KR20180072785A - 액체 레벨을 결정하기 위한 초음파 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 레벨을 결정하기 위한 초음파 센서에 관한 것이다. 상기 초음파 센서는, 외부 튜브 및 상기 외부 튜브 내에 배열되고 측정 챔버로서 작용하는 내부 튜브를 갖는 세장형 하우징, 및 베이스를 포함하고, 상기 베이스 상에 상기 하우징이 배열되고, 상기 베이스의 영역에 초음파 트랜스시버가 위치된다. 이들 3개의 부분을 조립하기 위해, 상기 초음파 센서는, 반경 방향 바깥쪽으로 연장되고 상기 하우징을 상기 베이스에 고정시키는 역할을 하는, 외부 튜브의 하부 에지를 구비한다. 상기 외부 튜브의 하부 에지는 상기 베이스 상에 배열된 적어도 하나의 후크 형상의 래칭 요소에 래칭된다. 조립 용이성 외에도, 이 래칭 연결은 또한 원주 방향으로 다른 위치에 상기 하우징을 배열할 수 있는 가능성을 제공한다.

Description

액체 레벨을 결정하기 위한 초음파 센서

본 발명은, 액체 레벨을 결정하기 위한 초음파 센서로서, 외부 튜브 및 상기 외부 튜브 내에 배열되고 측정 챔버로서 작용하는 내부 튜브를 갖는 세장형 하우징, 및 베이스를 포함하고, 상기 베이스 상에 상기 하우징이 배열되고, 상기 베이스의 영역에 초음파 트랜스시버가 위치된, 상기 초음파 센서에 관한 것이다.

이러한 유형의 초음파 센서는 알려져 있다. 알려진 센서는 3개의 부분, 즉 내부 튜브, 외부 튜브 및 대응하는 캡(cap)을 갖도록 구성된다. 이들 부품은 3개의 단계로 조립된다. 내부 튜브가 외부 튜브 내에 삽입되고, 외부 튜브가 레이저에 의해 대응하는 베이스 하우징에 용접되고, 최종 단계에서, 캡이 외부 튜브 상에 놓여지고 외부 튜브에 함께 래칭 결합된다. 레이저 용접 작업이 사용되는 이 방법에서, 외부 튜브는 레이저에 투명한 방식으로 구성될 필요가 있다. 그 결과 재료 비용이 일반적으로 상승한다.

WO 2008/009277 A1은 서두에 기술된 유형의 초음파 센서를 개시한다. 이 센서는 측정 챔버로 구성된 내부 튜브가 레벨을 측정하려고 의도된 액체를 보유하도록 기능한다. 측정 챔버 외부에서 액체는 측정 챔버 내부와 동일한 레벨을 취한다. 초음파 트랜시버에 의해 방출된 음향 신호는 소리의 전파 시간으로부터 액체 레벨을 확인하기 위해 액체의 표면에 의해 반사되고 트랜시버에 의해 수신된다.

외부 튜브와 내부 튜브 사이에는 추가적인 액체 챔버가 위치되고, 액체는 이 추가적인 챔버를 통해 측정 챔버 내로 유입되므로 이 추가적인 액체 챔버는 실제 측정 챔버로 공기 버블이 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다.

이러한 유형의 초음파 센서는 특히 자동차의 엔진 오일 레벨을 확인하는 역할을 한다.

전술한 초음파 센서를 조립하는 것에 관한 상세한 내용은 인용된 공보에는 제시되어 있지 않다.

본 발명은, 특히 조립이 용이하고 가변적으로 사용 가능한, 서두에 기술된 유형의 초음파 센서를 제공하는 목적에 기초한다.

특정 유형의 초음파 센서의 경우에, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 상기 초음파 센서가, 반경 방향 바깥쪽으로 연장되고 하우징을 베이스에 고정시키는 역할을 하는, 외부 튜브의 하부 에지를 구비하고, 상기 하부 에지는 상기 베이스 상에 배열된 적어도 하나의 후크 형상의 래칭 요소에 함께 래칭될 수 있는 것에 의해 달성된다.

본 발명은 복잡한 조치를 수행할 필요가 없이 초음파 센서를 조립하는, 쉽고 비용 효과적인 방법을 제공한다. 이를 위해, 필요한 것은 상기 외부 튜브의 상기 하부 에지가 적절히 형성되게 하는 것, 즉 상기 하부 에지가 반경 방향 바깥쪽으로 연장되게 하는 것이다. 상기 베이스 요소에는 적어도 하나의 후크 형상의 래칭 요소가 제공되고, 상기 래칭 요소에 의해 상기 외부 튜브가 두꺼워진 하부 에지를 통해 래칭 결합될 수 있다. 상기 외부 튜브가 상기 베이스에 고정될 때, 상기 두꺼워진 에지가 상기 후크 형상의 래칭 요소를 반경 방향 바깥쪽으로 밀어내도록 상기 내부 튜브가 고정된 상기 외부 튜브가 상기 베이스 상에 배열된다. 상기 에지가 상기 래칭 요소의 래칭 부분 위를 통과하면, 상기 래칭 요소는 다시 복귀되어 상기 외부 튜브가 상기 베이스에 잠겨지도록 상기 에지 위에 놓이게 된다. 반경 방향으로 힘이 가해진 결과, 상기 외부 튜브는 상기 래칭 요소로부터 다시 제거될 수 있다.

상기 적어도 하나의 후크 형상의 래칭 요소는 바람직하게는 상기 베이스로부터 상방으로 연장되는 주 부분, 및 그 선단(tip)으로부터 반경 방향 안쪽으로 및 하방으로 경사지게 연장되는 가요성 후크 부분을 구비하도록 구성된다. 상기 외부 튜브가 상기 베이스 상에 놓여지면, 상기 두꺼워진 에지는 상기 가요성 후크 부분을 반경 방향 바깥쪽으로 밀어내고 나서, 상기 가요성 후크 부분은 상기 에지 위를 통과한 후에, 다시 안쪽으로 복귀되어 상기 에지 상에 놓여 상기 에지를 잠근다.

바람직하게는, 상기 센서는 원형으로 배열된 다수의 래칭 요소를 갖고, 이 래칭 요소들 사이에 상기 외부 튜브 내로 액체 유입 개구가 배열된다. 예를 들어, 6개의 래칭 요소가 배열되고, 이들 래칭 요소는 상기 외부 튜브의 두꺼워진 하부 에지와 래칭 연결된다.

상기 외부 튜브를 상기 베이스에 고정하는 이러한 유형은 액체 유입 개구만이 2개의 래칭 요소들 사이에 배열될 때 상기 외부 튜브가 원주 방향으로 임의의 원하는 위치를 취할 수 있다는 장점을 갖는다. 따라서 상기 초음파 센서의 내부 구조에 부정적인 영향을 미침이 없이 상기 외부 튜브는 원하는 위치를 취할 때까지 회전될 수 있다. 그리하여, 상기 초음파 센서의 위치는, 예를 들어, 오일 복귀 라인과 관련하여 또는 실린더 냉각부로부터 떨어지는 오일과 관련하여, 오일 팬(oil pan) 내의 상황에 용이하게 적응될 수 있다. 원주 방향으로 상기 외부 튜브의 위치가 달라질 수 있어서, 특히 상기 측정 챔버 내로 공기 버블이 유입되는 것을 방지하는 효과가 손상되지 않는다.

그리하여, 본 발명에 따른 구성을 위하여, 상기 외부 튜브 및 상기 베이스만이 적절히 구성될 필요가 있고, 여기서 특히 상기 외부 튜브는 매우 간단한 몰딩된 부품을 형성한다. 두 부분은 서로 상하로 장착되고 서로 다시 쉽게 분리될 수 있다. 상기 외부 튜브를 상기 베이스에 고정시키기 위해, 레이저에 투명한 재료가 필요치 않다.

본 발명에 따라 구성된 초음파 센서에서, 상기 외부 튜브 및 상기 내부 튜브는 유리하게는 각각 액체 유입 개구 및 탈기(deaeration) 개구를 갖는다. 그리하여 상기 센서로 들어가는 액체는 먼저 상기 외부 튜브와 내부 튜브 사이에 형성된 챔버를 통과한 다음, 상기 내부 튜브, 즉 실제 측정 챔버로 들어가므로, 원하는 탈기가 측정 챔버 외부에서 발생하여서 거품이 형성되는 것이 방지된다.

본 발명의 개선에서, 상기 외부 튜브는 내부 면에 및/또는 상기 내부 튜브는 외부 면에, 상기 내부 튜브를 상기 외부 튜브 내에 위치시키는 역할을 하는 적어도 하나의 반경 방향 분할 벽을 갖는다. 이러한 분할 벽을 통해, 액체는 측정 챔버로 들어가기 전에 미로형 방식으로 안내되어 탈기를 더 유리하게 할 수도 있다.

특정 실시예에서, 반경 방향으로 연장되는 러그(lug)가 상기 적어도 하나의 분할 벽 상에 배열되고, 상기 러그는 상기 외부 튜브의 내부 면 또는 상기 내부 튜브의 외부 면 상의 절결부(cutout)에 맞물린다. 전술한 바와 같이, 상기 내부 튜브는 상기 외부 튜브에 고정되고, 이후 상기 외부 튜브는 상기 베이스 상에 장착된다. 이러한 고정은 예를 들어 이러한 유형의 러그를 통해 실현될 수 있다. 상기 외부 튜브와 상기 내부 튜브 사이의 이러한 클램핑 연결은 수리 또는 유지 보수를 하기 위해 장착 및 제거를 용이하게 하는데 바람직하다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 3개의 분할 벽이 상기 외부 튜브와 상기 내부 튜브 사이에 제공되고, 상기 분할 벽들은 상기 내부 튜브와 외부 튜브 사이의 환상 공간을 3개의 영역 또는 공간으로 세분한다. 이들 분할 벽은, 구체적으로 센서의 높이 위에 분포된 방식으로, 액체를 위한 대응하는 관통 개구들을 구비하여, 이에 의해 측정될 액체에 연장된 유동 경로를 형성하여 거품이 제거되는 것을 지원할 수 있다.

이들 3개의 분할 벽에서, 특히 제1 분할 벽은 상기 베이스로부터 상기 커버로 연장되고, 제2 분할 벽은 상기 베이스로부터 일정 거리에 액체 관통 개구를 갖고, 제3 분할 벽은 하부 단부에 액체 관통 개구를 갖고, 상부 단부에 탈기 개구를 갖는 것으로 제공된다. 이 경우에, 액체는 상기 외부 튜브를 통해 유입되고, 상기 제1 폐쇄된 분할 벽은 원주 방향으로 단일 흐름 방향을 지정한다. 이후, 액체는 상기 제2 분할 벽으로 가서 상기 제2 분할 벽에 제공된 개구를 통과하는데, 여기서 액체에 동반된 공기 버블이 상방으로 이동하는 것을 촉진시키기 위해 및 제2 분할 벽과 제3 분할 벽 사이의 제2 공간으로 거품이 통과하는 양을 줄이기 위해 액체 관통 개구 아래에 있는 상기 제2 분할 벽의 벽 부분은 바람직하게는 경사져 있다. 액체는 상기 제2 분할 벽을 통과하여 제3 공간으로 들어가고 상기 제3 공간으로부터 측정 챔버로 들어갈 수 있다.

그 결과, 레벨 측정이 수행되는 상기 내부 튜브 내로 공기 버블이 침투하는 것을 방지하는 역할을 하는 미로형 유동 경로가 형성된다.

또한, 상기 외부 튜브는 바람직하게는, 특수한 캡-장착 작업을 수행할 필요가 없도록, 상기 내부 튜브 위로 연장되고, 상기 외부 튜브에 일반적으로 고정되어 이와 일체형으로 구성된 커버를 갖는다.

이미 언급한 바와 같이, 상기 외부 튜브는 원주 방향으로 상이한 위치들에서 상기 베이스에 고정될 수 있다. 이 경우, 원주 방향으로 상기 외부 튜브에 특정 위치를 지정하는, 즉 자동적으로 단 하나의 위치만을 실현될 수 있는 효과를 갖는 적절한 조치가 제공될 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 하우징을 원주 방향으로 고정하기 위해, 상기 래칭 요소들 중 하나는 상기 외부 튜브의 외부 면 상에 배열된 러그와 맞물릴 수 있는 절결부를 갖는다. 물론, 임의의 래칭 요소 상의 러그를 상기 외부 튜브의 절결부와 맞물리게 하는 역전된 실시예도 실현될 수 있다.

러그와 절결부의 이렇게 결합에서 대응하는 치수들이 개별 래칭 요소들 사이의 갭보다 더 큰 방식으로 구성되면, 대응하는 러그/절결부의 결합에 의해 한정된 단 하나의 위치에서만 래칭 작업이 실현될 수 있다.

본 발명은 도면과 관련한 예시적인 실시예로서 이하의 설명에서 상세히 설명된다.

도 1은 초음파 센서의 개략 길이방향 단면도;
도 2는 도 1의 초음파 센서의 개략 수평 단면도;
도 3은 초음파 센서의 내부 튜브의 개략 전개도; 및
도 4는 외부 튜브를 베이스에 고정시키는 것을 위에서 본 개략도.

도면에 도시된 초음파 센서는 측정 챔버(17)가 내부에 형성된 내부 튜브(3), 일체로 형성된 캡(6)을 갖는 외부 튜브(2), 및 밑면에 초음파 트랜스시버(21)(개략적으로만 도시됨)가 배열된 베이스(1)를 포함한다. 본 명세서에 도시된 초음파 센서는 예를 들어 자동차의 오일 팬 내에 위치되고, 여기서 측정 챔버(17) 내 오일 및 외부 튜브(2)와 내부 튜브(3) 사이의 중간 공간 내의 오일의 레벨은 4로 표시되어 있다. 이 오일의 레벨(4)은 트랜시버(21)에 의해 초음파 전파 시간을 측정하는 것에 의해 확인되도록 의도된다.

레벨을 측정하려고 의도된 오일은 이 경우 외부 튜브를 통한 유입 개구(12)(도 1에 도시되지 않음)를 통해 외부 튜브(2)와 내부 튜브(3) 사이의 중간 공간으로 들어가고, 내부 튜브(3) 내의 측정 챔버(17)로 가는 유입 개구(7)까지 미로형 방식으로 안내된다. 또한, 측정 챔버(17)에 대한 탈기 개구(8)가 도 1에 도시되어 있다.

측정 챔버(17)로 가는 오일의 미로형 경로는 공기 버블이 측정 챔버(17) 내로 도입되어 측정 챔버 내에 거품 층이 형성되는 것을 방지하려고 의도된 것이다. 그리하여, 탈기는 이미 측정 챔버(17)로 들어가기 전에 일어나는 것으로 의도된다.

따라서, 본 명세서에 예시된 초음파 센서는 3개의 부분, 즉 베이스(1), 캡(6)을 갖는 외부 튜브(2), 및 내부 튜브(3)로 구성된다. 조립 동안, 내부 튜브(3)는 (예를 들어, 반경 방향 내부 튜브로부터 진행하는 분할 벽 상의 러그(미도시)에 의해) 분할 벽이 외부 튜브의 절결부에 맞물리는 것에 의해) 외부 튜브에 고정된다. 외부 튜브(2)와 내부 튜브(3)로 이루어진 유닛은 이 유닛이 베이스(1)에 함께 래칭되어 베이스(1)에 고정된다.

이를 위해, 외부 튜브(2)는 반경 방향 바깥쪽으로 연장된 에지(9)를 갖는다. 또한, 서로 이격되어 원으로 배열된 6개의 래칭 요소(10)가 베이스 상에 배열되고, 상기 래칭 요소(10)들은 후크 형상의 디자인을 갖고, 상방으로 연장되는 주 부분, 및 선단으로부터 하방으로 경사져 연장되는 가요성 후크 부분(11)을 갖는다. 외부 튜브(3)가 베이스(1) 상에 놓여지면, 외부 튜브(2)의 두꺼워진 하부 에지(9)는 개별 래칭 요소(10)들의 가요성 후크 부분(11)들을 반경 방향 바깥쪽으로 밀어내서 이를 따라 하방으로 슬라이딩한다. 이 에지가 가요성 부분(11) 위를 통과하면, 후크 부분(11)은 반경 방향 안쪽으로 다시 이동하여 두꺼워진 에지(9) 위에 단부 위치를 취한다. 이러한 방식으로, 외부 튜브(2)는 베이스(1)에 함께 래칭된다.

대응하는 래칭된 위치는 위에서 본 것이 도 4에 도시되어 있다. 외부 튜브가 베이스 상에 놓여질 때 외부 튜브가 원주 방향으로 단 하나의 특정 위치만을 취할 수 있기 위해, 외부 튜브(2)의 하부 에지(9)는 반경 방향으로 바깥쪽으로 돌출하는 러그(16)를 갖고, 이 러그는 래칭 요소(10)의 대응하는 절결부에 맞물린다. 이 러그(16)는 2개의 인접한 래칭 요소(10) 사이의 거리보다 더 큰 방식으로 구성되기 때문에, 외부 튜브는 이 단일 위치에서만 고정될 수 있다.

초음파 센서의 내부 구조는 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. 본 명세서에 도시된 실시예에서, 내부 튜브(3)는 3개의 반경 방향 바깥쪽을 향하는 분할 벽(13, 14, 15)을 갖고, 이들 분할 벽을 통해 내부 튜브(3)는 외부 튜브(2) 내 중심에 배열된다. 내부 튜브(3)를 외부 튜브(2)에 고정하기 위해, 여기서 하나 이상의 분할 벽이 외부 튜브의 절결부들에 맞물리는 대응하는 러그들을 가질 수 있다.

분할 벽(13, 14, 15)들을 통해 외부 튜브(2)와 내부 튜브(3) 사이에 3개의 공간(18, 19, 20)이 형성되고, 이들 공간을 통해 외부 튜브를 통해 들어오는 오일이 이동하여 유입 개구(7)를 통해 측정 챔버(17)로 도입된다. 그 결과, 측정 챔버 외부로 탈기를 보장하기 위해 오일에 미로형 경로가 형성된다.

도 3은 내부 튜브(3)의 전개도를 도시한다. 분할 벽(13)은 바닥으로부터 상부로 진행되는 것을 볼 수 있다. 분할 벽(14)은 하부 단부로부터 거리를 두고 관통 구멍(22)을 갖고, 여기서 분할 벽(14)의 하부 벽 부분은 탈기를 촉진시키기 위해 경사진 방식으로 구성된다. 제3 분할 벽(15)은 하부 단부에 관통 개구를 갖고, 상부 단부에 탈기 개구를 갖는다.

외부 튜브의 탈기 개구는 5로 표시되고, 외부 튜브로의 유입 개구는 12로 표시된다. 참조 부호 7은 내부 튜브로의 유입 개구를 나타내고, 참조 부호 8은 내부 튜브의 탈기 개구를 나타낸다.

오일은 유입 개구(12)를 통해 제1 공간(18)으로 유입되고, 분할 벽(13)이 연속적인 결과 제2 분할 벽(14)의 관통 개구(22)로 안내된다. 오일은 공간(19)으로 들어가고 분할 벽(15)의 하부 개구를 통해 공간(20) 내로 흐르고, 이 공간으로부터 유입 개구(7)를 통해 측정 챔버(17)로 유입된다. 따라서 측정 챔버(17)로 유입되는 오일은 이에 따라 탈기된다. 적절한 레벨 측정은 이제 측정 챔버(17)에서 발생할 수 있다.

초음파 센서의 유지 보수 또는 수리를 위해, 내부 튜브(3)와 외부 튜브(2)는 힘을 상방으로 가함으로써 베이스(1)로부터 분리될 수 있고, 여기서 대응하는 가요성 후크 부분(11)들은 바깥쪽으로 밀리고 나서 초기 위치로 휘어져 스냅 결합된다.

Claims (11)

1. 액체 레벨을 결정하기 위한 초음파 센서로서,
   외부 튜브 및 상기 외부 튜브 내에 배열되고 측정 챔버로서 기능하는 내부 튜브를 갖는 세장형 하우징, 및 베이스를 포함하되, 상기 베이스 상에 상기 하우징이 배열되고, 상기 베이스의 영역에 초음파 트랜시버가 위치되며, 상기 초음파 센서는, 반경 방향 바깥쪽으로 연장되고 상기 하우징을 상기 베이스(1)에 고정시키는 역할을 하는, 외부 튜브(2)의 하부 에지(9)를 구비하고, 상기 하부 에지(9)는 상기 베이스(1) 상에 배열된 적어도 하나의 후크 형상의 래칭 요소(10)에 함께 래칭되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 후크 형상의 래칭 요소(10)는 상기 베이스(1)로부터 상방으로 연장되는 주 부분, 및 선단으로부터 반경 방향 안쪽으로 및 하방으로 경사지게 연장되는 가요성 후크 부분(11)을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 원으로 배열된 다수의 래칭 요소(10)를 포함하고, 상기 래칭 요소들 사이에는 상기 외부 튜브(2) 내로 액체 유입 개구(12)가 배열된 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 튜브(2)와 상기 내부 튜브(3) 각각은 액체 유입 개구(7, 12) 및 탈기 개구(8, 5)를 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 튜브(2)는 내부 면에 및/또는 상기 내부 튜브(3)는 외부 면에, 상기 내부 튜브(3)를 상기 외부 튜브(2) 내에 위치시키는 역할을 하는 적어도 하나의 반경 방향의 분할 벽(13, 14, 15)을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
6. 제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 분할 벽(13, 14, 15) 상에 반경 방향으로 연장된 러그(lug)가 배열되고, 상기 러그는 상기 외부 튜브(2)의 내부 면 또는 상기 내부 튜브(3)의 외부 면 상의 절결부에 맞물리는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 외부 튜브(2)와 상기 내부 튜브(3) 사이에는 3개의 분할 벽(13, 14, 15)이 제공되고, 상기 분할 벽(13, 14, 15)은 상기 내부 튜브와 상기 외부 튜브 사이의 환형 공간을 3개의 공간(18, 19, 20)으로 세분하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 분할 벽(13)은 상기 베이스(1)로부터 상기 커버(6)까지 연장되고, 상기 제2 분할 벽(14)은 상기 베이스(1)로부터 거리를 두고 액체 관통 개구(22)를 갖고, 상기 제3 분할 벽(15)은 하부 단부에 액체 관통 개구를 갖고, 상부 단부에 탈기 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
9. 제8항에 있어서, 상기 액체 관통 개구(22) 아래에 있는 상기 제2 분할 벽(14)의 벽 부분이 경사져 있는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 튜브(2)는 상기 내부 튜브(3) 위로 연장되는 커버(6)를 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징을 원주 방향으로 고정하기 위해, 상기 래칭 요소(10)들 중 하나의 래칭 요소는 상기 외부 튜브(2)의 외부 면에 배열된 러그(16)가 맞물릴 수 있는 절결부를 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.

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