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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System und ein entsprechendes Verfahren zum Identifizieren von mindestens einer Art von Fluid in einem Behälter - genauer gesagt, für Kraftstoffe, die in Kraftfahrzeugtanks gespeichert sind - der mehrere Flächen umfasst, die Lichtstrahlen brechen und/oder reflektieren, wodurch die Beschaffung von Informationen lediglich auf Grundlage optischer Eigenschaften, die anhand der Lichtwechselwirkung mit dem Fluid und/oder mit der Vorrichtung zu beobachten sind, ermöglicht wird. Im Speziellen verfolgt diese Erfindung das Ziel, eine einfache, schnelle und genaue Lösung zu ermöglichen, um Kraftstofffluide zu identifizieren, die an Fahrzeugtanks oder ähnlichen Positionen, auch in Gemischen, angeordnet sind.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Wie dem Fachmann bekannt ist, werden Behälter mehrerer Arten zum Speichern mehrerer Fluide verwendet, von denen die Kraftfahrzeugtanks hervorgehoben werden können, die zum Speichern von Kraftstoff dienen. Wie allgemein bekannt ist, ist es für das Einhergehen mit und Garantieren der richtigen Funktionsweise der Fahrzeuge und das Vermeiden von Störungen notwendig, dass die Benutzer solcher Fahrzeuge die Menge an übrigem Kraftstoff im Tank kontinuierlich und genau überwachen, was normalerweise durch analoge oder digitale Zähler erfolgt, die sich am Bedienfeld der Fahrzeuge befinden. In dieser Hinsicht kann beispielsweise eine Vielzahl von elektronischen, mechanischen, Ultraschall- und optischen Technologien zum Überwachen und Zeigen des Pegels von Fluiden verwendet werden, die in mehreren Systemen verwendet werden, jedes mit seiner spezifischen Besonderheit und Anwendbarkeit.
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Im Wesentlichen sollten solche Systeme einige grundlegende Anforderungen erfüllen, wie: räumliche Einsparung, geringes Gewicht, Zuverlässigkeit und Haltbarkeit, und unter den üblicheren Füllstandsmessern für Fahrzeugtanks werden elektronische Sensoren, schwimmende Systeme, magnetische Sensoren und optische Sensoren hervorgehoben.
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Eines der Systeme, das optische Technologie verwendet und im Fach weitgehend bekannt ist, ist in der Schrift
US6429447 beschrieben, die im Grunde einen Körper, der als optische Führung dient, ein Emitterelement von Lichtstrahlen und ein Detektorelement umfasst. Die grundlegenden Funktionsprinzipien dieser Ausrüstung beruhen auf den Brechungs- und Reflexionseigenschaften eines Lichtstrahls gemäß dem Medium, in dem er sich ausbreitet, sowie auf den Neigungswinkel einer Wechselwirkungsfläche mit Licht. Genauer gesagt, wird auf dem System der Schrift ein Lichtstrahl von versetzten Flächen, die aus dem Fluid ragen, reflektiert und von diesen Flächen gebrochen, wenn diese in das Fluid eingetaucht sind, wodurch es möglich ist, den Pegel von diesem zu messen. Eine Vorrichtung mit ähnlichen Merkmalen wurde ebenfalls in der Schrift
US 6,173,609 beschrieben, jedoch dienen beide lediglich zum Messen vorbestimmter Fluide mit punktuellen und spezifischen Merkmalen - das heißt, sie sind für die Messung von Mischungspegel nicht effektiv.
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Zusätzlich zum vorstehenden Kontext steht die derzeitige Technik einer weiteren Herausforderung gegenüber, die durch die Entwicklung von Fahrzeugen entsteht, die mit sogenannter „Flex-Fuel“-Technologie ausgestattet sind, die dazu ausgelegt sind, mit verschiedenen Arten von Kraftstoffen zu arbeiten, die alleine oder in Gemischen - d. h. Benzin, Alkohol und Diesel - in einem beliebigen Verhältnis verwendet werden, das durch die Benutzer beim Betanken der Fahrzeuge beliebig verändert werden kann. Somit ist es zusätzlich zum Genauen Messen des Kraftstoffpegels außerdem notwendig, zu identifizieren, welche Kraftstofffluide im Tank gespeichert sind. Diesbezüglich wird angemerkt, dass die Vorrichtungen in den vorstehend genannten Schriften für Fahrzeuge, die mit „Flex“-Technologie ausgestattet sind, nicht geeignet sind.
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Alternativ kann die Identifizierung des Kraftstoffs im Tank eines Fahrzeugs auch von einer Vorrichtung durchgeführt werden, die im Wesentlichen unabhängig von den herkömmlichen Füllstandsmessern arbeitet und als „Lambdasonde“ oder Sauerstoffsensor bekannt ist und die durch Detektieren des konstanten Sauerstoffgehalts in den Abgasen aus dem Motor und Vergleichen von diesem mit dem Sauerstoff in der Luftprobe und anschließendes Senden von Steuerinformationen zur ECU (electronic control unit - elektronische Steuereinheit) des Fahrzeugs arbeitet.
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Es ist jedoch anzumerken, dass die Identifizierung der Lambdasonde nur nach einem bestimmten Zeitraum des Motorbetriebs erfolgt, da es notwendig ist, Abgase zu erzeugen, bevor die Analyse beginnen kann. Das größte Problem dieser Anwendung ist deshalb, dass die ECU dem Start des Motors unterliegt, ohne notwendigerweise zu wissen, welcher Kraftstoff zum Zünden verwendet wird, und eine der Konsequenzen dafür ist eine nicht ungewöhnliche Schwierigkeit beim Starten des Fahrzeugs.
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Um eine erprobte Einrichtung zum Messen und gleichzeitigen Identifizieren des Kraftstoffpegels bereitzustellen, offenbart
WO2014/153633 eine optische Vorrichtung, die einen Führungskörper, einen Sender, einen Bildprojektor und einen Photodetektor umfasst, wobei der Führungskörper eine Reihe von Inflexionspunkten umfasst, die das Licht reflektieren, wenn es ausstrahlt, und das Licht zu brechen, wenn es in den Kraftstoff eintaucht, wobei die Fluididentifizierung durch Messen des Brechungsindex und Analysieren der Bilder aus der Belichtung erfolgt. Es versteht sich jedoch, dass die Identifizierung des vorstehend identifizierten Kraftstofffluids von einem Bildprojektor und einem Photodetektor abhängig ist - was den Aufbau dieser Vorrichtung erheblich komplex macht. Außerdem, und noch schwerwiegender, weist diese Vorrichtung bei der Identifizierung eine begrenzte Genauigkeit auf, da sie im Grunde durch Messen des Brechungsindex durchgeführt wird, dessen Eigenschaft mit der Zugabe von Lösungsmitteln und anderen Additiven in den Kraftstoffen variieren kann.
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Auf Grundlage des Vorhergenannten wurde festgestellt, dass dem derzeitigen Stand der Technik praktische, effektive und zuverlässige Lösungen in einer optischen Vorrichtung für die Identifizierung und Messung des Pegels und die Identifizierung von Fluiden, die hauptsächlich in Kraftstofftanks von Kraftfahrzeugen gespeichert sind, fehlt.
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Aufgaben der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung verfolgt im Grunde das Ziel, das technische Problem hinsichtlich der Schwierigkeiten beim Identifizieren eines Fluids, das im Grunde aus einem Gemisch von verschiedenen Arten von Kraftstoffen in Behältern von Tanks von Kraftfahrzeugen besteht, zu lösen.
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Aus diesem Grund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System zum Identifizieren von Fluid in Behältern bereitzustellen, die insbesondere zur Verwendung in Kraftstofftanks oder zugehörigen Elementen vorgesehen sind.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Identifizieren der Art von Fluid, die im Behälter konstant ist, bereitzustellen, auch wenn das Fluid aus einem Gemisch von verschiedenen Kraftstoffen mit variierenden Verhältnissen besteht.
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Es ist ebenfalls eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System bereitzustellen, das durch Analysieren der optischen Eigenschaften, die bei der Wechselwirkung zwischen dem Fluid und/oder der Lichtstrahlvorrichtung beobachtet werden, arbeitet.
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Es ist deshalb auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System bereitzustellen, das im Grund ein Senderelement, ein Sensorelement, eine optische Führung und ein prismatisches System umfasst.
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Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System bereitzustellen, umfassend zwei oder mehrere Flächenmuster, die mit einem Lichtstrahl wechselwirken.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die zuvor erwähnten Aufgaben werden durch ein optisches System zum Identifizieren von mindestens einer Art von Fluid, die sich in einem Behälter oder einer zugehörigen Position befindet, insbesondere für Flüssigkeit und verflüssigter Fluide, vollständig erreicht, wobei das System mindestens einen (6) von mindestens einem Lichtstrahl (5) und mindestens einem Lichtstrahl-Empfangselement (7) umfasst, wobei die optische Führung ein Führungselement (3) umfasst, das mindestens einen optischen Pfad (4) für die Lichtstrahlen (5) bildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die optische Führung (1) ein Gehäuse, begrenzt durch zwei aufrechte zusammenwirkende vertikale Wände (14) mit mindestens einer im Wesentlichen schrägen Fläche (100), die von einer Vielzahl von Stufen definiert ist, von der jede mit einer horizontalen unteren Fläche (11) versehen ist, wobei die Zusammenwirkung zwischen den vertikalen Wänden (14) und den verschiedenen unteren Flächen (11) querverlaufende prismatische Kammern (2) bildet, wobei: die vertikalen Wände (14) Kanten (10) aufweisen, die wie in den beigefügten Zeichnungen sein oder parallel zur im Wesentlichen geneigten Fläche 100 verlaufen können, die jeweils mit mindestens einem Lichtstrahl-Senderelement (6) und mindestens einem Empfangselement (7) der Lichtstrahlen (5) zusammenwirkt; Und die Scheitelpunkte, die zwischen den vertikalen Wänden (14) und den unteren Flächen (11) der optischen Führung (1) gebildet werden, umfassen symmetrische und geneigte Wechselwirkungsflächen (3) auf Grundlage von mindestens einem Winkel α - wobei die Flächen auf Grundlage eines Winkels β geneigt sind - wobei die Wechselwirkungsflächen (3), die auf Grundlage von mindestens einem Winkel β geneigt sind, die Lichtstrahlen (5) beginnend ab dem emittierenden Element (6) für das Element (7) in der Region der optischen Führung (1) reflektieren, die aus dem Fluid des Behälters herausragt; Die Wechselwirkungsflächen (3), die auf Grundlage von mindestens einem Winkel α geneigt sind, reflektieren die Lichtstrahlen (5) von dem Emitterelement (6) zum Empfangselement (7) in der Region der optischen Führung, die in das Fluid des Behälters eintaucht; Wobei die Informationen, die von dem Empfangselement (7) von der Reflexion empfangen werden, die von den Wechselwirkungsflächen (3) emittiert wird, die auf Grundlage des mindestens einen Winkels β der Region geneigt sind, die aus der optischen Führung (1) herausragt, den Pegel des Fluids, das im Behälter gespeichert ist, angeben; Und wobei die Informationen, die von dem Empfangselement (7) von der Reflexion erfasst werden, die von den Wechselwirkungsflächen (3) emittiert wird, die auf Grundlage des mindestens einen Winkels α der eingetauchten Region der optischen Führung (1) geneigt sind, die Art des Fluids, das im Behälter gespeichert ist, angeben.
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Vorzugsweise umfasst das System mindestens ein System (8), das mit dem Lichtstrahl-emittierenden Element (6) zusammenwirkt und aus mindestens einer Kollimatorlinse besteht, die mit mindestens einem Diffusor zusammenwirkt oder nicht.
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Die optische Führung (1) kann optional mindestens eine offene Region aufweisen, um durch ein kommunizierendes Gefäßsystem den Einlass des Fluids, das im Behälter in seinem Innenraum enthalten ist, zu ermöglichen, wie in den beigefügten Zeichnungen gezeigt.
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Außerdem emittiert das Emitterelement (6) gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einen Lichtstrahl oder mehrere Lichtstrahlen (5) gleichzeitig, kontinuierlich oder bei vorbestimmten regelmäßigen Intervallen, wobei das Emitterelement (6) einen Emitter von mindestens einer lichtemittierenden Diode (LED), einem Laser und einer OLED umfasst und mit einem Glasfasersystem oder dergleichen zusammenwirken kann.
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Das Sensorelement (7) ist ebenfalls vorzugsweise in der Lage, eine Vielzahl von Lichtstrahlen (5) gleichzeitig zu detektieren.
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Vorzugsweise gibt eine Wechselwirkungsfläche (3), die an einem Winkel α1 geneigt ist, die Reflexion des Lichtstrahls (5) an, der in eine erste Art von Fluid eintaucht, während eine Wechselwirkungsfläche (3), die an einem Winkel (A2) geneigt ist, die Reflexion des Lichtstrahls (5) angibt, der in eine zweite Art von Fluid eintaucht, wobei gleichermaßen eine geneigte Wechselwirkungsfläche (3) auf Grundlage eines Winkels (α3) die Reflexion des Lichtstrahls (5) angibt, der in eine dritte Art von Fluid eintaucht oder auf Grundlage eines Winkels (α4) aus einem Gemisch aus verschiedenen Arten von Fluid besteht, wobei die Art von Fluid mindestens eines von Benzin, Ethanol, Dieselöl, Erdgas oder einem beliebigen Gemisch davon umfassen kann.
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Ferner und vorzugsweise sind die Wechselwirkungsflächen (3) von jeder der Stufen der im Wesentlichen geneigten Fläche (100) koplanar und definieren mindestens einen optischen Pfad (4) für mindestens einen Lichtstrahl (5) zwischen dem Emitterelement (6) und dem Empfangselement (7), wobei das Emitterelement (6) und das Lichtstrahl-Empfangselement (7) vorzugsweise parallel im oberen Abschnitt (10) der optischen Führung (1) angeordnet sind.
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Zusätzlich kann das Empfangselement (7) mindestens einen eines elektronischen Sensors vom Typ Photozelle, Photodiode, Phototransistor, LDR (light dependent resistor - lichtabhängiger Widerstand), Photovoltaikzelle, photoleitend oder andere ähnliche Lichtaufnahmemittel umfassen.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Identifizieren von Fluid durch ein optisches System, die folgenden Schritte umfassend:
- - Emittieren von mindestens einem Lichtstrahl (5) durch eine optische Führung (1);
- - Detektieren von mindestens einem Teil des Lichtstrahls (5), der von einer Wechselwirkungsfläche (3) in einem eingetauchten Zustand reflektiert wird, und
- - Identifizieren der Arten von Fluid, die im Behälter gespeichert sind, in Abhängigkeit von der Identifizierung des Winkels α der Wechselwirkungsflächen 3, auf denen mindestens ein Teil des Lichtstrahls 5 reflektiert wurde und von dem Empfangselement 7 gelesen wurde.
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In dem betreffenden Verfahren definiert vorzugsweise der Brechungsindex von mindestens einem Fluid in flüssiger oder gasförmiger Form den Grenzwinkel für die Reflexion des Lichtstrahls (5) auf einer eingetauchten Wechselwirkungsfläche, wobei der Lichtstrahl (5) aus sichtbarem Licht, Infrarotlicht oder Laser bestehen kann.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird ausführlich auf der Grundlage der folgenden Figuren beschrieben, die einen ausschließlich beispielhaften und nicht einschränkenden Charakter aufweisen, wobei Folgendes gilt:
- 1 zeigt schematisch das optische System zum Identifizieren von Fluid gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 zeigt schematisch das Fluididentifikationssystem, das insbesondere die Form der Identifizierung einer ersten Art von Fluid hervorhebt, bei dem es sich beispielsweise um Kraftstoff-Ethanol handeln kann;
- 3 zeigt schematisch das Fluididentifikationssystem, das die Form der Identifizierung einer zweiten Art von Fluid hervorhebt, bei dem es sich beispielsweise um Benzin handeln kann;
- 4 zeigt schematisch das Fluididentifikationssystem, das die Form der Identifizierung einer dritten Art von Fluid hervorhebt, bei dem es sich beispielsweise um ein Gemisch aus Ethanol und Benzin handeln kann;
- 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer optischen Führung des Systems, die einen im Wesentlichen prismatischen Körper mit mehreren gestuften Wechselwirkungsflächen umfassen kann;
- 6 zeigt eine vergrößerte Detailansicht der in 5 gezeigten Ausführungsform;
- 7 zeigt die in 5 gezeigte optische Führung, die jedoch Lichtstrahlen hervorhebt, die von dem Emitterelement emittiert und auf den Wechselwirkungsflächen entlang der Führung reflektiert/gebrochen werden;
- 8 zeigt ein weiteres vergrößertes Detail der in 5 gezeigten Ausführungsform, und
- 9 zeigt eine mögliche zweite Ausführungsform für das optische System zum Identifizieren von Fluid der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage der beigefügten Zeichnungen, die lediglich beispielhaft und nicht einschränkend sind, ausführlicher beschrieben und erläutert, da Anpassungen und Modifikationen erfolgen können, ohne vom Umfang des beanspruchten Schutzes abzuweichen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System zum Identifizieren eines Fluids in einem Behälter, insbesondere zum Betreiben mit verbrennbaren Fluiden in Tanks von Kraftfahrzeugen.
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Anfänglich ist es wichtig anzumerken, dass sich die vorliegende Erfindung auf „Fluid“ als die physikalische Einheit bezieht, für die die Art identifiziert werden soll, wobei flüchtige Elemente, die im Medium verbleiben, hier außer Acht gelassen werden. Zusätzlich ist anzumerken, dass ein Element in der vorliegenden Erfindung nur als „eingetaucht“ gilt, wenn es in direktem Kontakt mit einem Fluid eingetaucht ist.
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Genauer gesagt und wie in den beigefügten Figuren gezeigt, umfasst das betreffende System im Grunde ein Emitterelement 6 zum Emittieren von mindestens einem Lichtstrahl 5; Mindestens ein Lichtstrahl-Empfangselement 7; Und mindestens eine optische Führung 1, in der die Emitterelemente 6 und der Lichtstrahl-Empfänger 7 installiert sind.
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5 zeigt, dass die optische Führung 1 einen im Wesentlichen dreieckig geformten Körper mit einer oberen Fläche 10 und einer im Wesentlichen Schrägfläche 100, definiert von einer Vielzahl von Stufen, umfasst, wobei jede mit einer unteren Fläche 11 versehen ist, die mit den vertikalen Wänden 14 zusammenwirkt, die schließlich prismatische Kammern 2 bilden, deren untere Scheitelpunkte Wechselwirkungsflächen 3 aufweisen, die bei einem Winkel α geneigt sind, wobei die Kammern 2 mindestens einen optischen Pfad 4 für den Lichtstrahl 5 definieren.
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Es ist wichtig anzumerken, dass die optische Führung 1 optional eine offene Region aufweisen kann, die am besten in der beigefügten 5 zu sehen ist, wobei sie durch den Durchlass verläuft, durch den das enthaltene Fluid im Behälter durch das kommunizierende Gefäßsystem in das Innere der Führung gelangt und die Höhe im Inneren variiert. Dementsprechend kann die prismatische Kammer 2 in Abhängigkeit vom Kraftstoffpegel im Tank des Fahrzeugs entweder unter Wasser oder in Fluid eingetaucht arbeiten.
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Wie in 1 zu sehen ist, weist das optische System der vorliegenden Erfindung die grundlegende Funktion auf, dass es einem Lichtstrahl 5 ermöglicht, durch sein Inneres zu verlaufen, sodass die Reflexion oder Brechung davon von dem Empfangselement 7 erfasst und identifiziert werden können. Dementsprechend muss die optische Führung 1 aus einem Material hergestellt sein, das die Ausbreitung des Lichtstrahls 5 ermöglicht, jedoch äußere Störungen verhindert oder mindestens reduziert, die die Genauigkeit des Systems beeinflussen können, wodurch die äußeren Flächen 13 der optischen Führung 1 durch reflektierende oder undurchsichtige Elemente umhüllt oder beschichtet sein müssen. Es ist anzumerken, dass das Material unbedingt direktem Kontakt mit verbrennbaren Fluiden standhalten muss, und unter den Materialien, die bei der Herstellung der optischen Führung 1 verwendet werden können, ist es möglich, Glas und polymere Materialien zu erwähnen. Es sollte ferner hervorgehoben werden, dass die in 1 gezeigte Ausführungsform lediglich beispielhaft und nicht einschränkend ist, da die Position des Systems bei einem Winkel im Bereich von 0 bis 360 Grad gedreht werden kann, ohne vom Umfang des hier beanspruchten Schutzes abzuweichen.
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Es ist anzumerken, dass die unteren Sprossen der optischen Führung - vorzugsweise drei davon - vorzugsweise eine Neigung α1, α2 und α3 auf den Wechselwirkungsflächen aufweisen, wie in den beigefügten 2 bis 4 gezeigt, und derartige differenzierte Neigungen den Fahrzeugsteuervorrichtungen ermöglichen, zu identifizieren, welche Art von Kraftstoff verwendet wird - insbesondere: Alkohol, Benzin oder ein Gemisch aus beidem - und dass die anderen Schritte eine konstante Schräge β aufweisen können, da sie ausschließlich verwendet werden, um das Vorhandensein von Fluid zu identifizieren, um den Pegel des im Behälter gespeicherten Kraftstoffs zu bestimmen.
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Wie bereits erwähnt und wie in den 1 bis 4 zu sehen ist, ist an einer der oberen Kanten 10 der optischen Führung 1 das Sendeelemente 6 von Lichtstrahlen angeordnet, wobei sich an der gegenüberliegenden oberen Kante 10 das entsprechende Empfängerelement 7 befindet, wobei vorzugsweise ein optisches System 8 aus Kollimatorlinsen und Diffusoren benachbart zum emittierenden Element 6 angeordnet ist, die ein rechteckiges Lichtformat zum Bewegen entlang des optischen Pfads 4 erzeugen sollen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Emitterelement 6 von einem Emitter oder Satz von Emittern (LED) (lichtemittierende Diode), Laser, OLED definiert sein und optional mit einem Glasfasersystem oder dergleichen zusammenwirken.
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Nach der Klärung der konstruktiven Besonderheit des Pegelmess- und Fluididentifikationssystems wird nun nachfolgend die Arbeitsweise ausführlich beschrieben.
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Wie bereits erwähnt, ist das System der vorliegenden Erfindung vorzugsweise im Kraftstofftank eines Fahrzeugs untergebracht, wobei es damit durch Ineingriffnahme, Interferenz oder mit Hilfe von Befestigungselementen zusammenwirkt, und nach ordnungsgemäßer Installation arbeitet das System in direktem Kontakt mit dem zu analysierenden Fluid, d. h. Kraftstoff, logisch vollumfänglich oder teilweise gemäß dem Pegel von Kraftstoff, der darin enthalten ist.
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Der Betrieb des Systems erfolgt durch die Emission eines Lichtstrahls 5, der aus dem Emitterelement 6 stammt, wobei sich der Lichtstrahl 5 in einer geraden Linie und parallel zur Längsachse der optischen Führung 1, genauer gesagt zum Lichtstrahl 5 ausbreitet. Entlang der vertikalen Wand 14 der prismatischen Kammer 2 wird die korrekte Ausrichtung des Lichtstrahls 5 durch die Wirkung der Kollimatorlinse 8, die mit mindestens einem Diffusor zusammenwirkt oder nicht, sichergestellt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und wie in 7 zu sehen ist, wird eine Vielzahl von kollinearen Lichtstrahlen 5 gleichzeitig von dem Emitterelement 6 emittiert, wobei die Lichtstrahlen 5 über mindestens einen Teil von einer der oberen Kanten 10 des prismatischen Gehäuses 2 ausgebreitet werden. Es ist anzumerken, dass die Lichtstrahlen 5 gemäß dem Bedarf der Anwendung entweder stetig oder in regelmäßigen Zeitabständen emittiert werden können. Zusätzlich ist es möglich, dass das Emitterelement nur einen Lichtstrahl oder mehrere Lichtstrahlen gleichzeitig emittiert.
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Beim Ausbreiten entlang der vertikalen Wand 14 des prismatischen Gehäuses 2 trifft jeder Lichtstrahl 5 auf eine Wechselwirkungsfläche 3 auf, die der strahlemittierenden Position entspricht, wobei das Ergebnis der Kollision des Lichtstrahls 5 mit jeder Wechselwirkungsfläche 3 im Wesentlichen von zwei Faktoren abhängt: der Neigung von jeder Wechselwirkungsfläche 3 und der Position dieser Fläche 3 in Bezug auf das analysierte Fluid. Zu diesem Zeitpunkt sollte erneut hervorgehoben werden, dass die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung mindestens zwei Muster von Wechselwirkungsflächen 3 umfasst; Ein erstes Muster, das bei einem Winkel α geneigt ist, und ein zweites Muster, das bei einem Winkel β geneigt ist.
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Aus Gründen der Klarheit erfolgt erneut ein Bezug auf 1, in der zu sehen ist, dass mehrere Lichtstrahlen 5 reflektiert werden, wenn sie mit den Wechselwirkungsflächen 3 kollidieren, die herausragen - das heißt, wenn der Pegel unter diesen Flächen ist. Im Gegensatz dazu ist es ebenfalls möglich, zu beobachten, dass, wenn Fluid vorliegt, die Lichtstrahlen 5 nicht von den Wechselwirkungsflächen 3 reflektiert werden.
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Weiter bei 1 ist zu sehen, dass eine Vielzahl von reflektierten Lichtstrahlen 5 einen optischen Pfad 4 definiert (von einer gestrichelten Linie dargestellt), definiert durch die Reflexion der Lichtstrahlen 5 auf den zwei Wechselwirkungsflächen 3, sodass sie zur oberen Kante 10 der optischen Führung 1 zurückkehren, genauer gesagt, zu dem Punkt, wo das Lichtstrahl-Empfangselement 7 angeordnet ist.
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Es ist wichtig anzumerken, dass die Lichtstrahlen 5 nur von den Wechselwirkungsflächen 3 reflektiert werden, die herausragen, da sie einen Neigungswinkel α aufweisen. Die spezifische Neigung entspricht dem Grenzwinkel der Totalreflexion des Lichtstrahls 5, wenn er gemäß den zuvor erwähnten Zuständen emittiert wird und sich im Wesentlichen in der Luft ausbreitet. Es ist außerdem anzumerken, dass die Wechselwirkungsfläche 3 der Region, die von der optischen Führung 1 ausgeht, die Lichtstrahlen 5 reflektiert, obwohl flüchtige Elemente in der Luft vorliegen. Somit ist es eindeutig, dass das Grundprinzip für die Pegelmessung gemäß dem System der vorliegenden Erfindung in der Analyse der Lichtstrahlen 5 liegt, die bei Reflexion von den Wechselwirkungsflächen, das Empfangselement 7 erreichen.
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Es ist ferner anzumerken, dass das Empfangselement 7 - das einen elektronischen Sensor vom Typ Photozelle, Photodiode, Phototransistor, LDR (light dependent resistor), Photovoltaikzelle, photoleitende oder ähnliche Lichtaufnahmemittel umfassen kann - dadurch definiert ist, dass es Lichtstrahlen 5 empfangen und interpretieren kann. Genauer gesagt, ist das Empfangselement 7 in der Lage, zu wissen, welche der Stufen der geneigten Fläche 100 zu den Wechselwirkungsflächen 3 gehört, an denen der Lichtstrahl 5 reflektiert wurde, und somit die genaue Position des zu analysierenden Fluidpegels zu bestimmen. Es ist ferner anzumerken, dass sich das Empfangselement in einer beliebigen Position eines optischen Systems befinden kann, wie etwa die in der beigefügten 9 gezeigten, vorausgesetzt, dass es in der Lage ist, den Lichtstrahl 5 aufzunehmen, der von den Wechselwirkungsflächen 3 reflektiert wird.
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Die Identifizierung der Fluidart von dem System der vorliegenden Erfindung erfolgt auf eine Weise, die der Pegelmessung entspricht; Jedoch ist es notwendig, dass (i) mehrere Wechselwirkungsflächen 3 vorliegen, jeweils bei einem Winkel α geneigt, der der Art von Kraftstoff entspricht, die im Fahrzeug verwendet werden kann, und dass (ii) derartige Wechselwirkungsflächen an Positionen angeordnet sind, an denen vorzugsweise immer Kraftstoff gespeichert ist (eingetauchte Region) - das heißt, die meiste Zeit in den eingetauchten Regionen, die der untersten Region der optischen Führung 1 und demzufolge dem Kraftstofftank oder Tank entsprechen. Die 2, 3 und 4 stellen solch einen Zustand beispielhaft dar.
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Es wird hervorgehoben, dass die Lichtstrahlen 5 in der Luft immer von den Wechselwirkungsflächen, die bei einem Winkel β geneigt sind, reflektiert werden, wenn jedoch die Lichtstrahlen 5 ein flüssiges Medium durchqueren, variieren die Brechungscharakteristika gemäß der Art des Fluids, sodass jeder Kraftstoff, der im Fahrzeug verwendet werden kann, seinen Grenzwinkel α einer vorbestimmten Reflexion aufweist, sodass mehrere Wechselwirkungsflächen 3, jede mit dem Winkel α, der einer Art von Kraftstoff entspricht, der identifiziert werden kann, gebildet werden.
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Auf diese Weise ermöglicht die Erfindung die Identifizierung des Fluids, auch in Gemischen. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein erprobtes System zum Identifizieren und demzufolge Differenzieren von Kraftstofffluiden, die in Tanks von Flex-Fuel-Fahrzeugen gespeichert sind, bereit.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist zu sehen, dass der Lichtstrahl 5 von einer Wechselwirkungsfläche 3, die einen Neigungswinkel α1 aufweist, reflektiert wurde. Insbesondere stellt α1 den Totalreflexionswinkel eines Lichtstrahls 5 dar, wenn er sich in Kraftstoff-Ethanol ausbreitet.
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Beim Betrachten von 3 ist gleichermaßen zu sehen, dass der Lichtstrahl 5 von einer Wechselwirkungsfläche 3, die einen Neigungswinkel α2 aufweist, reflektiert wurde, wobei α2 den Totalreflexionswinkel des Lichtstrahls 5 darstellt, wenn er sich in Benzin ausbreitet.
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Unter Bezugnahme auf 4 ist letztendlich zu sehen, dass der Lichtstrahl 5 von einer Wechselwirkungsfläche 3 reflektiert wurde, die einen Neigungswinkel α3 aufweist, der den Totalreflexionswinkel des Lichtstrahls 5 darstellt, wenn sich der Strahl gleichmäßig auf anderem Kraftstoff ausbreitet. Der Fachmann wird offensichtlich erkennen, dass es möglich ist, nach Bedarf eine gleichzeitige Identifizierung beliebiger anderer Arten von Fluiden zu ermöglichen, vorausgesetzt, dass die Grenzwinkel der Reflexion jedes Mal bestimmt und bekannt sind. Es ist außerdem wichtig anzumerken, dass solch eine Identifizierung der Fluidart unabhängig von dem verwendeten Mischverhältnis möglich ist.
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Kurz gesagt, ist somit anzumerken, dass die prismatische Kammer 2 der optischen Führung 1 entwickelt wird, um eine Vielzahl von Wechselwirkungsflächen 3 zu umfassen, wobei jede einen spezifischen α-Winkel umfasst, der definiert ist, um den Lichtstrahl 5 unter einer bestimmten Bedingung zu reflektieren, wobei die Definition dieser Winkel α offensichtlich von dem Brechungsindex jeder Substanz oder jedes Ausbreitungsmediums abhängig ist.
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Zusätzlich zur vorstehend offenbarten Vorrichtung offenbart die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Pegelmessung und Identifizierung von mindestens einem Fluid, das in einem Behälter gespeichert ist - insbesondere Kraftstoff in Tanks von Kraftfahrzeugen. Das betreffende Verfahren umfasst die folgenden Schritte: (i) Emittieren von mindestens einem Lichtstrahl 5 durch eine optische Führung 1; (ii) Detektieren von mindestens einem Teil des reflektierten Lichtstrahls 5 durch eine Wechselwirkungsfläche 3 in einem austretenden Zustand (ohne Vorhandensein von Fluid); (iii) Detektieren von mindestens einem Teil des Lichtstrahls 5, der von einer Wechselwirkungsfläche 3 in einem eingetauchten Zustand reflektiert wird; (iv) Identifizieren der Position, an der mindestens ein Teil des Lichtstrahls 5 auf mindestens einer Wechselwirkungsfläche 3 in einem herausragenden Zustand reflektiert wurde; (v) Identifizieren der Arten von Fluid, die im Behälter gespeichert sind, in Abhängigkeit von der Identifizierung des Winkels α der Wechselwirkungsflächen 3, auf denen mindestens ein Teil des Lichtstrahls 5 reflektiert wurde und von dem Empfangselement 7 gelesen wurde.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des betreffenden Verfahrens definiert insbesondere der Brechungsindex von mindestens einem Fluid den Grenzwinkel für die Reflexion des Lichtstrahls 5 auf einer Wechselwirkungsfläche 3 im eingetauchten Zustand. Genauer gesagt, verursacht die Ausbreitung des Lichtstrahls 5 durch das zu analysierende Fluid eine Abweichung des Lichtstrahls 5 und somit des Brechungsindexes dieser Substanz. Allerdings ist jede Wechselwirkungsfläche 3 im emittierten Zustand dazu ausgelegt, einen Neigungswinkel β aufzuweisen, der die Totalreflexion des Lichtstrahls 5 ermöglicht, wobei auch diese Abweichung berücksichtigt wird.
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Unter anderem ist ein Vorteil des vorliegenden Verfahrens insbesondere die Identifizierung eines Kraftstofffluids, auch in einem Gemisch, bevor der Kraftstoff im Motor eines Fahrzeugs verbrannt wird. Auf diese Weise kann das Kraftfahrzeugsteuersystem vor dem Start darüber informiert werden, welcher Kraftstoff das elektronische Einspritzsystem versorgt, ein Fakt, der insbesondere für Flex-Fuel-Fahrzeuge wichtig ist.
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Es ist außerdem anzumerken, dass der Lichtstrahl 5 aus sichtbarem Licht, Infrarotlicht, Laser oder einer beliebigen Art von Strahlung, die für die Anwendung geeignet ist, bestehen kann. Aus Gründen der Genauigkeit des vorstehend genannten Verfahrens ist es außerdem wichtig anzumerken, dass der Lichtstrahl 5 von einer Kollimatorlinse kollimiert werden kann.
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Auf Grundlage der vorstehenden Beschreibung ist es ersichtlich, dass die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile des vorliegenden Stands der Technik auf eine beispiellose, praktische und äußerst effektive löst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6429447 [0004]
- US 6173609 [0004]
- WO 2014/153633 [0008]