DE19525895C2 - Eichverfahren für Niveausensoren mit Druckaufnehmer - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit Niveausensoren, die in der Weise arbeiten, daß eine glockenartige Luftkammer, eine sogenannte Luftfalle, mit einem angeschlossenen Druckaufnehmer, insbesondere einer Druckdose, vorgesehen ist und daß eine steigende Flüssigkeit die in der Luftfalle eingeschlossene Luft unter Druck setzt. Dieser Druck wird zum Auslösen eines elektrischen Signals herangezogen.

Das Flüssigkeitsniveau, bei dem das Signal ausgelöst wird, heißt Schaltniveau. Es wird, abgesehen von anderen Einflüssen, durch die Höhenlage des unteren Randes der Luftkammer bestimmt, der im folgenden allgemeiner als Verschlußgrenze bezeichnet wird. Die Verschlußgrenze kann auch das obere Ende eines randoffenen Schlitzes in der Wandung der Luftkammer sein. So lange die steigende Flüssigkeit die Verschlußgrenze noch nicht erreicht hat, besteht noch eine Verbindung zwischen der Luftkammer und der Außenluft. Überschreitet das Flüsssigkeitsniveau die Verschlußgrenze, so wird das jetzt eingeschlossene Luftvolumen verdichtet.

Derartige Niveaudruckdosen sind sehr verbreitet. Sie werden beispielsweise bei Geschirrspülmaschinen eingesetzt, um das Wasserzulaufventil bei Erreichen eines bestimmten Füllstandes zu schließen und dadurch das Füllvolumen zu bestimmen. Dabei kommt es auf hohe Genauigkeit im Millimeterbereich an.

Die Bauarten der bekannten Niveaudruckdosen und die dabei verwendeten Komponenten unterscheiden sich. Generell gilt aber, daß die Werte des Schaltniveaus serienmäßig gefertigter Niveaudruckdosen erheblich streuen. Diese Unterschiede des Schaltniveaus von Gerät zu Gerät haben verschiedene Ursachen, deren Wirkungen sich addieren. Zum Beispiel schalten die verwendeten Schnappschalter bei unterschiedlichen Kräften. Die verwendeten Membranen der Druckdosen zeigen Streuungen hinsichtlich des Weges, die sie bei einem bestimmten Druck zurücklegen. Ist aber der zum Schalten erforderliche Druck größer, so muß das Wasser entsprechend höher steigen, um diesen Druck in der Luftkammer zu erzeugen. Weitere Unterschiede von einem Gerät einer Serie zum anderen ergeben sich durch die Fertigungstoleranzen des Übertragungsmechanismus von der Druckdose zum Schalter, wobei Einflüsse, z. B. von der Form eines Hebels, von seiner Lagerung und von der Montagegenauigkeit insgesamt ausgehen können.

Obwohl somit von Sensor zu Sensor erhebliche Unterschiede im Schaltniveau bestehen, die z. B. 30 mm betragen können, ändert sich das einmal vorhandene Schaltniveau bei einem bestimmten Sensor im Laufe seiner Betriebszeit nicht oder nur in vernachlässigbarem Maße.

Es muß daher eine Eichung (Justierung) auf ein bestimmtes Schaltniveau vorgenommen werden.

Bei diesen bereits handelsüblichen Niveaudruckschaltern wird im Zuge des mechanischen Übertragungssystems am Schalter oder als Teil des Schalters eine Feder angeordnet, deren Vorspannung mittels einer Stellschraube geändert werden kann. Ein bekanntes Eichverfahren besteht also darin, durch Justieren der Stellschraube das Ist-Schaltniveau auf ein vorgegebenes Soll-Schaltniveau zu bringen. Dies ist aber sehr mühsam und zeitaufwendig.

Darüber hinaus ist bereits eine Einrichtung zum elektrischen Messen des Niveaus einer in einen Kraftstofftank eines Fahrzeugs enthaltenen Flüssigkeit bekannt, bei der in einem Tauchrohrgeber zusätzlich noch ein Weggeber zur Erfassung des Abstandes zwischen dem Tauchrohrgeber und dem Tankboden eingebaut ist, um so Meßungenauigkeiten aufgrund Toleranzen bei der Fertigung des Tanks und somit differenzierenden Einbaulagen des Tauchrohres im Tank begegnen zu können (DE 36 13 521 C1).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Eichverfahren anzugeben, das mit geringerem Zeitaufwand durchgeführt werden kann und das sich möglichst auch zur Automatisierung eignet.

Diese Aufgabe wird bei Sensoren der einleitend bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch eine Veränderung des Tauchrohrs die Verschlußgrenze in Höhenrichtung verlegt und dadurch das ursprüngliche, durch zufällige Fertigungsunterschiede bestimmte Ist-Schaltniveau mit einem für alle Sensoren gleichen Soll-Schaltniveau in Übereinstimmung gebracht wird.

So erfolgt die Eichung ohne Einflußnahme auf den Sensormechanismus. Es wird weder die Membran der Druckdose noch das Übertragungsgestänge oder die Schaltkraft verändert, sondern die Höhenlage der Verschlußgrenze. Dazu bedarf es keiner besonderen Justiereinrichtung am Sensormechanismus, sondern nur einer Veränderung des Tauchrohres. Dieses kann zur Höherlegung der Verschlußgrenze beispielsweise gekürzt werden oder man kann einen randoffenen Schlitz in die Wand des Tauchrohres einbringen und die Länge des Schlitzes ändern oder nach einer bevorzugten Ausführungsform ein Loch in die Tauchrohrwandung einbringen, z. B. einstanzen. Außerdem besteht auch die Möglichkeit, das Tauchrohr vom Gehäuse zu trennen und in einstellbarer Höhenlage an diesem zu befestigen, wobei das Tauchrohr über eine flexible Schlauchleitung mit der Druckdose verbunden sein könnte. Allerdings ist es besonders vorteilhaft, das Tauchrohr aus Kunststoff mit dem Gerätegehäuse als ein Teil zu spritzen.

Das erfindungsgemäße Eichverfahren kann zielstrebig, d. h. ohne Probieren durchgeführt werden. Es wird vorgeschlagen, den zu eichenden Sensor in einer reproduzierbaren Höhe zu fixieren und ihn einer steigenden Flüssigkeit auszusetzen, deren Niveau meßbar ist. Sodann wird das im Schaltzeitpunkt erreichte Ist-Schaltniveau erfaßt, das in einem bestimmten Abstand über dem unteren Rand des Tauchrohrs liegt. Die neue Verschlußgrenze ist dann so zu legen, daß sie den gleichen Abstand zum Soll-Schaltniveau hat.

Vorzugsweise wird die Verschlußgrenze nur in einer Richtung, nämlich nach oben, verlegt. Dies kann durch Anbringen eines Lochs im Tauchrohr geschehen. Voraussetzung ist, daß das Ist- Schaltniveau niemals über dem Soll-Schaltniveau liegt.

Bei dieser Vorgehensweise ist zu beachten, daß das Tauchrohr zumindest in seinem unteren Bereich, in welchem die Verschlußgrenze höher gelegt wird, eine zylindrische Innenform, d. h., einen konstanten lichten Querschnitt hat. Aber auch wenn das Tauchrohr aus Fertigungsgründen leicht konisch ist, läßt sich dies rechnerisch berücksichtigen, so daß trotzdem hochgenaue Eichergebnisse erzielt werden können.

Wie schon erwähnt, ist es möglich, das vorgeschlagene Verfahren voll zu automatisieren. Beispielsweise kann in einem ersten Verfahrensschritt der Sensor mit seinen eigenen Befestigungsmitteln in einem Meßgefäß fixiert werden. Im zweiten Schritt erfolgt die Messung des Ist-Schaltniveaus und die Erfassung des Abstands vom unteren Rand. Und in einem dritten Schritt kann dann ein Loch in das Tauchrohr gestanzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 die Ansicht eines Niveausensors und

Fig. 2 einen Schnitt II-II dieses Niveausensors.

Der dargestellte Sensor umfaßt ein plattenartiges Gehäuse 1, ein an dieses Gehäuse angeformtes Tauchrohr 2, eine Druckdose 3 und einen Mikroschalter 4. Der Sensor ist zur Wassermengenerfassung in einem Geschirrspüler vorgesehen und wird mit zwei querschnittlich H-förmigen Zapfen 5 von oben in ein Niveaugebergehäuse der Geschirrspülmaschine eingesetzt und dabei durch Schnapphaken befestigt, so daß das Tauchrohr 2 in das Wasser, dessen Niveau erfaßt werden soll, hineinragt.

Das Gehäuse 1 hat zwei konzentrische Ringrippen 6, zwischen denen der wulstförmige Rand einer Membran 7 eingefügt ist. Auf die Membran ist ein Teller 8 aufgesteckt, dessen zylinderische Nabe 9 in einer zentralen Öffnung einer Kappe 10 axial beweglich geführt ist. Diese Kappe 10 ist über die äußere Ringrippe 6 gesteckt und deckt somit die Membran 7 und den Teller 8 ab.

An das Gehäuse 1 ist das querschnittlich ovale Tauchrohr 2 angeformt, das nach unten offen ist. Im oberen Bereich des Tauchrohrs 2 und innerhalb der inneren Ringrippe 6 befindet sich eine Öffnung 11 in der Gehäusewand, so daß der Innenraum des Tauchrohrs mit dem Doseninnenraum zwischen der Gehäusewand und der Membran 7 in Verbindung steht. Erreicht das steigende Wasser den unteren Rand des Tauchrohres 2, dessen Höhe in diesem Fall die Verschlußgrenze darstellt, so ist das Luftvolumen im Tauchrohr eingeschlossen. Steigt das Wasser weiter an, so wird dieses Lufvolumen komprimiert, die Membran 7 bewegt sich nach links und die Nabe 9 tritt aus der Kappe 10 hervor.

Diese Axialbewegung der Nabe 9 wird durch einen bügelförmigen Hebel 12 auf den Mikroschalter 4 übertragen, der an einem seitlichen Fortsatz des Gehäuses 1 befestigt ist. Der Hebel 12 hat die Form eines Fragezeichens und ist in zwei am Gehäuse angeformten Lagerblöcken 13 frei drehbar gelagert. Der Mikroschalter 4, dessen Anschlußfahnen beispielhaft mit 14 bezeichnet sind, hat an der Unterseite einen Taststößel 15 und mit diesem wirkt ein in Fig. 1 nicht sichtbarer horizontaler Querarm des Hebels 12 zusammen. Drückt also die Nabe 9 auf die zu seiner Drehachse parallele Partie 16 des Hebels, so bewegt sich der genannte Querarm nach oben, drückt auf den Taststößel 15 und löst dadurch ein Schaltsignal aus.

Im Anlieferungszustand des insoweit beschriebenen Sensors erfolgt das Schaltsignal, wenn das äußere Flüssigkeitsniveau am Tauchrohr 2 die Marke 17 erreicht hat. Dies ist das sogenannte Ist-Schaltniveau, während das Soll-Schaltniveau mit 18 bezeichnet ist. Das Ist-Schaltniveau 17 hat vom unteren Rand des Tauchrohrs 2 den Abstand Z. Um zu erreichen, daß bei diesem im Beispiel betrachteten Sensor das Schaltsignal genau beim Soll-Schaltniveau 18 entsteht, wird die Verschlußgrenze weiter nach oben verlegt. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Loch 19 in den Mantel des Tauchrohrs 2 gestanzt wird, wobei das Loch derart plaziert wird, daß sein Scheitel vom Soll-Schaltniveau 18 ebenfalls genau den Abstand Z hat. Es wird also vom Soll-Schaltniveau aus der Abstand Z abgemesen. Um das Einstanzen des Loches 19 zu erleichtern, ist andern gewölbten und in Längsrichtung leicht konischen Tauchrohrmantel eine ebene, achsparallele rechteckige Fläche 20 ausgebildet.

Liegt bei einem anderen Sensor im Anlieferungszustand das Ist-Schaltniveau 17 infolge der Fertigungstoleranzen etwas höher oder niedriger wie im Beispiel, so ergibt sich ein anderer Abstand Z und dementsprechend wird das Loch 19 etwas tiefer bzw. höher gesetzt als im Beispiel.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Tauchrohr

3

Druckdose

4

Mikroschalter

5

Zapfen

6

Ringrippe

7

Membran

8

Teller

9

Nabe

10

Kappe

11

Öffnung

12

Hebel

13

Lagerbock

14

Anschlußfahne

15

Taststößel

16

Parallelpartie

17

Ist-Schaltniveau

18

Soll-Schaltniveau

19

Loch

20

Fläche

Claims (4)

1. Eichverfahren für Sensoren zum Erfassen eines Flüssigkeitsniveaus, welche Sensoren ein Gehäuse (1), ein Tauchrohr (2), einen Druckaufnehmer (3) und einen elektrischen Schalter (4) aufweisen, wobei sich in dem Tauchrohr (2) bei steigender Flüssigkeit von einer Verschlußgrenze an ein abgeschlossenes Luftvolumen bildet, dessen Druck von dem Druckaufnehmer (3) erfaßt wird, der über mechanische Übertragungsmittel (12) den Schalter (4) betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Veränderung des Tauchrohrs (2) die Verschlußgrenze in Höhenrichtung verlegt und dadurch das ursprüngliche, durch zufällige Fertigungsunterschiede bestimmte Ist-Schaltniveau (17) mit einem für alle Sensoren gleichen Soll-Schaltniveau (18) in Übereinstimmung gebracht wird.

2. Eichverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor in einer reproduzierbaren Höhe fixiert und einer steigenden Flüssigkeit ausgesetzt wird, daß das im Schaltzeitpunkt erreichte Ist-Schaltniveau (17) erfaßt und mit dem unteren Rand des Tauchrohrs (2) und mit dem Soll- Schaltniveau (18) verglichen wird und daß die Verschlußgrenze entsprechend einem erfaßten Höhenunterschied (Z) höher gelegt wird, wobei der Höhenunterschied (Z) aus der Differenz zwischen dem Ist-Schaltniveau (17) und dem unteren Rand des Tauchrohrs (2) gebildet wird.

3. Eichverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußgrenze durch Anbringen eines Lochs (19) im Mantel des Tauchrohrs (2) höhergelegt wird.

4. Eichverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch (19) gestanzt wird.