DE2325913A1 - Elektromagnetische fluessigkeitsstandsanzeigeeinrichtung, insbesondere benzinuhr fuer kraftfahrzeuge - Google Patents
Elektromagnetische fluessigkeitsstandsanzeigeeinrichtung, insbesondere benzinuhr fuer kraftfahrzeugeInfo
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Description
Patenbanwälte
Dipl.-Ing. VJ. Beyer-Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem
Dipl.-Ing. VJ. Beyer-Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem
Frankfurt am Main Staufenstrasse 36
Ford-Werke Aktiengesellschaft
Köln / Rhein
Ottoplatz 2
Köln / Rhein
Ottoplatz 2
Elektromagnetische Flüssigkeitsstands-Anzeigeeinrichtung,
insbesondere Benzinuhr für Kraftfahrzeuge.
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Flüssigkeitsstands-Anzelgeeinrichtung,
insbesondere Benzinuhr für Kraftfahrzeuge mit einer Anzahl die Ausrichtung eines
permanentmagnetischen Anzeigegliedes bestimmenden Feldspulen, deren Erregungsstrom zumindest teilweise durch
einen vom Flüssigkeitsstand beeinflußbaren Meßwertgeber veränderbar ist.
Die Verwendung elektromagnetischer Flüssigkeitsstands-Anzeigeeinrichtungen
ist wohl bekannt. Diese Anzeigeeinrichtungen reagieren schnell auf Änderungen im
Flüssigkeitsstand. Unglücklicherweise bringt diese Fähigkeit, schnell auf Flüssigkeitsstandsänderungen anzusprechen,
jedoch Probleme bei der Anzeige des Flüssigkeitsstandes in dem Benzintank eines Kraftfahrzeuges mit
sich, weil Beschleunigungen und Verzögerungen des Fahrzeuges, Fahrtrichtungsänderungen sowie Bergauf- und
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Bergabfahren zu vorübergehenden /underungen des Flüssigkeitsspiegels
im Tank führen» Der Brennstoff schwappt in dem Tank hin und her, und der Spiegel ändert sich in
bezug auf die Anordnung des Meßwertgebers, der das Signal zur Benzinuhr liefert, mit der Ausrichtung des Brennstofftakt
im Verhältnis zu dem Gravitationsfeld der Erde.
Ein charakteristischer Schaltkreis für die Anzeige des
Flüssigkeitsstandes im Brennstofftank eines Kraftfahrzeuges
enthält einen an eine Stromquelle angeschlossenen elektromagnetischen Anzeiger mit einer Anzahl Feldspulen
und einem von deren Erregerstrom und damit der Feldausbildung beeinflußbaren Anzeigeglied*, Der Stromfluß in
den Feldspulen und somit die magnetische Meßanzeige werden durch einen veränderlichen Widerstand gesteuert,
der innerhalb des Fahrzeugtanks angeordnet ist. Der veränderliche Widerstand wird durch einen Sch wimrner me cn anis—
raus gesteuert. Die Stellung des Schwimmers und demzufolge
die Größe des Widerstands wird durch den Flüssigkeitsstand im Brennstofftank bestimmt«, Wenn d'as Fahrzeug beschleunigt
oder verzögert, Kurven'durchfährt, bergauf
oder bergab fährt sowie über Hocker u.dgl. hinwegfährt, ist der Flüssigkeitsstand innerhalb des Tanks mit bezug
auf die Lage des Schwimmers beträchtlichen Schwankungen unterworfen, sofern nicht besondere Maßnahmen getroffen
werden. Derartige Schwankungen können zu irreführenden Anzeigewerten führen.
Eine häufig benutzte Methode zum Schutz des Schwimmermechanismus
vor schnellen Schwankungen besteht in dem Einschluß des Schwimmers in einen Zylinder, der mit Ausnahme
schmaler Durchflußöffnungen an seinen oberen und
unteren Enden gegenüber dem übrigen Tankinhalt abgedichtet ist. Der Schwimmer bewegt sich in Abhängigkeit von
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Änderungen, des Bronne toffSpiegels innerhalb dos Zylinder;
vertikal auf einer Stange, auf der ein Widcrstandbdraht aufgewickelt sein kann. Unter statischen Verhältnissen
innerhalb des Brennstofftanks ist der Flüssigkeitsstand
innerhalb des Zylinders der gleiche'wie außerhalb desselben. Bei Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen
des Fahrzeugs ebenso wie bei Änderungen von dessen Lage im Verhältnis zum Gravitationsfeld der Erde kann der
Flüssigkeitsstand außerhalb des Zylinders schwanken. Innerhalb des Zylinders treten jedoch derartige Schwankungen
nicht auf, weil die Flüssigkeit darin gezwungen ist, durch die engen Öffnungen am unteren Ende des Zylinders
hindurchzutretenο Auf-diese-Weise ist die Flüssigkeit
innerhalb des Zylinders und die Schwimmerlage darin wirksam von vorübergehenden Änderungen des' Brennstoffstandes
außerhalb des Zylinders geschützt» Die Anordnung eines besonderen Zylinders für den Schwimmer und dem
von diesem veränderlichen Widerstand ist jedoch verhältnismäßig
aufwendig und erfordert bei einer Beschädigung des Widerstandes den Ausbau bzw» Au-stausch des gesamten
Zylinders j wodurch auch die Reparaturkosten hoch sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, Fehlanzeigen und dadurch Falsch-Informationen ohne den Aufwand eines besonderen
Zylinders für den Schwimmer und dem von diesem veränderlichen Widerstand zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Stromkreis der Feldspulen ein Unterbrecher angeordnet ist, dessen Schaltglied
durch den Einfluß von Trägheitskräften und/oder der Erdanziehungskraft aus seiner Schließstellung in
seine Offenstellung bewegbar ist. Durch den Unterbrecher
wird somit jede Fehlanzeige beim Beschleunigen oder Verzögern sowie bei einer Neigung des Fahrzeuges zur Seite
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beispielsweise bei Kurvenfahrt oder nach vorn oder hini.on
bei Bergab- bzw. Bergauffahrt verhindert. Sofern das Anzeigegerät
ausbalanciert ist, bleibt vielmehr die bisherige Anzeige erhalten.
Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in
der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
Fig. 1 den elektrischen Schaltplan einer elektromagnetischen
Flüssigkeitsstands-Anzeigeeinrichtung gemäß der Erfindung,
Fig ο 2 ein elektromagnetisches Anzeigegerät zur
Verwendung in Verbindung mit der Schaltung nach Figo 1 im Schnitt nach Linie 2-2 in
Fig«. 3S
Fige 3 einen Querschnitt durch das Anzeigegerät
nach Figo 2 gemäß der dortigen Schnittlinie
3-3,
Fig. 4 in vergrößerter Darstellung einen Vertikalschnitt durch einen Unterbrecher nach der
Erfindung,
Fig. 5 einen Vertikal schnitt ähnlich Fig. 4 in
einer rechtwinklig dazu stehenden Schnittebene nach Linie 5-5 in Figo 4 und
Fig. 6 einen Horizontal schnitt durch den Unterbrecher nach Linie 6-6 in Fig„ 4O
Die in Fig. 1 gezeigte elektrische Schaltung ist insbesondere für die Anzeige des Flüssigkeitsstandes im
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Kraftstofftank eines Motorfahrzeuges bestimmt«, Der in
seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnete Schaltkreis enthält eine Spannungsquelle 12 wie eine Fahrzeugbatterie, deren
eine Klemme an Masse liegt und deren andere Klemme mit einem Zündschalter 14 verbunden ist. Eine elektrische
Leitung 16 verbindet den Zündschalter 14 zu einem normalerweise geschlossenen Unterbrecher 18, der im Fahrzeug
befestigt ist und auf Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge ebenso wie auf seine Lage im Verhältnis zum
Gravitationsfeld der Erde anspricht. Eine Leitung 20 verbindet
den Schalter 18 mit der einen Klemme 22 eines magnetischen Anzeigegerätes, dessen andere Klemme 24 über
eine Leitung 26 an Masse liegt. Das magnetische Anzeigegerät enthält drei in Reihe zueinander geschaltete FeId-28,
30 und 32.
Die magnetischen Feldwicklungen 28, 30 und 32 «sind räumlich
derart zueinander angeordnet, daß ihre magnetischen Felder die durch die Pfeile an den Feldwicklungen angedeuteten
Richtungen aufweisen» Demgemäß ist, wenn Strom durch die Feldwicklungen 28, 30 und 32 fließt, das von
der Feldwicklung 28 erzeugte Feld dem von der Feldwicklung 30 erzeugten Feld entgegengesetzt. Das Feld der Wicklung
ist im rechten Winkel zu den von den Feldwicklungen 28 und 30 erzeugten Feldern gerichtet. Die Richtung der
Resultierenden dieser magnetischen Felder bestimmt die
Stellung eines im Anzeigegerät drehbar angeordneten Anzeigegliedes. Vorzugsweise ist das magnetische Anzeigegerät
derart ausgebildet, daß ein Öffnen des Unterbrechers 18 nicht dazu führt, daß das Anzeigeglied seine
vorher eingenommene Stellung andert.
Parallel zur Feldwicklung 28 ist ein ohnischer Widerstand
34 geschaltet, der die Größe des durch die Feldwicklung fließenden Stromes bestimmt» Der Widerstand 34 ist für
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den Betrieb der Flüssigkeitsstands-Anzeigeeinrichtung
nicht wesentlich, er ist jedoch zur Benutzung für die Kalibrierung des Anzeigegerätes erwünscht und begrenzt
den Stromfluß durch die Feldwicklung 28, wahrend er
gleichseitig den Spannungsabfall daran vermindern Eine
charakteristische Größe für den Widerstand 34 ist 90 ohm.
Parallel zu den in Reihe zueinander liegenden Feldwicklungen 30 und 32 liegt ein veränderlicher Widerstand 36.
Der veränderliche Widerstand 36 befindet sich innerhalb des Kraftstofftanks und kann in seiner Größe durch einen
einfachen, nicht abgetrennten Schwimmermechanismus verändert
werden. Ein typischer Größenbereich für den veränderlichen Widerstand 36 liegt zwischen 0 Ohm bei
leerem Tank und 90 Ohm bei vollgefülltem Tank» Auch kann ein dazwischenliegender Bereich verwendet werden, wie
beispielsweise 10 Ohm bei leerem Tank und 73 Ohm bei vollgefülltem Tank. Aus der Schaltung "nach Fig„ 1 geht
hervor, daß, wenn der Widerstand 36 0 Ohm beträgt oder einen sehr niedrigen Wert hat, wenig odeir kein Strom
durch die magnetischen Feldwicklungen 30 und 32 fließt. Das im Anzeigegerät erzeugte magnetische Feld hängt demnach
unter diesen Bedingungen nahezu vollständig von dem Strom im der Feldwicklung 28 ab und führt dazu, daß das
magnetische Anzeigegerät einen leeren Tank anzeigt. Wenn der Widerstand 36 anwächst, fließt mehr und mehr
Strom durch die in Reihe geschalteten Feldwicklungen 30 und 32o Das von der Feldwicklung 30 erzeugte magnetische
Feld wirkt dem Feld der Wicklung 28 entgegen, und das von der Feldwicklung 32 erzeugte Feld nimmt in seiner
Größe in der eingezeichneten Richtung zu. Das auf das
Anzeigegerät wirkende Ablenkmoment ist durch die Vektorresultierende der von den Wicklungen 28, 30 und 32 erzeugten,
sich überlagernden magnetischen Felder bestimmt.
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Das in den Figo 2 und 3 dargestellte Anzeigegerät hat eine
Konstruktionj wie sie in vielen in den Vereinigten Staaten
von Amerika hergestellten Kraftfahrzeugen verwendet wird.
Das Anzeigegerät besteht aus einem Kunststoffgehäuse 38
mit Befestigungsbolzen 4O5, 42s 445 46 aus unmagnetischem
Material ο Innerhalb einer Kammer 43 im Gehäuse 38 befindet
sich ein scheibenförmiger Permanentmagnet 50 mit einem Nordpol N und einem Südpol S0 Der Permanentmagnet 50 ist
auf einer Welle 52 angeordnet, die in Lagern 54 und 56 drehbar gelagert ist«* Ein Zeiger 58 ist an einer verjüngten
Verlängerung 60 der Welle 52 außerhalb des Gehäuses befestigt« Der Permanentmagnet 50 und der an der Welle 52
befestigte Zeiger 58 bilden das Anseigeglied des magnetischen Anzeigegerätes»
Die Feldwicklungen 28 und 30 sind elektrisch zueinander in Reihe geschaltet und übereinander angeordnet. In
Reihe mit den Feldwicklungen 28 und 30 ist ferner die Feldwicklung 32 geschaltet^ die jedoch im rechten Winkel
zu den Feldwicklungen 28 und 30' angeordnet isto
Die permanentmagnetische Scheibe 50 des Anzeigegerätes
der FIg0, 2 und 3 und der mit ihr drehfest verbundene
Zeiger 58 sind in derjenigen Stellung abgebildet, die sie einnehmen, wenn nur wenig oder garkein Strom durch
die Feldwicklungen 30 und 32 fließt«, Ein Stromfluß durch die Feldwicklungen 30 und 32 veranlaßt den Permanentmagneten
50 und den Zeiger 5S51 sich * in eine Stellung
zu drehen, die durch die Vektorresultierende der magnetischen Felder der Feldwicklungen bestimmt ist«, Vorzugsweise
wird diese Drehbewegung mit Hilfe einer Silikonflüssigkeit gedämpft,, die in der Kammer 28 des Kunst—
stoff gehäuses 38 enthalten ist«, Wenn das magnetische
Anzeigegerät mechanisch ausbalanciert ist uhd seine Drehbewegung gedämpft ist,, dann wird der Zeiger 38
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für eine beträchtliche Zeitspanne die Stellung beibehalten,
die er eingenommen hat, wenn die Feldwicklungen "1^,
30 und 32 at ge sch alt et werden, wie dies durch Öffnen cl'.vs
Zündschalters 14 oder des Unterbrechers 18 im' Schaltkreis
nach Pig. I auftreten kann.
In den Fig. 4 bis 6 ist nun eine bevorzugte Ausführungsform für den auf Beschleunigung und Verzögerung sowie
Schwerkraftwirkung ansprechenden Unterbrecher 18 gezeigt.
Diese bevorzugte Ausführungsform des Unterbrechers 18 umfaßt
ein Gehäuse, das aus einem ersten nichtleitenden Te.il 64 und einem zweiten nichtleitenden Teil 66 besteht. Die
Gehäuseteile 64 und 66 umschließen eine Kammer 78. Vorzugsweise ist der Gehäuseteil 64 Teil des Instrumentenbrettes
eines Kraftfahrzeuges und trägt an seiner Rückseite eine
aufgedruckte Schaltung 68. Die aufgedruckte Schaltung 68 hat einen Ansatz 70, der durch eine Öffnung 72 in dem Gehäuseteil
64 geführt ist. Dieser Ansatz 70 ist zwischen dem Gehäuseteil 64 und 66 mit Hilfe von Schrauben 74 und
verklemmt. Die gedruckte Schaltung 68 ha't leitende Schaltelemente, die innerhalb eines geeigneten nichtleitenden
Materials eingebettet sind. Elektrische Kontakte zwischen diesen Elementen wird durch Entfernung des nichtleitenden
Materials dort hergestellt, wo es den Bereich überdeckt, an welchem der elektrische Kontakt gemacht werden soll.
In der Kammer 78 befindet sich ein leitendes Unterbrechergehäuse 80, das mit einer sich zwischen dem Boden des Gehäuses
80 und dem Ansatz 70 der gedruckten Schaltung 68 abstützenden Druckfeder in Stellung gehalten ist. Durch
den mittleren Bereich des Bodens des Unterbrechergehäuses 80 erstreckt sich eine Elektrode 84, die von dem Gehäuse
durch eine nichtleitende Buchse 86 elektrisch isoliert ist.
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Innerhalb des Unterbrechergehäuses 80 befindet sich eine leitende Kugel 88, die aus leitender Flüssigkeit v/ie
Quecksilber bestehen kann. Wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, befindet sich die leitende Kugel 88 in elektrischer
Verbindung mit sowohl dem Unterbrechergehäuse 80 v/ie der Elektrode 84e Es verdient Beachtung, daß das Unterbrechergehäuse
80 im wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzt und sein Boden zu dessen mittlerem Teils
in dem-sich die Elektrode 84 befindet^ trichterförmig
zuläuft.
Der Unterbrecher 18 kann innerhalb des Kraftfahrzeuges
mit dem vorderen Ende des Fahrzeugs in Richtung des in Fig. 4 eingezeichneten Pfeils angeordnet sein. In diesem
Falle wird eine Beschleunigung des Fahrzeuges die leitende Kugel 88 veranlassen, sich nach links mit bezug auf Fig.4
zu bewegen, und eine Verzögerung des Fahrzeuges wird zu einer.Bewegung nach rechts führen. In ähnlicher V/eise
wird eine Linksdrehung des Fahrzeuges die leitende Kugel zur Bewegung nach rechts mit bezug auf Fig. 5 veranlassen,
und eine Rechtsdrehung wird zu einer Bewegung der leitenden Kugel 88 nach links in dieser Fig. führen. Der Unterbrecher
18 spricht somit auf Beschleunigungen und Verzögerungen an, und diese Begriffe umfassen auch zentripetale
Beschleunigungen, die auftreten können, wenn das Fahrzeug einer Kurve folgt oder wendet. Der Unterbrecher
spricht auch auf die Richtung des Gravitationsfeldes der Erde an. Wenn beispielsweise das Fahrzeug nach aufwärts
geneigt ist,.wird die leitende Kugel 88 nach links mit
bezug auf Fig. 4 rollen und bei Neigung des Fahrzeuges nach unten nach rechts« Wenn sich das Fahrzeug nach der
einen oder anderen Seite neigt, rollt die leitende Kugel 88 nach links oder rechts mit bezug auf Fig. 5. Zusammenfassend
läßt sich somit feststellen, daß der Unterbrecher
18 eine Kugel 88 aus Quecksilber oder einem anderen lei-
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tenden Material enthält, die auf Beschleunigungs- und Verzögerung
skräfte sowie Richtungsänderungen der auf sie v/irkenden
Schwerkraft anspricht« Bewegunger der leitenden Kugel 88 in einem bestimmten Ausmaß aus der zentrischen
Lage auf dem Boden des Unterbrechergehäuses 80 heraus
unterbrechen die elektrische Verbindung zwischen der Elektrode 84 und dem Unterbrechergehäuse 80. Der Unterbrecher
18 Ist somit ein normalerweise geschlossener Schalter, der in Abhängigkeit von den verschiedenen oben
erwähnten Kräften öffnet, die .auf ihn wirken können. Natürlich kann die Unterbrechung des Eingangsstroms für
das Anzeigegerät auch durch die Verwendung eines normalerweise geöffneten Schalters erreicht werden, der parallel
zu dem Anzeigegerät geschaltet ist. In diesem Fall schließt der Schalter den Stromfluß.durch das Gerät kurz.
Eine unmagnetische Flüssigkeit 90 kann im übrigen das
Unterbrechergehäuse 80 ausfüllen und die leitende Quecksilberkugel 88 umgeben, um eine Oxidation des Quecksilbers
zu verhindern. Als nichtleitende Flüssigkeit 90 kann Silikon oder ein Öl dienen, dessen Viskosität derart aus^-
gewählt ist, daß es die gewünschte Dämpfung der Bewegung der Quecksilberkugel 88 bewirkt.
Die Leitungen 16 und 20 des Unterbrechers 18 sind vorzugsweise in die gedruckte Schaltung 68 einbezogen und können
in der in Fig. 6 gezeigten Weise ausgebildet sein. Es muß sorgfältig darauf geachtet werden, daß die leitende Druckfeder
82 nicht in elektrische Berührung mit der Leitung 20 Innerhalb des Bereichs gelangt^ wo die Feder sich mit
dieser Leitung kreuzt«,
Aus der vorausgegangenen Beschreibung geht hervor, daß der schwerkraft- und beschleunigungsempfindliche Unterbrecher
gemäß der Erfindung den Strom zum magnetsichen
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Anzeigegerät stets dann lanterbricht, wenn eine vortaenb.irnrnl.o
Änderung i.n der Richtung des Schaltern im Vorh'il Lni.r, r,um
Gravilationsfeld der Erde oder ein vorhoatitnnibes Ausmaß
an Beschleunigung oder Verzögerung des Schalters auftritt. Bei Verwendung als Teil einer Flüssigkeitsstands—Anzeigeeinrichtung
in einem Kraftfahrzeug unterbricht der schwerkraft-
und beschleunigungsabhängige Unterbrecher den Eingangsstrom des magnetischen Anzeigegerätes» Dies verhindert
Fehlanzeigen, die anderenfalls auftreten könnten. Bei dieser Anwendung kann der in dem Fahrzeugtank zur Veränderung
eines ohmschen Widerstandes angeordnete Schwimmermechanismus
sehr einfach ausgeführt sein. Mittel, wie sie zuvor zur Dämpfung der Bewegung und zur Abtrennung des
Schwimmermechanismus zwecks Verhinderung unerwünschter AnzeigeSchwankungen erforderlich waren, entfallen bei der
erfindungsgemäßen Flüssigkeitsstands-Anzeigeeinrichtung.
Patentansprüche /
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Claims (1)
12 - 7325913
Patentansprüche
I.) Elektromagnetische Flüssigkeitsstands-Anzeigceinrichtung,
insbesondere Benzinuhr für Kraftfahrzeuge, mit einer Anzahl die Ausrichtung eines permanentmagnetisehen
Anzeigegliedes bestimmenden Feldspulen, deren Erregungsstrom zumindest teilweise durch einen vom Flüssigkeitsstand
beeinflußbaren Meßwertgeber veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im
Stromkreis der Feldspulen (28, 30, 32) ein Unterbrecher (18) angeordnet ist, dessen Schaltglied (88) durch den
Einfluß von Trägheitskräften und/oder der Erdanziehungskraft
aus seiner Schließstellung in seine Offenstellung bewegbar ist. t
2. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Schaltglied (88)
frei beweglich innerhalb eines am Boden-trichterförmig
zulaufenden Gehäuses (80) aus leitendem Material angeordnet ist, in dessen Bodenmitte eine vom Gehäuse (80)
isolierte Elektrode (84) angeordnet ist.
3. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzei chnet , daß das Gehäuse (80) durch
eine seinen Boden außensei ti'g abstützende Druckfeder (82) innerhalb einer Ausnehmung eines den Schalter aufnehmenden
Isoliergehäuses (64, 66) gehalten ist.
4. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektrode (84) mit
einer am Boden der Ausnehmung (78) des Isoliergehäuses angeordneten gedruckten Schaltung (70) verbunden ist,
gegen welche sich die Druckfeder (82) am anderen Ende abstützt. 30 9850/0 8 80
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ΰ- Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bin 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Schaltglied (88) kugelförmige Gestalt hat«
6. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Schaltglied (88) eine Quecksilberperie
7. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Schaltglied (88) innerhalb des leitenden Gehäuses (80) durch eine Flüssigkeitsfüllung (90) gedämpft ist.
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Λ ·
Le e rs e1
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