DE4117400A1 - Messvorrichtung fuer die hoehe eines fuellstands - Google Patents
Messvorrichtung fuer die hoehe eines fuellstandsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung für die Höhe eines
Füllstands einer ggfs. in ihren Eigenschaften stark variierenden
Flüssigkeit in einem Behälter, insbesondere zur Ölstandsmessung
in einem Motor, mit einem in die Flüssigkeit eintauchenden Rohr,
in dem sich der Flüssigkeitspegel wie in dem Behälter ausbilden
kann und einem in dem Rohr durch einen Elektromotor verschieb
baren Kolben.
Es ist eine Vielzahl von Verfahren zur Füllstandsmessung bekannt.
Ein Überblick über die aktuelle Füllstandsmeßtechnik enthält die
Monografie von Ellen Amberger "Füllstandsmeßtechnik", Verlag
Moderne Industrie AG & Co., Landsberg/Lech, 1988. Die darin
beschriebenen mechanischen Verfahren zur Füllstandsmessung mit
Schwimmern durch eine Gewichtsmessung oder mit Verdrängungs
körpern lassen sich bei beengten räumlichen Verhältnissen nur
problematisch realisieren. Für die Ölstandsmessung bei einem
Fahrzeugmotor wären Änderungen am Motor erforderlich. Darüber
hinaus wären die mechanischen Teile im Motor normalerweise nicht
zugänglich, was eine Reparatur oder Wartung unmöglich macht.
Die optischen, akustischen und elektrischen Verfahren scheitern
bei in ihren Eigenschaften stark variierenden Flüssigkeiten, wie
dies beispielsweise Motoröl ist. Die Änderungen der Viskosität,
der Transparenz und der Oberflächenbeschaffenheit verfälscht die
erhaltenen Meßwerte. Starke Temperaturschwankungen, wie sie beim
Motoröl eintreten, stellen höchste Anforderungen an analoge
Meßverfahren. Für eine automatische Auswertung der Meßwerte ist
daher ein Meßverfahren anzustreben, das eine frühzeitige
Digitalisierung der Meßwerte erlaubt und so in beispielsweise die
Borddatenverarbeitung eines Fahrzeugs leicht integrierbar ist.
Durch die DE-PS 3 04 432 ist ein Peilrohr für die Messung eines
eventuellen Wasserstandes in Schiffsräumen bekannt, das auf den
Boden des Schiffsraumes abgesenkt wird. Das Peilrohr ist so aus
gebildet, daß sich innerhalb des Rohres ein gleicher Wasserstand
wie im Schiffsraum ausbilden kann. Eine in dem Peilrohr
enthaltene Skala wird daher in entsprechender Höhe befeuchtet.
Die Teilstrecke der Skala, die feucht ist, gibt dann den
Wasserstand ab, der somit nach dem Herausziehen des Peilrohres an
der Skala abgelesen werden kann.
Ein Ölstandsanzeiger ist durch die DE AS 19 45 241 bekannt, wobei
ein unten offenes Rohr so in das Kurbelgehäuse einer Kolben
maschine eingeführt wird, daß sich im Innern des Rohres ein
gleicher Flüssigkeitsstand wie in dem Kurbelgehäuse ausbildet.
In dem sich einseitig verjüngenden Rohr ist eine Kolbenstange
geführt, die in dem verjüngten Teil des Rohres abgedichtet
geführt ist und einen bei einer Bewegung der Kolbenstange den
erweiterten Teil des Rohres abdichtende Kolben trägt. Die weitere
Bewegung der Kolbenstange ist in Abhängigkeit von dem gefangenen
Ölvolumen möglich und endet, wenn die oberhalb des Ölvolumens
gefangene Luft soweit komprimiert ist, daß gegen den dabei
entstehenden Druck eine weitere Bewegung der Kolbenstange nicht
mehr möglich ist. Das Maß der möglichen Bewegung der Kolbenstange
wird als Maß für den Füllstand im Rohr oft in einer Anzeigeein
richtung ausgewertet.
Durch die DE 37 33 761 A1 ist ein Gerät zur Messung einer
Schichtdicke von Absetzschichten in Abscheidern bekannt, das aus
einem fest installierten, sich drehenden Fühlelement besteht.
Steigt die Absetzschicht so weit an, daß sie das rotierenden
Fühlelement erreicht, benötigt das Fühlelement eine erhöhte
Antriebsenergie, die gemessen wird und einen Alarm bzw. einen
Schaltimpuls auslöst. Das Fühlelement kann auch mit einem Hub-
Dreh-Antrieb versehen werden. Vorgesehen ist die Erkennung des
Vorhandenseins der Absetzschicht und das Geben einer Anzeige,
eines Alarms oder eines Befehls zum Abziehen der Absetzschicht.
Eine Füllstandsmessung für eine Flüssigkeit ist hierbei nicht
vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung der
eingangs erwähnten Art anzugeben, die für in ihren Eigenschaften
stark variierende Flüssigkeiten, insbesondere für die Ölstands
messung in einem Motor, geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Meßvorrichtung der
eingangs erwähnten Art gelöst, die folgende Merkmale aufweist:
- - einen Antrieb des Kolbens zum Verfahren des Kolbens zu einer definierten Ausgangsstellung oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in Richtung auf die Flüssigkeit,
- - durch eine einen Luftausgleich zwischen den Räumen auf beiden Seiten des Kolbens erlaubende Führung des Kolbens in dem Rohr,
- - eine Einrichtung zur Be- bzw. Verhinderung des Ausweichens der Flüssigkeit vor der Kolbenbewegung und
- - einen Stromdetektor zur Ermittlung einer Erhöhung des Stroms des Elektromotors beim Auftreffen des Kolbens auf die Flüssigkeit.
Erfindungsgemäß wird eine Anordnung mit einem in einem Rohr
geführten Kolben verwendet, wobei das Rohr so ausgebildet ist,
daß es mit der Flüssigkeit in dem Behälter kommuniziert, so daß
sich innerhalb und außerhalb des Rohres gleiche Füllstände
einstellen. Der Kolben wird von einer oberen Ausgangsstellung
gegen die Flüssigkeit verfahren und erreicht die Flüssigkeits
oberfläche. In der Meßvorrichtung ist dafür Sorge getragen, daß
die Flüssigkeit in dem Rohr nun nicht oder nur schwer entweichen
kann, so daß der Elektromotor eine plötzliche stark erhöhte
Stromaufnahme aufweist, wenn der Kolben gegen die nicht oder
praktisch nicht entweichende, nicht komprimierbare Flüssigkeit
drückt. Der Stromanstieg des Elektromotors wird detektiert und
der Elektromotor abgeschaltet bzw. der Kolben in seine Ausgangs
stellung zurückverfahren. Der benötigte Weg für die Verstellung
des Kolbens wird als Meßsignal für die Füllstandshöhe
ausgewertet.
Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn der Kolben als Mutter auf
einer durch den Elektromotor angetriebenen Spindel geführt ist,
insbesondere wenn der Elektromotor ein Schrittmotor ist, der mit
einem Schrittzähler verbunden ist. In diesem Fall gestaltet sich
die Auswertung der Messung sehr einfach, weil lediglich die
Zählerstände des Schrittzählers in der Ausgangsstellung und in
der Abschaltstellung verglichen und ausgewertet werden müssen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf der Spindel ein
Anschlag montiert, gegen den der Kolben in seiner oberen
Ausgangsstellung anläuft. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der
Anschlag und der Kolben zueinander zeigende Ansätze aufweisen,
die die Anschlagfunktion ausüben. Dadurch wird ein winkelgenauer
Anschlag erreicht. Zusätzlich kann zwischen dem Anschlag und dem
Kolben ein Zwischenraum verbleiben, auf dessen Höhe eine Bohrung
in der Mantelwand des Rohres - demzufolge unmittelbar unterhalb
des Anschlages - angeordnet ist. Durch diese Bohrung wird eine
Kommunikation zwischen den Lufträumen oberhalb des Kolbens und in
dem Behälter bewirkt. Außerdem kann etwaiges, auf die Oberseite
des Kolbens gelangtes Lecköl durch diese Bohrung in den Behälter
zurückfließen.
Es ist zweckmäßig, das Rohr im wesentlichen abzuschließen und die
Kommunikation mit dem Flüssigkeitsstand in dem Behälter über eine
Drosselbohrung im unteren Bereich des Rohres herzustellen.
Dadurch kann der Flüssigkeitsstand in dem Rohr den Flüssigkeits
stand des Behälters annehmen, etwaige Schwingungen werden jedoch
nicht übertragen. Die Drosselbohrung kann, wenn sie klein genug
ausgeführt ist, das Rückfließen der Flüssigkeit aus dem Rohr
unter der Einwirkung des bewegten Kolbens so stark behindern, daß
ein deutlich verwertbares Meßsignal durch die Erhöhung des
Stromes des Antriebsmotors erhalten wird. Bei einer so kleinen
Drosselbohrung entsteht allerdings auch eine erhebliche
Zeitverzögerung für das Nachfolgen des Flüssigkeitsstands in dem
Rohr gegenüber dem Flüssigkeitsstand in dem Behälter.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drosselbohrung
durch einen Schieber verschließbar. Der Schieber kann dabei ein
mit der Spindel verbundener Drehschieber sein und eine Bohrung
aufweisen, die in einer Drehstellung der Spindel mit der
Drosselbohrung des Rohrs fluchtet. In diesem Fall kann zwar beim
Auftreffen des Kolbens auf die Flüssigkeitsoberfläche in dem Rohr
über die Drosselbohrung eine offene Verbindung zum Behälter
vorhanden sein, diese Verbindung ist aber nach den nächsten
Drehschritten der Spindel geschlossen, wodurch es zu der
sofortigen Erhöhung der Stromaufnahme des Elektromotors kommt.
Der hierbei entstehende Meßfehler ist dabei auf wenige
Antriebsschritte begrenzt. Mit der auf diese Weise
verschließbaren Drosselbohrung läßt sich daher ein sehr
deutliches und präzise auswertbares Meßsignal erzeugen, da das
Rohr unterhalb des Kolbens beim Entstehen des Meßsignals
vollständig verschlossen ist.
Zur Auswertung des Meßsignals ist es zweckmäßig, einen Speicher
zur Abspeicherung des Schrittzählerstands in der Ausgangsstellung
und in der Stellung, in der die Erhöhung des Stromes des Elektro
motors detektiert worden ist, vorzusehen. Eine Auswertungs
schaltung kann dann die gespeicherten Zählerstände in eine Angabe
über die Füllstandshöhe umsetzen.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Eine elektrischer Schrittmotor 1 ist über ein Verbindungsstück 2
mit einem Rohr 3 verbunden, ist also im wesentlichen am oberen
Ende des Rohres 3 angeordnet. Die Antriebswelle des Motors 1 ist
über eine Kupplung 4 mit einer Spindel 5 verbunden, die in der
Längsachse des Rohres 3 angeordnet ist. Mit der Spindel 5 ist ein
Anschlag 6 drehfest verbunden, rotiert also mit der Spindel 5
mit.
Drehfest zum Rohr 3 ist ein Kolben 7 auf der Spindel 5 unterhalb
des Anschlages 6 gelagert, so daß durch die Drehung der Spindel 5
der Kolben relativ zur Spindel auf- bzw. abwärts wandert. Die
drehfeste Ausbildung des Kolbens 7 relativ zum Rohr 3 kann
dadurch erreicht werden, daß das Rohr 3 als Vier- oder
Mehrkantrohr ausgebildet ist. Bei einem runden Rohr 3 kann die
drehfeste Verbindung beispielsweise durch einen mit dem Kolben 7
verbundenen seitlichen Stift erfolgen, der in einer Längsnut in
der Innenwandung des Rohres 3 geführt wird. Das untere Ende des
Rohres 3 ist durch einen Boden 8 verschlossen, in dem sich eine
Bohrung E befindet. Durch das Bodenstück 8 ist ein Ende der
Spindel 5 hindurchgeführt. An dem aus dem Bodenstück 8 heraus
stehenden Stück der Spindel 5 ist ein Drehschieber 9 montiert,
der eine in einer Drehstellung der Spindel 5 mit der Bohrung E
vollständig fluchtende Bohrung F aufweist. Bei üblichen Winkel
schritten von Schrittmotoren (beispielsweise 10°) ist mehr als
ein Winkelschritt erforderlich, um den Durchgang durch die
Bohrungen E, F vollständig zu verschließen.
Der Anschlag 6 weist zwei nach unten ragende Ansätze A und der
Kolben 7 zwei nach oben ragende Ansätze B auf, die gemeinsam die
Anschlagfunktion erfüllen, wenn die sich mit der Spindel 5
mitdrehenden Ansätze A gegen die rotationsfest bezüglich der
Spindel 5 stehenden Ansätze B des Kolbens 7 anlaufen. Die
Ausgangsstellung des Kolbens 7 ist daher durch eine definierte
Drehstellung der Spindel 5 gekennzeichnet, in der die Bohrungen E
und F miteinander fluchten. In dieser Ausgangsstellung gelangt Öl
des Kurbelgehäuses durch die miteinander fluchtenden Bohrungen E,
F, von denen wenigstens eine eine definierte Drosselbohrung ist,
in das Innere des Rohres 3 und bilden dort den Flüssigkeitsstand
C aus. Durch einen entsprechenden Antrieb der Spindel 5 verfährt
nun der Kolben 7 translatorisch in Richtung auf die Oberfläche
der Flüssigkeit C. Beim Auftreffen der Kolbenunterseite auf die
Flüssigkeitsoberfläche C entsteht eine höhere Stromaufnahme des
Schrittmotors 1, die als Meßsignal detektiert wird. Ein mit dem
Schrittmotor 1 verbundener Schrittzähler gibt beim Auftreten des
Meßsignals den Zählerstand in einen Meßwertspeicher, in dem
bereits der Zählerstand für die Ausgangsstellung, in der die
Nasen A und B miteinander kontaktiert hatten, ebenfalls
abgespeichert ist. Das Abspeicherungssignal für den Zählerstand
in der Ausgangsstellung kann im übrigen in gleicher Weise
initialisiert werden, weil beim Anlaufen der Nasen A an die Nasen
B ebenfalls eine erhöhte Stromaufnahme des Schrittmotors 1
erfolgt.
Das Meßprinzip der dargestellten Meßvorrichtung ist gegen die in
einem Kolbemmotor entstehenden Umwelteinflüsse unempfindlich
und erlaubt eine zuverlässige elektronische Füllstandsmessung.
Von wesentlichem Vorteil ist, daß sich die erfindungsgemäße
Meßvorrichtung praktisch in der Form eines herkömmlichen
manuellen Ölmeßstabs ausbilden läßt, wobei die im Motor für den
Ölmeßstab vorgesehene Bohrung ggfs. etwas vergrößert werden muß.
Claims (13)
1. Meßvorrichtung für den Füllstand einer ggfs. in ihren
Eigenschaften stark variierenden Flüssigkeit in einem
Behälter, insbesondere zur Ölstandsmeßung in einem Motor,
mit einem in die Flüssigkeit eintauchenden Rohr (3), in
dem sich der Flüssigkeitsspiegel (C) wie in dem Behälter
ausbilden kann, und einem in dem Rohr (3) durch einen
Elektromotor (1) verschiebbaren Kolben (7), gekennzeichnet
durch einen Antrieb (1) des Kolbens (7) zum Verfahren des
Kolbens (7) von einer definierten Ausgangsstellung
oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (C) in Richtung auf die
Flüssigkeit, eine einen Luftausgleich zwischen den Räumen
auf beiden Seiten des Kolbens (7) erlaubende Führung des
Kolbens (7) in dem Rohr (3), eine Einrichtung zur Be- bzw.
Verhinderung des Ausweichens der Flüssigkeit vor der
Kolbenbewegung und einen Stromdetektor zur Ermittlung
einer Erhöhung des Stroms des Elektromotors (1) beim
Auftreffen des Kolbens (7) auf die Flüssigkeit.
2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben (7) als Mutter auf einer durch den
Elektromotor (1) angetriebenen Spindel (5) geführt ist.
3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Elektromotor ein Schrittmotor (1)
ist, der mit einem Schrittzähler verbunden ist.
4. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß auf der Spindel (5) ein zur Spindel
(5) drehfester Anschlag (6) montiert ist, gegen den der
Kolben (7) in seiner oberen Ausgangsstellung anläuft.
5. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anschlag (6) und der Kolben (7) zueinander
zeigende Ansätze (A, B) aufweisen, die die Anschlagfunktion
ausüben.
6. Meßvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine
unmittelbar unterhalb des Anschlags (6) angeordnete Bohrung
(D) in der Mantelwand des Rohres (3).
7. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
gekennzeichnet durch eine Drosselbohrung (E, F) im unteren
Bereich des Rohres (3).
8. Meßvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen
Schieber (9) zum Verschließen der Drosselbohrung (E, F).
9. Meßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schieber ein mit der Spindel (5) verbundener
Drehschieber (9) ist.
10. Meßvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehschieber (9) in wenigstens einer Drehstellung
der Spindel (5) eine mit der Bohrung (E) des Rohrs (3)
fluchtende Bohrung (F) aufweist.
11. Meßvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spindel (5) in der Ausgangsstellung des
Kolbens (7) eine Drehstellung einnimmt, in der die
Bohrungen (E, F) miteinander fluchten.
12. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11,
gekennzeichnet durch einen Speicher zur Abspeicherung des
Schrittzählerstandes in der Ausgangsstellung und in der
Stellung, in der die Erhöhung des Stroms des Elektromotors
(1) detektiert worden ist.
13. Meßvorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine
Auswertungsschaltung zur Umsetzung der gespeicherten
Zählerstände in einer Angabe über die Füllstandshöhe.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19914117400 DE4117400C2 (de) | 1990-06-06 | 1991-05-28 | Meßvorrichtung für die Höhe eines Füllstands |
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DE4117400C2 DE4117400C2 (de) | 1993-12-16 |
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