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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter mit einem Ultraschallsensor, der auf einem Bodenelement angeordnet ist, wobei dem Ultraschallsensor ein Dämpfungsbecher mit einem Messrohr zugeordnet ist.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Messung eines Füllstands einer Flüssigkeit ist beispielsweise aus der
DE 10 2014 009 543 A1 bekannt. Es handelt sich dabei insbesondere um einen Behälter zur Aufnahme von Motoröl. Diese werden insbesondere in Kraftfahrzeugen benötigt. Um den Ölstand in dem Behälter zu ermitteln, werden vom Boden der Vorrichtung Ultraschallwellen ausgesandt, die an der Grenzfläche des Öl zur darüber liegenden Luft reflektiert und vom Ultraschallsensor wieder empfangen werden. Aus der erfassten Laufzeit der Ultraschallwellen kann dann der Füllstand in dem Behälter ermittelt werden. Bei einem im Betrieb befindlichen Motor, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, ist der Füllstand des Öls jedoch nur schwer bis gar nicht zu ermitteln, da das Öl stark verschäumt ist und die Schallwellen an Gasbläschen reflektiert werden. Die detektierten Werte streuen daher sehr stark. Um eine auswertbare Messung vornehmen zu können, wird eine eindeutige Grenzfläche zwischen den Medien Gas und Öl benötigt. Um dies zu erreichen sind den Ultraschallsensoren sogenannte Dämpfungsbecher zugeordnet. Innerhalb dieser Dämpfungsbecher, welche die Messstrecke des Ultraschallsensors umhüllen, ist die zu messende Flüssigkeit beruhigt und nur durch eine kleine Öffnung des Dämpfungsbechers zum Behälter mit diesem verbunden. Durch die kleine Öffnung des Dämpfungsbechers zum Behälter gelangen weniger Gasblasen in den Dämpfungsbecher. Der Füllstand im Dämpfungsbecher entspricht dabei dem Füllstand außerhalb des Dämpfungsbechers, verzögert dabei jedoch Schwankungen, die zum Beispiel durch Beschleunigungen oder Kurvenfahrten erzeugt werden. Dem Dämpfungsbecher ist typischerweise auch eine Vorkammer zugeordnet, die dazu dient, die zu messende Flüssigkeit, insbesondere verschäumtes Öl, zu Entgasen, so dass in der Messstrecke des Dämpfungsbechers eine entgaste Flüssigkeit entsteht, die relativ blasenfrei ist. Die Dämpfungsbecher sind typischerweise aus Kunststoff, meist aus mehreren Teilelementen aufgebaut, die miteinander verschweißt, verrastet oder verklebt sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die besonders einfach aufgebaut und besonders einfach montierbar ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Bei einer Vorrichtung zum Messen eines Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter mit einem Ultraschallsensor, der auf einem Bodenelement angeordnet ist, wobei dem Ultraschallsensor ein Dämpfungsbecher mit einem Messrohr zugeordnet ist, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass der Dämpfungsbecher ein Außengehäuse und ein Innengehäuse aufweist, dass das Innengehäuse das Messrohr aufweist, dass entweder das Innengehäuse nach außen vorstehende Kontaktelemente aufweist, die auf der Innenseite des Außengehäuses anliegen oder dass das Außengehäuse nach innen vorstehende Kontaktelemente aufweist, die auf der Außenseite des Innengehäuses anliegen, dass das Außengehäuse zur steckbaren Aufnahme des Innengehäuses vorgesehen und ausgebildet ist und dass zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse ein Kanal gebildet ist. Mit einer solchen Vorrichtung kann der Dämpfungsbecher besonders einfach aufgebaut werden. Der Dämpfungsbecher weist nur zwei Teile, nämlich das Innengehäuse und das Außengehäuse auf. Diese beiden Teile werden nur noch ineinander gesteckt. Die gesamte Vorrichtung weist insgesamt drei Baugruppen auf, nämlich den Dämpfungsbecher mit zwei Teilen und das Bodenelement, das auch den Ultraschallsensor aufweist. Der Dämpfungsbecher ist mit dem Bodenelement verschweißt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Innengehäuse im unteren Bereich eine Vorkammer auf. Das Innengehäuse ist dabei ein einstückiges Element. Bevorzugt ist dieses ein Kunststoffelement, bevorzugt ein Kunststoff-Spritzgussteil. Die Vorkammer weist eine Einlassöffnung mit ein oder mehreren Ringen auf, durch die sich die Flüssigkeit, insbesondere das Öl, hindurch bewegen muss, dabei ausgast, und dann durch eine Öffnung in das Messrohr eintritt. Oberhalb der Vorkammer ist am Innengehäuse ein vorstehender Rand angeordnet, der im gesteckten Zustand abdichtend an entsprechenden Gegenflächen im Außengehäuse anliegt und auf diese Weise die Vorkammer nach oben abschließt. Der vorstehende Rand ist dabei in einem Bereich unterbrochen, so dass dort ein Kanal freibleibt, durch den eintretender Ölschaum in den Kanal zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse nach oben durchtreten und in einer Entlüftungsöffnung des Außengehäuses austreten kann.
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Auch das Außengehäuse ist bevorzugt ein einstückiges Element. Dieses ist bevorzugt aus Kunststoff hergestellt und bevorzugt ein Kunststoff-Spritzgussteil.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist das Außengehäuse im oberen Bereich eine Entlüftungsöffnung auf. Durch diese wird einerseits der Kanal zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse nach oben geöffnet, so dass unten eintretender Ölschaum dort direkt austreten kann. Weiterhin besteht zu dieser Entlüftungsöffnung des Außengehäuses eine Verbindung zu einer oberen Entlüftungsöffnung des Messrohres, so dass ein Druckausgleich über die Entlüftungsöffnung im Außengehäuse erfolgen kann. Bevorzugt sind die Entlüftungsöffnung des Messrohres und die Entlüftungsöffnung des Außengehäuses versetzt zueinander, insbesondere um 180° versetzt zueinander, angeordnet, so dass ein direkter Übertritt von eventuell durch die Entlüftungsöffnung des Außengehäuse eintretendem Ölschaum in die Entlüftungsöffnung des Messrohres verhindert ist.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ragt das Innengehäuse im gesteckten Zustand nach unten über das Außengehäuse hinaus. Dies erleichtert die Steckmontage des Innengehäuses im Außengehäuse und auch die Justierung und Verbindung der unteren Ränder des Außengehäuses und des Innengehäuses mit dem Bodenelement. Die unteren Bereiche des Innengehäuses und des Außengehäuse sind bevorzugt mit dem Bodenelement verschweißt. Dazu sind die unteren Endbereiche des Innengehäuses und des Außengehäuses und/oder die entsprechenden Gegenflächen am Bodenelement angeschrägt ausgebildet. Dadurch sind die aneinanderanliegenden Flächen vergrößert, so dass sich eine größere Kontaktfläche ergibt, an der eine Schweißverbindung leichter und zuverlässiger herstellbar ist. Auch die Justierung ist dadurch vereinfacht, da die schräg aufeinander liegenden Flächen zu einer Selbstjustierung beitragen. Dabei ist bevorzugt der untere Endbereich des Außengehäuses stärker angeschrägt als der untere Endbereich des Innengehäuses. Da zusätzlich das Außengehäuse insgesamt kürzer ist als das Innengehäuse und die entsprechende korrespondierende Außenwand des Flansches im Außenbereich zur Kontaktierung des Außengehäuses höher ist als die Kontaktbereiche für das Innengehäuse, ergibt sich also ein erster Kontakt im unteren Endbereich des Außengehäuses mit den langen Schrägen und Kontaktwinkeln oder Schrägungswinkeln in der Größenordnung von 10° bis 20°. Erst etwas später erfolgt dann der Kontakt des Innengehäuses mit den zugeordneten Schrägen, die im Vergleich zu den Schrägen im Kontaktbereich des Außengehäuses wesentlich steilere und kürzere Schrägen haben, etwa in der Größenordnung von 40° bis 50°. Dadurch wird eine zuverlässige und gesicherte Montage erreicht.
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Das Bodenelement ist bevorzugt als Flansch ausgebildet. Dieser Flansch ist von unten in eine Ölwanne oder ein anderes Behältnis montierbar, insbesondere einschraubbar. Auf dem Flansch ist der Ultraschallsensor montiert, der nach oben in den Dämpfungsbecher ausgerichtet ist. Insgesamt ist die Vorrichtung daher bevorzugt aus nur drei Baugruppen aufgebaut, nämlich dem Außengehäuse, dem Innengehäuse und dem Flansch.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich die vorstehenden Kontaktbereiche über mehr als die Hälfte der Höhe des Dämpfungsbechers. Dadurch ist eine besonders sichere und zuverlässig steckbare Verbindung zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse gegeben. Besonders bevorzugt beginnen die vorstehenden Kontaktbereiche oberhalb der Vorkammer und schließen sich unmittelbar an diese an. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die vorstehenden Kontaktbereiche als Stege ausgebildet, die auf dem Innengehäuse angeordnet sind und in entsprechend angepassten Nuten auf der Innenseite des Außengehäuses geführt sind. Die vorstehenden Kontaktbereiche erstrecken sich dabei günstigerweise vertikal, so dass diese beim Steckvorgang in den entsprechenden korrespondierenden Nuten geführt sind.
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Im oberen Bereich verbleibt ein freier Raum, der nicht durch die vorstehenden Kontaktbereiche belegt ist, so dass ein freier Zugang zwischen den Entlüftungsöffnungen des Innengehäuses und des Außengehäuses gegeben ist. Bevorzugt sind im Querschnitt gesehen mindestens drei vorstehende Kontaktbereiche vorhanden. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind vier, jeweils um 90° versetzte, vorstehende Kontaktbereiche vorgesehen. Bei durchgehend von der Vorkammer bis nach oben ausgebildeten vorstehenden Kontaktbereichen bildet sich dadurch der Kanal zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse zwischen zwei derartigen vorstehenden Kontaktbereichen, also in einer bevorzugten Ausführungsform in etwa einem Viertel des verbleibenden Raumes zwischen Innengehäuse und Außengehäuse aus.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines ölgeschmierten Motors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, der eine oben genannte Vorrichtung aufweist. Weiterhin ist es ein Aspekt der Erfindung, dass ein Kraftfahrzeug einen solchen ölgeschmierten Motor mit der oben beschriebenen Ölstandsmessvorrichtung aufweist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:
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1: eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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2: eine Draufsicht entlang der Linie II-II in 1.
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In 1 ist eine Vorrichtung 1 in einer geschnittenen Seitenansicht dargestellt. Die Vorrichtung 1 setzt sich im Wesentlichen zusammen aus einem Dämpfungsbecher 6 und einem Bodenelement 4, das in der vorliegenden Ausführungsform als Flansch 19 ausgebildet ist. In dem Bodenelement 4 ist ein Ultraschallsensor 5 integriert oder auf diesem angeordnet. Das Bodenelement 4 ist hier als Flansch 19 ausgebildet, was auch daran deutlich wird, dass der Flansch 19 seitlich über die Konstruktionsfläche des Dämpfungsbechers 6 hinausragt, um dort Befestigungsbereiche auszubilden. Über dem Ultraschallsensor 5 erstreckt sich ein Messrohr 9, in dem die eigentliche Messung erfolgt. Der Ultraschallsensor 5 sendet Ultraschallwellen aus, die sich in dem Messrohr 9 nach oben ausbreiten, an einer Grenzfläche Flüssigkeit/Luft reflektiert werden und dann als reflektierte Ultraschallwellen von dem Ultraschallsensor 5 wieder empfangen werden. Aus der Laufzeit der Ultraschallwellen kann dann der Abstand des Ultraschallsensors 5 zur Grenzfläche und daraus der Füllstand berechnet werden. Das Messrohr 9 ist Teil des Innengehäuses 3. Das Innengehäuse 3 bildet auch wesentliche Teile des unteren Bereichs des Dämpfungsbechers 6 aus, in dem eine Vorkammer 13 gebildet ist. Die äußerste Wandung der Vorkammer 13 wird durch das Außengehäuse 2 gebildet. Ansonsten wird die Vorkammer 13 durch die Wand des Messrohrs 9, eine im Innengehäuse 2 ausgebildete Wand 22 und einen vom Innengehäuse 3 ausgebildeten oberen Rand 14 ausgebildet. Dieser schließt die Vorkammer 13 nach oben ab. Nach unten wird die Vorkammer 13 durch das Bodenelement 4 abgeschlossen.
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Die Vorkammer 13 erstreckt sich über etwa 20 % bis 25 % der Höhe des Innengehäuses 3. Das Innengehäuse 3 weist mehrere vorstehende Kontaktbereiche 20 auf, von denen zwei sich gegenüberstehende Kontaktbereiche 20 hier zu erkennen sind. Diese setzen am Messrohr 9 des Innengehäuses 3 an und erstrecken bis zur Innenwand des Außengehäuses 2. Dadurch hat das Innengehäuse 3 einen festen Sitz in dem Außengehäuse 2. Insbesondere weist das Außengehäuse 2 zu den vorstehenden Kontaktbereichen korrespondierende Nuten auf, die hier nicht sichtbar sind. Das Innengehäuse 32 lässt sich so von unten lagesicher in das Außengehäuse 2 einschieben und dort steckbar montieren. Am oberen Randbereich des Messrohrs 9 ist auch eine Entlüftungsöffnung 23 vorgesehen, durch die ein Druckausgleich bei steigendem Flüssigkeitsspiegel erfolgen kann. Im unteren Endbereich sind die Wände 22 der Vorkammer 13, die Teil des Innengehäuses 3 sind, abgeschrägt und bilden Schrägen 17 aus. Die Schrägen des Messrohrs 9 sind nach außen gerichtet und die Schrägen der Wände 22 sind nach innen gerichtet, also gegenläufig zu den benachbarten Schrägen 17 des Innengehäuses 3 im Bereich des Messrohrs 9. Dadurch erfolgt eine zuverlässige Selbstzentrierung an den korrespondierenden Schrägen 18 des Bodenelements 4. Das Außengehäuse 2 umgibt das Innengehäuse 3, ist nach unten jedoch nicht ganz so weit oder tief ausgebildet, so dass das Innengehäuse 3 nach unten aus dem Außengehäuse 2 etwas hervorsteht. Dadurch wird die Montage vereinfacht. Im unteren Bereich des Außengehäuses 2 ist eine Einlassöffnung 8 vorgesehen, durch die Flüssigkeit, insbesondere Öl, durch die Wand des Außengehäuses 2 eintritt und dann in den Bereich der Vorkammer 13 des Innengehäuses 3 gelangt. In diesem unteren Bereich bildet das Außengehäuse 2 einen Teil der Außenwand der Vorkammer 13. Das Außengehäuse 2 weist vertikal oberhalb der Einlassöffnung 8 eine Entlüftungsöffnung 10 auf. Zwischen dieser Einlassöffnung 8 und der Entlüftungsöffnung 10 ist ein Kanal 7 gebildet, durch den schnell einschießender Schaum gegebenenfalls direkt wieder abgeführt werden kann.
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In 2 ist ein Querschnitt durch die Vorrichtung 1, insbesondere den Dämpfungsbecher 6, entlang der Linie II-II in 1 dargestellt. Zentral ist das Messrohr 9 zu erkennen, das Teil des Innengehäuses 3 ist. Unter Winkeln von 90° gehen vier vorstehende Kontaktbereiche 20 von dem Messrohr 9 aus. Die vorstehenden Kontaktbereiche 20 sind in korrespondierenden Nuten 21 des Außengehäuses 2 geführt und aufgenommen.
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Im Arbeitsmodus tritt Flüssigkeit bzw. Öl durch die Einlassöffnung 8 in das Außengehäuse 2, insbesondere dann in den zwischen Außengehäuse 2 und Innengehäuse 3 gebildeten äußersten Ring der Vorkammer 13 ein. Die Flüssigkeit fließt in diesem äußeren Ring und tritt dann durch die Einlassöffnung 11, die in der Wand 22 des Innengehäuses 3 gebildet ist, in den inneren Ring der Vorkammer 13 ein. Die Flüssigkeit muss dann wiederum diesen inneren Ring zu mindestens 180° umfließen, um dann durch die Einlassöffnung 12 in das eigentliche Messrohr 9 eintreten zu können. Auf diesem Weg durch den äußeren und den inneren Ring der Vorkammer 13 entgast die Flüssigkeit weitgehend. In dem Messrohr 9 steigt und fällt der Pegel der Flüssigkeit entsprechend zum Pegel außerhalb der Vorrichtung 1. Um dies zu ermöglichen, ist am oberen Rand des Messrohrs 9 eine Entlüftungsöffnung 23 vorgesehen, durch die Luft austreten kann und dann auch auf der gegenüberliegenden Seite durch die Entlüftungsöffnung 10 im Außengehäuse 2 austreten kann. Bei schnell durch die Einlassöffnung 8 im Außengehäuse 2 eintretenden Volumina oder insbesondere auch Schaum kann dieses unmittelbar durch den Kanal 7, der zwischen Innengehäuse 3 und Außengehäuse 2 gebildet ist, austreten. Dabei tritt der Schaum durch die Ausnehmung 15 im oberen vorstehenden Rand 14 des Innengehäuses 3 hindurch und gelangt in den zwischen Innengehäuse 3 und Außengehäuse 2 gebildeten Kanal 7 und tritt dann oben durch die Entlüftungsöffnung 10 im Außengehäuse 2 aus.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014009543 A1 [0002]