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Meßeinriditung,insbesondere zur Anzeige des Tankinhalts bei Kraft-
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fahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung, insbesondere
zur Anzeige des Tankinhalts bei Kraftfahrzeugen, gemäß dem Merkmal des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
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Zur Anzeige des Tankinhalts in Kraftfahrzeugen verwendet man üblicherweise
einen veränderbaren Widerstand als Meßwertgeber, der mit einem Anzeigegerät in Reihe
geschaltet ist, wobei der Anzeigewert von dem durch den Widerstand vorgegebenen
Meßstrom abhängt. Diese Reihenschaltung aus Anzeigegerät und Meßwertgeber wird im
Interesse einer geringen Stromaufnahme über den Zündschalter, also einen Betriebs
schalter ein- und ausgeschaltet. Als Anzeigegerät wird dabei ein träges Meßinstrument,
beispielsweise ein Bimetallinstrument bevorzugt, weil damit ohne zusätzlichen Aufwand
eine Dämpfung realisiert ist, so daß sich der Anzeigewert nicht ständig ändert,
wenn beispielsweise bei einer Beschleunigung des Kraftfahrzeuges der Meßwertgeber
verstellt wird. Nachteilig bei solchen Ausführungen mit einem trägen Anzeigegerät
ist jedoch, daß auch beim Einschalten des Betriebsschalters die Anzeige des Meßwertes
stark wird verzögert. Insbesondere wird als nachteilig empfunden, daß nach dem Auftanken
des Kraftfahrzeuges eine lange Zeitspanne von etwa einer Minute vergeht, bis das
Anzeigegerät den Maximalwert anzeigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung der
eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß aus dem Ruhezustand heraus der aktuelle
Meßwert schneller angezeigt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, daß man bei einem
trägen Anzeigegerät eine schnellere Anzeige des aktuellen Meßwertes erreicht, wenn
man dieses Anzeigegerät kurzzeitig mit einem erhöhten Betriebsstrom speist. Bei
einer einfachsten Ausführungsform der Erfindung könnte man die Zeitdauer, während
der dem Anzeigegerät ein erhöhter Betriebs strom zugeführt wird, in Abhängigkeit
von dem jeweils verwendeten Anzeigegerät fest vorgeben derart, daß rasch ein Mittelwert
oder etwa wenigstens der Wert angezeigt wird, der einer Reservemenge im Tankinhalt
entspricht. Eine solche Ausführung ist schaltungstechnisch sehr einfach realisierbar,
doch stört ein eventuelles Überschwingen des Anzeigewertes.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird daher die
Zeitdauer, in der dem Anzeigegerät ein erhöhter Betriebsstrom zugeführt wird, von
der Höhe eines zuvor ermittelten Meßstromes abhängig gemacht. Das Anzeigegerät wird
also so lange mit dem erhöhten Betriebsstrom gespeist, bis der Anzeigewert dem zuvor
ermittelten und gespeicherten Meßwert entspricht. Danach wird dem Anzeigegerät wieder
der Meßstrom zugeführt, so daß sich die Anzeige nicht mehr ändert.
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Bei einem exakten Abgleich zeigt also das Anzeigegerät rasch und ohne
Überschwingen den tatsächlichen Meßwert an.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Prinzipschaltbildes näher erläutert.
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Ein Anzeigegerät 10 ist in Reihe mit einem Meßwertgeber 11 und einem
Betriebsschalter 12 in bekannter Weise an eine Spannungsquelle 13 anschließbar.
Bei dem Anzeigegerät 10 handelt es sich beispielsweise um ein Bimetall- oder Hitzdrahtinstrument,
bei dem die den Meßwert angebende Stellung des Zeigers von der Höhe eines Meßstromes
abhängt. Der Meßwertgeber 11 hat einen veränderbaren Widerstand, der diesen Meßstrom
beeinflußt. Dieser Meßwertgeber 11 kann in bekannter Weise zurAnzeige des Tankinhalts
ausgenutzt werden, wobei
bei vollem Tank nur ein Widerstand von
etwa 50 Ohm, bei leerem Tank aber ein Widerstand von etwa 300 Ohm wirksam ist.
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Bei vollem Tank schlägt folglich der Zeiger weiter aus als bei leerem
Tank. Das Anzeigegerät hat eine verhältnismäßig große thermische Zeitkonstante,
so daß der Vollausschlag in der Praxis erst etwa nach einer Minute erreicht wird.
Mit der vorliegenden Erfindung soll der Anzeigevorgang beschleunigt werden. Wesentliches
Element der vorliegenden Erfindung ist ein Schaltelement 20 in Form eines Transistors,
dessen Kollektor-Emitter-Strecke dem Meßwertgeber 11 parallel geschaltet ist. Dieses
Schaltelement 20 wird nach dem Einschalten des Betriebsschalters 12 kurzzeitig durchgesteuert,
so daß das Anzeigegerät 10 praktisch direkt an die Spannungsquelle 13 angeschlossen
ist. Dadurch fließt ein gegenüber dem Meßstrom stark erhöhter Betriebs strom, so
daß ein rascher Ausschlag des Zeigers dieses Anzeigegerätes 10 erfolgt. Damit nun
kein Überschwingen des Meßwertes auftritt, wird dieses Schaltelement 20 nach einer
bestimmten Zeitdauer wieder gesperrt. Danach arbeitet die Meßeinrichtung wieder
in bekannter Weise. Die übrigen in der Zeichnung dargestellten Bausteine dienen
zur Steuerung dieses Schaltelementes 20.
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Über einen Widerstand 30 und eine Ze nerdiode 31 wird eine stabilisierte
Versorgungsspannung bereitgestellt. Der Kondensator 32 bildet zusammen mit den Widerständen
33,34 und 35 sowie dem Transistor 36 gewissermaßen eine monostabile Kippstufe, die
mit dem Einschalten des Betriebsschalters 12 getriggert wird. Der Transistor 36
wird mit dem Einschalten des Betriebsschalters 12 also schlagartig leitend. Das
Ausgangssignal dieser insgesamt mit 37 bezeichneten monostabilen Kippstufe steuert
über eine Entkopplungsdiode 38 und einen Strombegrenzungswiderstand 39 ein steuerbares
Schaltglied 40 in Form eines Transistors. Über dieses Schaltglied 40 kann dem Meßwertgeber
11 ein als Speicher dienender Kondensator 41 parallel geschaltet werden. Ist dieser
Transistor leitend, wird folglich die an dem gemeinsamen Verbindungspunkt 42 zwischen
Anzeigegerät 10 und Meßwertgeber 11 anstehende Spannung in den Kondensator 41 übernommen.
Diese
Spannung ist abhängig von der Stellung des Meßwertgebers und
damit auch von dem von diesem Meßwertgeber vorgegebenen Meßstrom. Bei vollem Tank
kann diese Spannung am Verbindungspunkt 42 beispielsweise vier Volt, bei leerem
Tank acht Volt betragen.
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Die an dem Kondensator 32 der monostabilen Kippstufe 37 abfallende
Spannung beeinflußt über einen Widerstand 43 auch das Schaltverhalten eines Komparators
44, dessen Schaltschwelle über die Widerstände 45 und 46 auf 0,5 Volt festgelegt
sein möge. Mit dem Einschalten des Betriebsschalters 12 wird dem nicht invertierenden
Eingang des Komparators also eine hohe Spannung zugeführt, so daß auch am Ausgang
ein hohes Potential meßbar ist. Folglich wird über den Widerstand 45 ein Transistor
46 eines insgesamt mit 47 bezeichneten Zeitkreises gesperrt. Zu diesem Zeitkreis
47 gehört ein Kondensator 48 und ein Entladewiderstand 49. Die Basis des Transistors
46 liegt über den Widerstand 50 auf positivem Potential.
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Das für die Erfindung wesentliche Schaltelement 20 wird über einen
Differenzverstärker 51 über den Spannungsteiler aus den Widerständen 52,53 und 54
gesteuert. Außerdem hängt der Schaltzustand dieses Schaltelementes 20 noch vom Schaltzustand
des Transistors 36 der monostabilen Kippstufe 37 ab, denn deren Ausgang ist über
eine Entkopplungsdiode 55 mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Widerstände
52 und 53 verbunden. Dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 51 wird
die Ladespannung des Kondensators 41 über einen Vorwiderstand 56 zugeführt. Der
Verstärkungsfaktor dieses Differenzverstärkers 51 wird durch den Rückkopplungswiderstand
57 bestimmt. Am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 51 liegt über
einen Vorwiderstand 58 eine Vergleichs spannung an, die bei gesperrtem Transistor
46 durch das Verhältnis der beiden Widerstände 59 und 60 bestimmt ist. Ist der Transistor
46 aber leitend, wird das Potential am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers
51 von der Ladespannung
des Kondensators 48 bestimmt.
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Im folgenden wird nun die Funktion dieser erfindungsgemäßen Schaltanordnung
zur Steuerung des Schaltelementes 20 näher erläutert: Mit dem Einschalten des Betriebsschalters
12 wird zunächst schlagartig der Transistor 36 leitend und am Ausgang des Komparators
44 ist hohes Potential meßbar. Damit ist der Transistor 46 gesperrt. Über die Diode
55 und den leitenden Transistor 36 wird außerdem sichergestellt, daß das Schaltelement
20 gesperrt ist. Folglich fließt ein Meßstrom durch das Anzeigegerät 10 und den
Meßwertgeber 11 und es wird im folgenden angenommen, daß der Tank halb voll und
etwa damit am Verbindungspunkt 42 eine Spannung vonvsechs Volt meßbar ist. Der leitende
Transistors 36 steuert das Schaltglied 40 durch, so daß die Spannung am Verbindungspunkt
42 auch am Speicherkondensator 41 ansteht. Dieser Kondensator 41 wird daher auf
eine Spannung aufgeladen, die vom Meßstrom bzw. der Stellung des Meßwertgebers 11
abhängt. Die dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 51 zugeführte
Vergleichs spannung ist duch die Widerstände 59 und 60 auf vier Volt festgelegt.
Durch die dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 51 zugeführte Ladespannung
des Kondensators 41 erscheint folglich am Ausgang des Differenzverstärkers 51 ein
den Transistor 20 zusätzlich sperrendes Signal.
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Der Kondensator 32 der monostabilen Kippstufe 37 lädt sich über den
Widerstand 34 auf. Damit fällt das Potential an der Basis des Transistors 36, so
daß Transistor am Ende der instabilen Phase der monostabilen Kippstufe gesperrt
wird.
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Damit wird auch das Schaltglied 40 gesperrt,und der Kondensator 41
ist vom Verbindungspunkt 42 abgetrennt. Mit dem Einschalten des Betriebsschalters
12 wird also ein monostabiles Zeitglied getriggert, das während seiner instabilen
Phase über die Diode 55 das Schaltelement 20 sperrt und über ein steuerbares Schaltglied
40 einen Speicher,
nämlich den Kondensator 41 an den Meßwertgeber
anschließt.
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Der Kondensator 32 lädt sich weiter auf, bis schließlich am nicht
invertierenden Eingang des Komparators 44 eine Spannung anliegt, die kleiner ist
als die durch die Widerstände 45 und 46 gegebene Vergleichs spannung. Damit ändert
sich das Potential am Ausgang dieses Komparators 44 und der Transistor 46 wird durchgesteuert.
Da der Kondensator 48 vorher entladen war, springt das Potential an dem gemeinsamen
Verbindungspunkt der Widerstände 59 und 60 nahezu auf die durch die Zenerdiode 31
vorgegebene Betriebsspannung, sobald der Transistor 46 leitend wird. Damit ändert
sich das Potential am Ausgang des Differenzverstärkers 51 und das Schaltelement
20 wird durchgesteuert. Nach Ablauf der instabilen Phase der monostabilen Kippstufe
37 wird also dieses Schaltelement durchgesteuert, so daß ein erhöhter Betriebsstrom
durch das Anzeigegerät fließt.
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Die Zeitdauer dieses erhöhten Betriebsstromes hängt von der Ladespannung
des Kondensators 41 ab. Bei leitendem Transistor 46 wird nämlich der Kondensator
48 aufgeladen, so daß die Spannung am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers
51 fällt und schließlich dem Wert der Ladespannung des Kondensators 41 entspricht.
Damit wird das Schaltelement 20 wieder gesperrt. Ist die Ladespannung des Kondensators
41 hoch, was bei leerem Tank der Fall ist, vergeht also nur eine kurze Zeitdauer,
bis sich das Potential am Ausgang des Differenzverstärkers 51 ändert und damit das
Schaltelement wieder gesperrt wird. Bei leerem Tank fließt also der erhöhte Betriebsstrom
nur kurzzeitig. Bei vollem Tank liegt am Verbindungspunkt 42 nur eine Spannung,
die geringfügig größer sein kann als vier Volt. Dann ist die Ladezeit des Kondensators
48 wesentlich geringer und entsprechend lange ist auch die Zeitdauer, während der
dem Anzeigegerät ein hoher Betriebs strom zugeführt wird. Folglich wird der Zeiger
dieses Anzeigegerätes 10 rasch in die Nähe seines Maximalausschlages verstellt.
Die Zeitdauer des erhöhten
Betriebs stromes hängt also auch von
dem Zeitkreis 47 ab und man muß durch geeignete Dimensionierung der Bauelemente
dafür sorgen, daß die Zeitkonstante dieses Zeitkreises etwa der thermischen Zeitkonstante
des Anzeigegerätes 10 entspricht. Auf diese Weise kann man sicherstellen, daß durch
das durchgesteuerte Schaltelement 20 der Zeiger des Anzeigegerätes den aktuellen
Meßwert gerade dann wiedergibt, wenn das Schaltelement 20 wieder gesperrt wird.
Danach fließt wieder der Meßstrom, ohne daß sich die Zeigerstellung ändert.
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Bei einer praktischen Ausführung wird man dabei die Verhältnisse so
bestimmen, daß selbst bei ungünstigsten Toleranzen ein Überschwingen des Meßwertes
vermieden wird.
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Bei eingeschaltetem Betriebsschalter 12 bleiben die Transistoren 36
und 40 gesperrt, der Transistor 46 bleibt leitend.
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Auch der Differenzverstärker 51 darf sein Potential am Ausgang nicht
ändern, denn das Schaltelement 20 muß gesperrt bleiben. Dies wird mit Sicherheit
dann gewährleistet, wenn der Kondensator 41 über einen hochohmigen Widerstand 70
langsam auf volle Betriebsspannung aufgeladen wird. Natürlich muß der Kondensator
41 vor dem Einschalten des Betriebsschalters grundsätzlich entladen sein. Außerdem
muß die richtige Schaltreihenfolge der Transistoren 20, 40 und 46 sichergestellt
sein. Beispielsweise darf das Schaltelement 20 erst durchgesteuert werden, wenn
zuvor das Schaltglied 40 gesperrt ist, damit sich die Spannung des Kondensators
41 nicht über die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Schaltelementes 20 entladen kann.
Außerdem muß natürlich sichergestellt sein, daß das Schaltglied 40 nur dann durchgesteuert
wird, wenn das Schaltelement 20 gesperrt ist, weil sonst der Kondensator 41 nicht
auf eine vom Meßstrom abhängige Spannung aufgeladen würde. Damit diese richtige
Schaltreihenfolge auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen eingehalten wird, wird
der Transistor 46 mit einer gewissen Verzögerungszeit nach dem Sperren des Schaltgliedes
40 durchgesteuert. Außerdem wird durch die Diode 55 sichergestellt, daß bei leitendem
Transistor 36 und damit durchgesteuertem
Schaltglied 40 das Schaltelement
20 unabhängig vom Ausgangssignal des Differenzverstärkers 51 gesperrt ist. In der
instabilen Phase der monostabilen Kippstufe 37 ist also dieses Schaltelement 20
sicher gesperrt. Die Zeitdauer, in der dieses Schaltelement 20 durchgesteuert wird,
wird dagegen über den Differenzverstärker 51 und damit in Abhängigkeit von der Ladespannung
des Kondensators 41 gesteuert. Die Entkopplungsdiode 38 sorgt dafür, daß bei einem
positiven Signal am Ausgang des Differenzverstärkers 51 das Schaltglied 40 nicht
erneut durchgesteuert wird.
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Insgesamt ist also festzuhalten, daß nach dem Einschalten des Betriebsschalters
12 kurzzeitig das Schaltelement 20 durchgesteuert wird und damit dem Anzeigegerät
eine gegenüber dem Meßstrom erhöhter Betriebsstrom zugeführt wird. Dabei ist die
Zeitdauer diesen erhöhten Betriebs stromes von der Höhe des zuvor ermittelten Meßstromes,dem
die Ladespannung am Kondensator 41 entspricht, abhängig.
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Die Zeichnung zeigt natürlich nur ein. Ausführungsbeispiel der Grundgedanken
der vorliegenden Erfindung. Anstelle der Transiandere storen könnte man auchf Halbleiter
oder Relais für das Schaltelement 20 und das Schaltglied 40 verwenden. Bei einer
anderen Ausführungsform könnte man die Zeitdauer, in der das Schaltelement 20 durchgesteuert
ist, auch abhängig machen, von der Entladung des Kondensators 41 und damit auf einen
zusätzlichen Zeitkreis verzichten, wenn man dafür sorgt, daß bei kleiner Kondensatorladespannung
die Zeitdauer des erhöhten Betriebsstromes groß ist und umgekehrt. Schließlich wären
auch Alternativen denkbar, bei denen nicht die Zeitdauer des erhöhten Betriebsstromes
in Abhängigkeit vom Meßwert gesteuert wird, sondern bei denen diese Zeitdauer konstant
ist, aber die Höhe dieses erhöhten Betriebsstromes verändert wird.
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Außerdem wird man zusätzliche Maßnahmen zur Spannungskompensation
vorsehen, d.h. die Zeitdauer des erhöhten Betriebsstromes kann zusätzlich abhängig
sein von der jeweiligen Bordnetzspannung. Außerdem könnte der Temperaturgang des
Anzeigegerätes berücksichtigt werden.
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- L e e r s e i t e -