-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Funktionszustands eines entlang einer Widerstandsstrecke beweglichen Gleitkontaktes eines Füllstandsensors.
-
Stand der Technik
-
Füllstandsensoren werden unter anderem dazu eingesetzt, aktuelle Füllstände in Behältnissen, die mit fließfähigen Substanzen, insbesondere Flüssigkeiten, zu füllen sind, zu bestimmen. Beispielsweise werden Füllstandsensoren dazu eingesetzt, in einem mit Kraftstoff zu befüllenden Tank eines Kraftfahrzeugs einen aktuellen Kraftstoff-Füllstand zu ermitteln, um diesen beispielsweise dem Fahrer des Kraftfahrzeugs mitteilen zu können.
-
Derartige Füllstandsensoren sind beispielsweise aus der
DE 43 24 919 A1 sowie der
EP 1 260 800 A2 bekannt. Ein Schwimmer schwimmt dabei auf einer in einem Tank aufzunehmenden Flüssigkeit auf. Der Schwimmer ist mit einem Gleitkontakt mechanisch gekoppelt. Der Gleitkontakt kann entlang einer Widerstandsstrecke verlagert werden. Je nachdem, wo der Gleitkontakt eine Kontaktfläche der Widerstandsstrecke kontaktiert, stellt sich zwischen dem Gleitkontakt und beispielsweise einem Ende der Widerstandsstrecke ein anderer elektrischer Widerstand ein. Auf diese Weise kann die aktuelle Position des Gleitkontaktes relativ zu der Widerstandsstrecke und darüber letztendlich der aktuelle Füllstand in dem Tank ermittelt werden.
-
Allerdings wurde beobachtet, dass von einem Füllstandsensor ermittelte Angaben über den aktuellen Füllstand im Laufe der Zeit ungenauer werden. Insbesondere wurde beobachtet, dass mit zunehmender Alterung des Füllstandsensors teilweisefalsche, insbesondere zu geringe, Füllstände angezeigt werden. Außerdem wurde beobachtet, dass Füllstandsensoren mit der Zeit einen Funktionszustand (in Spezialfällen auch als Abnutzungszustand zu interpretieren) erreichen können, bei dem sie ausfallen oder bei dem die von ihnen ermittelten Angaben über den aktuellen Füllstand nicht mehr ausreichend zuverlässig sind, sodass ein jeweiliger Füllstandsensor vollständig oder zumindest in Teilen ausgetauscht werden muss.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung, bei denen in vorteilhafter Weise ein Funktionszustand eines entlang einer Widerstandsstrecke beweglichen Gleitkontaktes eines Füllstandsensors bestimmt werden kann. Eine dadurch erlangte Information über den aktuellen Funktionszustand des Gleitkontaktes des Füllstandsensors kann einerseits dazu genutzt werden, beispielsweise den Füllstandsensor bzw. dessen Gleitkontakt rechtzeitig ersetzen zu können. Andererseits kann die Information auch genutzt werden, um bei einem bereits signifikant, aber noch nicht übermäßig, abgenutzten Gleitkontakt mit dem Füllstandsensor dennoch zuverlässig akkurate Angaben über den von dem Füllstandsensor zu ermittelnden Füllstand bestimmen zu können.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Funktionszustands eines entlang einer Widerstandsstrecke beweglichen Gleitkontaktes eines Füllstandsensors vorgeschlagen. Der Füllstandsensor weist dabei eine Widerstandsstrecke und einen entlang der Widerstandsstrecke beweglichen und mit Kontaktflächen der Widerstandsstrecke zusammenwirkenden Gleitkontakt auf. Der Gleitkontakt kontaktiert bei variierendem Füllstand variierende Kontaktflächen der Widerstandsstrecke entlang der Widerstandsstrecke. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Widerstandswert bestimmt wird, der den elektrischen Widerstand zwischen Enden der Widerstandsstrecke im Zusammenwirken mit dem Gleitkontakt angibt, dass der Widerstandswert in einer Auswerteeinheit mit einem Referenzwert verglichen wird und ein einen Abnutzungszustand und/oder ein einen Zustand hinsichtlich Ablagerungen auf der Widerstandsstrecke angebendes Zustandssignal basierend auf dem Vergleich erzeugt wird.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Auslesen eines aktuellen Füllstandmesssignals eines Füllstandsensors beschrieben. Der Füllstandsensor weist wiederum eine Widerstandsstrecke und einen entlang der Widerstandsstrecke beweglichen und mit Kontaktflächen der Widerstandsstrecke zusammenwirkenden Gleitkontakt auf und der Gleitkontakt kontaktiert bei variierendem Füllstand variierende Kontaktflächen der Widerstandsstrecke entlang der Widerstandsstrecke. Dabei wird das aktuelle Füllstandmesssignal basierend auf einem gemessenen Widerstand zwischen dem Gleitkontakt und einem der Enden der Widerstandsstrecke generiert. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das aktuelle Füllstandmesssignal unter Berücksichtigung des Zustandssignals generiert wird, wie es mithilfe eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung generiert wurde.
-
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Evaluierungseinheit zum Bestimmen eines Funktionszustands eines entlang einer Widerstandsstrecke beweglichen Gleitkontaktes eines Füllstandsensors beschrieben. Die Evaluierungseinheit ist dazu ausgelegt, ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung auszuführen.
-
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird eine Ausleseeinheit zum Auslesen eines aktuellen Füllstandmesssignals eines Füllstandsensors beschrieben. Die Ausleseeinheit ist dazu ausgelegt, ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung auszuführen.
-
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird eine Füllstandmesseinrichtung zum Messen eines Füllstands in einem Behältnis beschrieben, welche einen Füllstandsensor, eine Evaluierungseinheit gemäß einer Ausführungsform des dritten Aspekts der Erfindung und eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben des Zustandssignals aufweist.
-
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung wird eine Füllstandmesseinrichtung zum Messen eines Füllstands in einem Behältnis beschrieben, welche einen Füllstandsensor, eine Ausleseeinheit gemäß einer Ausführungsform des vierten Aspekts der Erfindung und eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben des aktuellen Füllstandmesssignals aufweist.
-
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
-
Wie einleitend angemerkt, wurde bei herkömmlichen Füllstandsensoren beobachtet, dass diese nach einer gewissen Betriebsdauer ausfallen oder nur noch unzureichend genaue Angaben über einen aktuellen zu messenden Füllstand angeben können.
-
Es wurde nun erkannt, dass diese Unzulänglichkeiten oft auf eine Abnutzung oder Verschmutzung des in dem Füllstandsensor beweglich verlagerbaren Gleitkontaktes zurückgeführt werden können. Dieser Gleitkontakt bewegt sich bei variierendem Füllstand innerhalb des zu überwachenden Behältnisses entlang der Widerstandsstrecke des Füllstandsensors. Da der Gleitkontakt dabei relativ zu der Widerstandsstrecke bewegt werden und variierende Kontaktflächen der Widerstandsstrecke berühren soll, damit ein positionsabhängiger elektrischer Widerstand zwischen ihm und einem Ende der Widerstandsstrecke ermittelt werden kann, kommt es im Allgemeinen unvermeidbar zu einer Reibung zwischen dem Gleitkontakt und der Widerstandsstrecke. Diese Reibung führt im Regelfall zu einem mechanischen Verschleiß des Gleitkontaktes. Insbesondere kann der Gleitkontakt einen Kontaktkopf aufweisen, über den der mechanische Kontakt zu der Widerstandsstrecke erfolgt und der sich somit im Laufe der Zeit abreibt. Außerdem können Verschmutzungen in Form von Ablagerungen zu Fehlfunktionen des Gleitkontakts führen.
-
Damit der Kontaktkopf einerseits eine ausreichend kleine Kontaktfläche der Widerstandsstrecke kontaktieren kann, andererseits aber dennoch ausreichend mechanisch stabil ist, ist der Kontaktkopf meist nahe seiner Berührungsoberfläche, mit der er eine Kontaktfläche der Widerstandsstrecke berührt, mit einem kleineren Querschnitt ausgebildet als entfernt zu dieser Berührungsoberfläche, das heißt nahe zu beispielsweise einer Halterung des Kontaktkopfes an anderen Komponenten des Gleitkontaktes. Mit anderen Worten ist der Kontaktkopf meist hin zu seinem freitragenden Ende verjüngend, d.h. beispielsweise konisch oder kugelförmig, ausgebildet.
-
Insbesondere aufgrund dieser sich hin zum freitragenden Ende verjüngenden Geometrie kann es dazu kommen, dass der Kontaktkopf des Gleitkontakts zwar anfänglich mit einer Berührungsoberfläche lediglich eine kleine Kontaktfläche an der Widerstandsstrecke kontaktiert, sich die kontaktierende Berührungsoberfläche jedoch mit zunehmendem Verschleiß des Kontaktkopfes vergrößert. Aufgrund der sich mit der Zeit vergrößernden Berührungsoberfläche kann nur noch zunehmend ungenau festgestellt werden, an welcher Position sich der mit dem Gleitkontakt mechanisch gekoppelte Schwimmer innerhalb des zu überwachenden Behältnisses tatsächlich aktuell befindet, d.h., der aktuelle Füllstand kann im Laufe der Zeit zunehmend ungenau bestimmt werden.
-
Um diese Problematik zu überwinden, wird vorgeschlagen, mithilfe von Ausführungsformen des hierin beschriebenen Verfahrens Informationen über den aktuellen Funktionszustand des Gleitkontaktes abzuleiten. Dem Verfahren liegt dabei unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass der Kontaktkopf des Gleitkontaktes im Regelfall selbst aus einem elektrisch gut leitfähigen Material besteht. Insbesondere besteht der Kontaktkopf meist aus einem Material, dessen elektrische Leitfähigkeit erheblich größer ist als diejenige der Widerstandsstrecke. Beispielsweise kann der Kontaktkopf aus Metall bestehen. Wenn der Gleitkontakt durch Verschleiß, bzw. konkreter durch Abrieb, mit der Zeit eine zunehmend größere Berührungsoberfläche an seinem Kontaktkopf aufweist, wird somit unweigerlich die von dem Kontaktkopf an der Widerstandsstrecke berührte Kontaktfläche auch größer.
-
Die Widerstandsstrecke kann dabei beispielsweise über mehrere räumlich benachbarte Kontaktflächen verfügen, welche über elektrische Widerstände miteinander verbunden sind. Alternativ kann die Widerstandsstrecke aus ineinander übergehenden Kontaktflächen aus einem Material mit signifikantem elektrischen Widerstand bestehen. Der Kontaktkopf des Gleitkontaktes berührt dabei im Allgemeinen je nach seiner aktuellen Position im neuen bzw. unverschlissenen Zustand vorzugsweise stets lediglich eine einzelne oder allenfalls zwei benachbarte Kontaktflächen der Widerstandsstrecke mit seiner Berührungsoberfläche gleichzeitig.
-
Wird die Berührungsoberfläche jedoch durch auftretenden Verschleiß mit der Zeit größer, kann es dazu kommen, dass der Kontaktkopf mit seiner Berührungsoberfläche mehrere, beispielsweise mehr als drei, Kontaktflächen der Widerstandsstrecke gleichzeitig berührt. Aufgrund seines geringeren elektrischen Widerstandes überbrückt der Kontaktkopf dabei die Kontaktflächen der Widerstandsstrecke, d.h. schließt diese kurz. Dadurch ist nicht mehr präzise erkennbar, wo sich der Gleitkontakt aktuell tatsächlich befindet, sodass eine präzise Ermittlung des aktuellen Füllstandes erschwert ist.
-
Um diese Problematik zumindest teilweise zu überwinden, wird vorgeschlagen, einen Widerstandswert zu bestimmen, der den elektrischen Widerstand zwischen Enden der Widerstandsstrecke im Zusammenwirken mit dem Gleitkontakt angibt. Mit anderen Worten wird einen elektrischer Widerstandswert bestimmt, der angibt, welcher elektrische Widerstand zwischen den Enden der Widerstandsstrecke herrscht, wenn der Gleitkontakt mit seinem Kontaktkopf eine oder mehrere Kontaktflächen der Widerstandsstrecke berührt. Dabei wird ausgenutzt, dass der Gleitkontakt mit zunehmendem Verschleiß an seiner Berührungsoberfläche größer wird und dabei mehrere Kontaktflächen der Widerstandsstrecke kurzschließend überbrücken kann. Dadurch sinkt im Regelfall der gesamte elektrische Widerstand entlang der Widerstandsstrecke. Mit zunehmendem Verschleiß des Gleitkontaktes verringert sich somit der gemessene Widerstandswert zwischen den Enden der Widerstandsstrecke. Durch einen Vergleich mit einem Referenzwert kann somit auf einen Funktionszustand des Gleitkontakts zurückgeschlossen werden und ein entsprechendes Zustandssignal erzeugt werden.
-
Das Zustandssignal kann gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung einerseits dazu verwendet werden, eine Notwendigkeit, den Füllstandsensor oder zumindest dessen abgenutzte Komponenten zu ersetzen, zu signalisieren.
-
Andererseits kann gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung unter Berücksichtigung des ermittelten Funktionszustands der aktuelle Füllstand mithilfe des Füllstandsensors trotz fortgeschrittenen Verschleißes oder Verschmutzung von dessen Gleitkontakt mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden. Hierzu kann beispielsweise ein von dem Füllstandsensor ermitteltes Füllstandmesssignal unter Berücksichtigung des Zustandssignals geeignet korrigiert werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann das Zustandssignal basierend auf einer Differenz zwischen dem zuvor bestimmten Widerstandswert und dem Referenzwert erzeugt werden. Mit anderen Worten kann das Zustandssignal eine Information über den Unterschied zwischen dem aktuell bestimmten Widerstandswert und dem Referenzwert wiedergeben. Die Differenz zwischen diesen beiden Werten kann als verlässliches Maß für eine vorliegende Abnutzung des Gleitkontaktes herangezogen werden. Beispielweise kann davon ausgegangen werden, dass die Abnutzung des Gleitkontaktes ein zulässiges Maß überstiegen hat und somit eine Wartung bzw. ein Ersatz des Füllstandsensors notwendig wird, wenn diese Differenz einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Der Grenzwert kann dabei vorzugsweise derart gewählt sein, dass zumindest bis zum Erreichen des Grenzwerts eine ausreichend präzise Füllstandbestimmung noch möglich ist. Vorzugsweise ist der Grenzwert derart gewählt, dass auch nach Überschreiten des Grenzwertes zumindest noch eine Zeit lang eine ausreichend präzise Füllstandbestimmung erfolgen kann, sodass für Wartungs- bzw. Ersatzmaßnahmen genügend Zeit verbleibt.
-
Gemäß einer Ausführungsform gibt der Referenzwert einen zu einem früheren Zeitpunkt ermittelten elektrischen Widerstand zwischen Enden der Widerstandsstrecke im Zusammenwirken mit dem Gleitkontakt an. Mit anderen Worten kann der Referenzwert einem früheren Widerstandswert entsprechen, wie er sich zu einem früheren Zeitpunkt, beispielsweise ohne bereits erfolgten signifikanten Verschleiß des Gleitkontaktes, zwischen den Enden der Widerstandsstrecke in dem Füllstandsensor ermitteln lässt. Durch einen Vergleich des aktuell ermittelten Widerstandswerts mit dem früheren Widerstandswert und gegebenenfalls durch Differenzbildung zwischen beiden Widerstandswerten kann somit auf die verschleißbedingte Veränderung des Widerstands zwischen den Enden der Widerstandsstrecke und damit letztendlich auf den Verschleiß des Gleitkontaktes rückgeschlossen werden.
-
Der elektrische Widerstand zwischen den Enden der Widerstandsstrecke kann dabei in unterschiedlicher Weise ermittelt werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann der Widerstandswert durch Messen des Widerstands zwischen einem mit einem ersten Ende der Widerstandsstrecke verbundenen ersten Anschluss und einem mit einem zweiten Ende der Widerstandsstrecke verbundenen zweiten Anschluss bestimmt werden. Dies ermöglicht eine direkte und technisch einfach zu realisierende Bestimmung des aktuellen Widerstandswerts.
-
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann der Widerstandswert durch Messen des Widerstands zwischen einem ersten und einem dritten Anschluss sowie Messen des Widerstands zwischen einem zweiten und dem dritten Anschluss und Aufsummieren beider Messergebnisse bestimmt werden, wobei der erste Anschluss mit einem ersten Ende der Widerstandsstrecke verbunden ist, der zweite Anschluss mit einem zweiten Ende der Widerstandsstrecke verbunden ist und der dritte Anschluss mit dem Gleitkontakt verbunden ist. Mit anderen Worten kann der gesamte elektrische Widerstand zwischen den Enden der Widerstandsstrecke dadurch ermittelt werden, dass einerseits der Widerstand zwischen einem Ende der Widerstandsstrecke und dem Gleitkontakt und andererseits der Widerstand zwischen dem Gleitkontakt und dem entgegengesetzten Ende der Widerstandsstrecke ermittelt wird und dann die Summe der beiden ermittelten Widerstände gebildet wird.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann bei dem hierein vorgeschlagenen Verfahren der Widerstandswert bei unterschiedlichen Positionierungen des Gleitkontaktes bestimmt werden und auf ein Vorhandensein von Ablagerungen auf der Widerstandsstrecke geschlossen wird, wenn der Widerstandswert eine Abhängigkeit von der Positionierung des Gleitkontaktes aufweist. Mit anderen Worten kann der Gleitkontakt gezielt an verschiedene Positionen relativ zu der Widerstandsstrecke verlagert werden und beobachtet werden, wie sich der Widerstandswert dabei verhält. Wenn sich der Widerstandswert dabei abhängig von der aktuellen Positionierung des Gleitkontakts ändern sollte, kann davon ausgegangen werden, dass an der Widerstandsstrecke befindliche Ablagerungen lokal deren Widerstandsverhalten ändern.
-
Zusätzlich zu der Möglichkeit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, einen aktuellen Abnutzungszustand des Gleitkontaktes des Füllstandsensors ermitteln zu können und somit beispielsweise ein rechtzeitiges Warten bzw. Austauschen des Füllstandsensors initiieren zu können, kann das verfahrensgemäß ermittelte Zustandssignal im Rahmen eines Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung betreffend das Verfahren zum Auslesen des aktuellen Füllstandmesssignals dazu genutzt werden, auch bei bereits fortgeschrittenem Verschleiß des Gleitkontaktes mithilfe des Füllstandsensors dennoch ausreichend präzise Angaben über den aktuellen Füllstand in einem Behältnis ermitteln zu können. Hierzu wird das Füllstandmesssignal von dem Füllstandsensor nicht lediglich basierend auf einem gemessenen elektrischen Widerstand zwischen dem Gleitkontakt und beispielsweise einem Ende der Widerstandsstrecke ermittelt. Stattdessen wird eine gewisse Korrektur dieses gemessenen Widerstandswerts vorgenommen, bei der das verfahrensgemäß ermittelte Zustandssignal berücksichtigt wird. Durch diese Korrektur kann der gemessene Widerstandswert derart uminterpretiert werden, dass dieser besser mit der tatsächlichen aktuellen Position des mit dem Gleitkontakt gekoppelten Schwimmers in dem Behältnis korreliert und somit einen tatsächlichen Füllstand in dem Behältnis besser wiedergibt.
-
Gemäß einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung kann das Zustandssignal basierend auf einer ermittelten Differenz zwischen dem bestimmten Widerstandswert und dem Referenzwert generiert werden und das aktuelle Füllstandmesssignal basierend auf einer Summe des gemessenen elektrischen Widerstands zwischen dem Gleitkontakt und einem der Enden der Widerstandsstrecke und der halbierten ermittelten Differenz generiert werden. Mit anderen Worten kann ein von dem Füllstandsensor generiertes Füllstandmesssignal den aktuellen Funktionszustand von dessen Gleitkontakt berücksichtigen, in dem zu einem gemessenen elektrischen Widerstand zwischen dem Gleitkontakt und einem der Enden der Widerstandsstrecke die Hälfte der Differenz zwischen dem zwischen den Enden der Widerstandsstrecke bestimmten Widerstandswert und dem Referenzwert hinzugerechnet wird.
-
Der auf diese Weise korrigierte gemessene elektrische Widerstand berücksichtigt, dass ein verschlissener Gleitkontakt mit seinem verbreiterten Kontaktkopf mehrere benachbarte Kontaktflächen der Widerstandsstrecke gleichzeitig kontaktieren kann, in dem der dadurch bewirkte verringerte Widerstand zwischen den Enden der Widerstandsstrecke hälftig dem gemessenen elektrischen Widerstandswert zwischen einem Ende der Widerstandsstrecke und dem Gleitkontakt hinzugerechnet wird.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Insbesondere werden Merkmale teilweise mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung und teilweise mit Bezug auf eine ein solches Verfahren implementierende Evaluierungseinheit bzw. Ausleseeinheit oder eine damit ausgerüstete Füllstandmesseinrichtung beschrieben. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
-
Figurenliste
-
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
- 1 zeigt eine Füllstandmesseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Widerstandsstrecke und einen unverschlissenen Gleitkontakt eines Füllstandsensors einer Füllstandmesseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt eine Seitenansicht auf den die Widerstandsstrecke kontaktierenden Kontaktkopf des Gleitkontakts aus 2.
- 4 zeigt eine Draufsicht auf eine Widerstandsstrecke und einen verschlissenen Gleitkontakt eines Füllstandsensors einer Füllstandmesseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 5 zeigt eine Seitenansicht auf den die Widerstandsstrecke kontaktierenden Kontaktkopf des Gleitkontakts aus 4.
-
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt eine Füllstandmesseinrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Füllstandmesseinrichtung 1 weist einen Füllstandsensor 3 auf, der in einem Gehäuse 5 aufgenommen ist und mithilfe dessen ein Füllstand einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Kraftstoff, innerhalb eines Behältnisses (nicht dargestellt), wie beispielsweise einem Kraftstofftank, ermittelt werden soll.
-
Der Füllstandsensor 3 weist eine Widerstandsstrecke 7 auf. Die Widerstandsstrecke 7 umfasst eine Vielzahl von Kontaktflächen 9. Die Kontaktflächen 9 können z.B. metallische Flächen an der Oberfläche einer Platine sein. Benachbarte Kontaktflächen 9 sind jeweils über elektrische Widerstände 11 miteinander elektrisch verbunden, sodass die Vielzahl der Kontaktflächen 9 insgesamt zu der Widerstandsstrecke 7 in Serie verschaltet ist. Die Widerstandsstrecke 7 kann auch als Widerstandsleiter bezeichnet werden. Gegenüberliegende Enden 13 der Widerstandsstrecke 7 sind mit einer Evaluierungseinheit 15 elektrisch verbunden. Die Evaluierungseinheit 15 kann als Teil einer Ausleseeinheit 17 des Füllstandsensors 3 implementiert sein.
-
Der Füllstandsensor 3 weist ferner einen Gleitkontakt 19 auf. Der Gleitkontakt 19 verfügt über einen Arm 23, der an seinem einen Ende verschwenkbar in einem Lager 25 gelagert ist. An einem gegenüberliegenden Ende ist der Arm 23 mit einem Schwimmer 27 gekoppelt, der auf der Flüssigkeit in dem zu überwachenden Behältnis aufschwimmen kann. An dem Arm 23 ist ein Kontaktkopf 21 vorgesehen. Der Kontaktkopf 21 kann einen elektrischen Kontakt zwischen dem Gleitkontakt 19 und einer oder mehreren der Kontaktflächen 9 der der Widerstandsstrecke 7 herstellen. Dabei wird der Kontaktkopf 21 bei variierendem Füllstand aufgrund des mit dem Arm 23 gekoppelten Schwimmers 27 zu verschiedenen Kontaktflächen 9 bewegt und tritt mit diesen in mechanischen wie auch elektrischen Kontakt. Der Gleitkontakt 19 ist dabei mit der Evaluierungseinheit 15 elektrisch verbunden.
-
Der Füllstandsensor 3 kann somit einen elektrischen Widerstand zwischen dem Gleitkontakt 19 und einem der Enden 13 der Widerstandsstrecke 7 messen und daraus eine Information über den aktuellen Füllstand in dem zu überwachenden Behältnis ableiten. Diese Information kann dann als Füllstandmesssignal an eine Ausgabeeinheit 29 zum Ausgeben des Füllstandmesssignals weitergeleitet werden, um beispielsweise einem Fahrer eines Kraftfahrzeugs die Information über einen aktuellen Kraftstoffvorrat in dem Kraftstofftank seines Fahrzeugs für ihn z.B. optisch wahrnehmbar darstellen zu können.
-
2 zeigt eine Draufsicht auf die Widerstandsstrecke 7 und den Gleitkontakt 19 des Füllstandsensors 3 in einem unverschlissenen Zustand. 3 zeigt eine Seitenansicht auf den die Widerstandsstrecke 7 kontaktierenden Kontaktkopf 21 des Gleitkontakts 19. Es ist zu erkennen, dass der Kontaktkopf 21 im unverschlissenen Zustand einen halbrunden Querschnitt aufweist. Beispielsweise kann der Kontaktkopf 21 als Halbkugel oder Halbzylinder ausgebildet sein. Dabei besteht der Kontaktkopf 21 aus einem gut elektrisch leitfähigen Material wie beispielsweise einem Metall, z.B. Kupfer oder einer Kupferlegierung.
-
Aufgrund seiner hin zu seinem freitragenden Ende sich verjüngenden Geometrie kontaktiert der Kontaktkopf 21 im unverschlissenen Zustand im Allgemeinen mit seiner Berührungsfläche 31 stets lediglich eine oder eventuell zwei benachbarte Kontaktflächen 9 der Widerstandsstrecke 7. Je nachdem, welche der Kontaktflächen 9 von dem Kontaktkopf 21 kontaktiert werden, stellt sich zwischen dem Gleitkontakt 19 und einem der Enden 13 der Widerstandsstrecke 7 ein anderer elektrischer Widerstand ein. Dieser zu messende elektrische Widerstand gibt damit Aufschluss über die aktuelle Position des mit dem Schwimmer 27 gekoppelten Gleitkontakts 19 und somit über den Füllstand in dem Behältnis. 4 zeigt eine der 2 entsprechende Draufsicht auf die Widerstandsstrecke 7 und den Gleitkontakt 19 des Füllstandsensors 3 in einem verschlissenen Zustand. 3 zeigt eine entsprechende Seitenansicht. Es ist zu erkennen dass sich die Geometrie des ursprünglich im Querschnitt halbrunden Kontaktkopfs 21 im Laufe der Zeit signifikant verändert hat. Insbesondere kann zum Beispiel durch Reibung mit den Kontaktflächen 9 ein Abrieb an der die Kontaktflächen 9 berührenden Berührungsfläche 31 aufgetreten sein, der zu einer Abplattung des Kontaktkopfs 21 geführt haben kann. Die Berührungsfläche 31 erlangt hierdurch im verschlissenen Zustand des Kontaktkopfs 21 eine Breite Bv, welche deutlich breiter ist als eine Breite Bn im neuen, unverschlissenen Zustand des Kontaktkopfs 21.
-
Dadurch kontaktiert der Kontaktkopf 21 nicht mehr wie im unverschlissenen Zustand lediglich ein oder zwei Kontaktflächen 9. Stattdessen werden von dem Kontaktkopf 21 deutlich mehr, beispielsweise drei, vier, fünf oder sogar noch mehr, Kontaktflächen 9 gleichzeitig kontaktiert. Der elektrisch gut leitfähige Kontaktkopf 21 überbrückt dabei diese Kontaktflächen 9, das heißt schließt diese kurz. Dadurch wird zwischen dem Gleitkontakt 19 und einem der Enden 13 der Widerstandsstrecke 7 bei gleicher Position des Schwimmers 27 ein anderer elektrischer Widerstand gemessen als dies beim Füllstandsensor 3 mit unverschlissenem Kontaktkopf 21 der Fall war. Insbesondere werden häufig bei verschlissenem Gleitkontakt 19 zu niedrige Füllstände gemessen und diese entsprechend falsch auf der Ausgabeeinheit 29 ausgegeben.
-
Um die Problematik ungenau ausgelesener Füllstände zu überwinden und/oder um zu erkennen, dass der Gleitkontakt 19 bzw. der Kontaktkopf 21 einen Zustand übermäßiger Abnutzung erreicht hat, wird vorgeschlagen, mithilfe der Evaluierungseinheit 15 ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen des Funktionszustands des Gleitkontaktes 19 auszuführen.
-
Dabei wird ein Widerstandswert bestimmt, der den elektrischen Widerstand zwischen den Enden 13 der Widerstandsstrecke 7 angibt, während der Gleitkontakt 19 bzw. dessen Kontaktkopf 21 mit der Widerstandsstrecke 7 zusammenwirkt. Es ist zu erkennen, dass dieser Widerstandswert umso geringer wird, je stärker der Kontaktkopf 21 des Gleitkontaktes 19 abgenutzt ist und aufgrund seiner flächenmäßig vergrößerten Berührungsfläche 31 mehrere der Kontaktflächen 9 kurzschließend überbrückt.
-
Durch ein Vergleichen des aktuell bestimmten Widerstandswerts mit einem zuvor bestimmten bzw. festgelegten Referenzwert kann somit auf den Funktionszustand des Gleitkontaktes 19 rückgeschlossen werden. Insbesondere kann der Referenzwert dabei derjenige Widerstandswert sein, der bei einem neuen Füllstandsensor 3, d.h. mit unverschlissenem Gleitkontakt 19, gemessen wurde.
-
Beispielsweise kann für den Fall, dass eine Differenz zwischen dem aktuell bestimmten Widerstandswert und dem Referenzwert größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist, davon ausgegangen werden, dass der Gleitkontakt 19 einen abgenutzten Funktionszustand erreicht hat, bei dem der Füllstandsensor 3 gewartet bzw. der Gleitkontakt 19 oder der gesamte Füllstandsensor 3 ausgetauscht werden sollte. Dies kann beispielsweise durch ein von der Evaluierungseinheit 15 erzeugtes Zustandssignal angegeben werden. Dieses Zustandssignal kann beispielsweise an eine Ausgabeeinheit 33 zum Ausgeben des Zustandssignals weitergeleitet und dort beispielsweise für eine Person wie einen Kraftfahrzeugmechaniker wahrnehmbar ausgegeben werden.
-
Ferner kann die Funktion des Füllstandsensors dadurch beeinträchtigt werden, dass sich an der Widerstandsstrecke im Laufe der Zeit eine oder mehrere Ablagerungen 35 bilden. Sofern diese Ablagerungen 35 elektrisch leitfähig sind und z.B. mehrere benachbarte Kontaktflächen 9 berühren bzw. überbrücken, beeinflussen solche Ablagerungen 35 den durch den Widerstandswert ausgedrückten Gesamtwiderstand zwischen den Enden 13 der Widerstandsstrecke 7. Je nachdem wo sich dabei der eventuell abgenutzte Gleitkontakt 21 aktuell befindet, kann dieser die gleichen Kontaktflächen 9 kurzschließen wie die Ablagerung 35 oder andere Kontaktflächen 9. Indem der Gleitkontakt 21 an unterschiedlichen Positionen entlang der Widerstandsstrecke 7 positioniert wird, kann daher aus dem jeweils gemessenen Widerstandswert eine Information über etwaige Ablagerungen 35 abgeleitet werden.
-
Das von der Evaluierungseinheit 15 erzeugte Zustandssignal kann außerdem von der Ausleseeinheit 17 des Füllstandsensors 3 berücksichtigt werden, um trotz eines bereits signifikant verschlissenen Gleitkontaktes 19 auf im Wesentlichen korrekte Informationen über den aktuellen Füllstand rückschließen zu können.
-
Insbesondere kann das Zustandssignal basierend auf einer ermittelten Differenz zwischen dem bestimmten Widerstandswert zwischen den Enden 13 der Widerstandsstrecke 7 und dem Referenzwert generiert werden und dann das aktuelle Füllstandmesssignal basierend auf einer Summe des zwischen dem Gleitkontakt 19 und einem der Enden 13 der Widerstandsstrecke 7 gemessenen elektrischen Widerstandswert und der Hälfte der ermittelten Differenz generiert werden.
-
Veranschaulicht am Beispiel der in den 2 und 4 dargestellten Widerstandsstrecke 7 und unter der Annahme, dass jeder elektrische Widerstand 11 einen Widerstandswert R aufweist, kann dies wie folgt verstanden werden: im neuen Zustand schließt der Gleitkontakt 19 im Regelfall keine benachbarten Kontaktflächen 9 kurz, sodass sich zwischen den Enden 13 ein Widerstandswert Wn von Wn = 11*R ergibt. Bei dem in 4 dargestellten, erheblich verschlissenen Zustand schließt der Kontaktkopf 21 des Gleitkontaktes 19 fünf benachbarte Kontaktflächen 9 kurz. Dadurch wird der gemessene Widerstandswert Wv zwischen den Enden 13 der Widerstandsstrecke 7 auf Wv = 7*R reduziert. Als Differenz D zwischen dem anfänglichen Widerstandswert Wn und dem bei erheblichem Verschleiß gemessenen Widerstandswert Wv ergibt sich D = (Wn - Wv) = 4*R. Die Positionen des Gleitkontakts 19 und somit die Mittenpositionen 21 des Kontaktkopfs 21 sind in den beiden 2 und 4 als gleich angenommen. Im unverschlissenen Zustand wird jedoch zwischen dem Gleitkontakt 19 und dem unteren Ende 13 der Widerstandsstrecke 7 ein Widerstand von 5*R gemessen, wohingegen im verschlissenen Zustand lediglich ein Widerstand von 3*R gemessen wird. Aus letzterem Messwert kann jedoch unter Berücksichtigung des Zustandssignals ein korrigierter Messwert abgeleitet werden, in dem zu dem tatsächlich gemessenen Widerstandswert von 3*R die Hälfte der oben beschriebenen Differenz D, d.h. 0.5*(4*R), hinzugerechnet wird.
-
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 4324919 A1 [0003]
- EP 1260800 A2 [0003]
