Ultraschall-Füllstandsmessvorrichtung mit Grenzstandserkennung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen eines Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter mit Hilfe von Ultraschallsignalen .
Aus der EP 1 748 285 Al ist eine Ultraschall- Füllstandsmessvorrichtung mit Grenzstandserkennung bekannt, bei der mit Hilfe von Ultraschallsignalen, die in die Flüssigkeit gesendet werden, sowohl der aktuelle Füllpegel als auch das Erreichen eines Grenzstandspegels zuverlässig detektiert werden kann. Zu diesem Zweck werden Ultraschallwellen von einem Ultraschallgeber jeweils von unten und außen durch eine Wandung des Behälters in die Flüssigkeit hinein gesendet, wobei keine elektrische Signalübertragung in das Innere des Behälters erfolgt. Vielmehr werden die Signale jeweils ausschließlich an der Außenseite des Behälters erfasst.
Der Ultraschallwandler gibt dabei ein Ultraschallsignal in einen sich vertikal gerade nach oben erstreckenden Rohrabschnitt ab. Das Ultraschallsignal wird an der Flüssigkeitsoberfläche reflektiert und wieder zum Ultraschallwandler zurückgesandt, so dass aufgrund der Laufzeit des Ultraschallsignals die Höhe des Flüssigkeitspegels und damit der Füllstand bestimmt werden kann. Zusätzlich kann in dem Rohrabschnitt ein Ultraschallreflektor, zum Beispiel ein Blechelement in einer Höhe angeordnet werden, die einem maximalen Füllstand (Grenzstand) entsprechen soll. Wenn der Flüssigkeitspegel in dem Behälter soweit angestiegen ist, dass der Ultraschallreflektor vollständig in die Flüssigkeit eingetaucht ist, wird ein stabiles, im Wesentlichen konstantes Ultraschallecho erzeugt, was sich deutlich von dem von der Flüssigkeitsoberfläche abgegebenen Echo unterscheidet. Anhand dieses Echos ist feststellbar, dass der Füllstandspegel der
Flüssigkeit wenigstens das Höhenniveau des Ultraschallreflektors erreicht hat.
Bei einigen der in der EP 1 748 285 Al gezeigten Ausführungsformen wird daher der Ultraschallwandler außen an dem Behälter angebracht, während ein oder mehrere
Ultraschallreflektoren im Inneren des Behälters zu platzieren sind.
Um eine zuverlässige Funktion zu erreichen, müssen der
Ultraschallwandler und die Reflektoren hinsichtlich ihrer Position und Ausrichtung präzise aufeinander abgestimmt werden. Dies erfordert einen gewissen Justierungsaufwand.
In der EP 1 748 285 Al ist darüber hinaus eine Variante beschrieben, bei der eine Baugruppe, bestehend aus einem Ultraschallwandler, einem auf dem Niveau des Grenzstandspegels angebrachten Ultraschallreflektor und ein diese Bauelemente tragender Träger als eine Einheit von unten in den Behälter eingeführt und entsprechend befestigt werden kann. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, dass unten an dem Behälter ein entsprechender Befestigungsflansch vorgesehen ist. Üblicherweise sind jedoch derartige Behälter, insbesondere zum Beispiel Flüssiggastanks bzw. Autogastanks nicht an der Unterseite mit einem geeigneten Befestigungsflansch versehen. Daher muss gegebenenfalls ein derartiger Flansch mit zugehöriger Öffnung zusätzlich vorgesehen werden.
Bei einem bekannten Flüssiggastank, wie zum Beispiel einem Autogastank, befindet sich eine Öffnung zum Anschließen von Ventilen, Leitungen und Armaturen üblicherweise im oberen Bereich seitlich am Tank oder an der Oberseite.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ultraschall- Füllstandsmessvorrichtung vorzusehen, die auch nachträglich an einem üblichen Flüssigkeitsbehälter eingesetzt werden kann und
bei der eine Ausrichtung und Justierung von Ultraschallwandler und Grenzstandsreflektor nicht erforderlich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen eines Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter weist einen Ultraschallsender zum Senden von Ultraschallsignalen in die Flüssigkeit, einen Ultraschallempfänger zum Empfangen von wenigstens von einer Oberfläche der Flüssigkeit reflektierten Ultraschallsignalen, eine sich längs erstreckende Trageinrichtung zum Tragen des Ultraschallsenders und des Ultraschallempfängers im Inneren des Behälters und eine Halterung zum Halten der Trageinrichtung an einer Wand des Behälters auf. Dabei ist erfindungsgemäß die Trageinrichtung an wenigstens zwei Stellen zwischen der Halterung und dem Ultraschallsender gekrümmt.
Der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger können selbstverständlich - wie häufig der Fall - eine bauliche Einheit in Form eines Ultraschallwandlers bilden. Wenn daher nachfolgend von einem Ultraschallsender gesprochen wird, soll dies auch immer die Variante einer Kombination aus Sender und Empfänger umfassen.
Während beim Stand der Technik die Trageinrichtung in Form eines von der Unterseite in den Behälter eingeführten, gerade gerichteten Rohrs ausgebildet ist, ist bei der Erfindung die Trageinrichtung an wenigstens zwei Stellen gekrümmt. Dabei erstreckt sich die Trageinrichtung entlang ihrer Länge, so dass sie zum Beispiel eine wenigstens teilweise röhrenartige Längserstreckung aufweist.
Aufgrund der beiden Krümmungsstellen ist - bei entsprechender Ausgestaltung - die Trageinrichtung zusammen mit dem Ultraschallsender und gegebenenfalls einem ebenfalls von der Trageinrichtung getragenen Ultraschallreflektor durch eine beliebige, bereits an dem Behälter vorhandene Öffnung in das Innere des Behälters einzuführen und dort in geeigneter Weise auszurichten, ohne dass nachfolgend noch der Ultraschallsender und der Ultraschallreflektor zueinander ausgerichtet und justiert werden müssen.
Die Trageinrichtung kann dementsprechend stab- oder röhrenartig ausgebildet sein.
Die Krümmungen an den Krümmungsstellen können winklig, also relativ kantig, oder bogenförmig ausgebildet sein. Hier werden in erster Linie Fertigungsgesichtspunkte zu berücksichtigen sein.
Der Behälter kann ein Autogastank zur Aufnahme von Flüssiggas sein und eine toroidale oder zylindrische Form aufweisen.
Bei einer Ausführungsform weist die Trageinrichtung in ihrem Längsverlauf drei Krümmungsstellen auf, nämlich eine der Position des Ultraschallsenders am nächsten liegende erste Krümmungsstelle, eine zweite Krümmungsstelle mit gleicher Krümmungsrichtung wie die erste Krümmungsstelle und eine zwischen der zweiten Krümmungs stelle und der Halterung vorgesehene dritte Krümmungsstelle mit einer zur zweiten Krümmungsstelle entgegen gesetzten Krümmungsrichtung. Somit wird in dem Verlauf der Trageinrichtung, gesehen von der Position des Ultraschallsenders aus, zunächst eine erste Krümmungsstelle mit einer ersten Krümmungsrichtung vorgesehen, an die sich - zum Beispiel nach einem geraden Abschnitt der Trageinrichtung - eine zweite Krümmungsstelle mit gleicher Krümmungsrichtung wie an der ersten Krümmungsstelle anschließt. Die im weiteren Verlauf vorgesehene dritte Krümmungsstelle liegt demgemäß
zwischen der zweiten Krümmungsstelle und der Halterung und weist eine zu der zweiten und zu der ersten Krümmungsstelle entgegengesetzte Krümmungsrichtung auf.
Dieser Aufbau der Trageinrichtung ermöglicht es, die gesamte Trageinrichtung in besonders einfacher Weise durch eine im oberen seitlichen Bereich des Behälters vorgesehene Öffnung einzuführen und danach in der gewünschten Weise auszurichten.
Dazu kann es zweckmäßig sein, dass die Krümmungsrichtung an der dritten Krümmungsstelle, bezogen auf eine Einbausituation des Behälters, nach oben gerichtet ist, derart, dass ein zwischen der dritten und der zweiten Krümmungsstelle verlaufender Trägerabschnitt (Abschnitt der Trageinrichtung) nach oben gerichtet ist.
Ein sich zwischen der zweiten und der ersten Krümmungsstelle erstreckender Trägerabschnitt kann dann im Wesentlichen horizontal gerichtet sein. Er verläuft durch die Gestaltung der Krümmungsstellen und der gerade verlaufenden Trägerabschnitte in Wandnähe des Behälters, das heißt in der Nähe und parallel zum Boden oder zu der Oberseite des Behälters. Selbstverständlich sind auch andere Verlaufsrichtungen möglich.
Die Trageinrichtung kann wenigstens abschnittsweise rohrförmig ausgebildet sein, wobei wenigstens eine der Krümmungsstellen in einem rohrförmigen Abschnitt der Trageinrichtung vorhanden sein kann. In einer einfachen Ausführungsform ist die Trageinrichtung vollständig als Rohr ausgebildet, das an den Krümmungsstellen in entsprechender Weise gebogen ist.
An ihrem der Halterung entgegengesetzt gelegenen Ende kann die
Trageinrichtung einen sich im Inneren des Behälters im
Wesentlichen vertikal erstreckenden, geraden Rohrabschnitt aufweisen. Dieser vertikale Rohrabschnitt ist in besonderer Weise
geeignet, den Füllstand der Flüssigkeit in dem Behälter zu erfassen und gegebenenfalls auch das Erreichen eines Grenzstands zu detektieren, wie dies in der EP 1 748 285 Al bereits beschrieben ist. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass sich der „vertikale" Rohrabschnitt exakt vertikal erstreckt. Er kann auch bezüglich der Vertikalen geneigt sein. Entscheidend ist es, dass sich der Rohrabschnitt über einen größeren Bereich zwischen der Unterseite des Behälters und dessen Oberseite erstreckt.
Zu diesem Zweck ist es sinnvoll, dass das Innere des Rohrabschnitts in kommunizierender Verbindung mit der Flüssigkeit in dem Behälter steht. Dadurch entspricht der Flüssigkeitspegel in dem Rohrabschnitt dem Flüssigkeitspegel im Rest des Behälters. Eventuelle Schaukelbewegungen in der Flüssigkeit, die zum Beispiel durch ein Beschleunigen oder Verzögern eines den Behälter als Autogastank aufweisenden Kraftfahrzeugs entstehen, werden jedoch im Inneren des Rohrabschnitts beruhigt, so dass dort eine gleichmäßigere Messung des Füllstands möglich ist.
Der Rohrabschnitt kann an seiner Innenseite aus Kunststoff oder Kautschuk bestehen. Zu diesem Zweck kann der Rohrabschnitt durch ein Rohr aus Kunststoff oder Kautschuk oder durch ein Metallrohr mit einem innen liegenden Rohr aus Kunststoff oder Kautschuk gebildet werden. Ebenso ist es möglich, ein Metallrohr auf seiner Innenseite mit Kunststoff oder Kautschuk zu beschichten. Es hat sich herausgestellt, dass die Ultraschallweiterleitung in der Flüssigkeit in dem vertikalen Rohrabschnitt besonders effizient erfolgt, wenn das Rohrmaterial selbst aus einem Kunststoff, beispielsweise Polyamid oder Polyoxymethylen, oder aus einem Kautschuk besteht. Das Metallrohr, das gegebenenfalls das Kunststoff- oder Kautschukrohr umgibt, erhöht die mechanische Stabilität.
Der Ultraschallsender kann in einem unteren Bereich des vertikalen Rohrabschnitts angeordnet sein, so dass er direkt Ultraschallsignale in den Rohrabschnitt senden kann.
Die erste Krümmungsstelle kann am oberen oder unteren Ende des geraden Rohrabschnitts vorgesehen sein, woraus sich dann unterschiedliche Gestaltungen der Trageinrichtung ergeben, um sie durch die seitliche Öffnung in das Innere des Behälters einführen zu können.
Die Krümmungswinkel an den Krümmungsstellen können zum Beispiel derart bemessen sein, dass der zwischen der dritten und der zweiten Krümmungsstelle verlaufende Trägerabschnitt im Wesentlichen parallel zu dem vertikalen Rohrabschnitt bzw. in einem Winkel von etwa 20° bis 45° zu diesem verläuft.
Wenigstens eine der Krümmungsstellen kann durch ein Übergangs-Winkelstück gebildet werden. In diesem Fall ist die Trageinrichtung nicht als ein einziges Rohrelement ausgestaltet, sondern wird durch mehrere Elemente gebildet, die zum Beispiel durch ein oder mehrere Übergangs-Winkelstücke miteinander verbunden werden. Das Winkelstück ermöglicht entweder einen gebogenen oder aber auch eine scharfkantige, winklige Änderung der Erstreckungsrichtung.
Das Übergangs-Winkelstück kann an der ersten Krümmungsstelle vorgesehen sein, wobei der Ultraschallsender in dem Übergangs- Winkelstück angeordnet ist. Dies ermöglicht es, den Ultraschallsender in einfacher Weise in die Trageinrichtung einzubauen.
Weiterhin kann der Ultraschallsender im Wesentlichen horizontal gerichtete Ultraschallwellen erzeugen, die durch eine zwischen dem Ultraschallsender und dem vertikalen Rohrabschnitt angeordnete Umlenkeinrichtung in den sich vertikal erstreckenden
Rohrabschnitt gelenkt werden. Die Ausrichtung des Ultraschallsenders derart, dass zunächst horizontal gerichtete Ultraschallwellen erzeugt werden, ermöglicht es, dass sich keine Verschmutzungen auf dem Ultraschallsender ablagern können. Herabsinkende Partikel in der Flüssigkeit können sich auf der dann vertikal ausgerichteten Senderfläche nicht ablagern, sondern sinken weiter bis zum Boden des Behälters. Die horizontal gerichteten Ultraschallwellen werden dann über die Umlenkeinrichtung, zum Beispiel über einen Spiegel, unmittelbar in den vertikalen Rohrabschnitt gelenkt und können so zur Messung genutzt werden.
Unterhalb von dem Ultraschallsender kann eine Umlenkeinrichtung vorgesehen sein, zum seitlichen Weglenken von Ultraschallwellen, die von dem Ultraschallsender nach unten abgegeben werden. Auf diese Weise können Ultraschallwellen, die nicht unmittelbar zu Messzwecken genutzt und daher in das Innere des vertikalen Rohrabschnitts geführt werden, derart gestreut bzw. von dem Ultraschallsender und -empfänger weggeführt werden, dass sie das Messergebnis kaum beeinträchtigen können.
In dem Rohrabschnitt oberhalb von dem Ultraschallsender kann - wie oben bereits erwähnt - ein als Festkörper ausgebildeter, ebenfalls von der Trageinrichtung getragener Ultraschallreflektor in einer Höhe angeordnet sein, die im Wesentlichen einem vorgegebenen Grenzstandpegel der Flüssigkeit in dem Behälter entspricht. Es können auch mehrere Ultraschallreflektoren in entsprechender Weise mit unterschiedlicher Höhe vorgesehen sein, um mehrere deutliche Ultraschallechos zu erhalten und daraus Rückschlüsse darauf ziehen zu können, welcher der Reflektoren bereits in die Flüssigkeit eingetaucht ist und welcher noch nicht. Anhand der klaren Ultraschallechos kann zuverlässig erkannt werden, wie hoch der Flüssigkeitspegel im Behälter sein
muss, ohne dass ein Ultraschallecho von der Flüssigkeitsoberfläche berücksichtigt werden müsste.
Die Trageinrichtung kann, insbesondere wenn sie rohrförmig ausgebildet ist, aus Metall, Kunststoff oder Kautschuk bestehen.
Der Behälter kann in einem oberen und /oder seitlichen Bereich eine Öffnung aufweisen, an der die Halterung befestigbar ist und durch die die Trageinrichtung zusammen mit dem Ultraschallsender, dem Ultraschallempfänger und dem Ultraschallreflektor sowie gegebenenfalls Umlenkeinrichtungen für die Ultraschallsignale in das Innere des Behälters einführbar ist. Somit wird die Trageinrichtung als Baugruppe zunächst vollständig außerhalb des Behälters bestückt und die Komponenten aufeinander abgestimmt. Nachdem die Komponenten zueinander ausgerichtet worden sind und nach gegebenenfalls erforderlichen Funktionstests wird schließlich die Trageinrichtung als Baugruppe mit allen Komponenten durch die Öffnung eingeführt. Aufgrund der Krümmungsstellen kann durch geeignete Drehung nacheinander die Trageinrichtung vollständig in das Innere des Behälters eingeführt und dort ausgerichtet werden. Dadurch kann insbesondere erreicht werden, dass der vertikale Rohrabschnitt sich auch tatsächlich vertikal bzw. mit der beabsichtigten Neigung im Inneren des Behälters erstreckt.
Die Öffnung im Behälter kann darüber hinaus eine Öffnung zum Befestigen eines Ventilkopfs sein, wobei der Ventilkopf ein Überdruckrohr zum Ableiten eines Überdrucks im Behälter und /oder ein Entnahmerohr zum Entnehmen von Flüssigkeit aus dem Behälter halten kann. Der Ventilkopf kann daher zunächst ein an sich bekannter Ventilkopf sein, wie er bei Autogastanks genutzt wird. Zusätzlich kann der Ventilkopf jetzt aber auch die Halterung bilden und daher die Trageinrichtung mit den Ultraschall-Komponenten halten.
Das Überdruckrohr und/ oder das Entnahmerohr können aus einem elastisch verformbaren Material bestehen, so dass sie beim Einführen der Trageinrichtung entsprechend biegbar sind, um die erforderlichen Dreh- und Schiebebewegungen mitmachen zu können, die zum Einführen der Trageinrichtung erforderlich sind.
Bei einer Ausführungsform verläuft das Überdruckrohr parallel zu der Trageinrichtung, während das Entnahmerohr aus einem elastisch verformbaren Material besteht. Das Überdruckrohr kann dann aus einem steifen, nicht oder nur wenig verformbaren Material gefertigt sein, da es beim Einführen in den Behälter die gleichen Bewegungen wie die ebenfalls steife Trageinrichtung vollzieht. Da aber das Überdruckrohr den gleichen Verlauf wie die Trageinrichtung einnimmt und daher auch die gleichen Krümmungsstellen an den gleichen Stellen wie die Trageinrichtung aufweist, lässt sich auch das Überdruckrohr ohne weiteres platzieren.
Der Ultraschallwandler kann einen an sich bekannten piezoelektrischen Schwinger aufweisen.
Dabei kann der piezoelektrische Schwinger zwei Elektroden und eine dazwischen angeordnete Isolationsstrecke aufweisen, wobei die Isolationsstrecke mit wenigstens einem vorbestimmten ohmschen Widerstand bestückt ist, der die beiden Elektroden überbrückt. Im Falle einer Zerstörung des Schwingers durch einen Bruch, beispielsweise durch mechanische oder thermische Einflüsse von außen, kann eine Hochspannung bzw. eine Zündfunken erzeugt werden. Dies stellt bei einer Anwendung in explosionsgefährdeten Atmosphären, also beispielsweise bei Flüssiggastanks ein Problem dar. Dadurch, dass auf die Elektroden bzw. die Piezokeramik ein oder mehrere ohmsche Widerstände aufgebracht werden, kann im Falle eines Bruchs die Bruchspannung abgeleitet und das Entstehen eines Zündfunkens
- I i - verhindert werden. Zumindest kann erreicht werden, dass die auftretenden Energien zu gering für eine Zündung werden.
Der oder die ohmschen Widerstände können alternativ auch mittels einer definierten schwach leitenden Dickschicht zwischen den Elektroden realisiert werden.
Ebenso ist es möglich, dass zusätzlich oder alternativ zu dem auf der Isolationsstrecke vorgesehenen ohmschen Widerstand ein ohmscher Widerstand vorgesehen ist, der Signalleitungen überbrückt, die zu den beiden Elektroden führen.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 Einen Schnitt durch einen Autogastank mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 2 Eine spezielle Ausführungsform der Anordnung von Figur 1 ;
Figur 3 Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung;
Figur 4 Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung;
Figur 5 Widerrum eine andere Ausführungsform;
Figur 6 Eine alternative Ausführungsform; und
Figur 7 In schematischer Darstellung den Aufbau eines piezoelektrischen Schwingers.
Figur 1 zeigt einen Radialschnitt durch einen toroidalen Behälter 1 , der in diesem speziellen Falle ein Autogastank ist. Der Behälter
1 enthält eine Flüssigkeit 2a, zum Beispiel Flüssiggas, deren Oberfläche mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet ist.
In einer Seitenwand des Behälters 1 ist im oberen Bereich eine Öffnung 3 vorgesehen, in der ein Anschlussflansch 4 vorgesehen ist. In die Öffnung 3 ist ein als Halterung dienender Ventilkopf 5 eingesetzt und an dem Anschlussflansch 4 befestigt.
Der Ventilkopf 5 hält eine Trageinrichtung 6, die in Form eines gebogenen Rohrs ausgebildet ist. In der Wandung der rohrförmigen Trageinrichtung 6 sind Öffnungen 7 vorgesehen, so dass das Innere der Trageinrichtung 6 mit der Flüssigkeit 2a in kommunizierender Verbindung steht. Die Trageinrichtung 6 ist bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel rohrförmig gestaltet. Sie kann jedoch auch anders ausgeführt werden und zum Beispiel in Form einer gebogenen Stange gestaltet sein.
Das Ende der Trageinrichtung 6 ist in Form eines sich vertikal gerade nach oben erstreckenden Rohrabschnitts 8 ausgeführt. Am unteren Ende des Rohrabschnitts 8 ist ein als Ultraschallsender und -empfänger dienender Ultraschallwandler 9 angeordnet, der Ultraschallwellen vertikal nach oben in den Rohrabschnitt 8 sendet und entsprechend reflektierte Ultraschallwellen empfängt. Die Ultraschallwellen werden dabei entweder von der Flüssigkeitsoberfläche 2 im Inneren des Rohrabschnitts 8 oder durch einen als Ultraschallreflektor dienenden, ebenfalls durch die Trageinrichtung 6 getragenen Grenzstandsreflektor 10 reflektiert. Aufgrund der Laufzeit ist es in bekannter Weise möglich, den Abstand zwischen dem Ultraschallwandler 9 und der Reflexionsoberfläche (Flüssigkeitsoberfläche 2,
Grenzstandsreflektor 10) zu ermitteln und daraus den Flüssigkeitsstand in dem Behälter 1 festzustellen, wie auch in der EP 1 748 285 Al beschrieben.
Der Grenzstandsreflektor 10 kann durch ein Blechelement gebildet werden, das teilweise den Rohrabschnitt 8 abdeckt und an der Trageinrichtung 6 in einer Höhe angeordnet ist, die der maximalen Füllstandshöhe entsprechen soll. Wenn der Pegel der Flüssigkeitsoberfläche 2 höher steigt als der Grenzstandsreflektor 10, wird ein besonders klares, scharfes Ultraschallecho erzeugt, woraufhin geschlossen werden kann, dass der Grenzstandsreflektor 10 mit Flüssigkeit bedeckt ist. Dies wird als Kriterium dafür gewertet, dass der Behälter 1 maximal befüllt ist.
Durch das Innere der Trageinrichtung 6 wird ein Kabel 1 1 geführt, das zur Energieversorgung und zur Signalübertragung des Ultraschallwandlers 9 dient.
Der vertikale Rohrabschnitt 8 dient als Ultraschall-Leitrohr, in dem die vom Ultraschallwandler 9 nach oben ausgesandten Ultraschallwellen vertikal bis zur Flüssigkeitsoberfläche 2 bzw. zu dem Grenzstandsreflektor 10 geleitet, dort reflektiert und wieder zurück zum Ultraschallwandler 3 nach unten zurückgeleitet werden. Der Querschnitt des Rohrabschnitts 8 kann unterschiedliche Geometrien aufweisen, beispielsweise kreisrund oder elliptisch sein. Es hat sich herausgestellt, dass die Ultraschallweiterleitung in der Flüssigkeit in dem Rohrabschnitt 8 besonders effizient erfolgt, wenn das Rohrmaterial selbst aus einem Kunststoff, beispielsweise Polyamid (PA) oder Polyoxymethylen (POM), oder aus einem Kautschuk besteht. Ebenso ist es möglich, dass der Rohrabschnitt 8 durch ein Metallrohr gebildet wird, in das ein innen liegendes Rohr aus Kunststoff oder Kautschuk eingeschoben ist oder das innenseitig mit Kunststoff oder Kautschuk beschichtet ist. Dadurch kann ein mechanisch stabiler Aufbau sowie eine optimale Ultraschallweiterleitung erreicht werden.
Anhand von Bild 2 wird nun die besondere Ausgestaltung der Trageinrichtung 6 erläutert.
Die Trageinrichtung 6 ist bei dieser Ausführungsform im Wesentlichen rohrförmig gestaltet. Sie weist einen ersten Rohrabschnitt 14a (entsprechend dem vertikalen Rohrabschnitt 8), einen zweiten Rohrabschnitt 14b, einen dritten Rohrabschnitt 14c und einen vierten Rohrabschnitt 14d auf. Die Rohrabschnitte sind jeweils weitgehend gerade gestreckt und über Biegungen bzw. Krümmungsstellen miteinander verbunden, nämlich der erste und der zweite Rohrabschnitt 14a, 14b durch eine erste Krümmungsstelle 15a, der zweite und der dritte Rohrabschnitt 14b, 14c durch eine zweite Krümmungsstelle 15b und der dritte und der vierte Rohrabschnitt 14c, 14d durch eine dritte Krümmungsstelle 15c.
Die erste Krümmungsstelle 15a und die zweite Krümmungsstelle 15b weisen die gleiche Krümmungsrichtung auf (in Figur 2 gesehen im Uhrzeigersinn). Die dritte Krümmungsstelle 15c ist hingegen entgegengesetzt gekrümmt (in Figur 2 entgegen dem Uhrzeigersinn).
Durch geeignete Wahl der Krümmungswinkel an den Krümmungsstellen 15a bis 15c kann erreicht werden, dass der zweite Rohrabschnitt 14b im Wesentlichen horizontal bzw. mit einem geringen Neigungswinkel gegenüber der Horizontalen verläuft und sich in der Nähe des Bodens des Behälters 1 erstreckt.
Ebenso kann erreicht werden, dass der erste Rohrabschnitt 14a und der dritte Rohrabschnitt 14c annähernd parallel zueinander bzw. in einem geeigneten Winkel zueinander stehen (in Figur 2 ca. 30°), so dass die gesamte Trageinrichtung 6 durch die Öffnung 3 eingeführt werden kann.
Durch entsprechendes Einschieben und Verdrehen lässt sich die
Trageinrichtung 6 durch die relativ schmale Öffnung 3 in das Innere des Behälters 1 einbringen und in der in Figur 2 gezeigten
Weise positionieren. Es ist nicht erforderlich, eine zusätzliche Öffnung vorzusehen oder gar den Behälter zu öffnen. Vielmehr kann die ohnehin bei herkömmlichen Autogastanks vorhandene Öffnung 3 genutzt werden, um die vormontierte Ultraschall- Füllstandsmessvorrichtung mit ihren bereits vollständig zueinander ausgerichteten und justierten Komponenten in das Innere des Behälters 1 zu platzieren.
Figur 3 zeigt eine andere Ausführungsform.
Zur Vereinfachung werden die Rohrabschnitte und Krümmungsstellen mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Auch hier weisen die erste Krümmungsstelle 15a und die zweite Krümmungsstelle 15b die gleiche Krümmungsrichtung (in Figur 3 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn, gesehen vom ersten Rohrabschnitt 14a aus) auf, währen die dritte Krümmungsstelle 15c entgegengesetzt gekrümmt ist (im Uhrzeigersinn).
Dadurch wird erreicht, dass der zweite Rohrabschnitt 14b in der Nähe der Oberseite des Behälters 1 verläuft, im Unterschied zu der Ausführung von Figur 2.
Der Grenzstandsreflektor 10 ist im Inneren der Trageinrichtung 6 am oberen Ende des sich vertikal erstreckenden ersten Rohrabschnitts 14a angeordnet. Der Ultraschallwandler 9 ist dagegen sehr weit unten, nahezu am Boden des Behälters 1 positioniert. Dadurch können auch relativ niedrige Füllstände erfasst werden.
Direkt unterhalb des Ultraschallwandlers 9 ist ein Umlenkspiegel
16 angeordnet, mit dessen Hilfe Ultraschallwellen 17, die von dem
Ultraschallwandler 9 nach unten abgegeben werden, seitlich weggelenkt werden können. Dadurch wird verhindert, dass vom
Ultraschallwandler 9 nach unten laufende Ultraschallwellen vom Tankboden reflektiert und vom Ultraschallwandler 9 wieder als Störechos empfangen werden.
Figur 4 zeigt eine Anwendung der Ultraschall- Füllstandsmessvorrichtung bei einem herkömmlichen Autogastank (Flüssiggastank).
Bei Autogastanks werden oft sämtliche benötigte Funktionen über ein Multiventil 18 realisiert, welches in Form des Ventilkopfs 5 an dem einzigen dafür vorgesehenen Anschlussflansch 4 befestigt wird. Für die Flüssigkeitsentnahme trägt das Multiventil 18 ein vom Ventilkopf 5 innen bis zum Tankboden verlaufendes
Entnahmerohr 19 sowie ein vom Ventilkopf 5 nach oben verlaufendes Überdruckrohr 20.
Zusätzlich ist an dem Ventilkopf 5 die Trageinrichtung 6 gehalten, wie oben bereits erläutert.
Um die Trageinrichtung 6 zusammen mit dem Entnahmerohr 19 und dem Überdruckrohr 20 in das Innere des Behälters 1 einführen zu können, bestehen das Überdruckrohr 20 und das Entnahmerohr 19 aus einem elastisch biegbaren Material, so dass diese Rohre entsprechend nachgeben können.
In Figur 5 wird eine andere Ausführung in Perspektivdarstellung gezeigt.
Bei dieser Variante ist das Überdruckrohr 20 steif ausgebildet und verläuft parallel neben der gebogenen Trageinrichtung 6, während lediglich das Entnahmerohr 19 flexibel biegbar ausgeführt ist.
Figur 6 zeigt eine andere Ausführungsform.
Anstelle der gebogenen Rohrelemente, die die oben gezeigten Krümmungsstellen 15a bis 15b bilden, wird - wenigstens an der ersten Krümmungsstelle 15a - ein Übergangswinkelstück 21 eingesetzt, auf das einerseits der erste Rohrabschnitt 14a und andererseits der zweite Rohrabschnitt 14b aufgeschoben ist. Insofern kann das Übergangs-Winkelstück 21 auch bereits Teilabschnitte der Rohrabschnitte 14a, 14b bilden.
Der oben häufig verwendete Begriff „Krümmung" bzw. „Krümmungsstelle" umfasst insofern nicht nur gebogene Übergänge, sondern auch winklige, das heißt relativ kantige Richtungsänderungen im Verlauf der Trageinrichtung 6.
Das Übergangs-Winkelstück 21 realisiert eine 90°-Umlenkung. Im Inneren des Übergangs-Winkelstücks 21 ist der
Ultraschallwandler 9 angebracht, derart, dass er horizontal
Ultraschallwellen 22 aussendet, die an einer Spiegelfläche 23 reflektiert und von unten in den vertikalen ersten Rohrabschnitt
14a eingeleitet werden. Durch die horizontale Anordnung des Ultraschallwandlers 9 ist es möglich, das gegebenenfalls
Ablagerungen auf dem Ultraschallwandler 9 durch
Verunreinigungen der Flüssigkeit und damit eine mögliche
Beeinträchtigung der Ausbreitung der Ultraschallwellen vermieden wird. Verunreinigungen können sich auf der demgemäß vertikal stehenden Sendefläche des Ultraschallwandlers 9 nicht ablagern.
Das Übergangs-Winkelstück 21 ermöglicht es, dass die Trageinrichtung 6 nicht einstückig gebaut werden muss, sondern aus mehreren Teilelementen zusammengesetzt bzw. -gesteckt werden kann. Entsprechend können auch weitere Übergangs- Winkelstücke an der zweiten und der dritten Krümmungsstelle 15b, 15c vorgesehen werden, wenn dies aus Fertigungs- oder Montagegründen zweckmäßig ist.
Figur 7 zeigt einen Aufbau für ein Beispiel eines piezoelektrischen Schwingers, der als Ultraschallwandler 9 verwendet wird.
Der Schwinger weist zwei Elektroden E l und E2 auf. Im Falle einer Zerstörung des Schwingers durch einen Bruch, beispielsweise durch mechanische oder thermische Einflüsse von außen, kann eine Hochspannung bzw. ein Zündfunken erzeugt werden. Dies stellt bei Anwendung in explosionsgefährdeten Atmosphären, beispielsweise bei Flüssiggastanks, ein besonderes Problem dar. Zur Lösung dieses Problems werden die Elektroden E l und E2 durch ohmsche Widerstände R gebrückt, die auf der Piezokeramik angebracht sind. Im Falle eines Bruchs leiten die Widerstände R die Bruchspannung ab, wodurch das Entstehen eines Zündfunkens verhindert werden kann. Zumindest können die auftretenden Potentiale bzw. Zündenergien so gering gehalten werden, dass sie für eine Zündung nicht mehr ausreichen.
Alternativ können die ohmschen Widerstände auch mittels einer definierten, schwach leitenden Dickschicht zwischen den Elektroden El , E2 realisiert werden.
Ebenso ist es möglich, die Widerstände in Form eines ohmschen Widerstandes R2 in Zuleitungen 24, 25 zu den Elektroden anzuordnen.
Die Vorrichtung erlaubt ein kontinuierliches Erfassen eines Füllstandes sowie eines vordefinierten Grenzstandes auf Basis von Ultraschall. Die Vorrichtung lässt sich ohne weitere bauliche Maßnahmen als komplette vormontierte Einheit in eine zum Beispiel bei bekannten Autogastanks vorhandene Öffnung einbringen und an dem dort vorhandenen Anschlussflansch befestigen. Der Autogastank muss zu diesem Zweck nicht modifiziert werden; lediglich das Multiventil sollte derart ausgerichtet sein, dass es auch die Trageinrichtung halten kann.