Vorrichtung und Verfahren zur Funktionsüberprüfung einer Füllstandsensorik

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Gebiet der Füllstandüberwachung, beispielsweise im Zusammenhang mit einer Betriebsflüssigkeit eines Kraftfahrzeugs. Konkret werden eine Füllstandüberwachungsvorrichtung mit einer Funktionsüberprüfungsfunktion sowie ein Verfahren zur Funktionsüberprüfung einer Füllstandsensorik vorgestellt.

Aus Sicherheitsgründen ist die Überwachung des Füllstands von Betriebsflüssigkeiten von Kraftfahrzeugen und anderen Maschinen unabdingbar. Gerade bei neueren Bremssystemen, welche in Verbindung mit Fahrerassistenzsystemen und für autonom fahrende Kraftfahrzeuge Verwendung finden, ist es notwendig, die korrekte Funktionsfähigkeit der Füllstandsensorik automatisch einer Diagnose unterziehen zu können.

Bisher wird der Füllstand von beispielsweise Bremsflüssigkeitsbehältern derart überwacht, dass ein Unterschreiten eines definierten Mindestflüssigkeitsstandes mittels einer Füllstandsensorik erfasst und daraufhin ein Warnsignal erzeugt wird. Dieser Fall tritt allerdings eher selten auf. Deshalb ist eine ausreichende, insbesondere regelmäßige Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Überwachungssystems nicht sichergestellt.

Weiterhin kann es auch vorkommen, dass sich bei Schwimmer-basierten Füllstandüberwachungsvorrichtungen der im Flüssigkeitsbehälter befindliche Schwimmer beispielsweise aufgrund von Erschütterungen verklemmt und sich dann nicht mehr ungehindert bewegen kann. Eine auf diese Weise eingeschränkte Beweglichkeit des Schwimmers kann mit den herkömmlichen Überwachungsmethoden, die den Füllstand aus der Position des Schwimmers ableiten, nicht erfasst werden.

Die Druckschrift US4321590US 4,321,590 B offenbart eine Technik zur Überprüfung des Füllstands eines Flüssigkeitsbehälters durch manuelles Verschieben des Schwimmers.

Der vorliegenden Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Funktionsüberprüfung einer Füllstandsensorik zu ermöglichen.

Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Füllstandüberwachungsvorrichtung mit einer Funktionsüberprüfungsfunktion angegeben. Die Füllstandüberwachungsvorrichtung umfasst einen Flüssigkeitsbehälter, einen Schwimmer, der zur Aufnahme im Flüssigkeitsbehälter ausgebildet ist, und eine Sensoreinrichtung. Die Sensoreinrichtung umfasst ein erstes Sensorelement, das in einer festen Beziehung zum Schwimmer angeordnet ist, und ein zweites Sensorelement, das in einer festen Beziehung zum Flüssigkeitsbehälter angeordnet ist. Die Sensoreinrichtung ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit eines Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement ein Signal zu erzeugen. Weiterhin umfasst die Füllstandüberwachungsvorrichtung einen elektrisch ansteuerbaren Aktuator, der dazu eingerichtet ist, unabhängig von einem Füllstand des Flüssigkeitsbehälters eine Veränderung des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement zu bewirken.

Der Flüssigkeitsbehälter kann Bremsflüssigkeit beinhalten, aber auch eine andere Betriebsflüssigkeit wie Kraftstoff, Kühlwasser oder Motoröl. Die Anwendung der hier vorgestellten Füllstandüberwachungsvorrichtung ist nicht auf den Fahrzeugbereich beschränkt. Es kommen auch andere Anwendungsgebiete wie Luftfahrt, Industrieproduktion oder Kraftwerkstechnologie in Frage, auf welchen die korrekte Funktionsfähigkeit einer Füllstandsensorik ebenfalls von großer Bedeutung ist.

Der elektrisch ansteuerbare Aktuator kann beispielsweise über einen Schalter direkt von einem Benutzer oder auch ohne die Einwirkung eines Benutzers, beispielsweise über eine autonom agierende Ansteuereinheit, angesteuert werden. Die Ansteuerbarkeit ist unabhängig von einem Füllstand des Flüssigkeitsbehälters, kann also zu beliebigen Zeitpunkten durchgeführt werden. Die Ansteuerung des Aktuators kann mittels Übertragung elektrischer Signale über Kabel oder über kabellose Signalübertragung erfolgen.

Der Aktuator kann den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement mittels mechanischer und/oder elektromagnetischer Krafteinwirkung, insbesondere auf den Schwimmer, ändern und dazu entsprechend ausgebildete Einrichtungen umfassen. Eine mechanische Krafteinwirkung kann beispielsweise über einen Elektromotor und ein Getriebe erfolgen. Eine elektromagnetische Krafteinwirkung kann beispielsweise mittels eines elektromagnetischen Feldes erzeugt werden, dessen abstoßende oder anziehende Wirkungen auf elektrische Ladungen, Dauermagnete oder magnetisierbare Stoffe ausgenutzt wird.

Der Aktuator kann dazu eingerichtet sein, den Schwimmer zu bewegen, um die Veränderung des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement zu bewirken. Der Schwimmer kann hierbei senkrecht zu einem Flüssigkeitspegel des Flüssigkeitsbehälters bewegt werden. Der Schwimmer kann derart ausgebildet sein, dass er auf der Oberfläche der Flüssigkeit schwimmt, dass sich also zumindest ein Teil seiner Oberfläche außerhalb der Flüssigkeit befindet.

Der Aktuator kann dazu eingerichtet sein, den Schwimmer in eine im Flüssigkeitsbehälter aufgenommene Flüssigkeit zu drücken oder zu ziehen, um die Veränderung des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement zu bewirken. In manchen Varianten kann der Schwimmer, beispielsweise bei einer Erst- oder Neubefüllung des Flüssigkeitsbehälters, gegen einen seine Bewegung begrenzenden Anschlag gedrückt und bei Befüllung bis zur maximal zulässigen Höhe in die Flüssigkeit zwangsweise vollständig untergetaucht werden, wodurch sich die Auftriebskraft des Schwimmers entsprechend des verdrängten Flüssigkeitsvolumens erhöht. Die mittels des Aktuators maximal erzielbare Betätigungskraft kann demnach mindestens der Auftriebskraft des vollständig in die Flüssigkeit eingetauchten Schwimmers entsprechen.

Der Aktuator kann eine Kraft auf den Schwimmer ausüben, um den Schwimmer entgegen dessen Auftriebskraft entlang einer vorgegebenen Bewegungsrichtung in die Flüssigkeit hinein oder, im Fall eines bereits vollständig in die Flüssigkeit eingetauchten Schwimmers, tiefer in diese zu bewegen.

Der Aktuator kann eine Spule umfassen, welche dazu eingerichtet ist, mittels eines von der Spule erzeugten elektromagnetischen Feldes die Veränderung des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement zu bewirken. Beispielsweise kann durch das elektromagnetische Feld der Spule eine Kraft auf den Schwimmer ausgeübt werden, welche den Schwimmer in Richtung auf den Aktuator zu oder von dem Aktuator weg bewegt. Diese Kraft kann die Reluktanzkraft, die Lorentzkraft oder eine andere durch ein elektromagnetisches Feld erzeugte Kraft sein. Zusätzlich kann die durch das elektromagnetische Feld der Spule erzeugte Kraft mittels dazu eingerichteter mechanischer Bauteile (z. B. mittels eines Getriebes, insbesondere eines Hebelmechanismus) auf den Schwimmer übertragen werden.

Die Spule kann in einer festen Beziehung zum Flüssigkeitsbehälter angeordnet sein. Beispielsweise kann die Spule über ein Aktuatorgehäuse oder anderweitig am Flüssigkeitsbehälter befestigt sein.

Der Aktuator kann ein Betätigungselement umfassen, das dazu eingerichtet ist, mit dem von der Spule erzeugten elektromagnetischen Feld zu wechselwirken, um eine Veränderung des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement zu bewirken. Das Betätigungselement kann beweglich zur Spule angeordnet sein. Das Betätigungselement kann zumindest einen Abschnitt eines Stößels, Hebels, usw. bilden und starr damit gekoppelt sein.

Das Betätigungselement kann ein ferromagnetisches und/oder ein elektrisch leitendes Material umfassen. Hierbei kommen beispielsweise Eisen, Kobalt oder Nickel in Frage. Das Betätigungselement kann aber auch andere Metalle wie Kupfer, Nichtmetalle wie Graphit oder leitende Polymere umfassen.

Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Betätigungselement in einer losen Beziehung zum Schwimmer vorgesehen sein. Demnach ist der Schwimmer bei nicht angesteuertem Aktuator unabhängig von der Lage des Betätigungselements frei beweglich innerhalb des Flüssigkeitsbehälters angeordnet. Ein Lösen des Betätigungselements von dem Schwimmer bei nicht angesteuertem Aktuator kann in diesem Fall mittels eines Löseelements unterstützt werden, welches zwischen dem Schwimmer und dem Betätigungselement angeordnet ist. Das Löseelement kann in Form einer nicht-magnetischen Anti-Haftschicht ausgebildet sein.

Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Betätigungselement in einer festen Beziehung zum Schwimmer vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Betätigungselement fest mit dem Schwimmer verbunden sein. Der Schwimmer kann von dem Betätigungselement kraftschlüssig oder anderweitig umschlossen werden.

Bei bestimmten Ausführungsformen kann ein Federelement vorgesehen sein, welches dazu eingerichtet ist, das Betätigungselement in eine Ausgangstellung vorzuspannen. Hierbei kann es zweckmäßig sein, dass die Federkraft des Federelements kleiner als die Auftriebskraft des Schwimmers und auch kleiner als die vom Aktuator aufbringbare Kraft ist. Die Ausgangstellung des Betätigungselements ist diejenige Position, in welcher sich das Betätigungselement befindet, damit bei nicht angesteuertem Aktuator auf den Schwimmer lediglich die Auftriebskraft der Flüssigkeit wirkt.

Das Federelement kann beispielsweise als Zugfeder ausgebildet sein, welche bei einer Veränderung des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement, beispielsweise durch eine Bewegung des Schwimmers, in Richtung der Abstandsänderung gespannt wird und bei nicht angesteuertem Aktuator das Betätigungselement in seine Ausgangstellung zurückzieht. Alternativ hierzu kann das Federelement beispielsweise als Druckfeder ausgebildet sein, welche bei nicht angesteuertem Aktuator das Betätigungselement in seine Ausgangsstellung vorspannt und durch die Veränderung des Abstands zwischen dem ersten und zweiten Sensorelement für die Signalerzeugung verkürzt wird.

Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Aktuator einen im Wesentlichen zylindrischen Spulenkern mit einem optionalen axialen Überstand über die Spule umfassen. Der Spulenkern kann beispielsweise durch einen ferromagnetischen und/oder elektrisch leitenden Fortsatz des Gehäuses des Aktuators gebildet sein. Auch kann der Aktuator ein entsprechend ausgebildetes, zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen und/oder elektrisch leitenden Material bestehendes Element umfassen. Der Spulenkern kann dazu ausgebildet sein, entlang einer Längsrichtung der Spule zumindest an einem Ende der Spule axial überzustehen. Das Betätigungselement kann dazu eingerichtet sein, den Spulenkern zumindest im Bereich des axialen Überstandes zu umschließen, insbesondere mit einem geringen Spiel.

Das Betätigungselement kann zumindest abschnittsweise hülsenförmig ausgebildet sein, insbesondere, um den Spulenkern umschließen zu können. Das Betätigungselement kann einen im Wesentlichen rundzylindrischen Querschnitt haben und zumindest teilweise im Inneren hohl ausgebildet sein.

Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Flüssigkeitsbehälter einen Boden aufweisen und der Aktuator innerhalb des Flüssigkeitsbehälters in einem Bereich zwischen dem Boden des Flüssigkeitsbehälters und dem Schwimmer angeordnet sein. Der Aktuator kann bezüglich eines Flüssigkeitspegels des Flüssigkeitsbehälters unterhalb des Schwimmers innerhalb der Flüssigkeit angeordnet sein. Der Aktuator kann den Schwimmer aus der Flüssigkeit hinaus und/oder tiefer in die Flüssigkeit hinein bewegen.

Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Aktuator einen Hebelmechanismus umfassen, welcher dazu eingerichtet ist, eine Veränderung des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement zu bewirken. Der Hebelmechanismus kann dazu eingerichtet sein, eine von dem Aktuator erzeugte elektromagnetische Kraft mechanisch in eine Bewegung umzuwandeln und diese auf den Schwimmer zu übertragen. Der Aktuator kann außerhalb des Flüssigkeitsbehälters in einer festen Beziehung zum Schwimmer angeordnet sein und mittels des Hebelmechanismus eine Kraft in das Innere des Flüssigkeitsbehälters übertragen.

Der Hebelmechanismus kann einen Hebel umfassen und das Betätigungselement kann zumindest einen Teil des Hebels oder eines Betätigungsglieds für den Hebel bilden.

Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Füllstandüberwachungsvorrichtung eine Ansteuereinrichtung für den Aktuator umfassen. Die Ansteuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, nach Erzeugung des Signals durch die Sensoreinrichtung die unabhängig vom Füllstand des Flüssigkeitsbehälters bewirkte Veränderung des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement rückgängig zu machen. Hierzu kann das von der Spule erzeugte elektromagnetische Feld nach Erzeugung des Signals durch die Sensoreinheit wieder abgebaut werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann der Aktuator dazu eingerichtet sein, das Betätigungselement in seine Ausgangstellung zurück zu bewegen, so dass auf den durch das Betätigungselement bewegten Schwimmer nur noch seine Auftriebskraft wirkt.

Die Ansteuereinrichtung für den Aktuator kann zusätzlich oder alternativ hierzu dazu eingerichtet sein, bei Eintritt eines vorbestimmten Ereignisses die Veränderung des Abstands des ersten und des zweiten Sensorelements zu bewirken. Ein vorbestimmtes Ereignis kann beispielsweise das Erreichen einer vorbestimmten Anzahl an gefahrenen Kilometern eines Kraftfahrzeugs, eine vorbestimmte Anzahl von durchgeführten Bremsvorgängen oder eine vorbestimmte Zeitdauer sein. Das vorbestimmte Ereignis kann wiederholt auftreten.

Die Ansteuereinrichtung für den Aktuator kann zusätzlich oder alternativ hierzu dazu eingerichtet sein, unabhängig von einer Handlung eines Benutzers die Veränderung des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement zu bewirken.

Die Ansteuereinrichtung kann in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs implementiert sein. Sie kann nach einer länger andauernden Fahrt oder nach einer längeren Nichtbenutzung des Kraftfahrzeugs eine Funktionsüberprüfung auslösen.

Die Sensoreinrichtung kann ein aus dem Stand der Technik bekannter Reed-Schalter oder ein vergleichbarer, durch Annäherung aktivierbarer oder deaktivierbarer elektrischer Kontakt sein. Die beiden Sensorelemente können in einem signallosen Zustand voneinander entfernt sein und durch eine Verringerung des Abstands zwischen ihnen wird der elektrische Kontakt zur Signalerzeugung geöffnet („OFF“-Signal) oder geschlossen („ON“-Signal). Alternativ hierzu können die beiden Sensorelemente in einem signallosen Zustand einander benachbart angeordnet sein und durch eine Vergrößerung des Abstands zwischen ihnen wird der elektrische Kontakt zur Signalerzeugung geöffnet („OFF“-Signal) oder geschlossen („ON“-Signal).

Bei bestimmten Ausführungsformen kann das erste Sensorelement einen Magneten und das zweite Sensorelement einen Magnetfeldsensor umfassen, oder umgekehrt. Beispielsweise kann der Schwimmer zumindest teilweise aus einem magnetischen Material gefertigt sein oder ein solches umfassen, welches dann das erste Sensorelement bildet. Durch eine vom Aktuator ausgelöste Bewegung des Schwimmers in Richtung auf den Magnetfeldsensor zu oder von diesem weg kann dieser ausgelöst werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine hydraulische Kraftfahrzeug-Bremsanlage angegeben. Die Kraftfahrzeug-Bremsanlage umfasst eine Füllstandüberwachungsvorrichtung zur Überwachung des Füllstands eines Hydraulikfluids, wie hier beschrieben.

Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zur Überprüfung der Funktion einer Füllstandsensorik angegeben. Bei dem Verfahren vermag eine Sensoreinrichtung in Abhängigkeit eines Abstands zwischen einem ersten und einem zweiten Sensorelement ein Signal zu erzeugen. Hierbei ist das erste Sensorelement in einer festen Beziehung zu einem Schwimmer angeordnet, welcher zur Aufnahme in einem Flüssigkeitsbehälter ausgebildet ist. Das zweite Sensorelement ist in einer festen Beziehung zum Flüssigkeitsbehälter angeordnet. Weiterhin vermag ein elektrisch ansteuerbarer Aktuator unabhängig von einem Füllstand des Flüssigkeitsbehälters eine Veränderung des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement zu bewirken. Das Verfahren umfasst die Schritte des elektrischen Ansteuerns des Aktuators, um unabhängig von einem Füllstand des Flüssigkeitsbehälters einen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement derart zu verändern, dass die Sensoreinrichtung ein Signal erzeugt, und des Auswertens des von der Sensoreinrichtung erzeugten Signals zur Funktionsfähigkeitsüberwachung der Füllstandüberprüfung.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie aus den Figuren. Es zeigen:

• 1A eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Füllstandüberwachungsvorrichtung in ihrer Ausgangsstellung, wobei ein Betätigungselement in eine Spule eintaucht;
• 1B eine Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels in aktiviertem Zustand, wobei ein Schwimmer in die Flüssigkeit hinein gedrückt und ein Signal von einer Sensoreinrichtung erzeugt wird;
• 2A eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Füllstandüberwachungsvorrichtung in ihrer Ausgangsstellung, wobei ein Schwimmer und ein Betätigungselement fest miteinander gekoppelt sind;
• 2B eine Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels in aktiviertem Zustand, wobei ein Schwimmer in die Flüssigkeit hinein gedrückt und ein Signal von einer Sensoreinrichtung erzeugt wird;
• 3A eine Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Füllstandüberwachungsvorrichtung in ihrer Ausgangsstellung, wobei ein Aktuator einen Spulenkern mit einem axialen Überstand aufweist, welcher von einem hülsenförmig ausgebildeten Betätigungselement umschlossen wird;
• 3B eine Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels in aktiviertem Zustand, wobei ein Schwimmer in die Flüssigkeit hinein gedrückt und ein Signal von einer Sensoreinrichtung erzeugt wird;
• 4.1A eine Darstellung einer Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels der Füllstandüberwachungsvorrichtung in ihrer Ausgangsstellung, wobei das hülsenförmig ausgebildete Betätigungselement mit einer Zugfeder gekoppelt ist, um das Betätigungselement in die Ausgangsstellung vorzuspannen;
• 4.1B eine Darstellung des Ausführungsbeispiel nach 4.1A in aktiviertem Zustand, wobei ein Schwimmer in die Flüssigkeit hinein gedrückt und ein Signal von einer Sensoreinrichtung erzeugt wird;
• 4.2A eine Darstellung einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach 4.1A, wobei das hülsenförmig ausgebildete Betätigungselement mit einer Druckfeder gekoppelt ist, um einer Entfernung des Betätigungselements von der Spule entgegenzuwirken;
• 4.2B eine Darstellung des Ausführungsbeispiels nach 4.2A in aktiviertem Zustand, wobei ein Schwimmer in die Flüssigkeit hinein gedrückt und ein Signal von einer Sensoreinrichtung erzeugt wird;
• 5A eine Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Füllstandüberwachungsvorrichtung in ihrer Ausgangsstellung, wobei ein Aktuator zwischen einem Boden des Flüssigkeitsbehälters und einem Schwimmer innerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist;
• 5B eine Darstellung des vierten Ausführungsbeispiels in aktiviertem Zustand, wobei ein Schwimmer in die Flüssigkeit hinein gedrückt und ein Signal von einer Sensoreinrichtung erzeugt wird;
• 5C eine Abwandlung des vierten Ausführungsbeispiels der Füllstandüberwachungsvorrichtung in ihrer Ausgangsstellung, wobei ein Aktuator unterhalb des Schwimmers, aber außerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist;
• 5D eine Darstellung der Abwandlung des vierten Ausführungsbeispiels in aktiviertem Zustand, wobei ein Schwimmer in die Flüssigkeit hinein gedrückt und ein Signal von einer Sensoreinrichtung erzeugt wird;
• 6A eine Darstellung einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach 2A in ihrer Ausgangsstellung, wobei ein Aktuator zwischen einem Boden des Flüssigkeitsbehälters und einem Schwimmer innerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist;
• 6B eine Darstellung des Ausführungsbeispiels nach 6A in aktiviertem Zustand, wobei ein Schwimmer in die Flüssigkeit hinein gedrückt und ein Signal von einer Sensoreinrichtung erzeugt wird;
• 7A eine Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels der Füllstandüberwachungsvorrichtung in ihrer Ausgangsstellung, wobei ein Aktuator teilweise außerhalb des Flüssigkeitsbehälters angeordnet ist und einen Hebelmechanismus umfasst;
• 7B eine Darstellung des fünften Ausführungsbeispiels in aktiviertem Zustand, wobei ein Schwimmer in die Flüssigkeit hinein gedrückt und ein Signal von einer Sensoreinrichtung erzeugt wird;
• 8A eine Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels der Füllstandüberwachungsvorrichtung in ihrer Ausgangsstellung, wobei ein Betätigungselement ein Betätigungsglied für einen Hebel bildet;
• 8B eine Darstellung des Ausführungsbeispiels nach 8A in aktiviertem Zustand, wobei ein Schwimmer in die Flüssigkeit hinein gedrückt und ein Signal von einer Sensoreinrichtung erzeugt wird;
• 8C eine Abwandlung des sechsten Ausführungsbeispiels der Füllstandüberwachungsvorrichtung in ihrer Ausgangsstellung, wobei ein Aktuator außerhalb und ein Hebelmechanismus innerhalb des Flüssigkeitsbehälters angeordnet ist;
• 8D eine Darstellung der Abwandlung des sechsten Ausführungsbeispiels in aktiviertem Zustand, wobei ein Schwimmer in die Flüssigkeit hinein gedrückt und ein Signal von einer Sensoreinrichtung erzeugt wird; und
• 9 eine schematische Darstellung einer Füllstandüberwachungsvorrichtung mit einer Ansteuereinheit zur Ansteuerung eines Aktuators sowie einer Auswerteeinheit zur Auswertung des von einer Sensoreinrichtung erzeugten Signals.

Im Folgenden wird eine Füllstandüberwachungsvorrichtung für eine Füllstandsensorik anhand verschiedener Ausführungsbeispiele beschrieben. Die Vorrichtung ist beispielsweise in einem hydraulischen Bremssystem eines Kraftfahrzeugs oder in einer beliebigen anderen Maschine verbaut, deren Betriebsflüssigkeit überwacht werden muss.

Sofern die verschiedenen Ausführungsbeispiele die gleichen oder ähnliche Komponenten verwenden, werden diese der Einfachheit halber mit den jeweils gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die 1A und 1B zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Füllstandüberwachungsvorrichtung 10 mit einer Funktionsüberprüfungsfunktion zur Selbstdiagnose. Die Füllstandüberwachungsvorrichtung 10 umfasst einen Flüssigkeitsbehälter 12 und einen Schwimmer 14, welcher zur Aufnahme in dem Flüssigkeitsbehälter 12 ausgebildet ist. Im Ausführungsbeispiel der 1A und 1B ist der Flüssigkeitsbehälter 12 vollständig gefüllt, so dass der Schwimmer 14 in seiner höchsten Lage angeordnet ist. Sinkt der Flüssigkeitspegel, so sinkt auch der Schwimmer 14.

Die Füllstandüberwachungsvorrichtung 10 umfasst ferner eine Sensoreinrichtung 16 mit einem ersten Sensorelement 18 und einem zweiten Sensorelement 20. Das erste Sensorelement 18 umfasst hier einen Magneten und ist Teil des Schwimmers 14. Das zweite Sensorelement 20 ist außerhalb des Flüssigkeitsbehälters 12 angeordnet und als Magnetfeldsensor, beispielsweise als Reed-Schalter ausgebildet.

Die Füllstandüberwachungsvorrichtung 10 umfasst weiterhin einen oberhalb des Schwimmers 14 angeordneten Aktuator 22, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Gehäuse 24, eine Spule 26, ein Betätigungselement 28 und ein Federelement 30 umfasst. Im Ausführungsbeispiel nach den 1A und 1B ist das Betätigungselement 28 als Betätigungsstößel ausgebildet, welcher zumindest bereichsweise aus einem ferromagnetischen Material besteht. Ein erstes Ende des Betätigungsstößels 28 wird von der Spule 26 konzentrisch umschlossen, während ein zweites Ende lose am Schwimmer 14 anliegt.

Bei einer elektrischen Ansteuerung des Aktuators 22 wird die Spule 26 von einem elektrischen Strom durchflossen und erzeugt ein elektromagnetisches Feld. Dieses elektromagnetische Feld übt auf den ferromagnetischen Betätigungsstößel 28 eine in Richtung des Schwimmers 14 gerichtete elektromagnetische Betätigungskraft aus. Im Ausführungsbeispiel nach den 1A und 1B ist diese elektromagnetische Betätigungskraft die Reluktanzkraft. Diese Kraft wird mittels des Betätigungsstößels 28 auf den Schwimmer 14 übertragen, wodurch dieser entgegen seiner Auftriebskraft vom Aktuator 22 weg und tiefer in die im Flüssigkeitsbehälter 12 aufgenommene Flüssigkeit 13 gedrückt wird. Dadurch wird eine Verringerung des Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 bewirkt.

In 1B ist die Situation dargestellt, in welcher das vom Schwimmer 14 umfasste erste Sensorelement 18 soweit an das zweite Sensorelement 20 angenähert ist, dass der Reed-Schalter geschlossen ist und die Sensoreinrichtung 16 durch Schließen eines Stromkreises ein elektrisches Signal erzeugt. Der Betätigungsstößel 28 nimmt hier seine Betätigungsposition P₁ ein.

Das Federelement 30 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Druckfeder ausgebildet, welche nach Beendigung des elektrischen Ansteuerns des Aktuators 22 den Betätigungsstößel 28 in seine in 1A dargestellte Ausgangsposition P₀ zurückbewegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Betätigungsstößel 28 in einer losen Beziehung zum Schwimmer 14 vorgesehen. Dadurch kann bei nicht angesteuertem Aktuator 22 der Schwimmer 14 unabhängig von der Stellung des Betätigungselements 28 in seine vom Flüssigkeitspegel abhängige Ausgangsposition zurückkehren.

Die elektrische Ansteuerung des Aktuators 22 ermöglicht eine regelmäßige Überprüfung der Füllstandüberwachungsvorrichtung 10. Dadurch ist eine Selbstdiagnose betreffend die Funktionsfähigkeit der Sensoreinrichtung 16 möglich, ohne dass dies die Aufmerksamkeit des Benutzers erfordert. So wird beispielsweise ein Fahrer nicht von seiner Aufgabe, ein Kraftfahrzeug zu führen, abgelenkt, was zu einer Erhöhung der Fahrsicherheit beiträgt. Ein weiterer Vorteil der elektrischen Ansteuerung des Aktuators 22 im Zusammenhang mit der Spule 26 und dem Betätigungselement 28 mit einem ferromagnetischen Material liegt darin, dass die Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 berührungslos erfolgt.

Die vorliegende Offenbarung ermöglicht auch die Überprüfung der mechanischen Bauteile, beispielsweise der Beweglichkeit des Schwimmers 14. Hierdurch kann ein eventuelles Verklemmen des Schwimmers 14, beispielsweise durch Erschütterungen während der Fahrt, erkannt und dem Benutzer - beispielsweise bei Ausbleiben des von der Sensoreinrichtung 16 erzeugten Signals trotz des aktivierten Aktuators 22 - optisch und/oder akustisch mitgeteilt werden. Durch wiederholtes Ansteuern des Aktuators 22 oder geeignete anderweitige Korrekturmaßnahmen kann gegebenenfalls eine Fehlfunktion des Schwimmers 14 auch behoben werden. Gerade für neuere Bremssysteme, welche in Verbindung mit Fahrerassistenzsystemen wie Abstandsregeltempomaten und/oder autonom fahrenden Fahrzeugen verwendet werden, ist eine solche Selbstkontrolle der Funktionsfähigkeit einer Kraftfahrzeug-Bremsanlage besonders wichtig.

Die 2A und 2B zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Füllstandüberwachungsvorrichtung 10 ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel. Hier umfasst der Aktuator 22 jedoch kein Federelement 30. Ferner weist der Schwimmer 14 einen zylindrischen Fortsatz 15 auf, welcher sich zumindest teilweise durch eine Aussparung 25 des Aktuatorgehäuses 24 hindurch erstreckt und von der Spule 26 konzentrisch umschlossen wird.

Der zylindrischen Fortsatz 15 weist an seinem freien Ende das Betätigungselement 28 auf, wobei das Betätigungselement 28 ein ferromagnetisches und/oder ein elektrisch leitendes Material umfasst. Bei elektrisch angesteuertem Aktuator 22 wird mittels des durch die Spule 26 erzeugten elektromagnetischen Feldes der Schwimmer 14 durch das Betätigungselement 28 mittels der Reluktanzkraft vom Aktuator 22 weg bewegt und tiefer in die Flüssigkeit 13 hineingedrückt.

Analog zu 1B stellt 2B die Situation dar, in welcher die Sensoreinrichtung 16 aufgrund einer unabhängig vom Füllstand des Flüssigkeitsbehälters 12 aktuatorisch erfolgten Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 ein Signal erzeugt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Betätigungselement 28 in einer festen Beziehung zum Schwimmer 14 vorgesehen. Dies bedeutet hier, dass das Betätigungselement 28 starr mit dem Schwimmer 14 gekoppelt ist. Bei nicht angesteuertem Aktuator 22 ist der Schwimmer 14 aufgrund seiner Auftriebskraft in der Lage, das Betätigungselement 28 wieder in seine in 2A gezeigte Ausgangstellung P₀ zu bewegen, jedenfalls bei voller Befüllung des Flüssigkeitsbehälters 12.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Füllstandüberwachungsvorrichtung 10 ist in den 3A und 3B dargestellt. Hier weist der Aktuator 22, genauer gesagt die Spule 26, einen im Wesentlichen zylindrischen Spulenkern 27 auf. Der Spulenkern 27 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel von einem innen liegenden Fortsatz des Gehäuses 24 des Aktuators 22 gebildet. Alternativ hierzu kann der Spulenkern 27 auch ein vom Gehäuse 24 verschiedenes Bauteil sein.

Entlang einer axialen Richtung der Spule 26 weist der Spulenkern 27 einen Überstand 27a auf. Dieser Überstand 27a wird von dem Betätigungselement 28 mit geringem Spiel umschlossen. Im Ausführungsbeispiel nach den 3A und 3B ist das Betätigungselement 28 hülsenförmig ausgebildet. Das Betätigungselement 28 hat in einer senkrecht zur axialen Erstreckung der Spule 26 verlaufenden Ebene einen im Wesentlichen rundzylindrischen Querschnitt und ist im Inneren hohl.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Betätigungselement 28 aus einem leitenden, aber nicht ferromagnetischen Material und nimmt die Funktion einer weiteren Spule mit nur einer Windung ein. Bei einer elektrischen Ansteuerung des Aktuators 22 wird durch die Spule 26 sowohl im Spulenkern 27 wie auch im Betätigungselement 28 mittels elektromagnetischer Induktion ein Magnetfeld erzeugt. Diese gleichgerichteten Magnetfelder stoßen sich gemäß dem physikalischen Prinzip der Lorentzkraft gegenseitig ab. Hierdurch wird der Schwimmer 14 durch das Betätigungselement 28 vom Aktuator 22 weg bewegt und tiefer in die Flüssigkeit 13 hineingedrückt.

Analog zu 1B stellt 3B die Situation dar, in welcher die Sensoreinrichtung 16 aufgrund einer unabhängig von dem Füllstand des Flüssigkeitsbehälters 12 aktuatorisch erfolgten Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 ein Signal erzeugt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Betätigungselement 28 in einer festen Beziehung zum Schwimmer 14 vorgesehen, also mit dem Schwimmer 14 starr gekoppelt (es könnte aber auch lose zum Schwimmer 14 angeordnet sein). Bei nicht angesteuertem Aktuator 22 (und vollem Flüssigkeitsbehälter 12) ist der Schwimmer 14 aufgrund seiner Auftriebskraft in der Lage, das Betätigungselement 28 wieder in seine in 3A gezeigte Ausgangstellung P₀ zu bewegen.

Die 4.1A und 4.1B zeigen eine erste Abwandlung des in den 3A und 3B dargestellten Ausführungsbeispiels der Füllstandüberwachungsvorrichtung 10. Die Füllstandüberwachungsvorrichtung 10 umfasst hier zusätzlich zwischen der Spule 26 und dem hülsenförmig ausgebildeten Betätigungselement 28 ein Federelement 30, welches als Zugfeder ausgebildet ist. Hierdurch wird bei nicht angesteuertem Aktuator 22 ein Zurückstellen des hülsenförmig ausgebildeten Betätigungselements 28 bewirkt. Dies ist vor allem dann zweckmäßig, wenn das Betätigungselement 28 als loses Bauteil bezüglich des Schwimmers 14 ausgebildet ist. Weiterhin wird durch das als Zugfeder ausgebildete Federelement 30 einer Entfernung des Betätigungselements 28 von dem Spulenkern 27 und der Spule 26 entgegengewirkt. Ein vollständiges Austreten des Betätigungselements 28 aus dem Aktuatorgehäuse 24 wird dadurch verhindert.

Analog zu 1B stellt 4.1B die Situation dar, in welcher die Sensoreinrichtung 16 aufgrund einer unabhängig vom Füllstand des Flüssigkeitsbehälters 12 aktuatorisch erfolgten Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 ein Signal erzeugt.

Die 4.2A und 4.2B zeigen eine zweite Abwandlung des in den 3A und 3B dargestellten Ausführungsbeispiels der Füllstandüberwachungsvorrichtung 10. Das hülsenförmig ausgebildete Betätigungselement 28 weist hier zusätzlich einen senkrecht zu einer Längsrichtung des Betätigungselements 28 hervorstehenden Kragen oder Rand 29 auf. Der Durchmesser d₁ des hülsenförmigen Betätigungselements 28 ist in einem Bereich, welcher den hervorstehenden Rand 29 aufweist, größer als der Durchmesser d₂ einer Aussparung 25 in dem Gehäuse des Aktuators 24, in welche das Betätigungselement 28 hineinreicht.

Zwischen diesem Rand 29 und einer dem Rand 29 zugewandten Unterseite 23 des Gehäuses 24 des Aktuators 22 ist ein Federelement 30 angeordnet, welches in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Druckfeder ausgebildet ist. Der vorstehende Rand 29 wie auch das als Druckfeder ausgebildete Federelement 30 wirken in Kombination beide einer Entfernung des Betätigungselements 28 von der Spule 26 und dem Spulenkern 27 entgegen.

Analog zu 1B stellt 4.2B die Situation dar, in welcher die Sensoreinrichtung 16 aufgrund einer unabhängig vom Füllstand des Flüssigkeitsbehälters 12 aktuatorisch erfolgten Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 ein Signal erzeugt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Betätigungselement 28 wieder in einer losen Beziehung zum Schwimmer 14 vorgesehen.

Die 5A und 5B zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel der Füllstandüberwachungsvorrichtung 10. Hier weist der Flüssigkeitsbehälter 12 einen Boden 32 auf und der Aktuator 22 ist innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 12 in einem Bereich zwischen dem Boden 32 und dem Schwimmer 14 angeordnet. Die Spule 26 umfasst einen ferromagnetischen Spulenkern 26A und das Betätigungselement 28 umfasst eine in einer festen Beziehung zum Schwimmer 14 angeordnete Scheibe, welche aus einem ferromagnetischen Material besteht. Der ferromagnetische Spulenkern 26A überragt die Spule 26 an ihrem dem Schwimmer 14 zugewandten Ende und bildet mit der Spule 26 einen Elektromagneten. Bei angesteuertem Aktuator 22 wird mittels des von der Spule 26 und dem ferromagnetischen Spulenkern 26A gebildeten Elektromagneten ein elektromagnetisches Feld erzeugt, welches auf das Betätigungselement 28 aufgrund der Reluktanzkraft anziehend wirkt. Dadurch wird der Schwimmer 14 in Richtung auf den Aktuator 22 zubewegt und tiefer in die Flüssigkeit 13 gedrückt.

Analog zu 1B stellt 5B die Situation dar, in welcher die Sensoreinrichtung 16 aufgrund einer unabhängig von dem Füllstand des Flüssigkeitsbehälters 12 aktuatorisch erfolgten Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 ein Signal erzeugt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das scheibenförmige Betätigungselement 28 in einer festen Beziehung zum Schwimmer 14 vorgesehen, also beispielsweise mit diesem verklebt, von dessen Material umspritzt oder in einer Aussparung eingepresst oder verrastet.

Zwischen dem Betätigungselement 28 einerseits und andererseits dem aus dem ferromagnetischen Spulenkern 26A und der Spule 26 gebildeten Elektromagneten ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Löseelement 34 in Form einer nicht-magnetischen Anti-Haftschicht angeordnet. Bei nicht angesteuertem Aktuator 22 wirkt das Löseelement 34 einem Anhaften des Betätigungselements 28 am Spulenkern 26A entgegen. Dadurch ist der Schwimmer 14 aufgrund seiner Auftriebskraft in der Lage, frei beweglich innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 12 angeordnet zu sein.

Durch die Positionierung des Aktuators 22 innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 12 wird eine kompaktere Bauweise der Füllstandüberwachungsvorrichtung 10 ermöglicht.

Die 5C und 5D zeigen eine weitere Ausgestaltung des vierten Ausführungsbeispiels der Füllstandüberwachungsvorrichtung 10. Analog zu der Ausgestaltung in den 5A und 5B ist der Aktuator 22 ebenfalls unterhalb des Schwimmers 14 angeordnet, hier jedoch außerhalb des Flüssigkeitsbehälters 12. Der Flüssigkeitsbehälter 12 ist in der vorliegenden Ausgestaltung derart geformt, dass der außerhalb des Flüssigkeitsbehälters 12 liegende Aktuator 22 in einer Aussparung 33 des Gehäuses 35 des Flüssigkeitsbehälters 12 angeordnet ist.

Analog zu 18 stellt 5D die Situation dar, in welcher die Sensoreinrichtung 16 aufgrund einer unabhängig von dem Füllstand des Flüssigkeitsbehälters 12 aktuatorisch erfolgten Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 ein Signal erzeugt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das scheibenförmige Betätigungselement 28 in einer festen Beziehung zum Schwimmer 14 vorgesehen, also beispielsweise mit diesem verklebt, von dessen Material umspritzt oder in einer Aussparung eingepresst oder verrastet.

Bei der in den 5C und 5D dargestellten Abwandlung des vierten Ausführungsbeispiels der Füllstandüberwachungsvorrichtung 10 kann auf ein Löseelement 34 verzichtet werden. Des Weiteren ist der aus dem ferromagnetischen Spulenkern 26A und der Spule 26 gebildete Elektromagnet nicht der Flüssigkeit 13 ausgesetzt, wodurch dessen Lebensdauer erhöht werden kann.

Durch die Positionierung des Aktuators 22 innerhalb der Aussparung 33 des Gehäuses 35 des Flüssigkeitsbehälters 12 wird außerdem eine kompaktere Bauweise der Füllstandüberwachungsvorrichtung 10 ermöglicht.

Die 6A und 6B zeigen eine Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß den 2A und 2B und analog zu dem in den 5A und 5B gezeigten Ausführungsbeispiel. Hier ist das Aktuatorgehäuse 24 in den Flüssigkeitsbehälters 12 integriert, und zwar in einem Bereich zwischen einem Boden 32 des Flüssigkeitsbehälters 12 und dem Schwimmer 14.

Der Schwimmer 14 weist wiederum einen zylindrischen Fortsatz 15 auf, welcher zumindest teilweise in eine Aussparung 25 des Aktuatorgehäuses 24 hineinreicht und von der Spule 26 konzentrisch umschlossen wird. Der zylindrischen Fortsatz 15 wird von dem Betätigungselement 28 kraftschlüssig umschlossen oder anderweitig damit gekoppelt, wobei das Betätigungselement 28 ein ferromagnetisches und/oder ein elektrisch leitendes Material umfasst. Bei elektrisch angesteuertem Aktuator 22 wird mittels des durch die Spule 26 erzeugten elektromagnetischen Feldes der Schwimmer 14 durch das Betätigungselement 28 auf den Aktuator 22 zu bewegt und tiefer in die Flüssigkeit 13 hineingedrückt.

Analog zu 1B stellt 6B die Situation dar, in welcher die Sensoreinrichtung 16 aufgrund einer unabhängig vom Füllstand des Flüssigkeitsbehälters 12 aktuatorisch erfolgten Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 ein Signal erzeugt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Betätigungselement 28 in einer festen Beziehung zum Schwimmer 14 vorgesehen. Bei nicht angesteuertem Aktuator 22 ist der Schwimmer 14 aufgrund seiner Auftriebskraft in der Lage, das Betätigungselement 28 wieder in seine in 6A gezeigte Ausgangstellung P₀ zu bewegen, die jedenfalls bei vollem Flüssigkeitsbehälter 12 eingenommen wird.

Ein fünftes Ausführungsbeispiel der Füllstandüberwachungsvorrichtung 10 ist in den 7A und 7B dargestellt. Hier ist der Aktuator 22 bereichsweise außerhalb des Flüssigkeitsbehälters 12 in einer festen Beziehung zum Flüssigkeitsbehälter 122 angeordnet und umfasst einen Hebelmechanismus 40 mit einem linearen Hebel 41, der hälftig in den Flüssigkeitsbehälter 12 hineinragt.

Mittels des Hebelmechanismus 40 wird eine auf elektromagnetischem Weg erzeugte Kraft, im dargestellten Fall die Reluktanzkraft, mechanisch in den Innenraum des Flüssigkeitsbehälters 12 und auf den Schwimmer 14 übertragen. So wird bei angesteuertem Aktuator 22 das aus einem ferromagnetischen und/oder elektrisch leitenden Material bestehende, stößelartige Betätigungselement 28 durch das von der Spule 26 erzeugte elektromagnetische Feld zumindest teilweise aus dem Aktuator 22 herausbewegt. Diese Linearbewegung des Betätigungselements 28 bewirkt eine mechanische Schwenkbewegung des Hebels 41, welche auf den Schwimmer 14 übertragen wird. Dadurch wird der Schwimmer 14 tiefer in die Flüssigkeit 13 gedrückt und eine Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 bewirkt.

Alternativ hierzu ist auch eine Ausführung möglich, in welcher das Betätigungselement 28 aufgrund einer mechanischen Krafteinwirkung, z. B. mittels eines Elektromotors, bewegt wird und diese mechanische Krafteinwirkung auf den Hebelmechanismus 40 überträgt. In diesem Fall wird auf eine Spule 26 verzichtet.

Analog zu 1B stellt 7B die Situation dar, in welcher die Sensoreinrichtung 16 aufgrund einer unabhängig vom Füllstand des Flüssigkeitsbehälters 12 aktuatorisch erfolgten Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 ein Signal erzeugt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schwimmer 14 in einer losen Beziehung zum Betätigungselement 28 und zum Hebelmechanismus 40 vorgesehen. Bei nicht angesteuertem Aktuator 22 ist der Schwimmer 14 aufgrund seiner Auftriebskraft in der Lage, den Hebelmechanismus 40 und das Betätigungselement 28 wieder in deren jeweilige in 7A gezeigte Ausgangstellung P₀ zu bewegen.

Alternativ hierzu können der Schwimmer 14, das Betätigungselement 28 und der Hebelmechanismus 40 in einer festen Beziehung zueinander vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann auch ein Federelement 30 vorgesehen sein, welches dazu eingerichtet ist, das Betätigungselement 28 und/oder den Hebelmechanismus 40 in deren jeweilige in 7A dargestellte Ausgangsstellung P₀ vorzuspannen.

Durch eine bereichsweise Anordnung des Aktuators 22 außerhalb des Flüssigkeitsbehälters 12 kann Bauhöhe eingespart werden. Zusätzlich wird ein Eindringen der im Flüssigkeitsbehälter 12 befindlichen Flüssigkeit 13 in das Gehäuse 24 des Aktuators 22 verhindert.

Ein sechstes Ausführungsbeispiel der Füllstandüberwachungsvorrichtung 10 ist in den 8A und 8B dargestellt. Hier ist der Aktuator 22 wiederum bereichsweise außerhalb des Flüssigkeitsbehälters 12 angeordnet und umfasst einen sich in den Flüssigkeitsbehälter 12 erstreckenden Hebelmechanismus 40 analog zu dem in den 7A und 7B dargestellten Ausführungsbeispiel.

Der Hebelmechanismus 40 umfasst einen L-förmigen Hebel 41. Das Betätigungselement 28 umfasst ein ferromagnetisches Element 42, welches Teil des Hebels 41 und außerhalb des Flüssigkeitsbehälters 12 angeordnet ist. Die Spule 26 umfasst einen ferromagnetischen Spulenkern 26A. Der ferromagnetische Spulenkern 26A bildet zusammen mit der Spule 26 einen Elektromagneten, welcher bei angesteuertem Aktuator 22 eine magnetische Anziehung des Betätigungselements 28 aufgrund der Reluktanzkraft bewirkt. Die daraus resultierende Bewegung des Hebels 41 wird auf den Schwimmer 14 übertragen. Dadurch wird der Schwimmer 14 tiefer in die Flüssigkeit 13 gedrückt und eine Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 bewirkt.

Zwischen dem ferromagnetischen Element 42 des Betätigungselements 28 einerseits und andererseits dem aus dem ferromagnetischen Spulenkern 26A und der Spule 26 gebildeten Elektromagneten ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Löseelement 34 in Form einer nicht-magnetischen Anti-Haftschicht angeordnet. Bei nicht angesteuertem Aktuator 22 wirkt das Löseelement 34 einem Anhaften des ferromagnetischen Elements 42 des Betätigungselements 28 am Spulenkern 26A entgegen. Dadurch ist der Schwimmer 14 aufgrund seiner Auftriebskraft in der Lage, frei beweglich innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 12 angeordnet zu sein.

Analog zu 1B stellt 8B die Situation dar, in welcher die Sensoreinrichtung 16 aufgrund einer unabhängig vom Füllstand des Flüssigkeitsbehälters 12 aktuatorisch erfolgten Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 ein Signal erzeugt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schwimmer 14 in einer losen Beziehung zum Betätigungselement 28 und zum Hebelmechanismus 40 vorgesehen. Bei nicht angesteuertem Aktuator 22 (und vollem Flüssigkeitsbehälter 12) ist der Schwimmer 14 aufgrund seiner Auftriebskraft in der Lage, den Hebelmechanismus 40 wieder in dessen in 8A gezeigte Ausgangstellung P₀ zu bewegen.

Die 8C und 8D zeigen eine weitere Ausgestaltung des sechsten Ausführungsbeispiels der Füllstandüberwachungsvorrichtung 10. Analog zu der Ausgestaltung in den 8A und 8B ist der aus dem ferromagnetischen Spulenkern 26A und der Spule 26 gebildete Elektromagneten außerhalb des Flüssigkeitsbehälters 12 angeordnet. Der Hebelmechanismus 40 ist hierbei vollständig innerhalb des Gehäuses 35 des Flüssigkeitsbehälters 12 angeordnet.

Analog zu 8B stellt 8D die Situation dar, in welcher die Sensoreinrichtung 16 aufgrund einer unabhängig von dem Füllstand des Flüssigkeitsbehälters 12 aktuatorisch erfolgten Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 ein Signal erzeugt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schwimmer 14 in einer losen Beziehung zum Betätigungselement 28 und zum Hebelmechanismus 40 vorgesehen. Bei nicht angesteuertem Aktuator 22 (und vollem Flüssigkeitsbehälter 12) ist der Schwimmer 14 aufgrund seiner Auftriebskraft in der Lage, den Hebelmechanismus 40 wieder in dessen in 8C gezeigte Ausgangstellung P₀ zu bewegen.

Bei der in den 8C und 8D dargestellten Abwandlung des sechsten Ausführungsbeispiels der Füllstandüberwachungsvorrichtung 10 kann auf ein Löseelement 34 verzichtet werden.

Zusätzlich zu dem bereits im Zusammenhang mit den 7A und 7B erwähnten Verhindern des Eindringens der im Flüssigkeitsbehälter 12 befindlichen Flüssigkeit 13 in das Gehäuse 24 des Aktuators 22 kann durch die L-förmige Ausgestaltung des Hebels 41 auch die Gesamtlänge des Hebelmechanismus 40 verkürzt werden. Dadurch wird eine kompaktere Bauweise ermöglicht.

Bei jedem der obigen Ausführungsbeispiele kann der Schwimmer 14 in einer losen oder einer festen Beziehung zum Betätigungselement 28 und zu zusätzlichen mechanischen Komponenten wie dem Hebelmechanismus 40 vorgesehen sein. Bei einer losen Beziehung des Schwimmers 14 zu dem Betätigungselement 28 kann ein Löseelement 34 zwischen dem Schwimmer 14 und dem Betätigungselement 28 vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann bei jedem der obigen Ausführungsbeispiele ein Federelement 30 vorhanden sein, welches dazu eingerichtet ist, das Betätigungselement 28 in eine Ausgangsstellung vorzuspannen.

Die Anordnung des Aktuators 22 und des Betätigungselements 28 in Relation zu dem Schwimmer 14 kann bei einer alternativen Ausgestaltung der obigen Ausführungsbeispiele beliebig verändert werden. Beispielsweise kann bei dem in den 5A und 5B dargestellten Ausführungsbeispiel der Aktuator 22 auch oberhalb des Schwimmers 14 außerhalb der Flüssigkeit 13 angeordnet sein.

9 zeigt schematisch eine Systemübersicht mit einer Ansteuereinheit 44 zur elektrischen Ansteuerung (in 9 mit einem Pfeil dargestellt) des Aktuators 22 und einer Auswerteeinheit 46 zur Auswertung des von der Sensoreinrichtung 16 erzeugten Signals. In dieses System kann jede der oben geschilderten Füllstandüberwachungsvorrichtungen 10 oder eine andere Füllstandüberwachungsvorrichtung integriert werden. Ferner kann das System in beliebigen Maschinen vorgesehen sein, deren Betriebsflüssigkeit einer Überwachung bedarf. Insbesondere kann das System zur Funktionsfähigkeitsüberwachung einer hydraulischen Bremsanlage verwendet werden, wobei der Flüssigkeitsbehälter 12 dann Bremsflüssigkeit aufnimmt.

Die Ansteuereinheit 44 für den Aktuator 22 ist dazu eingerichtet, den Aktuator 22 elektrisch anzusteuern, um eine Funktionsprüfung der Füllstandsensorik durchzuführen. Die Ansteuereinheit 44 ist ferner dazu eingerichtet, nach einer erfolgten Signalerzeugung durch die Sensoreinrichtung 16 die unabhängig von einem Füllstand des Flüssigkeitsbehälters 12 bewirkte Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 rückgängig zu machen (z. B. durch Unterbrechung der Bestromung der Spule 26). Dadurch wird die Füllstandüberwachungsvorrichtung 10 erneut in die Lage versetzt, den Aktuator 22 mittels der Ansteuereinheit 44 anzusteuern.

Die Ansteuereinheit 44 ist dazu eingerichtet, bei Eintritt eines vorbestimmten Ereignisses eine Veränderung des Abstands des ersten Sensorelements 18 und des zweiten Sensorelements 20 zu bewirken. Das vorbestimmte Ereignis kann beispielsweise das Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von gefahrenen Kilometern, eine vorbestimmte Anzahl von durchgeführten Bremsvorgängen oder eine längere Nichtbenutzung eines Kraftfahrzeugs sein. Dies stellt eine kontinuierliche Überwachung der Funktionsfähigkeit von beispielsweise Kraftfahrzeugbremsen sicher.

Die Ansteuereinheit 44 ist ferner dazu eingerichtet, unabhängig von einer Handlung eines Benutzers eine Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 zu bewirken. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Benutzer, beispielsweise der Fahrer eines Kraftfahrzeugs, nicht von seiner Aufgabe das Kraftfahrzeug zu fahren, abgelenkt wird. Dies trägt zur Erhöhung der Fahrsicherheit bei.

Die Auswerteeinheit 46 ist dazu eingerichtet, das von der Sensoreinrichtung 16 erzeugte Signal an eine Steuereinheit (nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeugs und/oder direkt an den Benutzer weiterzuleiten und so eine Funktionsfähigkeit der Füllstandüberwachungsvorrichtung 10 zu signalisieren.

Weiterhin wird ein Verfahren zur Überprüfung einer Funktionsfähigkeit einer Füllstandsensorik offenbart. Bei dem Verfahren vermag die Sensoreinrichtung 16 in Abhängigkeit eines Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 ein Signal zu erzeugen. Hierbei ist das erste Sensorelement 18 in einer festen Beziehung zu dem Schwimmer 14 angeordnet, welcher zur Aufnahme in dem Flüssigkeitsbehälter 12 ausgebildet ist. Das zweite Sensorelement 20 ist in einer festen Beziehung zum Flüssigkeitsbehälter 12 angeordnet. Weiterhin vermag der elektrisch ansteuerbare Aktuator 22 unabhängig von einem Füllstand des Flüssigkeitsbehälters 12 eine Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 zu bewirken. Das Verfahren umfasst die Schritte des elektrischen Ansteuerns des Aktuators 22, um unabhängig von einem Füllstand des Flüssigkeitsbehälters 12 einen Abstand zwischen dem ersten Sensorelement 18 und dem zweiten Sensorelement 20 derart zu verändern, dass die Sensoreinrichtung 16 ein Signal erzeugt, und des Auswertens des von der Sensoreinrichtung 16 erzeugten Signals zur Funktionsfähigkeitsüberprüfung der Füllstandsensorik.

Die Betriebssicherheit von Maschinen wird durch die hier vorgeschlagene Funktionsfähigkeitsüberprüfung von Füllstandsensoriken erhöht. Gerade bei neueren Bremssystemen, welche in Verbindung mit Fahrerassistenzsystemen und für autonom fahrende Kraftfahrzeuge Verwendung finden, ist es vorteilhaft, die korrekte Funktionsfähigkeit der Füllstandsensorik auf die oben beschriebene Weise automatisch einer Diagnose unterziehen zu können.

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

• US 4321590