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Flüssigkeitsbehälter
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Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsbehälter, der einen Meßaufnehmer
für den Flüssigkeitsstand der Bauart enthält, bei welcher die im Behälter enthaltene
Flüssigkeitsmenge elektrisch durch Veränderung der Kapazität zwischen zwei vertikal
im Behä ter angeordneten Metallplatten gemessen wird. Z. B. wird ein-solche Flüssigkeitsbehälter
zweckmäßig als Brennstofftank in einem Fahrzeug eingesetzt.
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Wie bekannt kann man die in einem Behälter enthaltene Flüssigkeitsmenge
durch zwei fest und vertikal angeordnete, ebene und parallele oder zylindrische
und koaxiale Elektroden du-ch Messen der Kapazität zwischen den beiden Elektroden
erfassen. Dieses Verfahren basiert auf der Tatsache, daß die meisten Flüssigkeiten
wesentlich von der Dielektrizitätskonstante von Luft sich unterscheidende Dielektrizitätskonstanten
haben. Angenommen, daß zwei Elektrodenplatten einander gegenüberliegend mit einer
wirksamen oberfläche S mit einem definierten Abstand d voneinander um einen Bruchteil
x der wirksamen Oberfläche S in die Flüssigkeit eingetaucht sind, errechnet sich
die Kapazität C zwischen diesen beiden Platten cUS der folgenden Gleichung:
worin EL die Dielektrizitätskonstante der Flüs igkeit und EA die Dielektrizitätskonstante
von Luft sind.
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Wenn der Flüssigkeitsstand im Behälter steigt oder sinkt, nimmt der
eingetauchte Bruchteil x der Elektrodenoberfläche S zu oder ab mit
entsprechender
Zunahme oder Abnahme der Kapazität C. Durch zweckmäßige Wahl der Gestalt der Elektrodenplatten
ist es möglich, eine praktisch lineare Beziehung zwischen dem Flüssigkeitsstand
oder der im Behälter enthaltenen Flüssigkeitsmenge und der Kapazität C herzustellen,
weil die Beziehung zwischen x und C in der oben angegebenen Gleichung (1) linear
ist.
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Eei praktischen F üssigkeitsstand-MeEsgeräten der oben bechriebenen
Bauart ist es übl ch, die Veränderung der Kapazität C zu einer Frequenzänderung
f eines mpulssignales umzuformen, das durch eine Oszillator-Schaltung mit einen
Widerstand R erzeugt wird, der in Reihe mit dem von den beiden Eliktrodenplatten
gebildeten Kondensator geschaltet st, um eine Zeit onstante zu bilden. Hierbei ergibt
sich die Beziehung zwischen der kapaität C und der Frequenz f aus der folgenden
Gleichung: 1 (2) CR Durch Ausnutzen der Frequenzschwankurlgen f des Impulssignales
wird der olüssigkeitsstand an einem Analog- oder Digital-Anzeiqegerät angezeigt.
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enn ein Flüssigkeitsbehälter der beschriebenen Art stationär verwendet
wird, gibt es ka@n Schwierigkeiten beim Messen des Flüssigkeitsstandes mit dem beschrietenen
Verfahren. Die Situation ist jedoch anders, wenn der Flüssigkeitstehältlr in einem
Fattrzeug verwendet ist, z. B. in einem Kraftfahrzeug als Brennstofftank. In diesem
Fall ergeben sich Schwierigkeiten, die im Brennstofftank befindliche Flüssigkeitsmenge
bei rahrt des Fahrzeuges exakt zu terrassen, weil der Brennstofftank sich in unterschredliche
Lagen neigt und der darin befindliche Brennstoff selbst Neigungs- oder Wellenbewegungen
macht und sogar einer unausgeglichenen\erlagerung nach einer Seite unter Wirkung
einer Zentrifugalkraft unterworfen wird, wenn das Fahrzeug Kurvenfahrt macht.
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Die Schwierigkeiten werden durch schnelle und starke Änderungen des
Flüssigkeitsstandes aufgrund der Tatsachen noch vergrößert, daß der
Brennstofftank
gewöhnlich relativ schmal im vergleich zu seinen Breitenabmessungen ist und in Draufsicht
assmmetrisch gestaltet ist. Es wurde versucht, diese Schwierigkeiten durch Vergrößern
der wirksamen Oberfläche S der Elektrodenplatten mit der Absicht zu beheben, die
Änderungsgröße der Kapazität C tei einer gegebenen Änderung des Flüssigkeitsstandes
im Tank zu verkleinern und/oder mindestens ein zusätzliches Paar Elektrodenplatten
an zweckmäßig ausgewählten Stellen im Brennstofftank unter@ubrigen und alle Paare
Elektrodenplatten parallel zu schalten, um dadurch unregelmäßige Schwankungen des
Flüssigkeitsstandes auszugleichen.
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Diese Gegenmaßnahmen führten jedoch aus der Sicht der Praxis zu zusätzlichen
Schwierigkeiten. Erstens: Wenn lie wi-rksame Oberfläche der beiden gegenüberliegend
angeordneten Elektrodenplatten beträchtlich vergrößert-wird, wird es schwierig,
exakt einen vorbestimten Abstand zwischen diesen beiden Platzen über ihre ganze
Oberfläche auch bei Wellenbewegung des Brennstoffs und der erwähnten Zentrifugalkraftwirkung
aufrechtzuerhalten. Zweitens: Die Montage des Brennstofftanks wird schwierig und
erfordert zusätzlichen Arbeitsaufwand, wenn die Elektrodenplatten in ihrer Oberfläche
vergrößert und/oder in ihrer Anzahl vermehrt werden.
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Ein weiterer Gegenstand ernsthafter überlegung ist, wie die Elektrodenplatten
mechanisch unterstützt werden. Gewöhnlich wird jedes Paar lektrodenplatten an einer
der Prallplatten befestigt, welche fest im Tank angeordnet sind, um das Tankinnere
in verschiedene Abschnitte zur Unterdrückung bzw. zum Ausgleich von Wellenbewegungen
des Brennstoffs bei Fahrt des Fahrzeuges zu unterteilen und dadurch den Brennstoff
an der Erzeugung eines Geräusches zu hindern. Dieses Verfahren kann jedoch nicht
als ungünstig beurteilt werfen, weil dabei eine große Anzahl von Teilen und viele
Arbeitsstunden erforderlich sind und-weil es zu einer beträchtlichen Zunahme des
Gesamtgewichts des Brennstofftankes führt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Flüssigkeitsbehälter
der Bauart mit mindestens einem Paar von in einem Hohlkörper gegenüber ingeördneten
Elektrodenplatten so auszubilden, daß die Kapazität zwischen der beiden Elektrodenplatten
eine definierte Beziehung zur im Behälter befindlichen Flüssigkeitsmenge nat, wobei
eine hjhe Genauigkeit der Beziehung zwischen der Kapazität und der Flüssigkeitsmenge
selbst dann gewährleistet werden soll, wenn der Flüssigkeitstehälter in einem Fahrzeug,-wie
einem Kraftfahrzeug, installiert ist, wobei der Flüssigkeitsbehälter ferner zu verhältnismäßig
geringe Kcsten hergestellt werden kann.
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Ein Flüssigkeitstehälter gemäß der Erfindung umfaßt mindestens ein
Paar Elektrodenp~atten mit einer ersten Elektrodenplatte, die im wesentlichen vertikal
im Inneren des Hohlkörpers mit diesem fest verbunden und so gestaltet ist, daß sie
auch als Prallplatte dienen kann und mit einer zweiten Elektrodenplatte, die allseitig
im Abstand von dem Ho'likörper und mit einem horizontalen Abstand von der gegenüberliegendn
ersten Elektrodenplatte elektrisch isoliert an dieser mechanisch befestigt ist,
so daß die beiden Elektrodenplatten einen Kondensato bilden, dessen Kapazität in
definierter Beziehung zur Flüssigkeits-lenge in dem Flüssigkeitsbehälter steht.
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Wenn es erforderlich ist, die Flüssigkeitsmenge selbst dann genau
zu erfassen, wenn sich der Flüssigkeitsbehälter beträchtlich neigt und/oder die
Flüssigkeit beträchtliche Wellenbewegungen macht, wie dies bei einem Brennstofftank
in einem Kraftfahrzeug der Fall ist, ist bevorzugt, zwei oder mehr Paare von Elektrodenplatten
in einer auf einerBerechrung basierenden zweckmäßigen Anordnung vorzusehen.
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In diesem Fall cind die ersten Elektrodenplatten aller Paare elektrisch
miteinander verbunden, und die zweiten Elektrodenplatten aller Paare sinc elektrisch
miteinander verbunden, so daß die von den entsprechen<en Paaren Elektrodenplatten
gebildeten Kondensatoren alle parallel geschaltet sind. In jedem Fall ist bevorzugt
daß die erste Elektrodel,platte größere Oberfläche als die zweite, daran befestigte
Elektr)denplatte, so daß die orthogonale Projektion der
zweiten
Elektrodenplatte nur einen kleinen Teil der Oberfläche der ersten Elektrodenplatte
einnimmt. Ferner ist es möglich, mehrere Paare von ersten und zweiten Elektrodenplatttn
oder mehrere Konden-@altoren dadurch ZU t)ilderl, daß mehrere relativ kleine Llektrodenplatten
an verschiedenen Bereichen der großer Elektrodenplatte befestigt sind, die außerdem
als Prallplatte oier Abweisplatte dient Um den vorbestimmten Abstand zwischen den
geJenüberliegend angeordneten ersten und zweiten Elektrodenplatten über die gesamte
Oberfläche der zweiten Elektrodenplatte zu wahre, ist bevorzugt, mehrere isolierende
Abstandhalter zu verwenden, die ;leine Breite und eine mit dem vorbestimmten Abstand
zwischen den beiden Elektrodenplatten übereinstimmende Stärke haben und in relativ
geringen Abständen angeordnet sind.
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Vorzugsweise wird die mechanische Befestigung der zweiten Elektrodenplatte
an der ersten Elektrodenplatte an Stelle vorgenommen, wo diese Abstandhalter angeordnet
sind. Die Verwendung solcher Abstandhalter ist sehr wirksam im Hinblick auf die
lerbesserung der Genauigkeit der Beziehung zwischen der im Flüssigkeitsbehälter
befindlichen Flüssigkeitsmenge und der Kapazität zwischen den beiden Elektrodenplatten
selbst dann, wenn die Flüssigkeit be rächtliche Wellenbewegungen macht. Um die Montage
der Elektrodenplatten mit der Zwischenübung derartige Abstandhalter zu vereinfachzn,
ist es vorteilhaft, ein einstückiges Bauteil aus einem Isoliermaterial in Gestalt
eines netzwerkes zu verwenden, das aus den Abstandnaltern und den Vertzindunasstangen
besteht, welche die Abstandhalter miteinander- verbinden. Die Verwendung einer der
beiden Elektrodenplatten als Prallglatte führt zu einer deutlichen Verringerung
der Anzahl an Teilen des Flüssigkeitsbehälters und ermöglicht es, den Flüssigkeitsbehälter
mit verringertem Arbeitsaufwand zu montieren und gleichzeitig sein Gesamtgewicht
zu senken.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an
Ausführungsbeispielen
mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.
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Fs zeigen: Fig. 1 und 2 eine Ausführung der Erfindung als Brennstofftank
für ein Kraftfahrzeug in teilweise aufgeschnittener Draufsicht und in einem Verti-kalschnitt;
Fig. 3 zonen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 1; Fig-. 4 und 5 ine Anordnung von
Elektrodenplatten im Brennstoff--ank nach den Fig. 1 und 2 in Draufsicht und Seitenansicht;
Fig. 6 minen im Maßstab vergrößerten Teilschnitt durch eine Jerbindungsstelle zwischen
den beiden Elektrodenplatten In Fig. 3; Fig. 7 in Blockschaltbild einer Signal-Erzeugerschaltunq,
ils Teil einer dem Brennstofftank nach den Fig. 1 und ? zugehörigen Brennstoffmeßanordnung;
ig. 8 eine perspektivische Ansicht einer Elektrodenplatten-Anordnung zur Verdeutlichung
einer Anordnung von Abstandhaltern gemäß der Erfindung; Fig. 9 ein Diagramm, in
welchem das Ergebnis eines Versuchs über die Abhängigkeit der Genauigkeit des durch
die Elektrodenplatten-Anordnung gemäß Fig. 8 gebildeten Kondensators vom Abstand
zwischen zwei benachbarten Abstandhaltern bei dieser.Anordnung dargestellt ist;
Fig. 10 eine Draufsicht einer anderen Elektrodenplatten-Anordnung gemäß der Erfindung;
Fig. 11 und 12 in Draufsicht und Seitenansicht einen Ausschnitt eines Abstandhalter-Netzwerkes,
wie es bei der Anordnung nach Fig. 10 verwendet ist; Fig. 13 eine vergrößerte Schnittdarstellung
einer Verbindungsstelle bei der Anordnung nach Fig. 10; Fig. 14 eine Draufsicht
auf ein abgewandeltes Abstandhalter-Netzwerk gemäß der Erfindung;
Fig.
15 einen im Maßstab vergrößerten reilausschnitt des Netzwerkes nach Fig. 14; Fig.
16 einen Schnitt nach der Linie 16-16 in Fig. T5; Fig. 17 die Herstellung einer
Elektrodenplatten-Anordnung gemäß der Erfindung unter verwenden des Abstandhalter-Netzwerkes
nach Fig. 14; Fig. 18 einen im MaBstab vergrößerten Teilschnitt nach der Linie 18-18
in Fig. 17: lig. 1<) eire Abwandlun(J des Netzwerkes nach Fig. 14 ähnlich Fig.
15; Fig. 20 einen Schnitt nach der Lin-e 20-20 in Fig. 19; Fig. 21 einen schematischen
Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungsform eiles Brennstofftankes gemäß
der Erfindung; Fig. 2.' in einer Fig. 21 entsprechenden Darstellung eine lokal begrenzte
Abwandlung des Brennstofftankes nach Fig. 21; Fig. 23 einen im Maßstab vergrößerien
Teilausschnitt aus dem Brennstofftank nach Fig. 22; Fig. 24 eine Explosionsdarstellung
eines elektrischen Verbindungsteils des Brennstoffanks nach den Fig. 22 und 23 und
Fig. 25 eine weitere Abwandlung de; Brennstofftanks nach Fig. 22 in einer dieser
en:sprechenden Darstellung.
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Als eine Ausführung der Erfindung zeigen die Fig. 1 und 2 einen Brennstofftank
10 zum Einbauen in ein Kraftahrzeug Grundsätzlich besteht dieser Brennstofftank
10 aus einer oberen Schale 12 und einer unteren Schale 14, welche aus Blech geformt
und entlang ihren seitlichen Umfangsflansch 15 miteinander verschweift sind.
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Der Brennstofftank 10 ist mit Prallplatten oder Abweisplatten 20A
und 20B versehen, um eine schnelle und heftige 3ewegung oder sta-ke Wellenbewegungen
des flüssigen Brennstoffs 6 in dem Tank 10 bei Be-
trieb des Fahrzeuges
zu unterdrücken. Jede Prallplatte 20A und 20B ist eine Metallplatte, die vertikal
und abgewinkelt so angeordnet ist, daß sie in Draufsicht im wesentlichen L-förmig
oder Z-förmig erscheint. Hierbei sind die Prallplatten 20A, 20B so gestaltet und
angeordnet, daß sie den Innenraum des Tanks 10 grob gesagt in Draufsicht in drei
Abschnitte unterteilt. Jede Prallplatte 20A, 20B ist mit mehreren schmalen Flanschen
22 geformt, über welche die Prallplatte mit der Innenfläche der oberen Schale 12
beispielsweise durch Punktcchweißen verbunden ist.
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Mindestens zwei Fiansche 22 jeder Prallplatte 20A, 20B, die relativ
entfernt voneinanier angeordnet sind, sind mit Ausnehmungen 23 ver-;ehen, während
di obere Schale 12 Montagcvorsprünge 13 an ihrer Innenfläche aufweist, so daß durch
Ineingriffbringen Ausnehmungen 23 mit den entsprechenden Vorsprüngen 13 die Prallplatten
20A, 20B konstruktionsgenau positioniert werden können. Wie aus Fig. 2 und 3 erichtlich
hat das untere Ende jeder Prallplatte 20A, 20B einen Abstand vom Boden cer unteren
Schale 14, so daß eine mögliche elastische Verformung des Brennstofftankes beim
Betrieb des Fahrzeuges nicht zu einer Kollisicn der unteren Schale 14 mit den Prallplatten
20A, 20B führt. Um da< Gesamtgewicht des Brennstofftankes 10 zu senken, wird
gewöhnlich die Stärke der Prallplatten 20A, 208 kleiner gemacht als die Wandstärke
der oberen und unteren Schalenl2, 14. Um die relativ dünnwandigen Prallplatten 20A,
208 mit einer Wellenbewegung des flüssigen Brunnstoffs 16 hinrei(henden Widerstand
leistenden Steifigkeit auszastatten, sollten die Prallplatten 20A, 20B in ihren
Umfangsbereichen mit Flanschen versehen sein. Insbesondere sind Flansche an den
Jnteren Enden der Prallplatten 20A, 20B, gemäß Fig 3 wirksam zur Verhinderung von
Verformungen der Prallplatten 20A, 20B selbst dann, wenn der Boden der unteren Schale
14 eine auBerordentliche Hebung erfährt.
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Außen den Prallrlatten 20A, 20B sind drei in diesem Text auch als
Elektrodenplatten benannte Metallplatten 30A, 30B und 30C vertikal
iln
Brennstofftank 10 angeordnet. Die erste Elektrodenplatte 30A hat eine kleinere Oberfläche
als die Prallplatte 20A und ist parallel zu einem ausgewählten Bereich dieser Prallplatte
20A mit einem geringen, definierten horizontalen Abstand angeordnet. Da die Prallplatte
20A längs einer Vertikalen in diesem Gebiet abgewinkelt ist, ist die Elektrodenplatte
30A ertsprechend abgewinkelt.
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Die zweite Elektrodenplatte 30B hat kleinere Oberfläche als die andere
Prallplatte 20B und ist parallel zu einem ausgewählten Bereich dieser Prallplatte
mit dem erwähnter horizontalen Abstand dazu angeordnet; Die dritte Elektrodenplatte
30C hat ebenfalls kleinere Oberfläche als die Prallplatte 208 und ist parallel zu
einem anderen ausgewählten Bereich derselben Prallplatte 20B mit dem erwähnten horizontalen
Abstand dazu angeordnet. Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, sind die Elektrodenplatten
30in, 30B und 30C mechanisch und elektrisch miteinander durch langgestre'kte Sammelschienen-Träger
38 verbunden, dienit ihren unteren Breichen an den Elektrodenplatten 30A, 30B und
30C befestigt sind. Ferner ist jede Elek,trodenplatte 30A, 30B, 30C mechanisch mit
der zugzhörigen und gegenüber angeordneten Prallplatte 20A oder 20B an mehreren
Verbindungs= stellen gemäß Fig. 3 verbunden, wobei die Bafestigung jedochso vorgenommen
ist, daß jede Elektrodenplatte elektrisch von der gegenüberliegenden Prallplatte
isoliert ist. Es ist ferner hesentlich, den beabsichtigten horizontalen Abstand
zwischen der Prallplatte und der daran befestigten Elektrodenplatte einzuhalten.
Um diesen Erfordernissen zu genügen, ist die Befesticung vorzugsweise unter Verwendung
eines elektrisch isolierenden Atstandhalters 32 und eines zusätzlichen Isolators
36 in Verbindung mit einem üblichen Befestigungsmittel 34 wie einem Niet oder einer
Maschinenschraube an jedem Befestigungspunkt vorzunehmen, obwohl es auch möglich
ist, die Abstandhalter getrennt von den Befestigungsmitteln 34 anzuordnen.
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Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Kombination aus Abstandhalter 32 und
Isolator 36 mit einem Niet 34 als Befestigungsmittel. An jedem Befestigungsllunkt
der 1>rallplatte 20B (zum Beispiel) und der
Elektrodenplatte
30C (zum Beispiel) ist jeweils ein kleines Loch (kein Bezungszeichen) vorgesehen.
Der isolierende Abstandhalter 32 hat die Form eines Ringes mit einem zentralen Loch,
das geringfügig größer als die Löcher in der Prallplatte 20B und der Elektrcdenplatte
30C ist, während der Isolator 36 die Form eines Kragens mit einem in die Löcher
der Prallplatte und der Elektroderiplatte passenden Hülsenabschnitt und einem Ringflanschabschnitt
an einem Ende des Hülsenabschnittes hat. Die Stärke des Abstandhalters 32 stimmt
mit dem gewünschten Abstand d zwischen der Prallplatte 20B und der Elektrodenplatte
30C überein, während die Länge des Kragens 36 größer als die Stärke des Abstandhalters
32 ist. Die Befestigung wird wie folgt vgrgenommen: Zuerst wird der ringförmige
Abstandhalter 32 zwischen die Prallplatte 20B und die Elektronplatte 300 so eingefügt
da-. er axial mit den löchern in den beiden Platten 20B und 30C @luchtet; dann wirdderisolierende
Kragen 36 n die L;che eingeführt, Darauf der Niet 34 in den Kragen 36 von der entgegengesetzten
Seite her eingeschoben und durch Stauchen des vorragenden Nietences so befestigt
wird, daß der Flanschabschnitt des Kragens 36 zwischen dem angestauchten Ende des
Niets 34 und einer der beiden Platten 2DB und 30C (der Elektrodenplatte 30C bei
dem gezeigten Beispiel) zusammengepreßt wird.
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Um das Gesamtgewicht des Brennstofftanks 10 so gering wie möglich
zu halten und ferner die Belastung der Prallplatten 20A, 20B minimal zu halten,
ist es wünschenswert, die Elektroplatten 3(A, 30B, 30C dünner als die Prallplatten
20A, 20B zu gestalten. Die Elektroplatten 30A, 308, 30C müssen sowohl von der oberen
Schale als auch von der unteren Schale 14 beabstandet sein, wobei vorzugsweise die
unteren Enden der Elektrodenplatten wesentlich mehr von Boden der unteren Schale
14 beabstandet sein müssen als die unteren Enden der Prall)låtten 20A, 20B, um so
sicherzustellen, daß die Elektrodenplatten 30A, 30B, 30C mit der unteren Schale
14 selbst bei deren beträ:htlicher Verformung nicht in Kontakt kommen.
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Zur Montage des gezeigten Brennstofftankes 10 ist es zweckmäßig, die
Elektrodenplatte 30A an der Prallplatte 20A und die Elektrodenplatten 30B und 30C
an der anderen Prallplatte 20B vor Anbringen der Prallplatten 20A, 20B an der oberen
Schale 12 des Tanks 10 und vor der Verbindung der drei Elektrodentlatten 30A, 308,
30C zu befestigen. Darauf werden die Prallplatien 20A und 20B mit der oberen Schale
12 in der beschriebenen Weisr verschweißt und dann die Sammelschienen-Träger 38
an den Elektroplatten 30A, 30B, 30C zu deren Verbindung befestigt. Eine elektrische
Anschlußl-eitung (nicht gezeigt) wird an einer der Elektrodenplatten 30A, 30B, 30C
angeschlossen, um diese elektrisch mit einer Oszilator-Schaltung 50 zu verbinden,
welche an der At ßenseite der oberen Schale 12 bei diesem Beispiel montiert ist
alternativ jedoch auch entfernt vom Brennstofftank 10 angeordnet sein kann. Schließlich
wird die obere Schale 12 auf die untere Schale 14 aufgesetzt, und die beiden Schalen
12,14 werden miteinander in dem Tankkörper durch eine Nachtschweißung über die gesamte
Umfangslänge der Seitenflanschen 15 zusammengefüg'.. Die obere Schale 12 und damit
auch die Prallplatten 20A, 20B wurden elektrisch geerdet.
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Somit bilden die Prallplatte 20A und die Elektroplatten 30A einen
Konden-sator, während die Kombination aus dt'r anderen Prallplatte 208 und den Elektrodenplatten
30B und 30C zwei zusätzliche Kondensatoren bilden, wobei diese drei Kondensatoren
miteinander parallel geschaltet sind. In diesem Fall ist daher di! Gesamtfläche
der drei Elektrodenplatten 30A, 308 und 30C als wirksame Fläche S in Gleichung (1)
einzusetzen, und die Kapazitit C in Gleichung (1) entspricht der Gesamtkapazität
der drei im Brennstofftank 10 aufgenommenen Kondensatoren. Da die Eintaucht@efe
der Prallplatten 20A, OB und der Elektrodenplatten 30A, 303, 300 in den Brennstoff
16 in definierter Beziehung zur Brennstoffmenge 16 im Tank 10 steht, kann die Brennstoffmenge
16 unter Verwendung von
Gleichung (1-) erfaßt werden, Die Dielektrizitätskonstante
EL von Benzin beträgt 2,0, während die Dielektrizitätskonstante EA von Luft etwa
1,0 ist. Die Prallplatten 20A, 20B und die drei Elektroplatten 30A, 30B, 30C sind
so gestaltet und angeordnet, daß die Gesamtkapazität C linear mit einer Änderung
der Brennstoffmenge 16 über den gesamten Bereich vom praktisch leeren Zustand bis
zum praktisch vollen Zustand des Tanks verläuft.
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Falls erforderli h, können die Prallplatten 20A, 20B und/oder die
Elektroplatten 3OA, 30B, 30C mit kleinen Löchern an zweckmäßigen Steilen versehen
werden.
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Die erwähnte Oszillator-Schaltung 50 ist ein Beispiel für die konvertionelle
Erzeugung eines für die Schwankung der Kapazität C gemäß Gleichung (1) repräsentativen
elektrischen Signals. Wie in Fig. 7 gereicht umfaßt die Oszillator-Schaltung 50
einen IC 54, der die Funktion eines Taktgebers und Oszillators hat. Ein Widerstand
52 ist in Reihe mit einem Kondensator 35 geschaltet, welcher die drei oben btschriebenen
Kondensatoren im Brennstofftank 10 repräsentiert. Diese Schaltung 50 erzeugt ein
Impulssignal, dessen Frequenz f mit (er Schwankung der Kapazität C des Kondensators
35 gemäß Gleichung (2) variiert. Der Ausgang der Schaltung 50 wird auf ein Anzeigegerät
gegeben (nicht gezeigt), das die im Brennstofftank 10 befindl che Brennstoffmenge
16 dadurch digital anzeigt, daß direkt eine änderung der Frequenz f des Ausgangs
der Schaltung 50 angezeigt wird. Alternativ kann der Ausgang der Schaltung 50 in
ein analoges Spannungssignal umgeformt werden, wobei dann ein Zeiger-Instrument
zur Anzeige verwendet wird.
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Um eine unregelmäßige Schwankung der Kapazität C bei einem Bewegen
des Brennstoffriveaus am Tank 10 zu vermeiden, ist es wichtig, samtliche Elektrodenplatten
30A, 30B, 30C im lank 10 genau und gleichförmij ir dem yleichen, vorbestimmten Abstand
<1 von den jeweils gegenüberliegenden Prallplatten 20A bzw. 20B zu halten. Aus
diesem
Getrichtspunkt heratis ist zu eitipfehlen die isolierenden Abstandhalter 32 gemäß
Fig. 3 und 6 in relat v geringen Abständen voneinander anzuordnen.
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Eine detailliertere Erläuterung sei anhand der Fig. 8 gegeben, die
eine Kombination einer Elektrodenplatte 20, welche außerdem als Prallplatte dient,
und einer anderen Elektrolenplatte 30 in einem lrennstofftank gemäß der Erfindung
darstellt. Die zweite Elektrodenlatte 30 hat eine kleinere Fläche als die erste
Elektrodenplatte 20 tind ist so angeordnet, daß sie gegenüber einem entralen Bereich
der ersten Elektroplatte 20 liegt. Mit anderen Worten überschreitet tiie Orthogonalprojektion
3/' des polygonalen Umtdnys 3/ der zweiten Platte 30 auf die erste Platte 20 nicht
den Jmfang der ersten Platte 20.
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Daher läßt sich der gewünschte Abstand d zwischen den beiden Elektrodenplatten
20 und 30 an jeder Stelle innerhalb des Umfangsbereiches der zweiten Elektrodenplatte
30 realisieren. Zunächst wird ein isolierender Abstandhalter 32P der Bauart gemäß
Fig. 6 in jeder Ecke der vieleckigen Elektrodenplatte 30 angeordnet, weil eine Verformung
der zweiten Elektroplatte 30, wie ein Verwerfen als Folge einer Abstandsabweiciiurig
vom Aì)stllnd d zur Pralljtlatte 70 ehestens in den Eckenbereichen auftreten kann.
Darauf wird eine Anzahl gleichartiger isolierender Abstandhalter 32 weitgehend gleichförmig
über die gesamte Oberfläche der zweiten Elektrodenplatte 30 verteilt angeordnet.
Es ist wünschenswert, den Abstand D zwischen zwei benachsaiten Abstandhaltern 32
so klein wie möglich zu halten, um die Exaktheit des Abstands d zwischen zwei Elektroplatten
20 und 30 zu verbessern, wobei jedoch eine beliebige @unahme der Gesamtzahl der
Abstandhalter 32 aus verschiedensten Rinden ungünstig ist.
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t)ie Erfinder haben experimentell bestätigt, daß die Streuung der
Kapazität C für eine gegebene Brennstoffmenge 16 im Tank 10 kleiner als 1 % dann
gehalten werden kann, wenn die Abstandshalter 32 in der Weise angeordnet werden,
caß der Abstand D zwischen zwei benachbarten Abstandhaltern 80 mm nicht überschreitet.
Die
Versuche wurden an einem Paar Elektrodenplatten 20, 30 mit
der Geometrie gemäß Fiel. 8 durchgeführt, wobei 0,4 mm oder 1,0 mm starkers Stahlblech
als Material für die Elektroplatten 20 und 30 verwendet Lulrde (in tie den lälleXn
betrug die Dickentoleranz # 1 X). ßer Abstand d zwischen den beiden Elektrodenplatten
20 und 30 wurde zu 3 mm gewählt,weil ein geeigneter Abstandsbereich für den Abstand
d in praktisch ausgeführten Brennctofftanks etwa .wischen 2 und 4 mm unter Berücksichtigung
zahlreicher Faktoren iiie der Genauigkeit bei der Erfassung der Brennstoffmenge,
leichter Montage und der Möglichkeit des Eindringens von Fremdkörpern n den Zwischenraum
zwischen zwei Elektrodenplatten liegt. Die Abstandhalter 32 (einschließlich der
Abstandhalter 32P in den Eckenberei hen) hatten eine Stärke von 3 mm mit einer toleranz
von 4 0,; %. Der Abstand D zwischen zwei benachbarten Abstandhaltern 32 wurde in
einem Bereich von 20 bis 100 rnm variiert, und die zweite Elektrodenplatte 30 war
an der Prallplatte 20 in der in Fig. 6 gezeigten-Weise unter Verwendung aller Abstandshalter
32 bei jedem Versuch befestigt. Die Ergebnisse der Versuche sind graphisch in Fig.
9 dargestellt. Die beiden unterschiedlichen Dicken (0,4 mm urd 1,0 mm) der Elektrodenplatten
20 und 30 hatten Kleinen Einfluß aif die Bezienung zwischen dem Abstand D und der
Streuung der Kapzität C.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis 13 ist die Befestigung einer
Elektrodenplatte 130 an einer anderen Elektrodenplatte 120 beschrieben, welche gleichzeitig
als Prallplatte dient, wobei das Einsetzen einer unzahl von isolierenden Abstandhaltern
zwischen den beiden Platten bei der Montage eines Brennstofftanks gemäß der Erfindung
durch Verwenden eines Abstandhalterhalter-Netzwerkes 100 vereinfacht ist. Wie gezeigt
ist dieses Netzwerk 100 ein einstückiges Bauteil aus ein2r Anzahl identischer, ringförmiger
Abstandhalter 132 und einer Anzahl relativ dünner Stangen 110, von denen jede mechanisch
einen Abstandhalter 132 mit einem anderen Abstandhalter 132 ohne Schneiden bzw.
Kreuzen einer anderen Stange 110 verbindet. Wie aus
Fig. 13 ersichtlich
ist, sind die Abstandhalter 132 ähnlich den Abstandhaltern 32 nach Fig. 6 und haben
eine mit dem gewünschten Abstand zwischen den beiden Elektrodenplatte7 170 und 130
übernsfimmende Stärke. Die Verbindungsslangen 110 haben einen viel kleineren Durchmesser
als die Stärke der Abstandhalter 132 und erstrecken sich senkrecht zu den Mittelachse
der ringförmigen Abstandhalter 132, wobei die Verbindungsstelle zwischen jeder Stange
110 und einem Abstandhalter 132 axial in einem mittleren Eereich des Abstandhalters
132 liegt.
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Die Elektrodenplatten 120 und 130 sind mit sichern (kein Bezugszeichen)
an SL,ellen versehen, die mit den Atstandhaltern 132 im Netzwerk 100fluchten. Zur
Momtage der Elektroplatten 120, 130 und des Abstandhalter-Netzwerkes 100 wird das
letztere so aul einer der Elektrodenplatten 120, 130 plaziert, daß die zentralen
Löcher in den Abstandhaltern132 mit den Löchern in der Elektrodenglatte fluchten.
Dann wird die andere Elektroplatte auf das Netzwerk 100 aufgelegt, so daß alle Löcher
niteinander fluchten.
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Danach werden die isolierenden Kragen 36 in jeden Abstandhalter 132
eingeschoben und mittels Nieten 34 in gleicher Weise befestigt, wie anhand der Fig.
6 beschrieben ist.
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Die anhand der Fig. 10 bis 13 beschriebene technik kann so modifiziert
werden, daß die Verbindungsstangen des Abstandhalter-Netzwerkes nicht zwischen den
beiden. Elektroplatten verbleiben.
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rinne solche Modifikation ist anhand der Fig. 14 bis 18 beschrieben.
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Ein Abstandhalter-Netzwerk 200 gemäß den Fig. 14 und 17 ist grund--iätzlich
ähnlich dem Netzwerk 100 nach Fig. 11. Das Netzwerk 200 ist eir einstückiges Bauteil
aus einer Anzahl von Abstandhaltern 232, die identisch mit den Abstandhaltern 132
des Netzwerkes 100 nach Fig. 11 sind, und aus mehreren dünnen Verbindungsstangen
210, welche die Abstandhalter 232 miteinander verbinden. Der Werkstoff
des
Netzwerkes 2tiO. ist aus den vorerwähnten Kunstharzen ausgewählt.
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In Draufsicht au- dieses Netzwerk 200 sind die Abstandhalter 232 in
einem regelmäßigen Muster angeordnet. Unter Bezugnahme auf Fig. 14 ist eine erste
Gruppe Abstandhalter 232A in einer Reihe mit regelmäßigen Abständen untereinander
angeordnet, während eine zweite Gruppe Abstandhalter 232B in einer ähnlichen Reihe
parallel zur Reihe der Abstandhalter 232A der ersten Gruppe aneordnet ist.
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Zwischen diesen beiden Reihen der Abstandhalter 232A und 232B sind
Abstandhalter 237C einer dritten Gruppe in einer parallelen Reihe angeordnet, so
caß jeder Abstandhalter 232C der dritten Gruppe mit zwei benachbarten Abstandhaltern
232A der ersten Gruppe und zwei benachbarten Abctandhaltern 232B der zweiten Gruppe
durch zwei gleichlange schenkel eines gleichscnenkligen Stützdreieckes verbunden
werden kinn.
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Eine Verbindungsstnge 210A mit regelmäßiger Zick-Zack-Gestalt verbindet
die Abstandhalter 232A der ersten Gruppe und die Abstandhalter 232C der dritten
Gruppe abwe;.hselnd miteinander, während eine Verbindungsstange 210B mit gleicher
Zick-Zack-Gestalt die Abstandhalter 2:2B der zweiten Gruppe und die Abstandhalter
232C der dritten Gruppe abwechselnd miteinander verbindet. Jede Verbindungsstange
210A, 210B hat bogenförmige Verbindungsabschnitte derart, daß die Verbindung der
Verbindungsstangen mit jeden Abstandhalter 232 längs eines zylindrischen Umfangsabschnittes
des Abstandhalters hergestellt ist. Wie in Fig. 18 gezeigt ist, haben die Verbindungs;tangen
210 eine geringere Stärke t als die Stärke d des Abstandhalters 232 so daß beim
Zwischenfügen des Netzwerkes 200 zwischen dit beiden Elektrodenplatten 120 und 130
dic Verbindungsstange 210 mit seiner der beiden Elektroplatten 120. 13( in Kontakt
kommt. Rn einem Ende erstreckt sich jede Verbindunsstange 210 gerade, so daß sie
einen Greifabschnitt 212 bildet.
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Gemäß den Fig. 15 und 16 ist ein Schlitz oder eine Ausnehmung 213
längs dem bogenförmigen Umfangsabschnitt zwischen jedem Abstandhalter 232 und jeder
Verbindungsstange 210 geformt. Mit anderen Worten ist die Stärke jeder Verbindungsstange
210 auf der konkaven Seite ihres bogenförmigen Umfangsabschnittes beträchtlich vermindert.
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Gemäß den Fig. 17 und 18 ist die Montage und iie Befestigung der beiden
Elektrodenplatten 120 und 130 mit Einsetzen des Abstandhalter-Netzwerkes 200 dazwischen
in gleicher Weise bewerkstelligbar wie im Falle der Verwendung des Netzwerke; 100
nach den Fig.
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l!l bis 13. Das Netzwerk 200 ist so gestaltet, dals die beschriebenen
Greifabschnitte 212 der Verbindungsstangen 210 von den montierten Elektrodenplatten
120, 130 wegragen. Nach Vollendung der Montage und Befestigung wird eine Zugkraft
auf jede Verbindungsstange 210 in horizontaler Richtung gemäß dem Pfeil in Fig.
17 ausgeübt, um ein Brechen der durch fixe Ausnehmung 213 geschwächten Abschnitte
und damit eine Abtrennung der Verbindungsstangen 210 von den Abstandhaltern 232
zu erreichen. Auf diese Weise können alle Verbindungsstangen 210 herausgezogen werden,
so daß nur die Abstandhalter 232 zwischen den montierten Elektrodenplatten 12t und
130 verbleiben.
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Die Fig. 19 und 20 zeigen ein alternatives Verfahren zum Formen von
Sollbruch-Abschnitten im Abstandhalter-Netzwerk. In diesen Fall ist jede Verbindungsstange
211 mit jede Abstandhalter 232 n einen Knickabschnitt über eine dünnwandig Brücke
215 verunden und diese Brücke 215 kann durch Ziehen der Verbindungs stange 211 nach
Montage und Befestigung-der Beiden Elektrodenplatten mit dazwischen angeordnetem
Abstandhalter-Netzwi rk abgerissen werden.
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Fig. 2" zeigt eine einfache Art der Herstellung einer elektrischen
Verbindung zwischen den Elektrodenplatten (in diesem Fall die Platten 30A, 30B),
welche an den Prallplatten (in diessem Fall den beiden Platten 20A, 208) befestigt
sind, und der Oszillator-Schaltung 50.
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Ein elektrischer Leitungsdraht 60 ist mit seinem einen Ende an eine
(30A) der beiden Elektrodenplatten 30A, 308 angelötet und mit seinem anderen Ende
an einem Anschluß 56 befestigt, welcher an einem die Schaltung 50 beinhaltenden
Kasten vorgesehen ist.
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Die obere Schale 12 des Brennstofftanks 10 ist mit einem Loch17 versehen,
um ien eitungsdraht 60 mit dem Anschluß 56 zu verbinden. Darauf wrd der Schaltungskasten.an
die obere Schale 12 unter Zwischenfüc,ung einer Dichtung 58 angeschraubt, so daß
das Loch 17 geschloscen wird. Bei fertiggestelltem Brennstofftank hängt der Leitungsdraht
16 schlaff durch und kann daher bei fahrt des Fahrzeuges fiei schwingen. Ein solcher
Zustand des leituncsdrahtes 16 ist jedoch ungünstig im Hinblick auf eine genaue
Erfassung der Kapazität C. Die Ursache hierfür ist, daß die Schwingbewegung des
Leitungsdrahtes 16 im Brennstoff eine schwankende Kapazität erzeug., welche die
Genauigkeit der Messung der Kapazität C beeinflußt, weil die aktuellen Werte der
Kapazität C nur in der Größenordung zw schen 10 bis 100 Pikofarad liegen. Es ist
wünschenswert, jegliche Bewegung des Leitungsdrahtes 16 nach Fertigstellung der
Montage des Brennstofftanks 10 auszuschließen.
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Die Fig. 22 bis 24 zeigen eine bevorzugte Art der Verbindung der Elektrodenplatte
30A mit der Schaltung 50. In diesem Fall ist eine starre Starge 70 mit dem Boden
des die Schaltuno 50 enthaltendenKastens verbunden, so daß sie über das Loch 17
in der oberen Schale 12 in dem Brennstofftank 10 einragt. Ein unterer Endabschnitt
70c dieser Stange 70 ist unter einem geeignetem Winkel abgeboger. Ein Leitungsdraht
62 mit einer Isol ierhülle ist mit seinem tonen Ende an der Elektrodenplatte 30A
angelfitet und mit seinem anderen Ende eine an Schaltkasten vorgesehene Klemme 56
angeschlossen. Wie Fig. 24 zeigt, hat die Klemme 56 die Form eines Steckersoer Zapfens,
-während eine passende Use 64 am Endabschnitt des Leitungsdrahtes 63 vorgesehen
ist. Wenn der Stecker56 in die ose 64 e ngesteckt wird, rastet eine Rückhaltezunge
67 der ose 64 in ein Loch 57 im Zapfen oder Stecker 56 ein, um unbe-
absichtigtes
Lösen zu verhindern. Nach Verbindung des isolierten Leitungsdrahtes 63 mit der Klemme
56 wird eine Schraubenfeder 72 mit ihrem einen Ende in den abgewinkelten Abschnitt
70a der Stange 70 und mit ihrem anderen Ende am umhüllten Leitunysdraht 72 eingehängt,
so daß der Leitungsdrant 72 gespannt wird.
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Danach wird die Stange 70 in den Brennstofftank 10 eingeführt und
der Schaltkasten an die obere Schale 12 unter Zwischenfügung der Dichtung 58 angeschraubt.
Der Leitungsdraht 62 bleibt im Brennstofftank in yespanntem Zustand und schwinyt
oder, bewegt sich in anderer Weise daher selbst dann nicht, wenn der Brennstoffspiegel
sich aufgrund von Wellenbewegung des Brennstoffes verändert.
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Die | ig. 25 zeigt eine il terriative Atisbildu og. In diesem Falle
ragt eine starre Stange 80 aus einem elektrisch leitenden Material vom Schaltkasten-
nach unten. Die Stange ist an ihrem unteren Endabschnitt in ähnlicher Weise wie
die Stange 70 in Fig. 23 abgebogen. Diese Stange 80 dient als Teil der elektrischen
Schaltung.
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Ein umhüllter Leitungsdraht 62 relativ kurzer Länge ist mit seinem
einen Ende an der Elektrodenplatte 30A befestigt. Eine Schraubenfeder 72 ist mit
ihrem einen Ende am abgebcgenen Abschnitt der Leiterstange 80 befestigt, während
das freie Ende des Leitungsdrahtes 62 am anderen Ende der Schraubenfeder 72 befestigt
ist, so daß auf den Leitungsdraht 62 eine Zugspannung in seiner Längsrichtung ausgeübt
wird. Bei montiertem Brernstofftank 10 bleibt der Leitungsdraht in vertikal gezogenem
Zustand. Aufgrund der kurzen Länge des Leitungsdrahtes 62 und der zwangsweisen Aufbringung
einer Zugspannung auf diesen Leitungsdraht 62 kann jeglicherBewegung des Leitungsdrahtes
62 noch zuverläcsiger vorgebeugt werden als bei dem Ausfiihrungsr)eispiel nach Fig.
2.
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