DE102017203285A1

DE102017203285A1 - Einrichtung zur Messung eines Füllstands und Verfahren hierzu

Info

Publication number: DE102017203285A1
Application number: DE102017203285.5A
Authority: DE
Inventors: Alexander Klemm; Christoph Jatzek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2018-09-06

Abstract

Es wird eine Einrichtung bzw. ein Verfahren zur Messung eines Füllstandes (h) eines Flüssigkeitsbehälters (1), vorgeschlagen, bei der bzw. bei dem Geräusche und/oder Schwingungen im Flüssigkeitsbehälter (1) erfasst werden und in einem weiteren Schritt aus den erfassten Geräuschen und/oder Schwingungen auf den Füllstand (h) geschlossen wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Messung eines Füllstands eines Flüssigkeitsbehälters bzw. von einem Verfahren zur Messung eines Füllstands eines Flüssigkeitsbehälters nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Es ist bereits bekannt, einen Füllstand in einem Flüssigkeitsbehälter zu messen, beispielsweise durch eine Pegelmessung mittels Schwimmer und zugeordnetem Potentiometer zur Erzeugung eines zum Füllstand proportionalen elektrischen Signals. Nachteilig sind hierbei die Kosten für die Mechanik des Pegelmessers. Ferner kann der Schwimmer undicht werden, und die Höhe des Pegelmessers muss individuell an die Höhe des jeweiligen Tanks angepasst sein.
Des Weiteren ist es bekannt, Füllstände durch Messung der Laufzeit eines Ultraschallsignals im Tank zu bestimmen. Nachteilig sind hierbei hohe Kosten eines Ultraschallsensors.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Messung eines Füllstands eines Flüssigkeitsbehälters bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung eines Füllstands eines Flüssigkeitsbehälters mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, daß eine kostengünstige Messung des Füllstands in einem Flüssigkeitstank, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, ermöglicht wird. Dies kann zum Beispiel ein Kraftstofftank oder aber auch ein Behälter zur Bevorratung einer wässrigen Harnstofflösung sein, welche zur Entstickung von Abgasen benötigt wird.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Einrichtung bzw. des angegebenen Verfahrens möglich.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige 1 zeigt einen Flüssigkeitstank mit einer Tankeinbaueinheit, welche eine Einrichtung zur Messung eines Füllstands aufweist.

Ausführungsformen der Erfindung
Der in 1 dargestellte Flüssigkeitstank 1 ist ein Flüssigkeitsbehälter zur Bevorratung einer wässrigen Harnstofflösung 2, auch „AdBlue“ genannt. Der Tank weist auf seiner Oberseite eine verschließbare Befüllöffnung 3 auf. Im Bereich des Tankbodens 7 ist eine Tankeinbaueinheit 5 an den Tank gebaut, die mit ihrer Oberseite in das Innere des Tanks hineinragt. Die Tankeinbaueinheit enthält eine nicht näher dargestellte Förderpumpe, welche über eine Förderleitung 9 Harnstofflösung aus dem Tank herauspumpt und einem bestimmungsgemäßen Einsatz zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in Abgasen einer Brennkraftmaschine zuführt. Der dargestellte Tank befindet sich hierbei beispielsweise an Bord eines Kraftfahrzeugs, welches mit Dieselkraftstoff betrieben wird. Neben der Pumpe weist die Tankeinbaueinheit eine Elektronikanordnung 11 auf. Diese Elektronikanordnung umfaßt eine Ansteuereinrichtung zur Ansteuerung der Pumpe, des Weiteren zum Beispiel auch einen Temperaturfühler zur Erfassung der Tanktemperatur sowie eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationseinheit zum Austausch bzw. Empfang von Meß- bzw. Steuersignalen. Des Weiteren umfaßt die Elektronikanordnung 11 ein Mikrofon und/oder Gyrometer 12 sowie ein Mittel 13 zur Analyse der Geräusche und/oder Schwingungen, welches ein Frequenzspektrum der Geräusche und/oder Schwingungen ermittelt. Das Mittel 13 zur Analyse erstellt in Abhängigkeit vom ermittelten Frequenzspektrum ein zum Füllstand h des Flüssigkeitsbehälters proportionales Messsignal.
Mit der beschriebenen Anordnung kann der Füllstand im Flüssigkeitstank durch die Analyse von Geräuschen im Tank oder der Vibrationen des Tanks ermittelt werden. Hierbei sind in einem Kraftfahrzeug bereits zwei Geräusch- bzw. Schwingungsquellen vorhanden, zum einen der laufende Fahrzeugmotor, zum anderen die in der Tankeinbaueinheit enthaltene, einen auch „EC“-Motor genannten, bürstenlosen Gleichstrommotor aufweisende Förderpumpe, welche durch geschickte Ansteuerung zur Erzeugung von Geräuschen bzw. Klängen angeregt werden kann. Alternativ können auch andere Pumpen eingesetzt werden, beispielsweise eine Ventilmembranpumpe, die genauso als Geräuschquelle nutzbar sind.
Alternativ kann auch eine separate Schall- bzw. Schwingungsquelle vorgesehen sein, beispielsweise ebenfalls in der Tankeinbaueinheit integriert oder an anderer Stelle im oder am Tank angebracht. Dies kann insbesondere dann erforderlich sein, wenn der Tank beispielsweise nicht in einem Kraftfahrzeug eingebaut, sondern in einem ruhigen Lager verortet ist und der Pumpmechanismus keine verwertbaren Geräusche abgibt oder gar kein Pumpmechanismus vorgesehen ist, weil der Tank sich einfach durch Einwirkung der Schwerkraft entleeren kann und lediglich ein Ventil zur Steuerung des Abflusses des im Tank enthaltenen Mediums vorgesehen ist.
Als Mittel zur Erfassung bzw. Aufzeichnung der Geräusche und oder Schwingungen kann ein Mikrofon eingesetzt werden, das Geräusche in der Tankeinbaueinheit aufnimmt. Alternativ oder in Kombination mit einem Mikrofon kann auch ein Gyrometer verwendet werden, das die Schwingungen der Tankeinbaueinheit registriert. Bei den aufgezeichneten Geräuschen bzw. Schwingungen handelt es sich im Wesentlichen um die durch die im Tank vorhandene Flüssigkeit gedämpften Geräusche bzw. Schwingungen des Fahrzeugmotors, aber auch um die Geräusche bzw. Schwingungen der Förderpumpe der Tankeinbaueinheit.
Das Mittel 13 zur Analyse erstellt ein Frequenzspektrum der registrierten Geräusche bzw. der registrierten Schwingungen, so daß anhand der Gestalt der Geräusche bzw. Schwingungen, genauer gesagt anhand des für einen bestimmten Füllstand charakteristischen Frequenzspektrums ein Messsignal generiert werden kann, welches proportional zum Füllstand des Tanks ist. In dem Mittel 13 zur Analyse ist hierzu eine Software zur Mustererkennung abgelegt, wie beispielsweise die unter dem Namen ASCMO erhältliche Software der Firma ETAS GmbH. Alternativ kann auch beispielsweise der Einsatz eines neuronalen Netzes erfolgen, das heißt eines vernetzten Auswertungsalgorithmus, welches eine selbstständige Anpassung der Auswertung an sich verändernde Bedingungen bzw. Signale im Laufe der Lebenszeit der Einrichtung zur Messung des Füllstands bzw. der Lebenszeit der Tankeinbaueinheit bzw. der Lebenszeit des Flüssigkeitsbehälters ermöglicht.
Bevor die Einrichtung zur Messung des Füllstands seinen ordnungsgemäßen Betrieb aufnehmen kann, muss einmalig eine Kalibrierung erfolgen, weil bei jedem Fahrzeug bzw. bei jedem Tank eine andere Geräuschkulisse im Bereich der Tankeinbaueinheit vorliegt und so für die fahrzeug- bzw. tankspezifische Geräuschkulisse tabellenartig ein Zusammenhang zwischen Variation des Frequenzspektrums und Variation des Füllstands in dem Mittel 13 zur Analyse abgelegt werden muss.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Messung des Füllstands bzw. das entsprechende Verfahren zur Messung kann in jeder Art von Flüssigkeitstanks, die im Betrieb Vibrationen bzw. Geräuschen ausgesetzt sind, zum Einsatz kommen, sofern vor dem bestimmungsgemäßen Einsatz eine Kalibrierung der Mittel 13 zur Analyse möglich ist. Speziell in Flüssigkeitstanks in Fahrzeugen treten immer Geräusche bzw. Schwingungen auf, so daß insbesondere bei Kraftstofftanks bzw. Tanks zur Bevorratung anderer flüssiger Hilfsmittel wie Harnstofftanks oder Wischwassertanks eine Anwendung möglich ist.

Claims

Einrichtung (12; 13) zur Messung eines Füllstands (h) eines Flüssigkeitsbehälters (1), dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel (12) zur Erfassung von Geräuschen und/oder Schwingungen vorgesehen ist, so dass aus den Geräuschen und/oder Schwingungen auf den Füllstand (h) geschlossen werden kann.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel (13) zur Analyse der Geräusche und/oder Schwingungen vorgesehen ist, welches ein Frequenzspektrum der Geräusche und/oder Schwingungen ermittelt.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (13) zur Analyse in Abhängigkeit vom ermittelten Frequenzspektrum ein zum Füllstand des Flüssigkeitsbehälters proportionales Messsignal erstellt.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Analyse (13) kalibrierfähig ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (12) zur Erfassung von Geräuschen und/oder Schwingungen ein Mikrofon und/oder ein Gyrometer aufweist.
Tankeinbaueinheit (5) zur Befestigung an einem Flüssigkeitsbehälter (1), mit einer Einrichtung (12, 13) zur Messung des Füllstands (h) im Flüssigkeitsbehälter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Tankeinbaueinheit (5) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß eine Pumpe zum Herauspumpen der Flüssigkeit (2) aus dem Flüssigkeitsbehälter (1) vorgesehen ist.
Tankeinbaueinheit nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12, 13) zur Messung des Füllstands in einer Elektronikanordnung (11) der Tankeinbaueinheit integriert ist.
Tankeinbaueinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronikanordnung eine Ansteuerungseinheit für die Pumpe umfaßt.
Tankeinbaueinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronikanordnung (11) einen Temperaturfühler zur Erfassung der Temperatur des Flüssigkeitsbehälters umfaßt.
Tankeinbaueinheit nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronikanordnung (11) eine drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationseinheit zum Austausch von Temperatur- und/oder Füllstandsdaten umfaßt.
Flüssigkeitsbehälter (1) mit einer Tankeinbaueinheit nach einem der oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11.
Verfahren zur Messung eines Füllstandes (h) eines Flüssigkeitsbehälters (1), dadurch gekennzeichnet, daß Geräusche und/oder Schwingungen im Flüssigkeitsbehälter (1) erfasst werden und daß in einem weiteren Schritt aus den erfassten Geräuschen und/oder Schwingungen auf den Füllstand (h) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß vor einer ersten Messung des Füllstandes (h) eine Kalibration erfolgt derart, daß die erfassten Geräusche und/oder Schwingungen einem Füllstand (h) zugeordnet werden können.