DE102014003342B4

DE102014003342B4 - Kryogener Treibstofftank mit einem Messmodul

Info

Publication number: DE102014003342B4
Application number: DE102014003342.2A
Authority: DE
Inventors: Hendra Kesuma; Johannes Sebald
Original assignee: Astrium GmbH
Current assignee: ArianeGroup GmbH
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2034-03-08
Also published as: DE102014003342A1

Abstract

In einem Treibstofftank niedriger Temperatur, insbesondere einem kryogenen Treibstofftank, sind in seinem Inneren Sensoreinheiten in Form eines Senders und Empfängers und einer Elektronik in einem wärmeisolierten und unter Vakuum befindlichen Modulgehäuse geschützt sowie ein Sensor außerhalb dieses Modulgehäuses angeordnet. In dem Modulgehäuse kann sich außerdem eine Anzahl elektrischer Heizelemente befinden. Die im Inneren des Tanks angeordneten Sensoreinheiten sind drahtlos mit einer außerhalb des Treibstofftanks befindlichen Elektronikeinheit verbunden. Das Modulgehäuse ist über im Inneren des Treibstofftanks angeordnete magnetisierbare Elemente an der Treibstofftankwand fixiert und ist entlang dieser zusammen mit der außerhalb des Treibstofftanks befindlichen Elektronikeinheit mittels zugeordneter Magnete verschieblich gehaltert. In der außerhalb des Treibstofftanks angeordneten Elektronikeinheit befindet sich ein gleichartiges Sender/Empfängermodul, wie es für die im Inneren des Treibstofftanks angeordneten Sensoreinheiten vorgesehen ist, und die Kommunikation zwischen den Sender/Empfängermodulen wird durch ein diesen zugeordnetes System realisiert.

Description

Die Erfindung betrifft Treibstofftanks niedriger Temperatur, insbesondere kryogene Treibstofftanks, mit wenigstens einem in ihrem Inneren angeordneten Sensor.
Der Einbau von Sensoren, beispielsweise in Form elektronischer Messmodule zur Erfassung der Füllstandhöhe in Treibstofftanks niedriger Temperatur und damit speziell in kryogenen Treibstofftanks, erfolgt in der Regel mittels einer stationären Verdrahtung entsprechend ausgewählter passiver Sensoren. Dabei ist die Einbaulage dieser Sensoren nach ihrer einmal erfolgten Integration in einen Treibstofftank nachträglich nur noch schwer veränderbar. Auch können die Anschlüsse der Sensoren in der Regel nicht an beliebiger Stelle durch die Wände eines solchen Treibstofftanks geführt werden. Andererseits können aktive elektronische Bauteile, wie Transistoren, integrierte Schaltkreise (ICs) und andere derartige Bauteile aufgrund der für sie erforderlichen Mindest-Betriebstemperatur bisher nicht in derartigen kryogenen Treibstofftanks eingesetzt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Treibstofftank der eingangs genannten Art so auszubilden, dass in seinem Inneren aktive elektronische Bauelemente angeordnet sind.
Die Erfindung löst diese Aufgabe jeweils durch die jeweiligen Merkmale der beiden unabhängigen Patentansprüche 1 und 3.
Vorteilhafte Weiterbildungen dazu sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem derartigen Treibstofftank wenigstens ein Sensor in Form eines Senders/Empfängers in einem wärmeisolierten und unter Vakuum befindlichen Modulgehäuse geschützt angeordnet ist, in dem sich außerdem wenigstens ein Heizelement befindet, und dass der wenigstens eine Sensor drahtlos mit einer außerhalb des Treibstofftanks befindlichen Elektronikeinheit verbunden ist.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist das Modulgehäuse über im Inneren des Treibstofftanks angeordnete magnetisierbare Elemente an der Treibstofftankwand fixiert und entlang dieser Wand verschieblich gehaltert, indem die außerhalb des Treibstofftanks befindliche Elektronikeinheit über Magnete ebenfalls verschieblieh an dieser gehaltert ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich in der außerhalb des Treibstofftanks angeordneten Elektronikeinheit ein gleichartiges Sender/Empfängermodul, wie es für die im Inneren des Treibstofftanks angeordneten Sensoren vorgesehen ist. Diese Sender/Empfängermodule bestehen vorzugsweise aus ULF oder ILF-RFID-Modulen (ULF = ultra-low frequency, LF = low frequency, RFID = radiofrequency identification), und die Kommunikation zwischen den RFID Sender/Empfängermodulen im Inneren des Treibstofftanks und dem oder den in der außerhalb des Treibstofftanks angeordneten Elektronikeinheit vorgesehenen Sender/Empfängermodulen wird durch ein entsprechendes ULF oder ein ILF-RFID System realisiert.
Bei der Verwendung einer derart frei verschiebbaren Kombination einer Elektronikeinheit außerhalb des Treibstofftanks und wenigstens eines mit dieser drahtlos verbundenen, innerhalb des Treibstofftanks niedriger Temperatur in einem separaten Modulgehäuse angeordneten Elektronikmoduls bestehen die folgenden Vorteile:

– Es werden keine Anschlüsse durch die Wände des Treibstofftanks hindurch benötigt.
– Das im Modulgehäuse enthaltene Elektronikmodul im Inneren des Treibstofftanks kann durch eine Verschiebung der außerhalb der Tanks angebrachten Elektronikeinheit flexibel positioniert werden.
– Durch das ULF oder ILF-RFID-System werden Information und Energie auch durch metallische Treibstofftankwände hindurch zur Elektronik im Inneren des Treibstofftanks übertragen.
– Durch die Wärmeisolierung und das in dem im Inneren des Treibstofftanks angeordneten Modulgehäuse herrschende Vakuum werden in diesem untergebrachte aktive elektronische Bauelemente vor zu niedrigen Temperaturen geschützt.
– Die Heizelemente gewährleisten die erforderliche Betriebstemperatur der aktiven elektronischen Bauteile des Elektronikmoduls im Inneren des Treibstofftanks.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können ferner mehr als zwei Magnete, mehr als zwei magnetisierbare Elemente, beispielsweise Eisenprofile, und weiterhin auch mehr als eine Verbindung zu dem/den im Inneren des Treibstofftanks angeordneten Sensoren vorgesehen werden. Das Modulgehäuse kann zudem aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, solange die Struktur des Gehäuses in der vorgesehenen Einsatzumgebung funktioniert.
Die Elektronikeinheit steuert die RFID-Sender/-Empfänger mit Hilfe einer Stromversorgung aus einer Stromzuleitung und mit Daten aus einer Datenleitung. Dabei kann die in dem im Inneren des Treibstofftanks angeordneten Modulgehäuse vorgesehene Sensoreinheit das Signal aus dem RFID-Sender/-Empfänger empfangen, bearbeiten und zurück zur externen Elektronikeinheit senden. Außerdem gewinnt die Sensoreinheit über das empfangene Signal der Elektronikeinheit die benötigte elektrische Energie zur Versorgung der Sensoreinheit. Zudem können mehr als vier Halter für die im Inneren des Modulgehäuses vorgesehene Platine, auf der die Elektronik angeordnet ist, vorgesehen werden, wobei diese entsprechend stark sind und eine möglichst geringe Wärmeleitung aufweisen. Weiterhin können die magnetisierbaren Elemente bzw. Eisenprofile und die Magnete abgerundet ausgebildet sein, um die Reibungskraft an der Treibstofftankwand zu minimieren.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Figur zeigt dabei den schematischen Aufbau der Anordnung einer beweglichen, drahtlosen Sensoreinheit in Form eines im Inneren eines Treibstofftanks untergebrachten Sensors und eine zugehörige externe, d. h. außerhalb des Treibstofftanks mit einer separaten Halterung angeordnete Elektronikeinheit.
Die im Inneren eines Treibstofftanks, d. h. auf der in der Figur rechten Seite einer Treibstofftankwand 1, angeordnete Sensoreinheit 20 umfasst auf einer Platine einen drahtlosen Sender/Empfänger 11, eine Elektronik 6 sowie ferner einen über eine Verbindung 9 außerhalb des Modulgehäuses 4 befindlichen Sensor 12 und ist, mit Ausnahme dieses Sensors 12, in einem Modulgehäuse 4 mit einer Wärmeisolierung 10 und unter Vakuum 7 geschützt untergebracht. Die Betriebstemperatur der Elektronik 6 wird durch eine Anzahl von Heizelementen 8 oder durch Eigenerwärmung der Elektronik 6 gewährleistet. Der im kryogenen Treibstofftank befindliche Sensor 12 ist durch eine Verbindung 9 steckbar oder aber auch fest an die Elektronik 6 angeschlossen.
Das Modulgehäuse 4 ist mit Magneten 2, die sich außerhalb des Treibstofftanks befinden, über magnetisierbare Elemente in Form von Eisenprofilen 3 im Inneren des Treibstofftanks an dessen Wand 1 fixiert und kann entlang der Treibstofftankwand 1 verschoben werden, indem eine zweite, mit einem identischen Sender/Empfängermodul 21 ausgestattete externe Elektronikeinheit 16 über diese Magnete 2 außerhalb des Treibstofftanks verschieblieh gehaltert ist. Vervollständigt wird die Anordnung durch Platinenhalter 5 sowie durch eine Datenleitung 14 und eine Stromversorgungsleitung 15 zur Elektronikeinheit 16.
Die Kommunikation zwischen den RFID Sender/Empfängermodulen 11 und 21 wird durch ein ULF oder ein ILF-RFID-System realisiert, wobei sich jeweils wenigstens eines der RFID Sender/Empfängermodule 11, 21 außerhalb und das andere innerhalb des Treibstofftanks befindet.
Gleichzeitig dient die Übertragung zwischen RFID Sender/Empfängermodulen 11 und 21 der Energieversorgung der Sensoreinheit 20.
Die Elektronikeinheit 16 steuert Sensoreinheit 20 über deren RFID-Sender/-Empfängermodul 11 mit Hilfe der Stromversorgung aus der Stromzuleitung 15 und mit Daten aus der Datenleitung 14. Dabei empfängt und bearbeitet die in dem Inneren des Treibstofftanks angeordnete Sensoreinheit 20 das Signal aus dem RFID-Sender/-Empfängermodul 21 und generiert daraus Daten und elektrische Energie zur Versorgung der Sensoreinheit 20. Die von der Sensoreinheit 20 erzeugten Daten werden über das RFID-Sender/-Empfängermodul 21 zurück zur externen Elektronikeinheit 16 übertragen. Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt vier Halter 5 für die im Inneren des Modulgehäuses 4 vorgesehene Platine, auf der die Elektronik 6 angeordnet ist, vorgesehen. Es ist aber im Rahmen der Erfindung selbstverständlich möglich, auch eine andere Zahl als vier Halter vorzusehen, wobei diese entsprechend stark bemessen sein und eine möglichst geringe Wärmeleitung aufweisen müssen.

Claims

Treibstofftank niedriger Temperatur, insbesondere ein kryogener Treibstofftank, mit wenigstens einem in seinem Inneren angeordneten Sensor, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sensoreinheit (20) in Form eines Senders und Empfängers (11) sowie mit einer Elektronik (6), die in einem unter Vakuum befindlichen Modulgehäuse (4) angeordnet und dadurch wärmeisoliert geschützt ist, und dass wenigstens ein Sensor (12) drahtlos über einen Sender und Empfänger (11) mit einer außerhalb des Treibstofftanks befindlichen Elektronikeinheit (16) verbunden ist, wobei das Modulgehäuse (4) wenigstens ein elektrisches Heizelement (8) beinhaltet, das dazu eingerichtet ist, die Betriebstemperatur der Elektronik (6) zu gewährleisten.
Treibstofftank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (4) über im Inneren des Treibstofftanks angeordnete magnetisierbare Elemente (3) an der Treibstofftankwand (1) fixiert und entlang dieser Wand (1) mechanisch verschiebbar gehaltert ist und dass die außerhalb des Treibstofftanks befindliche Elektronikeinheit (16) mitsamt zugeordneter Magnete (2) ebenfalls mechanisch verschiebbar gehaltert ist.
Treibstofftank niedriger Temperatur, insbesondere ein kryogener Treibstofftank, mit wenigstens einem in seinem Inneren angeordneten Sensor, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sensoreinheit (20) in Form eines Senders und Empfängers (11) sowie mit einer Elektronik (6), die in einem unter Vakuum befindlichen Modulgehäuse (4) angeordnet und dadurch wärmeisoliert geschützt ist, und dass wenigstens ein Sensor (12) drahtlos über einen Sender und Empfänger (11) mit einer außerhalb des Treibstofftanks befindlichen Elektronikeinheit (16) verbunden ist, wobei das Modulgehäuse (4) über im Inneren des Treibstofftanks angeordnete magnetisierbare Elemente (3) an der Treibstofftankwand (1) fixiert und entlang dieser Wand (1) mechanisch verschiebbar gehaltert ist und dass die außerhalb des Treibstofftanks befindliche Elektronikeinheit (16) mitsamt zugeordneter Magnete (2) ebenfalls mechanisch verschiebbar gehaltert ist.
Treibstofftank nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der außerhalb des Treibstofftanks angeordneten Elektronikeinheit (16) ein gleichartiges Sender/Empfängermodul (21) wie für die im Inneren des Treibstofftanks angeordneten Sensoren (11) vorgesehen ist.
Treibstofftank nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender/Empfängermodule (11, 21) aus UL-RFID-Modulen (ULF = ultra-low frequency, RFID = radiofrequency identification) bestehen.
Treibstofftank nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender/Empfängermodule (11, 21) aus ILF-RFID-Modulen (LF = Iew frequency, RFID = radiofrequency identification) bestehen.
Treibstofftank nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation zwischen den RFID Sender/Empfängermodulen (11) im Inneren des Treibstofftanks und dem oder den in der außerhalb des Treibstofftanks angeordneten Elektronikeinheit (16) vorgesehenen Sender/Empfängermodulen (21) durch ein ULF oder ein ILF-RFID-System realisiert ist.