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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsaufnahmeanordnung, mit einem Reservoir zur Aufnahme einer Flüssigkeit und einer mittels einer Verbindungsleitung mit dem Reservoir kommunizierend verbundene Messstrecke mit einem Füllstandsensor zur Messung eines Füllstandes der Flüssigkeit.
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Bei landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugen, beispielsweise Traktoren, ist es für die Funktion der in dem Antriebsstrang des Fahrzeugs angeordneten Übersetzungsgetriebe entscheidend, dass der Füllstand einer in dem Getriebegehäuse vorgehaltenen Ölfüllung mit hinreichender Genauigkeit überwacht beziehungsweise gemessen werden kann. Zur Füllstandmessung können nach diversen Messprinzipien arbeitende Füllstandsensoren vorgesehen werden. Grundsätzlich ist bei der Füllstandmessung der Ölfüllung in einem Getriebegehäuse zu berücksichtigen, dass der Füllstand in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebszuständen des Fahrzeugs schwanken kann und dass durch diese Füllstandschwankungen oder durch sich in der Ölfüllung bewegende Getriebekomponenten eine Gasblasenbildung in dem Öl hervorgerufen werden kann. Beide Effekte können einer reproduzierbaren und genauen Füllstandmessung abträglich sein. Die
WO 2012/106042 beschreibt eine Füllstandmessung von Wasser in einem Boiler. Allerdings wird nur eine Füllstandmessung trotz Dampfblasenbildung adressiert. Eine reproduzierbare und genaue Füllstandmessung einer Flüssigkeit, die mit Dampfblasen kontaminiert ist und regelmäßig Füllstandschwankungen unterliegt, ist nicht gewährleistet.
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Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Anordnung bereitzustellen, die obengenannte Erfordernisse erfüllt.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einer Flüssigkeitsaufnahmeanordnung, umfassend ein Reservoir zur Aufnahme einer Flüssigkeit, eine mittels einer Verbindungsleitung mit dem Reservoir kommunizierend verbundene Messstrecke mit einem Füllstandsensor zur Messung eines Füllstandes der Flüssigkeit, wobei ein Volumen der Verbindungsleitung ein Änderungsvolumen, das die Messstrecke für eine Füllstandänderung der Flüssigkeit zwischen einem niedrigen Füllstand und einem hohen Füllstand bereitstellt, nicht unterschreitet.
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Erfindungsgemäß wird davon ausgegangen, dass die Messstecke ein eigenes Flüssigkeitsreservoir bereitstellt, welches als Messreservoir dient. In Abgrenzung hierzu kann das Reservoir zur Aufnahme einer Flüssigkeit als Hauptreservoir bezeichnet werden. Durch die zwischen dem Hauptreservoir und der Messstrecke kommunizierende Verbindungsleitung ist bezogen auf eine Horizontale ein gleicher Füllstand beziehungsweise Füllpegel in dem Hauptreservoir und der Messstrecke gewährleistet. Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Flüssigkeitsaufnahmeanordnung ist, dass das Volumen der Verbindungsleitung mindestens das maximal mögliche Änderungsvolumen der Messstrecke beträgt, wodurch die Verbindungsleitung als Speicherrohr zwischen dem Hauptreservoir und der Messstrecke fungiert. Wenn während des Betriebs in dem Hauptreservoir Füllstandschwankungen und Gasblasenbildung entstehen, wird durch die als Speicherrohr fungierende Verbindungsleitung ein Überfließen von mit Gasblasen kontaminierter Flüssigkeit unmittelbar in die Messstrecke vermieden. Stattdessen fließt lediglich die in der Verbindungsleitung befindliche beziehungsweise gespeicherte Flüssigkeitsmenge, die nicht oder zumindest nur sehr gering mit Gasblasen kontaminiert ist, in die Messstrecke. Die aus dem Hauptreservoir in die Verbindungsleitung nachfließende Flüssigkeitsmenge ist zwar zunächst mit Gasblasen kontaminiert, kann sich aber bis zu einem weiteren Überfließen in die Messstrecke beruhigen. In vorteilhafter Weise können Gasblasen aus dem Hauptreservoir nicht bis in die mit dem Füllstandsensor ausgestattete Messstrecke vordringen. Bei einem Anstieg des Füllstandes in dem Hauptreservoir speist sich die Messstrecke aus der beruhigten, gasblasenfreien und in der Verbindungsleitung gespeicherten Flüssigkeit. Dadurch, dass das Volumen der Verbindungsleitung größer oder gleich dem Änderungsvolumen der Messtrecke ist, ist sichergestellt, dass selbst bei maximal möglicher Füllstandänderung in dem Hauptreservoir keine kontaminierte Flüssigkeit unmittelbar von dem Hauptreservoir in die Messstrecke überfließt, um dort eine Messung verfälschten zu können.
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Bevorzugt ist die Messstrecke von dem Reservoir getrennt angeordnet. Hierdurch kann die Messstrecke an einer bauraummäßig günstigen Position angeordnet werden, die es beispielsweise erlaubt, den Füllstandsensor für Wartungszwecke zugänglich zu machen.
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Bevorzugt verbindet eine Druckausgleichsleitung einen oberen Bereich der Messstrecke mit einem oberen Bereich des Reservoirs. Hierdurch ist gewährleistet, dass bei einer Füllstandänderung in der Messstrecke kein einen Flüssigkeitsaustausch zwischen Hauptreservoir und Messstrecke hindernder Über- oder Unterdruck entsteht.
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Bevorzugt ist die Verbindungsleitung mit einer Steigung hin zum Reservoir schräg gestellt. Hierdurch wird ein Ausscheiden von mit Gasblasen durchsetzter Flüssigkeit in Richtung des Hauptreservoirs begünstigt.
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Bevorzugt ist in der Verbindungsleitung eine Drossel vorgesehen. Hierdurch können in der Verbindungsleitung kurzfristige starke Füllstandschwankungen zwischen Hauptreservoir und Messstrecke gedämpft werden, um die Gefahr eines Gasblaseneintrags in die Messstrecke weiter zu minimieren.
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Bevorzugt arbeitet der Füllstandsensor mit einem Ultraschallmessverfahren oder einem kapazitiven Messverfahren. Derartige Messverfahren sind einfach in die Messstrecke zu integrieren.
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Bevorzugt ist der Füllstandsensor in einem Bodenbereich der Messstrecke angeordnet und emittiert Sensorsignale durch den Boden der Messstrecke in einer vertikalen Richtung durch die Flüssigkeit hindurch. Hierdurch ist gewährleistet, dass eine Messung durch die in der Messstrecke beruhigte und gasblasenfreie Flüssigkeit erfolgt.
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Bevorzugt handelt es sich bei dem Reservoir um ein Getriebegehäuse.
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Bei einer möglichen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Verbindungsleitung einen zylindrischen Abschnitt aufweist, in dem ein Kolbenelement entlang eines Verschiebeweges angeordnet ist und wobei das Kolbenelement die in dem Reservoir aufgenommene Flüssigkeit von dem Änderungsvolumen der Messstrecke trennt. Durch das Kolbenelement wird gewährleistet, dass bei einem hohen Gasblasengehalt in der Flüssigkeit des Hauptreservoirs und gleichzeitig häufigen Füllstandschwankungen die Möglichkeit eines Gasblaseneintrags in die Messstrecke weiter reduziert wird.
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Bevorzugt ist das Kolbenelement in eine Überströmposition verschiebbar, zum Überströmen der Flüssigkeit über zumindest eine Nut in der Verbindungsleitung. Bevorzugt ist zumindest jeweils ein Überströmkanal in Endabschnitten des zylindrischen Abschnitts der Verbindungsleitung vorgesehen. Hierdurch ist ein Flüssigkeitsaustausch zwischen Hauptreservoir und Messstrecke auch bei einem zu niedrigen oder zu hohen Füllstand in dem Hauptreservoir möglich.
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Die erfindungsgemäße Flüssigkeitsaufnahmeanordnung wird nachfolgend anhand der Figuren beschrieben. Hierin zeigen
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1 eine landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsaufnahmeanordnung in einer bevorzugten Ausführungsform;
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2 eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsaufnahmeanordnung.
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Die 1 zeigt ein teilweise nur schematisch dargestelltes landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug 12 mit einer im Heckbereich angeordneten Flüssigkeitsaufnahmeanordnung 10. Die Flüssigkeitsaufnahmeanordnung 10 umfasst zunächst ein Reservoir 28 zur Aufnahme von Flüssigkeit, wobei das Reservoir 28 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch ein Getriebegehäuse des Arbeitsfahrzeugs 12 gebildet wird und hierbei als Teil eines Rahmens 14 des Arbeitsfahrzeugs 12 ausgeführt ist. Das Arbeitsfahrzeug 12 umfasst ferner eine Kabine 16, eine Vorderachse 20 und eine Verbrennungskraftmaschine 18 zum Antrieb zumindest einer Hinterachse 22.
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Das als Getriebegehäuse ausgebildete Reservoir 28 beinhaltet und trägt nicht näher dargestellte Wellen, Zahnräder und eine Aktuatorik, um ein Getriebe mit verschiedenen Übersetzungen zum Antrieb der Hinterachse 22 darstellen zu können. Ferner ist das Reservoir 28 bis zu einem Füllstand mit einer Flüssigkeit gefüllt, die vorliegend eine Ölfüllung zum Betrieb und zur Schmierung des Getriebes ist. Die Ölfüllung nimmt in einer waagerechten Position des Arbeitsfahrzeugs 12 und während eines ruhenden Betriebszustandes einen mittleren Füllstand ein, der infolge von verschiedenen und sich ändernden Betriebszuständen des Arbeitsfahrzeugs 12 signifikant schwanken kann. Derartige Betriebszustände können einerseits durch die Bewegung der Wellen, Zahnräder und der Aktuatorik an sich und andererseits durch eine ebenfalls mit der Ölfüllung in dem Reservoir 28 gespeiste Arbeitshydraulik hervorgerufen werden. Außerdem kann durch die Bewegung der Wellen, Zahnräder und der Aktuatorik und durch einen Austausch der Flüssigkeit mit der Arbeitshydraulik ein Eintrag von Gasblasen in die Flüssigkeit des Reservoirs 28 stattfinden. In den Figuren ist auf eine Darstellung von Gasblasen verzichtet worden. Die Punktierung unterhalb des Füllstandes der Flüssigkeit soll lediglich die Flüssigkeit an sich darstellen.
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Die Flüssigkeitsaufnahmeanordnung 10 umfasst neben dem Reservoir 28 eine Messstrecke 40, die, wie vorliegend dargestellt, getrennt von dem Reservoir 28 angeordnet ist. Dabei ist es vorliegend lediglich der schematisierenden Darstellung geschuldet, dass die Messstrecke 40 bezogen auf eine Fahrzeuglängsrichtung hinter dem Reservoir 28 angeordnet ist. Eine Anordnung der Messstrecke 40 seitlich versetzt zu dem Reservoir 28 ist ebenfalls denkbar. Grundsätzlich sind das Reservoir 28 und die Messstrecke 40 in der gleichen vertikalen Höhe zueinander angeordnet.
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Das Reservoir 28, welches zuvor bereits als Hauptreservoir bezeichnet wurde, und die Messstrecke 40, zu der zuvor bereits beschrieben wurde, dass sie als eigenes Flüssigkeitsreservoir ausgebildet ist, sind über eine Verbindungsleitung 40 zum Austausch der Flüssigkeit kommunizierend miteinander verbunden. Es stellt sich somit in dem Reservoir 28 und der Messstrecke 40 bezogen auf eine Horizontale ein übereinstimmender Füllstand der Flüssigkeit ein. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Messstrecke 40 einen Füllstandsensor 42, der in einem unteren Bereich der Messstrecke 40 angeordnet ist und Sensorsignale durch einen Boden 48 der Messstrecke 40 in einer vertikalen Richtung durch die Flüssigkeit hindurch emittiert. Der Füllstandsensor 42 kann beispielsweise als Ultraschallsensor ausgeführt sein, der Ultraschallwellen durch die Flüssigkeit hindurch sendet, die an der Flüssigkeitsoberfläche zurück durch die Flüssigkeit reflektiert werden.
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Füllstandschwankungen in dem Reservoir 28 aus den zuvor beschriebenen Gründen führen zu einem Flüssigkeitsaustausch zwischen Reservoir 28 und Messstrecke 40. Abhängig von den verschiedenen Betriebszuständen kann infolge der Füllstandschwankungen von einem Niveau zwischen einem niedrigen Füllstand und einem hohen Füllstand in dem Reservoir 28 ausgegangen werden. Das Volumen, das bei einer Füllstandänderung zwischen einem niedrigen Füllstand und einem hohen Füllstand zwischen dem Reservoir 28 und der Messtrecke 40 über die Verbindungsleitung 30 ausgetauscht wird, wird in der Messstrecke 40 bereitgehalten und als Änderungsvolumen der Messstrecke 40 bezeichnet. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das Volumen der Verbindungsleitung 30 das Änderungsvolumen der Messstrecke 40 nicht unterschreitet. Anschaulich bedeutet dies, dass bei einem Anstieg des Füllstandes in dem Reservoir 28 von dem niedrigen Füllstand auf den hohen Füllstand lediglich ein Flüssigkeitsvolumen aus der Verbindungsleitung 30 in die Messstrecke 40 einfließt. Es kann kein Flüssigkeitsvolumen aus dem Reservoir 28 durch die Verbindungsleitung 30 hindurch in die Messstrecke 40 überfließen, da das Volumen der Verbindungsleitung 30 bereits ausreicht das Änderungsvolumen der Messstrecke 40 zu füllen. Weiterhin ist bevorzugt, dass die Verbindungsleitung 30 bezogen auf eine große Länge einen kleinen Durchmesser hat. Hierdurch wird verhindert, dass sich innerhalb des Verbindungsrohrs gasblasenfreie Flüssigkeitsmengen mit Flüssigkeitsmengen mischen, die mit Gasblasen versetzt sind.
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Somit fungiert die Verbindungsleitung 30 als Speicherrohr zwischen dem Reservoir 28 und der Messstrecke 40. Die Funktion des Speicherrohrs ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn ein Eintrag von Gasblasen aus den oben beschriebenen Gründen in das Reservoir 28 stattgefunden hat. Eine Vermischung der Flüssigkeit in der Messstrecke 40 mit gasblasenhaltiger Flüssigkeit aus dem Reservoir 28 gilt es zu verhindern, da der Füllstand einer Flüssigkeit, in der sich Gasblasen angesammelt haben, nur ungenau oder schlimmstenfalls gar nicht bestimmt werden kann.
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Das Volumen der Verbindungsleitung 30 gibt nun einer gasblasenhaltigen Flüssigkeitsmenge, die infolge einer Füllstandanhebung im Reservoir 28 in die Verbindungsleitung 30 eingeflossen ist, die Möglichkeit sich zu beruhigen, das heißt die Gasblasen aus diesem Flüssigkeitsvolumen in Richtung des Reservoirs 28 ausdiffundieren zu lassen. Um dieses Ausdiffundieren weiter zu begünstigen, kann die Verbindungsleitung 40 mit einer Steigung hin zum Reservoir 28 schräg angestellt sein. Weiterhin kann eine Drossel 32 in der Verbindungsleitung 30 vorgesehen sein, um die Gefahr eines Gasblaseneintrags bis in die Messstrecke 40 weiter zu minimieren, in dem Fall, in dem durch gewisse Betriebszustände starke und kurzzeitige Füllstandschwankungen zu erwarten sind. Weiterhin kann eine Druckausgleichsleitung 44 einen oberen Bereich der Messstrecke 40 mit einem oberen Bereich des Reservoirs 28 verbinden zum Druckausgleich bei Füllhöhenschwankungen.
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Die 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Verbindungsleitung 30 zwischen dem Reservoir 28 und der Messstrecke 40. Vorgesehen ist ein zylindrischer Abschnitt 52 in der Verbindungsleitung 30, in dem ein Kolbenelement 54 entlang eines Verschiebeweges V angeordnet ist und wobei das Kolbenelement 54 die in dem Reservoir 28 aufgenommene Flüssigkeit von dem Änderungsvolumen der Messstrecke 40 trennt. Hierdurch kann die Gefahr eines Gasblasenübertrags in die Messstrecke 40 bei hohem Gasblasenanteil in der Flüssigkeit des Reservoir 28 und häufigen Füllstandschwankungen weiter reduziert werden. Das Kolbenelement 54 stellt für die Gasblasen eine weitestgehend unüberwindbare Barriere dar, kann allerdings durch die Flüssigkeitsbewegung in der Verbindungsleitung 30 verschoben werden. In den Endbereichen des zylindrischen Abschnitts 52 sind Überströmkanäle vorgesehen, die ein Überströmen von Flüssigkeit auch bei einem niedrigen oder einem hohen Füllstand zulassen. Die Dichte des Kolbenelements 54 sollte bevorzugt etwa der Dichte der zu messenden Flüssigkeit entsprechen, um mögliche Beschleunigungskräfte oder Auftriebskräfte auszuschließen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Flüssigkeitsaufnahmeanordnung
- 12
- landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug
- 14
- Rahmen
- 16
- Kabine
- 18
- Verbrennungskraftmaschine
- 20
- Vorderachse
- 22
- Hinterachse
- 28
- Reservoir
- 30
- Verbindungsleitung
- 32
- Drossel
- 40
- Messstrecke
- 42
- Füllstandsensor
- 44
- Druckausgleichsleitung
- 48
- Boden
- 52
- zylindrischer Abschnitt
- 54
- Kolbenelement
- 56
- Überströmkanal
- L
- Verschiebeweg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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