-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Betriebsflüssigkeitsbehälter zur Aufnahme einer Betriebsflüssigkeit mit einem Ultraschallfüllstandsensor.
-
Betriebsflüssigkeitsbehälter mit Ultraschallfüllstandsensoren sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Ein beispielsweise im Bereich eines Behälterbodens angeordneter Ultraschallsensor weist einen Ultraschallemitter zum Emittieren eines Ultraschallsignals und einen Ultraschallempfänger zum Empfangen von Ultraschallsignalen auf. Zum Bestimmen des Füllpegels des Betriebsflüssigkeitsbehälters emittiert der Ultraschallemitter ein Ultraschallsignal in Richtig eines Betriebsflüssigkeitsbehälterdeckels. An der innerhalb des Betriebsflüssigkeitsbehälters befindlichen Mediengrenze zwischen der Betriebsflüssigkeit und der Gasatmosphäre wird das Ultraschallsignal in Richtung des Ultraschallempfängers reflektiert, so dass aus der Laufzeit des Ultraschallsignals der Füllpegel des Betriebsflüssigkeitsbehälters bestimmt werden kann.
-
Bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Betriebsflüssigkeitsbehältern sollten Einbauelemente, so wie beispielsweise Flüssigkeitsleitungen, Elektroleitungen oder Heizelemente aber auch Bereiche einer Behälterwand nicht in einer Abstrahlrichtung des Ultraschallemitters angeordnet sein, da andernfalls Reflexionen der von dem Ultraschallemitter emittierten Ultraschallsignale eine Bestimmung eines Füllpegels des Betriebsflüssigkeitsbehälters negativ beeinflussen.
-
Um den Einfluss dieser Reflexionen zu minimieren, kann für den Betriebsflüssigkeitsbehälter eine Referenzmessung aufgenommen werden, die durch die Reflexionen an den Einbauelementen und an etwaigen Behälterwänden, die sich innerhalb eines Abstrahlkegels des Ultraschallsenders befinden, bedingt ist. Die entsprechende Referenzmessung kann dann bei der Bestimmung des Füllpegels berücksichtigt werden, so dass die durch Reflexionen an Einbauelementen und an Behälterwänden bedingten Reflexionen aus der Füllpegelmessung herausgerechnet werden können.
-
Die entsprechende Vorgehensweise weist diverse Nachteile auf. Für jeden Betriebsflüssigkeitsbehälter muss eine entsprechende Referenzmessung durchgeführt werden. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallsignale innerhalb der Betriebsflüssigkeit erheblich größer sind als innerhalb der Gasatmosphäre oberhalb der Oberfläche der Betriebsflüssigkeit innerhalb des Behälters, müssen für unterschiedliche Füllstände auch jeweils Referenzmessungen durchgeführt werden.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Betriebsflüssigkeitsbehälter bereitzustellen, der die oben beschriebenen Einschränkungen nicht aufweist und hinsichtlich seiner Raumausnutzung und Positionierung von Einbauelementen freier konfigurierbar ist.
-
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch einen Betriebsflüssigkeitsbehälter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Im Genaueren wird die der vorliegenden Erfindung zugrundliegende Aufgabe durch einen Betriebsflüssigkeitsbehälter gelöst, der einen von zumindest einer Behälterwand begrenzten Aufnahmeraum zur Aufnahme von Betriebsflüssigkeit aufweist. Der Betriebsflüssigkeitsbehälter weist ferner einen Ultraschallfüllstandsensor zur Bestimmung eines Füllpegels des Betriebsflüssigkeitsbehälters auf, wobei der Ultraschallfüllstandsensor einen Ultraschallemitter und einen Ultraschallempfänger aufweist, wobei der Ultraschallemitter dazu ausgebildet ist, ein Ultraschallsignal innerhalb eines Abstrahlkegels zu emittieren. Der Betriebsflüssigkeitsbehälter ist dadurch gekennzeichnet, dass die im Wesentlichen gesamte sich im Abstrahlkegel befindliche Oberfläche der Behälterwand und/oder eines im Aufnahmeraum angeordneten Einbauelements geometrisch derart ausgebildet ist/sind, dass Reflexionen des Ultraschallsignals von der Oberfläche / den Oberflächen im Wesentlichen nicht auf den Ultraschallempfänger treffen, und/oder sich die Reflexionen des Ultraschallsignals an dem Ultraschallempfänger destruktiv interferieren.
-
Der entsprechend ausgebildete Betriebsflüssigkeitsbehälter weist den Vorteil auf, dass Einbauelemente, so wie beispielsweise Flüssigkeitsleitungen oder Heizelemente frei innerhalb des Aufnahmeraums des Betriebsflüssigkeitsbehälters positionierbar sind, ohne dass aufgrund der Positionierung der Einbauelemente die Bestimmung des Füllpegels negativ beeinflusst wird.
-
Ferner kann ein Ultraschallfüllstandsensor einer Bauart für unterschiedliche Betriebsflüssigkeitsbehälter verwendet werden, ohne dass für die unterschiedlichen Betriebsflüssigkeitsbehälter eine Vielzahl von Referenzmessungen aufgenommen und gespeichert werden müssen.
-
Die Reflexion der Ultraschallsignale an einer Oberfläche eines Gegenstands, so wie beispielsweise der Behälterwand oder des Einbauelements, erfolgt derart, dass ein Eintrittswinkel des Ultraschallsignals auf die Oberfläche einem Austrittswinkel des Reflexionssignals von der Oberfläche entspricht. Folglich weist die im Wesentlichen gesamte Oberfläche der Behälterwand und/oder des Einbauelements, die innerhalb des Abstrahlkegels des Ultraschallemitters positioniert ist/sind, vorzugsweise eine derartige Geometrie auf, dass die jeweiligen Flächennormalvektoren der Oberfläche mit dem Ausbreitungsvektor des vom Ultraschalemitter ausgestrahlten Ultraschallsignals einen derartigen Winkel einschließen, dass die von der Oberfläche bzw. von den Oberflächen reflektieren Ultraschallsignale nicht auf den Ultraschallempfänger reflektiert werden.
-
Vorzugsweise ist der Betriebsflüssigkeitsbehälter derart ausgebildet, dass die sich im Abstrahlkegel des Ultraschalemitters befindliche Oberfläche der Behälterwand und/oder des Einbauelements einen Flächenanteil von weniger als 10%, weiter vorzugsweise weniger als 5%, und nochmals weiter vorzugsweise von weniger als 3% aufweist, der so orientiert ist, dass von dem Ultraschallemitter emittierte Ultraschallsignale auf den Ultraschallempfänger reflektiert werden.
-
Alternativ oder zusätzlich ist die Oberfläche der sich im Abstrahlkegel positionierten Behälterwand oder des sich im Abstrahlkegel befindlichen Einbauelements geometrisch derart ausgebildet, dass die Reflektionen der Ultraschallsignale an der Oberfläche / den Oberflächen sich am Ort des Ultraschallempfängers so überlagern, dass am Ort des Ultraschallempfängers eine destruktive Interferenz der Signale vorliegt.
-
Der Betriebsflüssigkeitsbehälter ist vorzugsweise als ein Harnstoffbehälter zur Aufnahme einer wässrigen Harnstofflösung ausgebildet, die für die katalytische Reduktion von Stickstoff aufweisen Abgasen verwendet wird.
-
Weiter vorzugsweise ist der Betriebsflüssigkeitsbehälter als Wasserbehälter zur Aufnahme von Wasser ausgebildet. Das Wasser wird beispielsweise für die Wasserinjektion in Brennräume einer Brennkraftmaschine verwendet.
-
Nochmals weiter vorzugsweise ist der Betriebsflüssigkeitsbehälter als Kraftstoffbehälter ausgebildet.
-
Der Ultraschallempfänger ist dazu ausgebildet, ein Ultraschallsignal zu empfangen. Dabei handelt es sich um Reflexionen der vom Ultraschallsender ausgestrahlten Ultraschallsignale.
-
Der Ultraschallfüllstandsensor kann derart ausgebildet sein, dass der Ultraschallemitter und der Ultraschallempfänger integral in einem Bauteil realisiert sind. Alternativ kann Ultraschallfüllstandsensor derart ausgebildet sein, dass der Ultraschallemitter und der Ultraschallempfänger als zwei separate Bauteile ausgebildet sind. Insofern bestehen erfindungsgemäß keinerlei Einschränkungen hinsichtlich der Ausgestaltung des Ultraschallfüllstandsensors.
-
Vorzugsweise ist der Betriebsflüssigkeitsbehälter derart ausgebildet, dass die Reflexionen des Ultraschallsignals an der sich im Abstrahlkegel befindlichen Oberfläche der Behälterwand oder des Einbauelements den Abstrahlkegel verlassen.
-
Bei dem entsprechend ausgebildeten Betriebsflüssigkeitsbehälter sind der Ultraschallemitter und der Ultraschallempfänger entweder direkt nebeneinander positioniert oder in einer gemeinsamen Baueinheit integriert.
-
Vorzugsweise ist der Betriebsflüssigkeitsbehälter derart ausgebildet, dass die im Wesentlichen gesamte sich im Abstrahlkegel befindliche Oberfläche der Behälterwand zick-zack-förmig ausgebildet ist und Materialerhebungen und Materialsenken aufweist.
-
Bei dem entsprechend ausgebildeten Betriebsflüssigkeitsbehälter werden Reflexionen der von dem Ultraschallemitter ausgestrahlten Ultraschallsignale von der sich im Abstrahlkegel befindlichen Oberfläche der Behälterwand, im Genaueren der Innenfläche der Behälterwand, auf den Ultraschallempfänger des Ultraschallsensors zuverlässig verhindert.
-
Die Materialflanken, die die jeweiligen Materialerhebungen bilden, schließen vorzugsweise einen Winkel in einem Winkelbereich von 90° bis 170°, weiter vorzugsweise von 100° bis 160°, weiter vorzugsweise von 110° bis 150°, weiter vorzugsweise von 100° bis 160°, weiter vorzugsweise von 120° bis 140° miteinander ein.
-
Vorzugsweise ist der Betriebsflüssigkeitsbehälter derart ausgebildet, dass die im Wesentlichen gesamte sich im Abstrahlkegel befindliche Oberfläche der Behälterwand und/oder des Einbauelements pyramidenartige und/oder keilartige und/oder konisch verlaufende Erhebungen aufweist.
-
Dabei weisen die jeweiligen Materialspitzen der pyramidenartigen und/oder keilartigen und/oder konisch verlaufenden Erhebungen vorzugsweise im Wesentlichen in Richtung des Ultraschalemitters.
-
Vorzugsweise ist der Betriebsflüssigkeitsbehälter derart ausgebildet, dass das zumindest eine Einbauelement als Flüssigkeitstransport- und/oder Entlüftungsleitung ausgebildet ist.
-
Der entsprechend ausgebildete Betriebsflüssigkeitsbehälter weist den Vorteil auf, dass die Flüssigkeitstransport- und /oder Entlüftungsleitung frei innerhalb des Aufnahmeraums des Betriebsflüssigkeitsbehälters positioniert werden kann, so dass der Aufnahmeraum eine verbesserte Nutzbarkeit aufweist.
-
Vorzugsweise ist der Betriebsflüssigkeitsbehälter derart ausgebildet, dass die sich im Abstrahlkegel befindliche Flüssigkeitstransport- und/oder Entlüftungsleitung eine in einer Materialspitze zusammenlaufende Querschnittsform aufweist, wobei die Materialspitze in Richtung des Ultraschallemitters weist.
-
Eine entsprechende Ausbildung der Flüssigkeitsleitung und/oder Entlüftungsleitung ist besonders effektiv in der Verhinderung von Reflexionen von Ultraschallsignalen in Richtung des Ultraschallempfängers.
-
Vorzugsweise ist der Betriebsflüssigkeitsbehälter derart ausgebildet, dass die sich im Abstrahlkegel befindliche Flüssigkeitsleitung eine tropfenförmige Querschnittsform aufweist.
-
Vorzugsweise ist der Betriebsflüssigkeitsbehälter derart ausgebildet, dass das Einbauelement als Heizeinrichtung zur Erwärmung der sich im Aufnahmeraum befindlichen Betriebsflüssigkeit ausgebildet ist.
-
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den erläuterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:
- 1: eine schematische Querschnittsdarstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Betriebsflüssigkeitsbehälters mit einem Ultraschallfüllstandsensor;
- 2: eine schematische Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Betriebsflüssigkeitsbehälters; und
- 3: eine schematische Querschnittsdarstellung eines Betriebsflüssigkeitsbehälters gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
In der nun folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile beziehungsweise gleiche Merkmale, so dass eine in Bezug auf eine Figur durchgeführte Beschreibung bezüglich eines Bauteils auch für die anderen Figuren gilt, so dass eine wiederholende Beschreibung vermieden wird. Ferner sind einzelne Merkmale, die in Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben wurden, auch separat in andere Ausführungsformen verwendbar.
-
1 zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten Betriebsflüssigkeitsbehälter 1 in einer schematischen Querschnittdarstellung. Der Betriebsflüssigkeitsbehälter 1 weist einen von einer Behälterwand 10 begrenzten Aufnahmeraum 20 zur Aufnahme von Betriebsflüssigkeit 30 auf. An einem Behälterboden ist ein Ultraschallfüllstandsensor 50 angeordnet, der zur Bestimmung eines Füllpegels 31 ausgebildet ist. Hierzu weist der Ultraschallfüllstandsensor 50 einen Ultraschallemitter und einen Ultraschallempfänger auf. Der Ultraschallemitter ist dabei dazu ausgebildet, Ultraschallsignale 60 innerhalb eines Abstrahlkegels 61 zu emittieren.
-
Aus 1 ist ersichtlich, dass an der Mediengrenze zwischen der Betriebsflüssigkeit 30 und dem darüber angeordneten Gasraum eine Reflektion der Ultraschallwellen 60 erfolgt. Die entsprechend reflektierten Signale sind mit dem Bezugszeichen 70 versehen. Aus 1 ist ferner ersichtlich, dass der Betriebsflüssigkeitsbehälter 1 eine Fluideleitung 40 aufweist, die im vorliegenden Fall als Entlüftungsleitung 40 ausgebildet ist. An der Entlüftungsleitung 40 werden die von dem Ultraschallemitter ausgestrahlten Ultraschallsignale 60 ebenfalls reflektiert, sodass Reflektionssignale 70 in Richtung des Ultraschallfüllstandsensors 50 und damit des Ultraschallempfängers abgestrahlt werden. Diese von der Entlüftungsleitung 40 reflektierten Signale 70 stören die Messung des Füllstandpegels.
-
2 zeigt einen Betriebsflüssigkeitsbehälter 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Aus 2 ist ersichtlich, dass die im Wesentlichen gesamte sich im Abstrahlkegel 61 des Ultraschallfüllstandsensors 50 befindliche Oberfläche 12 der Behälterwand 10 geometrisch derart ausgebildet ist, dass Reflektionen 70 des Ultraschallsignals 60 von der Oberfläche 12 nicht in Richtung des Ultraschallfüllstandsensors 50 und somit des Ultraschallempfängers gerichtet sind, sodass diese Reflektionen 70 von dem Ultraschallempfänger innerhalb des Ultraschallfüllstandsensors 50 nicht detektiert werden. Folglich stören die Reflektionen 70 nicht die Bestimmung des Füllstandes und somit die Bestimmung des Füllpegels 31 des Betriebsflüssigkeitsbehälters 10.
-
Es ist ersichtlich, dass die Reflektionen 70 des Ultraschallsignals 60 an der sich im Abstrahlkegel 61 befindlichen Oberfläche 12 der Behälterwand 10 den Abstrahlkegel 61 verlassen.
-
Wie in 2 dargestellt, weist die im Wesentlichen gesamte sich im Abstrahlkegel 61 befindliche Oberfläche 12 der Behälterwand 10 eine zick-zack-förmig ausgebildete Form mit Materialerhebungen 13 und Materialsenken 14 auf. Dabei können die Materialerhebungen 13 pyramidenartig und/oder keilartig und/oder konisch verlaufend ausgebildet sein. Erfindungswesentlich ist, dass Materialflanken, die die Materialerhebungen 13 flankieren, von dem Ultraschallemitter und/oder den Ultraschallempfänger weg gerichtet sind, sodass Reflektionen 70 an den entsprechenden Materialflanken nicht in Richtung des Ultraschallempfängers gerichtet sind.
-
In 3 ist in schematischer Querschnittsdarstellung ein Betriebsflüssigkeitsbehälter 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein Einbauelement 40 ist dabei als Flüssigkeitstransport- und/oder Entlüftungsleitung 40 ausgebildet. Aus 3 ist ersichtlich, dass die sich im Abstrahlkegel 61 befindliche Flüssigkeitstransport- und/oder Entlüftungsleitung 40 eine in einer Materialspitze zusammenlaufende Querschnittsform aufweist. Die Materialspitze ist dabei in Richtung des Ultraschalemitters und/oder des Ultraschallempfängers und somit in Richtung des Ultraschallfüllstandsensors 15 ausgerichtet. Es ist ersichtlich, dass die Reflektionen 70 des Ultraschallsignals 60 an den die Materialspitze bildenden Materialflanken 41 derart verlaufen, dass die Reflektionen 70 nicht in Richtung des Ultraschallfüllstandsensors 50 verlaufen, sodass die Reflektionen 70 von der Flüssigkeitstransport- und/oder Entlüftungsleitung 40 die Bestimmung des Füllpegels 31 nicht negativ beeinflussen.
-
Die Querschnittsform der Flüssigkeitstransport- und/oder Entlüftungsleitung 40 kann wie dargestellt keilförmig ausgebildet sein. Ferner ist es auch möglich, dass die Querschnittsform der Flüssigkeitstransport- und/oder Entlüftungsleitung 40 tropfenförmig ausgebildet ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Betriebsflüssigkeitsbehälter
- 10
- Behälterwand
- 11
- Innenfläche (der Behälterwand)
- 12
- Oberfläche (der Behälterwand innerhalb des Abstrahlkegels)
- 13
- Materialerhebung
- 14
- Materialsenke
- 15
- Flanken (der Materialerhebung)
- 20
- Aufnahmeraum (des Betriebsflüssigkeitsbehälters)
- 30
- Betriebsflüssigkeit
- 31
- Füllpegel / Oberfläche (der Betriebsflüssigkeit)
- 40
- Einbauelement / Flüssigkeitstransport- und/oder Entlüftungsleitung
- 41
- Oberfläche (des Einbauelements)
- 50
- Ultraschallfüllstandsensor
- 60
- Ultraschallsignal
- 61
- Abstrahlkegel (des Ultraschallemitters)
- 70
- Reflexion (des Ultraschallsignals)
