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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter mit einem Ultraschallsensor, wobei der Ultraschallsensor am unteren Ende eines Dämpfungsbechers mit einem Messrohr angeordnet ist, wobei das Messrohr im oberen Bereich mindestens eine innere Entlüftungsöffnung und eine der inneren Entlüftungsöffnung zugeordnete Abdeckung aufweist, die das Messrohr mindestens im oberen Endbereich umgibt und ihrerseits mindestens eine äußere Entlüftungsöffnung aufweist, wobei in der Abdeckung mindestens eine Abschirmung vorhanden ist, die oben an die Abdeckung anschließt.
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Vorrichtungen zum Messen des Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter mit einem Ultraschallsensor, so wie die oben beschriebene, werden insbesondere in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um den Motorölstand zu messen. Um den Ölstand in dem Behälter zu ermitteln, werden vom Boden der Vorrichtung Ultraschallwellen ausgesandt, die an der Grenzfläche des Öls zu der darüber liegenden Luft reflektiert und vom Ultraschallsensor wieder empfangen werden. Aus der erfassten Laufzeit der Ultraschallwellen kann dann der Füllstand in dem Behälter ermittelt werden. Bei einem im Betrieb befindlichen Motor, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, ist der Füllstand des Öls jedoch nur schwer bis gar nicht zu ermitteln, da das Öl stark verschäumt ist und die Schallwellen an Gasbläschen reflektiert werden. Die detektierten Werte streuen daher sehr stark. Um eine auswertbare Messung vornehmen zu können, wird eine eindeutige Grenzfläche zwischen den Medien Gas und Öl benötigt. Um dies zu erreichen, sind den Ultraschallsensoren sogenannte Dämpfungsbecher zugeordnet. Innerhalb dieser Dämpfungsbecher, welche die Messstrecke des Ultraschallsensors umhüllen, ist die zu messende Flüssigkeit beruhigt und nur durch eine kleine Öffnung des Dämpfungsbechers zum Behälter mit diesem verbunden. Durch die kleine Öffnung des Dämpfungsbechers zum Behälter gelangen wenige Gasbläschen in den Dämpfungsbecher. Der Füllstand im Dämpfungsbecher entspricht dabei dem Füllstand außerhalb des Dämpfungsbechers, verzögert dabei jedoch Schwankungen, die z. B. durch Beschleunigungen oder Kurvenfahrten erzeugt werden. Dem Dämpfungsbecher ist typischerweise auch eine Vorkammer zugeordnet, die dazu dient, die zu messende Flüssigkeit, insbesondere verschäumtes Öl, zu entgasen, so dass in der Messstrecke des Dämpfungsbechers eine entgaste Flüssigkeit entsteht, die relativ blasenfrei ist. Die Dämpfungsbecher sind typischerweise aus Kunststoff, meist aus mehreren Teilelementen aufgebaut, die miteinander verschweißt, verrastet oder verklebt sind.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Messung eines Füllstands einer Flüssigkeit ist beispielsweise aus der
DE 10 2013 016 164 A1 bekannt. Dort ist im oberen Bereich eines Dämpfungsbechers, der zentral ein Messrohr aufweist, eine Kappe vorgesehen. Die Kappe oder Abdeckung schützt insbesondere das Messrohr gegen von außen eintretenden Schaum, muss jedoch ihrerseits eine Entlüftungsöffnung aufweisen, so dass in dem Messrohr die zu messende Flüssigkeit auf- und absteigen kann. Um das Messrohr gegen Ölschaum oder Flüssigkeit zu schützen, die durch die äußere Entlüftungsöffnung der Abdeckung eintritt, ist eine Abschirmung vorgesehen, die sich oben an die Decke der Abdeckung anschließt und nach unten erstreckt. Diese ist hier ringförmig ausgebildet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die besonders gut gegen im oberen Bereich eintretenden Ölschaum geschützt ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Bei einer Vorrichtung zum Messen eines Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter mit einem Ultraschallsensor, wobei der Ultraschallsensor am unteren Ende eines Dämpfungsbechers mit einem Messrohr angeordnet ist, wobei das Messrohr im oberen Bereich mindestens eine innere Entlüftungsöffnung und eine der inneren Entlüftungsöffnung zugeordnete Abdeckung aufweist, die das Messrohr mindestens im oberen Endbereich umgibt und ihrerseits mindestens eine äußere Entlüftungsöffnung aufweist, wobei in der Abdeckung mindestens eine Abschirmung vorhanden ist, die oben an die Abdeckung anschließt, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass die Abschirmung, die oben an die Abdeckung anschließt, sich in horizontaler Richtung von dem Messrohr bis zu einer Seitenwand der Abdeckung erstreckt und dass zwischen der oder den inneren Entlüftungsöffnungen und der oder den äußeren Entlüftungsöffnungen mindestens vier Abschirmungen vorgesehen sind, so dass im Betrieb der Vorrichtung mindestens zwei Luftblasen im Bereich der Abschirmungen geklemmt werden. Auf diese Weise werden unterhalb der Decke oder des oberen Abschlusses der Abdeckung Abschirmungen oder Stege ausgebildet, die von der Decke nach unten ragen und den Entlüftungsweg vollständig versperren, da sie sich von dem Messrohr bis zu einer Seitenwand der Abdeckung erstrecken. Dadurch bilden sich in diesem Bereich Luftblasen aus, die definiert im Bereich der Abschirmungen hängen bleiben und dadurch einen wirksamen Schutz gegen durch die äußere Entlüftungsöffnung eintretenden Ölschaum bieten. Durch die Verwendung von vier Abschirmungen und der Ausbildung von mindestens zwei Luftblasen wird eine höhere Stabilität unter Vibrationen und auch eine höhere Stabilität unter Neigung des Fahrzeugs bzw. dann auch der Vorrichtung zum Messen des Füllstands erreicht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine innere Entlüftungsöffnung und eine äußere Entlüftungsöffnung vorgesehen, die vorzugsweise um 180° gegeneinander versetzt sind. Zwischen diesen beiden Entlüftungsöffnungen sind zwei funktionale Entlüftungswege gegeben, auf denen je mindestens zwei Abschirmungen vorgesehen sind. In einem solchen Fall würden sich sogar drei Blasen ausbilden, nämlich jeweils eine zwischen zwei Abschirmungen und eine Dritte im Bereich der inneren Entlüftungsöffnung, dabei natürlich auch zwischen zwei Abschirmungen. Im vierten Quadrant, der der äußeren Entlüftungsöffnung zugewandt ist, hält sich aufgrund dieser äußeren Entlüftungsöffnung keine Blase.
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In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung sind die Abschirmungen symmetrisch ausgebildet. Insbesondere schneiden sich die Abschirmungen in ihrer gedachten Verlängerung unter 90°. Durch eine derartig symmetrische Ausbildung wird der Schutz der Vorrichtung gegen das Eindringen von Ölschaum neigungsunabhängig.
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In einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Höhe der Abschirmungen kleiner als die zweifache Höhe der äußeren Entlüftungsöffnung. Insbesondere ist die Höhe der Abschirmungen sogar kleiner als die 1,5fache Höhe der äußeren Entlüftungsöffnung. Mit der vorliegenden erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Höhe dieser Abschirmungen derart klein ausgebildet werden, da hier wirkungsvoll mehrere Luftblasen geklemmt werden. Die Höhe der Abschirmungen muss mindestens die Höhe der äußeren Entlüftungsöffnung haben, um einen Schutz gegen eintretenden Ölschaum zu bieten, sollte jedoch andererseits möglichst klein sein, um einen möglichst geringen Bauraumverlust zu haben.
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In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Abdeckung im Querschnitt im Kontaktbereich der Abschirmung zur Wand der Abdeckung eingeschnürt ist, wobei zwischen zwei Kontaktbereichen ein aufgeweiteter Bereich vorhanden ist. Dadurch wird der Bereich, in dem die Luftblasen sind, aufgeweitet und es kann dadurch die Höhe der Abschirmung verkleinert werden. Dadurch wird auch die Möglichkeit des Abflusses von Ölschaum nach unten verbessert. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Abschirmungen als Stege ausgebildet, die einstückig mit dem Messrohr ausgebildet sind. Die Abdeckungen oder Stege liegen eng berührend an der Abdeckung an, sind jedoch baulich und stofflich mit dem Messrohr verbunden. Dies gilt hinsichtlich des Kontaktes zur Abschirmung sowohl nach oben, also zur Decke der Abschirmung, als auch zu den Seiten, also zu den Seitenwänden der Abschirmung.
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In einer anderen, davon unabhängigen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Abdeckung über mehr als 80% der Höhe des Messrohrs. Die Abdeckung ist daher bevorzugt nicht nur als Kappe sondern als äußere Ummantelung ausgebildet, die sich fast bis zum Fuß des Dämpfungsbechers erstreckt oder bevorzugt sogar bis zum Fuß des Dämpfungsbechers erstreckt.
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Die Abschirmung bildet bevorzugt zwischen dem Messrohr und der Abschirmung rings um das Messrohr herum auf über 50% der Höhe des Messrohrs einen Aufnahmeraum für durch die äußere Entlüftungsöffnung eintretenden Ölschaum aus. In diesem Bereich kann daher eintretender Ölschaum sehr schnell abfließen. Bevorzugt weist dieser Aufnahmeraum im unteren Bereich eine horizontale Wand auf, in der ein unterer Abfluss in Form einer Öffnung gegeben ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines ölgeschmierten Motors, der eine oben genannte Vorrichtung aufweist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:
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1 eine schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 eine schematische Querschnittsansicht entsprechend der Linie II-II in 1;
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3 eine perspektivische Draufsicht auf eine detailliert dargestellte Vorrichtung gemäß der Linie II-II in 1;
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4 eine Ansicht entsprechend 2 in einer ersten alternativen Ausführungsform; und
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5 eine Ansicht entsprechend 2 in einer zweiten alternativen Ausführungsform.
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In 1 ist eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Diese weist im Wesentlichen einen Dämpfungsbecher 2 auf, der zentral ein Messrohr 4 aufweist. Unterhalb des Messrohrs 4 ist ein Ultraschallsensor 3 angeordnet, der Ultraschallwellen aussendet, die in dem Messrohr 4 nach oben abstrahlen, an einer Grenzfläche von Flüssigkeit, insbesondere Öl, und Luft reflektiert werden und dann vom Ultraschallsensor 3 wieder empfangen werden. Aus der Laufzeit des Signals kann dann die Füllstandshöhe berechnet werden. Die Vorrichtung 1 dient insgesamt dazu, überhaupt eine messbare Oberfläche bereitzustellen, die wenig Schaum aufweist und gegenüber dem übrigen Füllstand in dem Behälter beruhigt ist. Dazu weist der Dämpfungsbecher 1 im unteren Bereich eine Einlassöffnung 6 auf, durch die Öl von außen in den Dämpfungsbecher 1 eintritt und in einer Vorkammer 5 zunächst ausgast. In der Vorkammer 5 sind dabei oftmals zusätzliche geometrische Strukturen angeordnet, die die Verweildauer der Flüssigkeit in der Vorkammer 5 erhöhen, die hier jedoch nicht dargestellt sind. Die Flüssigkeit tritt aus der Vorkammer 5 durch die Vorkammeröffnung 15 dann in entgaster und nahezu blasenfreier Form in das Messrohr 4 ein. Der Stand der Flüssigkeit in dem Messrohr 4 korrespondiert im Wesentlichen zu dem Stand des Öls außerhalb des Dämpfungsbechers 1. Dies wird insbesondere auch durch eine innere Entlüftungsöffnung 9 am oberen Ende des Messrohrs 4 sichergestellt. Um das Messrohr 4 gegen durch die innere Entlüftungsöffnung 9 eintretenden Ölschaum zu schützen, ist eine Abdeckung 8 vorgesehen, die die innere Entlüftungsöffnung 9 abdeckt und dafür ihrerseits eine äußere Entlüftungsöffnung 10 aufweist, die versetzt zu der inneren Entlüftungsöffnung 9 angeordnet ist. Die Abdeckung 8 ist hier nicht nur als sonst oftmals verwendete kleine Kappe ausgebildet, sondern erstreckt sich über mehr als 50% der Höhe des Dämpfungsbechers, hier sogar über mehr als 80% der Höhe des Dämpfungsbechers und erstreckt sich bis in den Bereich der Vorkammer 5. Dadurch wird zwischen dem Messrohr 4 und der Abdeckung 8 ein sehr großer Aufnahmeraum geschaffen, in den durch die äußere Entlüftungsöffnung 10 eintretender Ölschaum abgeführt und dort zunächst aufgenommen werden kann. Dieser eintretende Ölschaum ist hier mit 14 gekennzeichnet. Die Abdeckung weist eine horizontale Wand 12 auf, die hier identisch mit der oberen Wand der Vorkammer 5 ist. Hier wird ein zusätzlicher Aufnahmeraum definiert. Durch eine Öffnung 13 in dieser horizontalen Wand 12 kann der Ölschaum 14 dann in die Vorkammer 5 und dort durch die Einlassöffnung 6 wieder nach außen abfließen. Im oberen Endbereich der Abdeckung 8 und insbesondere an die Decke 16 der Abdeckung 8 anschließend sind Abschirmungen 11 angeordnet, die sich von der Decke 16 nach unten erstrecken und sich hier auch erfindungsgemäß vom Messrohr 4 bis zu einer Seitenwand 17 der Abdeckung 8 erstrecken. In der Darstellung der 1 sieht es optisch so aus, als würde sich die Abschirmung 11 nicht bis zur Seitenwand 17 erstrecken, dies liegt jedoch daran, dass die Abschirmung 11 hier schräg nach hinten gerichtet ist und dort im Querschnitt an die ringförmige Seitenwand 17 der Abdeckung 8 angrenzt.
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In 2 ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung 1 gemäß 1 entlang der Linie II-II dargestellt. Hier ist also ein Schnitt direkt unterhalb der Decke 16 der Abdeckung 8 vorgenommen worden. In der Draufsicht ist das Messrohr 4 sowie die Abdeckung 8, insbesondere die Seitenwand 17 der Abdeckung 8 zu erkennen. Das Messrohr 4 zeigt in dieser Querschnittsansicht die innere Entlüftungsöffnung 9. In der Abdeckung 8 ist hier die äußere Entlüftungsöffnung 10 zu erkennen. Ausgehend von dem Messrohr 4 sind hier vier Abschirmungen 11 vorgesehen, die als relativ schmale Stege ausgebildet sind, und an dem Messrohr anschließen, insbesondere einstückig mit dem Messrohr 4 ausgebildet sind und sich ausgehend von dem Messrohr 4 bis zur Seitenwand 17 der Abdeckung 8 erstrecken. Der Entlüftungsweg des Messrohrs 4 erfolgt ausgehend von der inneren Entlüftungsöffnung 9 alternativ in beide Richtungen um das Messrohr 4 herum zu der äußeren Entlüftungsöffnung 10. Die Abschirmungen 11 erstrecken sich nach oben bis zur Decke 16 der Abdeckung 8, so dass nach oben und in gewisser Weise zu den Seiten geschlossene Bereiche 18 zwischen den stegartigen Abschirmungen 11 bestehen, in denen Luftblasen geklemmt werden, die eine Barriere gegen durch die äußere Entlüftungsöffnung 10 eintretenden Ölschaum 14 bilden. Vielmehr kann dieser dort eintretende Ölschaum 14 in dem Bereich 20 nach unten in den vergleichsweise großen Aufnahmeraum zwischen der Abdeckung 8 und dem Messrohr 4 absinken. In der hier gezeigten Ausführungsform wird eine dritte Luftblase im Bereich 19, also zwischen zwei Abschirmungen 11 im Bereich der inneren Entlüftungsöffnung 9, geklemmt. Dadurch ist ein effektiver Schutz gegeben.
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In 3 ist eine perspektivische Ansicht eines oberen Endbereichs des Dämpfungsbechers 1 dargestellt, der grundsätzlich der Ausführungsform gemäß 2 entspricht, jedoch perspektivisch dargestellt ist, so dass hier die Höhe der Abschirmungen 11 erkennbar ist und zudem auch hier eine detailliertere geometrische Darstellung der Form der Abdeckung 8 gegeben ist. Im Übrigen sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet. Zusätzlich ist hier erkennbar, dass die Höhe der stegartigen Abschirmungen 11 vergleichsweise klein ist, nämlich nur unwesentlich größer ist als die Tiefe der äußeren Entlüftungsöffnung 10. Insbesondere ist die Höhe der Abschirmungen 11 kleiner als die doppelte Tiefe der äußeren Entlüftungsöffnung 10. Weiterhin ist die Abdeckung 8 in ihrer äußeren Ringform nicht kreisförmig ausgebildet, sondern weist im Bereich der angrenzenden Abschirmungen 11 Einschnürungen 21 auf, so dass im Bereich der Abschirmungen 11 der Abstand zwischen dem Messrohr 4 und der Seitenwand 17 der Abdeckung 8 minimal ist und mittig zwischen zwei Abschirmungen 11 der Abstand zwischen dem Messrohr 4 und der Seitenwand 17 der Abdeckung 8 maximal ist. Dadurch sind die Bereiche 18, 19 und 20 zwischen den Abschirmungen 11 aufgeweitet und vergrößert, so dass sich hier besonders gut Luftblasen ausbilden können bzw. im Bereich 20 ein besonders guter Durchfluss oder eine besonders gute Drainfunktion des eintretenden Ölschaums gegeben ist.
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In 4 ist eine Darstellung vergleichbar zur 2 gegeben, die jedoch eine etwas andere Ausführungsform zeigt. Dort sind nämlich im oberen Randbereich des Messrohrs 4 zwei sich gegenüberliegende innere Entlüftungsöffnungen 7 vorgesehen. Um jeweils 90° versetzt dazu sind zwei äußere Entlüftungsöffnungen 10 vorgesehen. Es bestehen hier also insgesamt vier verschiedene Entlüftungswege, die von jeder der inneren Entlüftungsöffnungen 7 zu jeder der beiden äußeren Entlüftungsöffnungen 10 verlaufen. In den Bereichen 19 zwischen zwei Abschirmungen 11 in Bereich der inneren Entlüftungsöffnung 7 sind hier jeweils Luftblasen geklemmt oder können hier geklemmt werden. Diese schützen das Messrohr 4 vor eventuell eintretendem Ölschaum 14.
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Eine weitere alternative Ausführungsform ist in 5 dargestellt, wobei auch hier die Darstellung den Ansichten der 2 und 4 entspricht. Auch hier sind zwei innere Entlüftungsöffnungen 7 und zwei äußere Entlüftungsöffnungen 10 vorhanden, so dass dies insofern der Ausführungsform gemäß 4 entspricht. Hier sind jedoch jeweils zwei Abschirmungen 11 in jedem Entlüftungsweg zwischen den inneren Entlüftungsöffnungen 7 und den äußeren Entlüftungsöffnungen 10 vorgesehen. Insgesamt sind hier also acht Abschirmungen 11 vorgesehen. Zwischen jeweils zwei Abschirmungen 11 sind insgesamt vier Bereiche 18 ausgebildet, in denen jeweils eine Luftblase geklemmt wird. Weiterhin wird je eine Luftblase in den beiden Bereichen 19 geklemmt, die an die innere Entlüftungsöffnung 7 angrenzen. In den Bereichen 20 wird jeweils keine Luftblase geklemmt, da dort die Luft über die äußere Entlüftungsöffnung 10 entweicht.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013016164 A1 [0003]
