DE19757924C2 - Füllstandssensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Füllstandssensor mit zumin­ dest zwei sich konzentrisch in zumindest einem Teilbe­ reich umschließenden rohrförmigen Elektroden und mit an den Innenseiten der Elektroden anliegenden, mit elektri­ schen Anschlussleitungen verbundenen Federelementen.

Solche Füllstandssensoren werden in der Praxis zur Er­ mittlung eines Füllstandes eines flüssigen, elektrisch schlecht leitenden Mediums in einem Behälter eingesetzt. Da das flüssige, schlecht leitende Medium eine andere Dielektrizitätskonstante aufweist als Luft, lässt sich durch die Messung der Dielektrizitätskonstante der Füll­ stand in dem Behälter berechnen. Weiterhin wird häufig eine dritte Elektrode als Referenzelektrode eingesetzt, die ständig mit dem Medium bedeckt ist. Mit der Referenz­ elektrode wird die Dielektrizitätskonstante des Mediums ermittelt. Hierdurch kann beispielsweise der Füllstand eines Öls in einem Vorratsbehälter sehr einfach ermittelt werden. Die Ölqualität lässt sich zudem durch die Refe­ renzelektrode ermitteln, da sich bei einer Alterung oder bei einer Vermischung des Öls mit Wasser ebenfalls die Dielektrizitätskonstante ändert. Bei einem elektrisch leitfähigen Medium kann mit diesem Füllstands­ sensor anstelle der Dielektrizitätskonstante dessen elektrischer Widerstand gemessen werden, der ebenfalls von dem Füllstand des Mediums im Behälter abhängt. Eine Kontaktierung der rohrförmigen Elektroden erfolgt durch Feder­ elemente. Die Federelemente des bekannten Füllstandssensors sind teilzylin­ derförmig gestaltet und liegen vollständig an den Innenseiten der Elektroden an. Weiterhin haben die Federelemente Kontaktfahnen, an denen die Anschluss­ leitungen festgelötet sind.

Nachteilig bei dem bekannten Füllstandssensor ist, dass die Federelemente nicht zuverlässig an den Elektroden gehalten sind. Hierdurch entstehen fehler­ hafte Kontaktierungen der Elektroden und damit fehlerhafte Messergebnisse des Füllstandssensors. Weiterhin können sich die Federelemente bei Vibratio­ nen lösen, so dass der bekannte Füllstandssensor nicht zur Ermittlung eines Ölstandes in einem Motor oder einem Getriebe eines Kraftfahrzeuges geeignet ist.

Man könnte daran denken, die Anschlussleitungen unmittelbar an den Elektro­ den festzulöten. Dies erfordert jedoch eine aufwendige Montage und sehr große Abmessungen der Elektroden. Weiterhin kann durch die Lötstellen die Messung der Dielektrizitätskonstante verfälscht werden.

Aus Patent Abstracts of Japan 09021677 A ist ein Füllstandssensor bekannt, der mit zwei konzentrisch angeordneten, rohrförmigen Elektroden nach dem kapazitiven Prinzip arbeitet. Beide Elektroden sind mit Anschlussleitungen kontaktiert, die äußere Elektrode ist flexibel ausgebildet.

Weiterhin offenbart DE 32 32 404 A1 einen Kaltleiter mit Federkontakten, der auch als Füllstandssensor eingesetzt werden kann. Das Messprinzip mit dem Kaltleiter als Sensor ist resistiv. Der Kaltleiter ist scheibenförmig ausgebildet und weist an gegenüberliegenden planen Elektrodenflächen Klemmkontaktie­ rungen auf.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Füllstandssensor der ein­ gangs genannten Art so zu gestalten, dass auch bei starken Vibrationen keine fehlerhaften Messwerte entstehen und eine dauerhafte Betriebssicherheit ge­ währleistet ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Füllstandssensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Durch die Vorspannung der Federelemente an wenigen Stellen der Elektroden und die geringe Auflagefläche der Federelemente auf den Elektroden lässt sich eine besonders große Anpreßkraft pro Flächeneinheit erreichen, so dass eine besonders zuverlässige Kontaktierung der Federelemente mit den Elektroden sichergestellt wird. Dank der Erfindung werden beim Einführen der Federele­ mente in die hohlzylindrischen Elektroden sowie bei ggf. im Betrieb von außen auf den Füllstandssensor übertragenen Vibrationen etwaige Korrosionsschich­ ten an den Elektroden oder den Federelementen aufgeschabt. Dies trägt ebenfalls zu einer Verbesserung der Kontaktierung der Elektroden bei. Vibratio­ nen führen zu einem Einschleifen der an den Elektroden anliegenden Bereiche der Federzungen, so dass hierdurch keine fehlerhaften Messewerte auftreten können. Durch die hohe Kontaktsicherheit auch bei Vibrationseinwirkung ist der erfindungsgemäße Füllstandssensor auch zur Ermittlung eines Füllstandes von Motor- oder Getriebeöl in einem Kraftfahrzeug geeignet.

Die Montage der Federelemente in den Elektroden gestaltet sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach, wenn die Feder­ elemente jeweils einander gegenüberstehende, mit Kanten oder Eckbereichen gegen die Elektroden vorgespannte Federzungen aufweisen. Die einander ge­ genüberstehenden Federzungen lassen sich zum Einführen in die Elektroden leicht zusammendrücken. Hierdurch gestaltet sich deren Montage insbesondere bei Elektroden mit sehr kleinen Abmessungen sehr einfach und damit kosten­ günstig.

Die innere Elektrode könnte beispielsweise Ausnehmungen zur Aufnahme der für die äußere Elektrode vorgesehenen Federzungen aufweisen. Hierdurch ist die ermittelte Die­ lektrizitätskonstante jedoch abhängig von den Toleranzen der Federzungen und der Ausnehmung. Der mit dem erfin­ dungsgemäßen Füllstandssensor ermittelte Füllstand ist unabhängig von den Abmessungen der Federzungen, wenn die Stirnseiten der Elektroden an einem Ende axial voneinan­ der beabstandet sind und in diesem Bereich ein Federele­ ment angeordnet ist.

Die Federzungen werden gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders zuverlässig mit den Elektroden kontaktiert, wenn die Federzungen jeweils eine Abwinklung aufweisen und mit der Außenseite der Ab­ winklung an den Elektroden anliegen. Hierdurch liegen die Federzungen jeweils mit zwei punktförmigen Bereichen an den Elektroden an und können sich bei Vibrationen einfach in diese einschleifen. Weiterhin sind durch diese Gestal­ tung die freien Enden der Federzungen radial nach innen hin gebogen, so dass sie eine Einführschräge bilden und sich leicht in die Elektroden einführen lassen.

Die Federzungen sind gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zuverlässig in ihrer vorgese­ henen Position gehalten, wenn die Federzungen einteilig mit Leitblechen gefertigt sind und wenn die Leitbleche teilweise in einem Halteteil aus Kunststoff angeordnet sind.

Die Federzungen könnten beispielsweise wie die Federele­ mente des bekannten Füllstandssensors eine Kontaktfahne zum Verlöten mit den Anschlussleitungen aufweisen. Diese Kontaktfahnen können jedoch insbesondere bei starken Vi­ brationen abbrechen. Die Verbindungen der Anschlusslei­ tungen mit den Federzungen sind gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zuverlässig vor einem Abbrechen geschützt, wenn das Halteteil Taschen zur Aufnahme von Verbindungen der Leitbleche mit den An­ schlussleitungen aufweist. Die Anschlussleitungen können beispielsweise mit den Leitblechen verlötet oder von die­ sen umklammert werden.

Ein Eindringen des Mediums in den Bereich der Federzungen lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbil­ dung der Erfindung einfach vermeiden, wenn das Halteteil eine Nut zur Aufnahme eines an den Elektroden anliegenden Dichtrings hat.

Die Elektroden lassen sich gemäß einer anderen vorteil­ haften Weiterbildung der Erfindung einfach in ihrer vor­ gesehenen Position halten, wenn das Halteteil an den Elektroden anliegende Abstandhalter aufweist. Ein weite­ rer Vorteil dieser Gestaltung besteht darin, dass der er­ findungsgemäße Füllstandssensor hierdurch aus sehr weni­ gen Bauteilen besteht und deshalb besonders kostengünstig herstellbar ist.

Zur weiteren Verringerung der Anzahl der Bauteile des er­ findungsgemäßen Füllstandssensors trägt es bei, wenn das Halteteil zur Halterung von zur Kontaktierung mehrerer Elektroden vorgesehenen Federzungen ausgebildet ist.

Die Anschlussleitungen könnten beispielsweise zur Zugent­ lastung in einem Verschlussstopfen des erfindungsgemäßen Füllstandssensors verspannt sein. Der erfindungsgemäße Füllstandssensor gestaltet sich jedoch konstruktiv beson­ ders einfach, wenn das Halteteil einteilig mit einer Zug­ entlastung für die Anschlussleitungen gefertigt ist.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend be­ schrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 schematisch einen erfindungsgemäßen, in einem Behälter montierten Füllstandssensor,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch ein Halteteil des Füllstandssensors aus Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Füllstandssen­ sor mit einem Gehäuse 1, welches ein Rohrstück 2 und ei­ nen Befestigungsflansch 3 aufweist. Das Rohrstück 2 durchdringt einen Boden 4 eines Behälters im Bereich ei­ ner Ausnehmung 5 und ist nach oben hin offen. Nach unten hin ist das Gehäuse 1 des Füllstandssensors von einem Verschlussstopfen 6 verschlossen. Bei dem Behälter kann es sich beispielsweise um eine Ölwanne einer Brennkraft­ maschine eines Kraftfahrzeuges handeln. Im Innern des Ge­ häuses 1 ist eine rohrförmige äußere Elektrode 7 angeord­ net, die sich über die gesamte Länge des Rohrstücks 2 er­ streckt. Die äußere Elektrode 7 umschließt konzentrisch eine obere, zur Messung des Füllstandes im Behälter vor­ gesehene Elektrode 8 und eine zur Referenzmessung vorge­ sehene, nahe dem Boden 4 des Behälters angeordnete Elek­ trode 9. Die zur Referenzmessung vorgesehene Elektrode 9 ist sehr kurz gestaltet. Hierdurch wird sichergestellt, dass diese Elektrode 9 jederzeit mit Öl 10 bedeckt ist. In dem Rohrstück 2 und in der äußeren Elektrode 7 sind jeweils Bohrungen 11, 12 angeordnet, durch die Öl 10 ein­ dringen kann. Hierdurch entspricht der Füllstand inner­ halb des Gehäuses 1 und zwischen der äußeren Elektrode 7 und den inneren Elektroden 8, 9 stets dem Füllstand des Öls 10 im Behälter.

Die äußere Elektrode 7 ist auf einem einteilig mit dem Verschlussstopfen 6 des Gehäuses 1 gefertigten Halteteil 13 aufgesteckt. Die zur Referenzmessung vorgesehene Elek­ trode 9 ist auf einem zweiten Halteteil 14 aufgesteckt, welches sich an der äußeren Elektrode 7 abstützt und mit einem Abstandhalter 15 an dem Halteteil 13 des Ver­ schlussstopfens 6 anliegt. Zwischen den beiden inneren Elektroden 8, 9 ist ebenfalls ein Halteteil 16 angeord­ net, welches in die Elektroden 8, 9 hineinragt und diese auf einen vorgesehenen Abstand hält. Weiterhin hat das Halteteil 16 zum Ausrichten der inneren Elektroden 8, 9 an der äußeren Elektrode 7 anliegende Zapfen 17, 18. Die Halteteile 13, 14, 16 sind jeweils aus Kunststoff gefer­ tigt und weisen Nuten 19-23 zur Aufnahme von Dichtrin­ gen 24-28 auf. Nach oben hin ist die zur Messung des Füllstandes vorgesehene Elektrode 8 von einem Verschluss­ stopfen 47 verschlossen. Hierdurch kann kein Öl 10 in die inneren Elektroden 8, 9 und in den unteren Bereich der äußeren Elektrode 7 eindringen.

Die Elektroden 7-9 werden über mit Anschlussleitungen 29-31 verbundene Federelemente 32-34 kontaktiert. Die Federelemente 32-34 haben jeweils Abwinklungen 35-37 aufweisende, einander gegenüberstehende Federzungen 38- 40. Hierdurch sind die Federzungen 38-40 punktförmig gegen die Elektroden 7-9 vorgespannt. Weiterhin ist das die inneren Elektroden 8, 9 auf Abstand haltende Halte­ teil 16 einteilig mit einer Zugentlastung 41 für die An­ schlussleitungen 29-31 gefertigt.

Die zur Referenzmessung vorgesehene Elektrode 9 bildet mit der äußeren Elektrode 7 einen Referenzkondensator, mit dem sich die Dielektrizitätskonstante des Öls 10 er­ mitteln lässt. Da sich die Dielektrizitätskonstante des Öls 10 durch Alterung oder durch Verunreinigung mit Was­ ser und Motorabrieb ändert, lässt sich hierdurch dessen Qualität bestimmen. Die zur Messung des Füllstandes im Behälter vorgesehene Elektrode 8 bildet mit der äußeren Elektrode 7 einen Messkondensator. Da das Öl 10 eine an­ dere Dielektrizitätskonstante aufweist als oberhalb des Öls 10 befindliche Luft, ist die Dielektrizitätskonstante des Messkondensators abhängig von dem Füllstand des Öls 10 im Behälter.

Die Fig. 2 zeigt das die inneren Elektroden 8, 9 auf Ab­ stand haltende Halteteil 16 aus Fig. 1. Die Federzungen 39, 40 sind jeweils einteilig mit einem Leitblech 42, 43 gefertigt. Die Leitbleche 42, 43 sind teilweise innerhalb des Halteteils 16 angeordnet. An einem Ende hat das Hal­ teteil 16 Taschen 44, 45 zur Aufnahme jeweils eines Endes der Leitbleche 42, 43. An diesen Stellen sind die Leit­ bleche 42, 43 mit den Anschlussleitungen 29, 30 verbun­ den. Die einteilig mit dem Halteteil 16 gefertigte Zug­ entlastung 41 hat eine Ausnehmung 46 durch die die An­ schlussleitungen 29, 30 hindurchgeführt sind.

Claims (10)

1. Füllstandssensor mit zumindest zwei sich konzentrisch in zumindest einem Teilbereich umschließenden rohrförmigen Elektroden und mit an den Innenseiten der Elektroden anliegenden, mit elektrischen An­ schlussleitungen verbundenen Federelementen (32-34), die an einer oder mehreren Stellen unter Vorspannung punkt- oder kantenförmig an den Elektroden (7-9) anliegen.

2. Füllstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (32-34) jeweils einander gegenüberstehende Fe­ derzungen (38-40) aufweisen.

3. Füllstandssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten der Elektroden (7, 9) an einem Ende axial vonein­ ander beabstandet sind und in diesem Bereich ein Federelement (32) angeordnet ist.

4. Füllstandssensor nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 2 und 3, da­ durch gekennzeichnet, dass die Federzungen (38-40) jeweils eine Abwinklung (35-27) aufweisen und mit der Außenseite der Abwink­ lung (35-37) an den Elektroden (7-9) anliegen.

5. Füllstandssensor nach einem der Ansprüche 2 und 4 oder nach An­ spruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federzungen (38 -49) einteilig mit Leitblechen (42, 43) gefertigt sind und dass die Leit­ bleiche (42, 43) teilweise in einem Halteteil (14, 16) aus Kunststoff an­ geordnet sind.

6. Füllstandssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteteil (16) Taschen (44, 45) zur Aufnahme von Verbindungen der Leitbleche (42, 43) mit den Anschlussleitungen (29, 30) aufweist.

7. Füllstandssensor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteteil (14, 16) eine Nut (20-23) zur Aufnahme eines an den Elektroden (7-9) anliegenden Dichtrings (25-28) hat.

8. Füllstandssensor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Halteteil (16) an den Elektroden (7) anliegende Ab­ standhalter (17, 18) aufweist.

9. Füllstandssensor nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Halteteil (16) zur Halterung von zur Kontaktierung mehrerer Elektroden (8, 9) vorgesehenen Federzungen (39, 40) ausge­ bildet ist.

10. Füllstandssensor nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Halteteil (16) einteilig mit einer Zugentlastung (41) für die Anschlussleitungen (29, 30) gefertigt ist.