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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung mit
einem als Steigrohr ausgebildeten Messrohr, welches in seinem unteren
Endbereich eine Kraftstoff-Eintrittsöffnung aufweist und welches
eine Messstrecke definiert und mit einem im unteren Endbereich des
Messrohres angeordneten Kraftstoff-Füllstandssensor zum Messen der
Kraftstoff-Füllhöhe in dem
Messrohr.
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Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtungen
werden dazu verwendet, um in einem Kraftstofftank die Füllhöhe und daraus
wiederum das Füllvolumen
des Tankes zu ermitteln. Derartige Vorrichtungen sind in diversen Ausgestaltungsformen
bekannt. Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtungen
für luftfahrzeugtechnische
Anwendungen sind komplex ausgestaltet, was daran liegt, dass Luftfahrzeuge
in Abhängigkeit
des Luftfahrzeugtyps und dessen Missionsspektrum unter unterschiedlichsten
Bedingungen betankbar sein sollen, wobei hohe Genauigkeitsanforderungen
an die Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtungen
gestellt werden. So ist eine Betankung unter Umständen sowohl
am Boden, im Marschflug (sog. Luftbetankung über ein Tankflugzeug) oder
bei Drehflügelflugzeugen
sogar im Schwebeflug (sog. Hover-In-Flight-Betankung) zu ermöglichen.
Die Hover-In-Flight-Betankung kann z. B. von einem Schiff aus erfolgen, über dem
das Drehflügelflugzeug
schwebt. Am Boden wird sowohl die sog. Schwerkraftbetankung, bei
welcher der Kraftstoff durch Schwerkrafteinwirkung bzw. unter einem
sehr geringen Druck in den Tank gepumpt wird, als auch die sog.
Hochdruckbetankung (nachfolgend kurz Druckbetankung genannt) angewandt,
bei welcher der Kraftstoff mittels einer Druckbetankungseinrichtung
unter einem Druck von ca. 2 bis 10 bar in den Tank eingefüllt wird.
Eine (Druck-)Betankung eines Luftfahrzeugs ist eine sicherheitskritische
Prozedur. Aus diesem Grund muss der Betankungsvorgang permanent
kontrolliert werden. Hierbei sind insbesondere die aktuellen Füllstände, die
Füllvolumina
und das Füllgewicht
des Tankes laufend zu überwachen.
Dies dient sowohl zur Steuerung bzw. Regelung und Überwachung
des Betankungsvorgangs selbst als auch zur Bestimmung und Kontrolle
wichtiger flugmechanischer Parameter wie z. B. dem aus dem eingefüllten Kraftstoffvolumen
resultierenden Kraftstoffgewicht und daraus wiederum dem max. zulässigen Abflug-
bzw. Fluggewicht sowie der erzielbaren max. Reichweite und Flugdauer des
betreffenden Luftfahrzeugs. Zu diesem Zweck ist die (Druck-)Betankungseinrichtung
und die Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung üblicherweise
mit einem Kraftstoff-Managementsystem koppelbar, welches auf Grundlage
insbesondere der von der Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung
ermittelten Messdaten die erforderlichen Berechnungen durchführt und
ggf. an einen Bordcomputer des Luftfahrzeugs oder zusätzliche
Kontrolleinrichtungen weitergibt.
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Eine
vorbekannte Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung
mit den eingangs genannten Merkmalen ist aus der
DE 694 22 002 T2 bekannt.
Als Kraftstoff-Füllstandsensor
wird bei der vorbekannten Einrichtung eine Ultraschall-Flüssigkeitspegel-Messvorrichtung
verwendet. Darüber
hinaus umfasst die vorbekannte Vorrichtung eine Einrichtung zum
Bestimmen des kapazitiven Widerstandes der Flüssigkeit, um daraus die Art
der am Boden befindlichen Flüssigkeit
zu detektieren. Die Einrichtung zum Bestimmen des kapazitiven Widerstandes umfasst
erste und zweite zueinander und zum Messrohr konzentrische Hülsen, die
radiale Flüssigkeitsdurchtrittsöffnungen
aufweisen, wobei diese Öffnungen
nicht miteinander fluchten, sondern versetzt angeordnet sind, um
so die Hülsen
als Ablenkbleche einzusetzen und den Eintritt von Luftblasen in
das Messrohr zu verhindern.
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Es
hat sich gezeigt, dass bei bekannten Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtungen
insbesondere während
des Druckbetankens nicht unerhebliche Störungen auftreten, die sich
in unzuverlässigen
Messsignalen und über
die Betankungszeit betrachtet in einer untauglichen Messkurve äußern. Eine
solche nachteilige Messkurve ist in der 6 schematisch
dargestellt. Sie ist besonders durch einen unregelmäßigen, unstetigen Kurvenverlauf
mit einer Vielzahl von Signalspitzen sowie einer Signalverzögerung gekennzeichnet.
Die fehlende Messsignalzuverlässigkeit
bzw. die Untauglichkeit der Messkurve führt dazu, dass das Kraftstoff-Managementsystem
die Messdaten der Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung
während
des Betankens nicht zuverlässig
auswerten, die Druckbetankungseinrichtung nicht zuverlässig steuern
und die o. g. missionsrelevanten flugmechanischen Parameter nicht
genau ermitteln kann. Die fehlende Messsignalzuverlässigkeit
ist darauf zurückzuführen, dass
insbesondere bei Druckbetankung durch hohe Turbulenzen in der eingebrachten
Flüssigkeit
diese in inhomogenem physikalischen Zustand in das Messrohr gelangt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung zu schaffen,
die auch unter Druckbetankungsbedingungen zuverlässige und auswertbare Füllstandsmesssignale liefert.
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Erfindungsgemäß wird die
gestellte Aufgabe dadurch gelöst,
dass der untere Endbereich des Messrohres einschließlich der
Eintrittsöffnung
von einem dünnwandigen
Umhüllungselement,
dessen Wand aus kraftstoffdurchlässigem
Material besteht, in einem vorbestimmten Mindestabstand (A) unter
Ausbildung eines der Eintrittsöffnung
vorgeschalteten großvolumigen
Vorraumes umschlossen wird, indem das Umhüllungselement oberhalb des
Endbereichs kragenartig abdichtend am Messrohr befestigt ist.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
muss der in den Tank eingebrachte Kraftstoff, bevor er in das Messrohr
gelangen kann, zwangsläufig
durch das Wandmaterial des Umhüllungselementes
hindurchtreten. Das kraftstoffdurchlässige Material des Umhüllungselementes
und die Fläche
des Umhüllungselementes,
die für
den Kraftstoffdurchtritt zur Verfügung steht, werden dabei so
gewählt,
dass der Kraftstoff ohne zu großen Druckabfall
und damit ohne merkbare zeitliche Verzögerung in das Messrohr gelangen
kann, wobei hierzu der vorbestimmte Mindestabstand (A) eine wesentliche
Randbedingung darstellt.
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Der
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
der Kraftstoff-Eintrittsöffnung
in das Messrohr vorgeschaltete großvolumige Vorraum soll vorzugsweise
ein Vielfaches des Innenvolumens des Messrohres aufweisen, wobei
vorzugsweise Vielfache von 2 bis 200 in Betracht kommen.
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Die
erfindungsgemäße Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung
liefert selbst unter Druckbetankungsbedingungen zuverlässige Messsignale
mit einer einwandfreien Signalcharakteristik. Über die Betankungsdauer hinweg
ist somit eine regelmäßige, stetige
Messkurve erzielbar. Aufgrund dieser hohen Messsignalzuverlässigkeit
bzw. der besonders günstigen
Messkurve sind die von der Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung gelieferten
Messdaten auch während
des (Druck-)Betankungsvorgangs von einem Kraftstoff-Managementsystem stets
auswertbar. Und das Kraftstoff-Managementsystem kann die von den
Füllstandsdaten
abhängigen
Parameter, wie z. B. das exakte Füllvolumen und das Füllgewicht
des Kraftstofftankes, sicher, zuverlässig und mit einer hohen Präzision ermitteln
und ggf. an zusätzliche
Geräte,
wie z. B. einen Bordcomputer weitergeben, der wiederum basierend
auf diesen Daten wichtige flugmechanische, missionsrelevante Parameter
wie z. B. das max. zulässige
Abflug- bzw. Fluggewicht sowie die erzielbare max. Reichweite und
Flugdauer ermittelt.
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Mit
Hilfe des kraftstoffdurchlässigen
Materials des dünnwandigen
Umhüllungselements
und dessen besonderer Anordnung lassen sich die nachteiligen Wirkungen
dieser Störeinflüsse auf
den Messvorgang wirksam vermeiden. Bevor der Kraftstoff in das Messrohr
gelangen kann, muss er zunächst
durch das großflächige Umhüllungselement
hindurch strömen.
Hierbei wird eine Blasen- und Schaumbildung des Kraftstoffes weitgehend
unterdrückt.
Die Kraftstoffdurchlässigkeit
ist hierbei so zu wählen,
dass der Kraftstoffeintritt in den Vorraum und der von dort ausgehende
Kraftstofffluss in das Messrohr nicht zu stark verzögert wird.
Das Umhüllungselement
wirkt als Dämpfungselement
für den
stark turbulenten und unter hohem Druck in den Tank einströmenden,
schwappenden Kraftstoff, so dass dieser beruhigt in den Vorraum
einströmt.
Dadurch werden starke Schwankungen des sich beim Betanken permanent ändernden
Kraftstoffpegels im Vorraum und dem nachgeschalteten Messrohr vermieden.
Auch der Vorraum selbst wirkt als Dämpfungsraum, von dem der Kraftstoff
dann weiter beruhigt und gleichmäßig über die
Kraftstoff-Eintrittsöffnung
in das Messrohr strömt
und dieses entsprechend dem Betankungsfortschritt stetig und ohne
starke Turbulenzen oder Pegelschwankungen allmählich füllt.
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Der
messsensitive Sensorbereich des Kraftstoff-Füllstandssensors arbeitet somit
stets in einer optimalen Messumgebung. Auf diese Weise lässt sich
während
des gesamten (Druck-)Betankungsvorgangs der dem jeweiligen Betankungsfortschritt
entsprechende Füllstand
eines Tankes und daraus resultierend das Kraftstoffvolumen und das
Kraftstoffgewicht in dem Tank zuverlässig ermitteln. Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung kann
grundsätzlich
ohne mechanisch bewegte Teile aufgebaut werden, was eine hohe Zuverlässigkeit
und Ausfallsicherheit gewährleistet.
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Konventionelle
Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtungen
sind auf einfache Art und Weise auf eine erfindungsgemäße Konfiguration
nachrüstbar.
Das durch das Umhüllungselement
und dessen Befestigungselemente entstehende Zusatzgewicht ist vernachlässigbar
klein, was besonders für
luftfahrttechnische Leichtbauanwendungen von Vorteil ist. Zusammenfassend
stellt die erfindungsgemäße Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung
somit sowohl eine technisch besonders effektive als auch sehr wirtschaftliche
bzw. kostengünstige
Lösung
dar.
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Die
oben genannte Aufgabe wird alternativ auch von einer Vorrichtung
gelöst,
die die Merkmale des Patentanspruchs 6 aufweist.
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Bei
dieser zweiten erfindungsgemäßen Variante
strömt
der Kraftstoff also zunächst über den
Kraftstoff-Einlasskanal bzw. die Blasenöffnung in das Innere des Umhüllungselements,
von dort von innen nach außen
in den Vorraum und dann von dem Vorraum über die Kraftstoff-Eintrittsöffnung in
das Messrohr. Aufgrund des Innendrucks im Umhüllungselement kann dieses in
der Regel auf Stützstrukturen,
Abstandshalter oder dergleichen verzichten. Mit der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung
nach Anspruch 6 sind die gleichen Vorteile erzielbar, die zuvor
bereits in Zusammenhang mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 erläutert wurden.
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Weitere
bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtungen
nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 6 sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 5
und 7 bis 13.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung mit zusätzlichen
Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben und erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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2 eine
schematische Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1;
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3 eine
schematische, dreidimensionale Darstellung in Durchsicht einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform;
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4 eine
schematische Längsschnittansicht
durch eine erfindungsgemäße Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung
gemäß einer
dritten Ausführungsform;
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5 ein
schematisches Diagramm mit zwei mittels einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung
erzielten Messkurven;
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6 ein
schematisches Diagramm mit einer mittels einer konventionellen Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung
erzielten Messkurve.
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DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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In
der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren werden zur Vermeidung
von Wiederholungen gleiche Bauteile und Komponenten auch mit gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung
erforderlich oder sinnvoll ist.
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1 zeigt
eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht durch eine
in einem Kraftstofftank 4 montierte erfindungsgemäße Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung 2 gemäß einer
ersten Ausführungsform. Von
dem Kraftstofftank 4 ist der Übersichtlichkeit halber nur
der Tankboden 4a und die Tankdecke 4b angedeutet.
Die Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung 2 umfasst
ein als Steigrohr ausgebildetes Messrohr 6, welches an
einem Endbereich eine Kraftstoff-Eintrittsöffnung 6a besitzt,
durch die Kraftstoff F in das Innere des Messrohrs 6 gelangen
kann. Das Messrohr 6 definiert eine Messtrecke. Am unteren
Ende des Messrohrs 6 ist ein Kraftstoff-Füllstandssensor 8 zum
Messen einer Kraftstoff-Füllhöhe in dem
Messrohr 6 angeordnet ist. Dieser Sensor 8 befindet
sich vorzugsweise in der Nähe
der Kraftstoff-Eintrittsöffnung 6a und
verfügt über einen messsensitiven
Sensorbereich. Bei dem Sensor 8 handelt es sich in diesem
Beispiel um einen Ultraschall-Kraftstoff-Füllstandssensor, der die dem
Betankungsfortschritt entsprechende jeweilige Füllhöhe H des Kraftstoffs F im Inneren
des Messrohrs 6 durch Messung der Laufzeit eines vom Sensor 8 ausgehenden
und an der Kraftstoffoberfläche
FS des Kraftstoffpegels zurückreflektierten
Ultraschallsignals misst, wie dies in der 1 durch
einen gestrichelten Pfeil angedeutet ist. Die gemessene Füllhöhe H repräsentiert
den Kraftstoff-Füllstand
im Tank 4.
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Wie
in 1 dargestellt, ist die Kraftstoffeintrittsöffnung 6a von
einem gehäuseartigen
Kraftstoff-Labyrinth 10 umgeben, das wenigstens eine mit
der Kraftstoff-Eintrittsöffnung 6a kommunizierende
Labyrintheintrittsöffnung 10a besitzt.
Das untere Ende des Messrohres 6, der Sensor 8,
das Labyrinth 10 sowie etwaige am unteren Ende des Messrohres 6 angeordneter
Zusatzelemente, wie z. B. ein Schnittstellenelement oder dergleichen,
sind von einem kraftstoffdurchlässigen,
dünnwandigen
Umhüllungselement 12 umgeben.
Das Umhüllungselement 12 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
strumpfartig oder sackartig ausgebildet, d. h. es ist in noch nicht
montierten Ausgangszustand an einem Ende verschlossen und verfügt am anderen
Ende über eine
Art verschließbare
Strumpf- oder Sacköffnung.
Das Umhüllungselement 12 ist über das
untere Ende des Messrohrs 6 gezogen.
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An
einem ersten Bereich B1 des Messrohres 6, d. h. einem vom
unteren Rohrende beabstandeten Außenumfangsbereich desselben,
umschließt
das Umhüllungselement 12 das
Messrohr 6 eng und abdichtend. Zu diesem Zweck ist die
Strumpföffnung
mittels eines Befestigungselementes 14 (hier: eine Rohrschelle
oder dergleichen) verschlossen und an dem Messrohr 6 sicher
fixiert. An einem zweiten Bereich B2, d. h. einem zweiten Außenumfangsbereich
des Messrohres 6, der unterhalb des ersten Bereiches B1
liegt, umhüllt
das Umhüllungselement 12 großflächig die
Kraftstoff-Eintrittsöffnung 6a mit
ihrem Kraftstoff-Labyrinth 10 und der Labyrintheintrittsöffnung 10a sowie
den gesamten Sensor 8 mit seinem messsensitiven Bereich.
Je nach Bauart des Sensors 8 und dessen Anordnung am oder
im Messrohr 6 sind natürlich
auch erfindungsgemäße Konstruktionen
denkbar, bei denen das Umhüllungselement 12 nur
einen Teilbereich des Kraftstoff-Füllstandssensors 8 umschließt. Die
Oberfläche
des Umhüllungselementes 12 ist
in diesem Beispiel ca. 1000 bis 2000 mal größer als die freie Durchtrittsfläche der
Kraftstoff-Eintrittsöffnung 6a.
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In
dem besagten zweiten Bereich B2 ist zwischen der Innenseite des
Umhüllungselementes 12 und der
Außenseite
des Messrohres 6 ein vorbestimmter radialer Abstand A vorgesehen,
der über
den Bereich B2 variiert und sich zum ersten Bereich B1 hin auf Null
reduziert. Dadurch ist ein der Kraftstoff-Eintrittsöffnung 6a und
deren Kraftstoff-Labyrinth 10 vorgeschalteter großvolumiger
Vorraum 16 ausgebildet. Das Volumen des Vorraums 16 ist
in diesem Beispiel ca. 50 bis 300 mal größer als das Innenvolumen des
Messrohres 6.
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Das
kraftstoffdurchlässige,
dünnwandige
Umhüllungselement
12 ist
im vorliegenden Fall aus einem textilen Polyamid-Gewebe hergestellt,
welches beim Anbringen an das Messrohr
6 ausgehend von
einem flächigen
Zuschnitt einfach zu einem strumpfartigen Gebilde gefaltet wurde.
Textile oder textilartige Umhüllungselemente
können
jedoch grundsätzlich
auch durch ein textiles Herstellungsverfahren (einschließlich Vernähen) zu
einem dreidimensionalen Körper
vorgefertigt werden. Das Polyamid-Gewebe besitzt folgende Eigenschaften:
| Polyamid-Gewebe
des Umhüllungselementes |
| Garntyp: | Polyamid
6.6 |
| Kette | dtex/Fil:
Drehung/m:
Fäden/cm: | 44/43
0
67 ± 1 |
| Schuss | dtex/Fil:
Fäden/cm: | 78/34
42 ± 1 |
| Gewicht
in g/m2 | 67 ± 2 |
| Gewebedicke
in Mikron | 130 ± 5 |
| PH-Wert | 5/7,5 |
| Saughöhe in mm | 55 ± 5 |
| Reißfestigkeit
in daN/cm | 13,5 |
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Die
Erfindung ist jedoch weder auf diesen Typ von Umhüllungselement 12 noch
auf dieses spezielle Material eingeschränkt. Grundsätzlich können auch andere geeignete
Gewebe bzw. Werkstoffe zum Einsatz kommen, wobei die Grundvoraussetzung
für eine
Eignung natürlich
die Kraftstoffbeständigkeit
bzw. -festigkeit ist. So kann das Umhüllungselement 12 insbesondere
ein Element sein, welches neben dem schon erwähnten Polyamid-Gewebe ausgewählt ist
aus einer Gruppe von Elementen, umfassend: Kraftstoff-Filterpapier;
einen Schaumstoff, insbesondere aus Kunststoff oder Metall; einen
Wabenkörper;
ein (anderes) textiles Gewebe, Gewirke, Gestricke; ein metallenes
Gewebe, Gewirke, Gestricke; eine vlies- oder filzartige Faseranordnung; eine
mikroporöse
Folie, Platte, Festkörperhülle; eine
mikroperforierte Folie, Platte, Festkörperhülle; eine Gitteranordnung;
eine Maschenanordnung; Mischformen aus den vorhergenannten Elementen.
Das Umhüllungselement 12 kann
hierbei textilartig weich und drapierbar oder z. B. bei folien-
oder plattenartigen Elementen faltbar/verformbar, oder aber vergleichsweise
steif ausgebildet und nur mit Hilfsmitteln oder Werkzeugen verformbar
bzw. vorzufertigen sein. Eine Gitteranordnung kann auch durch ein
Spritzgießen
eines entsprechenden Elementes geformt werden. Maschen, Gitter oder
Poren des Umhüllungselementes
können
neben textilen Verfahren z. B. auch durch Bohren, Perforieren, Mikroperforieren,
Stanzen, Einstechen, Ätzen,
Sintern, Lasern oder dergleichen hergestellt werden.
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Um
den vorbestimmten Abstand A des Umhüllungselementes 12 zum
Messrohraußenumfang
zu gewährleisten,
ist im zweiten Bereich B2 ein Abstandshalter 18 an dem
Messrohr 6 angeordnet. Um diesen Abstandshalter 18 herum
erstreckt bzw. spannt sich das Umhüllungselement 12.
Wie in der 2 zu erkennen ist, die eine
schematische Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1 zeigt,
handelt es sich bei diesem Abstandshalter 18 um einen einfachen,
gebogenen Drahtring. Dieser Drahtring 18 erstreckt sich
um das Messrohr 6 herum und weist schlaufenartige, zum
Ringinneren weisende Abschnitte 18a auf, die in Einbuchtungen oder
Aussparungen (nicht gezeigt) fixiert sind, welche am Außenumfang
des Messrohres 6 (oder einem dort angebrachten Zwischenelement)
vorgesehen sind. Ein ähnlicher
Abstandshalter wäre
z. B. auch als Spritzgussteil aus Kunststoff herstellbar. Geeignete
Abstandshalter können
zudem auch gehäuseartig
oder käfigartig ausgestaltet
sein und eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen aufweisen.
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Der
als Abstandshalter 18 dienende Drahtring führt zusammen
mit der oben beschriebenen Grundanordnung des Umhüllungselementes 12 zu
einer Geometrie des Vorraums 16, die sich in diesem Beispiel
aus zwei aufeinandergesetzten kegelstumpfartigen Raumformen zusammensetzt.
Je nach Formgebung des Umhüllungselementes 12 sowie
der Form des Abstandshalters A kann die Raumform des Vorraums 16 selbstverständlich auch
andersartig gestaltet sein, so z. B. kugelförmig, kastenförmig, als
Polyeder, usw. Erfindungsgemäß ist auch
vorgesehen, das Umhüllungselement 12 in
wenigstens einer weiteren Ausführungsform
zeltartig über
eine das Messrohr 6 umgebende rippen- oder skelettartige
Stützstruktur
zu spannen. Die Stützstruktur muss
hierbei nicht zwangsläufig
am Messrohr bzw. an oder in dem zweiten Bereich B2 befestigt sein.
Sie kann vielmehr auch freitragend ausgestaltet werden, z. B. als
integraler Bestandteil des Umhüllungselementes 12. Die
Stützstruktur
unterschiedet sich insofern von dem o. g. Abstandshalter 18.
Eine Kombination aus Abstandshalter und Stützstruktur ist ebenfalls realisierbar.
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Wie
in der 1 des Weiteren zu erkennen, ist an dem der Kraftstoff-Eintrittsöffnung 6a abgewandten Ende
des Messrohres 6 eine Messrohr-Längenausgleichseinrichtung 20 angeordnet.
Auf diese Weise kann die im Wesentlichen durch die Abmessung des
Messrohres 6 bestimmte Länge L der Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung 2 leicht
an unterschiedlich hohe Kraftstofftanks angepasst werden. Die Längenausgleichseinrichtung 20 umfasst
im vorliegenden Fall eine auf das obere Ende aufgesetzte Endkappe 20a,
die gegen die Vorspannkraft einer am Messrohrende angeordneten Federeinrichtung 22 in
Längsrichtung
des Messrohres 6 zu dem Sensor 8 hin und durch
die Federkraft von diesem weg bewegbar ist, wie in der Zeichnung
durch einen Doppelpfeil angedeutet. Auf diese Weise kann die Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung 2 nicht
nur längenverstellt,
sondern gleichzeitig auf einfache Art und Weise im Tank 4 befestigt
werden, indem sie durch die Federeinrichtung 22 vorgespannt
zwischen dem Boden 4a und der Decke 4b des Tankes 4 eingeklemmt
wird. Damit die Vorrichtung 2 nicht seitlich verrutscht,
können
im Boden 4a und/oder in der Decke 4b Aussparung
oder Aufnahmen vorgesehen sein, welche die Vorrichtung 2 seitlich
führen.
Die Endkappe 20a besitzt an ihrem unteren Rand eine Vielzahl
von durch Schlitzen voneinander beabstandeten biegeelastische Zungen 20b mit
hakenförmigen
Enden 20c, die in der Art einer Schnappverbindung über einen
am oberen Ende des Messrohres befestigten Rast-Ring 24 greifen
und hinter diesem einrasten. Somit ist die Endkappe 20a unverlierbar
am Messrohr 6 gesichert.
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An
dem Messrohr 6 können
weitere Zusatzgeräte
angebracht sein, z. B. ein sog. Low Level Warning Sensor (nicht
gezeigt), der ein Warnsignal bei einem vorbestimmten niedrigen Kraftstoff-Füllstand
im Tank 4 abgibt, oder ein Wasserdetektor (nicht gezeigt),
der etwaiges in dem Kraftstoff F befindliches Wasser detektiert und
ein entsprechendes Warnsignal abgibt. Sofern Zuleitungen oder Kabelzuführungen
zu innerhalb des Umhüllungselementes 12 angeordneten
Komponenten oder Schnittstellen erforderlich sind, so sind diese
Leitungen zweckmäßigerweise
so anzuordnen und abzudichten, dass kein übermäßiger Kraftstofffluss zwischen
diesen Leitungen und dem Umhüllungselement 12 hindurch
treten kann. An die erforderliche Dichtigkeit ist jedoch keine besondere
Anforderung zu stellen, da das Umhüllungselement 12 ja
kraftstoffdurchlässig
ist. D. h. die Abdichtung muss nur sicherstellen, dass der größte Teil
des zum Messrohr 6 zu leitenden Kraftstoffes F weiterhin
durch das Umhüllungselement 12 hindurch
tritt.
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In
der 3 ist eine schematische, dreidimensionale, gitternetzartige
Darstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung 2 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
dargestellt. Diese Variante entspricht weitgehend derjenigen gemäß den 1 und 2.
Anstelle eines Abstandshalters 18 in Form eines gebogenen
Drahtringes wird jedoch eine andere Konstruktion verwendet. Wie
in der 3 angedeutet, ist im zweiten Bereich B2 des Messrohres 6 ein
Kraftstoffdichte-Sensor 26 vorgesehen, der ein annährend zylindrisches
Sensorgehäuse 26a besitzt,
welches sich konzentrisch um das Messrohr 6 und einen Teilbereich
des Labyrinths 10 herum erstreckt. Der Durchmesser des
Sensorgehäuses 26a beträgt in diesem
Beispiel ca. das 3- bis 5-fache des Außendurchmessers des Messrohres 6.
Das Sensorgehäuse 26a dient
als Abstandshalter für
das Umhüllungselement 12 und übt damit
eine vorteilhafte Doppelfunktion aus. Das Umhüllungselement 12 ist
in der 3 nur durch einige Linien angedeutet, um die Hüllform des
Elementes 12 kenntlich zu machen. Bei dem Kraftstoffdichte-Sensor 26 handelt
es sich um einen kapazitiven Sensor, der die Kraftstoffdichte vorzugsweise
erst bei Erreichen eines vorbestimmten Mindestfüllstandes im Tank 4 misst.
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In
der 4 ist eine schematische Längsschnittansicht durch eine
erfindungsgemäße Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung 2 gemäß einer
dritten Ausführungsform
dargestellt. Diese Variante verwendet diverse, bereits aus den Ausführungsformen
nach 1 bis 3 bekannte Komponenten, was
durch die Verwendung gleicher Bezugszeichen angedeutet ist. Die
Ausführungsform
nach 4 unterschiedet sich von denen nach 1 bis 3 jedoch
insbesondere in der Anordnung und Funktionalität des kraftstoffdurchlässigen,
dünnwandigen
Umhüllungselementes 12.
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Wie
in der 4 erkennbar, ist am Messrohr 6 ein Gehäuse 28 angebracht,
welches den ersten Bereich B1 des Messrohres 6 abdichtend
umschließt
und den zweiten Bereich B2, welcher zumindest die Kraftstoff-Eintrittsöffnung 6a und
den messsensitiven Bereich des Kraftstoff-Füllstandssensor 8 beinhaltet,
in einem vorbestimmten Abstand A großflächig umgibt. In diesem zweiten
Bereich B2 bildet das Gehäuse 28 zwischen seiner
Innenseite und der Außenseite
des Messrohrs 6 einen großvolumigen Vorraum 16,
welcher der Kraftstoff-Eintrittsöffnung 6a oder
einem eventuell vorgesehen Kraftstoff-Labyrinth vorgeschaltet ist.
Das Gehäuse 28 ist
mit einem Kraftstoff-Einlasskanal 28a versehen, der als
Rohrstutzen ausgebildet ist.
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Die
Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung 2 umfasst
des Weiteren ein blasenartiges, mit einer Blasenöffnung versehenes großflächiges,
kraftstoffdurchlässiges,
dünnwandiges
Umhüllungselement 12,
das zwei ineinanderliegende Einzelblasen 12a, 12b unterschiedlicher
Größe besitzt.
Zwischen der inneren, kleineren Einzelblase 12a und der äußeren, größeren Einzelblase 12b ist
eine Zwischenkammer 30 ausgebildet. Das blasenartige Umhüllungselement 12 ist
in dem Gehäuse 28 und
in dem durch dieses gebildeten Vorraum 16 angeordnet. Mit
seiner Blasenöffnung
ist das Umhüllungselement 12 abdichtend
an den Kraftstoff-Einlasskanal 28a des Gehäuses 28 angeschlossen.
Bei dieser Ausführungsform
strömt
der Kraftstoff F zunächst
in den Innenraum der ersten, inneren Einzelblase 12a, von
dort in die Zwischenkammer 30 und von dieser durch die zweite, äußere Einzelblase 12b nach
außen
in den Vorraum 16. Von dort gelangt der Kraftstoff F dann
in das Messrohr 6. Bei der Variante nach 1 bis 3 hingegen
strömt
der Kraftstoff F von der Außenseite
des Umhüllungselements 12 her
durch dieses hindurch in dessen Innenraum, d. h. in den Vorraum 16.
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5 zeigt
ein schematisches Diagramm mit einer mittels einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung
erzielten Messkurven K1 und einer zweiten Messkurve K2, die unabhängig mit
einem externen Durchflussmesser (nicht gezeigt) ermittelt wird und
eine Druckbetankungsrate in kg/min darstellt. 6 zeigt
ein schematisches Diagramm mit einer mittels einer konventionellen
Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung
erzielten Messkurve K3. In den beiden Diagrammen ist in den Kurven
K1 und K3 jeweils die vom Kraftstoff-Füllstandssensor
ermittelte Füllhöhe H bzw.
der aktuelle Füllstand
im Kraftstofftank über
der Druckbetankungszeit T aufgetragen. T1 kennzeichnet den Beginn
und T2 das Ende der Druckbetankung. Wie aus der 6 hervorgeht,
zeigt die konventionell erzielte Messkurve K3 des Standes der Technik
einen aus unzuverlässigen
Messsignalen resultierenden unregelmäßigen, unstetigen Kurvenverlauf
mit einer Vielzahl von Signalspitzen. Ferner ist eine deutliche
Signalverzögerung
zu Beginn und nach dem Ende der Druckbetankung erkennbar. Diese
Messkurve K3 ist untauglich und erlaubt auch keine sinnvolle Ermittlung
der Druckbetankungsrate (z. B. in kg/min) während der Druckbetankung.
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Ganz
anders verhält
sich dagegen die mit der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung erzielt
Messkurve K1 nach 5. Wie in diesem Diagramm zu
erkennen ist, kann aufgrund zuverlässiger Messsignale, die eine
einwandfreie Signalcharakteristik aufweisen, über die gesamte Druckbetankungsdauer hinweg
eine regelmäßige, stetige
Messkurve K1 erzielt werden, die annähernd linear ansteigt. Signalverzögerungen
zu Beginn und nach dem Ende der Druckbetankung treten nicht auf.
-
- 2
- Kraftstoff-Füllstand-Messvorrichtung
- 4
- Kraftstofftank
- 4a
- Tankboden
- 4a
- Tankdecke
- 6
- Messrohr
- 6a
- Kraftstoff-Eintrittsöffnung
- 8
- Kraftstoff-Füllstandssensor
- 10
- Kraftstoff-Labyrinth
- 10a
- Labyrintheintrittsöffnung
- 12
- Umhüllungselement
- 12a
- Erste
Einzelblase
- 12b
- Zweite
Einzelblase
- 14
- Befestigungselement
- 16
- Vorraum
- 18
- Abstandshalter/Drahtring
- 20
- Messrohr-Längenausgleichseinrichtung
- 20a
- Endkappe
- 20b
- Biegeelastische
Zungen
- 20c
- Hakenförmige Enden
von 20b
- 22
- Federeinrichtung
- 24
- Rast-Ring
- 26
- Kraftstoffdichte-Sensor
- 26a
- Sensorgehäuse von 26
- 28
- Gehäuse
- 28a
- Kraftstoff-Einlasskanal
- 30
- Zwischenkammer
- 32
- Druckbetankungseinrichtung
- 34
- Kraftstoffleitung
- 34a
- Anschluss
- A
- Abstand
- B1
- Erster
Bereich von 6
- B2
- Zweiter
Bereich von 6
- DV0 bis DVn
- Abgespeicherte
Teilvolumen-Daten der Datensammlung
- F
- Kraftstoff
- FS
- Kraftstoffoberfläche
- H
- Füllhöhe in 4 bzw. 6
- H0 bis Hn
- Teil-Füllhöhen von 4 bzw. 6