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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fluidsensor zur Ermittlung einer Menge oder einer Qualität, wie Art, Zusammensetzung oder Reinheit, eines in der Umgebung des Sensors vorhandenen Fluids, wobei der Fluidsensor eine erste elektrisch leitfähige Elektrode umfasst, welche auf einem ersten extrudierten Substratbauteil aus elektrisch isolierendem, thermisch aushärtbarem Kunststoff angeordnet ist, und wobei der Fluidsensor eine zweite elektrisch leitfähige Elektrode umfasst, welche auf einem zweiten extrudierten Substratbauteil aus elektrisch isolierendem, thermisch aushärtbarem Kunststoff angeordnet ist.
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Aus der
WO 2011/084940 A2 ist ein kapazitiver Kraftstoff-Füllstandssensor bekannt, welcher ein Substratbauteil und zwei auf einer gemeinsamen ebenen Fläche des Substratbauteils nebeneinander und parallel angeordnete flache Materialstreifen umfasst. Die beiden Materialstreifen sind durch Extrusion gebildet und stellen Feldelektroden des bekannten kapazitiven Kraftstoff-Füllstandssensors dar. Das Substratbauteil ist aus dielektrischem Material gebildet. Die gesamte Sensoranordnung des kapazitiven Kraftstoff-Füllstandssensors ist durch eine Hülle umgeben, welche die Materialstreifen und das Substratbauteil vor direktem Kontakt mit dem Kraftstoff schützt.
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Der bekannte kapazitive Kraftstoff-Füllstandssensor durchsetzt bevorzugt in Gestalt einer Helix das Aufnahmevolumen eines Kraftstofftanks von der Tankdecke bis zum Tankboden. Gemeinsam mit einem in den Kraftstofftank eingefüllten Kraftstoff, welcher als Dielektrikum wirkt, bildet der bekannte kapazitive Kraftstoffsensor einen Kondensator, dessen vom Kraftstoff-Füllstand im Tank abhängige dielektrische Konstante im Betrieb des bekannten Kraftstoffsensors bestimmt und daraus die der bestimmten dielektrischen Konstante zugeordnete im Tank aufgenommene Kraftstoff-Füllmenge ermittelt wird.
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Der bekannte Tank weist zusätzlich zum bekannten kapazitiven Kraftstoff-Füllstandssensor einen kapazitiven Bezugssensor auf. Im Gegensatz zum Kraftstoff-Füllstandssensor, von welchem wenigstens bei nur teilweise gefülltem Kraftstofftank stets ein Abschnitt nicht in Kraftstoff eingetaucht ist, befindet sich der Bezugssensor mit seinen beiden Feldelektroden im Bereich des Tankbodens und ist nahezu unabhängig vom Füllstand des Kraftstofftanks dauerhaft vollständig von Kraftstoff umgeben. Vom kapazitiven Bezugssensor kann daher ein Referenzsignal erhalten werden, welches bei bekannter Gestalt des Bezugssensors eine Kalibration des Kraftstoff-Füllstandssensors bezüglich des aktuell in den Tank eingefüllten Kraftstoffs ermöglicht.
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Der bekannte kapazitive Kraftstoff-Füllstandssensor ist aufwendig herzustellen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fluidsensor anzugeben, welcher bei gleicher Zuverlässigkeit einfacher herzustellen ist.
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Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Fluidsensor zur impedanzbasierten Ermittlung einer Menge oder einer Qualität, wie Art, Zusammensetzung oder Reinheit, eines in der Umgebung des Sensors vorhandenen Fluids, wobei der Fluidsensor eine erste elektrisch leitfähige Elektrode umfasst, welche auf einem ersten extrudierten Substratbauteil aus elektrisch isolierendem, thermisch aushärtbarem Kunststoff angeordnet ist, und wobei der Fluidsensor eine zweite elektrisch leitfähige Elektrode umfasst, welche auf einem zweiten extrudierten Substratbauteil aus elektrisch isolierendem, thermisch aushärtbarem Kunststoff angeordnet ist, wobei jeweils eine elektrisch leitfähige Oberfläche sowohl der der ersten Elektrode als auch der zweiten Elektrode derart exponiert ist, dass sie vom Fluid in der Umgebung des Fluidsensors benetzbar ist.
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Durch die impedanzbasierte Ermittlung der Menge oder der Qualität eines den Fluidsensor umgebenden Fluids ist es erforderlich, dass im Betrieb des Fluidsensors ein Strom zwischen der ersten und der zweiten Elektrode durch das beide Elektroden benetzende Fluid fließen kann. Daher weist jede der elektrisch leitfähigen Elektroden wenigstens eine elektrisch leitfähige Oberfläche auf, welche zu der Umgebung der Elektrode hin exponiert ist. Dadurch kann ein in der Umgebung der Elektrode aufgenommenes Fluid die Oberfläche und damit die Elektrode benetzen, sodass ein Strom zwischen der Elektrode und dem Fluid fließen kann.
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Folglich ist die aus dem Stand der Technik bekannte Umhüllung des kapazitiven Füllstandssensors am vorliegenden impedanzbasierten Füllstandssensor nicht mehr erforderlich.
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Der vereinfachte Aufbau und damit die vereinfachte Herstellung des impedanzbasierten Fluidsensors im Vergleich zum bekannten kapazitiven Kraftstoff-Füllstandssensor bedingt gewisse Einschränkungen, denen der bekannte kapazitive Kraftstoff-Füllstandssensor nicht unterliegt. Damit nämlich zwischen den beiden Elektroden des impedanzbasierten Fluidsensors ein Strom fließen kann, muss das Fluid in der Umgebung des Fluidsensors in irgendeiner Weise elektrisch leitfähig sein. Elektrische Leitfähigkeit eines Fluid kann beispielsweise durch einen Ionengehalt des Fluids gegeben sein oder durch eine Polarität wenigstens eines Teils seiner Moleküle. So kann Wasser, selbst wenn es vollständig demineralisiert ist, aufgrund der Polarität seiner Moleküle und der daraus resultierenden bekannten Fähigkeit zur Bildung von Wasserstoffbrücken für einen ausreichenden Stromfluss zwischen den Elektroden sorgen. Kraftstoff, der in der Regel weder ionenhaltig noch polar ist, kann mit dem vorliegend vorgeschlagenen impedanzbasierten Fluidsensor nicht hinsichtlich seiner Menge oder Qualität erfasst werden.
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Der vorliegend vorgeschlagene Fluidsensor ist insbesondere zur Verwendung an einem Kraftfahrzeug gedacht, an welchem zahlreiche andere ausreichend leitfähige Fluide, insbesondere Flüssigkeiten, bereitgestellt sind, wobei eine Erfassung von deren Füllstand in einem Vorratsbehälter durch den vorgeschlagenen Fluidsensor von Interesse ist. So kann beispielsweise Waschflüssigkeit, wie Spritzwasserflüssigkeit zur Reinigung von Fahrzeugscheiben, Kühlflüssigkeit zur Abführung von Wärme von einer Brennkraftmaschine oder wässrige Harnstofflösung zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas, und dergleichen in ihrem jeweiligen Vorratsbehälter durch den vorgeschlagenen Fluidsensor hinsichtlich Menge oder/und Qualität erfasst werden.
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Durch die Extrusion kann in einfacher und kostengünstiger Weise ein Substratbauteil von beliebiger Länge hergestellt werden. Bevorzugt wird ein bezogen auf die spätere Einsatzlänge des Fluidsensors überlanges erstes und zweites Substratbauteil extrudiert und anschließend nach Bedarf abgelängt.
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Eine besonders leistungsfähige, weil eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisende erste oder/und zweite Elektrode kann durch einen Metallstreifen gebildet sein, etwa wegen dessen chemischer Beständigkeit bevorzugt aus nicht-rostendem Stahl.
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Besonders einfach kann ein Metallstreifen mit seiner Längsrichtung parallel zu der sich stets an einem extrudierten Bauteil abbildenden Extrusionsachse bzw. Extrusionsrichtung angeordnet sein. Daher ist gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die erste oder/und die zweite Elektrode aus einem längs der Extrusionsrichtung des sie tragenden Substratbauteils verlaufenden Metallstreifen gebildet.
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Grundsätzlich kann der Metallstreifen auf sein zugeordnetes Substratbauteil aufgeklebt oder sonst wie adhäsiv mit diesem verbunden sein. Einfacher und damit kostengünstiger kann die Anbringung des Metallstreifens auf seinem zugeordneten Substratbauteil dadurch erfolgen, dass die erste oder/und die zweite Elektrode als Metallstreifen parallel zu dem zugeordneten Substratbauteil während dessen Extrusion zugeführt und mit dem noch weichen oder noch nicht vollständig ausgehärteten Substratbauteil verbunden wird. Hierzu kann neben der Extrusionsdüse, aus welcher das Substratbauteil in der Extrusionsrichtung extrudiert wird, eine Öffnung vorgesehen sein, aus welcher der Metallstreifen von einem entsprechenden Vorrat, etwa einer Rolle, ausgegeben und auf das sich mit der Extrusionsgeschwindigkeit aus der Extrusionsdüse ausschiebende Substratbauteil aufgebracht wird. Die Zuführgeschwindigkeit des Metallstreifens entspricht dabei bevorzugt der Extrusionsgeschwindigkeit des Substratbauteils, sodass der Metallstreifen schlupffrei auf sein Substratbauteil aufgebracht werden kann.
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Bevorzugt ist das thermisch aushärtende Material des Substratbauteils ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere ein thermoplastisches Polyolefin. Es soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass das thermisch aushärtende Material des Substratbauteils ein zunächst pastöses Material ist, dessen Vernetzung oder sonstige Aushärtungsreaktion durch Änderung seiner Temperatur ausgelöst oder bewirkt wird und das nach einer einmal erfolgten Aushärtung nicht erneut thermisch erweicht werden kann.
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Eine Elektrode, welche eine geringere elektrische Leitfähigkeit als der zuvor beschriebene Metallstreifen aufweist, jedoch in eine größere Vielfalt von Querschnittsgestalten gebracht werden kann, kann aus einem thermisch aushärtenden Material gebildet sein, welches mit elektrisch leitfähigem Material gefüllt ist. Wiederum kann dieses thermisch aushärtende Material ein thermoplastischer Kunststoff sein, was bevorzugt ist, oder kann, wie oben beschrieben, ein durch Temperaturänderung einmalig vernetzendes Polymer sein.
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Daher kann die erste oder/und die zweite Elektrode, wie das sie tragende Substratbauteil, durch Extrusion gebildet sein. Denn unabhängig von ihrer Herstellungsart weist die erste oder/und die zweite Elektrode längs ihrer Längserstreckung bevorzugt eine konstante Querschnittsgestalt mit einer konstanten Querschnittsfläche auf, sodass ihre elektrischen Eigenschaften längs ihrer Längserstreckung konstant sind.
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Die erste oder/und die zweite Elektrode kann daher aus einem gemeinsam mit dem sie tragenden Substratbauteil koextrudierten und daher aus einem längs der Extrusionsrichtung des sie tragenden Substratbauteils verlaufenden Materialstreifen aus einem mit elektrisch leitfähigem Material gefülltem thermisch aushärtenden Material, insbesondere thermoplastischem Kunststoff, gebildet sein. Somit können die erste oder/und die zweite Elektrode und dass sie tragende erste bzw. zweite Substratbauteil in einem einzigen Verfahrensschritt einer Koextrusion erzeugt und miteinander verbunden werden.
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Der Vorteil der Verwendung von thermoplastischen Kunststoffen liegt darin, dass diese nach einem Aushärten erneut wieder angeschmolzen werden können, sodass ein aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildetes Bauteil mit einem aus einem kompatiblen Kunststoff gebildeten Bauteil thermisch gefügt, insbesondere verschweißt werden kann.
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Sofern die extrudierte Elektrode nicht bereits eine elektrisch leitende Oberfläche aufweist, was bei ausreichend hohem Füllgrad eines thermoplastischen Kunststoffs mit elektrisch leitfähigen Partikeln in der Regel nach der Extrusion von alleine der Fall ist, kann wenigstens eine Oberfläche bei Bedarf angeschliffen werden, um elektrisch leitfähige Partikel an der Oberfläche freizulegen.
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Aus der
DE 10 2006 005 529 A1 ist ein Kunststofftank für ein Kraftfahrzeug bekannt, dessen Tankwand zwei spritzgegossene, sich parallel erstreckende Elektroden als Füllstands-Sensor oder, um 90° gedreht, auch als Qualitäts-Fluidsensor offenbart. Die Elektroden sind aus mit elektrisch leitfähigen Partikeln gefülltem thermoplastischem Kunststoff hergestellt.
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Im Gegensatz zu den bekannten spritzgegossen Elektroden können die oben vorgeschlagenen extrudierten Elektroden aufgrund der gegenüber der Fließgeschwindigkeit beim Spritzgießen erheblich reduzierten Extrusionsgeschwindigkeit einen höheren Füllgrad an elektrisch leitfähigen Partikeln aufweisen. Eine extrudierte, insbesondere koextrudierte Elektrode weist vorzugsweise zwischen 40 Gew.-% und 70 Gew.-% elektrisch leitendes Füllmaterial auf. Mit dem höheren Füllgrad an elektrisch leitfähigen Partikeln ist eine höhere elektrische Leitfähigkeit des dadurch erzielten Bauteils gewährleistet.
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Grundsätzlich kann das Material der Elektroden auch mit elektrisch leitenden Fasern gefüllt sein. Eine Füllung mit einem elektrisch leitfähigen Pulver ist aus Gründen einer möglichst homogenen elektrischen Leitfähigkeit im Volumen der extrudierten Elektrode jedoch bevorzugt. Bevorzugt ist das thermisch aushärtende Material der ersten oder/und der zweiten Elektrode mit Graphitpulver gefüllt. Graphitpulver ist kostengünstig, lässt sich gut verarbeiten, insbesondere gut und homogen in eine erweichte Kunststoffmasse einmischen und ist problemlos am Markt verfügbar. Besonders bevorzugt ist das Material der ersten oder/und der zweiten Elektrode nur mit einem Pulver gefüllt und umfasst keine elektrisch leitfähigen Fasern als Füllmaterial.
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Um auch in elektrisch wenig leitfähigen Fluiden einen für eine Erfassung der Fluidmenge oder der Fluidqualität ausreichenden Stromfluss erzeugen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die erste und die zweite Elektrode mit aufeinander zu weisenden benetzbaren elektrisch leitfähigen Oberflächen angeordnet sind.
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Bevorzugt ist die elektrisch leitfähige Oberfläche die größte zur Umgebung der Elektrode freiliegende Oberfläche der Elektrode. Besonders bevorzugt sind alle zur Umgebung der Elektrode freiliegenden Oberflächen elektrisch leitfähig.
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Grundsätzlich soll nicht ausgeschlossen sein, dass die benetzbaren leitfähigen Flächen der ersten oder/und der zweiten Elektrode eine Flächengestalt aufweisen, welche eine betragsmäßig besonders große Oberfläche in einem verhältnismäßig geringen Raum bereitstellt. Beispielsweise kann daran gedacht sein, dass die erste oder/und die zweite Elektrode eine profilierte Elektrode mit einer profilierten elektrisch leitfähigen benetzbaren Oberfläche ist. Bei Betrachtung einer zur Extrusionsrichtung orthogonalen Schnittebene kann die Elektrode eine kammähnliche Querschnittsfläche aufweisen mit einer Basis, von welcher eine Mehrzahl von Vorsprüngen vorsteht, deren benetzbare Grenzflächen elektrisch leitfähig sind und gemeinsam die elektrisch leitfähige Oberfläche bilden. Zur Erzielung möglichst einheitlicher Stromflussbedingungen längs der Elektroden ist es jedoch bevorzugt, dass die beiden aufeinander zu weisenden benetzbaren elektrisch leitfähigen Flächen der ersten und der zweiten Elektrode wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, zueinander parallel sind.
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Grundsätzlich kann daran gedacht sein, das erste und das zweite Substratbauteil gesondert voneinander auszubilden und an einem Fluidtank anzuordnen. Beispielsweise kann jedes Substratbauteil für sich an einer Tankwand, insbesondere Tankseitenwand, befestigt werden. Beispielsweise kann ein aus thermoplastischem Kunststoff gebildetes Substratbauteil mit einer aus kompatiblem Kunststoff gebildeten Tankwand verschweißt sein, etwa durch Infrarot-, Ultraschall-, Spiegel- oder Laserschweißen. Eine bevorzugte eindeutige räumliche Anordnung der ersten und der zweiten Elektrode, insbesondere ihrer benetzbaren elektrisch leitfähigen Oberflächen, relativ zueinander kann dadurch erhalten werden, dass das erste und das zweite Substratbauteil unterschiedliche Abschnitte einer einstückigen extrudierten Substratanordnung sind. Beispielsweise kann die Substratanordnung ein extrudiertes Stangenmaterial mit zwei zueinander parallelen Schenkeln sein, wobei je ein Schenkel ein Substratbauteil bildet. Das Stangenmaterial kann in einer zur Extrusionsrichtung orthogonalen Schnittebene einen U-Querschnitt oder einen Doppel-T-Querschnitt aufweisen. Die beiden Schenkel als Substratbauteil sind durch einen weiteren Abschnitt des Substratbauteils miteinander verbunden. Als Substratbauteil trägt jeder von zwei Schenkeln je eine Elektrode.
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Da bevorzugt die erste und die zweite Elektrode, insbesondere ihre benetzbaren elektrisch leitfähigen Oberflächen, zueinander parallel ausgerichtet sind, kann diese bevorzugte Ausrichtung einfach und wirkungsvoll dadurch erzielt werden, dass die Schenkel der Substratanordnung wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, zueinander parallel sind und durch einen Basisabschnitt der Substratanordnung miteinander verbunden sind.
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Die Verwendung eines mit elektrisch leitfähigem Material, insbesondere Pulvermaterial, gefüllten thermoplastischen Kunststoffs, zur Bildung einer elektrisch leitfähigen Elektrode hat den weiteren technischen Vorteil, dass an einer derart gebildeten Elektrode mit geringem Aufwand ein Anschlussbauteil zum Anschluss der elektrisch leitfähigen Elektrode an eine elektrische Leitung angeordnet werden kann. Beispielsweise kann in eine solche Elektrode ein elektrisch leitendes Anschlussbauteil, insbesondere aus Metall, eingebracht, also beispielsweise eingedrückt, eingepresst oder eingedreht, insbesondere eingeschraubt, sein. Somit kann der Fluidsensor ein in den mit elektrisch leitfähigem Material gefüllten thermoplastischen Kunststoff eingepresstes oder eingeschraubtes elektrisch leitendes Anschlussbauteil aufweisen. Das Anschlussbauteil kann in seinem in den elektrisch leitfähigen Kunststoff der Elektrode eingebrachten Ankerabschnitt eine Auszugsicherung aufweisen, welche ein Herausziehen des Anschlussbauteils aus der Elektrode verhindert. Diese Auszugsicherung kann bei einem eingeschraubten Anschlussbauteil das Gewinde sein oder kann bei einem translatorisch eingebrachten Anschlussbauteil eine Sägezahnkontur oder ein Tannenbaumprofil sein. Bevorzugt sichert der Ankerabschnitt mit seiner Auszugsicherung das Anschlussbauteil formschlüssig gegen ein Herausziehen aus der Elektrode. Bevorzugt ist das Anschlussbauteil in einer Montagefläche eingebracht, welche quer, insbesondere orthogonal, zur Extrusionsrichtung orientiert ist.
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Der vorstehend beschriebene Fluidsensor kann mit weiteren Bauteilen zu einer Fluidsensoranordnung vormontiert sein. Eine solche Fluidsensoranordnung weist bevorzugt einen Sensorträger auf, welcher einen als Füllstands-Fluidsensor ausgebildeten Fluidsensor trägt oder/und welcher einen als Qualitäts-Fluidsensor ausgebildeten Fluidsensor trägt. Sowohl der Füllstands-Fluidsensor als auch der Qualitäts-Fluidsensor sind bevorzugt wie oben beschrieben ausgebildet. Der Qualitäts-Fluidsensor ist bevorzugt aus demselben Extrusionsmaterial gebildet wie der Füllstands-Fluidsensor und weist lediglich in Extrusionsrichtung eine geringere Länge auf. Bevorzugt ist der Füllstands-Fluidsensor wenigstens 5 mal, besonders bevorzugt wenigstens 8 mal, noch stärker bevorzugt wenigstens 10 mal so lang wie der Qualitäts-Füllstandssensor. Während es bei dem Füllstands-Fluidsensor beabsichtigt ist, dass die in Extrusionsrichtung zu messende Länge seines von einer ihn umgebenden Flüssigkeit benetzten Abschnitts abhängig vom Füllgrad des Behälters ist, an welchem der Füllstands-Fluidsensor eingesetzt ist, ist der Qualitäts-Fluidsensor bevorzugt derart bemessen, dass er möglichst unabhängig vom Füllgrad des Behälters dauerhaft vollständig in der ihn umgebenden Flüssigkeit eingetaucht ist. Der Sensorträger kann einen Teil einer Tankwand, vorzugsweise eines Tankbodens, eines Tanks bilden, an welchem die Fluidsensoranordnung angeordnet ist. Die Fluidsensoranordnung kann durch eine Öffnung in der Tankwand eingeführt werden und die Öffnung kann mit dem Sensorträger verschlossen werden.
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Am Sensorträger kann eine elektrische oder elektronische Schaltbaugruppe zur Einleitung eines sich zeitlich verändernden Stroms in eine Elektrode eines Fluidsensors oder/und zur Erfassung eines in der jeweils anderen Elektrode des Fluidsensors angeordnet sein. Zur impedanzbasierten Ermittlung der Menge oder der Qualität eines Fluids wird wenigstens eine der beiden Elektroden mit einem sich zeitlich verändernden Strom versorgt, beispielsweise mit einem zeitlichen Rechteck-, Sinus- oder Sägezahnmuster im Stromverlauf. Bevorzugt ist der wenigstens eine der beiden Elektroden eingeleitete Strom zeitlich periodisch sich ändernd.
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Mit dem oben beschriebenen Fluidsensor wurde auch sein Herstellungsverfahren beschrieben, welches die folgenden Schritte umfasst:
- - Extrusion eines thermisch erhärtbaren Kunststoffs als ein Substratbauteil,
- - gleichzeitiges Zuführen einer elektrisch leitfähigen Elektrode zum extrudierten Substratbauteil und
- - Verbinden von Substratbauteil und Elektrode miteinander.
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Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind oben bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung des Fluidsensors selbst beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung mit nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
- 1 ein Tank im schematischen Teilquerschnitt mit einer Fluidsensoranordnung mit einem erfindungsgemäßen Fluidsensor bei Betrachtung in Richtung des Pfeils I von 2,
- 2 der Tank von 1 im schematischen Teilquerschnitt bei Betrachtung in Richtung des Pfeils II von 1,
- 3 eine schematische perspektivische Ansicht der Fluidsensoranordnung der 1 und 2,
- 4A eine grobschematische Vorderansicht eines in eine extrudierte Elektrode eingedrückten Anschlussbauteils, und
- 4B eine grobschematische Seitenansicht des in eine extrudierte Elektrode eingedrückten Anschlussbauteils von 4A.
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In 1 ist ein Flüssigkeitstank zur Aufnahme einer Betriebsflüssigkeit an einem Kraftfahrzeug allgemein mit 10 bezeichnet. Der Tank 10 weist eine Tankwand 12 auf, welche ein Tankvolumen 14 im Inneren des Tanks 10 nach außen begrenzt.
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Der Tank 10 kann aus thermoplastischem Kunststoff blasgeformt sein oder kann aus mehreren spritzgegossenen Tankschalen gefügt sein. Auch im letztgenannten Fall ist die Tankwand 12 aus thermoplastischem Kunststoff gebildet.
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Eine Linie 16 in 1 deutet die maximale Füllhöhe an, bis zu welcher Flüssigkeit im Tankvolumen 14 des Tanks 10 aufgenommen werden kann.
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An der Tankwand 12, genauer am Tankboden 18, ist eine Fluidsensoranordnung 20 aufgenommen, mit einem Sensorträger 22, welcher einen Füllstands-Fluidsensor 24 und einen besser in 3 zu erkennenden Qualitäts-Fluidsensor 26 trägt.
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Der Füllstands-Fluidsensor 24 erstreckt sich vom Sensorträger 22 bis etwa zu der durch die Linie 16 angedeuteten maximalen Füllhöhe, sodass die von im Tankvolumen 14 aufgenommener Flüssigkeit benetzte Länge des Füllstands-Fluidsensors 24 für alle ordnungsgemäß im Tank 10 aufgenommenen Füllmengen etwa der jeweils aktuellen Füllhöhe der Flüssigkeit im Tankvolumen 14 entspricht oder eine linear-proportionale Funktion derselben ist.
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Der Qualitäts-Fluidsensor 26 ist identisch wie der Füllstands-Fluidsensor 24 aufgebaut. Lediglich die Erstreckungslänge des Qualitäts-Fluidsensors 26 längs der Extrusionsachse E der Fluidsensoren 24 und 26 ist beim Qualitäts-Fluidsensor 26 wesentlich kürzer als beim Füllstands-Fluidsensor 24. Der Qualitäts-Fluidsensor 26 kragt derart kurz vom Sensorträger 22 aus, dass der Qualitäts-Fluidsensor 26 außer bei vollständiger Entleerung des Tanks 10 für die meisten im Tankvolumen 14 aufgenommenen Flüssigkeitsmengen vollständig in die jeweils aufgenommene Flüssigkeitsmenge eingetaucht ist.
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Von jedem der Fluidsensoren 24 und 26 wird ein von der Impedanz des jeweiligen Fluidsensors und der ihn benetzenden Flüssigkeit abhängiges Signal ausgegeben.
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Da die Benetzungssituation des Füllstands-Fluidsensor 24 vom Füllstand der in den Tank 10 eingefüllten Flüssigkeitsmenge 14 abhängt, ergibt der Füllstands-Fluidsensor 24 ein vom Füllstand des Tanks 10 abhängiges Signal aus.
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Da der Qualitäts-Fluidsensor 26 in den allermeisten Fällen, in welchen Flüssigkeit im Tankvolumen 14 des Tanks 10 aufgenommen ist, vollständig von der aufgenommenen Flüssigkeit benetzt ist, gibt der Qualitäts-Fluidsensor 26, sofern eine Mindestmenge an Flüssigkeit im Tank 10 aufgenommen ist, ein Erfassungssignal aus, welches nur von der aufgenommenen Flüssigkeit selbst abhängt, etwa von ihrer elektrischen Leitfähigkeit. Daher kann das Signal des Qualitäts-Fluidsensors 26 zur Bestimmung der Reinheit oder/und der Art oder/und der Zusammensetzung der im Tank 10 aufgenommenen Flüssigkeit verwendet werden, etwa durch Vergleich des vom Qualitäts-Fluidsensor 26 ausgegebenen Signals mit Referenzsignalen, die in einem Datenspeicher einer Steuervorrichtung, beispielsweise in einer Steuervorrichtung 27, abgespeichert sind und denen dort durch vorherige Kalibration eine entsprechende Information zugeordnet ist.
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Mit der durch die Signale des Qualitäts-Fluidsensors 26 erhaltenen Qualitätsinformation kann nicht nur bestimmt werden, ob der Tank mit einer zur Speicherung durch den Tank bestimmten Betriebsflüssigkeit befüllt ist oder ob eine Fehlbefüllung vorliegt, sondern auch, ob die eingefüllte korrekte Betriebsflüssigkeit ausreichend rein und frei von unerwünschten Verschmutzungen vorliegt. Die Signale des Qualitäts-Fluidsensors 26 können außerdem zur Erhöhung der Genauigkeit der Füllstandserfassung durch den Füllstands-Fluidsensor 24 herangezogen werden, dessen Signale zusätzlich zur Füllhöhe der Flüssigkeit im Tankvolumen 14 auch von der Qualität der eingefüllten Flüssigkeit abhängen.
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Die Fluidsensoren 24 und 26 sind als Stangenmaterial koextrudiert, und zwar längs der Extrusionsachse E. Bei der Koextrusion der Elektroden 36 und 38 und der Substratanordnung 28 verlässt also das extrudierte Stangenmaterial längs der Extrusionsachse E die Extrusionsmatrize als Quasi-Endlosmaterial. Nach der Extrusion wird das Stangenmaterial auf die benötigten individuellen Längen für die Fluidsensoren 24 und 26 abgelängt.
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Da die Fluidsensoren 24 und 26 aus demselben extrudierten Stangenmaterial gebildet sind, genügt nachfolgend die Beschreibung nur eines Fluidsensors, die auch für den anderen Fluidsensor gilt. Wegen der leichteren Erkennbarkeit wird nachfolgend der größere Füllstands-Fluidsensor 24 näher beschrieben werden.
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In der Ansicht von 1 blickt man seitlich auf die Substratanordnung 28 des Füllstands-Fluidsensors 24.
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Die Blickrichtung auf den Tank 10 ist in 2 um etwa 90° gedreht. Man blickt nicht seitlich auf die U-förmige Substratanordnung 28 des Fluidsensors 24, sondern man blickt parallel zu den Schenkeln 30 und 32 auf den die Schenkel 30 und 32 verbindenden Basisabschnitt 34 der Substratanordnung 28.
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Auf den zueinander weisenden Seiten der Schenkel 30 und 32, die Substratbauteile gemäß der vorstehenden Beschreibungseinleitung sind, sind jeweils eine elektrisch leitfähige Elektrode 36 bzw. 38 mit elektrisch leitfähigen freiliegenden Oberflächen 36a und 38a durch Koextrusion mit der Substratanordnung 28 angeordnet.
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Die Substratanordnung 28 und die Elektroden 36 und 38 umfassen denselben thermoplastischem Kunststoff, beispielsweise Polypropylen, sodass sie bei gemeinsamer Extrusion problemlos stoffschlüssig mit einander verbunden werden können. Der Kunststoff der Elektroden 36 und 38 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel bevorzugt mit Graphitpulver gefüllt, und zwar mit einem Mengenanteil von 40 bis 60 Gew.-%.
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In 3 ist die Fluidsensoranordnung 20 in schematischer perspektivischer Darstellung mit, verglichen mit 1 und 2, verbesserter Detailtiefe dargestellt. Da, wie oben bereits dargelegt, die Fluidsensoren 24 und 26 ausgehend vom selben extrudierten Stangenmaterial gebildet sind, sind identische Abschnitte des extrudierten Stangenmaterials des Qualitäts-Fluidsensors 26 mit gleichen Bezugszeichen versehen wie die bereits erläuterten Abschnitte des exponierten Stangenmaterials des Füllstands-Fluidsensors 24.
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Die Fluidsensoren 24 und 26 sind am Sensorträger 22 in Ausnehmungen eingesetzt, welche eine komplementäre Umrissgestalt aufweisen wie die Fluidsensoren 24 und 26. Die Fluidsensoren 24 und 26 sind mit dem Sensorträger 22 bevorzugt stoffschlüssig verbunden, etwa durch Kleben oder Schweißen. Der zwischen den Fluidsensoren 24 und 26 und den Ausnehmungen im Sensorträger 22 gebildete Spalt kann mit einem Dichtungsmaterial 40 abgedichtet sein. Der Verlauf des Dichtungsmaterials 40 zeigt den Verlauf des zwischen den Fluidsensoren 24 und 26 einerseits sowie den sie aufnehmenden Ausnehmungen im Sensorträger 22 andererseits gebildeten Spalts. Die Fluidsensoren 24 und 26 durchsetzen den Sensorträger 22 in Dickenrichtung vollständig, sodass die Elektroden 36 und 38 von außerhalb des Tanks 10 zugänglich sind.
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Am Sensorträger 22 ist auf der zum Tankvolumen hinweisenden Seite, auf welche der Betrachter von 3 blickt, ein Temperatursensor 42 angeordnet, welcher die Temperatur der im Tankvolumen 14 aufgenommenen Betriebsflüssigkeit erfasst und an eine Steuereinrichtung weitergibt.
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Der Sensorträger 22 weist eine Überlappfläche 44 auf, welche mit der Tankwand 12 im fertig montierten Zustand des Tanks unter Zwischenanordnung einer Dichtung oder von fluidisch aufgetragenem und dann ausgehärtetem Dichtungsmaterial fluiddicht überlappt.
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Der Anordnungsbereich der Fluidsensoren 24 und 26 sowie des Temperatursensors 42 ist von einem in das Tankvolumen 14 hinein vorstehenden Kragen 44 eingefasst.
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Zur Aussteifung der Fluidsensoren 24 und 26, insbesondere des längeren Füllstands-Fluidsensors 24 sind an den nicht von Elektroden belegten Außenflächen der Substratanordnung 28 Versteifungsrippen 46 und 48 ausgebildet. Die Versteifungsrippen 46 und die randseitigen Versteifungsrippen 48 am freien Längsende der parallelen Schenkel 30 und 32 der U-förmigen Substratanordnung 28 sind einstückig mit der übrigen Substratanordnung beim Extrudieren erzeugt.
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Die 4A und 4B zeigen ein Anschlussbauteil 50, dessen Ankerabschnitt 52 in die Elektroden 36 und 38, im dargestellten Beispiel in die Elektrode 36, eingedrückt sind.
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Der Ankerabschnitt 52 weist eine Spitze 54 auf, welche aufgrund ihrer Keilwirkung das Eindrücken des Ankerabschnitts 52 in die Elektrode 36 erleichtert. Sägezahnformationen 56 an beiden Seiten des im Wesentlichen ebenen Ankerabschnitts 52 und insgesamt ebenen Anschlussbauteils 50 dienen als Auszugsicherung gegen ein Herausziehen des Anschlussbauteils 50 aus der Elektrode 36.
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Außerhalb der Elektrode 36 verbleibt ein Anschlussabschnitt 58, an welchen eine elektrische Leitung angeschlossen werden kann, etwa durch Anlöten oder durch Aufschieben eines Kontaktschuhs.
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4B zeigt, dass das beispielhaft dargestellt das Anschlussbauteil 50 ein flächiges Anschlussbauteil ist, d. h. es weist eine wesentlich kleinere Dickenabmessung auf als eine Längen- und Breitenabmessung.
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Anstelle eines eingedrückten oder eingepressten Anschlussbauteils kann auch ein Anschlussbauteil in eine Elektrode eingedreht, insbesondere eingeschraubt sein.
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Im Sensorträger 22 kann die oben genannte Steuervorrichtung 27 aufgenommen sein (s. 2), welche der in der Beschreibungseinleitung genannten elektronischen Schaltbaugruppe entspricht. Diese kann signalübertragungsmäßig mit den Elektroden 36 und 38 verbunden sein und einen Strom in eine der beiden Elektroden einspeisen oder/und ein Stromsignal von wenigstens einer der beiden Elektroden erfassen und verarbeiten oder an eine übergeordnete Steuervorrichtung weiterleiten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/084940 A2 [0002]
- DE 102006005529 A1 [0021]
