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Die Erfindung betrifft eine Befüllvorrichtung zum Befüllen eines Tanks. Insbesondere betrifft sie eine Befüllvorrichtung zur Befüllung eines Tanks durch einen Tankstutzen mit einer Flüssigkeit, insbesondere Harnstoff-Lösung.
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Die
DE 10 2009 041 497 offenbart einen Befüllstutzen zur Befüllung eines Behältnisses mit Harnstoff-Lösung. Ein Befüllstutzenkragen weist ein Innengewinde zum Anschluss an den Anschlussstutzen eines Tanks auf. Aus dem Befüllstutzen ragt ein Füllrohrelement heraus, um das ein Zentrierrohrelement angeordnet ist. Ein Füllstandssensor ist vorgesehen, der um eine Fülllänge in den Anschlussstutzen hineinragt. Beim Befüllvorgang sind der Weg, den die Harnstoff-Lösung nimmt, und der Weg, durch den die Abluft entweichen kann, streng voneinander getrennt. Zuströmende Harnstoff-Lösung öffnet ein Ventil durch entsprechenden Fließdruck. Der Füllstandssensor stellt die erreichte Füllung fest.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Befüllvorrichtung mit einfachem Aufbau vorzuschlagen, bei der ein Füllstand auf einfache Weise ermittelt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dies gelöst durch eine Befüllvorrichtung gemäß Anspruch 1. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß wird eine Befüllvorrichtung vorgeschlagen, um einen Tank mit einer Flüssigkeit zu befüllen, die durch einen Tankstutzen in den Tank gelangt. Insbesondere ist die Befüllvorrichtung hierbei für Harnstoff-Lösung vorgesehen und weist einen Befüllkopf zum Anschluss an den Tankstutzen auf. Der Anschluss an den Tankstutzen erfolgt hierbei über eine Anschlussvorrichtung, wie bspw. eine Schnappverbindung, Rastverbindung, Bajonettkupplung etc., bevorzugt über eine Schraubverbindung. Der Anschluss an den Tankstutzen ist dichtend, so dass der Befüllkopf und der Tankstutzen eine hermetische Verbindung bilden und keine oder nur sehr geringe Mengen an Gas und insbesondere Flüssigkeit nach außen gelangen können.
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Der Befüllkopf weist ein Befüllrohr zum Zuführen der Flüssigkeit und einen Entlüftungseinlass zum Abführen verdrängter Luft aus dem Tank auf. Durch den dichtenden Abschluss ergibt sich so ein geschlossenes System.
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Erfindungsgemäß ist am Befüllkopf ein Füllstandssensor zum Feststellen eines Füllstandes der Flüssigkeit im Tankstutzen vorgesehen. Der Füllstandssensor liefert hierbei ein Signal, mit dem ein befüllter Zustand erkannt werden kann, bei dem der Flüssigkeitsspiegel im Tankstutzen eine festgelegte Höhe erreicht.
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Erfindungsgemäß ist der Füllstandssensor durch mindestens zwei am Befüllkopf vorstehende Elektroden gebildet und eine elektrisch hiermit verbundene Auswertungseinheit zur Messung des elektrischen Widerstands zwischen den Elektroden. Bei gemeinsamer Benetzung der Elektroden durch die Flüssigkeit ist so ein Füllstand, d. h. ein ausreichend hoher Flüssigkeitsspiegel feststellbar. Ohne Benetzung der Elektroden stellt die Auswertungseinheit einen sehr hohen Widerstand zwischen den Elektroden fest, während dieser bei Benetzung aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit deutlich geringer ist. So kann die Auswertungseinheit zuverlässig die Benetzung der Elektroden und somit das Erreichen des Befüllungszustandes ermitteln.
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Die verwendete Sensortechnik ist dabei einfach und kostengünstig, trotzdem aber sehr robust.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auswertungseinheit so ausgebildet, dass mindestens eine Referenzmessung des elektrischen Widerstands durchgeführt wird. Eine solche Referenzmessung kann bspw. vor Beginn des Befüllvorgangs erfolgen. Bei einer folgenden Überwachung des Befüllvorgangs, d. h. während die Flüssigkeit durch das Befüllrohr zugeführt wird, wird stets der elektrische Widerstandswert an den Elektroden ermittelt und mit dem Wert der Referenzmessung verglichen. Im Fall einer Abweichung um mehr als einen voreingestellten Schwellenwert wird so der Füllstand detektiert. Durch diese Form von relativer Ermittlung können äußere Einflussfaktoren wie bspw. Alterung der Komponenten, Luftfeuchtigkeit etc. nicht zu einer Verfälschung der Erfassung führen.
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Bevorzugt steht mindestens eine der Elektroden vom Befüllkopf in den Tankstutzen hinein vor. Hierfür weist der Befüllkopf eine Aufnahme für die Oberkante des Tankstutzens auf. Die Elektrode (oder bevorzugt beide Elektroden) sind so angebracht, dass sie von der Aufnahme für die Oberkante des Tankstutzens in das Innere des Tankstutzens vorstehen und so einen Füllstand ermitteln, bevor der Flüssigkeitsspiegel die Oberkante des Tankstutzens erreicht.
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Gemäß einer wesentlichen Weiterbildung der Erfindung weist das Befüllrohr, durch das die Flüssigkeit zugeführt wird, mindestens ein elektrisch leitendes Teil auf. Es kann bspw. vollständig aus elektrisch leitfähigem Material, insbesondere Metall, bevorzugt aus Stahl, bestehen. Alternativ kann das Befüllrohr aus Kunststoff gebildet sein und einen elektrischen Leiter umfassen, der mindestens teilweise in das Kunststoffmaterial eingebettet ist.
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Das Befüllrohr bzw. der elektrisch leitende Teil hiervon wird gemäß der Weiterbildung als eine der Elektroden verwendet. So entfällt die Notwendigkeit einer separaten Elektrode und der Aufbau vereinfacht sich.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung steht ein Kunststoffteil des Befüllkopfes von einer Aufnahme für die Oberkante des Tankstutzens vor, und mindestens ein Leiter ist mindestens teilweise in das Kunststoffmaterial des Kunststoffteils eingebettet und dient als eine der Elektroden. Bspw. kann ein Kunststoffrohr als vorstehendes Kunststoffteil vorgesehen sein, in dessen Wandung ein Drahtleiter eingebettet ist, der an der Spitze hervortritt und so als Elektrode genutzt werden kann. Besonders bevorzugt ist es, in ein vorspringendes Kunststoffteil zwei Leiter als Elektroden einzubetten, die elektrisch isoliert voneinander im Kunststoffmaterial des Kunststoffteils verlaufen. Bspw. können die jeweiligen Spitzen der Leiter als Elektroden für die Flüssigkeit kontaktierbar aus dem Kunststoffmaterial austreten. Um eine Fehldetektion des Füllstandes zu vermeiden, die sich aus einer Brückenbildung bei Benetzung des Kunststoffteils ergeben kann, ist bevorzugt am Kunststoffteil eine Aussparung zwischen nicht eingebetteten Teilen der Leiter vorgesehen. Sind also bspw. die Enden der Leiter als Elektroden nicht eingebettet und frei kontaktierbar, so ist das Kunststoffteil im Bereich zwischen diesen Spitzen bevorzugt nicht durchgängig, sondern weist mindestens eine Aussparung auf. Durch diese Aussparung im Kunststoffmaterial, die bevorzugt in direkter Linie zwischen den nicht eingebetteten Teilen der Leiter angeordnet ist, ist keine direkte Verbindung gegeben und die Wegstrecke wird verlängert, so dass sich auch bei Benetzung des Kunststoffteils mit bspw. Tropfen von Flüssigkeit kann sich weniger leicht eine leitende Brücke bildet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind im Befüllkopf eine Zuführleitung und eine Entlüftungsleitung vorhanden. Durch die Zuführleitung, die zum Befüllrohr führt und/oder innerhalb des Befüllrohrs verläuft, wird die Flüssigkeit zugeführt. Durch die Entlüftungsleitung wird verdrängte Luft abgeführt. Die Zuführleitung und die Entlüftungsleitung können bevorzugt nebeneinander angeordnet sein. Insbesondere wird bevorzugt, dass Zuführleitung und Entlüftungsleitung durch eine Trennwand aus Kunststoff voneinander getrennt sind. Dabei können zwei Leiter als Elektroden teilweise in das Kunststoffmaterial der Trennwand eingebettet sein.
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In vorbekannten Konstruktionen ist z. T. ein Entlüftungsrohr vorgesehen, das in etwa so weit wie ein Füllrohr in den Tankstutzen hineinragt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist aber vorgesehen, dass zwar um eine Fülllänge vorstehendes Befüllrohr vorhanden ist, aber die Entlüftung über einen kurzen Entlüftungsstutzen bzw. -ring mit sehr geringem Vorstand oder sogar über einen nicht vorstehenden Entlüftungseinlass zur Abführung der verdrängten Luft erfolgt. So wird der Aufbau insgesamt vereinfacht.
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Zur Feststellung, ob der Befüllkopf korrekt am Tankstutzen angesetzt ist, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung an einer Anlagefläche ein verformbares Material vorgesehen, das bei einer Verformung durch Anlage des Tankstutzens die elektrischen Eigenschaften ändert. Das Material kann hierbei bevorzugt in Form eines flexiblen Rings, bspw. auch als Dichtung vorgesehen sein. Beim Verbinden des Befüllkopfes mit dem Tankstutzen wird es verformt, bspw. zusammengedrückt. An elektrischen Anschlüssen kann eine Änderung der elektrischen Eigenschaften, bspw. des elektrischen Widerstands festgestellt werden. So kann das verformbare Material als Sensor für die korrekte Positionierung und feste Anlage des Befüllkopfes am Tankstutzen genutzt werden. Insbesondere bei Verwendung eines Schraubgewindes oder Bajonettverschlusses als Anschlussvorrichtung kann so der korrekte Sitz sichergestellt werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Frontansicht einer ersten Ausführungsform eines Befüllkopfes;
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2 eine Ansicht eines Längsschnittes entlang der Linie A..A in 1;
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3 eine schematische Darstellung eines Befüllkopfes mit Auswerteschaltung;
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4 eine Frontansicht einer zweiten Ausführungsform eines Befüllkopfes;
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5 eine Ansicht eines Längsschnittes entlang der Linie A..A in 4 und
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6 eine Ansicht eines Längsschnittes entlang der Linie B..B in 4.
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In 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform eines Befüllkopfes 20 gezeigt. Ein hülsenförmiger Grundkörper 11 bildet gemeinsam mit einer drehbar daran angeordneten Schraubhülse 10 ein Befüllkopfgehäuse. Am vorderen Ende der Schraubhülse 10 ist ein Gewindebereich 22 vorgesehen, an dem die Schraubhülse 10 auf einen passenden Tankstutzen (nicht dargestellt) aufgeschraubt werden kann, bis bei Anlage der Oberkante des Tankstutzens an einem Anschlag 24 ein korrekter, dichtender Sitz sichergestellt ist, so dass der Befüllkopf 20 mit dem Tankstutzen eine dichtende Verbindung bildet.
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Von dem Anschlag 24, an dem bei Anschluss an den Tankstutzen dessen oberes Ende anliegt, ragen aus dem Befüllkopf 20 in der gezeigten Ausführung ein Zentrierring 6 und ein Befüllrohr 9 hervor. Das Befüllrohr 9 weist an der Spitze ein aufgeschraubtes Ventil 3 auf, in dem eine gegen eine Feder 2 gelagerte Kugel 4 eine vordere Öffnung 1 der im Befüllrohr 9 verlaufenden Zuführleitung verschließt und nur bei ausreichendem Fülldruck oberhalb einer durch die Feder 2 vorgegebenen Druckschwelle öffnet. Dabei ist das Befüllrohr 9 rückseitig an einen Zuführschlauch (nicht dargestellt) angeschlossen.
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Der Zentrierring 6 weist einen vorderen Abschnitt 28a auf, der in der gezeigten Ausführung vom Anschlag für die Oberkante des Tankstutzens leicht vorsteht und einen inneren Abschnitt 28b, der innerhalb der Hülse 11 zentriert ist. Der Zentrierring 6 ist dabei einstückig aus Metall, bevorzugt Stahl, gebildet.
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Im Inneren des Zentrierrings 6 ist ein Isolierkörper 5 angeordnet, der das durchgehende Befüllrohr 9 zentriert hält. Das Befüllrohr 9 ist ebenfalls aus Stahl gefertigt. Der Isolierkörper 5 isoliert dabei das Befüllrohr 9 elektrisch vom Zentrierring 6.
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Über eine erste elektrische Leitung 7 ist der Zentrierring 6 mit einer Auswerteschaltung (in 2 nicht dargestellt, siehe 3) verbunden. Ebenso ist das Befüllrohr 9 über eine zweite elektrische Leitung 8 mit der Auswerteschaltung verbunden.
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Wie beschrieben wird der Befüllkopf 20 zum Befüllen eines Tanks mit Harnstoff-Lösung mit einem Tankstutzen verbunden, in dem die Schraubhülse 10 auf den Tankstutzen aufgeschraubt wird, bis dessen oberer Abschluss am Anschlag 24 anliegt. Durch eine Zuführleitung wird dann Harnstofflösung durch das Befüllrohr 9 unter einem Befülldruck zugeführt, so dass das Rückschlagventil 3 öffnet. Die Verbindung mit dem Tankstutzen ist hierbei dichtend, so dass die durch die zugeführte Flüssigkeit aus dem Tank verdrängte Luft dabei durch den Zentrierring 6 strömt und innerhalb des Befüllkopfes 10 abgeführt wird. Hierfür kann rückseitig auf den Befüllkopf eine Entlüftungsleitung (nicht dargestellt) aufgesetzt werden.
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Der Befüllkopf 20 verfügt über eine Sensorvorrichtung zur Feststellung eines Befüllzustandes, d. h. zur Feststellung, ob beim Einfüllen der Harnstofflösung der Flüssigkeitsspiegel im Tankstutzen bereits so hoch angestiegen ist, dass der Befüllvorgang vollständig ist. Hierfür wird mit der in 3 gezeigten elektrischen Schaltung der elektrische Widerstand zwischen zwei Elektroden A, B durch eine Detektorschaltung 30 überwacht.
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Die Detektorschaltung 30 detektiert den elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden A, B, indem eine geringe Spannung angelegt und der sich ergebende Stromfluss gemessen wird.
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Dabei erfolgt die Erfassung so, dass vor Beginn des Befüllvorgangs mit Hilfe der Messvorrichtung 30 ein erster Referenzmesswert für den elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden A, B gemessen wird. Dieser Widerstandwert wird zunächst daraufhin geprüft, ob er oberhalb einer vorgegebenen Mindestschwelle liegt. Ist dies nicht der Fall, so muss davon ausgegangen werden, dass die Elektroden bereits vor Befüllvorgang kurzgeschlossen sind oder bspw. bereits mit Flüssigkeit benetzt sind und eine sinnvolle Erfassung nicht möglich ist. In diesem Fall startet der Befüllvorgang nicht.
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Liegt der erfasste Referenzwert des elektrischen Widerstands oberhalb der vorgegebenen Schwelle, so kann der Befüllvorgang starten. Dabei wird ständig der elektrische Widerstand zwischen den Elektroden A, B gemessen und mit dem Referenzwert verglichen.
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Steigt die Flüssigkeit zum Ende des Befüllvorgangs im Tankstutzen an und benetzt gleichzeitig beide Elektroden A, B, so wird sich dies aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit als plötzlichen Abfall des elektrischen Widerstandwerts äußern.
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Stellt die Messeinheit 30 ein Absinken des elektrischen Widerstandswerts um einen vorgegebenen Betrag vom vorher gemessenen Referenzwert fest, so wird dies als Detektion des Füllstandes interpretiert. So kann ein Signal ausgelöst werde, um den weiteren Befüllvorgang zu unterbrechen.
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Bei der in 1, 2 gezeigten ersten Ausführungsform sind hierbei die Elektroden A, B Teile des Befüllkopfes, nämlich das aus Metall bestehende Befüllrohr 8 einerseits und der ebenfalls aus Metall bestehende Zentrierring 6. Beim Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels im Tankstutzen werden diese beiden innerhalb des Befüllkopfes 20 elektrisch isoliert voneinander angeordneten Teile gleichzeitig durch die Flüssigkeit benetzt und so elektrisch verbunden.
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4–6 zeigen eine zweite Ausführungsform eines Befüllkopfes 120. Der Befüllkopf 120 in der zweiten Ausführungsform weist eine Anzahl von Elementen auf, die mit der ersten Ausführungsform übereinstimmen. Entsprechend sind gleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Im Folgenden wird insbesondere auf die Unterschiede Bezug genommen.
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Beim Befüllkopf 120 gemäß der zweiten Ausführungsform trennt, wie insbesondere aus 5, 6 ersichtlich, eine Trennwand 122 aus Kunststoff zwei parallel zueinander angeordnete Räume, von denen der in 6 oben dargestellte Raum 124 als Entlüftungsleitung und der in 6 unten dargestellte zweite Raum 126 als Befülleitung dient. Auf der Befüllleitung 126 ist wie in der ersten Ausführungsform ein Rückschlagventil 3 aufgesetzt. Hierdurch erfolgt die Zuführung der Harnstofflösung. Die verdrängte Luft entweicht durch die parallel zur Befüllleitung 126 auf der anderen Seite der Trennwand 122 angeordnete Entlüftungsleitung 124. Dabei kann der Einlass zur Entlüftungsleitung 124 wie in 6 dargestellt durch seitliche Öffnungen 128 gebildet sein, es kann aber auch lediglich eine Entlüftungsöffnung zum Eingang in die Entlüftungsleitung 124 vorgesehen sein.
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Bei der zweiten Ausführungsform eines Befüllkopfes 120 bestehen die Wandungen der Befüllleitung 126 ebenso wie die Trennwand 122 und die Wandung der Entlüftungsleitung 124 vollständig aus Kunststoff. Lediglich das Rückschlagventil 3 ist hierbei aus Metall gefertigt.
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Die Elektroden werden bei der zweiten Ausführungsform durch elektrische Leiter 130, 132 gebildet, die im Kunststoffmaterial der Trennwand 122 eingeformt sind, und von denen lediglich die Spitzen 134, 136 frei von Kunststoffmaterial sind. Diese Spitzen 134, 136 wirken somit als Elektroden zur Feststellung des Befüllstandes.
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Dabei ist das Kunststoffmaterial der Trennwand 122 im Bereich zwischen den Spitzen 134, 136 der Elektroden innerhalb einer Aussparung 140 entfernt, so dass das Kunststoffteil 122 zwischen den Elektrodenspitzen 134, 136 keine durchgängige direkte Verbindung bildet. So wird vermieden, dass im Fall von verbleibenden Flüssigkeitsresten auf der Oberfläche des Kunststoffmaterials die Gefahr einer Fehlerfassung verringert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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