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Die Erfindung geht aus von einer
Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Vorrichtung
zur Messung eines Füllstandes
aus der
DE 199 42
378 A1 bekannt, bei der ein Ultraschallwandler außerhalb eines
Kraftstoffbehälters
nahe einem Ende eines zwischen einem Behälterboden und einer Deckenwandung
vorgesehenen Schallführungskanals
angeordnet ist. Der Ultraschallwandler sendet Ultraschallwellen
in den Schallführungskanal,
wobei die Ultraschallwellen an einem Flüssigkeitsspiegel reflektiert werden.
Die reflektierten Ultraschallwellen werden von dem Ultraschallwandler
empfangen und in einer Auswerteeinheit ausgewertet. Aus einer Laufzeit
der Ultraschallwellen wird ein Füllstand
ermittelt. Nachteilig daran ist, dass ein niedriger Füllstand
nahe dem Behälterboden
nicht mehr gemessen werden kann, da die Laufzeit der ausgesendeten
Ultraschallwelle bei niedrigem Füllstand
so kurz ist, daß die
ausgesendete Ultraschallwelle noch nicht abgeklungen ist bevor die
reflektierte Ultraschallwelle bereits zurückkommt. Die Vorrichtung weist
somit einen vergleichsweise hohen minimal meßbaren Füllstand auf.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung
eines Füllstandes
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß auf
einfache Art und Weise eine Verbesserung dahingehend erzielt wird,
daß trotz
der Möglichkeit
der Messung auch kleinster Füllstandshöhen eine
einfache Anordnung der Vorrichtung im Behälter möglich ist, da die erfindungsgemäße Vorrichtung
an einer in den Behälter
ragenden Flüssigkeitsfördereinrichtung
angeordnet ist. Dadurch müssen
die Hersteller von Behältern
keine Halterungen mehr für
die Befestigung von Vorrichtungen zur Messung eines Füllstandes
in oder an dem Behälter
vorsehen. Die Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung an der Flüssigkeitsfördereinrichtung
ist wesentlich kostengünstiger
und einfacher als die Montage an dem Behälter.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes möglich.
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Vorteilhaft ist es, den Schallführungskanal und/oder
den Ultraschallwandler an einem Außenumfang der Flüssigkeitsfördereinrichtung
anzugießen,
anzukleben, anzuschweißen,
anzuclipsen oder anzuschrauben, da dies besonders kostengünstige Verbindungen
sind.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn der
Schallführungskanal
im Anschluß an
den Vorlaufbereich wenigstens eine Biegung mit einer Umlenkung und wenigstens
einen geraden Bereich mit einem Kanalsteigungswinkel aufweist, da
auf diese Weise die Laufzeit der ausgesendeten Schallimpulse an
die Geometrie des jeweiligen Behälters
angepaßt
werden kann. Dies ist notwendig, da die heutigen Behälter sehr
unterschiedlich konstruiert sind. Aus der Laufzeit des Schallimpulses
wird der Füllstand
bestimmt und mittels einer in einer Auswerteeinheit gespeicherten
Kennlinie auf ein Füllvolumen
geschlossen. Abhängig
von der Geometrie des Behälters kann
sich eine ungünstige
große
Steigung der Kennlinie ergeben. Die große Steigung der Kennlinie bedeutet
eine niedrige Empfindlichkeit der Messung des Füllstandes, da eine geringe Änderung
der Laufzeit des Schallimpulses eine große Änderung des Füllvolumens
bedeutet. Bei einer großen
Steigung der Kennlinie ist ein Intervall der Laufzeit vom minimal
meßbaren
Füllstand
bis zum maximalen Füllstand
klein, so daß die
Empfindlichkeit der Messung und damit die Meßgenauigkeit geringer ist.
Durch Variation der Anzahl der Biegungen und der Anzahl der geraden
Bereiche, des Winkels der Umlenkung an der jeweiligen Biegung und
durch Variation des Kanalsteigungswinkels des jeweiligen geraden
Bereichs des Schallführungskanals
ist es beispielsweise möglich,
die Laufzeit der ausgesendeten Schallimpulse und damit die Steigung
der Kennlinie so anzupassen, daß sich
möglichst über den
gesamten Bereich des Füllvolumens
eine hohe Empfindlichkeit und damit niedrige Steigung der Kennlinie
ergibt. Besonders bei niedrigen Füllständen ist eine hohe Empfindlichkeit
erforderlich, damit ein Fahrer eines Kraftfahrzeugs eine genaue
und zuverlässige
Füllstandsanzeige
bekommt.
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Darüber hinaus vorteilhaft ist,
einen Ultraschallwandler einzusetzen, der Sender und Empfänger und
damit besonders kostengünstig
ist und die Vorrichtung vereinfacht.
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Vorteilhaft ist, wenn der Schallführungskanal wenigstens
eine Referenzreflektionsfläche
aufweist, da auf diese Weise Störeinflüsse, wie
beispielsweise die die Schallgeschwindigkeit und damit die Laufzeit der
Schallimpulse beeinflussende Temperatur der Flüssigkeit, nachträglich in
einer Auswerteeinheit kompensiert werden können.
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Desweiteren vorteilhaft ist es, wenn
der Schallführungskanal
wenigstens zwei Öffnungen
aufweist, damit Flüssigkeit
in den Schallführungskanal einströmen und
sich der gleiche Füllstand
wie in dem Behälter
einstellen kann. Durch diese Öffnungen
ist ein Druckausgleich zwischen dem Schallführungskanal und dem Behälter sichergestellt.
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Vorteilhaft ist, wenn der an der
Flüssigkeitsfördereinrichtung
vorgesehene Schallführungskanal an
seinem oberen Ende einen flexiblen Abschnitt aufweist, damit er
sich in der Länge
an den veränderlichen
Abstand zwischen einer Deckenwandung und einem Behälterboden
des Behälters
anpassen kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert. 1 zeigt eine Flüssigkeitsfördereinrichtung
mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Messung eines Füllstandes
in einem Behälter
eines Kraftfahrzeugs, 2 eine
Flüssigkeitsfördereinrichtung
mit einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einem mehrere Biegungen aufweisenden Schallführungskanal und 3 eine Kennlinie, die das
Füllvolumen des
Behälters
als Funktion der Laufzeit darstellt.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine Flüssigkeitsfördereinrichtung,
beispielsweise eine Kraftstofffördereinrichtung, mit
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Messung eines Füllstandes in
einem Behälter,
beispielsweise einem Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeugs.
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Die Vorrichtung kann den Füllstand
und das Füllvolumen
des Kraftstoffs in dem Kraftstoffbehälter messen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus
einem Schallführungskanal 2 und
einem Ultraschallwandler 3. Der Schallführungskanal 2 und
der Ultraschallwandler 3 sind an einer Flüssigkeitsfördereinrichtung 6,
beispielsweise einer Kraftstofffördereinrichtung 6,
angeordnet, die in einen Behälter 1, beispielsweise
in einen Kraftstoffbehälter 1,
eingesetzt ist.
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Die Kraftstofffördereinrichtung 6 weist
wenigstens eine Kraftstoffpumpe auf, beispielsweise eine Elektrokraftstoffpumpe.
Sie kann aber auch weitere Komponenten, wie beispielsweise Filterelemente,
Druckregler und Rückschlagventile
enthalten.
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Eine Kraftstofffördereinrichtung ist beispielsweise
in der
DE 44 35 508
A1 und in der
DE
196 17 496 C2 veröffentlicht,
wobei die Inhalte dieser Anmeldungen ausdrücklich Teil der Offenbarung
der vorliegenden Anmeldung sein sollen.
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In dem Kraftstoffbehälter 1 befindet
sich als Flüssigkeit
Kraftstoff bis zu einem Füllstand 4.
Der Kraftstoff in dem Kraftstoffbehälter 1 hat ein Füllvolumen
V. Auf der Höhe
des Füllstands 4 befindet
sich der Kraftstoffspiegel 5 als Grenzfläche zwischen Kraftstoff
und einem darüber
liegenden Leervolumen 8, das mit einem Gasgemisch beispielsweise
bestehend aus Luft und verflüchtigtem
Kraftstoff ausgefüllt ist.
Der Kraftstoffbehälter 1 kann
eine beliebige Form haben und beispielsweise als Satteltank oder
Mehrkammertank ausgebildet sein.
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Der Ultraschallwandler 3 ist
an einem unteren Ende 7 der Kraftstofffördereinrichtung 6 an
einem Außenumfang
angeordnet. Der Ultraschallwandler 3 ist beispielsweise
an der Außenwand
der Kraftstofffördereinrichtung 6 angegossen,
angeklebt, angeclipst, angeschweißt oder angeschraubt. An den
Ultraschallwandler 3 schließt sich ein Vorlaufbereich 11 des
Schallführungskanals 2 unmittelbar
an. Der Schallführungskanal 2 ist
an dem Ultraschallwandler 3 beispielsweise angegossen,
angeklebt, angeclipst oder angeschweißt.
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Der Schallführungskanal 2 verläuft von
dem Ultraschallwandler 3 ausgehend in dem Vorlaufbereich 11 beispielsweise
geradlinig in gleicher horizontaler Richtung wie ein Behälterboden 12 des
Kraftstoffbehälters 1.
Der Vorlaufbereich 11 kann aber auch geschlungen mit Biegungen
oder schräg
mit einer Steigung vorgesehen sein. Der Schallführungskanal 2 weist
an den Vorlaufbereich 11 anschließend einen Meßrohrbereich 16 auf.
Der Meßrohrbereich 16 weist
an den Vorlaufbereich 11 anschließend eine erste Biegung 15 mit
einem Biegeradius 14 und einer Umlenkung 13 auf.
Die Umlenkung 13 beträgt
beispielsweise neunzig Grad, kann aber auch kleiner oder größer neunzig
Grad betragen. Unter der Umlenkung 13 wird im Folgenden
immer ein Winkel verstanden. An die erste Biegung 15 des
Meßrohrbereichs 16 anschließend verläuft der
Meßrohrbereich 16 beispielsweise
geradlinig in Richtung einer Deckenwandung 9 des Kraftstoffbehälters 1.
Der Meßrohrbereich 16 kann
neben der ersten Biegung 15 mit beliebig vielen weiteren
Biegungen 27 (2)
versehen sein.
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Nahe an den zwei Enden des Schallführungskanals 2 ist
jeweils eine Öffnung 17 in
der Wandung des Schallführungskanals 2 angeordnet.
Es kann aber auch eine Vielzahl von Öffnungen 17 vorgesehen
sein, die über
die gesamte Länge
des Schallführungskanals 2 verteilt
angeordnet sind und gleichzeitig als Filter wirken und keine Verunreinigungen
in den Schallführungskanal 2 einströmen lassen. Die Öffnungen 17 können beispielsweise
rund, oval, rechteckig oder vieleckig sein. In dem Schallführungskanal 2 befindet
sich Kraftstoff bis zu einem Füllstand 4.1.
Auf der Höhe
des Füllstands 4.1 befindet
sich im Schallführungskanal 2 der
Kraftstoffspiegel 5.1 als Grenzfläche zwischen Kraftstoff und
einem darüber
liegenden Leervolumen 8.1, das mit einem Gasgemisch beispielsweise
bestehend aus Luft und verflüchtigtem
Kraftstoff ausgefüllt
ist.
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Der Schallführungskanal 2 bestehend
aus Vorlaufbereich 11 und Meßrohrbereich 16 ist
beispielsweise einteilig ausgeführt
und beispielsweise aus Kunststoff hergestellt, kann aber auch aus
Metall sein.
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Der Ultraschallwandler 3 soll
möglichst
nahe an der Innenseite des Behälterbodens 12 liegen.
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Innerhalb des Schallführungskanals 2 ist eine
Referenzreflektionsfläche 19 vorgesehen,
die beispielsweise eben ist und quer teilweise in den Schallführungskanal 2 hineinragt.
Die Referenzreflektionsfläche 19 kann
aber auch uneben sein und in beliebiger Richtung teilweise in den
Schallführungskanal 2 hineinragen.
Sie ist beispielsweise einteilig mit dem Schallführungskanal 2 verbunden.
Die Referenzreflektionsfläche 19 kann
beispielsweise auch ein in den Schallführungskanal 2 hineinragender
und als Öffnung 17 dienender
Kanal sein, der einen Schallimpuls reflektiert. Es können auch
mehrere Referenzreflektionsflächen 19 im
Schallführungskanal 2,
sowohl im Vorlaufbereich 11 als auch im Meßrohrbereich 16,
angeordnet sein.
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Durch die Öffnungen 17 kann Kraftstoff
in den Schallführungskanal 2 hinein
bzw. aus dem Schallführungskanal 2 heraus
strömen.
Dies geschieht, sobald der Füllstand 4 und
der Füllstand 4.1 unterschiedlich
hoch sind. Ist der Füllstand 4 höher als
der Füllstand 4.1,
beispielsweise nach einem Betanken des Kraftstoffbehälters 1,
strömt
Kraftstoff durch die unterhalb des Kraftstoffspiegels 5 liegenden Öffnungen 17 in
den Schallführungskanal 2.
Ist der Füllstand
4.1 höher als
der Füllstand 4,
beispielsweise durch den Verbrauch an Kraftstoff durch eine Brennkraftmaschine,
strömt
umgekehrt Kraftstoff aus dem Schallführungskanal 2 in den
Kraftstoffbehälter 1.
Durch den Kraftstoffaustausch zwischen dem Kraftstoffbehälter 1 und
dem Schallführungskanal 2 stellt
sich aber immer nach einer gewissen Zeit ein Gleichgewicht mit gleich
hohen Füllständen 4 und 4.1 ein,
solange der Füllstand 4 oberhalb
der in Bezug zum Behälterboden 12 untersten Öffnung 17 liegt. Der
in den Schallführungskanal 2 einfließende Kraftstoff
verdrängt
mit seinem Volumen Gas, das durch die Öffnungen 17, die oberhalb
des Kraftstoffspiegels 5 liegen, aus dem Schallführungskanal 2 in
den Kraftstoffbehälter 1 ausströmt. Umgekehrt
strömt
auch Gas durch die oberhalb des Kraftstoffspiegels 5 liegenden Öffnungen 17 in
den Schallführungskanal 2 ein,
wenn Kraftstoff aus dem Schallführungskanal 2 ausströmt. Durch
die Öffnungen 17 erfolgt
somit ein Druckausgleich zwischen Kraftstoffbehälter 1 und Schallführungskanal 2 sowohl
in Bezug auf den flüssigen
Kraftstoff als auch auf das Gas.
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Sinkt der Kraftstoffspiegel 5 unter
die in Bezug zum Behälterboden 12 unterste Öffnung 17, kann
kein Kraftstoff mehr in den Schallführungskanal 2 einfließen.
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Der Schallführungskanal 2 verringert
bzw. dämpft
die durch Schwappbewegungen hervorgerufenen Änderungen des Füllstands 4.1,
da sich der Füllstand 4.1 durch
Kraftstoffaustausch zwischen dem Kraftstoffbehälter 1 und dem Schallführungskanal 2 mittels
der Öffnungen 17 dem
Füllstand 4 erst zeitverzögert und
allmählich
anpaßt.
Auf diese Weise wird erreicht, daß das gemessene Füllvolumen
V des Kraftstoffes durch Schwappbewegungen im Kraftstoffbehälter 1,
die beispielsweise bei Kurvenfahrten oder bei Beschleunigung eines
Kraftfahrzeugs auftreten können,
weniger stark verfälscht
wird als bei herkömmlichen
Vorrichtungen.
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Der Ultraschallwandler 3 ist
beispielsweise ein Impuls-Echo-Sensor,
der getaktet kurze Schallimpulse erzeugt und aussendet und eine
Laufzeit t zwischen dem Zeitpunkt des Aussendens des Impulses und
dem Zeitpunkt des Wiederkehrens des reflektierten Schallimpulses,
des sogenannten Echos, mißt. Es
kann aber auch ein anderer Sensor eingesetzt werden, der beispielsweise
kontinuierlich Schallwellen erzeugt: und aussendet, wobei hier nicht
die Laufzeit t ermittelt, sondern eine Phasenverschiebung zwischen
den ausgesendeten und reflektierten Schallwellen gemessen wird.
Der Ultraschallwandler 3 ist beispielsweise gleichzeitig
Sender und Empfänger.
Es kann aber auch ein Ultraschallwandler eingesetzt werden, bei
dem Sender und Empfänger
räumlich
getrennt sind.
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Der von dem Ultraschallwandler 3 erzeugte Schallimpuls
mit einer vorbestimmten Intensität überträgt sich
hauptsächlich
auf den Kraftstoff in dem Schallführungskanal 2. Der
Schallimpuls breitet sich in dem Kraftstoff mit einer Schallgeschwindigkeit
in der Richtung des Schallführungskanals 2 aus,
wird geleitet durch die Kanalwandung 22 des Schallführungskanals 2,
trifft schließlich
auf den Kraftstoffspiegel 5.1 und wird dort reflektiert.
Der reflektierte Schallimpuls bewegt sich nun mit Schallgeschwindigkeit
in Richtung des Schallhührungskanals 2 in
entgegengesetzter Richtung zurück
zum Ultraschallwandler 3, der den reflektierten Schallimpuls
detektiert und die Laufzeit t des Schallimpulses registriert.
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Wichtige ist, daß die Laufzeit t des Schallimpulses
nicht zu kurz ist und der reflektierte Schallimpuls schon nach zu
kurzer Zeit wieder am Ultraschallwandler 3 ankommt, da
dann der Ultraschallwandler 3 mit seiner charakteristischen
Ausschwingdauer noch von dem zuletzt erzeugten Schallimpuls ausschwingt
und noch nicht für
die Detektion des Echos bereit ist. Um die Laufzeit aber gerade
bei niedrigen Füllständen 4 zu
verlängern,
ist bei dem Schallführungskanal 2 der
horizontal bzw. waagerecht verlaufende Vorlaufbereich 11 vorgesehen,
der den Weg des Schallimpulses bis zu dem Kraftstoffspiegel 5.1 verlängert. Durch
den Vorlaufbereich 11 reicht die Laufzeit t aus, die ein
Schallimpuls für
das Durchlaufen des Schallführungskanals 2 bis
zu einem minimalen Füllstand 4,
der gerade noch meßbar
ist, und zurück
zum Ultraschallwandler 3 benötigt, um den erzeugten ausschwingenden
Schallimpuls von seinem reklektierten Schallimpuls, seinem Echo,
sicher zu trennen. Die Länge
des Vorlaufbereichs 11 hängt also von einer Mindestlaufzeit
ab, die der Ultraschallwandler 3 zum Ausschwingen benötigt, um
anschließend
sicher den reflektierten Schallimpuls zu detektieren.
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Die Laufzeit t des Schallimpulses
darf auch nicht zu lang sein, da die Intensität des Schallimpulses mit steigender
Laufzeit abnimmt. Ist die Intensität des Schallimpulses zu gering,
kann der Ultraschallwandler 3 den reflektierten Schallimpuls
nicht mehr detektieren.
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Der ausgesendete Schallimpuls wird
sowohl an der Kanalwandung der ersten Biegung 15 als auch
an eventuell weiteren Biegungen reflektiert. Der Biegeradius, beispielsweise
der Biegeradius 14, muß dabei
ausreichend groß sein,
damit der Schallimpuls in Richtung Flüssigkeitsspiegel 5.1 reflektiert
wird und sich weiter in diese Richtung bewegt. Der Biegeradius 14 der
ersten Biegung 15 darf nicht zu klein sein, um die Leitung
der Schallimpulse in Richtung Kraftstoffspiegel 5.1 nicht
negativ zu beeinträchtigen. Ein
zu kleiner Biegeradius 14 führt zu einer zumindest teilweisen
Reflektion des Schallimpulses an der Kanalwandung 22 zurück in Richtung
Ultraschallwandler 3, so daß ein unerwünschtes zusätzliches Echo auftritt und
der am Kraftstoffspiegel 5.1 refektierte Schallimpuls zumindest
sehr schwach ausfällt. Das
zusätzliche
Echo würde
zu einer fehlerhaften Laufzeitmessung führen.
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Über
das Produkt aus Schallgeschwindigkeit und Laufzeit wird der Füllstand 4 bestimmt.
Mittels einer in einer Auswerteeinheit 23 gespeicherten
Kennlinie 24 wird auf das Füllvolumen V geschlossen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mittels
des Ultraschallwandlers 3 das Füllvolumen V des Kraftstoffbehälters 1 bis
zu einem minimalen Füllstand 4 messen.
Der minimale Füllstand 4 hängt davon
ab, wie nah der Schallführungskanal 2 an
der Innenseite des Behälterbodens 12 angeordnet
ist, hängt
außerdem
ab von der Größe des Querschnitts des
Schallführungskanals 2 und
von der Lage der in Bezug auf den Behälterboden 12 untersten Öffnung 17,
da die Laufzeit erst sicher gemessen werden kann, sobald der Vorlaufbereich 11 zumindest
teilweise mit Kraftstoff gefüllt
ist. Je höher
der Schallführungskanal 2 in
Bezug auf den Behälterboden 12 liegt,
je höher
die in Bezug auf den Behälterboden 12 unterste Öffnung 17 liegt
und je größer der
Querschnitt des Schallführungskanals 2 ist,
desto höher muß der Kraftstoffspiegel 5 steigen,
bevor der Kraftstoff über
die in Bezug auf den Behälterboden 12 unterste Öffnung 17 in
den Schallführungskanals 2 einströmen kann
und bevor der minimale Füllstand 4 erreicht
ist. Unterhalb des minimalen Füllstands 4 kann kein
Füllvolumen
V gemessen werden. Es versteht sich, daß der minimale Füllstand 4,
ab dem ein Füllvolumen
V gemessen werden kann, so klein wie möglich sein sollte. Daher muß der Schallführungskanal 2 so
nah wie möglich
an dem Behälterboden 12 angeordnet
werden und daher ist der Querschnitt des Schallführungskanals 2 entsprechend
klein zu wählen.
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Der Querschnitt des Schallführungskanals 2 ist
vorzugsweise so klein zu wählen,
daß der
Kraftstoffspiegel 5.1 aufgrund einer Oberflächenspannung
des Kraftstoffs eine Kalottenform ausbildet. Auf diese Weise wird
erreicht, daß der
Kraftstoffspiegel 5.1 keine schräge Neigung annimmt. Sollte
der Kraftstoffspiegel 5 des Kraftstoffbehälters 1 beispielsweise
bei einer Bergauffahrt oder Bergabfahrt schräg, d.h. nicht parallel zu dem
Behälterboden 12,
verlaufen, behält
der Kraftstoffspiegel 5.1 in dem Schallführungskanal 2 weiterhin
seine Kalottenform bei und die Messung der Laufzeit t wird nicht
durch einen geneigten Kraftstoffspiegel 5.1 verhindert.
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Die Referenzreflektionsfläche 19 dient
dazu, die die Messung des Füllvolumens
V beeinträchtigenden
Einflüsse,
sogenannte Störeinflüsse, beispielsweise
die Temperatur und der Druck des Kraftstoffs, zu vermindern bzw.
zu kompensieren. Der Schallimpuls, der an der Referenzreflektionsfläche 19 reflektiert
wird, wird als Referenzecho bezeichnet. Die Laufzeit des Referenzechos
ist bekannt, da sie einmal bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten
Druck gemessen worden ist, und ist beispielsweise in der Auswerteeinheit 23 gespeichert. Auch
eine von einem Schallimpuls zurückzulegende Entfernung
zwischen der Referenzreflektionsfläche 19 und dem Ultraschallwandler 3 ist
bekannt und beispielsweise in der Auswerteeinheit 23 gespeichert. Die
Laufzeit der Schallimpulse ist abhängig von der Schallgeschwindigkeit
im Kraftstoff. Die Schallgeschwindigkeit im Kraftstoff ist abhängig von
der Temperatur und vom Druck des Kraftstoffs. Durch den Vergleich
der in der Auswerteeinheit 23 gespeicherten Laufzeit eines
Referenzechos mit der während
einer Füllstandsmessung
gemessenen Laufzeit eines Referenzechos können Störeinflüsse, wie beispielsweise eine Änderung
der Temperatur, des Druckes oder der Dichte des Kraftstoffes, von
der Auswerteeinheit 23 nachträglich herausgerechnet werden,
so daß eine
auf diese Weise korrigierte Messung des Füllvolumens nahezu unabhängig von
Temperatur und Druck ist.
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Da der Abstand zwischen der Deckenwandung 9 und
dem Behälterboden 12 des
Kraftstoffbehälters 1 unterschiedlich
sein kann, ist an dem oberen Ende des Schallführungskanals 2 ein
flexibler Abschnitt 39 vorgesehen, beispielsweise ein flexibler Schlauch.
Der flexible Abschnitt 39 ist in der Länge dehnbar und kann einen
unterschiedlichen Abstand zwischen der Deckenwandung 9 und
dem Behälterboden 12 ausgleichen.
Das obere Ende des Schallführungskanals 2 ist
an einem Deckel 40 der Kraftstofffördereinrichtung 6 befestigt.
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Durch die Integration von Schallführungskanal 2 und
Ultraschallwandler 3 in die Kraftstofffördereinrichtung 6 wird
die Montage der Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes deutlich vereinfacht,
da die Vorrichtung zusammen mit der Kraftstofffördereinrichtung 6 in
den Kraftstoffbehälter 1 eingebaut wird.
Die Hersteller von Kraftstoffbehältern
müssen keine
Halterungen mehr für
die Befestigung von Vorrichtungen zur Messung eines Füllstandes
in oder an dem Kraftstoffbehälter
vorsehen.
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Bei der Vorrichtung nach 2 sind die gegenüber der
Vorrichtung nach 1 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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2 zeigt
eine Ansicht der Kraftstofffördereinrichtung 6 mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Füllstandsmessung
mit einem mehrere Biegungen aufweisenden Schallführungskanal. Die Vorrichtung
nach 2 unterscheidet
sich von der Vorrichtung nach 1 darin,
daß der
Meßrohrbereich 16 neben
der ersten Biegung 15 wenigstens eine weitere Biegung 27 mit
einem Biegeradius 28 und einer vom Ultraschallwandler 3 wegweisenden
Umlenkung 13.1 aufweist. Auch der Biegeradius 28 der
weiteren Biegung 27 darf nicht zu klein sein, um die Leitung der
Schallimpulse in Richtung Kraftstoffspiegel 5.1 nicht negativ
zu beeinträchtigen.
Die Umlenkung 13.1 ist beliebig, solange die Kanalsteigung
positiv ist und der Schallführungskanal 2 in
Richtung Deckenwandung 9 verläuft. Ein zu kleiner Biegeradius 28 führt zu einer
zumindest teilweisen Reflektion des Schallimpulses an der Kanalwandung 22,
so daß ein unerwünschtes
zusätzliches
Echo auftritt und der am Kraftstoffspiegel 5.1 refektierte
Schallimpuls zumindest sehr schwach ausfällt. Der Meßrohrbereich 16 kann
neben der ersten Biegung 15 mit beliebig vielen weiteren
Biegungen 27 versehen sein. Vor und nach einer weiteren
Biegung 27 kann jeweils ein mit einer Kanalsteigung geradlinig
verlaufender Bereich 29 angeordnet sein. Dies ist jedoch
nicht zwingend erforderlich. Durch die weitere Biegung 27 ist
die Kanalsteigung zweier benachbarter geradlinig verlaufender Bereiche 29 voneinander
abweichend.
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3 zeigt
die Kennlinie 24 der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dargestellt
mit dem Füllvolumen
V auf der Ordinate und der Laufzeit t auf der Abszisse.
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Die Kennlinie 24 stellt
das Füllvolumen
V als Funktion der Laufzeit t dar. Die Kennlinie 24 wird
experimentell ermittelt, indem für
bekannte und im Kraftstofftank befindliche Füllvolumen V die entsprechende
Laufzeit t gemessen wird. Dabei ergibt sich ein Laufzeitintervall 33,
das sämtliche
Laufzeiten t vom minimal meßbaren
Füllvolumen 34 bis
zum maximalen Füllvolumen 35 des
Kraftstoffbehälters 1 enthält. Die
Kennlinie 24 wird dann beispielsweise mittels mehrerer
Stützpunkte 31 in
der Auswerteeinheit 23 gespeichert, so daß für jede Laufzeit
t ein zugehöriges
Füllvolumen
V berechnet werden kann. Die Steigung der Kennlinie 24 entspricht
einer Empfindlichkeit der Messung. Eine niedrige Steigung der Kennlinie 24 bedeutet
eine hohe Empfindlichkeit, da eine kleine Änderung des Füllvolumens
V bereits eine hohe Änderung
der Laufzeit t bewirkt. Eine niedrige Kanalsteigung des Schallführungskanals 2 führt durch
lange Laufzeiten t auch zu einer niedrigen Steigung der Kennlinie 24 und
damit zu einer hohen Empfindlichkeit. Je größer das Laufzeitintervall 33 für ein fixes
Füllvolumen
V ist, desto flacher ist die Steigung der Kennlinie und desto höher ist
eine Auflösung
und die Empfindlichkeit des Meßwertes
bezüglich
des Füllstandes.
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Da dem Fahrer des Kraftfahrzeuges
bei niedrigem Füllstand 4 eine
sehr genaue Information über den
Füllstand
im Kraftstoffbehälter
zur Verfügung
gestellt werden soll, muß die
Kennlinie 24 bei kleinen Füllvolumen V und kurzen Laufzeiten
t in einem Restmengenbereich 32 eine hohe Empfindlichkeit
und daher eine niedrige Steigung aufweisen. Der Schallführungskanal 2 hat
daher nahe dem Behälterboden 12 eine
niedrige Kanalsteigung.
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Durch die Variation der Anzahl der
Biegungen 27 und/oder der Anzahl der geraden Bereiche 29 und/oder
der Kanalsteigung der geraden Bereiche 29 des Meßrohrbereiches 16 und/oder
der Umlenkung 13 und 13.1 kann somit die Empfindlichkeit
der Vorrichtung zur Messung des Füllstands über den gesamten Bereich des
Füllvolumens
V an die jeweilige Form oder Geometrie des Kraftstoffbehälters 1 angepaßt werden.