DE3616395A1 - Kapazitive fuellstandsmessvorrichtung - Google Patents

Description

Beschreibung Kaρazitive Füllstandsmeßvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine kapazitive Füllstandsmeßvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Π ^ Zur Messung des Füllstands bei einem Tank,, beispielsweise eines Flugzeugs dienen kapazitive Füllstandsmeßvorrichtungen, die aus einer äußeren rohrförmigen Elektrode und einer inneren koaxialen Elektrode bestehen. Diese Füllstandsmeßvorrichtung taucht vertikal in das Innere des Tanks ein, wobei sich der Raum zwischen den Elektroden auf eine Höhe mit Flüssigkeit füllt, die der Füllstandshöhe des Tanks entspricht. Ändert sich die FüLlstands· höhe im Tank, dann führt dies zu einer entsprechenden Veränderung der Höhe der Flüssigkeit zwischen den beiden Elektroden, wodurch sich eine entsprechende Veränderung der Kapazität zwischen den beiden Elektroden ergibt. Durch Messen dieser Kapazität wird die Füllstandshöhe bestimmt.

In zahlreichen Anwendungsfällen weist der Tank, in welchem die Füllstandsmeßvorrichtung angeordnet ist über seine Höhe nicht die gleiche Querschnittsfläche auf, so daß eine VoI umenve ränderung der Flüssigkeit nicht zu einer entsprechenden Veränderung der Eintauchtiefe der Füllstandsmeßvorrichtung führt. Dies bedeutet, daß die kapazitive Veränderung, die mittels der Füllstandsmeßvorrichtung erfaßt wird, nicht linear verläuft zur Volumenveränderung. Um diese Nichtlinearität zu kompensieren, ist es bekannt, die kapazitive Füllstandsmeßvorrichtung so auszubilden, daß Veränderungen der Kapazität proportional sind mit

Veränderungen des FlüssigkeitsvoLumens im Tank, üblicherweise wird dies dadurch bewirkt, daß in Längsrichtung die innere Elektrode unterschiedliche Durchmesser aufweist. Auf diese Weise ist der Spalt zwischen der inneren und äußeren Elektrode unterschiedlich und die jeweilige Spaltbreite somit dem jeweiligen Querschnitt des Tanks angepasst. Unterschiedliche Volumenveränderungen in unterschiedlichen Höhen des Tanks führen somit zu entsprechenden linearen Kapazitatsveränderungen.

Der Aufbau der inneren Elektrode kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden. Es ist bekannt, die innere Elektrode aus einer Stange durch Bearbeiten dieser Stange auf das gewünschte Profil herzustellen. Dieses Herstellverfahren ist jedoch teuer und führt zu einer schweren Elektrode, deren Befestigung bei Vibrationen und Stoßen starken Beanspruchungen unterworfen ist. Es ist weiterhin bekannt, eine dünne Elektrode herzustellen, in dem auf einen Kern der gewünschten Form eine Metallschicht auf elektrischem Wege abgelagert wird, worauf dann der Kern aufgelöst oder geschmolzen wird, so daß lediglich die äußere Metallhülle übrig bleibt. Der E lektroniedersch lag des Metalls bedingt jedoch relativ teuere Fertigungsanlagen. Dieses Verfahren ist auch nur geeignet für die Herstellung einer relativ geringen Anzahl von Füllstandsmeßvorrichtungen. Dieses Herstellverfahren ist teuer, da für jede innere Elektrode ein Kern benötigt wird. Es ist weiterhin bekannt, die Elektrode aus einzelnen Rohrstücken unterschiedlichen Durchmessers zu fertigen, die über Kupplungsstücke und Nieten miteinander verbunden werden. Diese Elektrode weist jedoch den Nachteil auf, daß es schwierig ist, zwischen den einzelnen Rohrabschnitten einen guten elektrischen Kontakt zu erhalten. Unterschiedliche Übergangswiderstände treten insbesondere dann auf, wenn

die Elektrode korrodiert. Vibrationen und andere Kräfte bewirken eine hohe Beanspruchung an den Verbindungsstellen,, wobei die Gefahr besteht, daß die einzelnen Rohrabschnitte sich voneinander lösen. Die Nieten sowie die Bohrungen durch die Nieten führen zudem im Bereich der Verbindungsstellen zu einer elektrischen Ungleichförmigkeit, wodurch die Messung im Bereich dieser Verbindungsstellen verfälscht wird.

Es besteht die Aufgabe, die kapazitive Füllstandsmeßvorrichtung so auszubilden, daß sie kostengünstig herstellbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel, das eine FüILstandsmeßvorrichtung für ein Flugzeug betrifft, wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Elektrode und

Fig. Z einen Schnitt durch die Elektrode im Bereich einer Verbindungsstelle.

Die Fü.IIstandsmeßvorrichtung 1 nach Fig. 1 dient zur Messung der Höhe des Kraftstoffs in einem Kraftstofftank 2, in welchem die Vorrichtung vertikal angeordnet ist. Die Vorrichtung weist eine äußere rohrförmige Elektrode 10 aus Aluminium auf, die an ihren beiden Enden offen ist, so daß sie sich über das untere Ende 11 mit Kraftstoff auf eine Höhe füllt, die der Füllstandshöhe im

Tank 2 entspricht. Koaxial zur äußeren rohrförmigen Elektrode 10 ist eine innere Elektrode 20 angeordnet, wobei die beiden Elektroden durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind, so daß in Abhängigkeit der Füllstandshöhe sich die Kapazität zwischen den beiden Elektroden verändert. Die Füllstandshöhe wird in üblicherweise erfasst durch Messen der zwischen den beiden Elektroden 10 und 20 bestehenden Kapazität.

Der Kraftstofftank 2 weist ein unregelmäßiges Profil auf, so daß eine Veränderung der Füllstandshöhe bei unterschiedlichen Höhen unterschiedlichen Volumän-. derungen entspricht. Um dies zu kompensieren, weist die innere Elektrode 20 über ihre Länge hinweg unterschiedliche Durchmesser auf, wodurch bewirkt wird, daß eine Volumänderungen bei irgendeiner Füllstandshöhe zu einer proportionalen Kapazitätsänderung zwischen den Elektroden führt. Auf diese Weise wird die Kapazitätsänderung der Füllstandsmeßvorrichtung 1 direkt proportional der Volumänderung=

Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die innere Elektrode 20 fünf Bereiche 21 bis 25 auf, die zueinander unterschiedliche Durchmesser haben, wobei diese Durchmesser unterschiedlichen Horizontalquerschnitten des Tanks bei unterschiedlichen Höhen entsprechen. Die Elektrode 20 besteht aus drei einzelnen rohrförmigen Abschnitten 31 bis 33, die an ihren Stoßstellen durch Kupplungsstücke 34 und 35 miteinander verbunden sind. Jeder Abschnitt besteht aus Aluminium mit einem geringen Kupferanteil und weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die oberen beiden Abschnitte 31 und 32 weisen zwei Bereiche unterschiedlichen Durchmessers auf, welche einstückig zueinander sind. Die Bereiche 21 bzw. 24 geringeren Durchmessers

werden hergestellt durch eine Durchmesserverminderung des Rohrstücks größeren Durchmessers. Dies erfolgt durch Ziehen bzw. Strecken. Beim Ziehen bzw. Strecken entsteht bei jedem Abschnitt zwischen den Bereichen unterschiedlichen Durchmessers ein kurzer kegeI stumpfförmiger Bereich 36 bzw.. 37.

Der untere Abschnitt 33 weist über seine gesamte Länge hinweg einen konstanten Durchmesser auf. Das Kupplungsstück 34 wird nachfolgend anhand der Fig. 2 im einzelnen beschrieben. Dieses Kupplungsstück 34 ist einstückig ausgebildet und wird aus /Aluminium hergestellt. Das Kupplungsstück 34 ist zylindrisch und rohrförmig und weist eine Längsbohrung 40 auf. Die einander gegenüberliegenden Enden 41 und 42 sind in das untere Ende des oberen Abschnitts 31 und das obere Ende des Zwischenabschnitts 32 eingesteckt. Es handelt sich hierbei jeweils um einen Preßsitz. Im Bereich der Mitte des Kupplungsstücks 34 sind zwei ringförmige Schultern 43 und 44 vorgesehen, deren Radialabmessungen jeweils der Dicke der Abschnitte 31 und 32 entspricht. Gegen jede ringförmige Schulter 43 und 44 stößt das Ende des entsprechenden Abschnitts 31 bzw. 32 an, wodurch die Einstecktiefe des Kupplungsstücks in den jeweiligen rohrförmigen Abschnitt begrenzt wird. Die jeweilige Einstecktiefe L1 und L2 mit der die gegenüberliegenden Enden des Kupplungsteils 34 in die rohrförmigen Abschnitte 31 und 32 eingesteckt sind, beträgt mindestens das zweifache des jeweiligen Durchmessers D1 und D2 der rohrförmigen Abschnitte.

Zwischen den Schultern 43 und 44 und den anstoßenden Enden der rohrförmigen Abschnitte sind ringförmige Elektronenstrahls chwei ßste I len 45 und 46 vorgesehen.

Die Verbindung zwischen dem Kupp Lungsstück 34 und den rohrförmigen Abschnitten 31 und 32 wird zusätzLich bewirkt durch einen KLebstoff 59. Zu diesem Zweck ist im Bereich der einander gegenüber Liegenden Enden des Kupp Lungsstücks jeweiLs eine fLache ringförmige Ausnehmung 47 und 48 vorgesehen, die jeweiLs von einem der rohrförmigen Abschnitte 31 und 32 übergriffen wird. Die Tiefe dieser Ausnehmungen Liegt etwa zwischen 0,05mm und 0,08mm. Diese beiden Ausnehmungen 47 und 48 werden mit dem KLebstoff 59 gefüLLt, wodurch eine zusätzLiche Verbindung zwischen dem Kupp Lungsstück und den rohrförmigen Abschnitten entsteht.

Das andere Kupp Lungsstück 35 ist entsprechend wie das KuppLungsstück 34 aufgebaut, jedoch sind die Abmessungen unterschi ed Li ch.

Die HersteLLung und der Zusammenbau der inneren ELektrode 20 ist reLativ einfach und kostengünstig. ALs erstes werden zwei Rohrstücke ausgewähLt, deren Durchmesser den Durchmessern der Bereiche 22 und 23 größeren Durchmessers entspricht. Ein Ende jedes Rohrstücks wird sodann auf einen Durchmesser gezogen, der den Bereichen 21 und 24 geringeren Durchmessers entspricht. Jedes Rohrstück wird anschLießend an seinen beiden Enden auf die erforderLiche Länge jedes Bereichs abgeschnitten und die SchnittsteLLen gesäubert. Der untere rohrförmige Abschnitt 33 wird direkt von einem Rohr abgeschnitten. Die KuppLungsstücke 34 und 35 werden gereinigt und sodann mit Preßsitz in die entsprechenden rohrförmigen Abschnitte 31, 32 und 33 eingesteckt. Bevorzugt werden die Enden jedes rohrförmigen Abschnitts 31 bis 33 aufgerieben, damit ein guter Preßsitz entsteht. Das Einpressen kann erLeichtert werden durch Verwendung eines MethyLaLkohoLs aLs

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Schmiermittel. Anschließend werden die Kupplungsstücke 34 und 35 mit den rohrförmigen Abschnitten 31 und 32 durch einen orbitalen Elektronenstrahl miteinander verschweißt, wodurch die Schweißstellen 45 und 46 entstehen. Nach dieser Verschweißung wird der Klebstoff zwischen den Kupplungsstücken und den rohrförmigen Abschnitten eingeführt. Zu diesem Zweck ist im Bereich jeder Ausnehmung 47 und 48 des Kupplungstücks beim da rübergreifenden Abschnitt eine kleine Bohrung 47 bzw. 48 vorgesehen, über diese Bohrung wird der Niedrigviskosek lebstoff 59 eingeführt, bei dem es sich bevorzugt um einen Cyranoaerylatkleber handelt. Infolge KapiIlarwirkung lauft dieser Kleber um die Ausnehmungen 47 und 48 herum und füllt diese aus. Dieser Klebstoff 59 wird bevorzugt nach dem Schweißen eingefüllt, da sonst die Gefahr besteht, daß er verdampft bzw. zum Teil aus der jeweiligen Ausnehmung gedrückt wird, wenn sich die Teile infolge der Schweißhitze ausdehnen.

Da jeder Abschnitt 31 bzw. 32 aus zwei Bereichen 21, 22 bzw. 23, 24 unterschiedlichen Durchmessers besteht, ist die Anzahl der erforderlichen Verbindungen wesentlich vermindert. Bevorzugt weist jeder Abschnitt 31 bzs. 32 nur zwei Bereiche unterschiedlichen Durchmessers auf, da sich gezeigt hat, daß wenn ein Bereich mit einem dritten Durchmesser vorgesehen ist, die Gefahr besteht, daß Deformationen und Fluchtungenäuigkeiten auftreten.

Durch die vorgesehenen Verschweißungen wird erreicht, daß zwischen benachbarten Abschnitten ein guter elektrischer Kontakt besteht, der durch. Korrosion nicht beeinflußt wird. Die mechanischen Eigenschaften der Verbindungen werden verbessert durch die erwähnten Preßsitze, durch die Länge, mit der die Kupplungsteil in die rohrförmigen

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Abschnitte eingesteckt sind und durch die Klebeverbindung. Hierdurch wird sichergestellt, daß mechanische Deformationen der inneren Elektrode nicht direkt auf die Schweißstelle wirken, was von besonderer Bedeutung ist, da das geschweißte Metall geringere Festigkeitseigenschaften aufweist als die rohrförmigen Abschnitte.

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Claims (11)

Ansprüche

1. Kapazitive FüLLstandsmeßvorrichtung mit einer äußeren und einer inneren Elektrode, wobei die innere Elektrode in Längsrichtung unterschiedlichen Durchmesser aufweist und aus einzelnen Abschnitten besteht, die über Kupplungsstücke miteinander verbunden sind, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß mindestens ein Abschnitt (31, 32) zwei Bereiche (21, 22; 23,

24) unterschiedlichen Durchmessers aufweist, die zueinander einstückig sind und hierbei der Bereich (21, 24) geringeren Durchmessers durch mechanisches Verformen eines Teilstücks des Bereichs (22, 23) größeren Durchmessers gebildet wird.

2. Kapazitive Füllstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß der Bereich (21, 24) geringeren Durchmessers durch Tiefziehen des rohrförmigen Abschnitts (31, 32) aus dem Bereich (22, 23) größeren Durchmessers gebildet wird.

3. Kapazitive Füllstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzei chnet, daß ein rohrförmiger Abschnitt (33) über seine Länge hinweg konstanten Durchmesser aufweist.

4. Kapazitive Füllstandsmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzei ch~ net, daß zwei benachbarte Abschnitte (31, 32,

33) durch ein im wesentlichen zylindrisches aus Metall bestehendes Kupplungsstück (34) miteinander verbunden sind, dessen eines Ende (41) in einen rohrförmigen Abschnitt (31) und dessen anderes Ende (42) in den anderen rohrförmigen Abschnitt (32) eingesteckt ist

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und welches zwischen den Enden (41, 42) Schultern (43, 44) aufweist, gegen die jeweils ein roh rförmiger Abschnitt anstößt und wobei an der Stoßstelle jeweils eine Schweißverbindung (45, 46) vorgesehen ist.

5. Kapazitive Füllstandsmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g ek e η η ζ e i c hn e t , daß das Kupplungsstück (34) im Bereich seiner Enden (41, 42) Ausnehmungen (47, 48) aufweist, die jeweils von einem rohrförmigen Abschnitt (31, 32) übergriffen werden und in welchen ein Klebstoff (59) angeordnet ist.

6. Kapazitive Füllstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daßdie Schweißverbindungen (45, 46) zwischen den Schultern (43, 44) und dem jeweiligen rohrförmigen Abschnitt (31, 32) durch Elektronenstrahlschweißen hergestellt sind.

7. Kapazitive Füllstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Ausnehmungen (47, 48) ringförmig ausgebildet sind.

8. Kapazitive Füllstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet,, daß jeder rohrförmige Abschnitt (31, 32) im Bereich der Ausnehmung (47, 48) eine Bohrung (57, 58) aufweist, welche in Verbindung steht mit der Ausnehmung (47, 48).

9. Kapazitive Füllstandsmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 5, 7 und 8, dadurch g e k e η η zei chnet, daß der Klebstoff (59) eine niedrige

Viskosität aufweist und bevorzugt ein CyranoacryLatk Leber i st.

10. Kapazitive FüLLstandsmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzei chn e t , daß die Einstecktiefe jedes Endes (41, 42) des KuppLungsstücks (34) mindestens das zweifache
des Durchmessers des jeweiLigen Endes (41, 42) ist.

11. Kapazitive FüLLstandsmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (41, 42) des KuppLungsstücks (34) mit Preßsitz in den jeweiLigen rohrförmigen
Abschnitt (31, 32) eingesetzt sind.