DE102017209503A1

DE102017209503A1 - Variabler elektrischer Widerstand und Verfahren zum Erkennen eines Verschleißes an einem Schleiferkontakt des variablen Widerstandes

Info

Publication number: DE102017209503A1
Application number: DE102017209503.2A
Authority: DE
Inventors: Petr Tesar; Jan Hynek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2017-06-06
Publication date: 2018-12-06
Also published as: WO2018224209A1

Abstract

Es sind schon variable elektrische Widerstände zur Messung eines Füllstandes bekannt, mit einem Trägerelement, einer auf dem Trägerelement vorgesehenen Schleiferbahn, die mit zumindest einem Schleiferkontakt eines beweglichen Schleifers zusammenwirkt und die entlang einer Bewegungsrichtung des Schleifers eine Vielzahl von mit Abstand hintereinander angeordneten Bahnkontaktflächen aufweist, wobei die Bahnkontaktflächen über eine Widerstandsschicht miteinander verbunden sind. Am Schleiferkontakt sind hochwertige Metalle vorgesehen, um eine Korrosion des Schleiferkontaktes zu verhindern und eine ausreichende Beständigkeit des Schleiferkontaktes gegenüber aggressiven Kraftstoffen zu erreichen. Am Schleiferkontakt kommt es durch das Zusammenwirken mit den Bahnkontaktflächen der Schleiferbahn zu einem Abrieb. Wenn das Metall vollständig vom Schleiferkontakt abgerieben ist, kommt es zu einem Anstieg des Kontaktwiderstandes und zu einem instabilen Messsignal des Bauteils, so dass das Bauteil ausgetauscht werden muss. Der Verschleiß am Schleiferkontakt ist jedoch nicht überwachbar.Bei dem erfindungsgemäßen variablen Widerstand ist ein weit fortgeschrittener Verschleiß des Schleiferkontaktes und damit das Ende der Lebensdauer des Bauteils rechtzeitig erkennbar.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass auf dem Trägerelement (1) zumindest ein Verschleißkontakt (18) vorgesehen ist, der mit einem separaten elektrischen Anschluss (15) verbunden und von einem der Schleiferkontakte (3,13) des Schleifers (4) nur kontaktierbar ist, wenn der entsprechende Schleiferkontakt (3,13) einen bestimmten Verschleiß aufweist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem variablen elektrischen Widerstand nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon ein variabler elektrischer Widerstand zur Messung eines Füllstandes aus der DE202013004885 U1 bekannt, mit einem Trägerelement, einer auf dem Trägerelement vorgesehenen Schleiferbahn, die mit zumindest einem Schleiferkontakt eines beweglichen Schleifers zusammenwirkt und die entlang einer Bewegungsrichtung des Schleifers eine Vielzahl von mit Abstand hintereinander angeordneten Bahnkontaktflächen aufweist, wobei die Bahnkontaktflächen über eine Widerstandsschicht miteinander verbunden sind. Am Schleiferkontakt sind Metalle, wie beispielsweise Gold, Silber, Palladium, Kupfer, Nickel, Zink oder Platin vorgesehen, um eine Korrosion des Schleiferkontaktes zu verhindern und eine ausreichende Beständigkeit des Schleiferkontaktes gegenüber aggressiven Kraftstoffen zu erreichen. Nachteilig ist, dass diese Metalle sehr teuer sind. Am Schleiferkontakt kommt es durch das Zusammenwirken mit den Bahnkontaktflächen der Schleiferbahn zu einem Abrieb. Wenn das Metall vollständig vom Schleiferkontakt abgerieben ist, kommt es zu einem Anstieg des Kontaktwiderstandes und zu einem instabilen Messsignal des Bauteils, so dass das Bauteil ausgetauscht werden muss. Der Verschleiß am Schleiferkontakt ist jedoch nicht überwachbar.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße variable elektrische Widerstand mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein weit fortgeschrittener Verschleiß des Schleiferkontaktes und damit das Ende der Lebensdauer des Bauteils rechtzeitig erkennbar ist, indem auf dem Trägerelement zumindest ein Verschleißkontakt vorgesehen ist, der mit einem separaten elektrischen Anschluss verbunden und von einem der Schleiferkontakte des Schleifers nur kontaktierbar ist, wenn der entsprechende Schleiferkontakt einen bestimmten Verschleiß aufweist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen variablen Widerstandes möglich.
Vorteilhafterweise ist der zumindest eine Verschleißkontakt neben der Widerstands-Schleiferbahn und/oder neben der zweiten Schleiferbahn, beispielsweise im Bereich eines niederohmigen Endes der Widerstands-Schleiferbahn, angeordnet.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Schleiferkontakt an seiner der Schleiferbahn zugewandten Seite eine erste Kontaktfläche zur Kontaktierung der Bahnkontaktflächen und eine gegenüber der ersten Kontaktfläche im Neuzustand zurückversetzte zweite Kontaktfläche zur Kontaktierung des Verschleißkontaktes aufweist, wobei die zweite Kontaktfläche des Schleiferkontaktes gegenüber der ersten Kontaktfläche in Richtung des zumindest einen Verschleißkontaktes vorsteht und im Neuzustand gegenüber dem zumindest einen Verschleißkontakt in von der Schleiferbahn abgewandter Richtung durch zumindest einen Teil einer Schichtdicke der ersten Kontaktfläche beabstandet ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass nur die zweite Kontaktfläche bei entsprechendem Verschleiß der ersten Kontaktfläche den zumindest einen Verschleißkontakt kontaktieren kann.
Nach einer vorteilhaften Ausführung ist als Werkstoff für die erste Kontaktfläche und/oder die zweite Kontaktfläche des Schleiferkontaktes Gold, Silber, Palladium, Kupfer, Nickel, Zink oder Platin vorgesehen. Auf diese Weise ist der Schleiferkontakt besonders geeignet für eine Anwendung in einem Kraftstofftank.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt einen Spannungsteiler mit einem konstanten elektrischen Widerstand R1 und einen variablen elektrischen Widerstand R2,
2 einen erfindungsgemäßen variablen elektrischen Widerstand, der als Widerstand R2 in einer Anordnung gemäß der 1 Anwendung finden kann, und
3 zeigt einen der Schleiferkontakte nach 2 in einer Seitenansicht.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt einen Spannungsteiler mit einem konstanten elektrischen Widerstand R1 und einen variablen elektrischen Widerstand R2. Der Spannungsteiler kann beispielsweise der Erfassung einer Position eines Gegenstandes dienen. Insbesondere kann der Spannungsteiler zur Messung eines Füllstandes in einem Tank, insbesondere einem Kraftstofftank, verwendet werden. Dabei wird die Position eines mit einem Schwimmer versehenen, drehbar angeordneten Schwimmerarms erfasst.
Bei dem Spannungsteiler wird in einer Reihenschaltung von den zwei Widerständen R1 und R2 eine Gesamtspannung U in zwei Teilspannungen U1, U2 geteilt.
2 einen erfindungsgemäßen variablen elektrischen Widerstand, der als Widerstand R2 in einer Anordnung gemäß der 1 Anwendung finden kann.
Der erfindungsgemäße variable elektrische Widerstand R2 umfasst ein beispielsweise plattenförmiges Trägerelement 1, beispielsweise aus Keramik, und zumindest eine auf dem Trägerelement 1 vorgesehene Widerstands-Schleiferbahn 2, die mit zumindest einem Schleiferkontakt 3 eines beweglichen Schleifers 4 derart elektrisch kontaktierend zusammenwirkt, dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Schleiferkontakt 3 und der Widerstands-Schleiferbahn 2 erreicht ist. Die Widerstands-Schleiferbahn 2 kann beispielsweise mittels einer bekannten Dickschicht- oder Dünnschichttechnik auf das Trägerelement 1 aufgebracht sein. Zur Sicherstellung des elektrischen Kontaktes kann ein Federelement 5 vorgesehen sein, das den zumindest einen Schleiferkontakt 3 federnd an die Widerstands-Schleiferbahn 2 drückt und beispielsweise elektrisch leitend ausgebildet ist. Der Schleiferkontakt 3 ist beispielsweise an dem Federelement 5 und das Federelement 5 ist beispielsweise an dem Schleifer 4 befestigt. Die Widerstands-Schleiferbahn 2 weist entlang einer Bewegungsrichtung 6 des Schleifers 4 eine Vielzahl von mit Abstand hintereinander angeordneten, elektrisch leitenden Bahnkontaktflächen 2.1 auf, die mit dem zumindest einen Schleiferkontakt 3 des Schleifers 4 kontaktierend zusammenwirken und über eine Widerstandsschicht 2.2 elektrisch miteinander verbunden sind. Die Widerstandsschicht 2.2 ist aus einem Material hergestellt, das einen höheren elektrischen Widerstand aufweist als die Bahnkontaktflächen 2.1. Auf diese Weise bilden die Bahnkontaktflächen 2.1 im Ersatzschaltbild jeweils einen elektrischen Leiter und die Widerstandsschicht 2.2 zwischen zwei Bahnkontaktflächen 2.1 jeweils einen elektrischen Widerstand. Die Bahnkontaktflächen 2.1 sind beispielsweise rechteckförmig oder stegförmig ausgebildet.
Der Schleifer 4 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel drehbar um eine Drehachse 10 angeordnet und die Widerstands-Schleiferbahn 2 bogenförmig um die Drehachse 10 des Schleifers 4 ausgebildet. Die Bahnkontaktflächen 2.1 sind beispielsweise in radialer Richtung bezüglich der Drehachse 10 oder in einem spitzen Winkel zur radialen Richtung angeordnet. Alternativ kann der Schleifer 4 aber auch linear beweglich und die Widerstands-Schleiferbahn 2 linear ausgebildet sein. Der Schleifer 4 ist beispielsweise in bekannter Weise mit einem Schwimmerarm gekoppelt, an dem ein Schwimmer vorgesehen ist.
Die Widerstands-Schleiferbahn 2 ist mit einem auf dem Trägerelement 1 ausgebildeten ersten Anschluss 11 verbunden.
Auf dem Trägerelement 1 kann eine zweite Schleiferbahn 12 vorgesehen sein, die beabstandet zur Widerstands-Schleiferbahn 2 angeordnet ist und die mit zumindest einem, mit dem Schleifer 4 gekoppelten zweiten Schleiferkontakt 13 kontaktierend zusammenwirkt. Die zweite Schleiferbahn 12 weist wie die Widerstands-Schleiferbahn 2 Bahnkontaktflächen 12.1 auf, die über eine Leiterverbindung 12.2 miteinander verbunden sind. Im Gegensatz zur Widerstands-Schleiferbahn 2 ist die Leiterverbindung 12.2 aus demselben elektrisch leitenden Material gebildet wie die Bahnkontaktflächen 12.1. Der zumindest eine zweite Schleiferkontakt 3 ist mit dem zumindest einen Schleiferkontakt 3 elektrisch verbunden, so dass eine Brückenverbindung von der Widerstands-Schleiferbahn 2 zur zweiten Schleiferbahn 12 gebildet ist. Die zweite Schleiferbahn 12 ist mit einem auf dem Trägerelement 1 ausgebildeten zweiten Anschluss 14 elektrisch verbunden.
Erfindungsgemäß ist auf dem Trägerelement 1 zumindest ein Verschleißkontakt 18 vorgesehen, der mit einem separaten elektrischen Anschluss 15 verbunden und von einem der Schleiferkontakte 3,13 des Schleifers 4 nur kontaktierbar ist, wenn der entsprechende Schleiferkontakt 3,13 einen bestimmten Verschleiß aufweist.
Der zumindest eine Verschleißkontakt 18 kann an beliebiger Stelle neben bzw. entlang der Widerstands-Schleiferbahn 2 und/oder an beliebiger Stelle neben bzw. entlang der zweiten Schleiferbahn 12 derart angeordnet sein, dass er mit dem ihm zugeordneten Schleiferkontakt 3,13 bei entsprechendem Verschleiß dieses Schleiferkontaktes 3,13 kontaktierend zusammenwirken kann.
Der separate Anschluss 15 ist über einen Signalleiter mit einem Steuergerät verbunden.
Die Widerstands-Schleiferbahn 2 weist ein erstes Ende mit einem minimalen Widerstand und ein zweites Ende mit einem maximalen Widerstand auf. Der minimale Widerstand kann je nach Ausführung einem Minimal- oder einem Maximalfüllstand entsprechen [Richtig ?]. Der zumindest eine Verschleißkontakt 18 ist in Bewegungsrichtung 6 des Schleifers 4 gesehen an dem niederohmigen, also an dem dem ersten Anschluss 11 zugewandten ersten Ende der Widerstands-Schleiferbahn 2 angeordnet und mit der Widerstandsschicht 2.2 verbunden.
3 zeigt einen der Schleiferkontakte 3,13 nach 2 in einer Seitenansicht.
Ein mit einem Verschleißkontakt 18 zusammenwirkender Schleiferkontakt 3,13 weist an seiner der zugeordneten Schleiferbahn 2,12 zugewandten Seite eine erste Kontaktfläche 3.1,13.1 zur Kontaktierung der Bahnkontaktflächen 2.1,12.1 und eine gegenüber der ersten Kontaktfläche 3.1,13.1 im Neuzustand zurückversetzte zweite Kontaktfläche 3.2,13.2 zur Kontaktierung des Verschleißkontaktes 18 auf. Die zweite Kontaktfläche 3.2,13.2 dieses Schleiferkontaktes 3,13 steht gegenüber der ersten Kontaktfläche 3.1,13.1 in Richtung des zumindest einen Verschleißkontaktes 18 derart vor, dass die zweite Kontaktfläche 3.2,13.2 den Abstand zum Verschleißkontakt 18 hin überbrücken und diesen kontaktieren kann, wenn die erste Kontaktfläche 3.1,13.1 derart stark abgenutzt ist, dass die zweite Kontaktfläche 3.2,13.2 in axialer Richtung bezüglich der Drehachse 10 kontaktierend an den Verschleißkontakt 18 herangerückt ist. Die zweite Kontaktfläche 3.2,13.2 des Schleiferkontaktes 3,13 ist also im Neuzustand gegenüber dem zumindest einen Verschleißkontakt 18 in von der Schleiferbahn 2,12 abgewandter Richtung beabstandet, wobei dieser Abstand durch zumindest einen Teil einer Schichtdicke der ersten Kontaktfläche 3.1,13.1 des Schleiferkontaktes 3,13 gebildet ist. Auf diese Weise ist die zweite Kontaktfläche 3.2,13.2 des Schleiferkontaktes 3,13 gegenüber der zugeordneten Schleiferbahn 2,12 weiter beabstandet als die erste Kontaktfläche 3.1,13.1 des Schleiferkontaktes 3,13, so dass eine Stufe 17 zwischen den beiden Kontaktflächen 3.1,3.2 gebildet ist. Als Werkstoff für die erste Kontaktfläche 3.1 und/oder die zweite Kontaktfläche 3.2 des Schleiferkontaktes 3,13 kann beispielsweise Gold, Silber, Palladium, Kupfer, Nickel, Zink oder Platin vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer Schicht oder Beschichtung.
Die erste Kontaktfläche 3.1,13.1 des Schleifers 4 ist auf der entsprechenden Schleiferbahn 2,12 in Bewegungsrichtung 6 des Schleifers 4 gesehen zwischen zwei Bereichsgrenzen bewegbar, die durch zwei mit dem Schleifer 4 zusammenwirkende mechanische Anschläge 19.1,19.2 definiert sind. Zwischen den beiden Bereichsgrenzen ist ein Schleiferbewegungsbereich gebildet. Der variable elektrische Widerstand R2 weist am ersten Anschlag 19.1 einen minimalen Widerstandswert und am zweiten Anschlag 19.2 einen maximalen Widerstandswert auf.
Wenn die zweite Kontaktfläche 3.2,13.2 des Schleifers 4 den zumindest einen Verschleißkontakt 18 kontaktiert, liegt eine Spannung am Verschleißkontakt 18 und damit am separaten Anschluss 15 an. Das Steuergerät erzeugt erfindungsgemäß ein Fehlersignal, wenn eine Spannung am separaten Anschluss 15 erkannt wird.
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 202013004885 U1 [0002]

Claims

Variabler elektrischer Widerstand (R2), insbesondere zur Messung eines Füllstandes, mit einem Trägerelement (1), einer auf dem Trägerelement (1) vorgesehenen Widerstands-Schleiferbahn (2), die mit einem ersten elektrischen Anschluss (11) verbunden ist und mit zumindest einem ersten Schleiferkontakt (3) eines beweglichen Schleifers (4) zusammenwirkt und die entlang einer Bewegungsrichtung (6) des Schleifers (4) eine Vielzahl von mit Abstand hintereinander angeordneten Bahnkontaktflächen (2.1) aufweist, wobei die Bahnkontaktflächen (2.1) über eine Widerstandsschicht (2.2) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Trägerelement (1) zumindest ein Verschleißkontakt (18) vorgesehen ist, der mit einem separaten elektrischen Anschluss (15) verbunden und von einem der Schleiferkontakte (3,13) des Schleifers (4) nur kontaktierbar ist, wenn der entsprechende Schleiferkontakt (3,13) einen bestimmten Verschleiß aufweist.
Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beabstandet zur Widerstands-Schleiferbahn (2) eine zweite Schleiferbahn (12) vorgesehen ist, die mit einem zweiten elektrischen Anschluss (14) verbunden ist und die mit zumindest einem zweiten Schleiferkontakt (13) des Schleifers (4) zusammenwirkt, wobei der zumindest eine erste Schleiferkontakt (3) des Schleifers (4) mit dem zumindest einen zweiten Schleiferkontakt (13) elektrisch verbunden ist.
Widerstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Verschleißkontakt (18) neben der Widerstands-Schleiferbahn (2) und/oder neben der zweiten Schleiferbahn (12) angeordnet ist.
Widerstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleiferkontakt (3,13) an seiner der zugehörigen Schleiferbahn (2,12) zugewandten Seite eine erste Kontaktfläche (3.1,13.1) zur Kontaktierung der Bahnkontaktflächen (2.1,12.1) und eine gegenüber der ersten Kontaktfläche (3.1,13.1) im Neuzustand zurückversetzte zweite Kontaktfläche (3.2,13.2) zur Kontaktierung des Verschleißkontaktes (18) aufweist, wobei die zweite Kontaktfläche (3.2,13.2) des Schleiferkontaktes (3,13) gegenüber der ersten Kontaktfläche (3.1,13.1) in Richtung des zumindest einen Verschleißkontaktes (18) vorsteht und im Neuzustand gegenüber dem zumindest einen Verschleißkontakt (18) in von der Schleiferbahn (2,12) abgewandter Richtung beabstandet ist.
Widerstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für die erste Kontaktfläche (3.1,13.1) und/oder die zweite Kontaktfläche (3.2,13.2) des Schleiferkontaktes (3,13) Gold, Silber, Palladium, Kupfer, Nickel, Zink oder Platin, vorgesehen ist.
Widerstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (5) vorgesehen ist, das den zumindest einen Schleiferkontakt (3,13) an die zugeordnete Schleiferbahn (2,12) drückt.
Verfahren zum Erkennen eines Verschleißes an einem Schleiferkontakt eines variablen Widerstandes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn eine Spannung am separaten Anschluss (15) anliegt.