DE102007029147A1 - Füllstandssensor für mobile Anwendungen - Google Patents

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DE102007029147A1
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Volkan Deveci
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Robert Bosch GmbH
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/14Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measurement of pressure
    • G01F23/18Indicating, recording or alarm devices actuated electrically

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Abstract

Es wird ein Drucksensor (13) mit einem Gehäuse (15) vorgeschlagen, der insbesondere zur Füllstandsüberwachung in Tanks (1) eingesetzt werden kann, wobei der Tank (1) in Fahrzeugen zur Anwendung kommt und dort erheblichen Erschütterungen ausgesetzt ist.

Description

  • Stand der Technik
  • 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.
  • 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.
  • Offenbarung der Erfindung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Besonders vorteilhaft ist dieser Tank in einem Fahrzeug, insbesondere einem PKW oder einem LKW, einsetzbar.
  • 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.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • 1 einen Querschnitt durch einen mit einem erfindungsgemäßen Drucksensor ausgerüsteten Tank und
  • 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucksensors mit Gehäuse.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10324009 A1 [0002]

Claims (8)

  1. Drucksensor zur Erfassung des Füllstands einer in einem Tank (1) befindlichen Flüssigkeit (3), wobei der Drucksensor (13) an einem tiefliegenden Punkt, bevorzugt am Boden (9), des Tanks (1) mit dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeit (3) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein druckempfindlicher Bereich (19) des Drucksensors (13) von einem Gehäuse (15) umgeben ist, dass das Gehäuse (15) mindestens eine Ausgleichsöffnung (17) aufweist, und dass die mindestens eine Ausgleichsöffnung (17) eine hydraulische Verbindung zwischen einem Innenraum des Gehäuses (15) und dem Tank (1) herstellt.
  2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) an einem in Einbaulage tiefliegenden Punkt eine Dränageöffnung (23) aufweist.
  3. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) an einem in Einbaulage hochliegenden Punkt eine Entlüftungsöffnung (27) aufweist.
  4. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) mehrere in Einbaulage in verschiedenen Höhen angeordnete Ausgleichsöffnungen (17) aufweist.
  5. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oberer Abschluss (25) des Gehäuses (15) in Einbaulage einen von null Grad verschiedenen Winkel (α) mit der Horizontalen einschließt.
  6. Tank für eine Flüssigkeit (3) mit einem Füllstandssensor, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandssensor ein Drucksensor (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
  7. Tank nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (1) in einem Fahrzeug, insbesondere einem Pkw oder einem Lkw, eingesetzt wird.
  8. Tank nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (1) mit einer 32,5%igen Harnstofflösung (AdBlue), gefüllt ist.
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