DE102008005760A1

DE102008005760A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Füllvolumens eines Behälters

Info

Publication number: DE102008005760A1
Application number: DE200810005760
Authority: DE
Inventors: Stefan Resch
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-01-24
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2009-07-30

Abstract

Die Erfindung umfasst ein Verfahren und eine Vorrichtung (10, 10') zur Bestimmung eines Füllvolumens eines mit einem inkompressiblen Füllgut gefüllten Behälters (12, 30). Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bestimmung des Leervolumens VLeer des Behälters (12, 30), falls dieses nicht bekannt ist; Füllung des Behälters (12, 30) bis zu dem zu bestimmenden Füllvolumen VFüll mit dem Füllgut (16, 40), falls dieser nicht bereits gefüllt ist; Füllung des freien Volumens V1 mit einem Gas, insbesondere mit Luft; gasdichtes Abdichten des Behälters (12, 30); Ermittlung des freien Volumens V1 aus der Änderung des Behälterinnendrucks bei Dosierung einer bekannten Stoffmenge des Gases in den oder aus dem Behälter (12, 30).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Füllvolumens eines Behälters, der mit einem inkompressiblen Füllgut gefüllt ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Füllvolumens eines mit einem inkompressiblen Füllgut gefüllten Behälters.
Die Bestimmung eines Füllvolumens eines Behälters erfolgt im Allgemeinen über die Messung des Füllstandes des Behälters. Der Füllstand eines Kraftstofftanks in einem Kraftfahrzeug wird in der Regel mittels mechanischer oder elektrischer Messverfahren ermittelt. Aus der DE 102 52 562 A1 ist beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter eines Kraftfahrzeuges bekannt. Aus der DE 103 45 708 A1 ist ein Messsystem bekannt, das kapazitiv den Füllstand eines Kraftstoffbehälters in einem Fahrzeug erfasst. Hierzu sind Messelektroden, welche zusammen mit einer leitfähigen Oberfläche, z. B. des Kraftstoffbehälters, Messkondensatoren bilden, zusammen mit einer Auswerteelektronik auf einem flexiblen, folienartigen Träger angeordnet. Die Auswerteelektronik erzeugt ein dem Füllstand des Behälters entsprechendes Ausgangssignal.
Die vorstehend genannten Verfahren sind jedoch nicht geeignet, wenn das Füllgut den Aggregatzustand zwischen fest und flüssig wechseln kann oder als festes Schüttgut vorliegt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Messverfahren zur Bestimmung eines Füllvolumens eines Behälters zu schaffen, wobei das Füllgut inkompressibel ist.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Das Verfahren zur Bestimmung des Füllvolumens V_Füll eines mit einem inkompressiblen Füllgut gefüllten Behälters weist folgende Schritte auf: Bestimmen des Leervolumens V_Leer des Behälters, falls dieses nicht bekannt ist, Füllung des Behälters mit dem Füllgut, falls das Füllgut nicht im Behälter vorliegt, Füllung des freien Volumens V₁ mit einem Gas, insbesondere mit Luft, gasdichtes Abdichten des Behälters, Ermittlung des freien Volumens V₁ aus der Änderung des Behälterinnendrucks bei Dosierung einer bekannten Stoffmenge des Gases in den Behälter oder aus dem Behälter. Falls der Behälter bereits gefüllt ist, und das Leervolumen V_Leer bekannt ist, entfallen die ersten beiden Schritte des Verfahrens. Der Behälterinnendruck kann genau und zuverlässig mittels einer oder mehrerer Druckmesseinrichtungen gemessen werden. Ebenso ist die Bestimmung eines Leervolumens V_Leer mit bekannten Messverfahren sehr genau möglich. Der Vorteil ist hierbei, dass das Füllvolumen V_Füll unabhängig vom Aggregatzustand des Füllguts bestimmt werden kann. Ferner haben die Lage des Füllguts im Behälter und die Lage des Behälters selbst keinen Einfluss auf die Messung des Füllvolumens. Somit erlaubt die Messung der Veränderung des Behälterinnendrucks eine genaue, zuverlässige und integrale Messung des Füllvolumens. Die Dosierung einer bekannten Stoffmenge des Gases in den Behälter oder aus dem Behälter ist vorzugsweise mit zwei Verfahren möglich.
Zum einen kann die Dosierung einer bekannten Stoffmenge n₂ des Gases in den oder aus dem Behälter erfolgen, indem die Stoffmenge in einem Dosierbehälter mit bekanntem Volumen V₂ und bekanntem Druck p₂, bereitgestellt wird, und ein Druckausgleichs zwischen dem Behälter und dem Dosierbehälter hergestellt wird, der Innendrucks p_ges im Behälter oder Dosierbehälter gemessen wird, wobei das freie Volumens V₁ im Behälter gemäß der nachfolgenden Gleichung berechnet wird: V₁ = V₂·(p_ges – p₂)/(p₁ – p_ges). Die Füllmenge kann dann berechnet werden, da das Leervolumen vorher bestimmt wurde, gemäß der Beziehung V_Füll = V_Leer – V₁.
Der Druckausgleich wird hierbei zwischen einem geschlossenen Behälter, der als Dosierbehälter bezeichnet wird, und einem mit dem Füllgut gefüllten Behälter, in dem ein anderer Druck herrscht, hergestellt. Der Druck im Dosierbehälter kann gemessen werden, der Druck im mit dem Füllgut gefüllten Behälter kann gemessen werden, und der sich eingestellte Druck kann ebenfalls sehr genau gemessen werden. Somit kann das freie Volumen V₁ sehr genau bestimmt werden und folglich ebenfalls das Füllvolumen V_Füll.
Nach dem gleichen Prinzip kann auch eine definierte Gasmenge aus dem Behälter, dessen Füllvolumen bestimmt werden soll, entnommen werden und die sich ergebende negative Druckdifferenz nach der vorstehend genannten Gleichung bestimmt werden.
Der Vorteil liegt darin, dass die das Volumen V₁ bestimmenden Größen p₁, p₂, p_ges, V₂, V_Füll sehr genau gemessen werden können und nicht vom Aggregatzustand des Füllgutes abhängig sind.
Eine weitere Möglichkeit der Bestimmung der Dosiermenge ist gegeben, indem die Dosierung einer bekannten Stoffmenge n₂ des Gases durch Zufuhr mittels einer Fördereinrichtung, insbesondere einer Pumpe, erfolgt, und zwar so lange, bis ein Innendruck p₂ bei einer Temperatur T_M im Behälter erreicht ist und die Berechnung des freien Volumens V₁ gemäß nachfolgender Gleichung erfolgen kann:
V₁ = n₂·R·T_M/Δp, wobei Δp = p₂ – p₁ ist, und eine anschließende Berechnung des Füllvolumens V_Füll = V_Leer – V₁ erfolgen kann. Hierbei ist vorteilhaft, dass kein Dosierbehälter benötigt wird, sondern eine Pumpe mit bekanntem Fördervolumenstrom die Dosierung der Stoffmenge leisten kann. Die Fördermenge ist somit ein direktes Maß für das freie Volumen V₁ des Behälters. Alternativ kann ebenfalls der Druckgradient beim Befüllen gemessen werden und ausgewertet werden. Hierbei ist vorteilhaft, dass mit kleinen Fördermengen gemessen werden kann.
Die Befüllung des Behälters mit der Stoffmenge, vorzugsweise einem Gas, insbesondere Luft, erfolgt über ein Einlassventil, das mit dem Dosierbehälter verbunden ist, wobei der Dosierbehälter mit einer Fördereinrichtung für das Gas verbunden wird, und mittels der Fördereinrichtung Gas in den Dosierbehälter gefördert werden kann. Das Gas gelangt über das geöffnete Einlassventil in den Behälter. Dies hat den Vorteil, dass die Befüllung mit dem Gas wiederholt durchführbar ist, da eine Verbindung zwischen dem Behälter und dem Dosiervolumen vorhanden ist, die reproduzierbar geöffnet und verschlossen werden kann und der Dosierbehälter nachgefüllt werden kann. Hierbei wird das Einlassventil zur Messung des Füllvolumens geöffnet, und danach wieder verschlossen. Insbesondere wird zur Herstellung eines Druckausgleichs das Einlassventil geöffnet. Der Dosierbehälter kann mit dem Gas wieder aufgefüllt werden, indem zur Bereitstellung der bekannten Stoffmenge n₂ des Gases das Einlassventil geschlossen wird und mittels einer Fördereinrichtung Gas bis zum Erreichen eines Drucks p₂ in den Dosierbehälter gefördert wird.
Bevorzugt wird der Innendruck p₁ des Behälters mittels einer dem Dosierbehälter zugeordneten Druckmesseinrichtung gemessen. Dies kann ein Manometer, ein kapazitiver Druckmesser oder ein anderer im Stand der Technik bekannter Druckmesser sein. Die Messung des Drucks p_ges nach dem Druckausgleich erfolgt bevorzugt mittels der gleichen Druckmesseinrichtung wie die Messung des Drucks des Dosierbehälters.
Bevorzugt wird zum gasdichten Abdichten des Behälters ein Auslassventil geschlossen. Auslassventile sind verfügbar und arbeiten zuverlässig und reproduzierbar. Somit ist sichergestellt, dass das gasdichte Abdichten auch zuverlässig erfolgt und die Bestimmung des Volumens V₁ zuverlässig ist.
Bevorzugt ist der Behälter ein Tank eines Kraftfahrzeugs. Dies kann beispielsweise ein Kraftstofftank einer Brennkraftmaschine sein, oder ein Reduktionsmitteltank für einen SCR-Katalysator. Der Kraftstofftank weist einen flüssigen Kraftstoff als Füllgut auf. Das Füllvolumen des Kraftstofftanks kann mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren auch bei teilweise eingefrorenem Kraftstoff im Winter zuverlässig gemessen werden. Der Reduktionsmitteltank weist in der Regel Harnstoff in flüssiger oder fester Form als Füllgut auf. Auch für den Reduktionsmitteltank kann bei flüssigem Harnstoff ein Übergang vom flüssigen in den festen Aggregatzustand, insbesondere bei Temperaturen niedriger als –11°C vorliegen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen eines Füllvolumens eines mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllten Behälters mit einem Leervolumen V_Leer, weist auf:
eine Druckmesseinrichtung mittels der der Druck in dem Behälter bestimmbar ist; eine Einrichtung mittels der Gas, vorzugsweise Luft, einer definiert messbaren Stoffmenge in den Behälter füllbar ist, und eine Ventileinrichtung zum gasdichten Verschließen des Behälters. Zur Bestimmung des Füllvolumens V_Füll ist das freie Volumen V₁, das über dem Füllgut ausgebildet ist, ermittelbar, indem die Änderung des Behälterinnendrucks bei der Dosierung einer bekannten Stoffmenge n₂ des Gases in den oder aus dem Behälter ermittelt wird. Hierbei kann ein bekanntes, unter einem Druck p₂ stehendes Volumen V₂ in den Behälter geleitet werden und der sich einstellende Druck gemessen werden. V₁ bestimmt sich dann gemäß: V₁ = V₂·(p_ges – p₂)/(p₁ – p_ges). Alternativ kann die Stoffmenge n₂ mittels einer Fördereinrichtung, vorzugsweise einer Pumpe, mit bekannter Fördermenge in den Behälter geleitet werden und das freie Volumen V₁ gemäß der Gleichung V₁ = n₂R·T_M/Δp ermittelt werden. Die Vorrichtung ist insbesondere eine Messvorrichtung, die in ein Kraftfahrzeug zur Messung des Füllvolumens eines Tanks und/oder eines Reduziermittelbehälters eingebaut werden kann.
Die Einrichtung mittels der Gas in den Behälter einfüllbar ist, umfasst bevorzugt eine Ventileinrichtung, insbesondere ein Einlassventil, und einen Dosierbehälter mit einem definierten bekannten Volumen V₂. In dem Dosierbehälter befindet sich das Gas unter dem messbaren Druck p₂. Durch Öffnen der Ventileinrichtung gelangt das Gas in den Behälter und führt zu einem Gesamtdruck p_ges in beiden Behältern.
Die Einrichtung mittels der Gas in den Behälter einfüllbar ist, umfasst bevorzugt eine Pumpe mit definiertem Fördervolumen und kann zusätzlich eine Ventileinrichtung, insbesondere ein Einlassventil aufweisen. Hiermit kann die definierte Stoffmenge n₂ in den Behälter eingefüllt werden und danach kann mittels der Ventileinrichtung die Verbindung geschlossen werden, sodass der Druck p₂ gemessen werden kann. Das Gas wird sich oberhalb des Füllgutes ansammeln, unabhängig von der Lage des Füllgutes und des Behälters.
Bevorzugt ist der Behälter ein Tank eines Kraftfahrzeuges, der insbesondere einen Kraftstofftank für eine Brennkraftmaschine und/oder ein Reduktionsmitteltank für einen SCR-Katalysator umfasst.
Es versteht sich, dass die Erfindung auch für weitgehend inkompressibles Füllgut geeignet ist, solange die Kompressibilität nicht einen Wert annimmt, durch den der gewünschte Toleranzbereich der Volumenbestimmung verlassen wird.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Figuren der Zeichnung näher beschrieben, aus denen sich unabhängig von der Zusammenfassung in den Patentansprüchen weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 die Druckverhältnisse im Behälter der Ausführungsform von 1 bei geschlossenem Ventil (2a) und bei geöffnetem Ventil (2b);
3a ein Diagramm von Messwerten, die mit der ersten Ausführungsform von 1 gemessen wurden, wobei der Druckverlauf als Funktion des Füllvolumens aufgetragen ist;
3b ein Diagramm von Messwerten, die mit der ersten Ausführungsform von 1 gemessen wurden, wobei das berechnete Füllvolumen als Funktion der gemessenen Druckänderung aufgetragen ist;
4 eine zweiten Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung;
5 die Druckverhältnisse im Behälter der Ausführungsform von 4 vor Dosieren einer bekannten Gasmenge (5a) und nach Dosieren einer bekannten Gasmenge (5b);
6a ein Diagramm von Messwerten, die mit der zweiten Ausführungsform von 4 des gemessen wurden, wobei der Druckverlauf als Funktion des Füllvolumens aufgetragen ist;
6b ein Diagramm von Messwerten, die mit der zweiten Ausführungsform von 4 gemessen wurden, wobei das berechnete Füllvolumen als Funktion der gemessenen Gasfördermenge aufgetragen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsformen beschrieben. Hierbei zeigt 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Messvorrichtung 10 zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Messvorrichtung 10 zur Bestimmung eines Füllvolumens V_Füll eines Behälters 12 weist einen Dosierbehälter 14 mit einem Volumen V₂ auf, das als Dosiervolumen bezeichnet wird. Zwischen dem Behälter 12, der mit einem inkompressiblen Füllgut 16 gefüllt ist, und dem Dosierbehälter 14 ist eine Ventileinrichtung 18 angeordnet. Die Ventileinrichtung 18 ist vorzugsweise in eine Leitung 20 eingebaut, wobei die Leitung 20 den Behälter 12 und den Dosierbehälter 14 verbindet.
Prinzipiell kann man die Behälter auch direkt aneinender bauen und das Ventil in die Trennwand integrieren.
Die Messvorrichtung 10 weist ferner ein Auslassventil 22 auf, über das ein gasförmiger Stoff aus dem Behälter 12 entweichen kann. Der Dosierbehälter 14 ist mit einer Druckmesseinrichtung 24 verbunden. Mittels der Druckmesseinrichtung 24 kann ein Druck p₂ in dem Dosierbehälter gemessen werden. Bei geöffneter Ventileinrichtung 18 kann mittels der Druckmesseinrichtung 24 der Druck in Behälter 12 gemessen werden. Optional kann eine weitere, nicht gezeigte Druckmesseinrichtung zur Messung des Druckes des Behälters 12 vorgesehen sein. Ferner weist die Messeinrichtung 10 eine Pumpe 26 auf, mit der der Dosierbehälter 14 nachfüllbar ist.
Das Füllvolumen V_Füll des Füllgutes in dem Behälters 12 kann bestimmt werden, indem das Volumen V₁ ermittelt wird und von einem Leervolumen V_Leer des Behälters 12 subtrahiert wird.
Das Volumen V₁ kann ermittelt werden, wenn die Ventileinrichtung 18 geöffnet wird und sich ein Druckausgleich zwischen dem Behälter 12 und dem Dosierbehälter 14 und somit ein Gesamtdruck p_ges einstellt. Die Druckverhältnisse vor und nach dem Öffnen der Ventileinrichtung 18 sind in 2 dargestellt. Hierbei sind gleiche Gegenstände mit gleichen Bezugsziffern wie in 1 bezeichnet.
2a zeigt den Behälter 12 und den Dosierbehälter 14. Im Behälter 12 oberhalb des Füllgutes 16, das ein Füllvolumen V_Füll einnimmt, ist das freie Volumen V₁ mit einem Druck p₁ angeordnet. Der Behälter 12 weist ein Gesamtvolumen V_Leer auf. Dieses Gesamtvolumen V_Leer. wird von dem Füllvolumen V_Füll des Füllgutes 16 V_Füll und einem Volumen V₁ gebildet. Das Volumen V₁ ist typischerweise über dem Füllgut 16 angeordnet und ist typischerweise ein Gas mit der Stoffmenge n₁, das unter dem Druck p₁ steht. In dem Dosierbehälter 14 ist ein Stoff, der gasförmig ist, unter dem Druck p₂ angeordnet. Das Volumen des Dosierbehälters 14 wird mit V₂ bezeichnet.
Auf Grund der allgemeine Gasgleichung gilt: p1·V1 = n1·R·T1 (1) p2·V2 = n2·R·T2, (2) wobei R die allgemeine Gaskonstante und T₁ und T₂ jeweils die Temperatur in dem jeweiligen Behälter 12 bzw. 14 ist.
2b zeigt in schematischer Darstellung den Behälter 12 und den Dosierbehälter 14, wobei die Ventileinrichtung 18 geöffnet ist und ein Druckausgleich stattgefunden hat. In beiden Behältern 12 und 14 herrscht jetzt der gleiche Druck p_ges. Das gemeinsame Volumen V_ges wird aus der Summe der Volumen V₁ und V₂ gebildet. Die Stoffmenge n_ges ergibt sich aus der Summe der Einzelstoffmengen n₁ und n₂.
Es hat sich ein Gesamtdruck p_ges in dem Gesamtsystem eingestellt für den gilt: pges·Vges = nges·R·TM (3)
Hierbei ist V_ges = V₁ + V₂ (4a) und n_ges = n₁ + n₂ (4b) T_M ist die Temperatur, die sich in dem Gesamtsystem aus den Behältern 12 und 14 eingestellt hat und wird das Messtemperatur bezeichnet. Es gilt im allgemeinen T₁ = T₂ = T_M.
Somit ergibt sich unter Berücksichtigung der Gleichungen (1), (2), (3) und (4a und 4b) für V₁: V1 = V2(pges – p2)/(p1 – pges) (5)V_Füll ergibt sich damit aus V_Leer– V₁. VFüll = VLeer – V1 (6)
3 zeigt physikalische Zusammenhänge sowie Ergebnisse von Messungen, die mit der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wurden. Hierbei zeigt 3a den Druckverlauf nach Dosieren (y-Achse) als Funktion des Füllvolumens (x-Achse). 3b zeigt das berechnete Füllvolumen (y-Achse) als Funktion der Druckänderung (x-Achse) während des Druckausgleichs. Der Druck und die Druckänderung sind in bar angegeben. Der Füllstand ist jeweils in Litern (dm³) aufgetragen.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Messvorrichtung 10' zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Hierbei kann eine variable Stoffmenge n₂ mit einem variablen Volumen zudosiert werden. Der Behälter 30 weist eine Druckmesseinrichtung 32 auf, beispielsweise ein Manometer. Hiermit kann der Druck p₁, der in dem Behälter 30 vorliegt, gemessen werden. Ferner ist der Behälter 30 mit einer Pumpe 34 über eine Leitung 36 verbunden. Der Behälter 30 kann eine nicht dargestellte Ventileinrichtung zwischen der Pumpe 34 und dem Behälter 30 aufweisen, die in einer Leitung 36 angeordnet sein kann. Ferner ist am Behälter ein Auslassventil 38 angeordnet. Der Behälter 30 ist vorzugsweise mit einem Füllgut 40 gefüllt, das ein Füllvolumen V_Füll einnimmt. Das Gesamtvolumen V_Leer des Behälters 30 wird somit aus dem Füllvolumen V_Füll, und dem freien Volumen V₁ gebildet. Mittels der Pumpe 34 kann ein bekanntes Volumen V₂ und eine bekannte Stoffmenge n₂ dem Behälter 30 zugeführt werden. Hierbei entsteht ein neuer Druck p₂ und eine neue Gesamtstoffmenge n_ges = n₁ + n₂. Die Fördermenge oder der Fördervolumenstrom der Pumpe 34 sind hierbei bekannt.
5 zeigt das System schematisch vor und nach dem Dosieren der Stoffmenge n₂. Gleiche Teile sind hierbei mit gleichen Bezugszeichen wie in 4 bezeichnet. Vor dem Dosieren kann der Druck p₁ mittels der Druckmesseinrichtung 32 gemessen werden. Es gilt wieder: p1V1 = n1RTM. (7)
Nach dem Dosieren stellt sich der Druck p₂ ein: p2 = (n1 + n2)RTM/V1 (8)
Die Druckdifferenz zwischen dem Anfangszustand und dem Endzustand ergibt sich zu: Δp = p2 – p1 = (n1 + n2)R·TM/V1 – n1RT/V1 = n2R·TM/V1 (9) V1 = n2·R·TM/Δp (10)
Die Menge n₂ ist aus der bekannten Fördermenge der Pumpe 34 bekannt und somit kann V₁ bestimmt werden, wenn die Druckdifferenz Δp gemessen wird. Die Temperatur T_M bezeichnet die Temperatur, die sich nach Dosierung eingestellt hat. Die Füllvolumen V_Füll ergibt sich wie bei der ersten Ausführungsform aus der Differenz zwischen dem Leervolumen V_Leer und dem ermittelten Volumen V₁.
Hierbei kann sowohl der sich einstellende Druck p₂ als auch der Anfangsdruck p₁ gemessen werden, um die Differenz zu bilden, oder es kann der Druckgradient während des Befüllens gemessen werden.
6a zeigt in grafischer Darstellung die Fördermenge n₂ (y-Achse) als Funktion des Füllvolumens (y-Achse, links) bzw. als Funktion der Fördermenge in mol (rechte y-Achse). In 6b ist das Füllvolumen als Funktion der Messgröße Fördervolumen n₂ (x-Achse) (6b) gezeigt. Die Größen auf der linken y-Achse sind jeweils die nach der Formel 10 berechneten Größen.
In beiden Ausführungsformen der Vorrichtung (1 und 4) kann das Verfahren zur Bestimmung der Füllstandes eines Behälters 12, 30 durchgeführt werden, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

– Bestimmung des Leervolumens V_Leer des Behälters, falls dieses nicht bekannt ist;
– Füllung des Behälters 12, 30 dem zu bestimmenden Füllvolumens V_Füll mit dem Füllgut 16, 40 dieser nicht bereits gefüllt ist;
– Füllung des freien Volumens V₁ mit einem Gas, insbesondere mit Luft, gasdichtes Abdichten des Behälters 12, 30,
– Ermittlung des freien Volumens V₁ aus der Änderung des Behälterinnendrucks bei Dosieren einer bekannten Stoffmenge n₂ des Gases in den oder aus den Behälter 12, 30.

10: Messeinrichtung zur Bestimmung eines Füllstandes eines Behälters
10': Messeinrichtung zur Bestimmung eines Füllstandes eines Behälters in einer zweiten Ausführungsform
12: Behälter
14: Dosiervolumen
16: Füllgut
18: Ventileinrichtung
20: Leitung
22: Auslassventil
24: Druckmesseinrichtung
26: Pumpe
30: Behälter der zweiten Ausführungsform
32: Druckmesseinrichtung
34: Pumpe
36: Leitung
38: Auslassventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10252562 A1 [0002]
- DE 10345708 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Bestimmung des Füllvolumens V_Füll eines mit einem inkompressiblen Füllgut gefüllten Behälters (12, 30) mit folgenden Schiritten: – Bestimmen des Leervolumens V_Leer des Behälters (12, 30), falls dieses nicht bekannt ist; – Füllen des Behälters (12, 30) mit dem Füllgut (16, 40), falls dieser nicht bereits gefüllt ist; – Füllen des freien Volumens V₁ mit einem Gas, insbesondere mit Luft, – gasdichtes Abdichten des Behälters (12, 30), – Ermitteln des freien Volumens V₁ aus der Änderung des Behälterinnendrucks bei Dosierung einer bekannten Stoffmenge des Gases in den oder aus dem Behälter (12, 30).
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Dosierung einer bekannten Stoffmenge n₂ des Gases in den oder aus dem Behälter (12) mit folgenden Schritten erfolgt: – Bereitstellen der Stoffmenge in einem Dosierbehälter (14) mit bekanntem Volumen V₂ und bekanntem Druck bei einer Temperatur T_M, – Herstellen eines Druckausgleichs zwischen Behälter (12) und Dosierbehälter (14) und Messen des Innendrucks p_ges im Behälter (12) oder Dosierbehälter (14), – Berechnen des freien Volumens V₁ im Behälter (12) gemäß V₁ = V₂·(p_ges – p₂)/(p₁ – p_ges) und berechnen der Füllmenge V_Füll = V_Leer – V₁.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich das Volumen V₁ ergibt durch Dosierung einer bekannten Stoffmenge n₂ des Gases mittels einer Fördereinrichtung (34) bis ein Innendruck p₂ bei einer Temperatur T_M im Behälter (30) erreicht ist und Berechnung des freien Volumens V₁ gemäß V1 = n2·R·TM/Δp,wobei Δp = p₂ – p₁ ist und eine anschließende Berechnung des Füllvolumens sich ergibt aus V_Füll = V_Leer – V₁.
Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass zur Füllung des Behälters (12) mit Gas dieser über ein Einlassventil (18) mit dem Dosierbehälter (14) verbunden wird, wobei der Dosierbehälter (14) mit einer Fördereinrichtung (26) für Gas verbunden wird und mittels der Fördereinrichtung (26) Gas in den Dosierbehälter gefördert wird, welches über das geöffnete Einlassventil (18) in den Behälter gelangt.
Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Innendruck p₁ des Behälters (12) mittels einer dem Dosierbehälter (14) zugeordneten Druckmesseinrichtung (24) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung der bekannten Stoffmenge n₂ des Gases das Einlassventil (18) geschlossen und mittels einer Fördereinrichtung (26) Gas bis zum Erreichen eines Drucks p₂ in den Dosierbehälter (14) gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines Druckausgleichs das Einlassventil (18) geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Drucks p_ges nach dem Druckausgleich mittels der gleichen Druckmesseinrichtung (26, 34) erfolgt wie die Messung nach Anspruch 5. (Es muss nicht die gleiche sein. Ist halt günstiger so.)
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zur gasdichten Abdichtung des Behälters (12, 30) ein Auslassventil (22, 38) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (12, 30) ein Tank eines Kraftfahrzeugs ist.
Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Tank ein Kraftstofftank einer Brennkraftmaschine ist.
Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Tank ein Reduktionsmitteltank für einen SCR-Katalysator ist.
Vorrichtung (10, 10') zur Bestimmung eines Füllvolumens eines mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllten Behälters (12, 30) mit einem Leervolumen V_Leer, die aufweist: – eine Druckmesseinrichtung (24, 32) mittels der ein Druck in dem Behälter (12, 30) bestimmbar ist; – eine Einrichtung (18, 34) mittels der Gas, vorzugsweise Luft, einer definiert messbaren Stoffmenge in den Behälter (12, 30) füllbar ist; – eine Ventileinrichtung (22) zum gasdichten Verschließen des Behälters (12, 30).
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (18, 34) mittels der Gas in den Behälter einfüllbar ist, eine Ventileinrichtung (18), insbesondere ein Einlassventil, und einen Dosierbehälter (14) mit einem definierten bekannten Volumen umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung mittels der Gas in den Behälter (30) einfüllbar ist, eine Pumpe (34) mit definiertem und bekanntem Fördervolumen aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (12, 30) ein Tank eines Kraftfahrzeuges ist, der insbesondere einen Kraftstofftank für eine Brennkraftmaschine und/oder ein Reduktionsmitteltank für einen SCR-Katalysator umfasst. (Wo ist der Unterschied zu den Ansprüchen 10–12?)