DE3630396A1 - Anordnung zur fuellstandsmessung und -ueberwachung einer fluessigkeit in einem behaelter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Füll­ standsmessung und -überwachung einer Flüssigkeit in ei­ nem Behälter und liegt auf dem Gebiet der Sensor- und Regelungstechnik.

Zur Messung des Flüssigkeitspegels in Behältern werden noch oft die bekannten elektromechanischen Vorrichtun­ gen, wie Hebelgeber oder Schwimmerschalter eingesetzt. Diese Anordnungen, die über den geostatischen Druck auf einen Geber einwirken, werden über Widerstandsschleif­ ringe auf Auswerteschaltungen oder Zeigerinstrumente geführt. Andere bekannte Vorrichtungen, beispielsweise zur Motorölkontrolle oder Benzinstandkontrolle bei Kfz- Motoren bestehen aus einem Kondensator, der auf einer flexiblen Folie angebracht ist und aufgrund seines un­ terschiedlichen Dielektrikums als frequenzbestimmendes Glied auf einen Oszillator einwirkt.

Für die Kontrolle von Flüssigkeitsständen besonders bei Kühlwasser, Waschwasser, Bremsflüssigkeit, Kraftstoff, Motoröl von Kraftfahrzeugen werden auch oft Piezo-Reso­ natoren eingesetzt. Hierbei wird ein piezokeramischer Resonator von der zu messenden Flüssigkeit benetzt und wirkt dämpfend auf einen angeschalteten Schwingkreis ein. Zur Kontrolle bzw. Überwachung des Öls in der Öl­ wanne eines Motors ist weiterhin ein System bekannt, bei dem ein Geber sich am Ende des Ölpeilstabes befindet. Diesen modifizierten Stab verwendet man anstelle des normal vorhandenen Peilstabes. Der Geber besteht aus einem hochgenauen Meßwiderstand, durch den ein konstan­ ter Strom von festgelegter Dauer geschickt wird. Die Widerstandsänderung durch Erwärmung des in die Ölwanne eingetauchten Meßwiderstandes bei niedrigem Ölstand ist anders als bei hohem Ölstand. Eine Auswertung der Wider­ standsänderung erfolgt dann in einer elektronischen Schaltung.

Der Einsatz von Sensoren zur Füllstandskontrolle von Flüssigkeiten wird beschrieben in der Zeitschrift "MI- KROPERIPHERIK", März 1986, Blatt IX. Hier wird auch ge­ sagt, daß es zur Zeit noch keine günstige Alternative zum elektromechanischen Schwimmerschalter gibt.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine einfache An­ ordnung zur Messung, Überwachung und Regelung eines Flüssigkeitspegels zu finden, die gleichzeitig auch ihre Funktionsbereitschaft anzeigt.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patent­ anspruchs 1 erreicht. Ausgestaltungen sind aus den Un­ teransprüchen ersichtlich.

Durch das Ausfüllen einer Meßstrecke einmal mit Luft oder einmal mit der zu messenden Flüssigkeit ergibt sich ein deutlich auswertbares Signal. Durch rein optischen Vergleich der Stirnflächen der beiden Lichtleiter ist sehr leicht die Füllstandshöhe erkennbar. Dabei strahlt die eine Stirnfläche der Lichtleiter ständig, so daß eine einfache Kontrolle über die Bereitschaft der erfin­ dungsgemäßen Anordnung möglich ist. Strahlt die andere Stirnfläche der Lichtleiter ebenfalls, ist die Meßstrek­ ke von Luft umgeben und die Füllstandshöhe ist abgesun­ ken.

Bei zu niedrigem Füllstand kann in einfacher Art über eine Detektorschaltung ein Ventil angesteuert werden, so daß aus einem Vorratsbehälter Flüssigkeit nachlaufen kann. In vorteilhafter Weise sind zur Kontrolle des Flüssigkeitspegels im Behälter mehrere Meßstrecken in unterschiedlicher Höhe vorgesehen. Hierdurch läßt sich kontinuierlich ein Steigen oder Fallen des Flüssigkeits­ spiegels feststellen. Auf einfache Art läßt sich so eine Verbrauchsanzeige, beispielsweise von Benzin oder Öl in Kraftfahrzeugen herstellen.

Der Einsatz für die Ölkontrolle eines Kraftfahrzeuges bei nicht laufendem Motor ist besonders einfach, weil die dünnen Lichtleitfasern leicht in den Ölmeßstab in­ tegriert werden können und so auf schnelle Art vorhande­ ne Motoren mit der erfindungsgemäßen Anordnung nachrüst­ bar sind und der Fahrer vor jedem Start und nach jedem längeren Halten eine Kontrolle des Ölfüllstandes durch­ führen kann, ohne den Meßstab ziehen zu müssen.

Weitere Vorteile sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung sind anhand der drei Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt dabei eine Anordnung mit einer Nachfüllein­ richtung. Fig. 2 zeigt den vorteilhaften Einsatz mehre­ rer Meßstrecken zur Kontrolle einer Füllstandshöhe und Fig. 3 zeigt die praktische Ausgestaltung eines Ölmeß­ stabes in einem Kurbelgehäuse eines Pkw-Motors.

Nach Fig. 1 sind zwei Lichtleiter 1 und 2 durch eine Begrenzungswand 3 (beispielsweise Armaturenbrett eines Kraftfahrzeuges) derart nach außen geführt, daß eine Bedienungsperson auf die Stirnflächen 4 und 5 der Licht­ leiter 1 und 2 sehen kann. Zwischen die Lichtleiter 1 und 2 ist eine Lichtquelle 6, ein weiterer Lichtleiter 7, eine Meßstrecke 8 und ein weiterer Lichtleiter 12 mit einer Verzweigungsstelle 13 geschaltet. Wenn jetzt die Lichtquelle 6 leuchtet, wird nicht nur die Stirnfläche 4 durch den Lichtleiter 1, sondern auch die Stirnfläche 5 durch die Reihenschaltung Lichtleiter 7, Meßstrecke 8, Lichtleiter 12 und Lichtleiter 2 ausgeleuchtet.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel soll der Ölstand in einem Kraftfahrzeug-Motor überwacht werden. Natürlich lassen sich auch Flüssigkeitsstände anderer Medien über­ wachen. Ein nicht gezeigter Ölmeßstab wird in die Öff­ nung 9 eines Kurbelgehäuses 11 eingesteckt. Das Kurbel­ gehäuse 11 ist nach oben rohrartig zur Aufnahme des Öl­ meßstabes ausgeformt. Nach unten hin wird das Kurbelge­ häuse 11 von einer Ölwanne begrenzt.

In der rohrartigen Ausformung des Kurbelgehäuses 11 be­ findet sich die Meßstrecke 8. Hierzu ist die rohrartige Ausformung an zwei Seiten angebohrt, so daß die Licht­ leiter 7 und 12 in diese Löcher eingebracht werden kön­ nen und sich in dem Rohr gegenüberliegen. Diese rohrar­ tige Ausformung kann bei anderen Anwendungsfällen auch als Meßrohr ausgebildet sein und aus durchsichtigem Ma­ terial bestehen.

Der nicht gezeigte Ölmeßstab steckt in der rohrartigen Ausformung des Kurbelgehäuses 11. In dem Kurbelgehäuse 11 und der rohrartigen Ausnehmung befindet sich Motoröl. Steht das Motoröl in dem Kurbelgehäuse 11 so hoch, daß es die Meßstrecke 8 zwischen den beiden Lichtleitern 7 und 12 erreicht, wird der Lichtstrahl unterbrochen bzw. mehr oder weniger absorbiert. Die Lichtquelle 6 kann jetzt nicht mehr über den Lichtleiter 7, die Meßstrecke 8 und die Lichtleiter 12 und 2 auf die Stirnfläche 5 strahlen. Sinkt der Ölspiegel, gelangt Luft an die Meß­ strecke 8, die Lichtleiter 7 und 12 werden freigegeben, und die Lichtquelle 6 strahlt ungehindert über 7, 8, 12 und 2 auf die Stirnfläche 5 des Lichtleiters 2. Der Lichtleiter 1 mit seiner Stirnfläche 4 dient nur zu Kon­ trollzwecken. Hiermit wird angezeigt, daß die Anordnung betriebsbereit ist. Dies ist besonders wichtig, da bei Absinken des Ölpegels eine dunkle Stirnfläche 5 Öl vor­ täuschen würde.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist am Lichtleiter 2 über eine Weiche ein weiterer Lichtleiter 13 angeflanscht, der auf einen Aus­ wertedetektor 14 führt. Dieser Auswertedetektor 14 er­ mittelt, ob ein optisches Signal über die Lichtleiter 12 und 2 geleitet wird und gibt ein entsprechendes Signal weiter. Hiermit kann ein Steuersignal für einen akusti­ schen Melder oder eine optische Warneinrichtung gebildet werden. Der Auswertedetektor kann aber auch, wie in Fig. 1 dargestellt, über ein Ventil 15 aus einem Vor­ ratsbehälter 16 Motoröl in das Kurbelgehäuse 11 nach­ fließen lassen.

In der Praxis werden die Lichtleiter 7 und 12 an der rohrartigen Ausformung des Kurbelgehäuses derart ange­ bracht, daß sie bei ausreichendem Ölstand ständig von der Ölflüssigkeit benetzt werden. Sinkt der Ölstand un­ ter einen bestimmten Bereich, fällt Licht über die Meß­ strecke 8 auf den Lichtleiter 12, an der Stirnfläche 5 ist der gesunkene Ölstand erkennbar, und über den Aus­ wertedetektor 14 erfolgt eine Nachfüllung aus dem Vor­ ratsbehälter 16.

Bei der Ölstandskontrolle eines Automotors muß bei einem Minimalwert Öl nachgefüllt werden. In anderen Fällen muß laufend die Füllstandshöhe einer Flüssigkeit erfaßt wer­ den. Fig. 2 zeigt eine derartige Anwendung.

In einem Rohr 20 steht eine Flüssigkeit, deren Höhe kon­ trolliert werden soll. Von einer Lichtquelle 6 führen mehrere Lichtleiter 7 zu dem Rohr 20. Ein weiterer Lichtleiter 1 ist mit seiner Stirnfläche 4 zu Kontroll­ zwecken nach außen herausgeführt. Die Bezeichnungen der Bauelementen entsprechen denen der Fig. 1. Die an das Rohr 20 geführten Lichtleiter 7 leiten ihre Signale durch die Meßstrecken 8 (entweder Luft oder Flüssigkeit) innerhalb des Rohres 20 auf die gegenüber angeordneten Lichtleiter 12 bzw. 2 mit ihren Stirnflächen 5.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 können vier unterschiedliche Füllstandshöhen erkannt werden. Diese Anordnung arbeitet genauso wie das Beispiel der Fig. 1. Durch Vergleich der leuchtenden bzw. nichtleuchtenden Stirnflächen 4 und 5 läßt sich die Füllstandshöhe op­ tisch sehr schnell erkennen. Im vorliegenden Fall nach Fig. 2 leuchtet die Stirnfläche 4 des Lichtleiters 1 und die Stirnfläche 5 des obersten Lichtleiters 2. Der Füll­ stand geht also bis kurz unterhalb dieser Meßstrecke 8.

Die vier Lichtleiter 12 weisen auch jeweils wieder Ver­ zweigungen mit Lichtleitern 13 auf, die jeweils auf Aus­ wertedetektoren 14 geführt sind. Weitere akustische oder optische Signalgeber sind somit einsetzbar.

Erfindungsgemäß sind auch die angezeigten bzw. ermittel­ ten Füllstandswerte speicherbar und über eine bestimmte Zeit zu differenzieren, so daß eine echte Füllstands- Tendenzanzeige oder gar Verbrauchsanzeige möglich ist.

Wenn die Lichtabsorption der zu überwachenden Flüssig­ keit nicht ausreichend für eine Anzeige ist, kann durch Einfärben der Flüssigkeit eine einwandfreie Funktion erreicht werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird das erfindungsgemäße Prinzip des von einem Medium absor­ bierten Lichtstrahls als Anwendungsfall bei einem Ölmeß­ stab gezeigt.

In den Ölmeßstab 17 sind die beiden Lichtleiter 7 und 12 eingebettet. Dies ist problemlos möglich, da die Licht­ leiter beispielsweise nur 0,1 mm Durchmesser aufweisen. Der Ölmeßstab weist am unteren Ende eine Ausnehmung auf, an deren gegenüberliegenden Flächen die Lichtleiter 7 und 12 enden bzw. herausgeführt sind. Zwischen den ge­ genüberliegenden Flächen der Ausnehmung befindet sich die Meßstrecke 8. Der Ölmeßstab 17 steckt in einem Kur­ belgehäuse 11, das teilweise mit Öl gefüllt ist. An die freien Enden 18 und 19 der Lichtleiter 7 und 12 sind gemäß der Anordnung nach Fig. 1 die Bauelemente 6, 1 und 4 bzw. 13, 2 und 5 angeschaltet. Auch eine Anordnung nach Fig. 2 mit mehreren Meßstrecken 8 ist natürlich denkbar.

Claims (5)

1. Anordnung zur Füllstandsmessung und -überwachung einer Flüssigkeit in einem Behälter, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei Lichtleiter (7, 12) mit einer Meß­ strecke (8) durch den Behälter (11) geführt sind,
daß eine Lichtquelle (6) in der einen Richtung über ei­ nen Lichtleiter (1) auf eine Stirnfläche (4) und in der anderen Richtung über den Lichtleiter (7), die Meßstrek­ ke (8), den Lichtleiter (12) mit Abzweigung (13) und einen weiteren Lichtleiter (2) auf eine andere Stirnflä­ che (5) strahlt,
daß das Licht aus der Lichtquelle (6) sowohl an der Stirnfläche (4) als auch an der Stirnfläche (5) erkenn­ bar ist und
daß die Meßstrecke (8) durch die zu kontrollierende Flüssigkeit ausfüllbar ist, so daß die optische Verbin­ dung zwischen dem Lichtleiter (7) und dem Lichtleiter (12) unterbrochen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere Meßstrecken (8) in räumlichem Abstand übereinander angeordnet sind, so daß eine unterschiedli­ che Füllstandshöhe erfaßbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Lichtleiter (12) mit Abzweigung (13) Signa­ le auf einen Detektor (14) führt, so daß über ein Ventil (15) eine Flüssigkeitsnachregelung im Behälter (11) er­ folgt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Detektor (14) ein optisches und/oder aku­ stisches Signal auslöst.

5. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ermittelten Füllstandswerte speicher­ bar und über eine bestimmte Zeit differenzierbar sind und daß der Differenzialquotient zu einer Anzeige ge­ langt.