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11Messwertwandler" Für diese Anmeldung wird die Priorität der Anmeldung
Ser.No. 295 150 vom 15, Juli 1963 in den Vereinigten Staaten von Nordamerika in
Anspruch genommen.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Messwertwandler, insbesondere
auf einen solchen, der einen lüssigkeitsstand anzeigt. Insbesondere soll durch die
Erfindung ein einfacher, raumsparender sicherer und betriebssicherer Messwertwandler
und eine Schaltung geschaffen werden, die einen hohen oder einen niedrigen Flüssigkeitsstand
abtastet. Die gemessene Flüssigkeit kann 51, Brennstoff oder Kühlmittel in einem
Kraftfahrzeug sein.
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Die Einrichtung nach der Erfindung besitzt einen Messwertwandler oder
eine magnetische Abtasteinrichtung mit einer kreisförmigen Abfühlvorrichtung oder
einem magnetischen Schwimmer, der einen magnetischen Zungenschalter umschliesst
und auf ihm gleitet. Die Gleitbewegung des Schwimmers wird durch die Bewegung der
Flüssigkeit oder durch einen anderen Zustand, der abgefühlt werden soll, erzeugt,
Diese Bewegung des magnetischen Schwimmers auf dem Schalter öffnet oder schliesst
den magnetischen Zungenschalter abhängig von dem besonderen System. Die Betätigung
des Zungenschalters setzt andere Stromkreiselemente unter Strom oder macht sie stromlos,
sowie eine Anzeigevorrichtung.
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Die besondere Ausbildung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung an Hand der Zeichnungen, auf
denen zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teils eines Brennstofftanks
oder eines Flüssigkeitsbehälters mit einem darin befestigten Messwertwandler.
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Fig. 2 eine Seitenansicht des Messwertwandlers, bei der ein Teil im
Schnitt dargestellt ist.
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Fig. 3 ein vereinfachtes Schaltschema, welches das Prinzip der Messung
des Flüssigkeitsstandes erläutert.
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Fig. 4 ein vereinfachtes Schaltbild, welches das Prinzip der Messung
des Flüssigkeitsstandes mit einer Verzögerungsvorrichtung eSSutert.
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Fig. 5 das Schaltschema einer Messvorrichtung für den Flüssigkeitsstand'
die insbesondere bei Kraftfahrzeugen verwendbar ist.
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Fig. 6 das Schaltschema einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung
gemäss der Erfindung für ein Kraftfahrzeug.
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Fig, 1 zeigt einen Flüssigkeitsbehälter oder einen Brennstofftank
10, der den üblichen Schwimmer 12 enthält. Dieser ist mit einem Gestknge 14 verbunden,
welches seinerseits durch weitere, nicht dargestellte Gestänge mit einem BrennstofP-anzeiger
verbunden ist. Der Brennstofftank 10 enthält ausserdem einen Filter 18, der die
-FlnssigkBit oder das Benzin 20 filtert, welches in den Vergaser eines nicht dargestellten
Krattfahrzeuges über ein Metallrohr 22 geleitet wird. Der Flüssigkeitsbehälter 10
kann aber z. B. auch eine ölwanne oder ein Kühlmittelbehälter oder ein anderer Tank
sein.
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In einer beliebigen öhe in dem Tank 10 ist ein Messwertwandler oder
eine magnetische Abtastvorrichtung 24 mittels eines Gewindeteiles 26 des Gehäuses
34 montiert, der in eine Anzapf8ffnung 27 des Tanks 10 eingeschraubt ist. Durch
die Gewindeverbindung ist das Gehäuse 34 wirksam mit der Masse verbunden, da der
Tank 10 seinerseits an Masse liegt. Eine Leitung 30 verbindet den Messwertwandler
24 mit einem elekürischen Kreis, der weiter unten beschrieben wird.
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Der Messwertwandler 24 ist im einzelnen in der Fig. 2 dargestellt.
Er besitzt ein Gehäuse 34, welches aus einem unteren
Gehäuseteil
36 besteht, das seinerseits mit einem Zwischengehäuseteil 38 durch eine am Umfang
verlaufende Lötverbindung 39 verbunden ist. An dem Zwischengehäuse 38 ist durch
eine Lötverbindung 42 ein oberer Gehäuseteil 40 angebracht. Der obere Gehäuseteil
40 besitzt zwei fensterartige Aussparungen 41 und 43, die den Ein- und Austritt
von Flüssigkeit für das Gehäuse gestatten. Die Gehäuse 36, 38 und 40 bestehen aus
leitendem Material, wie z, B. Bronze oder. Kupfer. Die Befestigung des unteren Gehäuseteiles
36, der Zwishengehäuseteil 38 und der obere Gehäuseteil 40 stellen einen elektrischen
Leiter vom oberen Gehäuseteil 40 bis zum unteren Gehäuseteil 36 dar, der seinerseits
über den Gewindeteil 26 und den Tank 10 an Masse liegt.
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Der Zwischengehäuseteil 38 besitzt eine Bewegungsbegrenzung 45 für
den Schwimmer. Diese Bewegungsbegrenzung 45 für den Schwimmer besteht aus einer
unteren Begrenzung oder Zungen 46, die aus ihrer Fläche herausgestanzt aimd und
in das Innere des Gehäuses vvrstehen. Eine zweite obere Bewegungsbegrenzung oder
Zungen 48 sind ebenfalls aus der Fläche des Begrenzungsteiles 45 herausgestanzt
und stehen in das Gehäuse hervor, Die Bewegungsbegrenzung 45 für den Schwimmer besteht
mit dem Gehäuse 38 aus einem Teil.
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Die Bewegungsbegrenzungen 46 und 48 begrenzen das Ausmass der Bewegung
einer AbfUhlvorrichtung oder eines magnetischen Schwimmers 50, Diese AbtUhlvorrichtung
besteht aus einem ringförmigen
Ringschwimmer 52, Das Wort "ringförmig",
wie es in der Beschreibung benutzt wird, bezieht sich auf ein Element mit einem
geschlossenen Weg, während die Wendung ringförmiger Ring" sich auf ein Element bezieht,
Welches einen geschlossenen kreisförmigen Weg bzw, eine diesbezügliche Gestaltung
aufweist. Der rinbrmige Schwimmer 52 kann, wie dargestellt, hohl sein, oder auch
nicht hohl und dabei aus schwimmfähigem Materlal, wie z.B. Kunststoffschaum hergestellt
sein. Der Schwimmer 52 beisitzt eine Aussparung 54, die einen Magneten 56 aufnehmen
kann, der die Form eines permanenten magnetischen Ringes, eine Hufeisens oder eines
Segmentes besitzen kann, Der Schwimmer 52 hat von der Einrichtung zur Bewegungsbeschränkung
des Schwimmers 45 einen gewissen Abstand und besitzt ausserdem einen hohlen zylindrischen
Teil 58, mit dem er auf einem eingekapselten magnetischen Zungenschalter 60 sich
bewegen oder gleiten kann.
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Der magnetische Zungenschater 60 ist am oberen Gehäuseteil 40 durch
eine Lötverbindung 62 angebracht. Ausserdem ist eine Leitung 66 mit dem magnetischen
Zungenschalter 60 verbunden, welche durch einen Isolator 44 sowie einen Usenanschluss
68 hindurch tritt. Der Raum zwischen dem Usenanschluss 68 und dem Leiter 66 ist
durch eine Lötverbindung verschlossen.
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Die Leitung 66 ist mit der Leitung 30 durch eine Lötverbindung 74
verbunden, die an einer Anschlussöse 76 sitzt, die in einem Isolator 78 angeordnet
ist. Der Isolator 78 sitzt in dem unteren Gehäuseteil 36 und ist in diesem mittels
einer Scheibendichtung 80 befestigt.
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Der untere Gehäuseteil 36, der innere Gehäuseteil 38 und der äussere
Gehäuseteil 40 fluchten axial und der magnetische Zungenschalter 60 liegt im wesentlichen
in dieser Achse. Dadurch kann die Abtastvorrichtung oder der magnethsche Schwimmer
50 sachgemäss bei seiner Schwimmbewegung durch die Kapselung des magnetischen Zungenschalters
60 geführt werden, Der Stromkreis verläuft von der Leitung 30 zur Masse über die
Leitung 66, den magnetischen Zungenschalter 60 und das Gehäuse 34.
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Die Fig, 3 zeigt eine Einrichtung zum Abtasten des Flüssigkeitsstandes
und den Messwertwandler 24 im einzelnen. Die Einrichtung besteht aus einer Spannungsquelle
82, wie z, B. einer Batterie oder einer Wechselstromquelle. Die Batterie 82 ist
an den magnetischen Zungenschalter 60 über einen Schalter 84 sowie eine Anzeigevorrichtung
oder eine Warnlampe 86 angeschlossen. Der magnetische Zungenschalter 60 besitzt
zwei normalerweise offene Kontakte 88, die über die Leitung 28 mit der Masse verbunden
sind. Die Kontakte 88 werden geschlossen, sobald der Schwimmer 50 die in Fig. 2
dargestellte Stellung erhält. Normalerweise hält die Flüssigkeit den Schwimmer in
der Nähe der oberen Schwimmerbegrenzung 48.
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Beim Betrieb, wenn der Schalter 84 geschlossen ist und der Stand der
Flüssigkeit 20 so ist, wie es in der B&g. 3 dargestellt ist, steht der permanente
Magnet 54 über den normalerweise offenen Kontakten 88 infolge des Schwimmers 52.
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Solange die Kontakte 88 offen sind, erhält die Warnlampe 86 keinen
Strom. Fällt dagegen der Flüssigkeitsstand 20 unter die Kontakte 88, so bewegt sich
der permanente Magnet 54 abwärts und schliesst die normalerweise offenen Kontakte
88, wenn er sich in Höhe der Kontakte befindet.
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Das Schliessen der Kontakte 88 schliesst den Stromkreis von der tterle
82 über die Warnlampe 86 und die geschlossenen Kontakte 88 mit Masse. Hierdurch
erhält die Warnlampe 86 Strom und leuchtet und informiert den Fahrer, dass der bestimmte
Flüssigkeitsstand erreicht wurde.
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Der Messwertwandler 24 kann einen niedrigen Flüssigkeitsstand anzeigen,
einen Zwischenflüssigkeitsstand oder auch einen hohen Flüssigkeitsstand. Im Falle
eines Messwertwandlers für einen hohen Flüssigkeitsstand wird der permanente Magnet
54 mit den normalerweise offenen Kontakten 88 ausgerichtet, sofern der Schwimmer
52 an die obere Begrenzung 48 (Fig. 2) anschlägt und wenn die Flüssigkeit unter
einen bestimmten hohen Flüssigkeitsstand absinkt, sinkt der Schwimmer 52bLs zu der
unteren Begrenzung 56 und ermöglicht, dass die Kontakte 88 sich öffnen. Es können
viele Messwertwandler 24 benutzt werden, um verschiedene Flüssigkeitsstände anzuzeigen.
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Eine andere Ausführungsform für die Schaltung ist in der Fig. 4 dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform sind sämtliche Elemente næh Fig. 3 vorhanden und es ist
ein zusätzliches Element in Form einer zeitlichen Verzögerungsvorrichtung oder eines
Widerstandes 90 vorhanden, wie z. B. eines Thermistors mit einem negativen Temperaturkoeffizienten
des Widerstandes.
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-8-1530i60 Der Widerstand 90 liegt im Stromkreis der Warnlampe 86
und des Messwertwandlers 24. Er hat zwei wichtige Funktionen.
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Er verhindert, dass die Warnlampe 86 falsche Signale gibt> wenn
der Tank 10 zeitweilig gekippt wird und zwar in eine Stellung, in der der Flüssigkeitsstand
geändert ist und der magnetische Schwimmer 50 absinkt und die Kontakte 88 schliesst.
Ausserdem verhindert der Widerstand 90 bei raschen Fluktuaionen oder Pulsationen,
dass die Warnlampe 86 ein Signal gibt, ehe eine mittlere Lage des magnetischen Schwimmers
50 unter einem bestimmten Plüssigkeitsspiegel innerhalb eines gegebenen Zeitabschnittes
erreicht ist.
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Der Widerstand 90 wirkt so, da er anfänglich dem Strom über die Warnlampe
86 einen hohen Widerstand bietet, sofern die Kontakte 88 geschlossen sind, Der anfängliche
hohe Widerstand des Widerstandes 90 hält den Strom unter demjenigen Wert, der notwendig
ist, um die Warnlampe 86 zum Leuchten zu bringen. Bleiben die Kontakte 88 eine bestimmt
Zeit lang geschlossent so steigt die Temperatur des Widerstandes oder Thermistors
90 und der Widerstand fällt. Ist aber der Widerstand des Thermistors 90 auf einen
bestimmten Wert gesunken, so steigt der Strom durch die Warnlampe 86 ausreichend,
dass sie zum Leuchten gelangt. Daraus lässt sich erkennen, dass bei einem Kraftfahrzeug,
wenn dieses im Augenblick einen Berg fährt und der Flüssigkeitsstand in dem BrennstofftZnk
; dem Kühler oder dem Kurbelgehäuse geändert ist, ein falsches Warnsignal verhindert
wird. Eine sachgemässe Anordnung des Messwerttandlers 24 kann falsche Signale verhindern,
indessen ist eine solche Anordnung nicht immer mdgllch.
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Eine weiterhin abgeänderte Ausführungsform einer Messvorrlçhtung
für den Flüssigkeitsstand insbesondere für Kraftfahrzeuge ist in der Fig. 5 dargestellt,
Hierbei findet ein Zündschalter 94 Verwendung, der einen Starterkontakt 96 und einen
Einsehaltkontakt 98 besitzt. Der Starterkontakt 96 liegt in einem Stromkreis mit
zwei normalerweise geschlossenen Kontakten 100, die ihrerseits mit der Warnlampe
86 verbunden sind, die an Masse angeschlossen ist. An dem Einschaltkontakt 98 liegt
ein Stromkreis mit normalerweise offenen Kontakten 102, die über die Warnlampe 86
mit Masse verbunden sind. Der Einschaltkontakt 98 ist ausserdem mit einer Relais
spule 104 verbunden, die in einem Stromkreis mit den normalerweise offenen Kontakten
88 des magnetischen Zungenschalters 60 liegt. Die normalerweise offenen Kontakte
88 sind durch die Leitung 28 oder das Gehäuse 34 mit~Masse verbunden. Die Relaisspule
104 ist, wenn sie unter Strom gelangt, in der Lage, die Kontakte 102 zu schliessen
und die Kontakte 100 zu öffnen. Das Schliessen der Kontakte 102 schliesst den Stromkreis
über den Einschaltkontakt 98 zur Warnlampe 86. Das oeffnen der Kontakte 100 verhindert
einen Stromkreis aus der Batterie über den Startkontakt 96 zum Starter.
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Beim Betrieb wird der Schalt arm 97 zuerst mit dem Startkontakt 96
verbunden, um das Kraftfahrzeug zu starten. Hierbei ist die Batterie 82 mit der
Warnlampe 86 über die normalerweise geschlossenen Kontakte 100 verbunden. Durch
diesen Stromkreis wird die Warnlampe 86 zum Leuchten gebracht, so dass sie anzeigt,
dass
sie funktioniert. Ist das Fahrzeug in Betrieb, so kehrt der Schaltarm 97 auf den
Einschaltkontakt 98 zurück. Hierdurch schliesst sich ein Stromkreis aus der Batterie
82 zur Spule 104 und die normalerweise offenen Kontakte 88 des magnetischen Zungenschalters
60. Bewegt sich der magnetische Schwimmer 50 bis zu einem gewissen Flüssigkeitsstand,
so schliessen sich die normalerweise offenen Kontakte 88 und es besteht ein Stromkreis
über die Kontakte 88 zur Masse. Die Schliessung des Stromkreises zur Masse bewirkt,
dass die Spule 104 Strom erhält, wodurch wiederum die normalerweise geschlossenen
Kontakte 100 geöffnet und die normalerweise offenen Kontakte 102 geschlossen werden.
Das Schliessen der normalerweise offenen Kontakte 102 ergibt einen Stromkreis aus
der Batterie 82 durch die Warnlampe 86 zur Masse. Hierdurch erhält die Warnlampe
86 Strom und zeigt an, dass ein bestimmter Flüssigkeitsstand erreicht ist.
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Eine weitere Ausführungsform ist in der Fig. 6 dargestellt, Dieser
Stromkreis enthält eine Batterie 82, die mit dem Schaltarm 97 eines ZUndschaIers
94 verbunden ist. Der Schaltarm 97 kann einen Kontakt mit einem Einschaltekontakt
98 herstellen.
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Der Kontakt 98 ist über die normalerweise offenen Kontakte 102 mit
der Warnlampe 86 verbunden. Eine Relaisspule 104, die die Kontakte 102 schliessen
kann, ist an dem Kontakt 98 angekhlossen. Die normalerweise offenen Kontakte 88
des magnetischen Zungenschalters 60 liegen in einem Stromkreis mit der Relaisspule
104. Ausserdem ist ein Thermistor oder Widerstand 106 mit einem positiven Temperaturkoeffizienten
oder Widerstand ebenfalls an die Relaisspule 104 sowie an Masse angeschlossen.
fler
Thermistor 106 hat anfänglich einen niedrigen Widerstand und ermöglicht einen Stromfluss
durch die Relaisspule 104.
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So lange der Strom durch diesen Thermistor 106 hindurch geht, wird
dieser beheizt und der Widerstand steigt auf einen sehr grossen Wert. Hat der Widerstand
diesen grossen Wert, 60 stabilisiert sich die Temperatur des Thermistors 106.
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Beim Betrieb, wenn der Schaltarm 97 mit dem Kontakt 98 verbunden ist,
ist ein-Stromkreis aus der Batterie 82 über die Relaisspule 104 und den Thermistor
106 mit Masse geschlossen.
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Der zunächst durch diesen Stromkreis fliessende Strom ist ausreichend,
um die Relaisspule unter Strom zu setzen, so dass der Kontakt 102 augenblicklich
geschlossen wird. Das Schliessen des Kontaktes 102 schliesst einen Stromkreis aus
der Batterie 82 über die Warnlampe 86 zur Masse. Dadurch wird es dem Fahrer möglich,
festzustellen, ob die Warnlampe 86 funktioniert. Fliesst der Strom durch den Thermistor
106, so steigt dessen Widerstand alsbald bis zu einem Punkt, an dem der Stromfluss
durch die Relaisspule 104 so gering wird, dass die Relaisspule 104 praktisch keinen
Strom mehr erhält.
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Die Kontakte 102 öffnen sich und die Warnlampe 86 wird stromlos. Die
Einrichtung bleibt in diesem Zustand, bis der magnetische Schwimmer 50 des Messwertwandlers
24 sich in eine Höhe bewegt, in der die Kontakte 88 geschlossen werden und ein Stromkreis
aus der Batterie über die Relaisspule 104 zur Masse geschlossen ist. Durch das Schliessen
dieses Stromkreises
bewirkt die Relaisspub 104, dass sich die normalerweise
offenen Kontakte 102 schliessen, wodurch die Warnlampe 86 Strom erhält, Das Aufleuchten
der Warnlampe 86 zeigt an, dass der bestimmte Flüssigkeitsspiegel erreicht ist.
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Bei einigen der beschriebenen Stromkreise ist ein Element mit einem
verhältnismässig hohen Widerstand, wie z, B. die Spule 104 in Reihe geschaltet,
um dazu beizutragen, den Stromfluss durch den Zungenschalter 60 zu begrenzen.
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Dies ermöglicht es, dass Kontakte verwendet werden können, die nur
für geringe Stromführung geeignet sind.
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Die Beschreibung zeigt, dass ein verbesserter Messwertwandler sowie
ein verbessertes Anzeigesystem für den Flüssigkeitsstand geschaffen wurde. Die beschriebene
Vorrichtung ist einfach, sehr raumsparend, betriebssicher und ausserdem Unfallsicher.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die genaue Konstruktion, wie
sie beschrieben und in yerschiedenen Ausführungen dargestellt ist. Es können viele
Abänderungen getroffen werden, ohne aus dem Rahmen des Erfindungsgedankens herauszutreten.