DE4042066A1 - Vorrichtung zum messen des fluessigkeitsstandes in einem behaelter, insbesondere im kraftstofftank eines fahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art. Die Verwendung von Thermoelementen als Sensoren hat den Vorteil, daß ein elektrisches Signal erlangt wird, das unmittelbar zur Bestimmung des Flüssigkeitsstandes in einem Auswertegerät benutzt werden kann. Eine Schar solcher Thermoelemente wird in unter­ schiedlicher Höhe im Behälter angebracht, und zwar in einem Abstand zueinander, welcher der gewünschten Genauigkeit des zu ermittelnden Flüssigkeitsstandes im Behälter entspricht. Die Thermospannung kommt dabei dadurch zustande, daß die eine der beiden Verbindungsstellen des zum Aufbau des Thermoelements verwendeten Thermopaares erwärmt wird. In Abhängigkeit davon, ob das Thermoelement innerhalb der Flüssigkeit, also unterhalb des Flüssigkeitsspiegels, oder außerhalb der Flüssigkeit, also oberhalb des Flüssigkeitsspiegels, sich befindet, fallen unterschiedliche Thermospannungen an, die ausgewertet werden und zur eindeutigen Bestimmung des gegebenen Flüssigkeitsstandes im Behälter dienen.

Bei der bekannten Vorrichtung (DE-OS 37 36 238) wurden auf ein Substrat zwei übereinander liegende Metallschichten aufgebracht, von denen die erste aus Konstantan und die zweite aus Kupfer bestand. Dann wurden durch Ätzen bereichsweise Abschnitte der zweiten Metallschicht, nämlich Kupfer, entfernt, so daß auf diesem Wege die Thermopaare eines Thermo­ elements entstanden. Auf der Rückseite des Substrats befand sich ein Heizleiter, welcher jeweils die eine Verbindungsstelle dieser Thermopaare erwärmte und dadurch eine Thermospannung zwischen den beiden Verbin­ dungsstellen der Metalle erzeugte. Die Herstellung dieser Vorrichtungen ist umständlich und kostenaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige, leicht handhabbare Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu entwickeln, die preiswert ist und sich leicht herstellen läßt. Dies wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 ange­ führten Maßnahmen erreicht, denen folgende besondere Bedeutung zu­ kommt:

Die Erfindung hat erkannt, daß Halbleiterstäbchen in Verbindung mit einer aufgebrachten Metallbeschichtung im Übergangsbereich eine intermetallische Schicht erzeugen, die sich durch eine überraschend hohe Thermospannung auszeichnet. Solche Thermopaare lassen sich schnell, zuverlässig und sehr preiswert herstellen. Zur Herstellung eines solchen Stäbchens geht man von einer Silicium-Scheibe aus, die in Stäbchen geschnitten wird und an den beiden Stäbchenenden z. B. mit einer Metallbeschichtung aus Nickel versehen wird, was durch Aufdampfen von Nickel oder Aufsputtern erfolgen kann. Als Halbmaterial für die Stäbchen eignet sich auch Germanium oder Gallium-Arsenid. Zusätzlich oder alternativ zum Nickel kann für die Metallbeschichtung auch Kobalt, Titan, Aluminium und/oder Gold verwendet werden. Es hat sich bewährt, das Stäbchen aus einem dotierten Halbleiter auszubilden, insbesondere aus phosphor-dotiertem Silicium.

Die weitere Maßnahme der Erfindung, nämlich die Anschluß- und Meßlei­ tungen durch linienförmiges Bedrucken der Trägervorderseite mit einem Metall-Leitkleber zu erzeugen, ist ein ebenfalls schnell, präzise und sehr preiswert auszuführender Vorgang. Die Kontaktierung ist ebenso einfach und zuverlässig, weil erfindungsgemäß die vorbeschriebenen Stäbchen in die noch feuchte Schicht des Metall-Leitklebers eingedrückt werden. Die Stege befinden sich dabei in einem der gewünschten Meßgenauigkeit entsprechen­ den Abstand zueinander. Wird der Abstand dabei so gewählt, wie der Flüssigkeitsspiegel beim Zuführen einer bestimmten Flüssigkeitsmenge stufenweise ansteigt, so läßt sich damit bereits eine beliebig komplizierte Behälterform in gleichbleibenden Meßschritten erfassen. Der Heizleiter wird zweckmäßigerweise auf der Rückseite des Trägers ebenfalls durch Auf­ drucken eines Metall-Leitklebers erzeugt. Der so vervollständigte Träger wird vorder- und rückseitig mit Deckfolien abgedeckt, was vorzugsweise unter Verwendung von Epoxydharzen geschieht. Um Strahlungsverluste zu vermeiden, sollte die Abdeckfolie außenseitig mit Metall beschichtet sein.

Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. Die Erfindung richtet sich dabei auf alle daraus entnehmbaren neuen Merkmale und Merkmalskombinationen, auch wenn diese nicht ausdrücklich in den Ansprüchen angeführt sein sollten. In den Zeichnungen ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch, einen Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung im Kraftstofftank eines Fahrzeugs,

Fig. 2 perspektivisch, teilweise im Ausbruch, das zur Vorrichtung von Fig. 1 gehörende Meßgerät mit darin befindlichem Meßglied,

Fig. 3 und 4 die Rück- und Vorderseite eines Teilstücks vom Meßglied, das vorderseitig die erfindungsgemäß ausgebildeten Sensoren trägt,

Fig. 5, schematisch, die prinzipielle elektrische Schaltung der erfindungs­ gemäßen Sensoren dieses Meßglieds,

Fig. 6, in starker Vergroßerung, ein Teilstück eines Querschnitts durch den Schichtaufbau des in Fig. 4 gezeigten Meßglieds zur Verdeutlichung der Kontaktierungen einer weiterführenden Verbindungsleitung,

Fig. 7 in starker schematischer Vergrößerung und perspektivisch ein den erfindungsgemäßen Sensor bildendes Stäbchen,

Fig. 8 in starker Vergrößerung eine Querschnittansicht durch eine maßgebli­ che Stelle des erfindungsgemäßen Meßglieds in einer Zwischenphase seiner Herstellung und

Fig. 9 einen der Fig. 8 entsprechenden Querschnitt durch ein fertiges Meßglied, woran auch seine Wirkungsweise näher erläutert ist.

Wie Fig. 1 verdeutlicht, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Bestimmung des jeweils vorliegenden Füllinhalts eines Behälters 11 dienen, wofür im vorliegenden Fall der Kraftstofftank eines Fahrzeugs verwendet wird. Ein solcher Tank 11 kann zwecks Ausnutzung der verfügbaren Räume im Fahrzeug eine komplizierte Raumform aufweisen. Die Vorrichtung umfaßt ein summativ mit 12 in Fig. 1 bezeichnetes Meßgerät im Behälter­ inneren 19, das über eine Verbindungsleitung 18 die Signale zu einem Auswertegerät 13 weiterleitet, wo sie verarbeitet werden und ein damit verbundenes Anzeigegerät 14 steuern. Die Vorrichtung ist an die fahrzeug­ seitige Stromversorgung angeschlossen, wie im Bereich des Auswertegeräts 13 in Fig. 1 verdeutlicht ist. Das Meßgerät 12 taucht in definierter Höhe in die vom Behälter 11 aufgenommene Flüssigkeit 15 ein, deren durch die Strecke 16 verdeutlichte Füllstandshöhe von der Vorrichtung 10 ermittelt werden soll. Dies erfolgt durch Feststellung der gegebenen Höhenlage des Flüssigkeitsspiegels 17 im Behälter 11.

Wie Fig. 2 näher verdeutlicht, gehört zum Meßgerät 12 ein Schutzrohr 22, das, gemäß Fig. 1, im Bereich der zu messenden Füllstandshöhe 16 fest im Behälterinneren 19 angeordnet ist. Im Inneren 25 des Schutzrohres 22 befindet sich das eigentliche, noch näher zu beschreibende Meßglied 20, das mit einer Schar besonderer Sensoren 30 ausgerüstet ist. Am oberen Ende des Meßglieds 20 sitzt auch noch ein elektrischer Baustein 21 mit integrierten Schaltkreisen, der dem spezifischen Anwendungsfall der Vorrichtung 10 angepaßt ist und die von den Sensoren 30 kommenden Signale wenigstens teilweise bereits auswertet, bevor sie dann über die Verbindungsleitung 18 weitergeleitet werden. Bei der Anwendung in einem Fahrzeug führt die Fahrzeugbewegung zu einer unkontrollierten Wellenbe­ wegung im Flüssigkeitsspiegel 17. Obwohl bereits die Stirnöffnung des Schutzrohres 22 dabei zu einer Dämpfung der Bewegung des Flüssigkeits­ spiegels im Rohrinneren 25 führt, empfiehlt es sich, unterseitig eine Blende mit einer verengten Öffnung 23 vorzusehen. Wie durch Strömungs-Pfeile 24 angedeutet, kann die Flüssigkeit durch diese Verengung 23 nur langsam durchströmen, weshalb plötzliche, kurzzeitige Höhenveränderungen des Flüssigkeitsspiegels 17 außerhalb des Schutzrohres 22 sich nicht in einer entsprechenden Höhenänderung im Rohrinneren 25 auswirken können. Der Flüssigkeitsspiegel 17 bleibt im Bereich des Meßglieds 20 im wesentlichen in der gegebenen Höhe stehen und spricht nur auf tatsächliche Änderungen des Füllstands an.

Die Art und Schaltung der als Thermoelement ausgebildeten Sensoren 30 ist in Fig. 5 näher erläutert. Als Sensoren werden Stäbchen 30 besonderer Art verwendet, wie noch näher in Fig. 7 beschrieben wird. Die Stäbchen 30 werden, wie später anhand der Fig. 8 und 9 erläutert wird, in besonde­ rer Weise auf einem Träger 27 positioniert, der in Fig. 5 weggelassen wurde. Die Thermoelemente 30 sind in einem definierten Höhenabstand 31, 31′ zueinander angeordnet, welcher der gewünschten Meßgenauigkeit der Füllstandshöhe 16 angepaßt ist. Die Höhenabstände 31, 31′ können, wie in Fig. 5 angedeutet ist, zueinander unterschiedlich gestaltet sein, um auch dann gleichmäßige Meßschritte pro Volumeneinheit in solchen Behältern 11 zu erhalten, die eine breitenmäßig ungleichförmige Form aufweisen. Eine solche aufgrund der komplizierten Behälterform in unterschiedlichen Stufen erfolgende Zunahme der Füllstandshöhe könnte auch durch das Auswertege­ rät 13 oder den am Meßglied 20 integrierten elektronischen Baustein 21 ganz oder wenigstens teilweise erfaßt werden.

Das Stäbchen 30 besteht aus Halbleitermaterial, wofür im vorliegenden Fall phosphor-dotiertes Silicium 34 verwendet wird. An dessen Stelle könnte man auch Germanium oder Gallium-Arsenid für die Herstellung der Stäbchen 30 verwenden. Aus der dotierten Silicium-Scheibe werden die Stäbchen 30 als Vierkantstäbe herausgeschnitten, wofür sich ein Verhältnis zwischen Querschnitt zur Länge von 1 : 100 bewährt hat. Eine solche Scheibe hat etwa einen Durchmesser von 50 mm und eine Dicke von 0,25 mm. Das Schneiden wird auf einer Arbeitsfolie ausgeführt. An den Stabenden 32, 33 wird auf beiden, einander gegenüberliegenden Flächensei­ ten 39, 39′ jeweils eine Metallschicht 40, 40′ aufgebracht, was zweckmäßi­ gerweise vorausgehend bereits bei den Silicium-Scheiben vor deren Zergliederung in die einzelnen Stäbchen ausgeführt wird. Als Metallschicht hat sich vor allem Nickel bei einem Silicium-Stäbchen bewährt. An seiner Stelle kann man auch Kobalt, Titan, Aluminium oder Gold verwenden, und zwar auch in verschiedenen Mischungen dieser Metalle. An den Berührungs­ stellen zwischen den beiden Werkstoffen 34 und 40 bzw. 40′ entstehen durch Diffusion intermetallische Schichten, wie Nickel-Silicid im vorliegen­ den Fall. Diese Materialdurchdringung ist in Fig. 7 schraffiert veranschau­ licht. Diese Elemente, nämlich Silicium und Nickel, bilden nun das wirksame Thermopaar dieses Sensors 30, der grundsätzlich gemäß Fig. 5 geschaltet wird.

Ausweislich der Fig. 5 geht vom einen Stäbchenende 33 eine allen Sensoren 30 gemeinsame Anschlußleitung 35 aus, die auf dem bereits erwähnten Träger 27 zu einem gemeinsamen Leiterende 37 führt. Am gegenüberlie­ genden Ende 32 eines jeden Steges 34 greifen aber, zueinander isoliert, Meßleitungen 36 an, die mit 38, 38′ bezeichnete Leiterenden aufweisen. Zwischen diesen beiden Verbindungsstellen 32, 33 entsteht dann eine Thermospannung, wenn sie sich auf einer zueinander unterschiedlichen Temperatur befinden. Dies wird im vorliegenden Fall erreicht durch einen zwar elektrisch isolierten, aber in thermischem Kontakt mit den Verbin­ dungsstellen 33 der einzelnen Stäbchen 30 stehenden gemeinsamen Heizlei­ ter 26. Im Fall der Fig. 5 handelt es sich um diejenigen Verbindungsstellen 32, von welchen die einzelnen Meßleitungen 35 ausgehen.

In Fig. 5 ist eine Füllstandshöhe 16 angenommen, die den Flüssigkeitsspie­ gel 17 in den Höhenbereich zwischen das letzte und vorletzte Stäbchen 30 bringt. Das hat zur Folge, daß die vom Heizleiter 26 erzeugte Wärme bei jenen Stäbchen 30, die noch in die Flüssigkeit 15 eintauchen, besser weggeführt wird, als bei dem in Fig. 5 erkennbaren obersten Stäbchen 30, das sich bereits oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 17 befindet. Wegen der dort auftretenden größeren Temperaturdifferenz zwischen seinen beiden Stäbchenenden 32, 33 fällt dort eine größere Thermospannung an, als in den darunter liegenden, innerhalb der Füllstandshöhe 16 befindlichen Stäbchen 30. Vom Auswertegerät 13 bzw. von dem beschriebenen Mikrochip 21 werden nacheinander die anfallenden Spannungen zwischen dem gemeinsamen Leiterende 37 aller Anschlußleitungen 35 einerseits und den einzelnen Leiterenden 38 der diversen Meßleitungen 36 gemessen. Dabei ergibt sich, daß, gegenüber dem Leitungsende 37, am Leitungsende 38′ der letzten Meßleitung 36 eine höhere Thermospannung anfällt als am Leitungsende 37 aller übrigen, darunter liegenden Sensoren 30. Diese Messungen erfolgen in einem Impulsverfahren, z. B. in 4 bis 5 Meßzyklen pro Minute. Dafür genügt eine Einstellzeit von ca. 5 Sekunden für den Heizleiter, was zu einer Energieersparnis und geringen Wärmeentwicklung führt. Die im Impulsverfahren jeweils ermittelten letzten Werte werden gespeichert und gruppenweise ausgewertet. Daraus ermittelt das Auswerte­ gerät, daß der Flüssigkeitsspiegel 17 zwischen dem letzten und vorletzten Stäbchen 30 liegen muß, was dann über die Elektronik im Anzeigegerät 14 entsprechend kundbar gemacht wird.

Diese Anschluß- und Meßleitungen 35, 36 entstehen dadurch, daß, wie Fig. 8 verdeutlicht, auf der Trägervorderseite 28 im Siebdruckverfahren ein Metall-Leitkleber 42, 43 in Linienform aufgebracht wird, der dem ge­ wünschten Verlauf der Anschluß- bzw. Meßleitungen 35, 36 nach Fig. 4 bzw. 5 entspricht. Der Leitkleber besteht vorzugsweise aus einem Silber­ leitkleber. Auf die noch feuchte Leitkleberschicht 42, 43 werden die metallbeschichteten Enden 33, 32 der einzelnen Stäbchen 30 eingedrückt, wie durch den Bewegungspfeil 46 in Fig. 8 veranschaulicht ist. Dadurch wird die feuchte Schicht in der aus Fig. 9 bei 42′, 43′ ersichtlichen Weise verquetscht, worauf es dann zu einer Aushärtung des Materials 42, 42′ bzw. 43, 43′ kommt. Daraus ergibt sich eine einwandfreie Kontaktierung zwischen den Stäbchen 30 und ihren Leitungen 35, 36 und man kommt zu den in Fig. 4 gezeigten Verhältnissen, welche die Vorderansicht des Trägers 27 zeigen.

Im oberen Bereich des Trägers 27 befindet sich, gemäß Fig. 4, ein Feld 49, in welchem der bereits in Fig. 2 gezeigte Mikrochip 21 angeordnet ist und in definierter, nicht näher gezeigter Weise mit den beschriebenen Leiterenden 37, 38, 38′ in Verbindung steht. Die Kontaktierung dieses Mikrochips 21 erfolgt in einer zum Stäbchen 30 analogen Weise. Auch seine Anschlußstellen werden in die noch feuchte Schicht des dort befindlichen Metall-Leitklebers eingedrückt und kontaktieren auf diese Weise die verschiedenen Meß- und Anschlußleitungen 35, 36.

Aus dem gleichen Metall-Leitkleber 44 wird auch auf der Trägerrückseite 29, gemäß Fig. 8, der bereits erwähnte Heizleiter 26 aufgedruckt, der, wie die Rückseite 29 von Fig. 3 in Verbindung mit der Vorderseite 28 von Fig. 4 zeigt, in Ausrichtung mit den erwähnten Endbereichen 32 der einzelnen Stäbchen 30 steht. In manchen Fällen empfiehlt es sich aber auch, dazu die Endbereiche 33 zu nutzen. Außer dem Heizleiter 26 wird ebenfalls durch Bedrucken mittels des zweckmäßigerweise aus gleichem Metall bestehenden Leitklebers 45 die aus Fig. 3 ersichtliche Rückleitung 47 auf der Trägerrückseite 29 aufgebracht, die aber gegenüber dem Heizleiter 26 eine wesentlich größere Schichtbreite 48 aufweist. Beide Leitungen 26, 47 werden zwar von dem gleichen Strom durchflossen, doch erwärmt sich wegen der wesentlich geringeren Breitenbemessung nur der Heizleiter 26, während die Rückleitung 47 kalt bleibt. Oberhalb des in Fig. 4 und 3 markierten Feldes 49 zum Anschluß des Mikrochips 21 befinden sich ebenfalls Bahnen 52, 52′, die als Ausgangsleitungen für die im Chip 21 verarbeiteten Signale dienen. Nach Anbringung und Kontaktierung des Stäbchens 30 und des Mikrochips 21 wird sowohl über die Vorderseite 28 als auch über die Rückseite 29 des Trägers 27 eine Abdeckfolie 50, 51 auflaminiert, und zwar luftdicht und blasenfrei durch Verwendung von Epoxidharz 56, was aus dem in starker Vergrößerung gezeichneten Bruch­ stück des fertigen Folienpakets in Fig. 9 zu erkennen ist. Der verwendete Träger 27 und die Abdeckfolien 50, 51 besitzen in Wirklichkeit nur eine Dicke in der Größenordnung von 30 µm. Hierfür verwendet man zweck­ mäßigerweise eine Polyester- oder Polyamid-Folie. Man kann dabei auch mit Metall beschichtete Folien 50, 51 verwenden.

Für einen leichten elektrischen Anschluß des fertigen Meßglieds 20 verwendet man metallische, klammerartige Kontaktelemente 53, deren Querschnittaufbau in Fig. 6 erkennbar ist. Sie besitzen zwei Klammernen­ den, die durch das fertig laminierte Meßglied 20 im Bereich der an der Oberkante sitzenden Bahnen 52, 52′ von Fig. 3 und 4 durchgestoßen und umbördelt werden. Die Klammerenden 54 durchdringen, wie Lanzen, alle Schichten und sorgen einerseits für eine mechanische Verbindung und andererseits auch für die elektrische Verbindung beim Durchdringen der ihnen jeweils zugeordneten Leiterbahn 52. Die Kontaktelementen 53 besitzen einstückige Steckerteile 55. Die Steckerteile 55 überragen die obere Kante des Trägers 27 und sind im Gebrauchsfall mit komplementä­ ren Aufnahmen gekuppelt, die über die Verbindungsleitung 18 dann zu dem bereits in Fig. 1 beschriebenen Auswertegerät 13 bzw. Anzeigegerät 14 führen. Nach dieser Kontaktierung der Elemente 53 wird das ganze Meßglied 20 im Rohrinneren 25 durch nicht näher gezeigte Halteglieder positioniert, z. B. in der in Fig. 2 gezeigten Strecklage. Es gibt aber auch Alternativen.

So wäre es möglich, die Flexibilität des als Meßglied 20 fungierenden erfindungsgemäßen Folienpakets dazu zu nutzen, um dessen geometrische Abmessungen im Gebrauchsfall zu reduzieren. Hierzu dienen Faltungen und/oder Rollverformungen des Folienpakets 20. In gerolltem Zustand läßt sich ein solches Folienpaket formgerecht in dem Schutzrohr 22 positionie­ ren. Umgekehrt kann eine solche gerollte Form zugleich zum Aufbau oder zur Ergänzung eines Schutzrohres 22 dienen. Damit bildet die Erfindung nicht nur ein äußerst dünnes Folienpaket 20, sondern auch die Breitendi­ mension eines solchen Pakets läßt sich durch diese Verformungen wesent­ lich reduzieren. Man erhält ein im wesentlichen lineares Gebilde, dessen Sensoren 30 in dem bereits beschriebenen definierten Höhenabstand 31, 31′ von Fig. 5 angeordnet sind und sich über die gesamte zu überwachende Füllstandshöhe 16 im Behälterinneren 19 von Fig. 1 erstrecken.

Obwohl wegen der vorbeschriebenen Werkstoffkombination beim Aufbau der Stäbchen 30 eine unerwartet hohe Thermospannung anfällt, läßt sich diese durch eine Reihenschaltung von wenigstens zwei Stäbchen 30 verdoppeln bzw. um ein Vielfaches erhöhen.

Fig. 9 zeigt den Gebrauchsfall des Meßglieds 20, wo es durch Stromfluß zu einer Erwärmung des Heizleiters 26 kommt. Dies ist durch die Wärme- Strömungs-Pfeile 57, 58 veranschaulicht, die einerseits, bei 57, das jeweilige Stäbchenende 32 erwärmen und andererseits bei 58 zu einer Wärmeabgabe 59 an die angedeutete Flüssigkeit 15 führen. Durch diesen Wärmeverlust 59 kommt es zu der bereits ausführlich beschriebenen Temperaturerniedrigung bei jenen Stäbchen 30, die im Höhenbereich der Flüssigkeit 50 angeordnet sind. Diejenigen Stäbchen 30, die sich oberhalb der Flüssigkeit 15 befinden, besitzen ein Stäbchenende 32 mit demgegen­ über höherer Temperatur, weil die entsprechende Wärmeabgabe 59 gegenüber dem Gas bzw. der Luft im Behälter 11 geringer ist.

Bezugszeichenliste

10 Vorrichtung
11 Behälter, Tank
12 Meßgerät
13 Auswertegerät
14 Anzeigegerät
15 Flüssigkeit in 11
16 Füllstandshöhe von 15
17 Flüssigkeitsspiegel von 16
18 Verbindungsleitung
19 Behälterinneres
20 Meßglied
21 elektronischer Baustein, Mikrochip
22 Schutzrohr
23 verengte Öffnung in 22
24 Flüssigkeitsströmung
25 Rohrinneres
26 Heizleiter
27 Träger
28 Trägervorderseite
29 Trägerrückseite
30 Sensor, Stäbchen
31, 31′ Höhenabstand zwischen 30
32 Stäbchenende
33 Stäbchenende
34 Silicium
35 Anschlußleitung
36 Meßleitung
37 Leitungsende von 35
38, 38′ Leitungsende von 36
39, 39′ Flächenseite von 30
40, 40′ Metallschicht, Nickel
41, 41′ intermetallische Schicht, Ni-Silicid
42, 42′ Metall-Leitkleber für 35
43, 43′ Metall-Leitkleber für 36
44 Metall-Leitkleber für 26
45 Metall-Leitkleber für 47
46 Bewegungspfeil für 30
47 Rückleitung
48 Schichtbreite von 47
49 Feld auf 27
50 obere Abdeckfolie
51 untere Abdeckfolie
52, 52′ Ausgangsleitungs-Bahn
53 Kontaktelement
54 Klammerende, Zone
55 Steckerteil
56 Epoxidharz
57 Wärmeströmungs-Pfeil bei 32
58 Wärmeströmungs-Pfeil bei 32
59 Wärmeabgabe-Pfeil an 15

Claims (17)

1. Vorrichtung (10) zum Messen der Füllstandshöhe (16) einer Flüssig­ keit (15) in einem Behälter (11), insbesondere im Kraftstofftank eines Fahrzeugs,
mit einer Schar von Thermoelementen (30) als Sensoren, die zwei Verbindungsstellen (32, 33; 41, 41′) zwischen zwei unterschiedlichen Werkstoffpaaren (34, 40, 40′) aufweisen, auf der Vorderseite (28) eines elektrisch isolierenden, blattförmigen Trägers (27) angebracht und mit diesem in unterschiedlicher, definierter Höhe im Behälterin­ neren (19) angeordnet sind,
wobei auf der Rückseite (29) des Trägers (27) wenigstens ein elektrischer Heizleiter (26) im Bereich der einen Verbindungsstellen aller Thermoelemente angeordnet ist,
ferner die einen Verbindungsstellen (32) der Thermoelemente (30) durch eine entsprechende Schar individueller Meßleitungen (36) und die anderen (33) durch eine gemeinsame Anschlußleitung (35) mit einem Auswertegerät (13) verbunden sind, das eine Anzeige (14) der Füllstandshöhe (16) bewirkt, dadurch gekennzeichnet,
daß das Thermoelement aus einem Halbleiter-Stäbchen (30), wie einem Silicium-, Germanium- oder Gallium-Arsenid-Stäbchen, mit einer beidendigen Metallbeschichtung (40, 40′) besteht und im Übergangsbereich eine intermetallische Schicht (41, 41′), wie ein Metallsilicid, erzeugt,
daß sowohl die Anschluß- als auch die Meßleitungen (35, 36) durch linienförmiges Bedrucken der Träger-Vorderseite (28) mit einem Metall-Leitkleber (42, 43) erzeugt sind,
und daß die Stäbchen (30) mit ihren metallbeschichteten Enden (32, 33) an den zugehörigen Anschlußbereichen der Meß- und Anschlußlei­ tungen (35, 36) in die noch feuchte Schicht des Metall-Leitklebers eingedrückt (46) und damit kontaktiert (42, 43′) sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallbeschichtung Nickel (40, 40′) dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallbeschichtung (40, 40′) alternativ oder zusätzlich Kobalt, Titan, Aluminium und/oder Gold verwendet werden.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stäbchen (30) aus einem dotierten Halbleiter, insbesondere phosphor-dotiertem Silicium (34), besteht.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stäbchen (30) ein Querschnitt- Längen-Verhältnis von 1 : 100 aufweist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stäbchen (30) ein Vierkantstab ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stäbchen (30) gleichzeitig auf beiden einander gegenüberliegenden Flächenseiten (39, 39′) mit der Metallbeschichtung (40, 40′) versehen ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger eine Folie (27) verwendet wird, wie eine Polyester- oder Polyamid-Folie, über deren Vorder- und Rückseite (28, 29) Deckfolien (50, 51) auflaminiert sind, insbesondere durch Verwendung von Epoxidharzklebern (56).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Abdeckfolie (50, 51) eine außenseitig mit Metall beschichtete Folie dient.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer Steuerlogik-Baustein (IC 21) für die Signalverarbei­ tung der ermittelten Meßwerte auf dem Träger (27) angeordnet und mit den Anschluß- und Meßleitungen (35. 36) verbunden ist sowie unter die Abdeckfolien (50, 51) mit einlaminiert ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Baustein (21) mit seinen Anschlußstellen in die noch feuchte Schicht des Metall-Leitklebers (42, 43) an den zugehörigen Bereichen der Meß- und Anschlußleitungen (35, 36) eingedrückt und damit kontak­ tiert ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Folien-Verbund (20) durch ein wenigstens bereichsweises Falten und/oder Rollen in seinen Abmes­ sungen verkleinert ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Folienverbund (20) zu einem Rohr geformt ist, dessen Rohrinneres zur geschützten Anordnung der Sensoren (30) dient.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Heizleiter (26) und dessen bzw. deren Rückleitungen (47) durch streifenförmiges (48) bzw. bahnförmiges Bedrucken der Rückseite (29) des Trägers (27) mit einem Metall-Leitkleber (44, 45) erzeugt sind.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung (57, 58) des bzw. der Heizleiter (26) und die Meßabnahme an den Leitungen (35, 36) in einem Impulsverfahren erfolgen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens die letzte Schar der im Impulsverfahren ermittelten Meßwerte gespeichert und gruppenweise ausgewertet wird.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontaktierung der auf dem Träger (27) aufgedruckten Anschluß- und Meßleitungen (35, 36) mit außer­ halb des Trägers (27) befindlichen Gegenkontakten Durchdringungs­ kontakte (53) dienen, die Lanzen (54) aufweisen und diese Lanzen heftklammerartig durch den Folienverbund (20) hindurchgeführt und gegen den Träger (27) rückgebogen sind, (vergl. Fig. 6).