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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Drucksensor zur Erfassung des Füllstands
einer in einem Tank befindlichen Flüssigkeit, wobei der
Drucksensor am Boden des Tanks mit dem hydrostatischen Druck der
Flüssigkeit beaufschlagt wird und einen Tank für
eine Flüssigkeit nach dem nebengeordneten Anspruch 6.
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Füllstandssensoren
für Tanks in denen Flüssigkeiten gespeichert werden,
sind in verschiedensten Ausführungen bekannt. So ist beispielsweise
aus der
DE 103 24
009 A1 ein Druckdefferenzsensor für einen Harnstofftank
ist bekannt. Daneben besteht unter anderem die Möglichkeit,
am Boden des Tanks einen Drucksensor anzubringen, der mit dem hydrostatischen
Druck der in dem Tank befindlichen Flüssigkeit beaufschlagt
wird. Über diesen hydrostatischen Druck kann unter Berücksichtigung
der Dichte der Flüssigkeit und der Geometrie des Tanks
der Füllstand ermittelt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Drucksensor zur Erfassung
des Füllstands einer in einem Tank befindlichen Flüssigkeit
dahingehend zu verbessern, dass er auch für mobile Anwendungen,
insbesondere in Kraftfahrzeugen, geeignet ist. Des Weiteren soll
der Drucksensor einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar
sein.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Drucksensor
zur Erfassung des Füllstands einer in einem Tank befindlichen
Flüssigkeit, wobei der Drucksensor am Boden des Tanks mit
dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeit beaufschlagt
wird, dadurch gelöst, dass ein druckempfindlicher Bereich des
Drucksensors von einem Gehäuse umgeben ist, dass das Gehäuse
mindestens eine Ausgleichsöffnung aufweist und dass die
mindestens eine Ausgleichsöffnung eine hydraulische Verbindung
zwischen einem Innenraum des Gehäuses und dem Tank herstellt.
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Durch
das erfindungsgemäße Gehäuse werden die
Druckschwankungen, denen der Drucksensor ausgesetzt ist, gedämpft,
so dass auf einfache Weise das Ausgangssignal des Drucksensors vergleichmäßigt
wird. Außerdem wird die druckempfindliche Fläche
des Drucksensors vor harten Gegenständen, wie zum Beispiel
Eisstücken, geschützt. Dadurch ist es möglich,
diesen Drucksensor auch bei mobilen Anwendungen erfolgreich einzusetzen.
Insbesondere beim Überfahren von Absätzen, wie
Bordsteinkanten oder sonstigen Fahrbahnunebenheiten wird die Qualität
der Füllstandserfassung auf einfache Weise verbessert.
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Um
zu gewährleisten, dass die gesamte im Tank befindliche
Flüssigkeit auch entnommen werden kann, ist in vorteilhafter
Ausgestaltung der Erfindung eine Drainageöffnung in einem
in Einbaulage tiefliegenden Punkt des Gehäuses vorgesehen.
Hierbei ist der Begriff „Einbaulage" so zu verstehen, dass der
Drucksensor und das erfindungsgemäße Gehäuse
in einem Tank eingebaut sind und dieser Tank in einem Fahrzeug eingebaut
ist.
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Des
Weiteren kann die Qualität der Ausgangssignale des erfindungsgemäßen
Drucksensors weiter verbessert werden, wenn das Gehäuse
an einem in Einbaulage hochliegenden Punkt eine Entlüftungsöffnung
aufweist. Dadurch kann sich zwischen dem oberen Abschluss des Gehäuses
und der in dem Gehäuse befindlichen Flüssigkeit
ein Luftpolster ausbilden, das beim Überfahren von Bodenunebenheiten
zu einer Verfälschung des Drucks des auf den Drucksensor
wirkenden hydrostatischen Druck führen könnte.
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Es
hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn das Gehäuse
mehrere in Einbaulage in verschiedenen Höhen angeordnete
Ausgleichsöffnungen aufweist. Dadurch kann die Dämpfungswirkung der
Ausgleichsöffnungen in Abhängigkeit des Füllstands
des Tanks variiert werden und dadurch eine weitere Verbesserung
der Qualität der Ausgangssignale des erfindungsgemäßen
Drucksensors erreicht werden.
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Des
Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ein oberer Abschluss
des Gehäuses in Einbaulage einen von 0° verschiedenen
Winkel α mit der Horizontalen einschließt. Insbesondere
hat sich ein Winkel α von 2° als besonders vorteilhaft
erwiesen.
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Die
eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch einen
Tank für eine Flüssigkeit mit einem Füllstandssensor,
wobei der Füllstandssensor ein Drucksensor mit einem Gehäuse
nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist. Die dabei
realisierbaren Vorteile wurden entsprechend den im Zusammenhang
mit dem erfindungsgemäßen beanspruchten Drucksensor
beschriebenen Vorteilen.
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Besonders
vorteilhaft ist dieser Tank in einem Fahrzeug, insbesondere einem
PKW oder einem LKW, einsetzbar.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen
entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen
beschriebenen offenbarten Vorteile können sowohl einzeln
als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch einen mit einem erfindungsgemäßen
Drucksensor ausgerüsteten Tank und
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2 ein
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Drucksensors mit Gehäuse.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßer Tank im Längsschnitt
dargestellt. Gefüllt ist der Tank 1 mit einer
Flüssigkeit, wie beispielsweise Harnstofflösung, wie
sie bei der selektiven katalytischen Reduktion von Abgasen von Brennkraftmaschine
benötigt wird. An der Oberseite des Tanks 1 ist
eine Dosiervorrichtung 5 mit einer Leitung 7 angeordnet.
Mit Hilfe der Dosiervorrichtung 5 kann Flüssigkeit 3 aus
dem Tank 1 entnommen werden und über die Leitung 7 aus dem
Tank 1 gefordert werden. Da die Erfindung nicht die Dosiervorrichtung 5 zum
Gegenstand hat, sind die konstruktiven Details der Dosiervorrichtung 5 in 1 nicht
dargestellt.
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An
einem Boden 9 des Tanks 1 sind ein Temperatursensor 11 und
ein erfindungsgemäßer Drucksensor 13 angeordnet.
Der Drucksensor 13 ist mit einem Gehäuse 15 versehen,
das mehrere Ausgleichsöffnungen 17 aufweist.
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Über
die Ausgleichsöffnungen 17 wird eine hydraulische
Verbindung zwischen dem Tank 1 und dem Innenraum des Gehäuses
hergestellt. Dies hat zur Folge, dass im Inneren des Gehäuses 15 der
gleiche hydrostatische Druck wie in der Flüssigkeit 3,
die sich innerhalb des Tanks 1 befindet, herrscht.
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Allerdings
werden Schwankungen des Drucks der Flüssigkeit 3,
die durch Erschütterungen des Tanks 1 hervorgerufen
werden, durch das Gehäuse 15 gedampft, so dass
eine druckempfindliche Fläche (nicht dargestellt) des Drucksensors 13,
die sich im Inneren des Gehäuses 15 befindet,
mit im Wesentlichen nur mit dem hydrostatischen Druck, der sich
aus dem Füllstand der Flüssigkeit 3 im
Tank ergibt, beaufschlagt wird.
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In 2 ist
ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Drucksensors 13 mit Gehäuse 15 vergrößert
und geschnitten dargestellt. Gleiche Bauteile haben die gleichen
Bezugszeichen und es gilt das bezüglich 1 Gesagte
entsprechend.
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Wie
aus 2 ersichtlicht ragt der Drucksensor 13 durch
den Boden 9 des Tanks 1 in das Innere (ohne Bezugszeichen)
des Gehäuses 15. Das Gehäuse 15 wiederum
ist am Boden 9 des Tanks befestigt. Das Gehäuse 15 kann
einen kreisrunden/zylindrischen Querschnitt oder einen dreieckigen,
viereckigen oder allgemein polygonalen Querschnitt haben. Um die
Fertigung zu vereinfachen ist es bevorzugt prismatisch ausgebildet.
Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, das Gehäuse 15 als
Pyramidenstumpf oder Kegelstumpf auszubilden.
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Alternativ
ist es auch möglich, das Gehäuse nicht, wie in 2 dargestellt,
mit dem Boden 9 zu verbinden, sondern mit dem Drucksensor 13 zu
verbinden. Dadurch wird ein einbaufertige Drucksensor, umfassend
den eigentlichen Drucksensor 13 und das erfindungsgemäße
Gehäuse 15, bereitgestellt.
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Da
die Ausgleichsöffnungen 17 Drosselstellen darstellen,
zwischen dem Inneren des Gehäuses und dem Tank 1,
kann der Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Inneren des
Gehäuses 15 und dem Tank nur relativ langsam von
statten gehen. Dies bedeutet, dass die auf die druckempfindliche
Fläche 19 des Drucksensors 13 wirkenden
hydraulischen Druckkräfte im Wesentlichen konstant sind
und sich nur langsam ändern. Infolgedessen ist ein Ausgangssignal
des Drucksensors, das über eine Signalleitung 21 an
eine geeignete Auswerteeinheit (nicht dargestellt) übermittelt
wird, ebenfalls von relativ hoher zeitlicher Konstanz. Somit ist
eine wichtige Funktion des erfindungsgemäßen Gehäuses 15 darin
zu sehen, die Druckschwankungen, die auf die druckempfindliche Fläche 19 des
Drucksensors 13 wirken zu dämpfen. Eine ebenfalls
wichtige Funktion des erfindungsgemäßen Gehäuses 15 besteht
im Schutz der druckempfindlichen Fläche 19 des
Drucksensors 13.
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Dadurch,
dass in verschiedenen geodätischer Höhe mehrere
Ausgleichsöffnungen 17 angeordnet sind, kann das
Dämpfungsverhalten des Gehäuses 15 in
Abhängigkeit des Füllstands des Tanks 1 variiert
werden.
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Am
tiefsten Punkt des Gehäuses 15, wobei sich diese
Angabe auf die Einbaulage des Gehäuses 15 im Tank 1 bezieht,
ist eine Drainageöffnung 23 vorgesehen. Diese
Drainageöffnung bewirkt, dass das Gehäuse 15 vollständig
leer laufen kann, wenn der Tank 1 entleert wird.
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Für
den Fall, dass der Flüssigkeitsspiegel so weit abgesunken
ist, dass das Gehäuse 15 nicht vollständig
mit Flüssigkeit 3 gefüllt ist, bildet
sich ein Luftpolster zwischen einem oberen Abschluss 25 des Gehäuses
und dem Flüssigkeitsspiegel der Flüssigkeit 3 aus.
Damit dieses Luftpolster die auf die druckempfindliche Fläche 19 des
Drucksensors wirkenden Drücke nicht beeinflusst, ist an
dem höchsten Punkt des Gehäuses 15 eine
Entlüftungsöffnung 27 vorgesehen. Dadurch
werden die Messergebnisse beziehungsweise die Ausgangssignale des
Drucksensors 13 weiter verbessert.
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Dem
gleichen Zweck dient eine Schrägstellung des oberen Abschlusses 25 gegenüber
der Horizontalen. Diese Schrägstellung ist durch einen
Winkel α, der bevorzugt etwa 2° beträgt,
in 2 dargestellt.
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Es
versteht sich von selbst, dass alle Bauteile des Drucksensors 13 und
des Gehäuses 15, die mit der Flüssigkeit 3 im
Tank 1 in Berührung kommen können, durch
diese Flüssigkeit 3, bevorzugt eine Harnstofflösung
(AdBlue), nicht zersetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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