DE10119555A1 - Füllstandssensor und Verfahren zur Erfassung eines Füllstandes in einem Behälter - Google Patents

Abstract

Bei einem Füllstandssensor (19 mit einem Mess-Elektrodenpaar (4) und einem Referenz-Elektrodenpaar (5) weisen Referenz-Elektroden (5a, 5b) einen horizontalen Abschnitt (12) auf. Der horizontale Abschnitt (12) erstreckt sich über die gesamte Breite eines Behälters (2). Hierdurch werden bei der Messung einer Referenzgröße räumlich begrenzte Inhomogenitäten der im Behälter (2) befindlichen Flüssigkeit ausgeglichen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Füllstandssensor für einen Behälter, vorzugsweise für einen Waschwasserbehälter in einem Kraftfahrzeug, mit Elektroden zur Messung elektrischer Größen einer Flüssigkeit in dem Behälter und mit einer Auswerteeinheit zur Auswertung der gemessenen elektrischen Größen, wobei ein zur Erfassung einer Referenzgröße vorgesehenes Referenz-Elektrodenpaar zur Anordnung im unteren Bereich des Behälters vorgesehen ist und sich ein zur Erfassung von von dem Füllstand abhängigen Messgrößen vorgesehenes Mess-Elektrodenpaar zumindest über einen Teilbereich der Behälterhöhe er­ streckt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung eines Füll­ standes in einem Behälter, vorzugsweise in einem Waschwasserbehälter eines Kraftfahrzeuges, bei dem ein Referenz-Elektrodenpaar eine elektrische Refe­ renzgröße im unteren Bereich des Behälters misst, ein Mess-Elektrodenpaar eine elektrische Messgröße über die zu erfassende Höhe des Behälters erfasst und eine Auswerteeinheit aus den gemessenen elektrischen Größen den Füll­ stand im Behälter berechnet.

Füllstandssensoren der eingangs genannten Art werden in heutigen Wasch­ wasserbehältern häufig angeordnet und sind aus der Praxis bekannt. Der Füll­ stand im Behälter ergibt sich aus dem Vergleich der an den Mess-Elektroden ermittelten Messgröße mit der von den Referenz-Elektroden ermittelten Refe­ renzgröße. Da sich die Referenz-Elektroden ständig innerhalb der Flüssigkeit im Behälter befinden müssen, werden diese ausschließlich im unteren Bereich des Behälters angeordnet. Daher hat das Referenz-Elektrodenpaar im Ver­ gleich zu dem Mess-Elektrodenpaar besonders kleine Abmessungen. Nachtei­ lig hierbei ist jedoch, dass Inhomogenitäten der Flüssigkeit im Behälter die ermittelte Referenzgröße sehr stark beeinflussen. Deshalb ist ein Vergleich der Referenzgröße und der Messgröße wenig aussagekräftig für den ermittelten Füllstand. Insbesondere in Waschwasserbehältern für Kraftfahrzeuge sind häu­ fig sehr starke Inhomogenitäten vorhanden, da die Waschflüssigkeit eine sich häufig ändernde und schwer zu homogenisierende Mischung aus Frostschutz, Reinigungsmittel und Wasser ist.

Man hat bereits daran gedacht, das Referenz-Elektrodenpaar über die gesamte untere Hälfte des Behälters und das Mess-Elektrodenpaar über die obere Hälfte des Behälters zu erstrecken. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass bei weni­ ger als bis zur Hälfte gefülltem Behälter keine Messgröße ermittelt werden kann.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Füllstandssensor der ein­ gangs genannten Art so zu gestalten, dass er den Füllstand im Behälter auch bei inhomogenen Flüssigkeiten möglichst genau erfasst. Weiterhin soll ein möglichst genaues Verfahren zur Erfassung des Füllstandes in einem Behälter ermittelt werden.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Referenz-Elektrodenpaar bezogen auf einen Höhenabschnitt des Behälters eine größere Oberfläche aufweist als das Mess-Elektrodenpaar.

Durch diese Gestaltung wird die Referenzgröße über einen besonders großen Bereich in einer vorgesehenen Höhe des Behälters gemittelt. Daher können räumlich eng begrenzte Inhomogenitäten der Flüssigkeiten die Referenzgröße nicht verfälschen. Der durch den Vergleich der Messgröße mit der Referenz­ größe ermittelte Füllstand im Behälter ist daher besonders genau. Als elektri­ sche Größen können beispielsweise der elektrische Widerstand, eine Kapazität oder vergleichbare Größen zwischen den Elektroden ermittelt werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Referenz-Elektroden nahe des Bodenbereichs des Behälters angeordnet werden können. Dies ermöglicht die Erfassung von Messgrößen durch das Mess-Elektrodenpaar über einen besonders großen Höhenbereich des Behälters.

Die Referenz-Elektroden können gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in einem begrenzten Höhenabschnitt eine besonders große Oberflä­ che aufweisen, wenn das Referenz-Elektrodenpaar einen horizontalen Ab­ schnitt aufweist.

Bei einem Schwappen der Flüssigkeit in dem Behälter werden gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auch schichtweise vorhan­ dene Inhomogenitäten in der Referenzgröße gemittelt, wenn das Referenz- Elektrodenpaar sich über die gesamte Breite des Behälters erstreckt.

Der erfindungsgemäße Füllstandssensor erfordert einen besonders geringen baulichen Aufwand, wenn zumindest eine der Referenz-Elektroden als aus­ schließlich im oberen Bereich des Behälters isolierter elektrischer Leiter ges­ taltet ist.

Ein Mindestabstand des horizontalen Abschnitts der Referenz-Elektroden von dem Boden des Behälters lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiter­ bildung der Erfindung einfach sicherstellen, wenn das Referenz-Elektrodenpaar an seinem freien Ende eine in Richtung des Behälterbodens weisende Ab­ winklung hat.

Häufig wird bei vollem bis nahezu leerem Behälter die Menge an Flüssigkeit im Behälter angezeigt. Bei nahezu leerem Behälter wird hingegen ein Warnsignal erzeugt, welches beispielsweise den Fahrer des Kraftfahrzeuges vor einem drohenden Ausfall der Waschanlage warnen soll. Hierbei ist noch immer eine Reservemenge von ungefähr einem bis eineinhalb Litern im Waschwasserbe­ hälter vorhanden. Die Reservemenge im Behälter lässt sich gemäß einer ande­ ren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders genau bestimmen, wenn das Referenz-Elektrodenpaar vollständig innerhalb eines Reservebe­ reichs des Behälters angeordnet ist.

Das Mess-Elektrodenpaar könnte beispielsweise bis zu dem Bodenbereich des Behälters geführt werden. Jedoch lässt sich der Reservebereich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders genau bestim­ men, wenn zumindest eine der Elektroden des Mess-Elektrodenpaares bis un­ mittelbar vor den Reservebereich geführt ist. Bei einer Messung des elektri­ schen Widerstandes durch das Mess-Elektrodenpaar ist hierdurch der Beginn des Reservebereichs durch einen sprunghaften Anstieg des elektrischen Wi­ derstandes festgelegt.

Zur weiteren Vergrößerung der Oberfläche der Referenz-Elektroden trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn das Referenz-Elektrodenpaar lamellenförmig gestaltet ist.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung eines möglichst genauen Verfahrens zur Erfassung des Füllstandes in einem Behälter wird erfindungs­ gemäß dadurch gelöst, dass die Erfassung der elektrischen Referenzgröße über einen größeren horizontalen Bereich des Behälters als die Erfassung der elektrischen Messgröße erfolgt.

Bei nahezu leerem Behälter kann es erforderlich sein, die noch vorhandene Restmenge zu ermitteln, um beispielsweise die Pumpe zum Schutz vor Be­ schädigung abzuschalten, bevor der Behälter vollständig entleert ist. Die Er­ mittlung der Restmenge im Behälter erfordert gemäß einer anderen vorteilhaf­ ten Weiterbildung der Erfindung einen besonders geringen baulichen Aufwand, wenn im Reservebereich des Behälters der Füllstand über die Dauer des Pum­ penbetriebs und des geförderten Volumenstroms berechnet wird. Der Volu­ menstrom lässt sich beispielsweise durch Versuche ermitteln.

Eine aufwändige Ermittlung der Dauer des Pumpenbetriebs lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vermeiden, wenn im Reservebereich des Behälters der Füllstand über die Veränderung der elektri­ schen Referenzgröße ermittelt wird. Dabei lässt sich näherungsweise eine pro­ portionale Änderung des Füllstandes in Abhängigkeit von der Änderung der gemessenen Referenzgröße annehmen.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutli­ chung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt schematisch in einer einzigen Figur ei­ nen erfindungsgemäßen Füllstandssensor 1 in einem als Waschwasserbehälter für ein Kraftfahrzeug ausgebildeten Behälter 2.

In dem Behälter 2 sind eine Pumpe 3 und zwei Elektrodenpaare 4, 5 an einem Halteteil 6 befestigt. Das Halteteil 6 ist einteilig mit einem Deckel 7 des Behäl­ ters 2 gefertigt. Die Pumpe 3 fördert Flüssigkeit aus dem Behälter 2 zu nicht dargestellten Waschdüsen des Kraftfahrzeuges. Die Elektrodenpaare 4, 5 und die Pumpe 3 sind mit einer außerhalb des Behälters 2 angeordneten Auswer­ teeinheit 8 verbunden. Die Auswerteeinheit 8 ermittelt aus den Signalen der Elektrodenpaare 4, 5 den Füllstand der Flüssigkeit im Behälter 2 und zeigt die­ sen als Volumenwert auf einer Anzeigeeinrichtung 9 an. Die Anzeigeeinrichtung 9 hat zudem eine Warnlampe 10 zur Darstellung einer Restmengenwarnung.

Eines der Elektrodenpaare ist als Referenz-Elektrodenpaar 5 ausgebildet und hat eine bis zu einem unteren, als Reservebereich vorgesehenen Bereich des Behälters 2 geführte Referenz-Elektrode 5a. Das andere Elektrodenpaar ist ein Mess-Elektrodenpaar 4 mit einer zwischen einer von dem Deckel 7 bis zu dem Reservebereich geführten Isolation 11 und dem Bodenbereich des Behälters 2 angeordneten Mess-Elektrode 4a. Die Elektrodenpaare 4, 5 haben eine ge­ meinsame in der Mitte angeordnete Elektrode, wobei der oberhalb des Reser­ vebereichs gehörende Abschnitt als Mess-Elektrode 4b und der innerhalb des Reservebereichs angeordnete Abschnitt als Referenz-Elektrode 5b ausgebildet ist.

Zur Mittelung der gemessenen elektrischen Größen bei Inhomogenitäten der Flüssigkeit haben die Referenz-Elektroden 5a, 5b jeweils einen horizontalen Abschnitt 12, an dessen freiem Ende sich eine in Richtung des Bodens des Behälters 2 weisende Abwinklung 13 anschließt. Die horizontalen Abschnitte 12 sind in der Zeichnung übereinander dargestellt. Selbstverständlich können die Abschnitte 12 auch nebeneinander in demselben Höhenabschnitt angeordnet sein. Zur Vergrößerung ihrer Oberfläche können die Referenz-Elektroden 5a, 5b lamellenförmig mit in die Zeichenebene hineinragenden Lamellen gestaltet sein.

Das Mess-Elektrodenpaar 4 ermittelt eine elektrische Messgröße der oberhalb des Reservebereichs befindlichen Flüssigkeit. Mit dem Referenz- Elektrodenpaar 5 lässt sich eine von der Zusammensetzung und der Tempe­ ratur der Flüssigkeit abhängige Referenzgröße ermitteln. Die Auswerteeinheit 8 setzt die Referenzgröße und die Messgröße in einem Verhältnis zueinander und ermittelt hieraus den Füllstand oberhalb des Reservebereichs. Wenn sich bei sinkendem Füllstand im Behälter 2 die ermittelte Messgröße sprunghaft än­ dert, ist dies ein Zeichen dafür, dass die eine Mess-Elektrode 4a nicht mehr in die Flüssigkeit eintaucht und damit der Reservebereich erreicht ist. In dem Re­ servebereich lässt sich die im Behälter 2 verbleibende Restmenge über die Dauer des Pumpenbetriebs und dem zuvor, beispielsweise durch Versuche, ermittelten Volumenstrom näherungsweise berechnen oder eine proportionale Änderung der von dem Referenz-Elektrodenpaar 5 ermittelten Referenzgröße mit dem Füllstand annehmen.

Claims (11)

1. Füllstandssensor für einen Behälter, vorzugsweise für einen Wasch­ wasserbehälter in einem Kraftfahrzeug, mit Elektroden zur Messung e­ lektrischer Größen einer Flüssigkeit in dem Behälter und mit einer Aus­ werteeinheit zur Auswertung der gemessenen elektrischen Größen, wobei ein zur Erfassung einer Referenzgröße vorgesehenes Referenz- Elektrodenpaar zur Anordnung im unteren Bereich des Behälters vor­ gesehen ist und sich ein zur Erfassung von von dem Füllstand abhän­ gigen Messgrößen vorgesehenes Mess-Elektrodenpaar zumindest über einen Teilbereich der Behälterhöhe erstreckt, dadurch gekennzeich­ net, dass das Referenz-Elektrodenpaar (5) bezogen auf einen Höhen­ abschnitt des Behälters (2) eine größere Oberfläche aufweist als das Mess-Elektrodenpaar (4).

2. Füllstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenz-Elektrodenpaar (5) einen horizontalen Abschnitt (12) aufweist.

3. Füllstandssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenz-Elektrodenpaar (5) sich über die gesamte Breite des Behälters (2) erstreckt.

4. Füllstandssensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Elektrode (5a) des Referenz-Elektrodenpaares (5) als ausschließlich im oberen Be­ reich des Behälters (2) isolierter elektrischer Leiter gestaltet ist.

5. Füllstandssensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (5a, 5b) des Refe­ renz-Elektrodenpaares (5) an ihrem freien Ende eine in Richtung des Behälterbodens weisende Abwinklung (13) haben.

6. Füllstandssensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (5a, 5b) des Refe­ renz-Elektrodenpaares (5) vollständig innerhalb eines Reservebereichs des Behälters (2) angeordnet sind.

7. Füllstandssensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Elektrode (4a) des Mess-Elektrodenpaares (4) bis unmittelbar vor den Reservebereich geführt ist.

8. Füllstandssensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (5a, 5b) des Refe­ renz-Elektrodenpaares (5) lamellenförmig gestaltet sind.

9. Verfahren zur Erfassung eines Füllstandes in einem Behälter, vorzugs­ weise in einem Waschwasserbehälter eines Kraftfahrzeuges, bei dem ein Referenz-Elektrodenpaar eine elektrische Referenzgröße im unte­ ren Bereich des Behälters misst, ein Mess-Elektrodenpaar eine elektri­ sche Messgröße über die zu erfassende Höhe des Behälters erfasst und eine Auswerteeinheit aus den gemessenen elektrischen Größen den Füllstand im Behälter berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der elektrischen Refe­ renzgröße über einen größeren horizontalen Bereich des Behälters als die Erfassung der elektrischen Messgröße erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Re­ servebereich des Behälters der Füllstand über die Dauer des Pumpen­ betriebs und des geförderten Volumenstroms berechnet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Reservebereich des Behälters der Füllstand über die Veränderung der elektrischen Referenzgröße ermittelt wird.