DE3328141A1

DE3328141A1 - Vorrichtung zur ueberwachung eines fluessigkeitsspiegels

Info

Publication number: DE3328141A1
Application number: DE19833328141
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. 8501 Heroldberg Schauer
Original assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1983-08-04
Filing date: 1983-08-04
Publication date: 1985-02-21

Description

kabelmetal electro
Gesellschaft mit beschränkter Haftung

33-42/S

29. Juli 1983

Vorrichtung zur Überwachung eines Flüssiqkeitsspieqels

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung eines Fiüssigkeitsspiegels in einem begrenzten Raum, bestehend aus einer stabförmigen, in dem Raum anzuordnenden Sonde.

Eine derartige Vorrichtung.wird beispielsweise zur Überwachung des Ölstandes im Motor oder Getriebe von Kraftfahrzeugen benötigt. Die hier bisher eingesetzten Stäbe müssen für Kontrollzwecko aus dem entsprechenden Gerät herausgezogen und danach,
wieder in Position gebracht werden. Solange der Fahrzeugführer die Kontrollen regelmäßig durchführt, kann ein zu geringer Ölstand vermieden werden. Wenn das Öl allerdings durch einer.
Defekt sehr schnell aus Motor oder Getriebe ablauft, was auch
während der Fahrt geschehen kann, besteht für den Fahrzeugführer keine !Möglichkeit, diese, /.ur Zerstörung von Motor odar Getriebe führende Tatsache: festzustellen. Ein anderes Einsatzgebiet der Vorrichtung ist die Überwachung von ölvorräten, beispielsweise

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in privaten Haushalten. Die Vorrichtung kann aber auch dazu benutzt werden, Räume, wie beispielsweise Kellerräume, zu überwachen, um festzustellen, ob eine Flüssigkeit eingedrungen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art anzugeben, mit welcher ein Flüssigkeitsspiegel automatisch überwacht werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

- daß die Sonde eine Lichtquelle und einen mit einem Signalgeber verbindbaren Lichtempfänger aufweist, an die jeweils mindestens ein Lichtleiter angeschlossen ist und

- daß zwischen den freien Enden der beiden Lichtleiter ein optischer Fühler angeordnet ist, der das von der Lichtquelle über den einen Lichtleiter einfallende Licht durch Reflexion in den anderen Lichtleiter und damit zum Lichtempfänger leitet.

Eine solche Vorrichtung gestattet eine automatische Überwachung eines Flüssigkeitsspiegels, verbunden mit einer automatischen Anzeige. Es kann mit der Vorrichtung festgestellt werden, ob in einem Ölvorrat bzw. Flüssigkeitsvorrat noch genügend Flüssigkeit vorhanden ist. Auf der anderen Seite kann automatisch angezeigt werden, ob in einen trockenen Raum Flüssigkeit eingedrungen ist.

In der Vorrichtung wird ein optischer Fühler eingesetzt, aus dem an einer Stelle eingeleitete Lichtstrahlen durch Reflexion an einer anderen Stelle wieder austreten. Die Intensität des wieder austretenden Lichts hängt dabei von dem den Fühler umgebenden Medium ab, da das Licht an der Grenzschicht von zwei unterschiedlichen Medien wegen ihrer unterschiedlichen optischen Dichte reflektiert wird, von denen das eine der beispielsweise aus Quarzglas bestehende Fühler ist. Die Intensität des reflektierten Lichts ist am größten, wenn das den Fühler umgebenden Medium Luft ist, da dann Totalreflexion eintritt.

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Dieser Effekt wird durch die Erfindung mit Vorteil ausgenutzt. Solange in einem zu überwachenden Raum genügend Flüssigkeit (Öl) vorhanden ist, ist die gesamte freie (reflektierende) Oberfläche des Fühlers von der Flüssigkeit umgeben. Am Lichtempfanger kommt dann ein relativ schwacher Lichtstrahl an, v/eil ein großer Teil des Lichtes in die optisch dichtere, den Fühler umgebende Flüssigkeit abgelenkt wird. Wenn der Flüssigkeitsspiegel sinkt, gelangt der Fühler nach und nach aus der Flüssigkeit heraus. Sein umgebendes Medium wird an dem aus der Flüssigkeit herausragenden Teil Luft und die Intensität des reflektierten Lichts nimmt zu. 3ei einem bestimmten Grenzwert wird dann von dem Lichtempfänger das optische und/oder akustische Signal ausgelöst.

Auf gleiche Weise, nur mit umgekehrtem Ablauf bezüglich der Intensität des reflektierten Lichts, kann das Eindringen von Flüssigkeit in einen Raum festgestellt und angezeigt werden.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:
Fig. 1 die Vorrichtung nach der Erfindung in prinzipieller Darstellung.

Fig. 2 und 3 schematische Anordnungen zur Erläuterung der Erfindung.

Fig. 4 und 5 zwei unterschiedliche Ausführungsformen einer 5 Vorrichtung nach der Erfindung.

Mit 1 ist eine Sonde bezeichnet, die zur Überwachung eines Flüssigkeitsspiegels 2 eingesetzt werden soll. Die Sonde 1 weist eine Lichtquelle 3, einen Lichrampf anger 4 und mindestens ζ v/ei Lichtleiter 5 und 6 auf. Der Lichtempfänger 4 ist mit einem Signalgeber 7 verbunden, der optisch oder akustisch oder auch in beiden Varianten arbeitet. Am Ende der Sonde 1 ist ein optischer Fühler S angeordnet, dessen genauerer Aufbau und Funktionsweise an Hand dor Fig. 2 bis 5 erläutert werden. Der Fühler 8 ist ein optisches Bauteil, welcnes Licht durch Reflexion durchLäßt.

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Der Fühler S kann beispielsweise ein aus Quarzglas bestehendes optisches Prisma 9 sein. Wenn aus der Lichtquelle 3 kommendes Licht durch den Lichtleiter 5 auf das Prisma 9 unter einen ganz bestimmten Winkel fällt, dann wird dieses Licht entsprechend der Darstellung in Fig. 2 mit Totalreflexion durch das Prisma 9 geführt. In Fig. 2 sind drei Lichtstrahlen a, b und c eingezeichnet, die an der Grenzfläche 11 des Prismas 9 total reflektiert werden. Sie treten aus der dem Lichtleiter 5 abgewandten Seite des Prismas 9 aus und gelangen auf dieser Seite in den Lichtleiter 6, von wo das Licht zu dem Lichtempfänger 4 geleitet wird. Die Intensität des vom Lichtempfänger 4 empfangenen Lichts ist dann am größten, wenn an der Grenzfläche 11 des Prismas 9 Luft vorhanden ist. Die Intensität wird geringer, wenn an der Grenzfläche ein flüssiges Medium, wie beispielsweise Öl oder Wasser, vorhanden ist. Dieser i Effekt wird durch die Erfindung vorteilhaft ausgenutzt.

Entsprechend Fig. 1 wird demnach am Lichtempfänger 4 Licht mit geringer Intensität empfangen, da der Fühler 8 vollständig in Flüssigkeit eingebettet ist. Wenn der Flüssigkeitsspiegel 2 sinkt, wird der Fühler 8 nach und nach freigelegt und seine Grenzfläche 11 gelangt an Luft. Die Intensität des reflektierten Lichtes wird dann stärker. Beim Überschreiten eines vorher festgelegten Grenzwertes wird der Signalgeber 7 ausge- _: löst. j

Dieser Effekt kann auch in umgekehrter Richtung ausgenutzt werden,; wenn zur Überwachung von trockenen Räumen ein Flüssigkeitseinbruch festgestellt werden soll. Hier wird dann die Abnahme der ; Intensität des reflektierten Lichtes zur Auslösung des Signalgebers 6 ausgenutzt.

Statt des in Fig. 2 dargestellten Prismas 9 kann mit gleicher Wirkungsweise ein aus Quarzglas bestehender Liehtwellenleitor 10 entsprechend Fig. 3 eingesetzt werden.

In den Fig. 4 und 5 sind bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt:

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Entsprechend 7-ig. 4 sind ei ο Lichtleiter 5 und 5 konzentrisch zueinander angeordnet, wobei der innere Lichtleiter 5 wieder mit der Lichtquelle 3 und der äußere Lichtleiter 6 mit dem Lientempfänger verbunden sind. Das aus den Lichtleiter 5 austretende Licht fallt auf ein Licht reflektierendes Bauteil 12. Es wird von dort reflektiert und in ein als Hchlzylinder ausgeführtes Prisma 13 geführt. Das im Prisma 13 reflektierte Licht gelangt über den äußeren Lichtleiter 6 zum Lichtempfänger

Diese Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß sie leicht auf ihrer ganzen Länge mit rundem Querschnitt ausgeführt werden kann. Der innere Lichtleiter 5 wird dabei durch das Prisma 13 bis etwa zu dessen gegenüberliegender Stirnseite geführt. Der äußere Lichtleiter 6 kann mit der oberen Stirnseite des Prismas 13 feuchtigkeitsdicht verklebt sein.

Das Bauteil 12 kann als Spiegel oder auch als Prisma ausgeführt sein. Es wird zu seinem Schutz vorzugsweise in ein mechanisch . festes Rohr 14 eingebettet:, das über dera gesamten Ende der Sonde 1 angeordnet sein kann. Das Rohr 14 weist im Bereich des Prismas 13 mindestens eine sich in Umfangarichtung erstreckende Öffnung auf. Es ist an seinem Ende mit einer Platte verschlossen. Der untere Bereich der Sonde nach Fig. 4 unterhalb der Öffnung 15 muß außerdem feuchtigkeitsdicht abgeschlossen sein. Hierzu kann beispielsweise eine zwischen Prisma 13 und Rohr 14 angeordnete Gummihülse verwendet werden.

5 Entsprechend Fig. 5 kann für den Fühler 8 auch ein optisches Prisma 16 verwendet werden, das Licht durch Totalreflexion um ISO reflektiert, wenn es von Luft umgeben ist. Das Licht wird wieder von der Lichtquelle 3 über den Lichtleiter 5 zum Prisma 16 geführt. Das reflektierte Licht gelangt über den Lichtleiter zurück zum Licntempfanger 4. Die sonstige Wirkungsweise des Prismas 16 ist die gleiche wie die des Prismas 9. Das Prisma 16 hat ::wei Grenzflächen 17 und 13, so daß die Schwächung bzw. Verstärkung der Intensität des Lichts doppelt eingeht. Beim Einsatz .eirvis Prismas J 6 entsprechend Fig. 5 ergibt sich der weitere

^5 Vorteil, daß dasselbe unmittelbar am Ende der Sonde i ange-

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bracht werden kann. Zum Schutz kann auch hier das Ende der Sonde in ein mechanisch festes Rohr 19 eingebettet sein, das unten eine öffnung 20 hat. Die Lichtleiter 5 und 6 können mit dem Prisma 16 feuchtigkeitsdicht verklebt sein, so daß an dieser Stelle keine v/eiteren Maßnahmen zur Abdichtung zu treffen sind.

Die Rohre 14 und 19 bestehen vorzugsweise aus Metall. Es ist jedoch auch möglich, einen mechanisch festen und ölbeständigen Kunststoff für die.se Rohre zu verwenden.

Die Lichtleiter 5 und 6 sind der Einfachheit halber als Einzelgebilde erläutert worden. Zweckmäßigerweise besteht jeder Lichtleiter 5 und 6 aus einem Bündel von Licht leitenden Fasern mit relativ kleinen Abmessungen, die zu einer Einheit zusammengefaßt sind.

Das Bauteil 13 wurde in der vorangehenden Beschreibung als "Prisma" bezeichnet. Im strengen Sinne handelt es sich bei einem solchen Bauteil wegen seiner geometrischen Gestaltung nicht um ein optisches Prisma. Dieser kurze Ausdruck wurde der Einfachheit halber gewählt, da die Wirkung des Bauteils 13 die gleiche ist, wie die eines optischen Prismas.

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Claims

kabel- metal electro Gesellschaft mit beschränkter Haftung 83-42/S 29. Juli 1983 Patentan sprüche

1. Vorrichtung zur Überwachung eines Flüssigkeitsspiegels in ^" einem begrenzten Raum, bestehend aus einer stabförmigen,

in dem Raum anzuordnenden Sonde, dadurch gekennzeichnet, - daß die Sonde (1) eine Lichtquelle (3) und einen mit einem Signalgeber (7) verbindbaren Lichtempfänger (4) aufweist, an die jeweils mindestens ein Lichtleiter (5,6) angeschlossen ist und

- daß zwischen den freien Enden der beiden Lichtleiter (5,6) ein optischer Fühler "(8) angeordnet ist, der das von der Lichtquelle (3) über den einen Lichtleiter (5) einfallende Licht durch Reflexion in den anderen Lichtleiter (6) und damit zum Lichtempfänger (4) leitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (S) ein aus Glas, vorzugsweise aus Quarzglas, bestehendes Prisma (13,16) ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (8) ein aus Glas, vorzugsweise aus Quarzglas, bestehender unbeschichteter Lichtwellenleiter (10) ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge— kennzeichnet,

- daß die beiden Lichtleiter (5,6) konzentrisch zueinander angeordnet sind,

- daß der Fühler (8) als Prisma (13) in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist, an dessen einer Stirnfläche der äußere Lichtleiter (6) endet,

- daß der innere Lichtleiter (5^ durch das Prisma (13) bis zu dessen anderer Stirnfläche hindurchgeführt ist und

- daß auf dieser Seite des Prismas (13) ein das Licht des an die Lichtquelle (3) angeschlossenen inneren Lichtleiters (5) in Richtung des Prismas (13) reflektierendes optisches Bauteil (12) angebracht ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Bauteil (12) ein Prisma ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch qekennzeichnet, daß das optische Bauteil (12) ein Spiegel ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lichtleiter (5,6) in gleicher Höhe Enden, und daß als Fühler (8) ein Lichtstrahlen um 180° total reflektierendes Prisma (16) verwendet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der beiden Lichtleiter (5,6) mit dem Prisma (13, 16) temperaturfest verklebt sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das den Fühler (8) aufweisende Ende dor Sonde (1) in ein mechanisch festes Rohr (14,19) eingebettet ist, das im Bereich des Fühlers (8) mindestens eine Öffnung (15,20) aurweist.

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10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge-. kennzeichnet, daß das Rohr (14,19) aus Metall besteht.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter (5,6) aus einem Bündel von Licht leitenden Fasern bestehen.