DE4217669A1 - Vorrichtung zur fuellstandsmessung einer fluessigkeit in einem fluessigkeitsbehaelter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung einer Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter gemäß des Ober­ begriffs des Patentanspruches 1.

Ein Vorrichtung der gattungsgemäßen Bauart ist aus der DE-OS 28 44 889 bekannt. Der hierbei verwandte Tauchrohrgeber besitzt dabei eine Meßeinrichtung zur Füllstandsmessung in Form eines Schiebewiderstandes, dessen Träger die Führung einerseits und der Schwimmerkörper andererseits bildet. Durch die Gleitbewe­ gung des Schwimmerkörpers entlang der Führung bei sich ändern­ dem Füllstand, welche in Flüssigkeitsbehältern von bewegten Kraftfahrzeugen besonders stark ist, ist die Meßeinrichtung jedoch Reibverschleiß unterworfen, was zu deren Ausfall führt.

Desweiteren können die mit der Flüssigkeit in Berührung kommen­ den Schleifkontakte des Schiebewiderstands bei Flüssigkeiten mit chemisch aggressiven oder abrasiven Eigenschaften zerstört werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß ein Verschleiß der Meßeinrichtung infolge der Bewegung des Schwimmerkörpers ver­ mieden und eine Zerstörung durch die Einwirkung von chemisch aggressiven oder abrasiven Flüssigkeiten verhindert wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Dabei wird der Füllstand im Flüssigkeitsbehälter mittels eines Lichtstrahles gemessen, der von einer Lichtquelle emittiert und auf die Flüssigkeitsoberfläche gerichteten ist und der an die­ ser auf einen optischen Empfänger reflektiert wird. Dieser wirkt mit einem elektronischen Steuergerät zusammen, das aus einer von der Füllstandshöhe abhängigen Auftreffstelle des re­ flektierten Lichtstrahls am optischen Empfänger ein der jewei­ ligen Füllstandshöhe entsprechendes Signal ermittelt.

Durch die berührungslose Messung des Füllstandes wird ein Ver­ schleiß der Meßeinrichtung infolge der Bewegung des Schwimmer­ körpers vermieden und eine Zerstörung durch die Einwirkung von chemisch aggressiven oder abrasiven Flüssigkeiten verhindert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach An­ spruch 2 besteht der optische Empfänger aus einer Meßleiste mit dicht nebeneinander angeordneten Photozellen, wodurch eine gute Auflösung der Auftreffstelle des Lichtstrahles erzielt wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 3 schwimmt an der Flüssigkeitsoberfläche ein geführter Reflexi­ onskörper mit einer der Lichtquelle zugewandten Reflexionsflä­ che, an der der einfallende Strahl reflektiert.

Durch die Ausbildung eines starren reflektierenden Körpers wird eine von der Oberflächenbewegung der Flüssigkeit unbeeinfluß­ bare Reflexionsfläche für den emittierten Strahl geschaffen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 4 reflektiert die Flüssigkeitsoberfläche den Lichtstrahl. Dabei wird eine Minimierrung der Teileanzahl und somit sehr einfach auszubildende Meßeinrichtung erreicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 5 emittiert die Lichtquelle einen zu einer Führung des Reflexi­ onskörpers parallel verlaufenden Lichtstrahl.

Entgegen der Emission eines schräg verlaufenden Strahles, bei dem je nach Abstrahlwinkel der Reflexionskörper bei einem be­ stimmten Füllstand außerhalb des Lichtstrahls liegen kann, so daß nur durch Vergrößerung der Reflexionsfläche eine Reflexion des Lichtstrahles wieder erzielbar ist, wird bei einem parallel zur Führungsachse verlaufenden Lichtstrahl eine Abhängigkeit der Abmessungen der Reflexionsfläche und somit des gesamten Reflexionskörpers vom Abstrahlwinkel vermieden.

Desweiteren ist die Reflexionsfläche des Reflexionskörpers ro­ tationssymmetrisch zur Führungsachse ausgebildet, wodurch bei einer Drehung des Reflexionskörpers um die Führungsachse die Richtung des reflektierten Strahles unverändert bleibt. Dabei ist im Auftreffbereich des Lichtstrahles auf dem Reflexionskör­ per die Richtung der Flächennormalen von der Richtung der Ver­ tikalen verschieden, so daß beim Strahlverlauf keine Reflexion in sich selbst auftreten kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 6 besteht die Führung aus einem Rohr, in das die Lichtquelle mit seiner Abstrahlöffnung hineinweist und in dem der Reflexions­ korper aufgenommen ist, wobei das Rohr am behälterbodennahen Ende eine Durchtrittsöffnung für die Flüssigkeit besitzt.

Das Rohr bildet einerseits einen Beruhigungsraum für die im umgebenden Behälter während des Fahrbetriebes herumschwappende Flüssigkeit so daß die Bewegung des schwimmenden Reflexions­ körpers weitgehend von der Bewegung der Flüssigkeit unbeein­ flußt ist.

Andererseits bietet das Rohr der Reflexionsfläche des Reflexi­ onskörpers Schutz vor einer Beaufschlagung mit Flüssigkeit, wodurch eine Unterbrechung des Strahlenganges vermieden wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 8 besteht die Führung aus einem Stab, der vom Reflexionskörper mit geringem Spiel umgeben ist.

Dadurch wird ein Verkippen des Reflexionskörper und somit Ab­ weichungen von der dem eigentlichen Füllstand entsprechenden Auftreffstelle des Lichtstrahls auf der Meßleiste und eine da­ mit verbundene Verfälschung des ermittelten Füllstandsignals im wesentlichen verhindert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 9 ist die Meßleiste im Verlauf der Behälterdecke derart angeord­ net ist, daß der vom Lichtstrahl an der Behälterdecke über­ streichbare Bereich vollständig von der Meßleiste überdeckt ist.

Durch die Anordnung der Meßleiste im Verlauf der Behälterdecke wird das den Füllstand erfassende Element der Meßeinrichtung aus dem Innenraum des Flüssigkeitsbehälters nach außen verla­ gert, wodurch die Montage der Meßeinrichtung einerseits wesent­ lich erleichtert wird. Andererseits wird hinsichtlich der voll­ ständigen Überdeckung eine Erfassung jedes möglichen Füllstands erreicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung nach Anspruch 10 ist die Meßleiste längs des Rohres angeordnet, wobei der an seiner Innenwandung vom Lichtstrahl überstreichbare Bereich vollstän­ dig von der Meßleiste überdeckt ist.

Durch diese Anordnung wird die Sensibilität des Lichtstrahles hinsichtlich seiner Auftreffstelle auf der Meßleiste und damit der Füllstandsmessung gegenüber einer Taumelbewegung des Re­ flexionskörpers, die Abweichungen von der dem momentanen Füll­ stand entsprechenden Auftreffstelle zur Folge hat, wesentlich verringert.

In der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung sind zwei Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung für einen Flüssigkeits­ behälter in einer schematischen Schnittdarstellung mit einem in einem Rohr geführten Reflexionskörper in drei ausgewählten Füllstandshöhen und mit dem jeweils zugehörigen Strahlengang,

Fig. 2 einen Ausschnitt der Vorrichtung aus Fig. 1 mit einem an einem Stab geführten Reflexionskörper.

In Fig. 1 ist ein Flüssigkeitsbehälter 1 dargestellt, der eine Flüssigkeit 2 enthält, die vorzugsweise einem Betriebsstoff eines Kraftfahrzeuges entspricht.

Im Behälter 1 ist ein Rohr 3 angeordnet, welches an dessen Dek­ ke 4 befestigt ist und sich bis nahe zum Behälterboden 5 er­ streckt. Das Rohr 3 ist an seinem dem Boden 5 zugewandten Ende 6 bis auf eine Durchtrittsöffnung 7, über die es mit dem Behäl­ ter 1 bezüglich seines Flüssigkeitsstandes kommuniziert, ge­ schlossen.

Im Rohr 3 ist ein als stumpfer Kegel ausgebildeter Reflexions­ körper 8 aufgenommen, dessen Kegelspitze 9 zur Behälterdecke 4 weist und an der Oberfläche 10 der Flüssigkeit 2 schwimmt. Der Reflexionskörper 8 wird dabei vom Rohr 3 geführt.

Der Schwerpunkt des Reflexionskörpers 8 liegt unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche 10, wodurch eine Schaukelbewegung des Körpers 8 infolge der Bewegung der Flüssigkeit 2 verringert wird.

Der der Behälterdecke 4 zugewandte Kegelmantel des Reflexions­ körpers 8 bildet eine Reflexionsfläche 11.

In der Behälterdecke 4 ist eine Lichtquelle 12 angeordnet, de­ ren Abstrahlöffnung 13 in das Rohr 3 weist. Im Fahrbetrieb emittiert die Lichtquelle 12, welche beispielsweise als Laser ausgestaltet ist, einen Lichtstrahl 14, der parallel zur Rohr­ achse verläuft und auf die Reflexionsfläche 11 des Reflexions­ körpers 8 trifft.

Von dieser wird der Strahl 14 zur Decke 4 reflektiert, wobei seitlich am Rohr 3 ein sich über die gesamte Rohrlänge erstrek­ kender Schlitz 15 zum Durchtritt des Lichtstrahles 14 ausgebil­ det ist.

An der Decke 4 wird der Lichtstrahl 14 von einer dort einge­ lassenen Meßleiste 16 aus dicht nebeneinander liegenden Photo­ zellen 17 aufgenommen. Die Meßleiste 16 schließt sich dabei unmittelbar an die Lichtquelle 12 an, wobei sie den vom Licht­ strahl 14 überstreichbaren Bereich an der Decke 4 vollständig überdeckt.

Der vom Lichtstrahl 14 überstreichbare Bereich entspricht bei ebener Anordnung der Meßleiste 16 in der Behälterdecke 4 der Differenz zwischen einer minimalen Füllstandshöhe I und einer maximalen Füllstandshöhe II multipliziert mit dem Tangens eines Reflexionswinkels α. Mit sich änderndem Füllstand verschiebt sich der vom Reflexionskörper 8 reflektierte Strahl parallel, so daß nach einer erstmaligen Nullpunktseichung in einfacher Weise die jeweilige Auftreffstelle auf die entsprechende Füll­ standshöhe umgerechnet werden kann.

Dabei kann durch Auslegung des Öffnungswinkels des kegelförmi­ gen Reflexionskörpers 8 der Reflexionswinkel α und damit der vom Lichtstrahl zur vollständigen Erfassung des Füllstandes zu uberstreichende Bereich optimal an die Behälterabmessungen an­ gepaßt werden.

An der Auftreffstelle des Lichtstrahles 14 wird von der jewei­ lig beaufschlagten Photozelle 17 ein elektrisches Signal aus­ gelöst, welches über eine Verbindungsleitung 18 einem elektro­ nischen Steuergerät 19 übermittelt wird.

Das Steuergerät 19 berechnet dann mittels des aufgrund der von der Füllstandshöhe abhängigen Auftreffstelle ebenfalls von ei­ ner momentanen Füllstandshöhe III abhängigen Signals die diesem entsprechende Füllstandshöhe innerhalb des Behälters 1 und gibt diese zur Anzeige.

Die Photozellen 17 besitzen dabei eine geringe räumliche Aus­ dehnung, so daß eine hohe Auflösung der Auftreffstelle des Lichtstrahles und somit eine exakte Bestimmung der Füllstands­ höhe gewährleistet ist.

Die Anbringung der Meßleiste kann auch längs des Rohres 3 an seiner Innenwandung 20 erfolgen, wobei der vom Lichtstrahl 14 überstreichbare Bereich am Rohr 3 von der Meßleiste 16 voll­ ständig überdeckt wird.

In Fig. 2 weist abweichend zu Fig. 1 der konische Reflexions­ körper 8 eine zentrische Durchführung 21 auf, die von einem von der Behälterdecke 4 bis zum Behälterboden 5 sich erstreckenden Stab 22 durchragt wird. Der Reflexionskörper 8 ist dabei am Stab 22 mit engem Spiel geführt.

Im übrigen kann der Reflexionskörper 8 in Fig. 1 und Fig. 2 auch als Kugel ausgebildet sein.

Im Rahmen der Erfindung ist es desweiteren denkbar, den Licht­ strahl 14 von der Flüssigkeitsoberfläche 10 selbst oder von einem geführten Reflexionskörper 8 mit eben ausgebildeter Re­ flexionsfläche 11 reflektieren zu lassen. Zur Funktionsfähig­ keit der Vorrichtung ist dazu der Lichtstrahl 14 von der Licht­ quelle 12 schräg auf die Reflexionsfläche 11 bzw. auf die Flüs­ sigkeitsoberfläche 10, gerichtet.

Der Verlauf des Lichtstrahles bis zum Auftreffen auf der Flüs­ sigkeitsoberfläche 10 erfolgt dabei innerhalb des Rohres 3, welches als Beruhigungsraum und somit zur Bildung einer mög­ lichst ebenen glatten Reflexionsfläche 11 entgegen der im Fahr­ betrieb stark bewegten Flüssigkeitsoberfläche dient.

Der Einfall des Lichtstrahles 14 verläuft höchstens unter einem Winkel, unter dem der Lichtstrahl bei einem minimalen Füllstand unmittelbar vor der Innenwandung 20 des Rohres 3 auf die Re­ flexionsfläche 11 trifft.

Der Verlauf des Lichtstrahles 14 ist dabei äquivalent zu dem eines im Rohr 3 geführten ebenen Reflexionskörpers 8, der bei­ spielsweise als Scheibe ausgebildet sein kann.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Füllstandsmessung einer Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter, insbesondere Betriebsstoffbehälter eines Kraftfahrzeuges, mit einer Meßeinrichtung, welche in Abhängig­ keit von der momentanen Füllstandshöhe der Flüssigkeit ein elektrisches Signal erzeugt, gekennzeichnet durch eine einen auf die Flüssigkeitsoberfläche (10) gerichteten Lichtstrahl (14) emittierenden Lichtquelle (12) und einen den an der Flüssigkeitsoberfläche (10) reflek­ tierten Lichtstrahl (12) aufnehmenden optischen Empfänger (16), der mit einem elektronischen Steuergerät (19) zusammenwirkt, das aus einer von der Füllstandshöhe abhängigen Auftreffstelle des reflektierten Lichtstrahls (14) am optischen Empfänger (16) ein der jeweiligen Füllstandshöhe entsprechendes Signal ermit­ telt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Empfänger aus einer Meßleiste (16) mit dicht nebeneinander angeordneten Photozellen (17) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Flüssigkeitsoberfläche (10) ein geführter Reflexi­ onskörper (8) mit einer der Lichtquelle (12) zugewandten Re­ flexionsfläche (11) schwimmt, an der der einfallende Strahl (14) reflektiert.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsoberfläche (10) den Lichtstrahl (14) re­ flektiert.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (12) einen zu einer Führung (3, 22) des Re­ flexionskörpers (8) parallel verlaufenden Lichtstrahl (14) emittiert, und daß die Reflexionsfläche (11) des Reflexions­ körpers (8) rotationssymmetrisch zur Führungsachse ausgebildet ist, wobei im Auftreffbereich des Lichtstrahles (14) die Rich­ tung der Flächennormalen von der Richtung der Vertikalen ver­ schieden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung aus einem Rohr (3) besteht, in das die Licht­ quelle (12) mit ihrer Abstrahlöffnung (13) hineinweist und in dem der Reflexionskörper (8) aufgenommen ist, wobei das Rohr (3) am behälterbodennahen Ende (6) eine Durchtrittsöffnung (7) für die Flüssigkeit (2) besitzt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich am Rohr (3) ein sich über die Rohrlänge erstrek­ kender Schlitz (15) zum Durchtritt des reflektierten Licht­ strahles (14) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung aus einem Stab (22) besteht, der vom Reflexi­ onskörper (8) mit geringem Spiel umgeben ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßleiste (16) im Verlauf der Behälterdecke (4) derart angeordnet ist, daß der vom Lichtstrahl (14) an der Behälter­ decke (4) überstreichbare Bereich vollständig von der Meßleiste (16) überdeckt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßleiste (16) längs des Rohres (3) angeordnet ist, wobei der an seiner Innenwandung (20) vom Lichtstrahl (14) überstreichbare Bereich vollständig von der Meßleiste (16) überdeckt ist.