DE9218364U1 - Vorrichtung zur Messung des Ölstands - Google Patents
Vorrichtung zur Messung des ÖlstandsInfo
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Description
ätentanwälte
Dipl.Phys. Ulrich Twelmeier Dipl. Ing. D.Jendryssek-Neumann
Dr. phi I. nat. Rudolf Bauer -1990 Dipi. I ng. Helmut Hubbuch-1991
25.08.1992 TW/Be
DODUCO GMBH + Co. Dr. Eugen Dürrwächter, D-7530 Pforzheim
Beschreibung:
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Um im Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs den ölstand
zu messen, beispielsweise den ölstand im Verbrennungsmotor oder den ölstand im Automatikgetriebe, ist es bekannt,
einen ölmeßstab vorzusehen, der in eine Ölkammer des Antriebsaggregates eintaucht. Der ölmeßstab hat zwei
Markierungen für den maximalen und den minimalen ölstand, wobei der aktuelle ölstand dadurch ermittelt wird, dass
man den Ölmeßstab herauszieht und schaut, bis wohin er benetzt ist. Ein solcher mechanischer ölmeßstab erlaubt
keine kontinuierliche Kontrolle des ölstandes.
Westliche Karl-Friedrich-Straße 29-31·''DZoSOJifdhkeih..11IeI '(07231) 102270/90 Fax (07231) 101144 Telex 783929patma c
Es ist bekannt, eine kontinuierliche ölstandskontrolle mit
Hilfe eines mechanischen Schwimmers durchzuführen, dessen Lage durch den ölstand bestimmt und durch einen Lagesensor
gemeldet wird. Nachteilig dabei ist, dass der mechanische Schwimmer durch unvermeidliche Verunreinigungen des Öles
beeinträchtigt wird, indem sich die Verunreinigungen in der Mechanik des Schwimmers ablagern und dadurch dessen Genauigkeit
und Funktionsfähigkeit beeinträchtigen.
Es ist weiterhin bekannt, den ölstand durch einen elektrischen
Sensor in Gestalt eines beheizten Widerstandsdrahtes zu bestimmen, der in das Öl eintaucht. Bei diesem Sensor
macht man sich die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands zunutze. Der Sensor wird mit konstanter Heizleistung
beheizt und wird umso heißer, je länger der Sensorabschnitt ist, welcher nicht in das öl eintaucht. Nachteilig
dabei ist, dass schwankende öltemperaturen ebenso in das
Meßergebnis eingehen wie Änderungen der Zusammensetzung des Öls im Laufe der Betriebszeit (Alterung).
Aus der DE-OS 16 48 153 ist es bekannt, den Füllstand von dielektrischen Flüssigkeiten wie Helium oder Stickstoff
mittels einer kapazitiven Meßbrücke zu bestimmen, die mit Wechselstrom gespeist wird. Dabei liegt in einem Zweig der
Brücke ein als Kondensator ausgebildeter Meßfühler mit einer zylindrischen Innenelektrode und einer dazu koaxialen Aussenelektrode,
die durch einen dielektrischen Faden, der wendel-
förmig auf die Innenelektrode gewickelt ist, auf Abstand gehalten werden. Im Zwischenraum zwischen den beiden Elektroden
steht die Flüssigkeit bis zu der zu bestimmenden Höhe. Eine Änderung des Füllstandes ändert die Kapazität
des Kondensators und bringt die Brückenschaltung aus dem Gleichgewicht; ein etwaiges Ungleichgewicht wird aus der
Phasenverschiebung zwischen der die eine Brückendiagonale speisenden Wechselspannung und der an der anderen Brückendiagonale abgegriffenen Wechselspannung bestimmt. Dieser
bekannte kapazitive Füllstandsmesser arbeitet zufriedenstellend in Flüssigkeiten, deren dielektrische Eigenschaften
sich nicht verändern. Bei Motorölen ist das anders: Sie verändern sich durch Alterung. Ausserdem werden
bei einem Ölwechsel häufig andere ölsorten eingefüllt. Schließlich schwankt auch die Temperatur des Öls
in weiten Grenzen. All dies geht mit einer Änderung der dielektrischen Eigenschaften einher und würde eine
kapazitive Füllstandsmessung gemäss DE-OS 16 48 153 verfälschen, so dass diese für die Messung des Ölstandes
in Automobilen ungeeignet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur kapazitiven Messung des Ölstandes in Automobilen
zu schaffen, die den ölstand zuverlässiger und genauer anzuzeigen erlaubt und durch Änderungen der dielektrischen
Eigenschaften des Öls nicht verfälscht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den im
&Igr; &Ggr;:
-A-
Anspruch I angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäss sind zur Messung des ölstands zwei Sensoren
vorgesehen, von denen ein Sensor (vorliegend als "erster" Sensor bezeichnet) in einer solchen Höhe in der ölkammer angeordnet
ist, dass er auf das Unterschreiten oder überschreiten eines vorgegebenen ölstandes ansprechen kann. Der zweite Sensor
ist demgegenüber tiefer angeordnet, nämlich so tief, dass er ständig vollständig im öl liegt. Der zweite Sensor wird als
Referenzsensor verwendet, um Einflüsse wie Änderungen der Temperatur und der Zusammensetzung des Öls auszugleichen.
Beide Sensoren sind kapazitive Sensoren, deren elektrische Kapazität durch das als Dielektrikum wirkende öl beeinflußt
wird. Die beiden Sensoren sind Teil einer Wechselstrommeßbrücke, in deren einem Zweig die Kapazität C1 des ersten Sensors
und die Kapazität C0 des zweiten Sensors liegen, wohingegen
im anderen Zweig der Meßbrücke zwei bekannte Impedanzen Zn und Z0 liegen. Bei vorgegebenen Impedanzen Z1 und Z0 und
vorgegebener Signalspannung, welche an der einen Diagonale der Wechselstrombrücke eingespeist wird, hängt die an der anderen
Brückendiagonale gemessene Meßspannung nur noch vom Verhältnis der Kapazitäten C,/C0 ab. Da beide Kapazitäten vom öl derselben
Temperatur und derselben Zusammensetzung beeinflußt werden, hängt die Signalspannung in guter Näherung weder von
der öltemperatur noch von der Ölzusammensetzung ab, sondern
nur noch von der Eintauchtiefe des Kondensators, der die Kapazität C, liefert, in das öl.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung erlaubt also eine permanente
und recht genaue, von der Art, der Alterung und der Temperatur
des Öls unabhängige Messung des Ölstands.
Je nach Anforderung an die Messung kann der erste kapazitive Sensor so ausgebildet angeordnet sein, dass er nur einen
Grenzwert, vorzugsweise den unteren Grenzwert des Ölstandes detektiert; er kann aber auch so aufgebaut und angeordnet
sein, dass er eine räumlich kontinuierliche Messung des ölstandes zwischen einem vorgegebenen unteren und einem vorgegebenen
oberen Grenzwert möglich macht. Zweckmässigerweise bildet man die Sensoren deshalb so aus, dass das Öl in einen
zwischen den beiden Elektroden gebildeten Zwischenraum als Dielektrikum eindringen kann, vorzugsweise in der Weise,
dass der erste Sensor eine am unteren Ende des Kondensators liegende Öleintrittsöffnung hat, so dass bei sinkendem ölstand
in der ölkammer des Antrxebsaggregates das öl aus dem Kondensator herausfließen kann, wohingegen der zweite
Sensor vorzugsweise eine an seinem oberen Ende liegende öleintrittsöffnung hat, so dass selbst dann, wenn das öl
einmal extrem weit absinken sollte, der als Referenz dienende zweite Kondensator doch einen vollständig mit Öl gefüllten
Raum zwischen seinen beiden Elektroden hat und über den gesamten relevanten Meßbereich eine Referenz zur Verfügung
steht.
Besonders einfach und kompakt wird die Vorrichtung, wenn die beiden Sensoren unmittelbar übereinander angeordnet
sind, der erste Sensor über dem zweiten Sensor, so dass die beiden Kondensatoren eine Baueinheit bilden. In diesem
Fall können die beiden öleintrittsöffnungen zusammenfallen.
Beim ersten Sensor ist darauf zu achten, dass der Abstand der beiden Kondensatorelektroden nicht so klein ist, dass
das öl durch Kapillarwirkung zwischen die Elektroden gezogen wird bzw. zwischen den Elektroden durch Kapillarwirkung
verharrt, denn dann würde der ölstand zwischen den Elektroden nicht mit dem ölstand im Antriebsaggregat übereinstimmen.
Ein geringer Elektrodenabstand ist aber dann möglich und sogar vorteilhaft, wenn wenigstens eine der
Elektroden Löcher hat und auf ihrer Aussenseite vom öl im Antriebsaggregat benetzt ist. In diesem Fall folgt der
ölstand im Kondensator dem Ölstand im Antriebsaggregat,
aber durch den geringen Abstand zwischen den beiden Elektroden so langsam, dass durch den Fahrbetrieb verursachte
Niveauschwankungen sich nicht in gleicher Weise auf das Niveau zwischen den Kondensatorelektroden auswirken, sondern
durch eine größere Zeitkonstante, welche das Steigen und Fallen des Niveaus im Kondensator bestimmt, ausgeglichen
werden. Eine hohe Zeitkonstante für das Steigen und Fallen des Niveau's im Kondensator kann man bei nicht
so geringem Elektrodenabstand durch eine besondere Elektrodenform erzielen, beispielsweise dadurch, dass bei einem ■
zylindrischen Kondensator eine der Elektroden mit einem Gewindeprofil versehen ist, insbesondere mit einem rechteckigen
Gewindeprofil, welches das Ansteigen und Fallen des Ölniveaus im Kondensator verlangsamt. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, in der Elektrode in Umfangsrichtung verlaufende (waagerechte) Rillen vorzusehen, welche Niveauänderungen
des Öls besonders gut dämpfen können.
Ein zylindrischer Aufbau der Sensoren ist aus Gründen der Einfachheit und Robustheit besonders bevorzugt, wobei der
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— 7 —
Aufbau dann besonders kompakt und stabil wird, wenn man die beiden Sensoren in der Weise zu einer Baueinheit zusammenfaßt,
dass sie eine gemeinsame Aussenelektrode, aber elektrisch
getrennte übereinander angeordnete Innenelektroden- haben, wobei das Öl in den Ringraum zwischen Innenelektrodai und Aussenelektrode
eindringt. Einen sich über die Elektrodenlänge erstreckenden Abstandhalter zwischen den Elektroden sollten die Kondensatoren
möglichst nicht haben, denn er müßte in seinen dielektrischen Eigenschaften denen des Öls angepaßt sein, um einen
systematischen Meßfehler zu vermeiden. Günstig ist deshalb ein Sensoraufbau mit einer gemeinsamen Aussenelektrode und übereinander
angeordneten, durch einen Isolator getrennten, nicht zu dünnen Innenelektroden, wobei die Elektroden unten an einem gemeinsamen Fußteil befestigt sind und von diesem frei nach oben
ragen. Eine solche Baueinheit aus zwei Sensoren wird vorzugsweise am Boden der ölkammer angeordnet, mit dem zweiten Sensor
zuunterst, wobei die Schaltungen zur Speisung der Brücke und zur meßtechnischen Aufbereitung des Meßsignals am besten
in einem Gehäuse am Fuß des zweiten Sensors angeordnet sind, so dass parasitäre Zuleitungskapazitäten minimal gehalten werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der beigefügten Zeichnung dargestellt.
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Figur 1 zeigt die Anordnung der beiden Sensoren auf dem Boden der Ölkammer eines Antriebsaggregates,
Figur 2 zeigt als Detail eine abgewandelte Elektroden-0 form, und
Figur 3 zeigt ein Ersatzschaltbild der Sensoranordnung.
•·
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Figur 1 zeigt eine auf dem Boden 1 einer ölkammer eines Antriebsaggregates,
beispielsweise auf dem Boden einer ölwanne angeordnete Sensoreinheit bestehend aus einem Gehäuse 2 am
Fuß der Sensoreinheit und zwei hierauf übereinander angeordneten kapazitiven Sensoren 3 und 4, bei denen es sich um
zylindrische Kondensatoren mit einer gemeinsamen Aussenelektrode 5 handelt. Die beiden übereinander angeordneten Innenelektroden
6 und 7 sind durch einen Isolator 8 miteinander verbunden.
Die Sensoranordnung ist an der Unterseite durch das Gehäuse 2 verschlossen und am gegenüberliegenden oberen Ende offen,
sodass von dort öl in den von Abstandhaltern freien Ringraum 9 eindringen kann, und in der Höhe des Isolators 8
befindet sich eine weitere öleintrittsöffnung 10, so dass
das Niveau 11 des Öls auch nach einem Absinken des Ölstandes in der ölkammer innerhalb und ausserhalb des Ringraums 9
gleich ist, solange der ölstand in der Ölkammer nicht unter
die Eintrittsöffnung 10 absinkt. Auf diese Weise ist sichergestellt,
dass der Sensor 4 stets bis zum Rand gefüllt ist.
Vom Gehäuse 2 führt durch eine abgedichtete öffnung 12 ein
elektrisches Kabel 13 zu einer im Fahrzeug untergebrachten Auswerteelektronik 14. Im Gehäuse 2 befindet sich eine nicht
näher dargestellte Elektronik zur Meßsignalaufbereitung.
Die Elektronik zur Meßsignalaufbereitung wertet die Meßspannung einer Wechselstrommeßbrücke aus, wie sie in
Figur 3 dargestellt ist. Die Wechselstrommeßbrücke hat in ihrem einen Zweig eine bekannte Impedanz _Z- und die Kapazität
C. des ersten Sensors-3 mnd in ihrem anderen Zweig eine bekannte
Impedanz _Zp und die Kapazität C^ des zweiten Sensors
Die Endpunkte der einen Brückendiagonale sind mit einer Wechselstromquelle verbunden, die eine Wechselspannung
mit gleichbleibender Amplitude tJ . , liefert. An den Endpunkten der anderen Brückendiagonale wird eine Meß-Spannung
abgegriffen, deren Amplitude ü_ vom Niveau 11 des Öls im ersten Sensor 3 abhängt. Die Höhe der Meßspannung
ist unabhängig von der Temperatur und Zusammensetzung des Öls, weil deren Einfluß durch den ständig mit öl gefüllten
Referenzsensor 4 kompensiert wird. Schwankungen des ölstandes durch den Fahrbetrieb können beispielsweise durch
die in Figur 2 dargestellte Elektrodengeometrie gedämpft werden, bei welcher die Innenelektrode 6a zylindrisch ist
und die Aussenelektrode 5a ein Rechteck-Gewindeprofil mit geringer Steigung hat.
Der in Figur 1 dargestellte Sensor kann typisch so dimensioniert werden:
Innendurchmesser der Aussenelektrode 5 : 40 mm
Aussendurchmesser der Innenelektroden 6 und 7: 38 mm
Länge der Innenelektrode 6 : 35 mm
Länge der Innenelektrode 7 : 60 mm
Damit kann die in Figur 3 dargestellte Schaltung typisch wie folgt dimensioniert werden:
Z1 = 5,1 kil
Z^2 = &iacgr;&ogr; kCl
ü . , 5 V
—signal
Signal-Frequenz = 100 kHz
Der dargestellte Sensor kann jeden ölstand zwischen der
öleintrittsöffnung 10 und dem oberen Ende des ersten Sensors
3 anzeigen. Das an der Brückenschaltung im Diagonalabgriff gewonnene Meßsignal U wird nach Auswertung
der Amplituden und/oder Phaseninformation in ein ölstandsmoduliertes Ausgangssignal aufbereitet, z.B. in ein pulsbreitenmoduliertes
Signal umgewandelt, das dann einer weiteren Auswerteelektronik zugeführt und angezeigt werden
kann. Die Anzeige kann in an sich bekannter Weise mit einem Zeigerinstrument erfolgen, vorteilhafterweise
auch mit einer senkrechten Reihe von Leuchtdioden, wobei der Normalbereich zwischen einem oberen und einem unteren
Grenzwert zweckmässigerweise durch grüne Leuchtdioden symbolisiert wird, der Gefahrbereich für zu hohen oder
zu tiefen ölstand durch rote Leuchtdioden.
Claims (11)
1. Vorrichtung zur Messung des ölstands in einer ölkammer
eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs mit einem
in der ölkammer angeordneten elektrischen Sensor, der wenigstens
auf einen Grenzwert des ölstandes anspricht und das Unterschreiten bzw. Überschreiten des Grenzwertes meldet,
dadurch gekennzeichnet, dass an einer unterhalb des unteren Grenzwertes des ölstandes gelegenen Stelle in der Ölkammer
(1) ein zweiter elektrischer, auf die Anwesenheit von öl ansprechender
Sensor (4) vorgesehen ist, 10
dass beide Sensoren (3, 4) kapazitive Sensoren sind,
und dass eine Wechselstrommeßbrücke vorgesehen ist, in deren einem Zweig die Kapazität C1 des ersten Sensors (3) und die
Kapazität C? des zweiten Sensors (4) liegen, wohingegen
im anderen Zweig der Brücke zwei bekannte Impedanzen _Z., und
Z^ liegen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Sensoren (3, 4) Kondensatoren sind, deren zwischen den beiden Elektroden (5, 6; 5, 7) des jeweiligen Kondensators
gebildeter Raum (9) für das Eindringen von Öl offen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Sensor (3) eine am unteren Ende des Kondensators liegende öleintrittsöffnung (10) und der zweite
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Sensor (4) eine an seinem oberen Ende liegende öleintrittsöffnung (10) hat.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden öleintrittsöffnungen (10) zusammenfallen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass eine der Kondensatorelektroden enge Löcher hat.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kondensatoren eine Innenelektrode (6, 7), eine Aussenelektrode (5) und dazwischen
einen Ringraum (9) haben.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Kondensatoren zylindrisch sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn
zeichnet, dass die beiden Kondensatoren (3, 4) eine gemeinsame Aussenelektrode (5) haben.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, dass eine der Elektroden (5a) ein Gewindeprofil
hat.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die beiden Kondensatoren (3, 4)
übereinander angeordnet sind, eine mechanische Baueinheit
bilden und ein gemeinsames Fußteil (2) haben, an welchem die
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Elektroden {5, 6, 7) befestigt sind und ohne weiteren
Abstandhalter zwischen Aussen- und Innenelektroden (5, 6, 7) nach oben ragen.
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch, gekennzeichnet, dass die Schaltungen zur
Speisung der Brücke und zur meßtechnischen Aufbereitung
des Meßsignals am Fuß (2) des zweiten Sensors (4) angeordnet sind.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE9218364U DE9218364U1 (de) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | Vorrichtung zur Messung des Ölstands |
Applications Claiming Priority (2)
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| DE9218364U DE9218364U1 (de) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | Vorrichtung zur Messung des Ölstands |
| DE4229191 | 1992-09-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9218364U1 true DE9218364U1 (de) | 1994-01-27 |
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ID=25918132
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| DE9218364U Expired - Lifetime DE9218364U1 (de) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | Vorrichtung zur Messung des Ölstands |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9218364U1 (de) |
Cited By (4)
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1992
- 1992-09-02 DE DE9218364U patent/DE9218364U1/de not_active Expired - Lifetime
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