DE19703949C9 - Optischer Füllstandsanzeiger - Google Patents

Abstract

Bekannt ist eine optische Füllstandsanzeige, insbesondere für Wasser, für ein Behältnis mit einem Lichtleiter, der sich über eine den möglichen Füllständen entsprechende Höhe des Behältnisses erstreckt und in dessen Wandung gehaltert ist, wobei eine von der Flüssigkeit benetzbare, dem Innenraum des Behältnisses zugewandte erste Stirnfläche des Lichtleiters mit einer Reflexionsfläche versehen ist und eine der ersten Stirnfläche gegenüberliegende zweite Stirnfläche des Lichtleiters als Anzeigefläche für den Füllstand im Behältnis dient. Um die Anzeigequalität der Füllstandsanzeige zu verbessern, ist im freien Abstand von der Oberfläche der Reflexionsfläche eine stark lichtabsorbierende Hintergrundfläche angeordnet.

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Füllstandsanzeiger, insbesondere für Wasser, für ein Behältnis mit einem Lichtleiter, der sich über eine den möglichen Füllständen entsprechende Höhe des Behältnisses erstreckt und in dessen Wandung gehaltert ist, wobei eine von der Flüssigkeit benetzbare, dem Innenraum des Behältnisses zugewandte erste Stirnfläche des Lichtleiters mit einer Reflexionsfläche versehen ist und eine der ersten Stirnfläche gegenüberliegende zweite Stirnfläche des Lichtleiters als Anzeigefläche für den Wasserfüllstand in dem Behältnis dient.

Ein derartiger Füllstandsanzeiger ist bekannt aus der deutschen Offenlegungsschrift DE-OS 27 07 424, wobei der Füllstandsanzeiger durch einen in ein Bügeleisengehäuse bzw. dessen Wassertank eingebauten Lichtleiterklotz in Form eines abgestuften, prismatischen, reflektierenden Körpers gebildet ist. In den Füllstandsanzeiger kann Licht von außerhalb des Gehäuses durch die ebene, als Anzeigefläche dienende Oberseite des Lichtleiters eintreten, um nach unten zu den mehreren Stufen des Lichtleiters zu gelangen. Von diesen weist jede zwei Reflexionsflächen auf, die jeweils unter einem Winkel von 45° zu nach unten und innen geneigt sind, so daß sie in einer Linie zusammentreffen, die sich parallel zur Längsachse des Bügeleisens erstreckt. Tauchen die Reflexionsflächen in eine Flüssigkeit ein, pflanzt sich das Licht durch die Flächen hindurch in die Flüssigkeit hinein fort. Stehen die geneigten Reflexionsflächen dagegen in Berührung mit Luft, wird das auftreffende Licht von einer geneigten Fläche in Richtung auf die andere geneigte Fläche und dann nach oben durch die als Anzeigefläche dienende Oberfläche zurückgeworfen. Entsprechend erscheint die Anzeigefläche über den mit Wasser bedeckten Reflexionsflächen als dunkle Fläche. Bei den nicht in die Flüssigkeit eintauchenden höher liegenden Stufen bzw. Reflexionsflächen wird das Licht zu der Anzeigefläche reflektiert, so daß die betreffenden Teile dieser Fläche hell erscheinen.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 30 28 345 Al ist eine Einrichtung zur Überwachung des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter, insbesondere in einem Getriebeöl enthaltenden Getriebegehäuse einer Werkzeugmaschine, mit einem der Behälterwandung zugeordneten Schauglas offenbart. Dessen mit der Flüssigkeit in Berührung gelangende Rückseite umfaßt einen prismatisch profilierten Abschnitt, der das von der Vorderseite her durch das Schauglas durchtretende Licht im mit der zu überwachenden Flüssigkeit nicht in Berührung stehenden Rückwandbereich reflektiert. Dabei weist das Schauglas auf seiner Rückseite eine Vielzahl nebeneinander und/oder übereinanderliegender, unmittelbar aufeinander folgender prismatischer Vorsprünge auf.

Weiterhin ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 20 38 850 ein Abdeckglas für Flüssigkeitsstandanzeiger bekannt, das im Querschnitt die Gestalt einer optischen Linse aufweist. Dabei ist das Abdeckgfas insbesondere in Kombination mit einer an sich bekannten Blende in den Flüssigkeitsstandanzeiger eingebaut.

Gemäß der deutschen Auslegeschrift 23 17 407 ist ein Flüssigkeitsstandanzeiger bekannt mit zwei in Längsrichtung aneinanderliegenden prismatischen Plattenteilen, von denen einer aus Glas besteht, und die unter Bildung eines nach außen abgedichteten Flüssigkeitskanals in einem rohrförmigen Gehäuse angeordnet sind. Dabei ist die Glasplatte mit ihrer außenliegenden ebenen Schaufläche an einer ebenen Stützfläche eines mit einem längslaufenden Sehschlitz versehenen Gehäuseteils anliegend. Dieser nimmt die Abdichtkraft von sich ebenfalls am Gehäuse abstützenden, auf den anderen Plattenteil einwirkenden Preßschrauben auf. Dabei ist eine mit Gewindebohrungen für die Preßschrauben versehene Druckplatte in den Raum zwischen dem anderen Plattenteil und dem die Preßschrauben abstützenden Gehäuseteil eingesetzt und liegt an einer der Glasstützfläche zugekehrten Stützfläche dieses Gehäuseteils an. Diese Stützfläche ist durch einen die Preßschrauben aufnehmenden, längslaufenden Schlitz unterteilt.

Ein weiterer derartiger Füllstandsanzeiger ist bekannt aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 30 45 896, wobei eine Thermoskanne einen durchsichtigen Innenbehälter aus Glas aufweist und einen undurchsichtigen Außenbehälter aus Metall mit einem vertikalen Schlitz. An der dem Schlitz entsprechenden Stelle ragt der Innenbehälter mit zwei geraden, im Behälter in einem Winkel kleiner 90° aufeinanderstoßenden Flächen in das Behälterinnere. Auf diese Weise ist eine ein Prisma bildende Leiste bereitgestellt, welche solange ist wie der Schlitz und mit dem Schlitz fluchtet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen optischen Füllstandsanzeiger nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 derart weiterzubilden, daß dessen Anzeigeverhalten verbessert ist.

Erfindungsgemäß ist dies bei einem gattungsgemäßen Füllstandsanzeiger dadurch erreicht, daß im freien Abstand von der Oberfläche der Reflexionsfläche eine stark lichtabsorbierende Hintergrundfläche angeordnet ist und daß zumindest die seitliche Erstreckung der Reflexionsfläche größer ist als die der Anzeigefläche.

Durch diese Maßnahme ist überraschender Weise der Hell-Dunkel-Kontrast der Füllstandsanzeiger deutlich verbessert. Zudem kann das Wasser zwischen der Reflexionsfläche und der Hintergrundfläche schnell steigen und insbesondere fallen. Außerdem ermöglicht dies die Realisierung von für einen Betrachter besonders schlank erscheinenden Füllstandsanzeigern. Dazu ist in der Behältniswandung eine schmale Öffnung vorgesehen, die den Maßen der Anzeigefläche entspricht. Die restliche Breite des Füllstandsanzeigers bleibt dem Betrachter hinter der Behältniswandung verborgen. Die für den Kontrasteindruck insbesondere maßgebende Größe der Reflexionsfläche kann also größer dimensioniert werden als die der Anzeigefläche. Zusätzlich ist durch diese Maßnahme auch der Anzeigekontrast deutlich verbessert, wenn ein Betrachter von der senkrechten Betrachtungsweise auf die Anzeigefläche seitlich abweicht und unter einem Winkel abweichend von der Lotrechten auf die Anzeigefläche blickt.

Abhängig von den jeweiligen Anforderungen an die Anzeigequalität des Füllstandsanzeigers kann es auch ausreichend sein, wenn eine dem Füllstandsanzeiger gegenüberliegende Innenwandung des Behältnisses stark lichtabsorbierend ausgebildet ist. Auch durch diese relativ weit beabstandete dunkle Hintergrundfläche ist eine Verbesserung des Hell-Dunkel-Kontrastes des Füllstandsanzeigers möglich.

Alternativ beträgt der Abstand der Oberfläche der Reflexionsfläche von der lichtabsorbierenden Hintergrundfläche ungefähr 1 bis 5 mm, vorzugsweise etwa 2 mm. Dadurch ist zwischen der Reflexionsfläche und der Hintergrundfläche ein flacher Spalt gebildet, in dem das Wasser entsprechend dem Wasserfüllstand steht. Durch diese Maßnahme ist bei geringer Einbautiefe der Hell-Dunkel-Kontrast des Füllstandsanzeigers deutlich verbessert. Dadurch ist es möglich, die Breite der Reflexionsfläche und damit des Füllstandsanzeigers zu verringern. Dies ermöglicht die Realisierung eines sehr schlanken, das Design des Behältnis wenig störenden Füllstandsanzeigers. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Dimensionierung des Spaltes besteht darin, daß beim Befüllen oder Entleeren des Behältnisses des Füllstandsanzeiger ausreichend schnell den jeweils aktuellen

Füllstand anzeigt, weil das im Spalt befindliche Wasser ausreichend schnell steigen und insbesondere fallen kann. Der Einbau des Füllstandsanzeigers kann weiter dadurch vereinfacht werden, daß die Hintergrundfläche auf einem flachen Plattenkörper ausgebildet ist, der zusammen mit dem Lichtleiter eine außerhalb des Behältnisses vormontierbare Baugruppe bildet.

Falls der Lichtleiter durch eine flache Leiste gebildet ist, ist der Einbau und damit die Integration des Füllstandsanzeigers in das Behältnis durch die flache Bauweise vereinfacht. Weiterhin ist durch den verringerten Abstand zwischen der Reflexionsfläche und der Anzeigefläche das Anzeigeverhalten bzw. die Erkennbarkeit des Füllstandes deutlich verbessert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Reflexionsfläche durch zahlreiche nebeneinander, jeweils zu Pyramiden angeordnete Prismenflächen gebildet. Dadurch ist ein über einen großen Bereich der möglichen Betrachtungswinkel bezüglich der Anzeigefläche des Füllstandsanzeigers hervorragender Hell-Dunkel-Kontrast realisierbar. Dieser nimmt mit der Verkleinerung der Pyramiden zu, wodurch jedoch auch deren Herstellungsaufwand steigt. Vorteilhafterweise sind die dem Wasser zugewandten Pyramidenspitzen abgerundet. Dadurch ist insbesondere ein schnelles Fallen des Wasserpegels gewährleistet, da die Wassertropfen an den abgerundeten Pyramidenspitzen schneller ablaufen können als an den Spitzen. Zur besseren Kennzeichnung bestimmter Füllstände können unterschiedlich große Pyramiden und/oder voneinander abgesetzte Pyramidengruppen vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können bestimmte Pyramiden bzw. deren Prismenflächen geeignet eingefärbt sein.

Um den Kontrast der Anzeige weiter zu verbessern, ist eine Außenoberfläche des Behältnisses zumindest im Bereich der Anzeigefläche stark lichtabsorbierend ausgebildet.

Nachfolgend ist anhand eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäße optische Füllstandsanzeiger beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 in einer Seitenansicht stark schematisiert einen Wasserkocher mit dem Füllstandsanzeiger

Fig. 2 abschnittsweise in vergrößertem Maßstab den Füllstandsanzeiger im wesentlichen entlang der Linie Π-Π in Fig. 1, und

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Reflexionsfläche des Füllstandsanzeigers.

Ein Wasserkocher 1 weist ein topfförmiges, doppelwandiges Behältnis 3 auf, das mit einem Deckel 5 verschließbar ist. Einander gegenüberliegend sind am oberen Rand des Behält nisses 3 eine Schnaupe 7 zum Ausgießen des Wassers ausgebildet und ein henkeiförmiger Griff 9 angeformt. In einer metallischen Außenwandung 11 des Behältnisses 3 ist eine schlanke Wasserstands anzeige 13 integriert. Dazu weist die Außenwandung 11 eine entsprechende vertikal verlaufende, schlitzförmige Öffnung 15 auf. Die Wasserstandsanzeige 13 besteht aus einem als Lichtleiter dienenden Frontteil 17 aus transparentem Kunststoff PC und einem daran befestigten, schwarzen Rückteil 19, ebenfalls aus dem Kunststoff PC. Die Wasserstands anzeige 13 ist mit dem Frontteil 17 in der Öffnung 15 gehaltert und erstreckt sich ins Innere des Behältnisses 3 bis zu deren Innenwandung 21. Dabei ist das eigentliche, das Wasser aufnehmende Behältnis 3 durch die topfförmige Innenwandung 21 gebildet, die mantelförmig von der zylindrischen Außenwandung 11 umgeben ist. Das Rückteil 19 der Wasserstandsanzeige 13 weist zwei Stutzen mit Wasseröffnungen auf, die an dessen oberem und unterem Endabschnitt ausgebildet sind (nicht gezeigt). Diesen Wasseröffnungen entsprechend sind auch in der Innenwandung 21 zwei Öffnungen vorgesehen (nicht gezeigt), an denen die Stutzen des Rückteils 19 wasserdicht befestigt sind. Damit ist die wassertechnische Verbindung zwischen dem Behältnis 3 bzw. der Innenwandung 21 und der Wasserstandsanzeige 13 in an sich bekannter Weise hergestellt.

Das transparente Frontteil 17 weist einen wannenförmigen Grundkörper 23 und einen daran angeformten schmäleren, leistenförmigen Anzeigekörper 25 auf. Von einer umlaufenden Wannenwandung 27 eingerahmt erstreckt sich auf einem Wannenboden 29 des Grundkörpers 23 eine Reflexionsfläche 31 des Frontteils 17. Diese ist durch zahlreiche, regelmäßig nebeneinander angeordnete Pyramiden 33 in Spritzgießtechnik einstückig mit dem Grundkörper 23 realisiert, wie nachfolgend an Fig. 3 erläutert ist.

In dem der Reflexionsfläche 31 abgewandt liegenden Endabschnitt der Wannenwandung 27 weist diese einen abgestuften Wandungsrand 35 zur wasserdichten Befestigung des Rückteils 19 an dem Frontteil 17 auf. Das Rückteil 19 ist durch eine flache, schwarze Grundplatte 37 gebildet, die ebenfalls entsprechend dem Grundkörper 23 des Frontteils 17 einen umlaufenden erhobenen Rand 39 aufweist. Das Frontteil 17 und das Rückteil 19 sind im Bereich des Wandungsrandes 35 und des Randes 39 miteinander wasserdicht verschweißt.

Zwischen der Oberseite der Grundplatte 37 und der Reflexionsfläche 31 ist eine im freien Querschnitt etwa rechtekkige Röhre 41 gebildet, die sich im wesentlichen über die gesamte Höhe der Wasserstandsanzeige 13 erstreckt. In dieser Röhre 41 stellt sich nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren, wie oben beschrieben ist, infolge der entsprechenden Öffnungen im Rückteil 19 und der Innenwandung 21 des Behältnisses 3 der Wasserfüllstand entsprechend dem des Behältnisses 3 ein. Der Abstand zwischen der Oberfläche der Reflexionsfläche 31 bzw. den Spitzen der Pyramiden 33 und einer durch die Oberseite der schwarzen Grundplatte 37 gebildeten, dazu parallelen Hintergrundfläche 43 beträgt etwa 2 mm. Bei den vorgegebenen Geometrien ist dadurch einer guter Kompromiß zwischen der Anzeige- bzw. Kontrastqualität der Wasserstandsanzeige 13 und dem dynamischen Anzeigeverhalten der Wasserstandsanzeige 13 gegeben. Bei einem zu geringen Abstand zwischen der Hintergrundfläche 43 und der Reflexionsfläche 31 würde der Wasserstand in der Röhre 41 beispielsweise beim Ausgießen von Wasser aus dem Behältnis 3 nur mit Verzögerung angezeigt, da das Wasser entlang den Pyramiden 33 der Reflexionsfläche 31 aufgrund der auftretenden Adhäsionskräfte nur langsam sinken könnte. Bei deutlicher Vergrößerung des entsprechenden Abstandes wäre zum einen der Kontrast bzw. die Hell-Dunkel-Anzeige verschlechtert und zum anderen die Einbau tiefe der Wasserstands anzeige 13 vergrößert.

Die Breite der Hintergrundfläche 43 entspricht etwa der der Reflexionsfläche 31. Im Unterschied dazu ist die Breite einer durch die Oberseite des Anzeigekörpers 25 gebildeten, zur Reflexionsfläche 31 parallelen Anzeigefläche 47 verringert. Der an der Reflexionsfläche 31 auftretende Lichteffekt, nämlich daß der Anteil der Reflexionsfläche 31, der in Wasser taucht, für einen Betrachter dunkel erscheint, während der nicht in Wasser eintauchende Anteil der Reflexionsfläche 31 hell erscheint, ist dadurch möglichst groß gehalten. Dieser Effekt wird in dem Anzeigekörper 25 gebündelt und von der Reflexionsfläche 31 nach außen zur Anzeigefläche 47 geführt. Überdies ist durch die unterschiedliche Breitendimensionierung der Reflexionsfläche 31 und der Anzeigefläche 47 auch die Anzeigequalität in dem Fall verbessert, wenn der Betrachter nicht lotrecht auf die Anzeigefläche 47 sieht, sondern diese unter einem Winkel, z. B. schräg von der Seite betrachtet. Zur weiteren Verbesserung des Kontra-

stes der Füllstandsanzeige 13 ist eine Außenoberfläche 49 des Behältnisses 3 bzw. der Außenwandung 11 im Bereich der Öffnung 15 der Wasserstandsanzeige 13 dunkelfarbig.

In Fig. 3 ist die Ausgestaltung der Reflexionsfläche 31 abschnittsweise dargestellt. Die Pyramiden 33 sind durch gleichmäßig nebeneinander schräg gestellte Würfel gebildet. Dabei liegen abgerundete Pyramidenspitzen 51 im Abstand von etwa 2 mm in einer Ebene parallel zur Anzeigefläche 47 und zeigen auf die Hintergrundfläche 43. Pyramidenseitenflächen 53 bzw. Prismenflächen einer Pyramide 33 stehen jeweils senkrecht aufeinander und sind unter einem für den betreffenden Lichteffekt geeigneten Winkel von einheitlich ca. 55° zur Anzeigefläche 47 optimal angeordnet. Das Frontteil 17 weist infolge der in Spritzgießtechnik hergestellten Würfel in einer Ebene parallel zu den Pyramidenspitzen 51 erste Pyramidenfußpunkte 55 und entsprechende zweite Pyramidenfußpunkte 57 auf, die ebenfalls in einer Ebene parallel zu den Pyramidenspitzen 51 unterhalb der ersten Pyramidenfußpunkte 55 liegen.

Alternativ zu der zweiteiligen Ausführung der Wasser-Standsanzeige 13 kann diese auch lediglich aus dem Frontteil 17 bestehen (nicht gezeigt). Dieses ist in die Wandung eines einwandigen Behältnisses entsprechend der obigen Beschreibung integriert, wobei das Frontteil 17 einen Teil der Behältniswandung bildet und dessen Reflexionsfläche direkt, ohne Verwendung einer zusätzlichen Röhre, von dem im Behältnis befindlichen Wasser entsprechend dem Füllstand benetzt wird. Um einen ausreichenden Hell-Dunkel-Kontrast dieser Anzeige zu realisieren, ist die der Flüssigkeitsanzeige 13 gegenüberliegende Innenwandung des Behältnisses 3 stark lichtabsorbierend ausgebildet, z. B. schwarz.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Optischer Füllstandsanzeiger, insbesondere für Wasser, für ein Behältnis mit einem Lichtleiter, der sich über eine den möglichen Füllständen entsprechende Höhe des Behältnisses erstreckt und in dessen Wandung gehaltert ist, wobei eine von der Flüssigkeit benetzbare, dem Innenraum des Behältnisses zugewandte erste Stirnfläche des Lichtleiters mit einer Reflexionsfläche versehen ist und eine der ersten Stirnfläche gegenüberliegende zweite Stirnfläche des Lichtleiters als Anzeigefläche für den Füllstand im Behältnis dient, dadurch gekennzeichnet, daß im freien Abstand von der Oberfläche der Reflexionsfläche (31) eine stark lichtabsorbierende Hintergrundfläche (43) angeordnet ist und daß die seitliche Erstreckung der Reflexionsfläche (31) größer ist als die der Anzeigefläche (47).

2. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hintergrundfläche durch eine der Reflexionsfläche (31) gegenüberliegende Innenwandung des Behältnisses gebildet ist.

3. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand etwa 1 bis 5 mm, vorzugsweise etwa 2 mm, beträgt, wodurch zwischen der Reflexionsfläche (31) und der Hintergrundfläche (43) ein Spalt (41) gebildet ist, in dem die Flüssigkeit entsprechend dem Füllstand steht.

4. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hintergrundfläche (43) auf einem flachen Plattenkörper (37) ausgebildet ist, der zusammen mit dem Lichtleiter (17) eine außerhalb des Behältnisses vormontierbare Baugruppe (13) bildet.

5. Füllstandsanzeiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche (31) durch zahlreiche nebeneinander jeweils zu Pyramiden (33) angeordnete Prismenflächen (53) gebildet ist.

6. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeit zugewandte Pyramidenspitzen (51) abgerundet sind.

7. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur besseren Kennzeichnung bestimmter Füllstände unterschiedlich große Pyramiden (33) vorgesehen sind.

8. Füllstandsanzeiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Außenoberfläche (49) des Behältnisses (3) zumindest im Bereich des Füllstandsanzeigers (13) stark lichtabsorbierend ausgebildet ist.

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