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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen einer Füllhöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter mit mindestens einem Schwimmer, der zumindest einen Permanentmagneten trägt, und mit wenigstens einer durch den Permanentmagneten betätigbaren Schaltereinrichtung, die in oder an dem Behälter befestigt ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Bremssystem mit einer derartigen Einrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben der Einrichtung oder des Bremssystems.
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Stand der Technik
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Einrichtungen, Bremssysteme und Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Um den Füllstand von Flüssigkeiten zu bestimmen, die im Kraftfahrzeug als Betriebsmittel mitgeführt werden, wie beispielsweise Bremsflüssigkeit oder Kühlwasser oder dergleichen, sind Einrichtungen vorgesehen, die automatisch den Füllstand beziehungsweise die Füllhöhe der Flüssigkeit in dem sie aufbewahrenden Behälter überwachen. Dabei ist es nicht unbedingt notwendig, die konkrete Füllhöhe zu erfassen, sondern vielmehr, ob die Füllhöhe einen kritischen Wert unterschreitet. Um dies zu erkennen, sind Einrichtungen bekannt, die einen Schwimmer aufweisen, der von der Flüssigkeit getragen wird, sodass seine Höhenposition in dem Behälter dem Flüssigkeitsspiegel der Flüssigkeit entspricht. Sinkt das Volumen der Flüssigkeit in dem Behälter und damit die Füllhöhe der Flüssigkeit, sinkt der Schwimmer mit der Flüssigkeit ab. An dem Behälter ist außerdem eine Schaltereinrichtung angeordnet, die eine feste Position aufweist. Die Schaltereinrichtung ist magnetisch betätigbar, wobei der Schwimmer einen Permanentmagneten trägt, der, wenn er in ausreichender Nähe zu der Schaltereinrichtung gelangt, diese durch das von ihm erzeugte Magnetfeld betätigt. Dabei kann unter dem Betätigen der Schaltereinrichtung ein Öffnen oder ein Schließen eines elektrischen Kontakts in der Schaltereinrichtung verstanden werden. Als derartige Schaltereinrichtung wird beispielsweise ein Reed-Kontakt eingesetzt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Funktionsfähigkeit der Schaltereinrichtung jederzeit und auf einfache Art und Weise überprüfbar ist. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass der Schaltereinrichtung zumindest eine bestrombare Magnetvorrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Felds zugeordnet ist, die bei ausreichender Bestromung ein Magnetfeld erzeugt, durch welches die Schaltereinrichtung betätigt wird, wenn diese funktionsfähig ist. Die Schaltereinrichtung kann also bei Bedarf durch Bestromen der Magnetvorrichtung, durch Anlegen einer entsprechenden Spannung, unabhängig von der Position der Permanentmagneten betätigt werden. Dadurch ist ein einfacher Funktionstest der Schaltereinrichtung durchführbar. Wird die Magnetvorrichtung bestromt und eine erwartete Reaktion an der Schaltereinrichtung in Form eines durch die Schaltereinrichtung fließenden oder nicht fließenden Stroms erfasst, so wird die Funktionsfähigkeit der Schaltereinrichtung festgestellt. Bleibt die erwartete Reaktion jedoch aus, wird festgestellt, dass eine Fehlfunktion an der Schaltereinrichtung vorliegen muss und daher der erfassten Füllhöhe nicht vertraut werden darf. Wird beispielsweise eine unerwartete Reaktion erfasst, so wird durch die Einrichtung automatisiert eine Warnmeldung an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs und/oder ein übergeordnetes Steuergerät ausgegeben, sodass Hilfemaßnahmen eingeleitet werden.
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Vorzugsweise weist die Magnetvorrichtung zumindest eine bestrombare Spule auf. Durch ein einfaches Bestromen der Spule wird in vorteilhafter Weise ein magnetisches Feld erzeugt, das die oben beschriebene Funktion erfüllen kann. Die Spule ist kostengünstig herstellbar und einfach in die Einrichtung integrierbar. Alternativ ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Magnetvorrichtung einen bestrombaren Elektromagneten aufweist, der ebenfalls dazu ausgebildet ist, bei Bestromung ein elektrisches Feld zu erzeugen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spule koaxial zu der Schaltereinrichtung ausgebildet ist. Damit umgibt die Spule die Schaltereinrichtung und erzeugt auch bei geringem Strom oder geringer Spannung ein ausreichendes Magnetfeld, das zum Betätigen der Schaltereinrichtung ausreicht. Dadurch ist eine kompakte und effiziente Bauform der Einrichtung geboten. Ist die Magnetvorrichtung als Elektromagnet ausgebildet oder weist einen solchen auf, so ist diese bevorzugt neben der Schaltereinrichtung beziehungsweise an der Schaltereinrichtung, jedoch nur an einer Seite dieser angeordnet, um ein zielgerichtetes magnetisches Feld zum Betätigen der Schaltereinrichtung zu erzeugen.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schaltereinrichtung und die Spule mit einer Prüfeinrichtung elektrisch verbunden sind, wobei die Prüfeinrichtung dazu hergerichtet ist, einen durch die Schaltereinrichtung fließenden Strom zu erfassen und die Spule anzusteuern. Mittels der Prüfeinrichtung ist also die vorbeschriebene Testfunktion durchführbar, die Schaltereinrichtung zu Testzwecken mittels der Spule beziehungsweise Magnetvorrichtung betätigbar. Die Prüfeinrichtung ist bevorzugt an dem Behälter angeordnet, sodass kurze elektrische Verbindungswege beziehungsweise Verhebelungen zu der Schaltereinrichtung und der Magnetvorrichtung bestehen.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Spule einen ersten und einen zweiten elektrischen Spulenanschluss aufweist, und dass die Schaltereinrichtung einen ersten und einen zweiten elektrischen Schalteranschluss aufweist, wobei die Anschlüsse jeweils mit der Prüfeinrichtung direkt verbunden sind. Unter der direkten Verbindung ist eine solche Verbindung zu verstehen, bei welcher keine weiteren Elemente, abgesehen von elektrischen Leitungen, zwischengeschaltet sind und keine Verschaltung der Anschlüsse miteinander erfolgt. Durch die Prüfeinrichtung ist damit die Spule unabhängig von der Schaltereinrichtung ansteuerbar, sodass eine vorteilhafte Auswertung des Prüfergebnisses erfolgen kann. Nachteilig dabei ist, dass vier Anschlüsse der Einrichtung innerhalb des Behälters liegen und nach außen geführt werden müssen, was im Vergleich zu bekannten Einrichtungen mit einem Reed-Kontakt zu einem erhöhten Verkabelungsaufwand führt. Weil außerdem die Elemente innerhalb des Behälters vor der mitgeführten Flüssigkeit geschützt werden müssen, ist ein entsprechend erhöhter Dichtaufwand zum Abdichten der elektrischen Verbindungen notwendig.
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Alternativ ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass der erste Spulenanschluss direkt mit dem ersten Schalteranschluss und der zweite Spulenanschluss direkt mit dem zweiten Schalteranschluss verbunden ist. Dadurch ist die Spule direkt elektrisch mit der Schaltereinrichtung verbunden und benötigt keinen eigenen Anschluss zur Verbindung mit der Prüfeinrichtung. Durch die Verschaltung von Spule und Schaltereinrichtung miteinander ist eine einfache Lösung zum Betreiben der Einrichtung gefunden, bei welcher durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an die Schaltereinrichtung gleichzeitig ein Strom durch die Spule erzeugt wird, welcher das Magnetfeld zum Betätigen der Schaltereinrichtung erzeugt. Solange das erzeugte Magnetfeld noch nicht ausreichend ist, um die Schaltereinrichtung zu betätigen, entspricht der durch die Einheit der Schaltereinrichtung der Spule fließende Strom der angeschlossenen Spannung und des elektrischen Widerstands der Spule und kann daher einfach ausgewertet werden. Sobald sich der Schaltzustand der Schaltereinrichtung aufgrund des größer werdenden Magnetfelds verändert, ist dies durch eine Veränderung des Stromflusses durch die Einheit auf einfache Art und Weise erfassbar. Dadurch kann einfach unterschieden werden, ob die Schaltereinrichtung geschaltet hat oder nicht. Bleibt ein Schaltvorgang aus, weil eine Fehlfunktion in der Schaltereinrichtung vorliegt, so verhält sich der erfasste Ist-Strom anders, weil das Kurzschließen der elektrischen Verbindung mittels der Schaltereinrichtung und/oder das Unterbrechen dieser elektrischen Verbindung unterbleibt.
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Wie bereits erwähnt, bilden die Schalteinrichtung und die Spule bevorzugt eine Einheit, insbesondere eine mechanische Einheit, die als Baueinheit oder Baugruppe handhabbar ist, und insbesondere nur zwei elektrisch kontaktierbare Anschlüsse aufweist. Dadurch ist eine einfache elektrische Kontaktierung bei geringem Verkabelungsaufwand und Dichtaufwand möglich, die dem Aufwand bei einer herkömmlichen Einrichtung entspricht. Dennoch werden die oben genannten Vorteile geboten, sodass trotz dieser einfachen Kontaktierbarkeit die oben genannte Prüffunktion durchführbar ist.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Prüfeinrichtung dazu hergerichtet ist, an die beiden Anschlüsse der Einheit oder der Spule regelmäßig eine elektrische Spannung anzulegen, die zumindest zeitweise derart hoch ist, dass das dadurch erzeugte Magnetfeld der Spule die Schalteinrichtung betätigen sollte. Die Prüfeinrichtung ist somit dazu ausgebildet, regelmäßig die Prüfung der Schaltereinrichtung durchzuführen. Dazu legt sie die elektrische Spannung an die Einheit oder nur an die Spule regelmäßig an, und erfasst den durch die Schaltereinrichtung fließenden Strom. Weisen die Spule und die Schaltereinrichtung jeweils eigene Anschlüsse auf, die mit der Prüfeinrichtung verbunden sind, so legt die Prüfeinrichtung außerdem sowohl an die Schaltereinrichtung als auch an die Magnetvorrichtung jeweils eine elektrische Spannung an.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Prüfeinrichtung dazu hergerichtet ist, den durch die Einheit oder die Schaltereinrichtung fließenden Strom zu erfassen und in Abhängigkeit von dem erfassten Strom die Funktionsfähigkeit der Schaltereinrichtung zu bestimmen. Wie bereits erwähnt, wird in Abhängigkeit von dem erfassten Strom, der durch die Schaltereinrichtung fließt, die Funktionsfähigkeit der Schaltereinrichtung bestimmt, weil sich im Stromverlauf ein Schalten beziehungsweise eine Schaltzustandsänderung der Schaltereinrichtung einfach ablesen lässt. Wird beispielsweise die Schaltereinrichtung betätigt, sodass der elektrische Kontakt geschlossen wird, so wird dies in einem sprunghaften Anstieg des erfassten Stroms erkannt. Wird die Schaltereinrichtung betätigt, sodass ein elektrischer Kontakt unterbrochen wird, so wird dies an einem plötzlichen Abfall des erfassten Stroms erfasst.
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Das erfindungsgemäße Bremssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnen sich durch die erfindungsgemäße Einrichtung aus. Ergeben sich dadurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
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Entsprechend sieht das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 vor, dass an die Anschlüsse der Einheit oder der Spule eine elektrische Spannung anliegt und der in Folge durch die Einheit oder die Schaltereinrichtung fließende Strom erfasst und mit einem erwarteten Strom oder einem erwarteten Stromverlaufs verglichen wird, wobei in Abhängigkeit des Vergleichs die Funktionsfähigkeit der Schaltereinrichtung bestimmt wird. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Bevorzugt wird die Spannung mit einem langsam ansteigenden Spannungsverlauf vorgegeben, sodass der Schaltzeitpunkt der Schaltereinrichtung sicher feststellbar ist. So ist insbesondere auch vorgesehen, dass die Spannung von 0 V auf einen vorgegebenen Maximalwert hochgefahren wird, wie beispielsweise 5 V oder 12 V, innerhalb einer Zeitdauer von beispielsweiser weniger als 3 Sekunden, insbesondere 1 Sekunde. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
- 1 Teile eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs,
- 2 eine vorteilhafte Einrichtung des Bremssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 3 die Einrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
- 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Einrichtung,
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1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung Teile eines Bremssystems 1 für ein Kraftfahrzeug, das mehrere hydraulisch betätigbare Radbremsen 2 aufweist, die durch ein Bremsaggregat 3, beispielsweise ABS- oder ESP-Aggregat, hydraulisch betätig werden. Das Bremssystem 1 weist dazu einen Hydraulikkreis 2 auf, welcher unter anderem auch einen Behälter 4 für die in dem Bremssystem 1 verwendete Flüssigkeit 5 umfasst.
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Um die Füllhöhe der in dem Behälter 4 befindlichen Flüssigkeit, in diesem Fall Bremsflüssigkeit, zu überwachen und insbesondere um zu erfassen, ob die Füllhöhe einen kritischen Wert unterschreitet, ist dem Behälter 4 eine Einrichtung 6 zugeordnet, die einen magnetisch betätigbare und fest an dem Behälter 4 angeordnete Schaltereinrichtung 7 aufweist. In dem Behälter 4 ist außerdem ein Schwimmer 8 der Einrichtung 6 angeordnet, der einen Permanentmagneten 9 trägt. Der Schwimmer 8 liegt stets auf der Oberfläche der Flüssigkeit 5 auf, sodass seine Höhe im Behälter 4 dem Flüssigkeitsspiegel und der Füllhöhe der Flüssigkeit 5 in dem Behälter 4 entspricht. Sinkt die Füllhöhe, so sinkt auch der Schwimmer 8 in Richtung des Bodens des Behälters 4.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Schaltereinrichtung 7 bodennah angeordnet. Dabei ist die Schaltereinrichtung 7 derart ausgebildet und der Schwimmer 8 derart in dem Behälter 4 geführt, dass er erst bei Erreichen einer vorgebbaren Position in Bodennähe durch das von dem Permanentmagneten 9 erzeugte Magnetfeld die Schaltereinrichtung magnetisch betätigt.
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2 zeigt dazu in einer vergrößerten Darstellung den Behälter 4 mit der Einrichtung 6 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Schaltereinrichtung 7 ist als ein sogenannter Reed-Kontakt oder Reed-Relais ausgebildet, der ein durch die Magnetkraft des Permanentmagneten bewegliches Schaltelement 10 aufweist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Schaltelement 10 durch den Permanentmagneten 9 derart betätigt, dass es eine elektrische Verbindung zwischen einem ersten Schalteranschluss 11 und einem zweiten Schalteranschluss 12 herstellt. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel kann auch vorgesehen sein, dass die Schaltereinrichtung 7 derart ausgebildet ist, dass die elektrische Verbindung zwischen den beiden Schalteranschlüssen 11,12 getrennt wird, wenn der Permanentmagnet 9 durch das Absinken des Schwimmers 8 die Schaltereinrichtung 7 erreicht.
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Die beiden Schalteranschlüsse 11,12 sind mit einer an dem Behälter 4 insbesondere außen angeordneten Prüfeinrichtung 13 verbunden, die dazu ausgebildet ist, eine elektrische Spannung an die Schaltereinrichtung 7 anzulegen, sodass ein Strom durch die Schaltereinrichtung 7 fließt, wenn das Schalterelement 10 betätigt wurde. Die Prüfeinrichtung 13 überwacht dabei außerdem den Stromfluss, um in Abhängigkeit von dem erfassten Stromfluss zu erkennen, ob die Schaltereinrichtung 7 durch den Permanentmagneten 9 betätigt wurde oder nicht. Dadurch ist auf einfache Art und Weise eine kritische Füllstandshöhe in dem Behälter 4 feststellbar.
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Der Schaltereinrichtung 7 ist außerdem eine Magnetvorrichtung 14 zur bedarfsweisen Erzeugung eines Magnetfelds zugeordnet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Magnetvorrichtung 14 als Spule 15 ausgebildet, die koaxial zu der Schaltereinrichtung 7 angeordnet und ausgebildet ist. Die Spule 15 weist zwei Spulenanschlüsse 16 und 17 auf, die mit der Prüfeinrichtung 13 verbunden sind. Die Prüfeinrichtung 13 ist dazu ausgebildet, die Spule 15 mit einer elektrischen Spannung an den Spulenanschlüssen 16 und 17 zu beaufschlagen, sodass ein Strom durch die Spule 15 fließt und dadurch ein Magnetfeld erzeugt, das auf die Schaltereinrichtung 7 wirkt. Bei ausreichend hoher Spannung erreicht das Magnetfeld eine derart hohe Kraft, dass die Schaltereinrichtung 7 dadurch betätigt wird. Durch Einschalten beziehungsweise Bestromen der Spule 15 ist somit ein aktives Betätigen der Schaltereinrichtung 7 möglich. Alternativ zur Ausbildung als Spule könnte auch ein Elektromagnet der Schaltereinrichtung 7 zugeordnet sein, der neben der Schaltereinrichtung 7 angeordnet ist, um bei Bedarf die Schaltereinrichtung 7 zu betätigen.
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Durch die vorteilhafte Einrichtung 6 ergibt sich nunmehr der Vorteil, dass jederzeit die Funktionsfähigkeit der Schaltereinrichtung 7 prüfbar ist. So wird insbesondere regelmäßig, beispielsweise nach jedem Start des Bremssystems 1 oder in regelmäßigen zeitlichen Abständen, die Spule 15 durch die Prüfeinrichtung 13 angesteuert beziehungsweise mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, die mit der Zeit erhöht wird. Gleichzeitig wird der durch die Schaltereinrichtung 7 fließende Strom durch die Prüfeinrichtung 13 überwacht. Wird dabei erkannt, dass der Stromverlauf des erfassten Stroms eine plötzliche Erhöhung erfährt, wird davon ausgegangen, dass das erzeugte Magnetfeld ein Schalten der Schaltereinrichtung 7 bewirkt hat.
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Anhand von 4 wird dies in einem Diagramm näher erläutert. Aufgetragen über die Zeit t sind dabei die angelegte Spannung U und der erfasste Strom i, der durch die Schaltereinrichtung 7 fließt. Eine erste Kurve K1 zeigt dabei den Verlauf des Stroms im Normalfall, wenn die Schaltereinrichtung 7 keine Fehlfunktionen aufweist. Zu einem Zeitpunkt tx ist das Schalten erkennbar, weil hiernach der Stromwert plötzlich ansteigt. Dabei wird die Spannung U langsam erhöht, um den Schalt-Zeitpunkt tx gut erkennen zu können.
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Ist die Schaltereinrichtung 7 jedoch defekt, sodass kein Schalten stattfindet, wird der Stromverlauf nicht den in Kurve K1 gezeigten Sprung enthalten, wie durch eine Kurve K2 gezeigt, und eine Fehlfunktionen der Schaltereinrichtung 7 festgestellt werden.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Einrichtung 6, das sich von dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass der Spulenanschluss 16 direkt mit dem Schalteranschluss 11 und der Spulenanschluss 17 direkt in dem Schalteranschluss 12 verbunden ist, sodass die Spule 7 beziehungsweise die Magnetvorrichtung 15 und die Schaltereinrichtung 7 eine Einheit 18 bilden, die insbesondere als Modul oder als handhabbare Einheit ausgebildet ist, die nur zwei Kontaktanschlüsse 19 und 20 aufweist, die jeweils die zusammengeführten Anschlüsse 11,16 beziehungsweise 12,17 darstellen und zu der Prüfeinrichtung 13 führen.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, dass lediglich zwei Leitungen von der Einheit 18 in Richtung der Prüfeinrichtung 13 durch den Behälter 4 und dessen Wandung hindurchgeführt werden müssen. Hierdurch wird der Verkabelungsaufwand sowie der Dichtungsaufwand reduziert. Dennoch ist mit dieser Ausführung der Einrichtung 6 ebenfalls die Funktionsfähigkeit der Schaltereinrichtung 7 feststellbar. Zur Durchführung des Funktionstests erhöht die Prüfeinrichtung 13 die an den Kontaktanschlüssen 19 und 20 anliegende Spannung U. Zunächst wird dabei lediglich der Strom in der Spule 15 erhöht, sodass der erfasste Strom ebenfalls zunimmt, jedoch proportional zur Erhöhung der angelegten Spannung, wie in 4 anhand der Kurve K1 gezeigt. Ist die Schaltereinrichtung 7 fehlerfrei, so schaltet sie, sobald das durch die Spule 15 erzeugte Magnetfeld die ausreichende Schaltkraft erreicht hat. In dem Moment steigt auch der erfasste Strom schlagartig an, wie in 4 nach dem Zeitpunkt tx gezeigt ist. Wäre die Schaltereinrichtung 7 fehlerhaft, so würde dieser Sprung ausfallen und damit sicher die Funktionsfähigkeit der Schaltereinrichtung 7 detektiert werden (Kurve K2).
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Der Schwimmer 8 ist bevorzugt in dem Behälter 4 geführt, beispielsweise durch eine Führungsschiene oder -stange 21, die verhindert, dass sich der Schwimmer 8 mit dem Permanentmagneten 9 zu weit weg von der Schaltereinrichtung 7 bewegt, sodass diese nicht mehr durch den Permanentmagneten 9 betätig werden könnte.
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Während bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen davon ausgegangen wird, dass es sich bei der Schaltereinrichtung um eine Schließer-Einrichtung handelt, welche also bei magnetischer Betätigung den elektrischen Kontakt zwischen den Schalteranschlüssen 11, 12 herstellt, ist gemäß einem weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass es sich bei der Schaltereinrichtung 7 um eine Öffner-Einrichtung handelt, bei welcher der elektrische Kontakt zwischen den Schalteranschlüssen 11, 12 bei der magnetischen Betätigung geöffnet und dadurch der Stromfluss durch die Schaltereinrichtung 7 unterbrochen wird. Jedoch ist dabei ein Schaltzeitpunkt ebenfalls durch einen plötzlich abfallenden Stromwert in der Strommesskurve erkennbar.
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Durch die vorteilhafte Einrichtung 6 ist somit insgesamt ein sicherer Betrieb zum Bestimmen der Füllhöhe gewährleistet und das Erkennen einer Fehlfunktion ebenfalls.
