DE2737069A1 - Verfahren zur echtmessung von behaelter-fuellvolumen - Google Patents

Verfahren zur echtmessung von behaelter-fuellvolumen

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DE2737069A1
DE2737069A1 DE19772737069 DE2737069A DE2737069A1 DE 2737069 A1 DE2737069 A1 DE 2737069A1 DE 19772737069 DE19772737069 DE 19772737069 DE 2737069 A DE2737069 A DE 2737069A DE 2737069 A1 DE2737069 A1 DE 2737069A1
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Siegfried Brueckl
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F17/00Methods or apparatus for determining the capacity of containers or cavities, or the volume of solid bodies

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Description

  • Verfahren
  • zur Echtmessung von Behälter-Fullvolumen Das erfingungsgemäße Verfahren hat den Zweck, die unbefriedigende FUllhöhenmeßung durch eine echte Volumensbestimmung des momentanen Beholter-Nutzinhaltes zu verbessern. Die damit erreichbare Lageunabhängigkeit und der Fortfall umständlicher Umrechnungen von Füllhöhen auf Inhalte bei unregelmässig geformten Behälter ermöglicht die vorteilhafte Anwendung vorzugsweise bei Tanks für Land-, Luft- und Wasserfahrzeuge, bei ortsfesten Behältern und Maschinengehäusen, z. 8. Verbrennungsmotore, Getriebe, Laborgeföße, Emballagen usw.
  • Im heutigen technischen Stand werden lnhaltsmessungen von Behältern und Aggregargehäusen in der Regel auf Messungen der Füllhöhe zurückgeführt. Die Uberaus zahlreichen Methoden dazu haben alle den Mangel, daß diese Art Messung sehr stark von der Form und der Lage der Behälter gestört werden kann und daß eine oft umständliche Umrechnung von Fullhöhe auf Inhalt vorgenommen werden muß. Dies außert sich in nichtlinearen Korrekturgliedern, fUr die es keine natürlichen Funktionen als physikalische Eigenschaften von bauteilen gibt oder in stark nichtlinearen Anzeigeskalen, die einem hohen Gebrauchswert der Meßeinrichtung gerade in den interessanten lnhaltsbereichen gegen Null entgegenstehen.
  • Ein typisches Beisplel dafür ist die Messung des Treibstoffvorrates und der ÖlfUII-mengen in Motor und Getrieben von Fahrzeugen: aus konstruktions- (festigkeits-) technischen Gründen und um ein größtmögliches Volumen unterzubringen bei gegebenen Freiräumen im Fahrzeug, haben die Treibstofftanks unregelmässige Formen.
  • Dadurch entsteht ein stark nichtlinearer Zusammenhang zwischen Füllhöhe und Inhalt und eine prinzipielle Schwierigkeit fUr genaue Messungen. Auch die Lage des Fahrzeugs - Beladungszustand, Fahrbahnneigung, Fluglage, Seegang - geht verfälschend in die Messung ein.
  • Die Fülmengen-Bestimmung in Maschinenaggregaten - Motor, Getriebe, Servosysteme, Bremsen - sind noch umständlicher, weil dort nozh größere Unregelmäßigkeiten der inneren Gehäuseform gegeben sind und ftir ökonomisch tragbare Meßverfahren - Scilwimrner etc. - meist keine Unterbringungsmöglichkeit gegeben ist.
  • Offenbar weil es kein betriebssicheres, billiges Meßverfahren für diese Anwendung gibt, und weil die Füllhöhenmessung mit zu starken spezifischen Nachteilen behaftet ist, bleiben die Füllmengen in der Regel unüberwacht bzw. begnugt man sich mit einer ungenauen, unzuverlässigen Tankinhalts-Anzeige.
  • Das mag nach der Wirtschafts- und Verkehrsgebarung der Vergangenheit noch hinzunehmen gewesen sein: die geringe Verkehrsdichte brachte nicht sofort eine emfpindliche Verkehrsgefährdung, wenn ein Fahrzeug wegen Treibstoffmangels oder defekten Bremsen, Motor oder Getriebe auf der Straße stehenblieb. Auch wirtschaftlich mußte solchen häufig durch fehlerhafte oder unterlassene Füllmengenmessung verursachten Zwischenfällen keine sehr hohe Bedeutung zugewiesen werden.
  • Heute erscheint dies unannehmbar bis unverantwortlich. Eine heutige Überlondfahrt zur Ferien- oder Nachtzeit z.B. erfordert eine weit genauere Treibstofflolkulation unter Einbeziehung empirisch gewonnener Verbrauchswerte von nicht vorhenehbaren, verbrauchsrelevanten Verkehrsumständen, als es Tankinha ltsmesser bisherigen technischen Standes erlauben. Im Hinblick auf das heutige Sicherheits-, Gebrnuchswert- und Resourcenbewußtsein erscheint es auch nötig, Ölfullmengen in Maschinenteilen des Kfz laufend zu Uberwachen und davon freizukommen, daß es im heutigen technischen Stande dazu noch erforderlich ist, sich unters Auto zu begeben und Schrauben zu lösen. Gemessen am inzwischen erreichten Zuverlössigkeitsgrad der Maschinentei le im Kfz und an der Tatsache, daß ein hoher Anteil von Schäden an diesen Teilen durch eine laufende Überwachung der Füllmengen im Blickfeld des Kfz-Lenkers vermieden werden könnte, encheint dieser grobe Unterschied in den iintwicklungsständen als anachronistische Diskrepanz: ein Leckwerden z. 8. einer Wellendichtung ist heute und in absehbarer Zeit nicht auszuschließen. Dies müßte nicht, wie heute die Regel, zum Totalschaden des Maschinenaggregates und zum Liegenbleiben des Fahrzeugs auf freier Strecke oder gar zum Unfall durch eine Maschinenteil-Blockade fUhren, sondem könnte mit den heutigen technischen Möglichkeiten soweit abgefangen werden, daß ein geregeltes Ansteuern der nächsten Werkstätte aus eigener Kraft ohne jede Erhohung des Gefuhrdungsgrades möglich ist.
  • Sinngemäß übertragen gilt dies auch im Luft- und Wasserverkehr, besonders im Amateurbereich: auch dort gibt es Unvorhersehbarkeiten der Verbrauchsmengen.
  • Eine litergenaue Treibstoffanzeige und Überwachung der Schmiermittel-FUllmengen weit vor Indikation durch Druckabfall oder Blockade bzw. Überhitzung konnte erhebliche Anteile an Unfällen vermeiden.
  • Die Aufgabe besteht also darin, die Füllmengenmessung auf eine echte, einfache Volumensmessung zvruckzufuhren. Nur eine solche kann die Lageunabhdngigkeit und die Genauigkeit auch bei sehr unregelmässigen Innenformen von Behälter und Aggregatgehäusen und die ökonomisch sinnvolle technische Möglichkeit bringen, in Maschinenaggregaten ohne Einbau von Festkörperteilen das Füllvolumen auch während des Betriebs zu Uberwachen.
  • Die Lösung geht von der fUr Gase gultigen Beziehung p . V = const.
  • aus: durch Zu- oder AbfUhrung von z. B. Luft oder FUllgut wird im verbleibenden Luftraum über dem jeweiligen FUllgut ein Druckunterschied zum momentanen Atmospharendruck bis zu einem gewählten Druckindex herbeigefUhrt. Die Menge der zu- bzw. abgeführton Luft bis zum Druckindex ist ein proportionales Maß fUr das Luftvolumen, das im Tank bzw. im Aggregatgehöuse eingeschlossen ist. Diese Menge Luft ist das additive Komplement zum Volumen *s Fullmediums gegen über dem bekannten Gesamtvolumen des Behöltnisses.
  • Am Beispiel der Tankinholtsmersung ergeben sich diese Abläufe: Der Tankinnenraum ist, entfüftet auf atmosphärischem Druck. Ein Ventil schließt die Tankentlüftung.
  • Eine Luftpumpe pumpt so lange, bis ein bestimmter Über- oder Unterdruck, z.B.
  • 10 -2 des Umgebungsdruckes von einem Differenzdruck-Schalter ruckgemeldet wird und die Pumpe abschaltet. Die innerhalb des Vorgangs erfolgten Arbeitszyklen der Pumpe werden gezählt und sind direkt das Maß für das eingeschlossene Luftvolumen. Die Zyklen:rahl bzw. ihr additives Komplement zum Gesamtvolumen des Bekälters wird angezeigt. (Der Zöhlerendstand ist auf das Gesamtvolumen des Tanks vorprogrammiert. Er zählt von diesem Endstand zuru,ck bis zur Rückmeldung des Druckindex. 1m Zähler steht dann die verbleibende Treibstoffmenge nach Volumen).
  • Am Ende dieses Vorgangs öffnet das Entflüftungsventi I wieder und bringt das Tankinnere auf Momentandruck der umgebenden Atmosphäre.
  • Dieser Vorgang wiederholt sich in je nach Fahrzeugtyp vorgewählten Zeit- oder Wegintervallen Bei Zeitintervallen z.B. zwischen 2 ... 10 min.: ein Fahrzeug, das mit 200 kmh fährt und einen Verbrauch von 20 1 / loo km hat, verbraucht 11 in 1/40 h = 1,5 min. FUr ein solches Fahrzeug ist ein Zeitinterval um 2 min.
  • zweckmässig.
  • Der Aufwand fur eine solche Pumpe liegt etwa im Bereich einer elektrischen Scheibenwaschpumpe und damit etwa im Bereich bisheriger Geber für Fullhöhenmessungen.
  • Der Zähler - z.B. elektronischer Zähler mit Zwischenspeicher , in den am Ende jedes Meßvorgangs der Zählerstand eingeschaben wird, mit 2-stelliger LED-Digitalanzeige - liegt etwa im Kostenbereich herkömmlicher Analog-Kreuzspulen-Anzeigegeräte. Der IIerstellpreis-Unterschied eines Meßgerätes nach dem erfindungsgemessen Verfahren gegenuber herkömmlichen Verfahren liegt allenfalls bei + einigen Mark. Dafür bekommt man aber eine zuverlässigo, digitale. genaue, auf Liter aufgelöste Tankonhaltanzeige. Ein eventueller Mehrpreis amortisiert sich rasch durch die Mälichkeiten, die eine solche Anzeige in Richtung ökonomwscher Fahrweise und Zeitersparnis durch Vermeidung von Tankaufenthalten bietet, wie sie bisher wegen der unzuverlässigen Inhaltsangaben vorsorglich nötig waren.
  • Da es weitgehend gleichgültig ist, ob mit Unter- oder Überdruck operiert wird, kann auch das Ansaugvakuum des Motors satt der Pumpe herangezogen werden.
  • Dann wird mittels direkter oder indirekter Durchfluß-Mengenmessung die Luftmenge gemessen, die bis zur Rückmeldung des Druckindex aus dem Tank gesaugt wurde.
  • Eine gedankliche Verbindung etwa derart, daß, wenn schon ein Durchflußmesser notig ist, diesen sinnvoller gleich für die Restmengenbestimmung im Tank zu verwenden, wäre irftümlich: die Voraussetzungen fUr eine genaue Durchflußmessung im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens sind wegen der leicht konstant zu haltenden Durchflußmenge gegen Zeit, wegen der wählbaren Durchflußmenge nach dem Gesichtspunkt optimaler Meßung und der fortlaufenden Wiederholung der Messung weit besserols bei einer Durchflußmessung des Verbrauchs. Einer solchen Assoziation steht auch entgegen, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht eine inkrementale Koppelmessung, bezogen auf viele vorhergehende Daten aus Verbrouchs- und NachfUllmengen vorgenommen wird, wie es bei einer Durchfluß-Mengenmessung der Fall wäre. Ferner steht einer solchen Assoziation entgegen, daß mit einer Durchflußmessung des Verbrauchs keine vernünftige Möglichkeit für Multiplexmessungen aller kritischen FUllmengen gegeben wäre.
  • Multiplex-Verfahren erfordern pro Meßstelle zusätzlich nur ein Wechselventil fUr Entlüftung und Anschluß an das Meßsystem: e i n e Pumpe bzw. e i n Durchflußmesser bedient dann sequentiell Tank, Motor, Getriebe, Differential, Bremse, Servosysteme, Scheibenwaschwasser, Kühlsystem. Ein solches System bringt bei sehr geringem Aufwand eine totale Übenicht über alle im Kfz kritischen FUII-mengen außer Reifendruck.
  • Für die Elektronik des heutigen technischen Standes ist eine Ablaufsteuerung dieser Art weder kostenmdssig noch technisch ein Problem.
  • Die Vorteile des beschriebenen Verfahrens sind gegenüber einer Alternativmöglichkeit, nämlich mit einer gleichbleibenden Menge Luft zu operieren und die Druckänderung graduell zu messen, so offenkundig, daß von einer Aufzählung Abstand genommen wird. Nur in wenigen Spezialfällen erscheint eine Wahl dieser Alternativmöglichkeit zweckmässig.
  • Ebenfalls wegen gegebener Evidenz erscheint eine Aufzählung der Volteile des rflndungsgemussen Verfahrens auf anderen Anwendungsgebieten entbehrlich.
  • Nützlich erscheint noch der Hinweis, daß ein z.B. sicherheitstechnisch bedingtes Vakuum in einem Öl-Erdtank nicht die Anwendbarkeit dqs Verfahrens ausschließt: es wird nur die Veränderung zu einem bestimmten Ausgangsdruck als Folge einer Zu- oder Abgabe an Luftmenge ausgenutzt. Deshalb kann dieses Verfahren auch zur genauen Fullmengenmessung in Flugzeugen vorteilhaft genutzt werden.
  • Erhebliche Vorteile dürfte das Verfahren auch im Laborbereich und beim Umschlag von Flüssigkeiten bringen: ein kleines, batteriebetriebenes Handgerät, bestehend aus Pumpe, Zählgerät mit Vorwahl und Differenzdruck-Schalter, broucht nur auf die Einfullaffnung des jeweiligen Behälters gehalten zu werden, und nach wenigen Sekunden liegt das Ergebnis vor. Umfüllungen in Meßgefüße oder Verbringung auf eine Waage erübrigen sich. Auch das Leervolumen des jeweiligen Behälters bis zur Öffnung - zur Gewinnung der Zählervorwahl - kann das Gertit schnell bestimmen, wenn ein Typ des Behalten leer zur Hand ist.

Claims (1)

  1. Patentansprüch: Verfahren zur genauen Messung des Fülivolumens in Behältern und Meschinengehäusen, dadurch gekennzeichnet, daß a) eine variable Menge eines Meßrnediums in den Behälterraum zugegeben oder abgezogen wird, der nicht vom Füllmedium eingenommen wird, bis eine vorprogrommierte Druckänderung eingetreten ist.
    Die zugegebene oder abgezogene Menge des Meßmedium bis zum Erreichen des Druckindex ist ein proportionales Maß fUr das Vqlumen, welches vom Nutzmedium im abgeschlossenen Behälter oder Gehäuse eingenommen wird.
    Und b) daß eine gleichbleibende Menge Meßmedium fUr einen Meßzyklus oder abgeführt, die durch verursachte Druckunderuna gemessen und diese Druckmessung als Maß fUr das Volumen des Nutzmedium verwendet wird.
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