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Die
Erfindung betrifft einen Flüssigkeitstank, gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In
Flüssigkeitstanks von Kraftfahrzeugen treten während
des Fahrbetriebs häufig unkontrollierte Wellenbewegungen
des Tankinhalts auf. Mögliche Ursachen dafür können
eine Bremsung, eine Beschleunigung oder Erschütterungen
aufgrund von Fahrbahnunebenheiten sein. Diese Wellenbewegungen werden
auch als Schwallbewegungen bezeichnet. Schwallbewegungen sind insbesondere
bei großvolumigen, teilbefüllten Flüssigkeitstanks,
wie beispielsweise einem Kraftstofftank eines Nutzfahrzeugs, problematisch.
Bei einer Schwallbewegung auftretende, unkontrollierte und plötzliche
Verlagerung des Tankinhalts verursachen hohe Kräfte, die
zu einer Beschädigung der Tankaufhängung führen
können. Um dem vorzubeugen, werden in Flüssigkeitstanks
für Kraftfahrzeuge Vorrichtungen zur Minderung von Schwallbewegungen
eingesetzt. Aus der
DE
28 47 117 C2 ist ein Flüssigkeitstank für
ein Kraftfahrzeug bekannt. Der Flüssigkeitstank weist einen durch
eine Behälterwand im Wesentlichen dicht umschlossenen Füllraum
sowie eine hierin angeordnete Schwalldämpfungseinrichtung
in Form einer stegartigen Schottwand auf. Als Schottwände
kommen üblicherweise stabile Trennwände aus Kunststoff
oder Blech zum Einsatz, die das Gewicht des Flüssigkeitstanks
maßgeblich erhöhen und dadurch den Kraftstoffverbrauch
des Kraftfahrzeugs nachteilig beeinflussen.
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Über
den angeführten Stand der Technik hinaus ist aus der
DE 102 51 966 A1 ein
gattungsgemäßer Flüssigkeitstank mit
einer Schwalldämpfungseinrichtung zur Transportsicherung
bei Flüssigkeitstransporten bekannt, bei der eine Gummiblase über eine
Reinigungsöffnung in einen Flüssigkeitstank einbringbar
und dort mit Druckluft befüllbar ist.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flüssigkeitstank
für ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen,
der im Hinblick auf einen möglichst niedrigen Kraftstoffverbrauch
gewichtsreduziert ist.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird ein Flüssigkeitstank mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Der Flüssigkeitstank
umfasst einen durch eine Behälterwand im Wesentlichen dicht
umschlossenen Füllraum sowie eine hierin angeordnete Schwalldämpfungseinrichtung.
Die Schwalldämpfungseinrichtung weist dabei ein Verdrängungsmittel auf,
durch das ein mindestens ein veränderbares Verdrängungsvolumen
der Schwalldämpfungseinrichtung darstellbar ist. Mit Hilfe
der vorgeschlagenen Lösung ist verhinderbar, dass sich
eine Flüssigkeit bei teilbefülltem Flüssigkeitstank
frei beweglich in einen durch die Flüssigkeit nicht befüllten
Leerraum verlagert. Dies ist insbesondere durch eine Anpassung des
Verdrängungsvolumens möglich, mit dem der Leerraum
im Wesentlichen vollständig ausfüllbar und eine
Schwallbewegung der Flüssigkeit damit deutlich verringerbar
ist. Als Verdrängungsmittel ist beispielsweise eine im
Flüssigkeitstank angeordnete, im Wesentlichen flüssigkeits-
und/oder gasdichte Membran einsetzbar, welche mit einer umlaufenden Dichtkante
an einer Innenwand des Füllraums vorzugsweise flüssigkeits-
und gasdicht anliegend befestigt ist. Die Membran kann insbesondere
zumindest teilweise aus einer flexiblen und/oder dehnbaren Kunststofffolie
oder Gummihaut bestehen. Eine Druckbeaufschlagung oder Befüllung
des Verdrängungsvolumens – vorzugsweise mit Luft – ist
beispielsweise durch ein Ventil realisierbar, welches in einer durch
die Membran von der Flüssigkeit abgetrennten Wand des Flüssigkeitstanks
vorgesehen ist. Ein im Vergleich zu einer Schottwand niedriges Gewicht
dieser Schwalldämpfungseinrichtung wirkt sich vorteilhaft
auf den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs aus. Eine Weiterbildung
dieser Ausführungsform ist eine Anordnung mehrerer im Wesentlichen voneinander
getrennter Teilverdrängungsvolumina im Flüssigkeitstank,
unter denen kein direkter Volumenaustausch stattfindet. Ein Unterbinden
des Volumenaustausches zwischen den Teilverdrängungsvolumina
reduziert eine Bewegungsmöglichkeit der Flüssigkeit
und verbessert dadurch eine Schwallminderung.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Flüssigkeitstanks
ist das Verdrängungsmittel durch einen im Wesentlichen
geschlossenen Verdrängungskörper gebildet. Vorteilhaft
an dieser Ausführungsform ist insbesondere, dass die in einer Herstellung
aufwendige und wartungsintensive, umlaufende Dichtkante des Verdrängungsmittels
an der Innenwand des Füllraums vermeidbar ist. Das Vorschlagsgemäße
Verdrängungsmittel ist beispielsweise in Form eines flexibel
elastischen Kunststoff- oder Gummiballons oder als Faltenbalg, welcher
im vollständig entfalteten oder aufgepumpten Zustand im
Wesentlichen eine Innenkontur des Füllraums abbildet und
an dieser anliegt. Das Verdrängungsmittel ist vorzugsweise
durch ein Ventil befüll- oder entleerbar.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung des Flüssigkeitstanks
ist vorgesehen, dass dieser ein Kraftstoffbehälter ist.
Gerade bei großen Kraftstoffbehältern, wie sie
insbesondere bei Nutzfahrzeugen üblich sind, übt
ein im Füllraum freibeweglicher Kraftstoff im Fahrbetrieb
Kräfte auf eine Behälterwand aus, die eine Befestigung
des Flüssigkeitstanks beschädigen oder zerstören
können. Der Einsatz der Schwalldämpfungseinrichtung
wirkt sich hier besonderst vorteilhaft aus.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Flüssigkeitsbehälters
besteht darin, dass eine Regelungsvorrichtung vorgesehen ist, umfassend
ein Messmittel und ein Fördermittel, wobei mittels der Regelungsvorrichtung
das Verdrängungsvolumen veränderbar ist. Vorteilhaft
an dieser Ausgestaltung ist insbesondere die Möglichkeit,
einen sich stetig ändernden Flüssigkeitsstand
im Füllraum durch ein von einer Messgröße
abhängiges Regeln des Verdrängungsvolumens kontinuierlich
auszugleichen und damit das Bilden des Leerraums im Flüssigkeitstank
im Wesentlichen zu unterbinden. Besonders vorteilhaft wirkt sich
die Regelungsvorrichtung bei Kraftstofftanks aus, da hier der Flüssigkeitsstand
während des Fahrbetriebs stetig und inkrementell abnimmt.
Das Fördermittel ist beispielsweise in Form eines Kompressors
und das Messmittel in Form eines Füllstandsmessers realisierbar,
wobei vorgesehen ist, dass das Fördermittel unmittelbar
durch das Messmittel oder mittelbar unter Zwischenschaltung einer Steuereinheit
ansteuerbar ist.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird außerdem ein Verfahren
zur Dämpfung von Schwallbewegungen in einem Flüssigkeitstank
für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche
1 bis 3 vorgeschlagen. Es ist vorgesehen, dass mittels einer Veränderung
des Verdrängungsvolumens ein gewünschter Füllstand
einer Flüssigkeit im Füllraum eingestellt wird.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass sich die Flüssigkeit bei
teilbefülltem Flüssigkeitstank frei beweglich
in einen durch die Flüssigkeit nicht befüllten
Leerraum verlagert. Das Verdrängungsvolumens wird erfindungsgemäß – beispielsweise
manuell – so angepasst, dass dieser Leerraum durch das
Verdrängungsmittel im Wesentlichen vollständig
ausgefüllt und dadurch ein freies Bewegen der Flüssigkeit
verhindert wird. Vorzugsweise kann das Verdrängungsvolumen
nach einem Befüllen oder einer Entnahme von Flüssigkeit
entsprechend vergrößert oder verkleinert werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist
vorgesehen, dass der Füllstand mittels einer Regelungsvorrichtung
in Abhängigkeit von einer Messgröße eines
Messmittels im Wesentlichen kontinuierlich angepasst wird. Diese Ausführungsform
ist insbesondere bei Flüssigkeitstanks vorteilhaft, in
denen der Flüssigkeitsstand sich stetig ändert,
wie beispielsweise bei einem Kraftstofftank, in dem der Flüssigkeitsstand
während des Fahrbetriebs beispielsweise stetig und inkrementell abnimmt.
Ein häufiges, manuelles Nachregeln des Verdrängungsvolumens
kann mit diesem Verfahren erübrigt werden. Vorschlagsgemäß ist
vorgesehen, dass die Messgröße – beispielsweise
der Flüssigkeitsstand und/oder ein Innendruck im Verdrängungsvolumen – mit
Hilfe des Messmittel am Flüssigkeitstank abgefragt und
die Messgröße dann – vorzugsweise iterativ – an
eine Steuereinheit übermittelt wird. Ferner ist vorgesehen,
dass die Steuereinheit die Messgröße über
einen Soll-Ist-Abgleich in einen Steuerbefehl umwandelt, welcher
dann an die Fördereinheit weitergegeben wird. Der Soll-Ist-Abgleich ist
so auszulegen, dass das Verdrängungsvolumen gemeinsam mit
der Flüssigkeit den Füllraum des Flüssigkeitstanks
im Wesentlichen vollständig ausfüllt. Der Soll-Ist-Abgleich
und die Umwandlung in einen Steuerbefehl kann beispielsweise elektronisch, pneumatisch
oder auch mechanisch umgesetzt werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des Flüssigkeitstanks sowie
weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens zur
Dämpfung von Schwallbewegungen ergeben sich aus Kombinationen
der aus den Unteransprüchen, der Zeichnung sowie der zugehörigen
Figurenbeschreibung hervorgehenden Merkmale.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher
erläutert. Dabei zeigen:
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1 als
schematische Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines
vorschlagsgemäßen Flüssigkeitstanks und
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2 den
Flüssigkeitstank gemäß 1 in einer
weiteren Ausführungsform als perspektivische Darstellung
im Profilquerschnitt.
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1 zeigt
als schematische Darstellung im Profilquerschnitt einen als Kraftstofftank
ausgebildeten Flüssigkeitstank 2 in Einbaulage
in einem hier nicht dargestellten Kraftfahrzeug. Im dargestellten Koordinatensystem
zeigt die x-Richtung in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs, die y-Richtung
zeigt quer zur Fahrtrichtung, senkrecht aus der Zeichenebene heraus
und die z-Richtung zeigt vertikal nach oben. Der im Profilschnitt
in etwa rechteckige Flüssigkeitstank 2 umfasst
im Wesentlichen einen von einer Behälterwand 4 umschlossenen
Füllraum 6 sowie eine Schwalldämpfungseinrichtung 8.
Ein Kraftstoff 24 füllt einen unteren Bereich
des Füllraums 6 aus, wobei ein darüber
liegender Leerraum 22 den übrigen Teil des Füllraums 6 einnimmt.
Ein als gas- und flüssigkeitsdichtes Luftkissen ausgebildetes
und im Bereich des Leerraums 22 an einer Innenkontur der Behälterwand 4 im
Wesentlichen anliegendes Verdrängungsmittel 10 schließt
ein in etwa dem Leerraum 22 entsprechendes Verdrängungsvolumen 12 ein
und ist an seiner Unterseite durch den Kraftstoff 24 begrenzt.
Das Verdrängungsmittel 10 ist über ein Ventil 16 mit
Luft befüllbar beziehungsweise entleerbar.
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Zusammen
mit dem Kraftstoff 24 füllt das Verdrängungsmittel 10 den
Füllraum 6 zumindest annähernd aus. Der
Kraftstoff 24 ist dadurch in dem teilbefüllten
Flüssigkeitstank 2 an einer freien Schwallbewegung
Bewegung gehindert. Das als Luftkissen ausgebildete Verdrängungsmittel 10 hat
im Vergleich zu einer massiven Schottwand ein geringes Gewicht, was
einem möglichst niedrigen Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs
zugute kommt.
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Der
Flüssigkeitstank 2 weist ferner eine Regelungsvorrichtung 17 auf.
Diese umfasst ein an einer Oberseite des Flüssigkeitstanks 2 angeordnetes als
elektrische Luftpumpe ausgestaltetes Fördermittel 18 sowie
ein in Form eines Füllstandsmessers ausgeführtes
Messmittel 20 an einer – in Fahrtrichtung gesehen – Vorderseite
des Flüssigkeitstanks 2. Das Fördermittel 18 ist über
eine Rohrverbindung an das Ventil 16 angeschlossen.
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Mit
Hilfe der Regelungsvorrichtung 17 ist das Verdrängungsvolumen 12 veränderbar:
Durch das Messmittel 20 ist ein auf Basis eines ermittelten
Füllstands erzeugtes Steuersignal über eine Signalleitung 19 an
das Fördermittel 18 übermittelbar. Entsprechend
dem Steuersignal ist mit Hilfe des Fördermittels 18 ein
Aufpumpen des Verdrängungsmittels 10 oder ein
Ablassen von Luft über das Ventil 16 möglich.
Auf diese Weise ist das Verdrängungsvolumen 12 inkrementell
entsprechend einem sich stetig ändernden Flüssigkeitsstand
so anpassbar, dass es den Leerraum 22 im Wesentlichen kontinuierlich
ausfüllt. Dies ermöglicht eine Anpassung des Verdrängungsvolumens 12 insbesondere
bei einem während des Fahrbetriebs im Flüssigkeitstank 2 stetig
abnehmenden Kraftstoffniveau.
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2 zeigt
den Kraftstofftank 2 gemäß 1 in
einer alternativen Ausführungsform. Im Unterschied zu 1 ist
das Verdrängungsmittel 10 in Form einer Membran
ausgestaltet, die mittels einer umlaufenden Flanschfläche 11 gas-
und flüssigkeitsdicht an der Behälterwand 4 befestigt
ist. Das Verdrängungsvolumen 12 wird bei dieser
Ausführungsform durch das Verdrängungsmittel 10 und
einen obern Teil der Behälterwand 4 im Wesentlichen
dicht umschlossen.
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In
einer weitern, hier nicht dargestellten Ausführungsvariante
sind mehrere, im Wesentlichen voneinander getrennte Verdrängungsmittel 10 im Flüssigkeitstank 2 vorgesehen,
unter denen kein direkter Volumenaustausch stattfindet. Ein Unterbinden
eines Volumenaustausches zwischen den Verdrängungsmitteln 10 reduziert
eine Bewegungsmöglichkeit des Kraftstoffs weiter und verbessert
dadurch eine Schwallminderung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2847117
C2 [0002]
- - DE 10251966 A1 [0003]