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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Füllstands einer elektrisch leitenden Flüssigkeit in einem Behälter, insbesondere eines Kraftstoffs mit Ethanolanteilen in einem Tank eines Kraftfahrzeugs, mit einem in dem Behälter angeordneten Füllstandssensor, der zwei im Abstand zueinander angeordnete Leiter aufweist, welche freie Kontaktflächen für einen Kontakt mit der Flüssigkeit aufweisen, so dass sich bei sich änderndem Füllstand der Widerstand zwischen den Leitern ändert.
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Derartige Vorrichtungen werden eingesetzt, um die Füllstandshöhe einer Flüssigkeit und damit die vorhandene Restmenge innerhalb eines Behälters zuverlässig ermitteln zu können. Einerseits werden solche Vorrichtungen bei schwer zugänglichen Behältern oder Behältern mit blickdichter Wandung eingesetzt, deren Füllstandshöhe von außen nicht ersichtlich ist. Andererseits werden solche Vorrichtungen auch eingesetzt, um elektronische, automatisierte Überwachungen vornehmen zu können. Insbesondere wird damit auch der Füllstand in einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges überprüft. Ursprünglich wurden hierfür auch Vorrichtungen mit einem Schwimmer eingesetzt. Mit zunehmendem Einzug der Elektronik sind jedoch auch Widerstandsmessungen eingeführt worden. Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist in der
DE 100 27 183 A1 offenbart. Um die Füllstandshöhe bestimmen zu können, muss grundsätzlich die Leitfähigkeit der Flüssigkeit bekannt sein. Bei unbekannter Leitfähigkeit der Flüssigkeit kann entweder eine Referenzmessung mit Hilfe einer dritten Elektrode vorgenommen werden oder über definierte Widerstände kann ein potenziometrischer Abgleich erfolgen, so wie dies auch bei oben genannter Druckschrift erfolgt. Ein Hintergrund hierzu ist z. B. in dem Artikel
„A Calibration technique for a parallel-wire depth probe with conductivity compensation" von T. N. Wong, K. T. Ooi und S. P. Zhu veröffentlicht worden in „Experiments in Fluids 20 (1996) 429–432, Springer Verlag 1996.
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Eine weitere gattungsgemäße Vorrichtung ist in der
WO 2010/149573 A1 beschrieben, die drei Elektroden aufweist, von denen zwei auf dem Untergrund des Behälters unmittelbar aufgetragen, insbesondere aufgedruckt sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch bei ungünstigen Behältergeometrien zuverlässig einsetzbar ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Bei einer Vorrichtung zur Messung des Füllstands einer elektrisch leitenden Flüssigkeit in einem Behälter, insbesondere eines Kraftstoffes mit Ethanolanteilen in einem Tank eines Kraftfahrzeugs, mit einem in dem Behälter angeordneten Füllstandssensor, der zwei im Abstand zueinander angeordnete Leiter aufweist, welche freie Kontaktflächen für einen Kontakt mit der Flüssigkeit aufweisen, so dass sich bei sich änderndem Füllstand der Widerstand zwischen den Leitern ändert, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass die Leiter selbst flexibel sind und auf einem flexiblen Träger mit definiertem Abstand zueinander angeordnet sind. Mit einer solchen Vorrichtung können die Leiter flexibel im Inneren des Behälters verlegt werden. Auch bei ungünstigen Behältergeometrien können die Leiter oder Elektroden bis hinunter zum Behälterboden gelegt werden. So wird eine sichere und zuverlässige Befestigung und auch eine sichere und zuverlässige Messung ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Füllstandssensor wenigstens ein Basisteil auf, an dem der flexible Träger mit den Leitern angeordnet ist. Dieses Basisteil kann im Bodenbereich des Behälters befestigt sein. Der flexible Leiter wird dann zu diesem Basisteil hinunter geführt und an dem Basisteil befestigt.
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In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung mindestens ein zusätzliches Bauteil, insbesondere ein elektrisches Bauteil auf, das einen elektrischen Anschluss auf und die flexiblen Leiter sind Teil des elektrischen Anschluss des weiteren Bauteils. Die Strom- und/oder Spannungsversorgung zu diesem weiteren Bauteil wird dazu mit Hilfe der flexiblen Leiter so durch den Behälter geführt, dass die Leiter bis zum Behälterboden geführt sind. Bei manchen Ausführungsformen wird dabei eine etwa U-förmige Leitungsverlegung notwendig sein. Dabei wird der flexible Leiter, der auch als angeschlagener Kabelsatz bezeichnet werden kann, in den Behälter eingeführt, im Bereich des Behälters nach unten bis zum Boden geführt und vom Boden im Inneren des Behälters zu der oftmals an einen Einsatz im Deckel des Behälters befestigten Vorrichtung wieder hochgeführt.
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Bevorzugt weist die Vorrichtung mindestens einen weiteren in der Flüssigkeit aufgenommenen Sensor auf, mit dessen Hilfe eine Leitfähigkeitsmessung der in dem Behälter aufgenommenen Flüssigkeit durchgeführt wird. Auf Basis dieser Leitfähigkeitsmessung kann dann der zwischen den zwei Leitern gemessene Widerstand verwendet werden, um die Füllstandshöhe zu ermitteln. Mit einer solchen zusätzlichen Messung zur Leitfähigkeit der Flüssigkeit können dadurch auch bei Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Leitfähigkeiten zuverlässige Ergebnisse erzielt werden. Bei Verwendung der Vorrichtung in einem Kraftstofftank ist dieser zusätzliche Sensor bevorzugt ein Ethanolsensor. Durch die aktuelle Messung der Leitfähigkeit, die nicht nur von der Flüssigkeit oder dem Kraftstoff selbst, sondern auch noch von der Temperatur abhängt, ist eine ständig aktualisierte Messung der Leitfähigkeit wichtig und erwünscht. Bei Kraftstoffen kann die Leitfähigkeit auch durch die Verschmutzung mit Wasser und Salzen in einem vergleichsweise großen Bereich variieren. Kraftstoff und Ethanol selbst weisen in reiner Form keine Leitfähigkeit auf. Zum Schutz gegen elektrostatische Entladungen ist jedoch eine gewisse Leitfähigkeit aller Komponenten innerhalb des Kraftstoffsystems durchaus beabsichtigt. Daher ist die Vorrichtung mit nur zwei Leitern ausgebildet.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Leiter der Vorrichtung mit einem ein elektrisches Signal vorbestimmter Signalgröße und Signalform erzeugenden Signalerzeuger signalleitend verbunden. Der andere Leiter ist mit einer Signalerfassungseinrichtung signalleitend verbunden und zur Berechnung der Füllstandshöhe wird der Unterschied zwischen dem ausgesandten Signal und dem empfangenen Signal ausgewertet. Der Vergleich solcher Signalformen ermöglicht eine deutlich höhere Genauigkeit und Details bei der Auswertung als eine einfache Widerstandsmessung. Besonders bevorzugt wird von dem Signalerzeuger ein rechteckförmiges Wechselspannungssignal ausgesandt und im empfangenen Signal das Maß der Abschwächung des empfangenen Rechtecksignals ausgewertet. Die Vorrichtung weist daher einen Signalerzeuger zur Aussendung eines rechteckförmigen Wechselspannungssignals auf. Entsprechend sind die Signalerfassungseinrichtung und eine Auswerteinrichtung vorgesehen, wobei die Auswerteinrichtung zum Vergleich der unterschiedlichen Signalhöhen der Rechtecksignale angepasst und/oder eingestellt ist.
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Bevorzugt sind die Leiter etwa senkrecht zum Behälterboden ausgerichtet und erstrecken sich annähernd über die Gesamthöhe des Behälters. Dadurch ist eine zuverlässige Ermittlung des Füllstands über die gesamte Tankhöhe möglich. Außerdem sind die flexiblen Leiter mit ihrem flexiblen Träger in einer günstigen Ausgestaltung unmittelbar an einer Wandung des Behälters angeordnet. Dadurch ist ein definierter Verlauf der Leiter vorgegeben. Der flexible Trägerkann dazu vorzugsweise an der Wandung verklebt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Tank zur Aufnahme eines Kraftstoffs, der insbesondere Ethanolanteile aufweist. Dieser Tank weist die oben beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung auf.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:
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1: eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung eines Flüssigkeitsfüllstandes, und
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2: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Füllstandssensors; und
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3: eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Behälter.
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Mit 1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung eines Füllstandes in einem Behälter bezeichnet, die wenigstens einen Füllstandssensor 2 mit zwei Leitern 3, 4 aufweist. Die Leiter 3, 4 weisen über einen vorbestimmten Abstand ihrer Erstreckung frei zugängliche Kontaktflächen 5, 6 auf, die mit der Flüssigkeit 7, deren Füllstand gemessen werden soll, stets unmittelbar in Kontakt stehen. Die Flüssigkeit 7 ist insbesondere eine elektrisch leitende Flüssigkeit, wie zum Beispiel ein mit Ethanol versetztes Kraftstoffgemisch und der Behälter 8 kann ein Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges sein. Um die Messung mit dem erfindungsgemäßen Füllstandssensor 2 durchführen zu können, ist es notwendig einen elektrischen Stromkreis 9 herzustellen. Dabei wird an einen Leiter 3 ein Signalerzeuger 10, wie ein Signalgenerator oder dergleichen, signalleitend angeschlossen und mit dem anderen Leiter 4 ist eine Signalerfassungseinrichtung 11, wie zum Beispiel ein Oszilloskop, signalleitend verbunden. Signalerzeuger 10 und Signalerfassungseinrichtung 11 sind ebenfalls stromleitend miteinander verbunden. Über den Signalerzeuger 10 wird insbesondere, wie dargestellt, ein Rechtecksignal erzeugt und über den Leiter 3 in die Flüssigkeit 7 eingeleitet. Über den Leiter 4 wird das elektrische Signal herausgeführt und gelangt somit zur Signalerfassungseinrichtung 11. Die Signalstärke ist zum einen sowohl durch den Eigenwiderstand der Flüssigkeit verringert und zum anderen ändert sich die Signalstärke des herausgeführten Signals in Abhängigkeit zum Füllstand der Flüssigkeit 7 im Behälter 8. Über den sich jeweils ergebenden Differenzwert zwischen der Signalstärke des eingeleiteten Signals und der Signalstärke des herausgeführten Signals kann dann der Füllstand bestimmt, insbesondere berechnet, werden. Zu dieser Berechnung muss dann jedoch die Leitfähigkeit bzw. der Eigenwiderstand der Flüssigkeit bekannt sein. In manchen Fällen kann es sich um einen bestimmten bekannten Eigenwiderstand oder Leitfähigkeit der Flüssigkeit handeln. In den meisten Fällen wird es jedoch nötig sein, die Leitfähigkeit durch eine getrennte Messung zu bestimmen. In diesem Fall ist die Verwendung von genau zwei Leitern ausreichend.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Füllstandssensors 2, der ein Basisteil 13 und ein daran befestigtes, flexibles Kunststoffmaterial als Trägermaterial 12 für die darauf anzuordnenden Leiter 3, 4 aufweist. Der Träger 12 ist als Trägerstreifen aus einem flexiblen Material, insbesondere Kunststoff, ausgebildet. Die Elektronenleiter sind dabei derart auf dem Trägermaterial 12 angeordnet, dass diese parallel zueinander verlaufen, also stets einen konstanten Abstand zueinander aufweisen. Zudem weisen die Kontaktflächen 5, 6 der Leiter 3, 4 über ihre gesamte Erstreckung eine konstante Flächenbreite bzw. ein gleichmäßiges Breitenmaß auf. Damit ist eine vorteilhaft repräsentative Messung über die gesamte mögliche Füllstandshöhe im Behälter 8 gewährleistet. Der Füllstandssensor ist mit dem Basisteil 13 an einer Strebe 14 oder sonst auch unmittelbar im Bereich des Bodens des Behälters befestigt. Auf diese Weise werden die Leiter 3, 4 auf dem Träger 12 bis zum Boden des Behälters geführt. Der Träger 12 wird von oben in den Behälter eingeführt bzw. ist dort befestigt. Das Basisteil 13 weist hier den Signalerzeuger, eine Signalerfassungseinrichtung und eine Signalauswerteinrichtung auf. Das Basisteil 13 weist hierzu Anschlüsse 15 auf, über die die Spannungsversorgung erfolgt und ein Signalausgang vorgesehen ist.
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In der in 3 schematisch dargestellten Vorrichtung ist der Behälter 8 ein Tank für ein Kraftfahrzeug. Der Füllstandssensor 2 ist an einem am Behälterdeckel montierten Flansch 16 angeordnet. Der Füllstandssensor weist einen Stecker 17 auf, an dem ein Kabelsatz zur Spannungsversorgung des Füllstandssensors bzw. auch weiterer Sensoren angeschlagen sind. Diese Kabel werden als Leiter 3, 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgebildet und bis zum Boden des Behälters 8 geführt. In dieser Ausführungsform haben die Leiter 3, 4 daher eine Doppelfunktion im Rahmen der Signalerfassung und gleichzeitig als Leiter zur Spannungsversorgung des Füllstandssensors. In dem Füllstandssensor 2 ist eine Ethanolelektrode 18 integriert, die feststellt, in welchem Umfang Ethanol vorhanden ist und mit der auch eine Leitfähigkeitsmessung durchgeführt wird. Dadurch, dass die Leitfähigkeit bekannt ist, ist es möglich, die Füllstandshöhe mit nur zwei Leitern 3 und 4 zu ermitteln. Der Füllstandssensor 2 weist auch eine Drucksensorzelle 19 einschließlich einer Temperaturdiode auf. In dem Füllstandssensor 2 ist auch eine Elektronik 20 vorhanden, mit der die Signalerzeugung, Signalerfassung und Signalauswertung durchgeführt wird. In den Füllstandssensor ist auch ein Überdruckventil 21 integriert, das bei Nachfüllung von Kraftstoff definiert Druck ablässt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10027183 A1 [0002]
- WO 2010/149573 A1 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „A Calibration technique for a parallel-wire depth probe with conductivity compensation” von T. N. Wong, K. T. Ooi und S. P. Zhu veröffentlicht worden in „Experiments in Fluids 20 (1996) 429–432, Springer Verlag 1996 [0002]
