DE19858695A1 - Füllstandssensor - Google Patents

Abstract

Ein Füllstandssensor hat einen Wickelkern (6), welcher sich radial nach außen erstreckende Stege (7, 8, 9, 10) aufweist. Der Widerstandsdraht (1) ist derart auf den Wickelkörper (6) gewickelt, dass von dem zu messenden Medium umspülte vertikale Drahtbereiche (2) und ebenfalls von dem zu messenden Medium umspülte, sich zumindest annähernd parallel zur Medienoberfläche erstreckende, horizontale Drahtbereiche (3) entstehen. Erreicht das Medium einen solchen horizontalen Drahtbereich (3), dann ändert sich der elektrische Widerstand des Widerstandsdrahtes (1) schlagartig.

Description

Die Erfindung betrifft einen Füllstandssensor, insbeson­ dere für ein Kraftfahrzeug, mit einem sich im Bereich der zu messenden Füllstandsschwankungen in Vertikalrichtung erstreckenden Widerstandsdraht, welcher für die Messung mit einem Heizstrom durchflossen ist und dessen sich durch die Kühlung mittels des zu messenden Mediums verän­ dernder Widerstand zur Bestimmung des Niveaus dient.

Füllstandssensoren der vorstehenden Art werden beispiels­ weise zur Messung des Füllstandes in Kraftstofftanks oder Ölwannen eingesetzt und sind bekannt. Die Meßgenauigkeit dieser Sensoren ist jedoch sehr begrenzt, weil sich der elektrische Widerstand des Widerstandsdrahtes mit dem sich verändernden Füllstand nur verhältnismäßig geringfü­ gig verändert.

Zur Erhöhung der Messgenauigkeit ist man bereits auf den Gedanken gekommen, den Widerstandsdraht schraubenlinien­ förmig um einen zylindrischen Wickelkörper herumzuwi­ ckeln. Dadurch nimmt der von dem zu messenden Medium be­ netzte Bereich des Widerstandsdrahtes auch bei kleinen Niveauänderungen relativ stark zu, so dass größere Wider­ standsänderungen zu erwarten sind. Es hat sich jedoch ge­ zeigt, dass bei einem schraubenlinienförmig auf einen zy­ lindrischen Wickelkörper gewickelten Widerstandsdraht für manche Anwendungsfälle immer noch keine ausreichend hohe Messgenauigkeit zu erreichen ist. Es kommt beispielsweise bei der Füllstandsmessung von Motoröl in der Kurbelwanne darauf an, den minimal zulässigen Füllstand sehr genau zu bestimmen, weil es bei Unterschreiten dieses Füllstandes sehr rasch zu einem ernsten Schaden in dem Verbrennungs­ motor kommen kann. Hierzu im Gegensatz kommt es bei über dem Minimum liegenden Füllständen in vielen Fällen nicht auf eine hohe Messgenauigkeit an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Füll­ standssensor der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass bei zumindest einem Füllstand eine sehr genaue Mes­ sung dieses Füllstandes möglich ist, während im übrigen Bereich die Füllstandsmessung mit üblicher Genauigkeit erfolgen kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Widerstandsdraht in zumindest einem Bereich einen vom zu messenden Medium umspülten, der Niveaumessung dienenden, vertikalen Drahtbereich und zumindest einen sich zu­ mindest annähernd parallel zur Medienoberfläche erstre­ ckenden, ebenfalls von dem zu messenden Medium umspülten, horizontalen Drahtbereich hat.

Durch diese Gestaltung erreicht man im Erstreckungsbe­ reich der vertikalen Drahtbereiche die übliche Messgenau­ igkeit, weil sich der elektrische Widerstand des Wider­ standsdrahtes dort mit dem sich verändernden Niveau nur relativ geringfügig verändert. Sinkt jedoch das Medium bis unterhalb des sich parallel zur Medienoberfläche er­ streckenden Drahtbereiches oder erreicht es beim Anstei­ gen diesen Drahtbereich, dann ändert sich schlagartig der elektrische Widerstand des Widerstandsdrahtes, weil plötzlich eine größere Drahtlänge vom zu messenden Medium umspült oder nicht mehr umspült wird. Auf diese Weise kann man für das Niveau des sich parallel zur Medienober­ fläche erstreckenden Drahtbereiches eine starke und des­ halb gut auswertbare Änderung des Spannungssignals errei­ chen. Der erfindungsgemäße Sensor eignet sich daher bei­ spielsweise zur Bestimmung des Ölstandes in der Ölwanne von Kraftfahrzeugmotoren, indem man den parallel zur Me­ dienoberfläche verlaufenden Drahtbereich in Höhe des mi­ nimal zulässigen Ölstandsniveaus anordnet. Man erhält dann für diesen Mindestölstand ein sehr genaues Signal.

Die Erfindung ermöglicht es jedoch auch, in unterschied­ lichen Höhen jeweils Füllstände festzulegen, die mit ho­ her Genauigkeit detektiert werden, indem gemäß einer Wei­ terbildung der Erfindung der Widerstandsdraht in unter­ schiedlichen Höhen sich zumindest annähernd parallel zur Medienoberfläche erstreckende, von dem zu messenden Me­ dium umspülte, durch vertikale Drahtbereiche miteinander verbundene, horizontale Drahtbereiche hat. Eine solche Ausgestaltung ist immer dann sinnvoll, wenn zusätzlich zu einem Minimalfüllstand ein Maximalfüllstand detektiert werden soll. Das ist beispielsweise bei Öltanks wün­ schenswert, damit beim Befüllen zuverlässig ein Überlau­ fen der Öltanks vermieden werden kann.

Konstruktiv besonders einfach ist der Füllstandssensor gestaltet, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Er­ findung der Widerstandsdraht auf einen Wickelkörper ge­ wickelt ist, welcher aus radial nach außen gerichteten Stegen gebildet ist. Bei einer solchen Ausbildung vermö­ gen die horizontal ausgerichteten Drahtbereiche über die zwischen den Stegen liegenden Bereiche ohne Kontakt mit dem Wickelkörper zu verlaufen, so dass sie von dem zu messenden Medium frei umspült sind und sich ihre Tempera­ tur und damit elektrischer Widerstand deshalb besonders rasch ändert, wenn diese Drahtbereiche vom Medium umspült oder nicht umspült sind. Vorteilhaft ist es dabei, wenn zumindest drei Stege vorhanden sind.

Besonders große, frei verlaufende, horizontale Drahtbe­ reiche ergeben sich, wenn der Wickelkörper im Querschnitt kreuzförmig ausgebildet ist.

Das untere Ende des Widerstandsdrahtes kann gut geschützt zum oberen Ende des Wickelkörpers zurückgeführt werden, wenn koaxial durch das Zentrum des Wickelkörpers eine Bohrung führt, durch welche ein Drahtende des Wider­ standsdrahtes geführt ist.

Die einzelnen horizontalen Drahtbereiche werden in Axial­ richtung zuverlässig auf dem Wickelkörper fixiert, wenn in den radial nach außen weisenden Flächen der Stege Ker­ ben vorgesehen sind, durch die jeweils ein horizontaler Drahtbereich des Widerstandsdrahtes in Form einer Windung in etwa parallel zur Medienoberfläche geführt ist, wenn jeweils dort, wo die jeweiligen Windungsenden zusammen­ treffen, mit geringem Abstand zueinander zwei Kerben in dem Steg vorgesehen sind, so dass dort der Widerstands­ draht entsprechend gegenseitigen Abstand hat, und wenn der Widerstandsdraht jeweils im Anschluss an die beiden übereinander liegenden Kerben mit dem vertikalen Drahtbe­ reich zur nächsten Windung geführt ist. Solche Kerben er­ möglichen es, dass man diese anwendungsspezifisch an­ bringt, so dass man sich leicht unterschiedlichen Gege­ benheiten anpassen kann, also in unterschiedlichen Höhen Füllstände sehr exakt detektieren kann.

Der Füllstandssensor ist vor äußeren Beschädigungen gut geschützt, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Er­ findung der Wickelkörper mit dem Widerstandsdraht in ei­ nem Schutzrohr angeordnet ist.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Sensors nach der Er­ findung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausfüh­ rungsform des Sensors in einem teilweise demon­ tierten Zustand,

Fig. 3 einen horizontalen Schnitt durch den Sensor nach Fig. 2.

Die Fig. 1 zeigt stark schematisch einen zu einem Sensor gebogenen Widerstandsdraht 1, der vertikale Drahtbereiche 2 und horizontale Drahtbereiche 3 hat. Zur Bestromung fließt elektrischer Strom von einem Drahtende 4 nach un­ ten und dann durch die horizontalen Drahtbereiche 3 und vertikalen Drahtbereiche 2 nach oben zu einem zweiten Drahtende 5.

Steigt ein zu detektierendes Flüssigkeitsniveau im Be­ reich der vertikalen Drahtbereiche 2, dann kann man das Füllstandsniveau durch den sich aufgrund der zunehmenden Kühlung der vertikalen Drahtbereiche 2 sich ändernden elektrischen Widerstand auf übliche Weise ermitteln. Er­ reicht das zunehmende Flüssigkeitsniveau einen horizonta­ len Drahtbereich 3, dann wird schlagartig eine größere Drahtstrecke zusätzlich benetzt, so dass sich der elek­ trische Widerstand schlagartig verändert und entsprechend dieses Niveau sehr genau zu detektieren ist.

Der Sensor nach Fig. 2 hat einen kreuzförmigen Wickel­ körper 6 mit vier radial nach außen ausgerichteten Stegen 7, 8, 9, 10. Diese Stege 7, 8, 9, 10 haben in ihrer ra­ dial nach außen gerichteten Fläche in unterschiedlichen Höhen jeweils eine Kerbe 11. Der Steg 10 hat in unter­ schiedlichen Höhen jeweils zwei unmittelbar übereinander angeordnete Kerben 12, 13.

Der Widerstandsdraht 1 verläuft vom Drahtende 4 zunächst vertikal bis zur obersten Kerbe 13a des Steges 10 und ist dann zur Bildung des horizontalen Drahtbereiches 3a ein­ mal im Uhrzeigersinn um den Wickelkörper 6 herumgeführt. Hinter der Kerbe 12a verläuft der Widerstandsdraht 1 ver­ tikal nach unten, bis er die Kerbe 13 erreicht hat. Dann ist er mit einem horizontalen Drahtbereich 3 entgegen dem Uhrzeigersinn einmal um den Wickelkörper 6 herumgeführt und verläuft mit dem in Fig. 2 sichtbaren vertikalen Drahtabschnitt 2 zum untersten horizontalen Drahtbereich 3b. Anschließend wird das unterste Ende des Wider­ standsdrahtes 1 durch eine durchgehende Bohrung 14 des Kernes des Wickelkörpers 6 nach oben zu dem Drahtende 5 geführt.

Über den mit dem Widerstandsdraht 1 versehenen Wickelkör­ per 6 wird am Schluss ein Schutzrohr 15 geschoben, so dass der Sensor vor Beschädigungen geschützt ist.

Die Fig. 3 dient der zusätzlichen Verdeutlichung der Ge­ staltung des Sensors. Zu sehen sind dort im Schnitt das Schutzrohr 15 und der Wickelkörper 6 mit dem Wider­ standsdraht 1. Weiterhin sieht man die Bohrung 14 im Kern des Wickelkörpers 6.

Claims (7)

1. Füllstandssensor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem sich im Bereich der zu messenden Füllstands­ schwankungen in Vertikalrichtung erstreckenden Wider­ standsdraht, welcher für die Messung mit einem Heizstrom durchflossen ist und dessen sich durch die Kühlung mit­ tels des zu messenden Mediums verändernder Widerstand zur Bestimmung des Niveaus dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsdraht (1) in zumindest einem Bereich einen vom zu messenden Medium umspülten, der Niveaumes­ sung dienenden, vertikalen Drahtbereich (2) und zumindest einen sich zumindest annähernd parallel zur Medienober­ fläche erstreckenden, ebenfalls von dem zu messenden Me­ dium umspülten, horizontalen Drahtbereich (2) hat.

2. Füllstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass der Widerstandsdraht (1) in unterschiedlichen Höhen sich zumindest annähernd parallel zur Medienober­ fläche erstreckende, von dem zu messenden Medium um­ spülte, durch vertikale Drahtbereiche (2) miteinander verbundene, horizontale Drahtbereiche (3) hat.

3. Füllstandssensor nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsdraht (1) auf einen Wickelkörper (6) gewickelt ist, welcher aus radial nach außen gerichteten Stegen (7, 8, 9, 10) gebildet ist.

4. Füllstandssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass der Wickelkörper (6) im Querschnitt kreuzförmig ausgebildet ist.

5. Füllstandssensor nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial durch das Zen­ trum des Wickelkörpers (6) eine Bohrung (14) führt, durch welche ein Drahtende (5) des Widerstandsdrahtes (1) ge­ führt ist.

6. Füllstandssensor nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass in den radial nach au­ ßen weisenden Flächen der Stege (7, 8, 9, 10) Kerben (11, 12, 13) vorgesehen sind, durch die jeweils ein horizonta­ ler Drahtbereich (3) des Widerstandsdrahtes (1) in Form einer Windung in etwa parallel zur Medienoberfläche ge­ führt ist, dass jeweils dort, wo die jeweiligen Windungs­ enden zusammentreffen, mit geringem Abstand zueinander zwei Kerben (12, 13) in dem Steg (10) vorgesehen sind, so dass dort der Widerstandsdraht (1) entsprechend gegensei­ tigen Abstand hat, und dass der Widerstandsdraht (1) je­ weils im Anschluss an die beiden übereinander liegenden Kerben (12, 13) mit dem vertikalen Drahtbereich (2) zur nächsten Windung geführt ist.

7. Füllstandssensor nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkörper (6) mit dem Widerstandsdraht (1) in einem Schutzrohr (15) an­ geordnet ist.