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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter mit einem Ultraschallsensor, wobei der Ultraschallsensor am unteren Ende eines Dämpfungsbechers mit einem Messrohr angeordnet ist, wobei dem Ultraschallsensor Elektronikbauteile zugeordnet sind.
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Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der
DE 10 2014 009 610 A1 beschrieben. Derartige Vorrichtungen werden insbesondere zur Messung des Füllstands von Motoröl in einem ölgeschmierten Motor, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, eingesetzt. Um den Füllstand der Flüssigkeit, insbesondere also den Ölstand zu ermitteln, werden Ultraschallsensoren eingesetzt. Diese senden Schallwellen aus, die an der Grenzfläche zwischen zwei Medien, hier zwischen Luft und Öl, reflektiert und vom Ultraschallsensor wieder empfangen werden. Aus der erfassten Laufzeit der Schallwellen kann dann der Füllstand in dem Behälter, in dem die Flüssigkeiten vorhanden ist, ermittelt werden. Bei einem in Betrieb befindlichen Motor, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, ist der Füllstands des Öls jedoch nur schwer zu ermitteln, da das Öl stark verschäumt ist und die Schallwellen an den Gasbläschen im Öl reflektiert werden. Die detektierten Werte streuen daher sehr stark. Um eine auswertbare Messung vornehmen zu können, wird eine eindeutige Grenzfläche zwischen dem gasförmigen Medium, hier also der Luft und dem Öl, benötigt. Um dies zu erreichen, sind den Ultraschallsensoren sogenannte Dämpfungsbecher zugeordnet. Die Dämpfungsbecher weisen meist eine Vorkammer auf. Innerhalb dieser Dämpfungsbecher, die die Messstrecke des Ultraschallsensors umgeben, ist die zu messende Flüssigkeit beruhigt und nur durch eine kleine Öffnung im Dämpfungsbecher mit dem Behälter verbunden. Durch die kleine Öffnung des Dämpfungsbechers zum Behälter gelangt Öl in den Dämpfungsbecher, insbesondere in die Vorkammer des Dämpfungsbechers und gast dort aus. Aus dieser Vorkammer tritt dann das Öl in das eigentliche Messrohr. Der Füllstand im Messrohr entspricht dem Füllstand im Behälter, ist jedoch durch die kleine Öffnung im Dämpfungsbecher gegenüber Schwankungen gedämpft. Schwankungen, die z. B. durch Beschleunigung oder Kurvenfahrten erzeugt werden, werden verzögert und ausgemittelt. Um die Vorrichtung möglichst langlebig aufzubauen, wird der Ultraschallsensor mit seinen angeschlossenen Elektronikbauteilen in einer bekannten Ausführungsform duroplastisch umspritzt. Um die folgenden Montageprozesse umsetzen zu können, verbleiben die elektronischen Anschlüsse außerhalb der Umspritzung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die besonders robust und langlebig ist. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei einer Vorrichtung zum Messen eines Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter mit einem Ultraschallsensor, wobei der Ultraschallsensor am unteren Ende eines Dämpfungsbechers mit einem Messrohr angeordnet ist, wobei dem Ultraschallsensor Elektronikbauteile zugeordnet, insbesondere an diesem angeschlossen sind, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass die Elektronikbauteile zwischen einem Boden eines Elektronikbauraums und einer darüber angeordneten oberen Abdeckung dicht gegenüber der zu messenden Flüssigkeit gekapselt sind, so dass der Elektronikbauraum einen gekapselten Bereich ausbildet und dass innerhalb des Elektronikbauraums mindestens eine Stütze vorgesehen ist, die die Abdeckung kraftschlüssig mit dem Boden des Elektronikbauraums verbindet. Mit einer solchen Vorrichtung können die Belastungen auf den Sensor und insbesondere auf den gekapselten Bereich aufgefangen werden. Durch die Vibrationen sowohl in der X-Achse als auch in der Y-Achse entstehen sehr hohe Belastungen für die Vorrichtung zum Messen des Füllstands. Diese hängen auch unmittelbar mit der Länge des Dämpfungsbechers zusammen. Die Belastungen und die Bewegungen des Dämpfungsbechers übertragen sich auf die verschiedenen Bauteile, wie die Elektronik und auch den Ultraschallsensor. Durch den gekapselten Bereich und die dazu notwendige Verbindung zwischen der oberen Abdeckung und dem Boden des Elektronikbauraums werden zusätzliche mechanische Belastungen eingekoppelt. Diese werden durch die zusätzlichen Stützen innerhalb des Elektronikbauraums aufgefangen. Es wird eine relative Bewegung zwischen der Abdeckung und dem Boden des Elektronikbauraums reduziert.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Stütze in ihrer Längserstreckung größer als der Durchmesser des Messrohrs. Dadurch wird sichergestellt, dass die Stütze in ihrer Längsausdehnung die über das Messrohr eingeleiteten Schwingungen aufnehmen kann. Die Stütze ist dazu bevorzugt stegartig ausgebildet und ist also bevorzugt mindestens so lang wie hoch. Bevorzugt sind zwei parallele Stützen vorgesehen, die ebenfalls bevorzugt als parallele Stege ausgebildet sind. Besonders bevorzugt sind diese symmetrisch zum Messrohr angeordnet und insbesondere auf gegenüberliegenden Seiten zum Messrohr angeordnet.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet die Stütze eine geschlossene geometrische Struktur aus. Besonders bevorzugt ist die geschlossene geometrische Struktur so angeordnet, dass diese die Achse des Messrohres umschließt und besonders bevorzugt symmetrisch zur Achse des Messrohrs angeordnet ist. Die geschlossene geometrische Struktur kann in einer bevorzugten Ausführungsform ein Quadrat ausbilden. Alternativ kann die geschlossene geometrische Struktur auch als Kreis, Raute oder Rechteck ausgebildet sein.
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In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Stütze einstückig mit der Abdeckung ausgebildet. Das bedeutet, dass insbesondere bei einer Ausbildung als Kunststoffbauteil die Stützen, meist in der Form von länglichen Stegen, einstückig mit der Abdeckung ausgebildet sind und als nach unten ausgebildete Stege der Abdeckung ausgebildet sind. Die Stützen werden mit dem Boden des Elektronikbauraums kraftschlüssig verbunden. Bevorzugt erfolgt dies mit einer kraftschlüssigen Klebeverbindung.
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Zur Ausbildung des gekapselten Elektronikbauraums im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Abdeckung im äußeren Randbereich mit dem Boden des Elektronikbauraums durch eine abdichtende Klebeverbindung verbunden. Dazu weisen die Abdeckung und der Boden des Elektronikbauraums entsprechende geometrische Gestaltungen auf, so dass die beiden Teile in einem umlaufenden Randbereich aneinander anliegen und eine Kontaktfläche haben, die ausreichend breit ist, so dass dort eine Klebeverbindung erzeugt werden kann. Die Abdeckung weist in einer bevorzugten Ausgestaltung nach oben eine Ausnehmung im Bereich des Messrohrs auf, so dass im Bereich dieser Ausnehmung in der Abdeckung der Ultraschallsensor angeordnet werden kann und durch diese Ausnehmung die Ultraschallwellen in das Messrohr senden kann. Zur Herstellung eines gekapselten Elektronikbauraums muss der Ultraschallsensor dann abdichtend an dieser Ausnehmung angeschlossen oder dort befestigt werden. Dies erfolgt bevorzugt ebenfalls mit einer abdichtenden Klebeverbindung. Grundsätzlich sind auch andere Verbindungsformen, wie beispielsweise eine abdichtende Rastverbindung denkbar. Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den innerhalb des Elektronikbauraums angeordneten kraftübertragenden Stegen schützt insbesondere auch die abdichtenden Verbindungen von Abdeckung und Boden des Elektronikbauraums, die eine Dichtigkeit gegen das umgebende Medium gewährleisten müssen. Durch einen ständigen Krafteintrag und Vibrationseintrag über den Dämpfungsbecher und insbesondere das Messrohr in diese Bereiche besteht ansonsten das Risiko, dass die dichtende Verbindung nicht langfristig standhält. Dadurch, dass die auf den Dämpfungsbecher wirkenden Kräfte über die Stützen übertragen werden, werden die übrigen Verbindungen, die die Dichtigkeit gewährleisten sollen, entlastet. Dies trägt zur Langlebigkeit der Gesamtvorrichtung bei.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verbrennungsmotors, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem ölgeschmierten Motor, wobei der ölgeschmierte Motor eine oben genannte Vorrichtung zur Messung des Füllstands des Motoröls aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Verbrennungsmotor.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:
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1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2: eine geschnittene Ansicht des unteren Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3: eine Ansicht eines Teils des Elektronikbauraums von unten;
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4: vergrößerte Darstellung eines Querschnitts durch eine Stütze und
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5: eine andere Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
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In 1 ist eine sehr schematische Darstellung der Vorrichtung 1 mit einem Dämpfungsbecher 2 dargestellt. Zentral in dem Dämpfungsbecher 2 befindet sich das hier nicht einzeln dargestellte Messrohr 3 und am Fuße des Messrohrs 3 befindet sich der Ultraschallsensor 7, der die Ultraschallwellen von unten in das Messrohr 3 aussendet. Der Ultraschallsensor 7 befindet sich unterhalb einer Abdeckung 5 und oberhalb eines Bodens 6 eines Elektronikbauraums 4, in dem Elektronikbauteile und Komponenten angeordnet sind, die der Steuerung des Ultraschallsensors dienen. Eventuell sind dort noch weitere Komponenten vorgesehen, die eine Signalaufbereitung und Signalauswertung vornehmen. Der Elektronikbauraum 4 ist gegenüber dem umgebenden Medium gekapselt. Dazu sind im hier nicht dargestellten Außenbereich dichte Verbindungen zwischen der Abdeckung 5 und dem Boden 6 des Elektronikbauraums 4 vorgesehen. Erfindungswesentlich ist hier, dass Stützen 8 und 9 vorgesehen sind, die innerhalb des gekapselten Elektronikbauraums 4 vorgesehen sind und dazu dienen, sowohl Zug- und Druckkräfte als auch Scherkräfte aufzunehmen. Auf die Vorrichtung 1, insbesondere den Dämpfungsbecher 2 wirken durch auftretende Vibrationen sehr hohe Belastungen auf die bodennahen Komponenten der Vorrichtung 1. Diese Kräfte werden umso größer, je höher der Dämpfungsbecher 2 ausgebildet ist. Die Krafteinwirkung ist durch einen Doppelpfeil dargestellt. Die Stützen 8 und 9 nehmen die Zug- und Druckkräfte auf. Dies ist durch die Doppelpfeile dargestellt. Weiterhin nehmen die Stützen 8 und 9 auch horizontal gerichtete Scherkräfte auf. Durch die Erfindung und die zusätzlich vorgesehenen Stützen 8 und 9 und die damit ausgebildete Kastenstruktur wird eine relative Bewegung zwischen der Abdeckung 5 und dem Boden 6 des Elektronikbauraums 4 bzw. eine Krafteinleitung auf die Elektronik reduziert. Insgesamt ist es dadurch auch möglich, die Länge der Vorrichtung 1, insbesondere die Höhe des Dämpfungsbechers 2 zu vergrößern, ohne dass dadurch die Elektronik überlastet wird.
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In 2 ist ein Querschnitt durch den unteren Teil des Dämpfungsbechers 2 mit dem zentralen Messrohr 4 und einer Vorkammer 10 dargestellt. Nach unten schließt die Vorrichtung 1 mit einem Flansch 11 ab, auf dem der Boden 6 des Elektronikbauraums 4 angeordnet ist. Der darüber befindliche Elektronikbauraum 4 ist nach oben durch die Abdeckung 5 definiert. Die Kapselung des Elektronikbauraums 4 wird durch eine umlaufende Verbindung, insbesondere eine Klebeverbindung 12, zwischen der Abdeckung 5 und dem Boden 6 gewährleistet. Die Abdeckung 5 weist eine zentrale Ausnehmung 16 auf, die zu dem Messrohr 3 korrespondiert und in der der Ultraschallsensor 7 angeordnet ist. Zur Sicherstellung der Kapselung des Elektronikbauraums 4 ist der Ultraschallsensor 7 mit Hilfe einer dichten Klebeverbindung 13 an der Abdeckung 5 befestigt. Grundsätzlich könnte auch eine andere Form der Verbindung gewählt werden. Diese muss jedoch eine Kapselung und Dichtigkeit des Elektronikbauraums 4 gewährleisten. Innerhalb des Elektronikbauraums 4 sind Stützen 8, 9 vorgesehen, die hier als parallele Stege ausgebildet und zu beiden Seiten des Messrohrs 4 und zu beiden Seiten des Ultraschallsensors 7 angeordnet sind. Die Länge der Stützen 8, 9 in x-Richtung oder alternativ in Y-Richtung ist größer als der Durchmesser des Messrohrs bzw. größer als die Kantenlänge des Ultraschallsensors 7. Die Stützen 8 und 9 sind symmetrisch zu beiden Seiten des Messrohrs 3 angeordnet. Die Stützen 8 und 9 sind hier einstückig mit der Abdeckung 5 ausgebildet und verbinden diese kraftschlüssig mit dem Boden 6 des Elektronikbauraums 4. Dazu ist hier eine Klebeverbindung 14 vorgesehen, mit der das untere Ende der Stützen 8 und 9 mit dem Boden 6 des Elektronikbauraums 4 verbunden ist. Der untere Abschluss Der Stützen 8, 9 ist dabei im Profil mit einer dreieckigen Vertiefung ausgebildet, bildet also ein Dreiecksprofil. Dies könnte auch als eine zentrale längsgerichtete Vertiefung oder Nut beschrieben werden. Dadurch ist eine bessere kraftschlüssige Klebeverbindung 14 ermöglicht.
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In 3 ist eine perspektivische Ansicht der Abdeckung 5 von unten dargestellt. Hier ist nur ein Ausschnitt dargestellt, der insbesondere die Ausnehmung 16 in der Abdeckung 5 zeigt, an die von unten der Ultraschallsensor 7 angebracht wird. Die Ausnehmung 16 stellt eine Verlängerung des sich daran anschließenden Messrohrs 3 dar. Zu beiden Seiten der Ausnehmung und symmetrisch dazu sind die Stützen 8 und 9 angeordnet, die als Stege ausgebildet sind und jeweils länger sind als der Durchmesser der Ausnehmung 16 bzw. des Messrohrs 3. Am Fuß der Stützen 8 und 9, der hier aufgrund der Ansicht von unten von oben sehen ist, ist ein Dreiecksprofil 15 zu erkennen, das der Aufnahme von Klebstoff der zu erstellenden Klebeverbindung 14 dient und dadurch eine besonders gute kraftschlüssige Verbindung zum Boden 6 gewährleistet.
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In 4 ist eine vergrößerte Darstellung eines Querschnitts durch eine Stütze 8 dargestellt, die einstückig an der Abdeckung 5 ansetzt. Hier ist auch besonders gut die kraftschlüssige Verbindung zum Boden 6 des Elektronikbauraums 4 zu erkennen, wobei die Stütze 8 am unteren Endbereich ein Dreiecksprofil 15 aufweist, an dem die Klebeverbindung 14 ansetzt.
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In 5 ist ganz schematisch auch noch eine weitere Ausführungsform der Stützen 8, 9 dargestellt. Hier sind nicht nur zwei parallele Stützen oder nur eine Stütze vorhanden, sondern es ist eine geschlossene geometrische Struktur 17 ausgebildet. Innerhalb dieser geschlossenen Struktur 17 ist der Ultraschallsensor 7 positioniert. Die Stützen 8, 9 bilden also kastenförmig die geschlossene Struktur 17 und umgeben den Ultraschallsensor 7 und leiten die auf den Dämpfungsbecher ausgeübten Vibrationskräfte unmittelbar in den Boden 6 des Elektronikbauraums 4 ab und entlasten dadurch die äußeren Verbindungen, insbesondere die Klebeverbindungen 12 zwischen der Abdeckung 5 und dem Boden 6 des Elektronikbauraums 4. Die geschlossene Struktur 17 kann als geschlossenes Rechteck, als geschlossenes Dreieck, als geschlossener Kreis oder auch als geschlossene Raute ausgebildet sein.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014009610 A1 [0002]
