DE102019216047A1

DE102019216047A1 - Arrangement and method for determining a minimum fill level of a fluid in a fluid container

Info

Publication number: DE102019216047A1
Application number: DE102019216047.6A
Authority: DE
Inventors: Karl-Friedrich Pfeiffer
Original assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2020-10-08

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung (100) und ein Verfahren zum Feststellen eines Mindestfüllstands eines Fluids (F). Die Anordnung weist einen Fluidbehälter (110), einen im Fluidbehälter (110) angeordneten hohlförmigen Beruhigungskörper (130), und einen im Beruhigungskörper (130) unter einem dem Mindestfüllstand entsprechenden Abstand (A) vom Fluidbehälterboden (116) angeordneten Ultraschallwandler (120), der dazu ausgebildet ist, ein Ultraschallsignal (122) in Richtung eines Seitenwandabschnitts (136) des Beruhigungskörpers (130) auszusenden. Der Ultraschallwandler (120) ist zumindest teilweise in einem ultraschalldurchlässigen Schutzelement (140) als Schutz vor dem Fluid (F) angeordnet. Die Anordnung (100) weist ferner eine Steuervorrichtung zum Ansteuern des Ultraschallwandlers (120) auf, die dazu ausgebildet ist, einen Fluidfüllstand größer als oder gleich dem Mindestfüllstand festzustellen, wenn das vom Ultraschallwandler (120) empfangene Ultraschallsignal (122) ein vom Seitenwandabschnitt (136) reflektiertes Ultraschallsignal (122) ist, und einen Fluidfüllstand kleiner als der Mindestfüllstand festzustellen, wenn das vom Ultraschallwandler (120) empfangene Ultraschallsignal (122) ein von der Außenwand des Schutzelements (140) reflektiertes Ultraschallsignal (122) ist.The present invention relates to an arrangement (100) and a method for determining a minimum fill level of a fluid (F). The arrangement has a fluid container (110), a hollow-shaped calming body (130) arranged in the fluid container (110), and an ultrasonic transducer (120) arranged in the calming body (130) at a distance (A) from the fluid container base (116) corresponding to the minimum fill level is designed to emit an ultrasonic signal (122) in the direction of a side wall section (136) of the calming body (130). The ultrasonic transducer (120) is at least partially arranged in an ultrasound-permeable protective element (140) as protection from the fluid (F). The arrangement (100) also has a control device for controlling the ultrasonic transducer (120), which is designed to determine a fluid fill level greater than or equal to the minimum fill level when the ultrasonic signal (122) received by the ultrasonic transducer (120) is from the side wall section (136 ) is a reflected ultrasonic signal (122), and to determine a fluid fill level lower than the minimum fill level when the ultrasonic signal (122) received by the ultrasonic transducer (120) is an ultrasonic signal (122) reflected from the outer wall of the protective element (140).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Feststellen bzw. zur Überwachung eines Mindestfüllstands eines Fluids in einem Fluidbehälter mit einem Ultraschallwandler, der im Wesentlichen auf der Höhe des zu überwachenden Mindestfüllstands innerhalb der Fluidbehälters angebracht ist.The present invention relates to an arrangement and a method for determining or monitoring a minimum fill level of a fluid in a fluid container with an ultrasonic transducer which is mounted essentially at the level of the minimum fill level to be monitored within the fluid container.

Anordnungen mit Ultraschallwandlern kommen vielfältig zum Einsatz. Insbesondere werden solche Anordnungen in der Fluidsensorik verwendet, um beispielsweise den Füllstand eines Fluids in einem Behälter qualitativ oder quantitativ zu ermitteln.Arrangements with ultrasonic transducers are used in a variety of ways. In particular, such arrangements are used in fluid sensor technology, for example to qualitatively or quantitatively determine the fill level of a fluid in a container.

Die DE 195 38 678 A1 beschreibt eine Anordnung zur Überwachung eines vorbestimmten Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter mit einem Ultraschallwandler, der an einer auf der Höhe des zu überwachenden Füllstands liegenden Messstelle an der Außenseite der Behälterwand montiert ist. Der Ultraschallwandler enthält ein piezoelektrisches Element, das bei Erregung durch einen Wechselspannungsimpuls mit einer vorgegebenen Sendefrequenz einen Ultraschall-Sendeimpuls erzeugt, der über eine Membran auf die Behälterwand übertragen wird, und das Ultraschallschwingungen, die von der Behälterwand auf den Ultraschallwandler übertragen werden, in elektrische Empfangssignale umwandelt.The DE 195 38 678 A1 describes an arrangement for monitoring a predetermined fill level of a liquid in a container with an ultrasonic transducer which is mounted on the outside of the container wall at a measuring point at the level of the fill level to be monitored. The ultrasonic transducer contains a piezoelectric element which, when excited by an alternating voltage pulse with a specified transmission frequency, generates an ultrasonic transmission pulse which is transmitted to the container wall via a membrane, and which converts ultrasonic vibrations, which are transmitted from the container wall to the ultrasonic transducer, into electrical reception signals converts.

Weitere artverwandte Anordnungen sind aus DE 301 74 65 A1 und US 2005/072 226 A1 bekannt.Other related arrangements are off DE 301 74 65 A1 and US 2005/072 226 A1 known.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren zum Feststellen eines Mindestfüllstands eines Fluids in einem Fluidbehälter bereitzustellen, mit denen der Mindestfüllstand qualitativ festgestellt und überwacht werden kann.The object of the present invention is to provide an arrangement and a method for determining a minimum fill level of a fluid in a fluid container, with which the minimum fill level can be qualitatively determined and monitored.

Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte und Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved with an arrangement having the features of independent claim 1 and a method having the features of independent claim 8. Preferred and advantageous configurations are given in the subclaims.

Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zu Grunde, einen in einem Schutzelement vorgesehenen Ultraschallwandler innerhalb eines in einem Fluidbehälter befindlichen hohlförmigen Beruhigungskörpers in einer vorgegebenen Höhe derart anzubringen, dass der Ultraschallwandler Ultraschallsignale in Richtung eines Seitenwandabschnitts des Beruhigungskörpers, vorzugsweise im Wesentlichen horizontal, aussendet. Befindet sich der Füllstand des Fluids oberhalb des Ultraschallwandlers, werden die vom Ultraschallwandler ausgesendeten Ultraschallsignale in das im Beruhigungskörper vorhandene Fluid eingekoppelt und können bis zum Seitenwandabschnitt des Beruhigungskörpers gelangen, bevor sie von diesem zurück zum Ultraschallwandler reflektiert und dort als reflektierte Ultraschallsignale empfangen werden. Wird vom Ultraschallwandler ein vom Seitenwandabschnitt des Beruhigungskörpers reflektiertes Ultraschallsignal nach einem vorherigen Aussenden empfangen, kann qualitativ ausgesagt werden, dass der Fluidfüllstand oberhalb des Ultraschallwandlers ist und somit ein Mindestvorfüllstand des Fluids innerhalb des Behälters vorliegt. Wenn jedoch der Füllstand unterhalb des Ultraschallwandlers liegt, gelangen die vom Ultraschallwandler ausgesendeten Ultraschallsignale nicht mehr bis zum Seitenwandabschnitt des Beruhigungskörpers. Vielmehr werden die Ultraschallsignale an der Grenzfläche zwischen dem nicht mit Fluid gefüllten Innenraumbereich des Beruhigungskörpers und der Außenwandung des Schutzelements, in dem der Ultraschallwandler angeordnet ist, reflektiert und gelangen wieder zurück zum Ultraschallwandler. Das heißt, dass die Ultraschallwallen zwar in das Schutzelement eingekoppelt werden, jedoch nicht aus dem Schutzelement in den nicht gefüllten Innenraum des Beruhigungskörpers austreten, sondern an dieser Grenzfläche reflektiert werden. Somit empfängt der Ultraschallwandler ein Ultraschallsignal, das von der Außenwand des Schutzelements reflektiert wurde, womit qualitativ ausgesagt werden kann, dass sich der Fluidfüllstand unterhalb des Schallwandlers befindet und somit der Mindestfüllstand unterschritten ist.The present invention is essentially based on the idea of attaching an ultrasonic transducer provided in a protective element inside a hollow-shaped calming body located in a fluid container at a predetermined height such that the ultrasonic transducer emits ultrasonic signals in the direction of a side wall section of the calming body, preferably essentially horizontally. If the level of the fluid is above the ultrasonic transducer, the ultrasonic signals emitted by the ultrasonic transducer are coupled into the fluid in the tranquilizer and can reach the side wall section of the tranquilizer before they are reflected back to the ultrasonic transducer and received there as reflected ultrasonic signals. If the ultrasonic transducer receives an ultrasonic signal reflected by the side wall section of the calming body after a previous transmission, it can be stated qualitatively that the fluid level is above the ultrasonic transducer and thus a minimum pre-fill level of the fluid within the container is present. If, however, the fill level is below the ultrasonic transducer, the ultrasonic signals transmitted by the ultrasonic transducer no longer reach the side wall section of the calming body. Rather, the ultrasonic signals are reflected at the interface between the interior area of the calming body, which is not filled with fluid, and the outer wall of the protective element in which the ultrasonic transducer is arranged, and return to the ultrasonic transducer. This means that although the ultrasonic waves are coupled into the protective element, they do not emerge from the protective element into the unfilled interior of the calming body, but are reflected at this interface. The ultrasonic transducer thus receives an ultrasonic signal that was reflected from the outer wall of the protective element, with which it can be stated qualitatively that the fluid level is below the sound transducer and thus the minimum level is not reached.

Folglich ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Anordnung zum Feststellen eines Mindestfüllstands eines Fluids offenbart. Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst einen Fluidbehälter, in dem das Fluid aufgenommen ist und der einen Fluidbehälterboden aufweist, einen auf dem Fluidbehälterboden angeordneten hohlförmigen Beruhigungskörper, der mit dem Inneren des Fluidbehälters über eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung fluidverbunden ist und einen Seitenwandabschnitt aufweist, und einen im Beruhigungskörper unter einem dem Mindestfüllstand entsprechenden Abstand vom Fluidbehälterboden angeordneten Ultraschallwandler, der dazu ausgebildet ist, ein Ultraschallsignal in Richtung des Seitenwandabschnitts des Beruhigungskörpers auszusenden. Der Ultraschallwandler ist zumindest teilweise in einem ultraschalldurchlässigen Schutzelement als Schutz vor dem Fluid angeordnet. Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst ferner eine Steuervorrichtung zum Ansteuern des Ultraschallwandlers. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, einen Fluidfüllstand größer als oder gleich dem Mindestfüllstand festzustellen, wenn das vom Ultraschallwandler empfangene Ultraschallsignal ein vom Seitenwandabschnitt reflektiertes Ultraschallsignal ist, und einen Fluidfüllstand kleiner als der Mindestfüllstand festzustellen, wenn das vom Ultraschallwandler empfangene Ultraschallsignal ein von der Außenwand des Schutzelements reflektiertes Ultraschallsignal ist.Consequently, according to a first aspect of the present invention, an arrangement for determining a minimum fill level of a fluid is disclosed. The arrangement according to the invention comprises a fluid container in which the fluid is received and which has a fluid container base, a hollow-shaped calming body which is arranged on the fluid container base and which is fluidly connected to the interior of the fluid container via an inlet opening and an outlet opening and has a side wall section, and one in the calming body below an ultrasonic transducer which is arranged at a distance from the bottom of the fluid container corresponding to the minimum level and which is designed to transmit an ultrasonic signal in the direction of the side wall section of the calming body. The ultrasonic transducer is arranged at least partially in an ultrasound-permeable protective element as protection from the fluid. The arrangement according to the invention also comprises a control device for controlling the ultrasonic transducer. The control device is designed to determine a fluid level greater than or equal to the minimum level when the ultrasonic signal received by the ultrasonic transducer is an ultrasonic signal reflected from the side wall section, and to detect a fluid level lower than the minimum level when the ultrasonic signal received by the ultrasonic transducer Ultrasonic signal is an ultrasonic signal reflected from the outer wall of the protective element.

Die erfindungsgemäße Anordnung stellt somit eine Art Füllstandschalter bereit. Solange der Seitenwandabschnitt des Beruhigungskörpers ein vom Ultraschallwandler ausgesendetes Ultraschallsignal reflektiert, liegt der Mindestfüllstand des Fluids innerhalb des Fluidbehälters vor. Sobald der Seitenwandabschnitt des Beruhigungskörpers kein vom Ultraschallwandler ausgesendetes Ultraschallsignal reflektiert, ist der tatsächliche Fluidfüllstand kleiner als der Mindestfüllstand des Fluids innerhalb des Fluidbehälters und es kann beispielsweise eine Warnung ausgegeben werden. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann der Fluidfüllstand also qualitativ ermittelt werden.The arrangement according to the invention thus provides a type of level switch. As long as the side wall section of the calming body reflects an ultrasonic signal transmitted by the ultrasonic transducer, the minimum level of the fluid within the fluid container is present. As soon as the side wall section of the calming body does not reflect an ultrasonic signal emitted by the ultrasonic transducer, the actual fluid level is less than the minimum level of the fluid within the fluid container and a warning can be output, for example. With the arrangement according to the invention, the fluid level can thus be determined qualitatively.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, eine Laufzeit des Ultraschallsignals zwischen einem Aussenden des Ultraschallsignals und einem Empfangen eines reflektieren Ultraschallsignals zu ermitteln. Ein am Seitenwandabschnitt des Beruhigungskörpers reflektiertes Ultraschallsignal wird dann erkannt, wenn die ermittelte Laufzeit größer als oder gleich einer vorbestimmen Schwellenlaufzeit ist. Ein an der Außenwand des Schutzelements reflektiertes Ultraschallsignal wird erkannt, wenn die ermittelte Laufzeit kleiner als die vorbestimme Schwellenlaufzeit ist.In a preferred embodiment of the arrangement according to the invention, the control device is designed to determine a transit time of the ultrasonic signal between transmission of the ultrasonic signal and reception of a reflected ultrasonic signal. An ultrasonic signal reflected on the side wall section of the calming body is recognized when the determined transit time is greater than or equal to a predetermined threshold transit time. An ultrasonic signal reflected on the outer wall of the protective element is recognized when the determined transit time is less than the predetermined threshold transit time.

Mit Hilfe der Auswertung der Laufzeit des vom Ultraschallwandler ausgesendeten Ultraschallsignals kann folglich also unterschieden werden, ob es sich um eine Reflexion an einer Seitenwand des Beruhigungskörpers oder an der Außenwand des Schutzelements handelt, weshalb es ermöglicht ist, den Fluidfüllstand qualitativ in Bezug auf den Mindestfüllstand zu ermitteln, d. h. ob der Fluidfüllstand größer als oder gleich dem Mindestfüllstand oder kleiner als der Mindestfüllstand ist.With the help of the evaluation of the transit time of the ultrasonic signal emitted by the ultrasonic transducer, a distinction can therefore be made as to whether it is a reflection on a side wall of the calming body or on the outer wall of the protective element, which is why it is possible to determine the fluid level qualitatively in relation to the minimum level determine, d. H. whether the fluid level is greater than or equal to the minimum level or less than the minimum level.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Anordnung ferner zumindest einen weiteren, im Beruhigungskörper unter einem weiteren vorbestimmten Abstand vom Fluidbehälterboden angeordneten Ultraschallwandler auf, der dazu ausgebildet ist, ein Ultraschallsignal in Richtung eines Seitenwandabschnitts des Beruhigungskörpers auszusenden. Der zumindest eine weitere Ultraschallwandler ist zumindest teilweise in einem ultraschalldurchlässigen Schutzelement, das bevorzugt dasjenige Schutzelement ist, in dem der erste Ultraschallwandler auch angeordnet ist, als Schutz vor dem Fluid angeordnet. Der weitere vorbestimmte Abstand ist beispielsweise größer als der Mindestfüllstand. In einer solchen vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuervorrichtung ferner dazu ausgebildet, einen Fluidfüllstand größer als der vorbestimmte Abstand des zumindest einen weiteren Ultraschallwandlers zum Fluidbehälterboden festzustellen, wenn sowohl das vom Ultraschallwandler also auch das von dem zumindest einen weiteren Ultraschallwandler empfangene Ultraschallsignal ein vom Seitenabschnitt des Beruhigungskörpers reflektiertes Ultraschallsignal ist, einen Fluidfüllstand zwischen dem Mindestfüllstand und dem vorbestimmten Abstand des zumindest einen weiteren Ultraschallwandlers zum Fluidbehälterboden festzustellen, wenn das vom Ultraschallwandler empfangene Ultraschallsignal ein vom Seitenwandabschnitt des Beruhigungskörpers reflektiertes Ultraschallsignal ist und das von dem zumindest einen weiteren Ultraschallwandler empfangene Ultraschallsignal ein von der Außenwand des Schutzelements reflektiertes Ultraschallsignal ist, und einen Fluidfüllstand kleiner als der Mindestfüllstand festzustellen, wenn sowohl das vom Ultraschallwandler als auch von dem zumindest einen weiteren Ultraschallwallwandler jeweils empfangene Ultraschallsignal ein von der Außenwand des Schutzelements reflektiertes Ultraschallsignal ist.In an advantageous embodiment, the arrangement according to the invention also has at least one further ultrasonic transducer arranged in the calming body at a further predetermined distance from the fluid container bottom, which is designed to transmit an ultrasonic signal in the direction of a side wall section of the calming body. The at least one further ultrasonic transducer is at least partially arranged in an ultrasound-permeable protective element, which is preferably the protective element in which the first ultrasonic transducer is also arranged, as protection against the fluid. The further predetermined distance is, for example, greater than the minimum fill level. In such an advantageous embodiment, the control device is also designed to determine a fluid level greater than the predetermined distance of the at least one further ultrasonic transducer to the fluid container bottom, if both the ultrasonic signal received by the ultrasonic transducer and also the ultrasonic signal received by the at least one further ultrasonic transducer is reflected from the side section of the calming body Ultrasonic signal is to determine a fluid level between the minimum level and the predetermined distance of the at least one further ultrasonic transducer to the fluid container bottom when the ultrasonic signal received by the ultrasonic transducer is an ultrasonic signal reflected from the side wall section of the calming body and the ultrasonic signal received by the at least one further ultrasonic transducer is from the outer wall of the Protective element is reflected ultrasonic signal, and a fluid level is less than the minimum level determine when both the ultrasonic signal received by the ultrasonic transducer and by the at least one further ultrasonic wall transducer is an ultrasonic signal reflected from the outer wall of the protective element.

Durch das Vorsehen von zumindest einem weiteren Ultraschallwandler innerhalb des Beruhigungskörpers an einer anderen Höhe als der Ultraschallwandler kann sozusagen ein Fluidfüllstandsraster etabliert werden. Der aktuelle Fluidfüllstand befindet sich dann zwischen denjenigen beiden Ultraschallwandlern, von denen der eine Ultraschallsignale empfängt, die von der Seitenwand des Beruhigungsbechers reflektiert werden, und der andere Ultraschallsignale empfängt, die von der Außenwand des Schutzelements reflektiert werden. Je mehr Ultraschallwandler an unterschiedlichen Höhen vorgesehen sind, desto genauer kann der aktuelle Füllstand qualitativ bestimmt werden.By providing at least one further ultrasonic transducer within the calming body at a different height than the ultrasonic transducer, a fluid level grid can be established, so to speak. The current fluid level is then between those two ultrasonic transducers, one of which receives ultrasonic signals that are reflected from the side wall of the calming cup and the other receives ultrasonic signals that are reflected from the outer wall of the protective element. The more ultrasonic transducers are provided at different heights, the more accurately the current level can be determined qualitatively.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Anordnung ferner eine Leiterplatte auf, auf der der Ultraschallwandler und - falls vorhanden - der zumindest eine weitere Ultraschallwandler jeweils angebracht sind. Die Leiterplatte ist dabei ebenfalls in einem Schutzelement, vorzugsweise im gleichen Schutzelement wie der oder die Ultraschallwandler, als Schutz vor dem Fluid angeordnet. Die Baugruppe bestehend aus Leiterplatte und Ultraschallwandler kann dabei bevorzugt von unten durch einen Bodenabschnitt des Beruhigungskörpers fluiddicht montiert werden, wobei dadurch eine weitere Baugruppe zusammen mit dem Beruhigungskörper gebildet wird, die wiederum von unten durch den Fluidbehälterboden im Fluidbehälter angeordnet werden kann. In a further preferred embodiment, the arrangement according to the invention also has a printed circuit board on which the ultrasonic transducer and - if present - the at least one further ultrasonic transducer are each attached. The printed circuit board is also arranged in a protective element, preferably in the same protective element as the ultrasonic transducer or transducers, as protection against the fluid. The assembly consisting of circuit board and ultrasonic transducer can preferably be mounted fluid-tight from below through a bottom section of the calming body, thereby forming a further assembly together with the calming body, which in turn can be arranged from below through the fluid container floor in the fluid container.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Ultraschallwandler unter einem vorbestimmten Schallabstand zum Seitenwandabschnitt des Beruhigungskörpers angeordnet. Der vorbestimmte Schallabstand beträgt ungefähr 20 % bis ungefähr 95 % des Durchmessers des Beruhigungskörpers, ist jedoch zumindest so groß wie der technisch notwendige Mindestabstand, der zur Trennung zwischen Ultraschallsignalen vom Seitenwandabschnitt des Beruhigungskörpers und Ultraschallsignalen von der Außenwand des Schutzkörpers eingehalten werden muss.According to a further advantageous embodiment of the arrangement according to the invention, the ultrasonic transducer is arranged at a predetermined sound distance from the side wall section of the calming body. The predetermined one Sound distance is about 20% to about 95% of the diameter of the calming body, but is at least as large as the technically necessary minimum distance that must be maintained to separate ultrasonic signals from the side wall section of the calming body and ultrasonic signals from the outer wall of the protective body.

Vorzugsweise besteht das Schutzelement aus einem Thermoplast oder einem Duroplast und ist noch bevorzugter im Spritzgussverfahren oder mittels Transfer Molding um den Ultraschallwandler hergestellt.The protective element preferably consists of a thermoplastic or a thermosetting plastic and is even more preferably produced around the ultrasonic transducer by injection molding or transfer molding.

Bevorzugt ist der Ultraschallwandler dazu ausgebildet, Ultraschallsignale im Wesentlichen in horizontaler Richtung auszusenden.The ultrasonic transducer is preferably designed to transmit ultrasonic signals essentially in the horizontal direction.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Feststellen eines Mindestfüllstands eines Fluids in einem Fluidbehälter offenbart, in dem das Fluid aufgenommen ist und der einen Fluidbehälterboden aufweist. Auf dem Fluidbehälterboden ist ein hohlförmiger Beruhigungskörper angeordnet, der mit dem Inneren des Fluidbehälters über eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung fluidverbunden ist einen Seitenwandabschnitt umfasst. Im Beruhigungskörper ist unter einem dem Mindestfüllstand entsprechenden Abstand vom Fluidbehälterboden ein Ultraschallwandler angeordnet, der dazu ausgebildet ist, ein Ultraschallsignal in Richtung des Seitenwandabschnitts des Beruhigungskörpers auszusenden. Der Ultraschallwandler ist zumindest teilweise in einem ultraschalldurchlässigen Schutzelement als Schutz vor dem Fluid angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Ansteuern des Ultraschallwandlers zum Aussenden eines Ultraschallsignals ins Innere des Beruhigungskörpers, ein Empfangen eines reflektierten Ultraschallsignals mittels dem Ultraschallwandler und ein Feststellen eines Fluidfüllstands größer als oder gleich dem Mindestfüllstand, wenn das vom Ultraschallwandler empfangene Ultraschallsignal ein vom Seitenwandabschnitt des Beruhigungskörpers reflektiertes Ultraschallsignal ist, oder ein Feststellen eines Fluidfüllstands kleiner als der Mindestfüllstand, wenn das vom Ultraschallwandler empfangene Ultraschallsignal ein von der Außenwand des Schutzelements reflektiertes Ultraschallsignal ist.According to a further aspect of the present invention, a method for determining a minimum fill level of a fluid in a fluid container in which the fluid is received and which has a fluid container base is disclosed. A hollow calming body is arranged on the bottom of the fluid container and is fluidly connected to the interior of the fluid container via an inlet opening and an outlet opening and comprises a side wall section. An ultrasonic transducer, which is designed to transmit an ultrasonic signal in the direction of the side wall section of the calming body, is arranged in the calming body at a distance from the fluid container bottom corresponding to the minimum filling level. The ultrasonic transducer is at least partially arranged in an ultrasound-permeable protective element as protection from the fluid. The method according to the invention comprises controlling the ultrasonic transducer to transmit an ultrasonic signal into the interior of the tranquilizer, receiving a reflected ultrasonic signal by means of the ultrasonic transducer and determining a fluid level greater than or equal to the minimum level when the ultrasonic signal received by the ultrasonic transducer is an ultrasonic signal reflected from the side wall section of the tranquilizer or a determination of a fluid level lower than the minimum level if the ultrasonic signal received by the ultrasonic transducer is an ultrasonic signal reflected from the outer wall of the protective element.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ferner ein Ermitteln einer Laufzeit des Ultraschallsignals zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen eines reflektierten Ultraschallsignals auf. Dabei wird ein am Seitenwandabschnitt des Beruhigungskörpers reflektiertes Ultraschallsignal erkannt, wenn die ermittelte Laufzeit größer als oder gleich einer vorbestimmen Schwellenlaufzeit ist, und ein an der Außenwand des Schutzelements reflektiertes Ultraschallsignal erkannt, wenn die ermittelte Laufzeit kleiner als die vorbestimme Schwellenlaufzeit ist.An advantageous embodiment of the method according to the invention also includes determining a transit time of the ultrasonic signal between the transmission of the ultrasonic signal and the reception of a reflected ultrasonic signal. An ultrasonic signal reflected on the side wall section of the tranquilizer is detected if the determined transit time is greater than or equal to a predetermined threshold transit time, and an ultrasonic signal reflected on the outer wall of the protective element is detected if the determined transit time is less than the predetermined threshold transit time.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Beruhigungskörper unter einem weiteren vorbestimmten Abstand vom Fluidbehälterboden zumindest ein weiterer Ultraschallwandler angeordnet, der dazu ausgebildet ist, ein Ultraschallsignal in Richtung eines Seitenwandabschnitts des Beruhigungskörpers auszusenden. Der zumindest eine weitere Ultraschallwandler ist in einem ultraschalldurchlässigen Schutzelement als Schutz vor dem Fluid angeordnet. Der weitere vorbestimmte Abstand ist größer als der Mindestfüllstand. In einer derartigen weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Ansteuern des zumindest einen weiteren Ultraschallwandlers zum Aussenden eines Ultraschallsignals ins Innere des Beruhigungskörpers, ein Empfangen eines reflektierten Ultraschallsignals mittels dem zumindest einen weiteren Ultraschallwandler, ein Feststellen eines Fluidfüllstands größer als der weitere vorbestimmte Abstand des zumindest einen weiteren Ultraschallwandlers zum Fluidbehälterboden, wenn sowohl das vom Ultraschallwandler als auch das von dem zumindest einen weiteren Ultraschallwandler empfangene Ultraschallsignal ein von dem jeweiligen Seitenabschnitt des Beruhigungskörpers reflektiertes Ultraschallsignal ist, ein Feststellen eines Fluidfüllstands zwischen dem Mindestfüllstand und dem weiteren vorbestimmten Abstand des zumindest einen weiteren Ultraschallwandlers zum Fluidbehälterboden, wenn das vom Ultraschallwandler empfangene Ultraschallsignal ein von dem Seitenwandabschnitt des Beruhigungskörpers (130) reflektiertes Ultraschallsignal ist und das von dem zumindest einen weiteren Ultraschallwandler empfangene Ultraschallsignal ein von der Außenwand des Schutzelements reflektiertes Ultraschallsignal ist, und ein Feststellen eines Fluidfüllstands kleiner als der Mindestfüllstand, wenn sowohl das vom Ultraschallwandler als auch von dem zumindest einen weiteren Ultraschallwallwandler jeweils empfangene Ultraschallsignal ein von der Außenwand des Schutzelements reflektiertes Ultraschallsignal ist.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, at least one further ultrasonic transducer is arranged in the calming body at a further predetermined distance from the fluid container bottom, which is designed to send an ultrasonic signal in the direction of a side wall section of the calming body. The at least one further ultrasonic transducer is arranged in an ultrasound-permeable protective element as protection from the fluid. The further predetermined distance is greater than the minimum level. In a further advantageous embodiment of this type, the method according to the invention furthermore comprises driving the at least one further ultrasonic transducer to transmit an ultrasonic signal into the interior of the calming body, receiving a reflected ultrasonic signal by means of the at least one further ultrasonic transducer, determining a fluid level greater than the further predetermined distance of the at least one further ultrasonic transducer to the fluid container bottom, if both the ultrasonic signal received by the ultrasonic transducer and the ultrasonic signal received by the at least one further ultrasonic transducer is an ultrasonic signal reflected from the respective side section of the calming body, determining a fluid level between the minimum level and the further predetermined distance of the at least one further Ultrasonic transducer to the fluid container bottom when the ultrasonic signal received by the ultrasonic transducer is from the side wall section of the tranquilizer ( 130 ) is a reflected ultrasonic signal and the ultrasonic signal received by the at least one further ultrasonic transducer is an ultrasonic signal reflected by the outer wall of the protective element, and a determination of a fluid level is less than the minimum level if both the ultrasonic signal received by the ultrasonic transducer and by the at least one further ultrasonic wall transducer is an ultrasonic signal reflected from the outer wall of the protective element.

Vorzugsweise senden dabei die mehreren Ultraschallwandler in Richtung des gleichen Seitenwandabschnitts der Beruhigungskörpers.The multiple ultrasonic transducers preferably transmit in the direction of the same side wall section of the calming body.

Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:

1 eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Feststellen eines Mindestfüllstands eines Fluids in einem Fluidbehälter bei einem ersten Füllstand darstellt,
2 eine schematische Ansicht der beispielhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung zum Feststellen eines Mindestfüllstands eines Fluids in einem Fluidbehälter der 1 bei einem zweiten Füllstand darstellt, und
3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Feststellen eines Mindestfüllstands eines Fluids in einem Fluidbehälter darstellt.

Other objects and features of the present invention will become apparent to those skilled in the art by practicing the present teachings and reviewing the accompanying drawings, in which:

1 represents a schematic view of an exemplary embodiment of an arrangement according to the invention for determining a minimum level of a fluid in a fluid container at a first level,
2 a schematic view of the exemplary embodiment of the arrangement according to the invention for determining a minimum level of a fluid in a fluid container of FIG 1 represents at a second level, and
3 represents an exemplary flow chart of a method according to the invention for determining a minimum level of a fluid in a fluid container.

Die 1 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung 100 mit einem Fluidbehälter 110 und einem darin befindlichen Fluid F. Bei dem Fluid F handelt es sich beispielsweise um ein flüssiges Medium zur Schadstoffreduktion in Abgasen, das vorzugsweise ein Reduktionsmittel und/oder einen Reduktionsmittelvorläufer, beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, aufweist. Alternativ kann es sich bei dem Fluid F um ein Öl handeln, wie beispielsweise ein Getriebeöl für ein Getriebe eines Fahrzeugs. Außerdem kann das Fluid F ein Motoröl oder ein Kraftstoff sein, oder auch eine Flüssigkeit zur Reinigung von Scheiben oder Kameras.The 1 shows an exemplary embodiment of an arrangement according to the invention 100 with a fluid container 110 and a fluid F located therein. The fluid F is, for example, a liquid medium for reducing pollutants in exhaust gases, which preferably has a reducing agent and / or a reducing agent precursor, for example an aqueous urea solution. Alternatively, the fluid F can be an oil, such as a transmission oil for a transmission of a vehicle. In addition, the fluid F can be an engine oil or a fuel, or also a liquid for cleaning windows or cameras.

Der Fluidbehälter 110 weist einen ersten Seitenwandabschnitt 112, einen dem ersten Seitenwandabschnitt 112 gegenüberliegenden zweiten Seitenwandabschnitt 114 und einen mit dem ersten Seitenwandabschnitt 112 und dem zweiten Seitenwandabschnitt 114 verbundenen Fluidbehälterboden 116 auf. Im Fluidbehälter 110 der 1 weist das Fluid F einen ersten Fluidfüllstand 102 auf.The fluid container 110 has a first side wall portion 112 , one of the first side wall portion 112 opposite second side wall section 114 and one with the first sidewall portion 112 and the second side wall portion 114 connected fluid container bottom 116 on. In the fluid container 110 of the 1 the fluid F has a first fluid level 102 on.

Im Fluidbehälter 110 ist ferner ein hohlförmiger Beruhigungskörper 130 angeordnet, der auf sich im Wesentlichen auf dem Fluidbehälterboden 116 angeordnet befindet. Der Beruhigungskörper 130 weist eine Einlassöffnung 132, durch die das Fluid F aus dem Fluidbehälter 110 ins Innere des hohlförmigen Beruhigungskörpers 130 strömen kann, und eine Auslassöffnung 134 auf, durch die die vom in den Beruhigungskörper 130 einströmenden Fluid F verdrängte Luft entweichen kann. Durch das Vorsehen der Auslassöffnung in einem obersten Bereich des Beruhigungskörpers 130 kann sichergestellt werden, dass, wie in 2 gezeigt, der Füllstand 104 innerhalb des Beruhigungskörpers 130 gleich dem Füllstand 104 im Fluidbehälter 110 ist, wobei jedoch die Oberfläche des Fluids F im Beruhigungskörper 130 beruhigter (d. h. glatter) ist als im Fluidbehälter 110. Zudem stellen die Einlassöffnung 132 und die Auslassöffnung 134 sicher, dass der Füllstand im Beruhigungskörper 130 oberhalb des obersten Schallwandlers 125 liegt, wenn der Füllstand 102 im Fluidbehälter 110 die Höhe des Beruhigungskörpers 130 übersteigt.In the fluid container 110 is also a hollow calming body 130 arranged on itself essentially on the fluid container bottom 116 located. The tranquilizer 130 has an inlet port 132 , through which the fluid F from the fluid container 110 inside the hollow-shaped calming body 130 can flow, and an outlet opening 134 on, through which the from in the tranquilizer 130 inflowing fluid F displaced air can escape. By providing the outlet opening in an uppermost area of the calming body 130 it can be ensured that, as in 2 shown the level 104 within the tranquilizer 130 equal to the level 104 in the fluid container 110 is, however, the surface of the fluid F in the calming body 130 is calmer (ie smoother) than in the fluid container 110 . In addition, provide the inlet opening 132 and the outlet port 134 sure the level in the tranquilizer 130 above the top transducer 125 lies when the level 102 in the fluid container 110 the height of the tranquilizer 130 exceeds.

Der Beruhigungskörper 130 weist einen Seitenwandabschnitt 136 auf, der dazu ausgebildet ist, das Fluid F im Inneren des Beruhigungskörpers 130 zu beruhigen. Der Deckel 138 des Beruhigungskörpers 130 ist optional und kann verhindern, dass die im Beruhigungskörper beruhigte Fluidoberfläche durch von außen aus dem Fluidbehälter 110 einspritzendes Fluid F beunruhigt wird. Der Beruhigungskörper 130 kann jegliche Form aufweisen und ist in dem in 1 gezeigten Beispiel als oben geschlossenes stehendes Rohr ausgebildet.The tranquilizer 130 has a side wall portion 136 on, which is designed to the fluid F inside the calming body 130 to calm down. The lid 138 of the tranquilizer 130 is optional and can prevent the fluid surface, which has settled in the calming body, from outside the fluid container 110 injecting fluid F is troubled. The tranquilizer 130 can have any shape and is in the in 1 The example shown is designed as a vertical tube closed at the top.

Der Beruhigungskörper 130 kann mit dem Fluidbehälterboden 116 beispielsweise mittels einer Clip-Verbindung, einer Verrastung, wie eine Bajonettverbindung, oder einer Verschraubung lösbar verbunden sein. Alternativ kann der Beruhigungskörper 130 mit dem Fluidbehälterboden 116 mittels Schweißen, Kleben, Löten oder anderen aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungstechniken dauerhaft verbunden sein. Zudem kann der Beruhigungskörper 130 integral (d. h. einstückig) mit dem Fluidbehälter 110 ausgebildet sein.The tranquilizer 130 can with the fluid container bottom 116 be releasably connected, for example by means of a clip connection, a latching, such as a bayonet connection, or a screw connection. Alternatively, the tranquilizer 130 with the fluid container bottom 116 be permanently connected by means of welding, gluing, soldering or other connection techniques known from the prior art. In addition, the tranquilizer 130 integral (ie, one-piece) with the fluid container 110 be trained.

Die Anordnung 100 weist ferner einen im Beruhigungskörper 130 angeordneten Ultraschallwandler 120 auf, der unter einem dem Mindestfüllstand entsprechenden Abstand A vom Fluidbehälterboden 116 angeordnet und dazu ausgebildet ist, ein Ultraschallsignal 122 in Richtung des Seitenwandabschnitts 136 des Beruhigungskörpers 130 auszusenden. Der Ultraschallwandler 120 ist insbesondere zumindest teilweise in einem ultraschalldurchlässigen Schutzelement 140 als Schutz vor dem Fluid F angeordnet. Das Schutzelement 140 besteht vorzugsweise aus Duroplast oder Thermoplast.The order 100 also has one in the tranquilizer 130 arranged ultrasonic transducer 120 at a distance A from the bottom of the fluid container corresponding to the minimum level 116 is arranged and designed to be an ultrasonic signal 122 in the direction of the side wall section 136 of the tranquilizer 130 to send out. The ultrasonic transducer 120 is in particular at least partially in an ultrasound-permeable protective element 140 arranged as protection from the fluid F. The protective element 140 consists preferably of thermoset or thermoplastic.

Wie in der 1 gezeigt, ist der Ultraschallwandler 120 auf einer Leiterplatte 150 angeordnet, die sich im Wesentlichen senkrecht und vorzugsweise durch den Fluidbehälterboden 116 erstreckt, womit eine elektrische Ansteuerung des Ultraschallwandlers 120 ermöglicht ist. Der Ultraschallwandler 120 wird vorzugsweise in einem ersten Herstellungsschritt auf der Leiterplatte 150 montiert, bevor die Baugruppe aus Leiterplatte 150 und Ultraschallwandler 120 in einem zweiten Herstellungsschritt zum Bilden des Schutzelements 140 im Kunststoffspritzverfahren umspritzt wird. Alternativ kann ein Spritzpressverfahren oder ein Transfer Molding verwendet werden, um das Schutzelement 140 zu bilden.Like in the 1 shown is the ultrasonic transducer 120 on a circuit board 150 arranged, which extends substantially perpendicularly and preferably through the fluid container bottom 116 extends, with which an electrical control of the ultrasonic transducer 120 is made possible. The ultrasonic transducer 120 is preferably in a first manufacturing step on the circuit board 150 assembled before the assembly from printed circuit board 150 and ultrasonic transducers 120 in a second manufacturing step for forming the protective element 140 is encapsulated in the plastic injection process. Alternatively, a transfer molding process or transfer molding can be used to create the protective element 140 to build.

Der Ultraschallwandler 120 enthält beispielsweise ein piezoelektrisches Element, das bei Erregung durch einen Wechselspannungsimpuls mit einer vorgegebenen Sendefrequenz einen Ultraschall-Sendeimpuls (= Ultraschallsignal) erzeugt, der auf das Schutzelement 140 übertragen wird, und das Ultraschallschwingungen, die von dem Schutzelement 140 jeweils auf den Ultraschallwandler 120 übertragen werden, in elektrische Empfangssignale umwandelt. Somit kann der Ultraschallwandler 120 als Sender und Empfänger von Ultraschallsignalen 122 fungieren. Der Ultraschallwandler 120 kann aber auch auf einer anderen Technologie beruhen und beispielsweise ein mikromechanischer Ultraschallwandler sein.The ultrasonic transducer 120 contains, for example, a piezoelectric element which, when excited by an alternating voltage pulse with a predetermined transmission frequency, generates an ultrasonic transmission pulse (= ultrasonic signal) which is sent to the protective element 140 is transmitted, and the ultrasonic vibrations generated by the protective element 140 each on the ultrasonic transducer 120 are converted into electrical reception signals. Thus the ultrasonic transducer can 120 as a transmitter and receiver of ultrasonic signals 122 act. The ultrasonic transducer 120 but can also be based on a different technology and, for example, be a micromechanical ultrasonic transducer.

Gemäß der Ausgestaltung nach 1 sendet der Ultraschallwandler 120 im Wesentlichen in horizontaler bzw. waagrechter Richtung Ultraschallsignale 122 ins Innere des Beruhigungsbechers 130 aus. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, dass der Ultraschallwandler 120 im Wesentlichen senkrecht zur Außenwand des Schutzelements 140 verlaufende Ultraschallsignale 122 aussendet.According to the design according to 1 sends the ultrasonic transducer 120 Ultrasonic signals essentially in the horizontal or horizontal direction 122 inside the calming cup 130 out. It is particularly preferred that the ultrasonic transducer 120 substantially perpendicular to the outer wall of the protective element 140 running ultrasonic signals 122 sends out.

Die Anordnung 110 weist ferner eine in den Figuren nicht explizit dargestellte Steuervorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, den Ultraschallwandler 120 anzusteuern und jegliche Signale des Ultraschallwandlers 120 auszuwerten. Insbesondere ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, festzustellen, ob eine Reflexion des vom Ultraschallwandler 120 ausgesendeten Ultraschallsignals 122 am Seitenwandabschnitt 136 des Beruhigungskörpers 130 oder an der Außenwand des Schutzelements 140 erfolgt ist. Befindet sich der erste Fluidfüllstand 102, wie in der 1 gezeigt, oberhalb des Ultraschallwandlers 120, können die vom Ultraschallwandler 120 ausgesendeten Ultraschallsignale 122 durch das Schutzelement 140 hindurch gelangen und in das im Beruhigungskörper 130 befindliche Fluid F eingekoppelt werden und durch das Fluid F bis zum Seitenwandabschnitt 136 des Beruhigungskörpers 130 transmittiert werden. Am Seitenwandabschnitt 136 des Beruhigungskörpers 130 werden die Ultraschallsignale 122 reflektiert und gelangen wieder durch das Fluid F und durch das Schutzelement 140 zurück zum Ultraschallwandler 120, wo sie als reflektiertes Ultraschallsignal 122 vom Ultraschallwandler 120 detektiert werden. In den Figuren ist der Pfad des Ultraschallsignals als Pfeil 122 gekennzeichnet.The order 110 also has a control device, not explicitly shown in the figures, which is designed to control the ultrasonic transducer 120 to control and any signals from the ultrasonic transducer 120 to evaluate. In particular, the control device is designed to determine whether a reflection of the ultrasonic transducer 120 transmitted ultrasonic signal 122 on the side wall section 136 of the tranquilizer 130 or on the outer wall of the protective element 140 is done. The first fluid level is located 102 , like in the 1 shown above the ultrasonic transducer 120 , can from the ultrasonic transducer 120 emitted ultrasonic signals 122 through the protective element 140 get through and into the tranquilizer 130 located fluid F are coupled and through the fluid F to the side wall section 136 of the tranquilizer 130 be transmitted. On the side wall section 136 of the tranquilizer 130 become the ultrasonic signals 122 reflected and passed again through the fluid F and through the protective element 140 back to the ultrasonic transducer 120 where they appear as a reflected ultrasonic signal 122 from the ultrasonic transducer 120 can be detected. In the figures, the path of the ultrasonic signal is shown as an arrow 122 marked.

Befindet sich jedoch der erste Fluidfüllstand 102 unterhalb des Ultraschallwandlers 120, werden die vom Ultraschallwandler 120 ausgesendeten Ultraschallsignale bereits an der Grenzfläche zwischen der Außenwand des Schutzelements 140 und dem an dieser Messstelle nicht befüllten Inneren des Beruhigungskörpers 130 reflektiert und gelangen von dort aus wieder zurück zum Ultraschallwandler 120, wo sie wiederum als reflektiertes Ultraschallsignal 122 vom Ultraschallwandler 120 empfangen werden.However, it is the first fluid level 102 below the ultrasonic transducer 120 , are those of the ultrasonic transducer 120 emitted ultrasonic signals already at the interface between the outer wall of the protective element 140 and the interior of the tranquilizer that is not filled at this measuring point 130 reflect and from there return to the ultrasonic transducer 120 where they turn as a reflected ultrasonic signal 122 from the ultrasonic transducer 120 be received.

Die Steuervorrichtung kann nun beispielsweise anhand einer Auswertung der Laufzeit des Ultraschallsignals 122 feststellen, ob es sich um eine Reflexion am Seitenwandabschnitt 136 des Beruhigungskörpers 130 oder um eine Reflexion an der Außenwand des Schutzelements 140 handelt und daraus den Schluss ziehen, ob der Fluidfüllstand 102 größer als bzw. gleich dem Mindestfüllstand oder kleiner als der Mindestfüllstand ist. Wenn das vom Ultraschallwandler 120 empfangene Ultraschallsignal 122 ein vom Seitenwandabschnitt 136 des Beruhigungskörpers 130 reflektiertes Ultraschallsignal 122 ist, wird ein Fluidfüllstand 102 größer als oder gleich dem Mindestfüllstand A festgestellt. Im Gegensatz dazu wird ein Fluidfüllstand 102 kleiner als der Mindestfüllstand A festgestellt, wenn das vom Ultraschallwandler 120 empfangene Ultraschallsignal 122 ein von der Außenwand des Schutzelements 140 reflektiertes Ultraschallsignal 122 ist.The control device can now, for example, based on an evaluation of the transit time of the ultrasonic signal 122 determine if there is a reflection on the sidewall section 136 of the tranquilizer 130 or a reflection on the outer wall of the protective element 140 acts and draw the conclusion from this whether the fluid level 102 is greater than or equal to the minimum level or less than the minimum level. If that from the ultrasonic transducer 120 received ultrasonic signal 122 one from the side wall portion 136 of the tranquilizer 130 reflected ultrasonic signal 122 becomes a fluid level 102 greater than or equal to the minimum level A. In contrast, there is a fluid level 102 less than the minimum level A detected when this is detected by the ultrasonic transducer 120 received ultrasonic signal 122 one from the outer wall of the protective element 140 reflected ultrasonic signal 122 is.

Der Ultraschallwandler 120 ist ferner unter einem vorbestimmten Schallabstand C zum Seitenwandabschnitt 136 des Beruhigungskörpers angeordnet. Der vorbestimmte Schallabstand C beträgt ungefähr 20 % bis ungefähr 95 % des Durchmessers des Beruhigungskörpers 130, wobei der Durchmesser Beruhigungskörpers 130 als der Abstand des Seitenwandabschnitts 136 des Beruhigungskörpers zu einem gegenüberliegenden Seitenwandabschnitt 137 definiert werden kann, d. h. gemessen zwischen den gegenüberliegenden Seitenwandabschnitten 136, 137, von denen einer vom Ultraschallwandler 120 angestrahlt wird. Der Schallabstand ist dabei zumindest so groß wie der technisch notwendige Mindestabstand, der zur Trennung zwischen Ultraschallsignalen vom Seitenwandabschnitt 136 des Beruhigungskörpers 130 und Ultraschallsignalen von der Außenwand des Schutzkörpers 140 eingehalten werden muss.The ultrasonic transducer 120 is also below a predetermined sound distance C to the side wall portion 136 the tranquilizer arranged. The predetermined sound distance C is approximately 20% to approximately 95% of the diameter of the calming body 130 , where the diameter tranquilizer 130 than the distance of the side wall section 136 of the calming body to an opposite side wall section 137 can be defined, ie measured between the opposite side wall sections 136 , 137 , one of which from the ultrasonic transducer 120 is illuminated. The sound distance is at least as great as the technically necessary minimum distance for separating the ultrasonic signals from the side wall section 136 of the tranquilizer 130 and ultrasonic signals from the outer wall of the protective body 140 must be adhered to.

In der 1 ist ferner gezeigt, dass die Anordnung 100 zumindest einen weiteren Ultraschallwandler 125 aufweisen kann, der unter einem weiteren vorbestimmten Abstand B zum Fluidbehälterboden 116 im Beruhigungskörper 130 angeordnet ist. Der weitere vorbestimmte Abstand B ist beispielsweise größer als der vorbestimmte Abstand A des Ultraschallwandlers 120 zum Fluidbehälterboden 116.In the 1 is also shown that the arrangement 100 at least one further ultrasonic transducer 125 may have, which is below a further predetermined distance B to the fluid container bottom 116 in the tranquilizer 130 is arranged. The further predetermined distance B is, for example, greater than the predetermined distance A of the ultrasonic transducer 120 to the bottom of the fluid container 116 .

Der weitere Ultraschallwandler 125 ist vorzugsweise identisch ausgebildet wie der Ultraschallwandler 120 und demnach auch auf der Leiterplatte 150 angeordnet und dazu ausgebildet, Ultraschallsignale 126 in Richtung des Seitenwandabschnitts 136 auszusenden. Alternativ kann der weiter Ultraschallwandler 125 auf einer relativ zum Ultraschallwandler 120 abgewandten Seite der Leiterplatte 150 angeordnet sein, wobei der Ultraschallwandler 125 dann dazu ausgebildet ist, Ultraschallsignale 126 in Richtung einem dem Seitenwandabschnitt 136 gegenüberliegenden Seitenwandabschnitt 137 auszusenden.The other ultrasonic transducer 125 is preferably designed identically to the ultrasonic transducer 120 and therefore also on the circuit board 150 arranged and designed to provide ultrasonic signals 126 in the direction of the side wall section 136 to send out. Alternatively, the further ultrasonic transducer 125 on a relative to the ultrasonic transducer 120 remote side of the circuit board 150 be arranged, the ultrasonic transducer 125 is then designed to send ultrasonic signals 126 towards one of the side wall section 136 opposite side wall section 137 to send out.

Durch das Vorsehen eines weiteren Ultraschallwandlers 125 innerhalb des Beruhigungskörpers 130 an einer anderen Höhe B als der Ultraschallwandler 120 kann sozusagen ein Fluidfüllstandsraster etabliert werden. Unter Verweis auf die 2 ist die Anordnung 100 der 1 nochmals dargestellt, wobei in der 2 das Fluid F einen zweiten Fluidfüllstand 104 hat, der niedriger ist als der erst Füllstand 102. Insbesondere befindet sich der zweite Füllstand 104 zwischen dem Ultraschallwandler 120 und dem weiteren Ultraschallwandler 125.By providing a further ultrasonic transducer 125 within the tranquilizer 130 at a different height B than the ultrasonic transducer 120 a fluid level grid can be established, so to speak. With reference to the 2 is the arrangement 100 of the 1 shown again, where in the 2 the fluid F has a second fluid level 104 which is lower than the first level 102 . In particular, there is the second level 104 between the ultrasonic transducer 120 and the further ultrasonic transducer 125 .

Im Fall des zweiten Fluidfüllstands 104 der 2 kann die Steuervorrichtung einen den Fluidfüllstand als zwischen dem Mindestfüllstand A und dem vorbestimmten Abstand B des weiteren Ultraschallwandlers 125 zum Fluidbehälterboden 116 feststellen, da das vom Ultraschallwandler 120 empfangene Ultraschallsignal 122 ein von dem Seitenwandabschnitt 136 des Beruhigungskörpers 130 reflektiertes Ultraschallsignal 122 ist und das von dem zumindest einen weiteren Ultraschallwandler 125 empfangene Ultraschallsignal 126 ein von der Außenwand des Schutzelements 140 reflektiertes Ultraschallsignal 126 ist.In the case of the second fluid level 104 of the 2 the control device can set the fluid level as between the minimum level A and the predetermined distance B of the further ultrasonic transducer 125 to the bottom of the fluid container 116 determine that from the ultrasonic transducer 120 received ultrasonic signal 122 one of the side wall portion 136 of the tranquilizer 130 reflected ultrasonic signal 122 and that from the at least one further ultrasonic transducer 125 received ultrasonic signal 126 one from the outer wall of the protective element 140 reflected ultrasonic signal 126 is.

In ähnlicher Weise kann die Steuervorrichtung einen Fluidfüllstand kleiner als der Mindestfüllstand A feststellen, wenn sowohl das vom Ultraschallwandler 120 als auch vom weiteren Ultraschallwallwandler 125 jeweils empfangene Ultraschallsignal 122, 126 ein von der Außenwand des Schutzelements 140 reflektiertes Ultraschallsignal 122, 126 ist. In diesem Fall ist der Mindestfüllstand A unterschritten, d. h., dass sich der Fluidfüllstand unterhalb des Ultraschallwandlers 120 befindet, und es kann beispielsweise eine entsprechende Warnung ausgegeben werden. In wiederum ähnlicher Weise kann die Steuervorrichtung einen Fluidfüllstand größer als der vorbestimmte Abstand B des weiteren Ultraschallwandlers 125 zum Fluidbehälterboden 116 feststellen, wenn sowohl das vom Ultraschallwandler 120 als auch das vom weiteren Ultraschallwandler 125 empfangene Ultraschallsignal 122, 126 ein von dem Seitenabschnitt 136 des Beruhigungskörpers 130 reflektiertes Ultraschallsignal 122, 126 ist. Diese Situation ist in der 1 gezeigt.In a similar way, the control device can determine a fluid fill level lower than the minimum fill level A, if that from the ultrasonic transducer 120 as well as from the other ultrasonic wall transducer 125 each received ultrasonic signal 122 , 126 one from the outer wall of the protective element 140 reflected ultrasonic signal 122 , 126 is. In this case, the level falls below the minimum level A, ie the fluid level is below the ultrasonic transducer 120 and a corresponding warning can be issued, for example. In another similar manner, the control device can have a fluid fill level greater than the predetermined distance B of the further ultrasonic transducer 125 to the bottom of the fluid container 116 determine if both that from the ultrasonic transducer 120 as well as that of the further ultrasonic transducer 125 received ultrasonic signal 122 , 126 one from the side section 136 of the tranquilizer 130 reflected ultrasonic signal 122 , 126 is. This situation is in the 1 shown.

Beim Vorsehen von mehr als zwei Ultraschallwandlern 120, 125 befindet sich der aktuelle Fluidfüllstand dann zwischen denjenigen beiden Ultraschallwandlern, von denen der eine Ultraschallsignale empfängt, die von dem Seitenwandabschnitt 136 des Beruhigungskörpers 130 reflektiert werden, und der andere Ultraschallsignale empfängt, die von der Außenwand des Schutzelements 140 reflektiert werden. Je mehr Ultraschallwandler an unterschiedlichen Höhen vorgesehen sind, desto genauer kann der aktuelle Füllstand qualitativ bestimmt werden.When providing more than two ultrasonic transducers 120 , 125 the current fluid level is then between those two ultrasonic transducers, one of which receives ultrasonic signals from the side wall section 136 of the tranquilizer 130 are reflected, and the other receives ultrasonic signals coming from the outer wall of the protective element 140 be reflected. The more ultrasonic transducers are provided at different heights, the more accurately the current level can be determined qualitatively.

Die 3 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Feststellen eines Mindestfüllstands eines Fluids in einem Fluidbehälter. Beispielsweise wird darin nunmehr Bezug auf die 1 genommen und die darin gezeigte Anordnung 100.The 3 shows an exemplary flow chart of a method according to the invention for determining a minimum fill level of a fluid in a fluid container. For example, reference is now made to the 1 taken and the arrangement shown therein 100 .

Das Verfahren der 3 startet beim Schritt 200 und gelangt dann zum Schritt 210, an dem die Steuervorrichtung den Ultraschallwandler 120 derart ansteuert, dass dieser ein Ultraschallsignal 122 durch das Schutzelement 140 hindurch in Richtung des Seitenwandabschnitt 136 des Beruhigungskörpers 130 aussendet.The procedure of 3 starts at step 200 and then comes to the step 210 on which the control device attaches the ultrasonic transducer 120 controls in such a way that it generates an ultrasonic signal 122 through the protective element 140 through in the direction of the side wall section 136 of the tranquilizer 130 sends out.

In einem darauffolgenden Schritt 220 wird mittels des Ultraschallwandlers 120 ein reflektiertes Ultraschallsignal empfangen. In einem weiteren Schritt 230 ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, die Laufzeit des Ultraschallsignals zwischen dem beim Schritt 210 ausgesendeten Ultraschallsignal und dem am Schritt 220 empfangenen Ultraschallsignal zu ermitteln.In a subsequent step 220 is by means of the ultrasonic transducer 120 receive a reflected ultrasonic signal. In a further step 230 the control device is designed to measure the transit time of the ultrasonic signal between that in step 210 emitted ultrasonic signal and the one at the crotch 220 to determine the received ultrasonic signal.

Daraufhin wird am Schritt 240 überprüft, ob die am Schritt 230 ermittelte Laufzeit des Ultraschallsignals größer ist als ein vorbestimmter Laufzeitschwellenwert. Wird beim Schritt 240 festgestellt, dass die ermittelte Laufzeit größer ist als oder gleich der ermittelte Laufzeitschwelle ist, gelangt das Verfahren zum Schritt 250, an dem festgestellt wird, dass der Füllstand 102 des Fluids F innerhalb des Beruhigungskörpers 130 und somit auch innerhalb des Fluidbehälters 110 größer als oder gleich dem Mindestfüllstand A ist.Thereupon the step 240 checked whether the at the crotch 230 determined transit time of the ultrasonic signal is greater than a predetermined transit time threshold. Will at the step 240 found that the determined transit time is greater than or equal to the determined transit time threshold, the method proceeds to step 250 , on which it is determined that the level 102 of the fluid F within the calming body 130 and thus also within the fluid container 110 is greater than or equal to the minimum level A.

Wird hingegen beim Schritt 240 festgestellt, dass die ermittelte Laufzeit des Ultraschallsignals kleiner ist als die vorbestimmte Laufzeitschwelle, gelangt das Verfahren zum Schritt 260, an dem festgestellt wird, dass der Füllstand 102 des Fluids F im Beruhigungskörper 130 und somit auch im Fluidbehälter 110 kleiner ist als der Mindestfüllstand A.On the other hand, if you step 240 found that the determined transit time of the ultrasonic signal is less than the predetermined transit time threshold, the method proceeds to step 260 , on which it is determined that the level 102 of the fluid F in the calming body 130 and thus also in the fluid container 110 is less than the minimum level A.

Nach den Schritten 250, 260 gelangt das Verfahren jeweils zum Schritt 270 und wird beendet.After the steps 250 , 260 the process goes to step 270 and is terminated.

Falls zumindest ein weiterer Ultraschallwandler in der Anordnung 100 vorhanden ist, werden die Schritte 200 bis 270 analog für den zumindest einen weiteren Ultraschallwandler durchgeführt, und die jeweiligen Einzelergebnisse werden miteinander verglichen, um zu bestimmen, ob der Füllstand unterhalb des Mindestfüllstands, zwischen zwei Ultraschallwandlern oder oberhalb oder gleich der Höhe des obersten Ultraschallwandlers liegt.If at least one further ultrasonic transducer in the arrangement 100 is present, the steps 200 to 270 carried out analogously for the at least one further ultrasonic transducer, and the respective individual results are compared with one another to determine whether the fill level is below the minimum fill level, between two ultrasonic transducers or above or equal to the height of the uppermost ultrasonic transducer.

Die Leiterplatte 150 ist vorzugsweise derart konfiguriert, dass auf dieser zumindest zwei Positionen zum Anbringen des Ultraschallwandlers 120 vorgesehen sind. Dabei begründen sich die zumindest zwei Anbringungspositionen des Ultraschallwandlers 120 durch zwei unterschiedliche Abstände A zum Fluidbehälterboden 116, wenn die Anordnung 100 vollständig montiert ist. Während dem Herstellungsverfahren der Baugruppe bestehend aus Leiterplatte 150, Ultraschallwandler 120 und Schutzelement 140 kann noch vor dem Einbetten im Schutzelement 140 der vorbestimmte Abstand A durch Auswählen einer der zumindest zwei Anbringungspositionen für den Ultraschallwandler 120 wie gewünscht eingestellt werden. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn unterschiedliche Anwendungen unterschiedliche Mindestfüllstände erfordern, wobei für die unterschiedlichen Anwendungen dann ein und dieselbe Leiterplatte 150 verwendet werden kann, was zu einer Verringerung der Bauteile im Baukasten führen kann. Sind mehr als zwei Positionen zum Anbringen von Ultraschallwandlern vorgesehen, können verschiedene Fluidfüllstandraster mit verschiedenen Mindestfüllstände und zumindest einem weiteren Ultraschallwandler durch eine Auswahl der verwendeten Anbringungspositionen realisiert werden.The circuit board 150 is preferably configured such that there are at least two positions for attaching the ultrasonic transducer 120 are provided. The at least two attachment positions of the ultrasonic transducer are established here 120 by two different distances A to the bottom of the fluid container 116 when the arrangement 100 is fully assembled. During the manufacturing process of the assembly consisting of the printed circuit board 150 , Ultrasonic transducers 120 and protective element 140 can be used before embedding in the protective element 140 the predetermined distance A by selecting one of the at least two mounting positions for the ultrasonic transducer 120 can be set as required. This can be of particular advantage when different applications require different minimum fill levels, with one and the same printed circuit board for the different applications 150 can be used, which can lead to a reduction in the number of components in the kit. If more than two positions are provided for attaching ultrasonic transducers, different fluid level grids with different minimum levels and at least one further ultrasonic transducer can be realized by selecting the attachment positions used.

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DE 19538678 A1 [0003]
DE 3017465 A1 [0004]
US 2005072226 A1 [0004]

Claims

Arrangement (100) for determining a minimum level of a fluid (F), with: - A fluid container (110) in which the fluid (F) is received and which has a fluid container base (116), - A hollow-shaped calming body (130) which is arranged on the fluid container base (116) and is fluidly connected to the interior of the fluid container (110) via an inlet opening (132) and an outlet opening (134), the calming body (130) having a side wall section (136) having, - An ultrasonic transducer (120) which is arranged in the calming body (130) at a distance (A) from the fluid container base (116) corresponding to the minimum fill level and is designed to send an ultrasonic signal (122) in the direction of the side wall section (136) of the calming body (130) , wherein the ultrasonic transducer (120) is at least partially arranged in an ultrasound-permeable protective element (140) as protection from the fluid (F), and - A control device for activating the ultrasonic transducer (120), wherein the control device is designed to determine a fluid level greater than or equal to the minimum level when the ultrasonic signal (122) received by the ultrasonic transducer (120) is an ultrasonic signal (122) reflected from the side wall section (136) ), and to determine a fluid level lower than the minimum level if the ultrasonic signal (122) received by the ultrasonic transducer (120) is an ultrasonic signal (122) reflected from the outer wall of the protective element (140).

Arrangement (100) according to Claim 1 , wherein the control device is designed to determine a transit time of the ultrasonic signal (122) between transmission of the ultrasonic signal (122) and reception of a reflected ultrasonic signal (122), wherein an ultrasonic signal reflected on the side wall section (136) of the calming body (130) ( 122) is detected when the determined transit time is greater than or equal to a predetermined threshold transit time, an ultrasonic signal (122) reflected on the outer wall of the protective element (140) being detected when the determined transit time is less than the predetermined threshold transit time.

Arrangement (100) according to one of the preceding claims, further comprising: - At least one further ultrasonic transducer (125) which is arranged in the calming body (130) at a further predetermined distance (B) from the fluid container bottom (116) and is designed to transmit an ultrasonic signal (126) in the direction of a side wall section (136) of the calming body (130 ), the at least one further ultrasonic transducer (125) being arranged at least partially in an ultrasound-permeable protective element (140) as protection from the fluid (F), the further predetermined distance (B) being greater than the minimum fill level, the control device furthermore is trained to - to determine a fluid level greater than the predetermined distance (B) of the at least one further ultrasonic transducer (125) to the fluid container bottom (116) when both the ultrasonic signal (122 , 126) is an ultrasonic signal (122, 126) reflected from the side portion (136) of the calming body (130), - to determine a fluid level between the minimum level (A) and the predetermined distance (B) of the at least one further ultrasonic transducer (125) to the fluid container bottom (116) when the ultrasonic signal (122) received by the ultrasonic transducer (120) is a from the side wall section (136) of the calming body (130) is an ultrasonic signal (122) reflected and the ultrasonic signal (126) received by the at least one further ultrasonic transducer (125) is an ultrasonic signal (126) reflected from the outer wall of the protective element (140), and - to determine a fluid level lower than the minimum level (A) when both the ultrasonic signal (122, 126) received by the ultrasonic transducer (120) and the at least one further ultrasonic wall transducer (125) are an ultrasonic signal reflected from the outer wall of the protective element (140) (122, 126) is.

Arrangement (100) according to one of the preceding claims, further comprising: - A printed circuit board (150) on which the at least one ultrasonic transducer (120) is attached, the printed circuit board (150) also being arranged in a protective element (140).

Arrangement (100) according to one of the preceding claims, wherein the ultrasonic transducer (120) is arranged at a predetermined sound distance to the side wall section (136) of the calming body (130), the predetermined sound distance being approximately 20% to approximately 95% of the diameter of the calming body (130) ) is.

Arrangement (100) according to one of the preceding claims, wherein the protective element (150) consists of a thermoplastic or a thermosetting plastic.

Arrangement (100) according to one of the preceding claims, wherein the ultrasonic transducer (120) is designed to transmit ultrasonic signals (122) essentially in the horizontal direction.

Method for determining a minimum level of a fluid (F) in a fluid container (110), in which the fluid (F) is received, the fluid container (110) having a fluid container base (116), a hollow calming body (130) being arranged on the fluid container base (116), which communicates with the interior of the fluid container (110) via a Inlet opening (132) and an outlet opening (134) are fluidly connected, the calming body (130) having a side wall section (136), an ultrasonic transducer (120) in the calming body (130) at a distance (A) from the fluid container bottom (116) corresponding to the minimum fill level ), which is designed to emit an ultrasonic signal (122) in the direction of the side wall section (136) of the calming body (130), the ultrasonic transducer (120) at least partially in an ultrasound-permeable protective element (140) as protection from the fluid (F ) is arranged, the method comprising: - controlling the ultrasonic transducer (120) to emit an ultrasonic signal (122) into the interior of the B. calming body (130), - receiving a reflected ultrasonic signal (122) by means of the ultrasonic transducer (120), and - determining a fluid level greater than or equal to the minimum level (A) when the ultrasonic signal (122) received by the ultrasonic transducer (120) is from the side wall section (136) of the calming body (130) is reflected ultrasonic signal (122), or - detection of a fluid level (102) is less than the minimum level (A) when the ultrasonic signal (122) received by the ultrasonic transducer (120) is a from the outer wall of the protective element ( 140) reflected ultrasonic signal (122).

Procedure according to Claim 8 , further comprising: - determining a transit time of the ultrasonic signal (122) between the transmission of the ultrasonic signal (122) and the reception of a reflected ultrasonic signal (122), an ultrasonic signal (122) reflected on the side wall section (136) of the calming body (130) being detected if the determined transit time is greater than or equal to a predetermined threshold transit time, and wherein an ultrasonic signal (122) reflected on the outer wall of the protective element (140) is detected if the determined transit time is less than the predetermined threshold transit time.

Method according to one of the Claims 8 and 9 wherein at least one further ultrasonic transducer (125) is arranged in the calming body (130) at a further predetermined distance (B) from the fluid container bottom (116), which is designed to transmit an ultrasonic signal (126) in the direction of a side wall section (136) of the calming body ( 130), the at least one further ultrasonic transducer (125) being arranged in an ultrasound-permeable protective element (140) as protection from the fluid (F), the further predetermined distance (B) being greater than the minimum level (A), the The method further comprises: - controlling the at least one further ultrasonic transducer (120) to transmit an ultrasonic signal (126) into the interior of the calming body (130), - receiving a reflected ultrasonic signal (126) by means of the at least one further ultrasonic transducer (125), - determining one Fluid fill level (102) greater than the further predetermined distance (B) of the at least one further ultrasonic wall lers (125) to the fluid container bottom (116) when both the ultrasonic signal (122, 126) received by the ultrasonic transducer (120) and the at least one further ultrasonic transducer (125) are transmitted from the respective side section (136) of the calming body (130) is reflected ultrasound signal (122, 126), - Determination of a fluid level (104) between the minimum level (A) and the further predetermined distance (B) of the at least one further ultrasonic transducer (125) to the fluid container bottom (116), if the ultrasonic transducer (120 ) the received ultrasonic signal (122) is an ultrasonic signal (122) reflected by the side wall section (136) of the calming body (130) and the ultrasonic signal (126) received by the at least one further ultrasonic transducer (125) is an ultrasonic signal (126) reflected from the outer wall of the protective element (140) Ultrasonic signal (126) is, and - Detecting a fluid level (102) less than the minimum level (A), if both of the The ultrasonic transducer (120) and the ultrasonic signal (122, 126) respectively received by the at least one further ultrasonic wall transducer (125) is an ultrasonic signal (122, 126) reflected from the outer wall of the protective element (140).