DE19858695B4

DE19858695B4 - Füllstandssensor

Info

Publication number: DE19858695B4
Application number: DE1998158695
Authority: DE
Inventors: Joachim Acht; Horst Schrader; Rudolf Stiller; Volker Wehrmeyer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2018-12-19
Also published as: DE19858695A1

Abstract

Füllstandssensor, insbesondere 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 verändernder Widerstand zur Bestimmung des Niveaus dient, wobei der Widerstandsdraht (1) in zumindest einem Bereich einen vom zu messenden Medium umspülten, der Niveaumessung dienenden, vertikalen Drahtbereich (2) und zumindest einen sich zumindest annähernd parallel zur Medienoberfläche erstreckenden, ebenfalls von dem zu messenden Medium umspülten, horizontalen Drahtbereich (2) hat, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial durch das Zentrum des Wickelkörpers (6) eine Bohrung (14) führt, durch welche ein Drahtende (5) des Widerstandsdrahtes (1) geführt ist und dass auf dem Wickelkörper (6) Kerben (11, 12, 13) vorgesehen sind, durch die jeweils ein horizontaler Drahtbereich (3) des Widerstandsdrahtes (1) in Form einer Windung parallel zur Medienoberfläche geführt ist, dass jeweils dort, wo die jeweiligen Windungsenden zusammentreffen, zwei...

Description

Die Erfindung betrifft einen Füllstandssensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Füllstandssensoren der vorstehenden Art werden beispielsweise 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 geringfügig verändert.
Zur Erhöhung der Messgenauigkeit ist man bereits auf den Gedanken gekommen, den Widerstandsdraht schraubenlinienförmig um einen zylindrischen Wickelkörper herumzuwickeln. Dadurch nimmt der von dem zu messenden Medium benetzte Bereich des Widerstandsdrahtes auch bei kleinen Niveauänderungen relativ stark zu, so dass größere Widerstandsänderungen zu erwarten sind. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei einem schraubenlinienförmig auf einen zylindrischen 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 Verbrennungsmotor kommen kann. Hierzu im Gegensatz kommt es bei über dem Minimum liegenden Füllständen in vielen Fällen nicht auf eine hohe Messgenauigkeit an.
Aus der französischen Druckschrift FR 2 690 521 A1 ist eine Heißdrahtmessvorrichtung für einen Flüssigkeitsstand bekannt. Bei einer Heißdrahtsonde ist hier zum Nachweis eines Schwellwertes eine deutlich waagerechte Ausweitung dargestellt, die einen freien Wärmeaustausch mit dem umgebenden Medium oder der Luft ermöglicht. Diese waagerechte Ausweitung wird durch eine Spule gebildet, die aus mindestens einer Windung besteht. Darüber hinaus besitzt die Sonde einen senkrechten Teil, der in einen mit Flüssigkeit gefüllten Behälter eintaucht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Füllstandssensor der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass bei zumindest einem Füllstand eine sehr genaue Messung dieses Füllstandes möglich ist, während im übrigen Bereich die Füllstandsmessung mit üblicher Genauigkeit erfolgen kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch diese Gestaltung erreicht man im Erstreckungsbereich der vertikalen Drahtbereiche die übliche Messgenauigkeit, weil sich der elektrische Widerstand des Widerstandsdrahtes 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 Ansteigen 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 Medienoberfläche erstreckenden Drahtbereiches eine starke und deshalb gut auswertbare Änderung des Spannungssignals erreichen. Der erfindungsgemäße Sensor eignet sich daher beispielsweise zur Bestimmung des Ölstandes in der Ölwanne von Kraftfahrzeugmotoren, indem man den parallel zur Medienoberfläche verlaufenden Drahtbereich in Höhe des minimal zulässigen Ölstandsniveaus anordnet. Man erhält dann für diesen Mindestölstand ein sehr genaues Signal.
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 Widerstandsdrahtes geführt ist.
Die einzelnen horizontalen Drahtbereiche werden in Axialrichtung zuverlässig auf dem Wickelkörper fixiert, wenn in den radial nach außen weisenden Flächen der Stege Kerben 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 zusammentreffen, mit geringem Abstand zueinander zwei Kerben in dem Steg vorgesehen sind, so dass dort der Widerstandsdraht entsprechend gegenseitigen Abstand hat, und wenn der Widerstandsdraht jeweils im Anschluss an die beiden übereinander liegenden Kerben mit dem vertikalen Drahtbereich zur nächsten Windung geführt ist. Solche Kerben ermöglichen es, dass man diese anwendungsspezifisch anbringt, so dass man sich leicht unterschiedlichen Gege benheiten anpassen kann, also in unterschiedlichen Höhen Füllstände sehr exakt detektieren kann.
Die Erfindung ermöglicht es jedoch auch, in unterschiedlichen Höhen jeweils Füllstände festzulegen, die mit hoher Genauigkeit detektiert werden, indem gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Widerstandsdraht in unterschiedlichen Höhen sich zumindest annähernd parallel zur Medienoberfläche erstreckende, von dem zu messenden Medium 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 wünschenswert, damit beim Befüllen zuverlässig ein Überlaufen der Öltanks vermieden werden kann.
Konstruktiv besonders einfach ist der Füllstandssensor gestaltet, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung der Widerstandsdraht auf einen Wickelkörper gewickelt ist, welcher aus radial nach außen gerichteten Stegen gebildet ist. Bei einer solchen Ausbildung vermögen 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 Temperatur 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 Drahtbereiche ergeben sich, wenn der Wickelkörper im Querschnitt kreuzförmig ausgebildet ist.
Der Füllstandssensor ist vor äußeren Beschädigungen gut geschützt, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung der Wickelkörper mit dem Widerstandsdraht in einem 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
1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Sensors;
2 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des Sensors in einem teilweise demontierten Zustand,
3 einen horizontalen Schnitt durch den Sensor nach 2.
Die 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 unten und dann durch die horizontalen Drahtbereiche 3 und vertikalen Drahtbereiche 2 nach oben zu einem zweiten Drahtende 5.
Steigt ein zu detektierendes Flüssigkeitsniveau im Bereich 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. Erreicht das zunehmende Flüssigkeitsniveau einen horizontalen Drahtbereich 3, dann wird schlagartig eine größere Drahtstrecke zusätzlich benetzt, so dass sich der elek trische Widerstand schlagartig verändert und entsprechend dieses Niveaus sehr genau zu detektieren ist.
Der Sensor nach 2 hat einen kreuzförmigen Wickelkörper 6 mit vier radial nach außen ausgerichteten Stegen 7, 8, 9, 10. Diese Stege 7, 8, 9, 10 haben in ihrer radial nach außen gerichteten Fläche in unterschiedlichen Höhen jeweils eine Kerbe 11. Der Steg 10 hat in unterschiedlichen 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 einmal im Uhrzeigersinn um den Wickelkörper 6 herumgeführt. Hinter der Kerbe 12a verläuft der Widerstandsdraht 1 vertikal 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 2 sichtbaren vertikalen Drahtabschnitt 2 zum untersten horizontalen Drahtbereich 3b. Anschließend wird das unterste Ende des Widerstandsdrahtes 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 Wickelkörper 6 wird am Schluss ein Schutzrohr 15 geschoben, so dass der Sensor vor Beschädigungen geschützt ist.
Die 3 dient der zusätzlichen Verdeutlichung der Gestaltung des Sensors. Zu sehen sind dort im Schnitt das Schutzrohr 15 und der Wickelkörper 6 mit dem Widerstandsdraht 1. Weiterhin sieht man die Bohrung 14 im Kern des Wickelkörpers 6.

Claims

Füllstandssensor, insbesondere 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 verändernder Widerstand zur Bestimmung des Niveaus dient, wobei der Widerstandsdraht (1) in zumindest einem Bereich einen vom zu messenden Medium umspülten, der Niveaumessung dienenden, vertikalen Drahtbereich (2) und zumindest einen sich zumindest annähernd parallel zur Medienoberfläche erstreckenden, ebenfalls von dem zu messenden Medium umspülten, horizontalen Drahtbereich (2) hat, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial durch das Zentrum des Wickelkörpers (6) eine Bohrung (14) führt, durch welche ein Drahtende (5) des Widerstandsdrahtes (1) geführt ist und dass auf dem Wickelkörper (6) Kerben (11, 12, 13) vorgesehen sind, durch die jeweils ein horizontaler Drahtbereich (3) des Widerstandsdrahtes (1) in Form einer Windung parallel zur Medienoberfläche geführt ist, dass jeweils dort, wo die jeweiligen Windungsenden zusammentreffen, zwei unmittelbar aneinander angrenzende und übereinander liegende Kerben (12, 13) am Wickelkörper (6) vorgesehen sind, so dass dort der Widerstandsdraht (1) jeweils im Anschluss an diese beiden Kerben (12, 13) als vertikaler Drahtbereich (2) zur nächsten Windung geführt ist.
Füllstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsdraht (1) in unterschiedlichen Höhen sich zumindest annähernd parallel zur Medienoberfläche erstreckende, von dem zu messenden Medium umspülte, durch vertikale Drahtbereiche (2) miteinander verbundene, horizontale Drahtbereiche (3) hat.
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.
Füllstandssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkörper (6) im Querschnitt kreuzförmig ausgebildet ist.
Füllstandssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkörper (6) mit dem Widerstandsdraht (1) in einem Schutzrohr (15) angeordnet ist.