DE4217669A1 - Vorrichtung zur fuellstandsmessung einer fluessigkeit in einem fluessigkeitsbehaelter - Google Patents
Vorrichtung zur fuellstandsmessung einer fluessigkeit in einem fluessigkeitsbehaelterInfo
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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.
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Country Status (1)
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