DE102014222923A1

DE102014222923A1 - Tankanordnung für eine Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102014222923A1
Application number: DE102014222923.5A
Authority: DE
Inventors: Hauke Wendt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2016-05-12

Abstract

Es wird eine Tankanordnung (1) für eine Flüssigkeit (3) vorgeschlagen, mit einer Füllstandsmessvorrichtung (14), wobei die Füllstandsmessvorrichtung (14) einen Meßfühler (15) aufweist, welcher eingerichtet ist zur Aussendung eines Meßsignals (27) und zum Empfang des nach der Aussendung im Bereich einer Oberfläche (5) der Flüssigkeit rückgestrahlten Meßsignals, wobei die Füllstandsmessvorrichtung (14) ein mit dem Meßsignal (27) wechselwirkendes Rückstrahlungselement (19) umfaßt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Tankanordnung für eine Flüssigkeit mit einer Füllstandsmeßvorrichtung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Aus der DE 10 2009 000 062 ist eine Tankanordnung eines Reduktionsmittelsystems eines Kraftfahrzeugs für eine wässrige Harnstofflösung bekannt, bei der ein an der Oberfläche der wässrigen Harnstofflösung rückgestrahltes Ultraschallsignal dazu genutzt wird, den Füllstand in der Tankanordnung zu ermitteln.
Bei dieser Methode sendet ein im Tankboden integrierter Ultraschallsender einen gerichteten Ultraschallpuls senkrecht nach oben, der an der Flüssigkeitsoberfläche zurückreflektiert wird. Das Signal wird dann im Empfänger am Boden des Tanks empfangen (meist integriertes Sender-/Empfänger-Element). Über die Signallaufzeit kann die Höhe des Flüssigkeitsspiegels ermittelt werden.
Das Messen von Füllständen in Fahrzeugtanks ist in der Regel mit einigen Schwierigkeiten verbunden. Während des Fahrbetriebs stört ein Schwappen, während die Messung im Stand durch eine eventuelle Schräglage gestört sein kann.
Durch die gerichtete Abstrahlung ergeben sich Schwierigkeiten in der Signalerfassung, denn nur bei einer direkt zurückgerichteten Reflektion kommt auch ein Signal am Empfänger an. Bei einer Fahrzeugbewegung erzeugt ein Schwappen eine nicht plane Oberfläche der Flüssigkeit, die den Ultraschall nur sporadisch in Richtung Empfänger reflektiert. Diese Bedingung ist dabei vor allem im Wellenberg und Wellental gegeben, also bei extremen Messwerten gegenüber dem „echten“ Füllstand. Da die Messungen in der Regel zeitdiskret erfolgen, können nennenswerte Zeiten zwischen zwei gültigen Messwerten liegen, bei gleichzeitig extremal streuenden Werten.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Tankanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei schall- oder strahlungsbasierten Füllstandsmessprinzipien unabhängig von Schwappbewegungen der Flüssigkeit im Tank oder von Schräglagen des Tanks stets ein gültiges Reflexionssignal erfasst werden kann. Damit steigen die Geschwindigkeit und die Genauigkeit der Füllstandserfassung, denn es sind in der Signalauswertung keine langen Zeitmittelungen mehr erforderlich bzw. auch bei einem schräg stehenden Tank bzw. bei einem schräg stehenden Fahrzeug, in dem sich der Tank befindet, kann eine Meßsignalerfassung erfolgen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Tankanordnung möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, das Rückstrahlungselement als Retroreflektor auszubilden, wodurch eine zuverlässige Rückstrahlung zurück auf den Meßfühler gewährleistet ist.
Weitere Vorteile ergeben sich auch durch die in der Beschreibung genannten Merkmale.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Tankanordnung mit einer Füllstandsmeßvorrichtung mit Retroreflektor und
2 eine Draufsicht auf einen Retroreflektor.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen Flüssigkeitstank bzw. eine Tankanordnung 1 für eine Flüssigkeit 3, im vorliegenden Beispiel für eine „AdBlue“ genannte wässrige Harnstofflösung, wie sie für die selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden in Abgasen beispielsweise von Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Die Tankanordnung weist an der oberen Seite bzw. im Bereich der Tankdecke 11 einen verschließbaren Tankfüllstutzen 7 und am Tankboden 13 bzw. der unteren Seite eine Entnahmeöffnung 9 auf. Der Tank ist bis zur Füllhöhe h mit AdBlue befüllt. Die Tankanordnung weist eine Füllstandsmessvorrichtung 14 auf, deren Meßfühler 15 im Bereich des Tankbodens 13 angeordnet ist. Der Meßfühler enthält sowohl einen Sender als auch einen Empfänger für Ultraschall, insbesondere für Ultraschallpulse. Die Ultraschallpulse 27 werden nach oben in Richtung Flüssigkeitsoberfläche 5 abgestrahlt und im Bereich der Flüssigkeitsoberfläche auf den Meßfühler 15 rückgestrahlt. Die Rückstrahlung erfolgt durch ein Rückstrahlungselement 19 in Form eines Retroreflektors, welcher eine regelmäßig strukturierte Oberfläche 20 aufweist. Der Retroreflektor befindet sich auf einer definierten Höhe im Tank nahe der Flüssigkeitsoberfläche 5. Er ist durch ein Schwimmelement 17 gebildet.
Das Schwimmelement 17 wird durch ein Führungselement 21 geführt und in einer definierten lateralen Position l in der Tankanordnung relativ zum Meßfühler 15 gehalten. Das Führungselement weist einen Draht auf, der mittels Halterungen 23 und 25 zwischen Tankdecke 11 und Tankboden 13 aufgespannt ist. Der Draht ist durch ein nicht näher dargestelltes Loch in dem Schwimmelement geführt, so daß das Schwimmelement zwar der Flüssigkeitsoberfläche entsprechend des aktuellen Tankfüllstands stets folgen, sich aber nicht lateral vom Führungselement entfernen kann.
Es wird also ein Schwimmer in den Tank eingebracht, der auf der Unterseite eine für Ultraschall retroreflektierende Oberfläche besitzt. Trifft ein Ultraschallsignal diese Oberfläche, so sorgt die Retroreflektion dafür, dass das Signal direkt zurückreflektiert wird und nicht in beliebige Richtungen. Das optische Analogon wäre ein „Katzenauge“, wie es als Reflektor z.B. an Fahrrädern verbreitet ist. Auf diese Weise kann stets zuverlässig über eine Laufzeitmessung des Ultraschallsignals die Füllstandshöhe h in einer mit dem Meßfühler 15 verbundenen, nicht näher dargestellten Auswerteelektronik ermittelt werden.
Alternativ kann der Retroreflektor nicht durch einen Schwimmer gebildet, sondern auf der dem Meßfühler zugewandten Fläche des Schwimmers befestigt sein.
Alternativ kann der Meßfühler auf einem optischen Meßprinzip beruhen.
Alternativ kann der Meßfühler auch an der Tankdecke angeordnet und der Retroreflektor entsprechend der Tankdecke zugewandt sein. Aus der so ermittelbaren Höhe des unbefüllten Luftraums in der Tankanordnung kann bei bekannter Tankgeometrie ebenfalls leicht auf den Tankfüllstand geschlossen werden.
Alternativ kann auch mehr als ein Führungselement für den Schwimmer vorgesehen sein.
Alternativ kann das Führungselement in einer einfachen Ausführungsform auch entfallen. In diesem Fall können optional anstatt eines einzigen Schwimmers mit Reflektor, der sinnvollerweise über dem Sende-Element bzw. Meßfühler positioniert sein sollte, auch mehrere Reflektoren in den Tank eingebracht sein, die aufgrund gegenseitiger Verdrängung den Platz über dem Meßfühler automatisch besetzen.
2 zeigt eine einfache Ausführungsform eines Retroreflektors 19 in Form eines Eckreflektors. Die Oberfläche 20 ist regelmäßig strukturiert, indem ein Grundelement 21 der Oberflächenstruktur als flächiger Reflektor über die Oberfläche hinweg aneinandergereiht ist. Das Grundelement besteht hier aus drei Flächen 30, 31 und 32, die – wie bei einer Ecke eines Zimmers einer Wohnung – jeweils im rechten Winkel zueinander stehen.
Alternativ können auch andere Retroreflektortypen zum Einsatz kommen. Bei einem optischen Meßverfahren oder einem Radar-Verfahren können für diese Zwecke angepaßte Typen verwendet werden, beispielsweise sogenannte Lüneburg-Linsen. Das sind transparente Kügelchen, die rückseitig verspiegelt sind. Diese können makroskopisch oder auch mikroskopisch ausgeführt und der reflektierende Bestandteil einer Reflexionsfolie sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009000062 [0001]

Claims

Tankanordnung (1) für eine Flüssigkeit (3), mit einer Füllstandsmessvorrichtung (14), wobei die Füllstandsmessvorrichtung (14) einen Meßfühler (15) aufweist, welcher eingerichtet ist zur Aussendung eines Meßsignals (27) und zum Empfang des nach der Aussendung im Bereich einer Oberfläche (5) der Flüssigkeit rückgestrahlten Meßsignals, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstandsmessvorrichtung (14) ein mit dem Meßsignal (27) wechselwirkendes Rückstrahlungselement (19) umfaßt.
Tankanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstrahlungselement (19) derart angeordnet ist, daß es sich in Abhängigkeit vom Füllstand (h) der Flüssigkeit in der Tankanordnung bewegen kann.
Tankanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstrahlungselement (19) als Retroreflektor ausgebildet ist.
Tankanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Retroreflektor eine regelmässig strukturierte Oberfläche (20) aufweist.
Tankanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche durch regelmässiges Nebeneinandersetzen eines Grundelements (21) gebildet ist.
Tankanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundelement drei mit dem Meßsignal bestrahlbare Flächen (31, 32, 33) aufweist, welche dreidimensional ausgerichtet sind derart, daß sie jeweils in einem rechten Winkel zueinander stehen.
Tankanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstrahlungselement (19) durch mindestens ein Schwimmelement (17) gebildet ist oder auf dem mindestens einen Schwimmelement (17) angeordnet ist derart, daß das Schwimmelement auf der Oberfläche (5) der Flüssigkeit schwimmen und das Meßsignal (27) zum Meßfühler (15) rückgestrahlt werden kann.
Tankanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine laterale Position (l) des Rückstrahlungselements (19) in der Tankanordnung durch mindestens ein Führungselement (21, 23, 25) vorgegeben ist.
Tankanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (15) auf der unteren Seite der Tankanordnung angeordnet ist.
Tankanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal ein Ultraschallsignal ist.
Tankanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal eine elektromagnetische Welle, insbesondere ein optisches Signal, ist.