälters 1 dargestellt – im wesentlichen vertikal zur einer Horizontalen oder – wie im rechten Teil des Behälters 1 dargestellt – zumindest abschnittsweise unter einem Winkel von der Vertikalen abweichend angeordnet sein. Gemäß der Ausführung auf der rechten Seite des Behälters 1 folgen die Lichtleiter 4, 5 und die optische Linse 7 der Kontur der Wandung des Behälters 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der erste Lichtleiter 4 und der zweite Lichtleiter 5 als seitenemittierende Fasern ausgebildet sind. Unter einer seitenemittierenden Faser wird eine Faser verstanden, die – wie in 2 gezeigt – einen lichtleitenden Kern 10 und einen den lichtleitenden Kern 10 entlang einer Faserachse 11 umschließenden lichtleitenden Mantel 12 aufweist, wobei zwischen dem Kern 10 und dem Mantel 12 ein Streubereich vorgesehen ist, in dem optische Streuelemente 13 ausgeführt sind. Die optischen Streuelemente 13 sind in dem Streubereich statistisch verteilt, beispielsweise in Richtung der Längserstreckung der Faser linienförmig angeordnet. Der lichtleitende Mantel 12 weist eine kleinere Brechzahl auf als der lichtleitende Kern 10.
Die seitenemittierenden Fasern sind aus Mineralglas oder organischem Glas hergestellt. Durch die Ausbildung als seitenemittierende Faser wird das Licht bei dem ersten Lichtleiter 4 über zumindest einen Teil seiner Länge, beispielsweise zwischen dem Bereich zwischen minimalem und maximalem Füllstand, quer zur Längserstreckung der Faser ausgestrahlt. Durch die Ausbildung als seitenemittierende Faser wird das Licht bei dem zweiten Lichtleiter 5 über zumindest einen Teil seiner Länge, beispielsweise zwischen dem Bereich zwischen minimalem und maximalem Füllstand, quer zur Längserstreckung der Faser empfangen und anschließend zum Lichtempfänger 6 weitergeleitet.
Der erste Lichtleiter 4, die zumindest eine optische Linse 7 und der zweite Lichtleiter 5 sind derart angeordnet und ausgebildet, dass sich eine Abhängigkeit des Messsignals des Lichtempfängers 6 vom Füllstand im Behälter 1 einstellt. Dies wird durch eine unterschiedliche, vom Medium an den Grenzflächen der zumindest einen optischen Linse 7 abhängige Brechung des ausgesendeten Lichtes erreicht. Das Licht wird also abhängig davon, ob an der betreffenden Stelle der Grenzflächen der optischen Linse Flüssigkeit oder ein Gas vorliegt, unterschiedlich stark gebrochen. Bei einem bestimmten Füllstand im Behälter 1 gibt es einen unteren Bereich der Lichtleiter 4, 5, der zwischen dem unteren Ende der Lichtleiter 4, 5 und der Oberfläche der Flüssigkeit liegt und von Flüssigkeit umgeben ist, und einen oberen Bereich, der von einem Gas umgeben ist. Dabei wird das vom ersten Lichtleiter 4 ausgestrahlte Licht im unteren Bereich im stärkeren oder geringeren Maße in den zweiten Lichtleiter 5 geleitet als im oberen Bereich. Aufsummiert über die gesamte Länge des zweiten Lichtleiters 5 wird somit vom zweiten Lichtleiter 5 – abhängig vom Füllstand im Behälter 1 – eine vorbestimmte Lichtintensität empfangen, so dass sich das vom Füllstand abhängige Messsignal ergibt.
Beispielsweise kann der Brechungsindex der optischen Linse 7 im wesentlichen dem Brechungsindex der Flüssigkeit entsprechen. In diesem Fall erfolgt an den Grenzflächen der optischen Linse, wenn dort Flüssigkeit vorliegt, im wesentlichen keine Brechung. Wenn stattdessen keine Flüssigkeit an den Grenzflächen vorliegt, erfolgt eine stärkere Brechung als mit Flüssigkeit an der Grenzfläche.
Der erste Lichtleiter 4, die zumindest eine optische Linse 7 und der zweite Lichtleiter 5 sind nebeneinander, beispielsweise parallel zueinander angeordnet. Zwischen dem ersten Lichtleiter 4 und dem zweiten Lichtleiter 5 können zwei optische Linsen 7 hintereinander angeordnet sein (5).
3 zeigt einen Strahlengang des Füllstandsgebers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit einer einzigen optischen Linse 7 für den Fall, dass Flüssigkeit im Strahlengang vorliegt.
Der erste Lichtleiter 4, die zumindest eine optische Linse 7 und der zweite Lichtleiter 5 sind derart angeordnet und ausgebildet, dass sich eine Abhängigkeit des Messsignals des Lichtempfängers 6 vom Füllstand im Behälter 1 einstellt. Wie in 3 gezeigt, wird dies beispielsweise erreicht, indem vom ersten Lichtleiter 4 in Richtung des zweiten Lichtleiters 5 ausgestrahlte Lichtstrahlen von der zumindest einen optischen Linse 7 im zweiten Lichtleiter 5 oder nahe dem zweiten Lichtleiter 5 gebündelt werden, wenn im jeweiligen Strahlengang Flüssigkeit vorhanden ist. Der Strahlenverlauf in der optischen Linse 7 wird in den 3, 4 und 6 jeweils nicht betrachtet.
4 zeigt den Strahlengang des erfindungsgemäßen Füllstandsgebers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel für den Fall, dass im betreffenden Strahlengang zwischen der optischen Linse 7 und dem zweiten Lichtleiter 5 keine Flüssigkeit vorliegt. Wie in 4 dargestellt ist, liegt die Bündelung der Lichtstrahlen entfernt vom zweiten Lichtleiter 5, wenn im betreffenden Strahlengang zwischen der optischen Linse 7 und dem zweiten Lichtleiter 5 keine Flüssigkeit, also ein Gas, vorhanden ist.
Bei einem teilweise mit Flüssigkeit gefüllten Behälter 1 ergeben sich unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche, also im Bereich der mit Flüssigkeit umgebenen Lichtleiter 4, 5, jeweils Strahlengänge entsprechend der 3 und oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche, also im Bereich der mit Gas bzw. Luft umgebenen Lichtleiter 4, 5, jeweils Strahlengänge entsprechend der 4. Das insgesamt vom zweiten Lichtleiter empfangene Licht ergibt sich dabei aus der Summe der über die gesamte Länge des zweiten Lichtleiters 5 empfangenen Lichtstrahlen.
Erfindungsgemäß können diese Strahlengänge gemäß 3 und 4 entsprechend der Ausführung nach 1 erreicht werden, bei der in dem Bereich zwischen der optischen Linse 7 und dem ersten Lichtleiter 4 und im Bereich zwischen der optischen Linse 7 und dem zweiten Lichtleiter 5, die Flüssigkeit entsprechend dem Füllstand im Behälter 1 vorgesehen ist.
Der Abstand zwischen den Lichtleitern 4, 5 und der zumindest einen optischen Linse 7 ist mindestens so groß, dass Kapillareffekte keinen wesentlichen Einfluss auf den Füllstand im Spalt zwischen den Lichtleitern 4, 5 und der zumindest einen optischen Linse 7 haben.
5 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Füllstandsgebers in einer Draufsicht.
Bei der Ausführungsform nach 5 ist in dem Bereich zwischen der optischen Linse 7 und dem ersten Lichtleiter 4 ausschließlich ein Gas, insbesondere Luft, vorgesehen. Dagegen ist in dem Bereich zwischen der optischen Linse 7 und dem zweiten Lichtleiter 5 – wie in dem ersten Ausführungsbeispiel – die Flüssigkeit entsprechend dem Füllstand im Behälter 1 vorgesehen. Dies wird konstruktiv erreicht, indem zwischen dem ersten Lichtleiter 4 und der optischen Linse 7 ein separater, mit Gas, insbesondere Luft, gefüllter Raum 15 vorgesehen ist, der gegenüber einem zwischen der optischen Linse 7 und dem zweiten Lichtleiter 5 gebildeten Messraum 21 abgedichtet ist. Dazu kann der erste Lichtleiter 4 in einer ersten Aussparung 16 eines ersten Halteelementes 17 angeordnet sein, wobei die erste Aussparung 16 zu einer dem zweiten Lichtleiter 5 zugewandten Seite hin eine erste Öffnung 18 aufweist, in der die optische Linse 7 dichtend angeordnet ist. Die optische Linse 7 kann beispielsweise in die erste Öffnung 18 eingeklebt oder eingeklemmt sein. Dabei kann zwischen der optischen Linse 7 und einer Wandung des ersten Halteelementes 17 ein nicht dargestelltes Dichtelement vorgesehen sein. Die erste Aussparung 16 ist beispielsweise im Querschnitt V-förmig oder U-förmig ausgebildet. Die erste Aussparung 16 und deren erste Öffnung 18 haben zum Erfassen des Füllstandes im Behälter 1 eine vorbestimmte Längserstreckung, die in eine Richtung verläuft, die von dem Boden 8 des Behälters 1 zu der Deckenwandung 9 gerichtet ist. Die erste Aussparung 16 ist dazu beispielsweise nut – oder schlitzförmig und die erste Öffnung 18 beispielsweise langloch – oder rechteckförmig ausgebildet. Das erste Halteelement 17 ist derart im Behälter 1 angeordnet, dass dessen erste Aussparung 16 über den gesamten zu erfassenden Füllstandsbereich verläuft.
Der zweite Lichtleiter 5 ist gemäß 5 an einem zweiten Halteelement 19 angeordnet, wobei zwischen dem ersten Halteelement 17 und dem zweiten Halteelement 19 der Messraum 21 gebildet ist, in den die Flüssigkeit des Behälters 1 über zumindest eine Einlassöffnung 22 einströmen kann und in dem sich der Füllstand entsprechend dem Füllstand im Behälter 1 verändert. Es können beispielsweise viele kleine Einlassöffnungen 22 als Mittel 23 zum Zurückhalten von Schmutzpartikeln oder an zumindest einer größeren Einlassöffnung 22 jeweils ein Mittel 23, beispielsweise ein Sieb oder Filterelement, vorgesehen sein.
Das zweite Halteelement 19 kann eine zweite Aussparung 20 aufweisen, in der der zweite Lichtleiter 5 angeordnet ist und die zur ersten Öffnung 18 des ersten Halteelementes 17 hin geöffnet ist.
Da auf der dem ersten Lichtleiter 4 zugewandten Seite der optischen Linse 7 Gas, insbesondere Luft, und auf der dem zweiten Lichtleiter 5 zugewandten Seite der optischen Linse 7 – vom Füllstand abhängig – abschnittsweise die Flüssigkeit des Behälters 1 vorgesehen ist, wird das Licht an der dem ersten Lichtleiter 4 zugewandten Grenzfläche der optischen Linse 7 auf gleichbleibende Weise gebrochen und an der dem zweiten Lichtleiter 5 zugewandten Grenzfläche der optischen Linse 7 abhängig vom Füllstand unterschiedlich stark gebrochen. Nach dieser Ausführung wird eine besonders große Abhängigkeit des Messsignals vom Füllstand im Behälter 1 erreicht.
Das erste Halteelement 17 und das zweite Halteelement 19 sind beispielsweise zur Bildung eines Sensorgehäuses miteinander verbunden, beispielsweise einstückig.
6 zeigt einen Strahlengang des erfindungsgemäßen Füllstandsgebers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel für den Fall, dass keine Flüssigkeit im Strahlengang vorliegt.
Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber den beiden anderen Ausführungsbeispielen lediglich darin, dass zwischen dem ersten Lichtleiter 4 und dem zweiten Lichtleiter 5 zwei optische Linsen 7 vorgesehen sind. Der erste Lichtleiter 4, die zwei optischen Linsen 7 und der zweite Lichtleiter 5 sind derart angeordnet und ausgebildet, dass vom ersten Lichtleiter 4 in Richtung des zweiten Lichtleiters 5 ausgestrahlte Lichtstrahlen von den optischen Linsen 7 im zweiten Lichtleiter 5 oder nahe dem zweiten Lichtleiter 5 gebündelt werden, wenn im Strahlengang keine Flüssigkeit vorhanden ist. Auf diese Weise wird ein antiproportionaler Zusammenhang zwischen dem Füllstand im Behälter 1 und dem vom Lichtempfänger 6 gemessenen Messsignal erreicht.
Wenn im entsprechenden Strahlengang lokal Flüssigkeit vorhanden ist, findet die Bündelung der Lichtstrahlen entfernt vom zweiten Lichtleiter 5 statt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3206046 A1 [0001]

Claims

Füllstandsgeber zum Messen eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter (1), mit einer Lichtquelle (3), die Licht in einen ersten Lichtleiter (4) einkoppelt, mit einem vom ersten Lichtleiter (4) beabstandeten zweiten Lichtleiter (5), der vom ersten Lichtleiter (4) ausgestrahltes Licht empfängt und an einen Lichtempfänger (6) weiterleitet, wobei zwischen dem ersten Lichtleiter (4) und dem zweiten Lichtleiter (5) zumindest eine optische Linse (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lichtleiter (4) und der zweite Lichtleiter (5) als seitenemittierende Fasern ausgebildet sind.
Füllstandsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex der zumindest einen optischen Linse (7) im wesentlichen dem Brechungsindex der Flüssigkeit entspricht.
Füllstandsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Lichtleiter (4) und dem zweiten Lichtleiter (5) zwei optische Linsen (7) vorgesehen sind.
Füllstandsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine optische Linse (7) rotationssymmetrisch, insbesondere zylinderförmig, halbzylinderförmig, kegelförmig oder halbkegelförmig ausgebildet ist.
Füllstandsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lichtleiter (4), die zumindest eine optische Linse (7) und der zweite Lichtleiter (5) nebeneinander angeordnet sind.
Füllstandsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiter (4, 5) im wesentlichen parallel zu einer Außenkontur der optischen Linse (7) verlaufen.
Füllstandsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lichtleiter (4), die zumindest eine optische Linse (7) und der zweite Lichtleiter (5) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sich eine Abhängigkeit des Messsignals des Lichtempfängers (6) vom Füllstand im Behälter (1) ergibt.
Füllstandsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lichtleiter (4), die zumindest eine optische Linse (7) und der zweite Lichtleiter (5) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass vom ersten Lichtleiter (4) in Richtung des zweiten Lichtleiters (5) ausgestrahlte Lichtstrahlen von der zumindest einen optischen Linse (7) im zweiten Lichtleiter (5) oder nahe dem zweiten Lichtleiter (5) gebündelt werden, wenn im Strahlengang Flüssigkeit vorhanden ist.
Füllstandsgeber nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lichtleiter (4), die zumindest eine optische Linse (7) und der zweite Lichtleiter (5) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass vom ersten Lichtleiter (4) in Richtung des zweiten Lichtleiters (5) ausgestrahlte Lichtstrahlen von der zumindest einen optischen Linse (7) im zweiten Lichtleiter (5) oder nahe dem zweiten Lichtleiter (5) gebündelt werden, wenn im Strahlengang keine Flüssigkeit vorhanden ist.
Füllstandsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandsgeber derart ausgebildet ist, dass auf der dem ersten Lichtleiter (4) zugewandten Seite der optischen Linse (7) ein Gas, insbesondere Luft, und auf der dem zweiten Lichtleiter (5) zugewandten Seite der optischen Linse (7) die Flüssigkeit entsprechend dem Füllstand im Behälter (1) vorgesehen ist.
Füllstandsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Lichtleiter (4) und der optischen Linse (7) ein separater, mit Gas, insbesondere Luft, gefüllter Raum (15) vorgesehen ist, der gegenüber einem zwischen der optischen Linse (7) und dem zweiten Lichtleiter (5) gebildeten Messraum (21) abgedichtet ist.
Füllstandsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lichtleiter (4) in einer ersten Aussparung (16) eines ersten Halteelementes (17) angeordnet ist, wobei die erste Aussparung (16) zu einer dem zweiten Lichtleiter (5) zugewandten Seite hin eine erste Öffnung (18) aufweist, in der die optische Linse (7) angeordnet ist.
Füllstandsgeber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lichtleiter (5) an einem zweiten Halteelement (19) angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten Halteelement (17) und dem zweiten Halteelement (19) der Messraum (21) gebildet ist, in den die Flüssigkeit über zumindest eine Einlassöffnung (22) einströmen kann.
Füllstandsgeber nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Einlassöffnung (22) jeweils als Mittel (23) zum Zurückhalten von Schmutzpartikeln ausgebildet ist, oder dass an der zumindest einen Einlassöffnung (22) jeweils ein Mittel (23) zum Zurückhalten von Schmutzpartikeln, insbesondere ein Sieb (23), vorgesehen ist.
Füllstandsgeber nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Halteelement (19) eine zweite Aussparung (20) aufweist, in der der zweite Lichtleiter (5) angeordnet ist und die zur ersten Öffnung (18) des ersten Halteelementes (17) hin geöffnet ist.
Füllstandsgeber nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Halteelement (17) und das zweite Halteelement (19) zur Bildung eines Sensorgehäuses miteinander verbunden sind.
Füllstandsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der Lichtquelle (3) und dem Lichtempfänger (6) abgewandte Ende der Lichtleiter (4, 5) oder ein der optischen Linse 7 abgewandter Mantelbereich der Lichtleiter (4, 5) optisch absorbierend oder optisch spiegelnd ausgeführt ist.
Behälter mit einem Füllstandsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiter (4, 5) und die optische Linse (7) des Füllstandsgebers in einer Einbaulage im Behälter (1) in Richtung der Schwerkraft verlaufen.
Behälter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiter (4, 5) teilweise in das Material einer Wandung des Behälters (1) eingebettet sind.