DE3246340A1

DE3246340A1 - Vorrichtung zur messung und ueberwachung des fuellstandes eines fluessigkeitsbehaelters

Info

Publication number: DE3246340A1
Application number: DE19823246340
Authority: DE
Inventors: Harry 4790 Paderborn Heddergott
Original assignee: Westfaelische Metall Industrie KG Hueck and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 1982-12-15
Filing date: 1982-12-15
Publication date: 1984-06-20
Also published as: IT1159995B; GB2133876B; SE8306629L; GB2133876A; JPS59151021A; BE898447A; FR2538106A1; SE8306629D0; GB8333183D0; IT8368272A0; FR2538106B1

Description

3 2463 A O

Vorrichtung zur Messung und Überwachung des Füllstandes eines Flüssigkeitsbehälters

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung und Überwachung des Füllstandes eines Flüssigkeitsbehälters, insbesondere des ölstandes eines Kraftfahrzeugmotors, mit einer aus einem lichtleitenden Material bestehenden Sonde, deren Oberfläche je nach Benetzung mit der zu messenden Flüssigkeit einen die Oberfläche berührenden, durch das lichtleitende Material geführten Lichtstrahl mehr oder weniger gut reflektiert. Derartige Vorrichtungen sind in verschiedener Form bekanntgeworden. So ist z. B. aus der europäischen Patentanmeldung 0 003 566 ein Füllstandsanzeiger bekanntgeworden, der vorzugsweise für Kraftstofftanks geeignet ist. Zur Messung der Füllstandshöhe dient ein bruchfester Stab mit lichtleitenden Eigenschaften, der an seinen beiden Enden einen Lichtsender bzw. einen Lichtempfänger hat und gegenüber übliehen Kraftstoffen beständig ist. Der durch den Stab fließende Lichtstrom wird durch die Füllstandshöhe beeinflußt, so daß der vom Lichtempfanger abgegebene elektrische Strom als Maß für die Füllstandshöhe dient.

Weiter ist aus den Unterlagen des deutschen Gebrauchsmusters 19 85 499 eine Vorrichtung zur Überwachung des BrerasölVorrates in Ein- oder Mehrkreis-Öldruck-Bremssystemen von Kraftfahrzeugen bekanntgeworden, bei der lichtleitende prismatische Körper in die zu überwachenden Bremsölkammern ragen, die jeweils über einen Lichtleiter mit Licht beaufschlagt werden,

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während je ein weiterer Lichtleiter das reflektierte Licht zu Sichtscheiben am Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs führt. Taucht der prismatische Körper in das Bremsöl, so wird kein Licht reflektiert, da das zugeführte Licht durch die Benetzungsstelle in das benetzende Medium entweicht, während umgekehrt bei abgesunkenem Bremsölstand der prismatische Körper nicht benetzt ist und das zugeführte Licht zu dem Sichtfenster reflektiert.

Gemäß der US-Patentschrift 30.68 697 werden derartige prismatische lichtleitende Körper selbst zur Messung des Flüssigkeitsstandes von flüssigem Wasserstoff vorgeschlagen.

Gemäß der US-Patentschrift 36 83 196 werden an der Oberfläche gekerbte Körper aus lichtleitendem Material vorgeschlagen, die eine differenzierte Messung gestatten.

Schließlich sind auch aus der deutschen Offenlegungsschrift 20 34 344 die unterschiedlichsten Formen von Flüssigkeitsstand-Meßgeräten bekanntgeworden, die auf den lichtleitenden und lichtbrechenden Eigenschafjteri der zu verwendenden Sonden und des zu messenden Flüssigkeitsstandes beruhen.

Es ist bisher nicht gelungen, dieses Meßprinzip erfolgreich zur Messung des Ölstandes in Kraftfahrzeugmotoren einzusetzen, was unter anderem darauf zurückzuführen ist, daß das Öl unterschiedlich verschmutzt ist, daß das Öl in verschiedenen Temperaturbereichen, insbesondere auch in verhältnismäßig hohen Temperaturbereichen auftritt, die die Verwendung bestimmter temperaturempfindlicher Materialien ausschließen, und daß insbesondere auch am Motorkörper, z. B. an der Ölwanne, der zur Anbringung einer Meßvorrichtung zur Verfügung stehende Platz beschränkt ist. Besondere Schwierigkeiten treten dann auf, wenn derartige aus lichtleitendem Material bestehenden, auf der Reflektion eines Lichtstrahls beruhenden Sonden so ausgebildet werden sollen, daß sie an die Stelle des normalen vorhandenen Ölpeilstabes treten können, weil die Einstecköffnung derartiger ölpeilstäbe sehr eng dimensioniert ist, z. B. im

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der eingangs genannten Art und hat zum Ziel, diese auf einfachste Art so zu verbessern, daß sie zur Messung und Überwachung des Ölstandes in Kraftfahrzeugmotoren geeignet ist. Zu diesem Zweck ist die Sonde am unteren Ende eines biegsamen Stabes angeordnet und im Verhältnis zur Stablänge kurz. Es ergibt sich dadurch insbesondere der Vorteil, daß die Vorrichtung an die Stelle eines üblichen Ölpeilstabes gesetzt werden kann, daß also keine weitere und insbesondere auch keine größere Bohrung im Motorgehäuse vorgesehen werden muß, so daß auch die Umrüstung bereits vorhandener Fahrzeuge durchgeführt werden kann. Weitere Ausbildungen und Verbesserungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In den Figuren 1-5 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden.

Gemäß Figur 1 besteht die Vorrichtung aus einem stabförmigen Gebilde 1, an dessen unterem Ende eine Sonde 2 aus lichtleitendem Material angeordnet ist. Der Stab 1 endet oben in einer Dichtung 3, die in bekannter Weise so ausgebildet ist, ^: daß sie in die Aufnahmebohrung eines üblichen Ölpeilstabes in Kraftfahrzeugmotoren paßt. Es schließt sich eine Leitung 4 an, die zu einer Auswerteschaltung 5 führt, an die beispielsweise eine Überwachungslampe 6 angeschlossen sein kann. An die Stelle der Überwachungslampe 6 kann z. B. auch eine akustische Warnung treten.

Der Stab 1 ist biegsam ausgebildet. Er kann deshalb auch bei Kraftfahrzeugmotoren verwendet v/erden, in denen nach der Öffnung für den Ölpeilstab eine den Ölpeilstab leicht verbiegende Führung oder Umleitung folgt. Die eigentliche Sonde 2 ist im Verhältnis zur Länge des Stabes 1 sehr kurz ausgebildet, z. B. bei über 300 mm Stablänge etwa 30 mm lang oder kürzer, wodurch erreicht wird, daß die Sonde, obgleich sie weniger biegsam ist, allein wegen ihrer Kürze auch derartigen Führungen oder Umleitungen zu folgen vermag. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn der aus lichtleitendem Material

bestehende Teil der Sonde aus Mineralglas besteht, das zwar physikalisch gesehen biegsam ist, im technischen Sinne aber im wesentlichen als starr zu gelten hat. Die Anwendung von Mineralglas erscheint aber im Hinblick auf die Wärmefestigkeit, die gefordert ist, z. B. bei Öltemperaturen von 180 ⁰C oder mehr, als die einfachste und billigste Lösung.

Der Stab 1 kann z. B. aus einem Trägerstab aus Metall mit parallel dazu geführten elektrischen Leitern oder Lichtleitern bestehen. Gegebenenfalls kann auch ein Trägerstab ganz entfallen, wenn die Leiter entsprechend biegsam und dennoch nicht litzenartig flexibel ausgebildet sind.

Die anschließende Leitung 4 kann je nachdem als elektrische Leitung oder als Lichtleiter ausgebildet sein. Die Auswertung in der Einheit 5 kann in bekannter Weise durchgeführt werden. Gegebenenfalls kann auch eine unmittelbare Anzeige des mit einem Lichtleiter zugeführten Lichtes ohne Zwischenschaltung der Teile 5 und 6 erfolgen, so z. B. dann, wenn keine Kontrolle in einer gewissen Entfernung vom Motorraum durchgeführt werden soll, soncjLern lediglich eine Anzeige in unmittelbarer Nähe des Motors,, z. B. auch am Armaturenbrett.

Figur 2 zeigt die Ausbildung der Sonde 2 gemäß Figur 1 in verdeutlichter (schematischer). Darstellung. Der z. B. aus Kristallglas bestehende eigentliche Sondenkörper 2a ist teilweise lichtundurchlässig bedeckt, nämlich durch eine untere Haube 2b und eine obere Haube 2c. Diese können z. B. aus einer Metallfolie oder einem anderen geeigneten Werkstoff bestehen.

Am unteren Ende ist ein Sender 7 angeordnet, der Licht aussendet, z. B. eine Glühlampe oder eine Leuchtdiode, und am oberen Ende ist ein Lichtempfänger 8 angeordnet, z, B. eine Fotodiode oder ein Fototransistor. Der Glaskörper ist an beiden Enden abgeschrägt. Das Licht wird dementsprechend gebrochen, wie die Pfeile andeuten. Es tritt an der unteren Abschrägung ein und an der oberen Abschrägung aus und wird

an der Seitenwand des Glaskörpers 2a reflektiert. Taucht der Glaskörper in eine entsprechende Flüssigkeit ein, so tritt keine Reflexion ein, sondern das Licht verschwindet in der Flüssigkeit, was in bekannter Weise zur Signalgebung benutzt werden kann.

Wesentlich ist, daß die Meßstelle, d. h. die Stelle, an der das Licht entweder reflektiert wird oder nicht, in Richtung der Schwerkraft gesehen vom unteren Ende der Sonde nach oben versetzt angeordnet ist, also wie im Beispiel der Figur 2 seitlich. Dies führt dazu, daß unten anhängende Tropfen, z. B. von heißem Öl, das auch gelegentlich verharzen kann, nicht zu einer Fehlanzeige führen.

Wenn kein unmittelbar das Lichtsignal in ein elektrisches Signal umwandelnder Empfänger 8 vorgesehen ist, kann auch ein Lichtleiter in entsprechender Weise an das obere Ende des Glaskörpers 2a angekoppelt werden.

In Figur 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung dargestellt. Gleiche bzw. gleich wirkende Teile sind mit dem gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 bezeichnet. Figur 4 zeigt die Sonde 2 gemäß Figur 3 in vergrößertem Maßstab schematisch. Es ist wiederum ein Glaskörper 2a vorgesehen, der teilweise mit lichtundurchlässigem Material 2c bedeckt ist. Am unteren Ende ist ein Spiegel 10 angeordnet, der, wie im Beispiel dargestellt, eben ausgebildet sein kann, am oberen Ende des Glaskörpers 2a ist dieser teilweise abgeschrägt. Es sind zwei koaxial zueinander angeordnete Lichtleiter 11 und 12 an das obere Ende des Glaskörpers 2a angekoppelt, von denen der schlauchförmige Lichtleiter 11 das Licht zuführt, während der innere Lichtleiter 12, der z. B. fadenförmig oder auch schlauchförmig ausgebildet sein kann, das reflektierte Licht zu einer Auswerteeinheit abführt. Bei der Ausbildung gemäß den Figuren 3 und 4 ergibt sich der Vorteil, daß keine elektrischen Zu- und Ableitungen benötigt werden, die in den Ölsumpf hineinragen. Der Lichtsender und der Licht-

empfänger liegen ganz außerhalb des Motors. Auch hier liegt die eigentliche Meßstelle an der Seitenwand, so daß unten an dem Spiegel anhängende Tropfen keine Verfälschung des Meßergebnisses hervorrufen können, gleichgültig wie lange sie anhängen, oder ob sie z. B. durch Verharzung zu einer Dauerbedeckung geworden sind.

In Figur 5 ist ein weiteres Ausfülirungsbeispiel einer Sonde dargestellt, wie sie in erfindungsgemäß aufgebauten Vorrichtungen verwendet werden kann. Der Glaskörper 13 ist rotationssymmetrisch aufgebaut und besitzt am oberen Ende eine Abschrägung in Form eines Kegels 13a z. B. mit einem Öffnungswinkel von 60°. Am unteren Ende ist ebenfalls eine Abschrägung 13b angebracht, die auch die Form eines Kegels haben kann, die aber zweckmäßigerweise wie dargestellt aus einem rotationssymmetrischen Körper besteht, dessen Erzeugende ein Kreisbogenstück ist. Beide Abschrägungen 13a und 13b sind kleiner, als es die gerade abgeschnitten gedachte Endfläche des Körpers 13 zulassen würde,

Wird nun an das untere Ende eine Glühlampe 14 angesetzt, deren Lichtstrahlen leicht divergierend austreten, so werden diese infolge der beschriebenen Ausbildung der Abschrägung 13b so in den Glaskörper 13 gebrochen, daß sie dessen Außenfläche in einer ganz eng begrenzten Ringzone treffen, wodurch auch unabhängig von Bedeckungen eine scharf begrenzte Meßstelle erzeugt werden kann, die auch unter den erschwerten Bedingungen (besonders kleine und dennoch robuste Bauweise) den höchstmöglichen Lichtstrom konzentriert. Wie durchgeführte Versuche zeigten, lassen sich alle Anforderungen an derartige Meß- und Überwachungsvorrichtungen einwandfrei beherrschen.

Man kann z. B. mit sehr kleinen Glaskörpern 13 von beispielsweise 4 mm - 4,5 mm 0 und ca. 15 mm Länge auskommen und die Glühlampen entsprechend klein wählen und dennoch trotz dieser kleinen Bauweise und geringen Lichtleistung eine deutliche Signalwirkung erreichen, die zu definiertem Ansprechen der

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Meß- und Überwachungseinrichtung dienen kann. Es besteht keine Gefahr, daß die Sonde zerbricht, durch bleibende Ver-'schmutzung unbrauchbar wird oder den aggressiven Medien und den höheren Temperaturen nicht auf Dauer widerstehen kann. Insbesondere durch Wahl der Winkel der entsprechenden Abschrägungen 13a und 13b läßt sich in weiten Bereichen eine Einstellung der Ein- und Austrittswinkel des Lichtes erreichen und damit eine Anpassung sowohl an die lichtbrechenden Eigenschaften der Sonde 13 selbst, als auch der zu messenden Flüssigkeit, z. B. Motoröl oder Hydrauliköl. Die Sonde 13 kann z. B. wie beschrieben aus mineralischem Glas bestehen, aber auch aus entsprechendem Kunststoff, der entsprechend hochwarmfest ist, z. B. klares Polyamid 6.

Die Abschrägung am Ende der Sonde 13 bzw. 2a kann auch als Hohlschräge, z. B. als Hohlkegel (trichterförmig) ausgebildet sein, zweckmäßig an beiden Enden.

Claims

Patentansprüche

. —S.
/ 1J Vorrichtung zur Messung und Überwachung des Füllstandes eines Flüssigkeitsbehälters, insbesondere des Ölstandes eines Kraftfahrzeugmotors, mit einer aus einem lichtleitendsn Material bestehenden Sonde, deren Oberfläche je nach Benetzung mit der zu messenden Flüssigkeit einen die Oberfläche berührenden, durch das lichtleitende Material geführten Lichtstrahl mehr oder weniger gut reflektiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (2) am unteren Ende eines biegsamen Stabes (1) angeordnet und im Verhältnis zur Stablänge kurz ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (2) am unteren Ende verspiegelt ist und an ihrem oberen Ende sowohl lichterzeugende Mittel angeordnet sind, die das Licht abweichend von der Längsachse der Sonde in diese einleiten (11), als auch Mittel, die das reflektierte Licht aufnehmen (12).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der biegsame Stab (1) aus einem Trägerstab und parallel dazu geführten Lichtleitern besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der biegsame Stab (1) aus einem Trägerstab und parallel dazu geführten elektrischen Leitungen besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der biegsame Stab (1) aus Lichtleitern und einer biegsamen Umhüllung besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (2) aus Mineralglas besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde am unteren Ende ein lichterzeugendes Mittel, insbesondere eine Glühlampe, trägt, und am oberen Ende

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ein lichtaufnehmendes Mittel.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtaufnehmende Mittel ein lichtelektronisches Mittel ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtelektronische Mittel eine Fotodiode ist.
10· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtelektronische Mittel ein Fototransistor ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde aus einem Stab aus lichtleitendem Material mit im wesentlichen runden Querschnitt besteht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (2a) an ihren Enden abgeschrägt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (2a) am oberen Ende in Form eines Kegels abgeschrägt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kegel ein Lichtleitkabel (11) angeschlossen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13> dadurch gekennzeichnet, daß der Kegel einen Öffnungswinkel von etwa 60° aufweist. ·
16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde am unteren Ende in Form eines Kegels abgeschrägt ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde am unteren Ende mit einer Fläche zur Aufnahme des Lichts versehen ist, die rotationssymmetrisch ausgebildet ist mit einem Kreisbogenstück als Erzeugende.

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18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß an die lichtaufnehmende Fläche eine Glühlampe (14) mit divergierenden Strahlen angesetzt ist.
19· Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaufnehmende Fläche ein spitzwinkelig zulaufendes Ende hat.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Erzeugenden ein Mehrfaches der Länge der lichtaufnehmenden Fläche "beträgt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde auf einem Teil ihrer Länge lichtundurchlässig bedeckt ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschrägten Enden (13a, 13b) der Sonde nur einen Teil der Endflächen einnehmen und daß die anderen Teile lichtundurchlässig bedeckt sind.
23. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde so ausgebildet ist, daß die Meßstelle in Richtung der Schwerkraft gesehen vom unteren Ende der Sonde , nach oben versetzt angeordnet ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (2a, 13) in Form einer Hohlschräge, insbesondere eines Hohlkegels abgeschrägt ist.