WO2010000827A1 - Füllstandssensor und system mit einem füllstandssensor und einem fluidreservoir - Google Patents

Füllstandssensor und system mit einem füllstandssensor und einem fluidreservoir Download PDF

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level sensor
cavity
fluid reservoir
axial end
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Johannes Ante
Manfred Weigl
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Continental Automotive Gmbh
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    • Y10T137/6416—With heating or cooling of the system
    • Y10T137/6606—With electric heating element

Definitions

  • the invention relates to a level sensor and a system with a level sensor and with a fluid reservoir.
  • the exhaust gas catalyst is preferably an SCR catalyst of an SCR system.
  • SCR in this context means "selective catalytic reduction".
  • nitrogen oxides can be reduced by means of ammonia, which can be obtained during operation of the internal combustion engine from a special ammonia medium.
  • the specific ammonia medium may be an aqueous urea solution.
  • the aqueous urea solution is pumped from a fluid reservoir with a fluid pump to a urea injection valve which meters the urea solution of the SCR catalyst into the exhaust gas flow of the internal combustion engine.
  • the urea solution stock held in the fluid reservoir a ba- maltese behavior and for example, has a freezing temperature of -11 0C
  • An outer electrode is in the form of a hollow profile which is flat in cross-section, and an inner electrode is formed from a flat strip of material which is surrounded on all sides by a liquid-open support structure so that the flat strip of material of the inner electrode together with the flat hollow profile the outer electrode is bendable about one or more of the main axes of the cross section of the hollow profile without the electrodes touching each other as a result of the bending of the electrode arrangement.
  • the object underlying the invention is to provide a level sensor and a system with a level sensor and a fluid reservoir, which allow a reliable and reproducible determination of the level of a fluid in the fluid reservoir.
  • the invention is characterized by a level sensor with a base unit having a cavity.
  • a first axial end of the cavity is adapted for hydraulic communication with a fluid reservoir.
  • a second axial end of the cavity is adapted for hydraulic coupling to a fluid reservoir.
  • a heating element is arranged in the wall of the cavity.
  • a first electrode and a second electrode are disposed on the base unit such that a capacitance formed electrically between the first electrode and the second electrode is representative of the level in the fluid reservoir.
  • the first electrode and the second electrode are each designed such that they extend from a region of the first axial end of the cavity to a region of the second axial end of the cavity. This allows the formation of a reliable level sensor characterized in that with a change in the level of a sufficiently large change in the capacity is associated with the determination.
  • the first electrode and the second electrode are formed galvanically separated from each other and arranged so that they each form a half hollow cylinder and are arranged together in a hollow cylindrical shape in the wall. This allows the formation of a high sensitivity of the filling level sensor in that the capacitance formed between the first electrode and the second electrode is significantly influenced by the filling level.
  • the first electrode and the second electrode are enveloped by an outer jacket of the wall. This allows the formation of a high sensitivity of the level sensor, characterized in that the capacitance formed between the first electrode and the second electrode is significantly influenced by the level.
  • the outer jacket of the wall comprises polyoxymethylene. This allows the formation of a corrosion-resistant against chemical aggressive fluid level sensor.
  • the invention is characterized by a level sensor with a base unit having a cavity.
  • a first axial end of the cavity is designed for hydraulic communication with a fluid reservoir.
  • a second axial end of the cavity is adapted for hydraulic coupling to a fluid reservoir.
  • a heating element is arranged in a wall of the cavity.
  • a first electrode is arranged on the base unit and a second electrode is arranged external to the base unit in a region of the fluid reservoir such that a capacitance formed electrically between the first electrode and the second electrode is representative of the level in the fluid reservoir. This allows a reliable determination of the level even with an inclined fluid reservoir.
  • the first electrode is designed such that it extends from a region of the first axial end of the cavity to a region of the second axial end of the cavity. This allows the formation of a reliable level sensor by a sufficiently large change in the capacity with a change in the level and a concomitant high sensitivity of the level sensor.
  • the first electrode is hollow-cylindrical in the wall of the cavity. This allows the formation of a high sensitivity of the fill level sensor in that the capacitance formed between the first electrode and the second electrode is significantly influenced by the fill level.
  • Electrode enveloped by an outer jacket of the wall This allows the formation of a high sensitivity of the level sensor, characterized in that the capacitance formed between the first electrode and the second electrode is significantly influenced by the level.
  • the outer jacket of the wall comprises polyoxymethylene. This allows the formation of a corrosion-resistant against chemical aggressive fluid level sensor.
  • the second electrode is arranged on a reservoir wall of the fluid reservoir. This allows a reliable determination of the level even with an inclined fluid reservoir.
  • the first electrode and the second electrode are formed galvanically isolated from the fluid. This effectively prevents the corrosion of the first electrode and the second electrode.
  • the heating element is formed as a hollow cylinder in the wall. This effectively enables heating of the entire wall of the cavity.
  • the heating element in the wall extends from a region of the first axial end of the cavity to a region of the second axial end of the cavity. This makes it possible to heat the level sensor on the length of the cavity particularly effective and thus thaw frozen fluid if necessary.
  • the heating element is thermally coupled to the wall. This makes it easy to ensure that the fluid in the level sensor is in liquid phase, especially at low temperatures, below the melting temperature of the fluid.
  • the base unit comprises a temperature sensor element. This can be a permitting the temperature to be predetermined by the heating element.
  • the temperature sensor element is arranged in the region of the first axial end of the cavity. This allows a simple determination of the temperature of the fluid before the removal of fluid through the cavity of the level sensor.
  • the invention is characterized by a system with a fill level sensor and with a fluid reservoir for storing fluid, in which the fill level sensor is arranged in the fluid reservoir.
  • the level sensor is arranged in the fluid reservoir, that the second axial end of the cavity is disposed above a maximum level height with respect to the level.
  • a fluid frozen in the fluid reservoir at least on the surface it can be effectively thawed by the heating element up to the filling level height, at least in the immediate vicinity of the filling level sensor.
  • a negative pressure in the fluid reservoir can be prevented, which can arise in the case of a frozen fluid when fluid is withdrawn from the fluid reservoir.
  • Figure 1 shows a system with a first embodiment of a
  • FIG. 2 shows a filling level sensor in a cross section
  • 3 shows a system with a second embodiment of a level sensor and a fluid reservoir in a longitudinal section.
  • FIG. 1 shows a fill level sensor 2 with a base unit 4.
  • the base unit 4 comprises a cavity 6 with a wall 8.
  • the cavity 6 has a first axial end 10 and a second axial end 12, the first axial end 10 being formed For hydraulic communication with a fluid reservoir 14 and the second axial end 12 is formed for hydraulic coupling with a fluid reservoir 16.
  • a heating element 18 In the wall 8 are formed a heating element 18, and a first electrode 20 and a second electrode 22.
  • a temperature sensor element 24 is formed in the wall in the region of the first axial end 10 of the cavity 6.
  • An electrical connection 26 is formed in the region of the second axial end 12 of the cavity 6 for the electrical coupling of electrical contacts 27.
  • a flange 30 is formed in the region of the second axial end 12 of the cavity 6 for mechanically coupling the fill level sensor 2 to the fluid reservoir 14 ,
  • the level sensor 2 is designed for capacitive level measurement of a fluid FL located in the fluid reservoir 14 with a fill level h.
  • An electrically formed between the first electrode 20 and the second electrode 22 capacitance is representative of the level h in the fluid reservoir 14.
  • the first electrode 20 and the second electrode 22 respectively are adapted to extend from a portion of the first axial end 10 of the cavity 6 to a portion of the second axial end 12 of the cavity 6.
  • the first electrode 20 and the second electrode 22 formed galvanically separated from each other and are arranged so that they each form a half hollow cylinder and are arranged together in a hollow cylindrical shape in the wall 8 ( Figure 2).
  • the level sensor 2 allows a simple mechanical coupling with the fluid reservoir 14 via the flange 30 and a simple electrical coupling of electrical contacts 27 via the electrical connection 26.
  • the fluid reservoir 14 can communicate hydraulically with a Fluid reservoir 16 coupled to second end 12 of cavity 6 can be removed from fluid reservoir 14 by means of fill level sensor 2, for example.
  • the cavity 6 may be formed, for example, as a sampling tube.
  • the combination of the cavity 6 as a sampling tube with the heating element 18 arranged in the wall 8 and the first electrode 20 and the second electrode 22 for capacitive level measurement has the advantage that the number of discrete components in the fluid reservoir 14 is small.
  • the filling level h is measured at a favorable position in the fluid reservoir 14 with respect to the heating power of the heating element 18. If the first electrode 20 and the second electrode 22 are arranged at the same height in the wall 8 as the heating element 18, it can be determined very simply how much fluid FL can be removed from the fluid reservoir 14 without causing the heating element 18 to drain , For example, the heating power of the heating element 18 can be reduced if the filling height h has a lower barrier.
  • the fluid reservoir 14 is designed to receive the fluid FL up to a maximum fill level hmax.
  • the fluid reservoir 14 can be, for example, a tank, for example a reducing agent tank for containing a fluid FL containing ammonia in an SCR catalytic converter for the chemical degradation of nitrogen oxides from the exhaust gas of an internal combustion engine.
  • the ammonia-containing fluid FL may be urea, for example a 32.5% urea solution.
  • Urea solution is a chemically aggressive FL fluid with basic properties.
  • a 32.5% urea solution typically has a pH of 9 to 9.5.
  • metallic components of the fill level sensor 2 in a preferred embodiment are galvanically insulated from the fluid FL.
  • the first electrode 20 and the second electrode 22, as shown in Figure 2 surrounded by a chemically corrosion resistant outer wall 34.
  • the outer wall 34 includes, for example, polyoxymethylene, also called POM.
  • an inner wall 36 may also include POM.
  • Urea solution may have a melting temperature of, for example -11 0 C.
  • the level sensor 2 can be heated by means of the heating element 18. It is advantageous if the heating element 18 is hollow-cylindrical in the wall 8 and extends from a region of the first axial end 10 of the cavity 6 to a region of the second axial end 12 of the cavity 6. This makes it possible for the level sensor 2 over the length of the cavity 6 to be particularly effective. to effectively heat and thus possibly thaw frozen fluid FL.
  • the wall 8 of the cavity 6 is filled with a thermally conductive potting 28.
  • a freezing of the fluid FL at least in a region around the level sensor 2 can be reliably avoided.
  • a temperature can be determined, so that, for example, a regulation of the predetermined temperature by the heating element 18 is possible.
  • the fill level sensor 2 is arranged in the fluid reservoir 14 in such a way that the second axial end 12 of the cavity 6 is arranged above the maximum fill level hmax.
  • a fluid FL frozen in the fluid reservoir 14 at least on the surface, it can be effectively thawed by the heating element 18 up to the filling level height h, at least in the immediate vicinity of the filling level sensor 2.
  • a negative pressure in the fluid reservoir 14 which may arise in the case of a frozen fluid FL when fluid FL is withdrawn from the fluid reservoir 14.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the fill level sensor 2 arranged in the fluid reservoir 14.
  • the first electrode 20 is arranged in the wall 8 of the cavity 6 and the second electrode 22 is arranged on a reservoir wall 40 of the fluid reservoir 14.
  • the first electrode 20 is preferably hollow cylindrical and preferably extends from a region of the first axial end 10 of the cavity 6 to a region of the second axial end 12 of the cavity 6.
  • the second electrode 22 may be strip-shaped and is preferably longitudinal the cavity 6 is arranged on the reservoir wall 40.
  • the first electrode 20 and the second electrode 22 are formed galvanically insulated from the fluid FL.
  • the first electrode 20 is preferably enveloped by an outer jacket 34 of the wall 8.
  • the outer sheath 34 is preferably made of a corrosion-resistant material and may comprise, for example, polyoxymethylene.
  • the second electrode 22 may be arranged, for example, in the reservoir wall 40.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that in the wall 8 of the cavity 6 in the second embodiment, only the first electrode 20 is arranged which is hollow cylindrical.
  • the first embodiment and the second embodiment of the level sensor 2 can be combined in any desired manner, in particular with regard to their configurations.

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Abstract

Ein Füllstandssensor (2) umfasst eine Grundeinheit (4), die eine Kavität (6) aufweist. Ein erstes axiales Ende (10) der Kavität (6) ist ausgebildet zur hydraulischen Kommunikation mit einem Fluidreservoir (14). Ein zweites axiales Ende (12) der Kavität (6) ist ausgebildet zur hydraulischen Kopplung mit einem Fluidspeicher (16). In einer Wandung (8) der Kavität (6) ist ein Heizelement (18) angeordnet. Eine erste Elektrode (20) und eine zweite Elektrode (22) an der Grundeinheit (4) angeordnet derart, dass eine elektrisch zwischen der ersten Elektrode (20) und der zweiten Elektrode (22) ausgebildete Kapazität repräsentativ ist für den Füllstand (h) in dem Fluidreservoir (14).

Description

Beschreibung
Füllstandssensor und System mit einem Füllstandssensor und einem Fluidreservoir
Die Erfindung betrifft einen Füllstandssensor und ein System mit einem Füllstandssensor und mit einem Fluidreservoir.
Zur Einhaltung gesetzlicher Beschränkungen von Schadstoff- emissionen bei einem Betrieb von Brennkraftmaschinen kann entstehendes Abgas nachbehandelt werden. Insbesondere werden Anstrengungen unternommen, in dem Abgas enthaltene Stickoxide zu unbedenklichen Stoffen reagieren zu lassen. Diese Art der Schadstoffreduktion wird beispielsweise bei Diesel-Brenn- kraftmaschinen angewandt und in einem speziellen Abgaskatalysator durchgeführt. Der Abgaskatalysator ist vorzugsweise ein SCR-Katalysator eines SCR-Systems. SCR bedeutet in diesem Zusammenhang „selektive katalytische Reduktion".
In dem Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltene Stickoxide können abgebaut werden mittels Ammoniak, das während des Betriebs der Brennkraftmaschine aus einem speziellen Ammoniakmedium gewonnen werden kann. Das spezielle Ammoniakmedium kann eine wässrige Harnstofflösung sein. Zur Abgasnachbehand- lung wird die wässrige Harnstofflösung aus einem Fluidreservoir mit einer Fluidpumpe zu einem Harnstoffeinspritzventil gepumpt, das die Harnstofflösung des SCR-Katalysators in den Abgasstrom der Brennkraftmaschine zumisst. Die in dem Fluidreservoir vorrätig gehaltene Harnstofflösung weist ein ba- sisches Verhalten auf und hat beispielsweise eine Gefriertemperatur von -11 0C.
Eine Voraussetzung für eine wirksame Reduktion von Schadstoffemissionen aus Brennkraftmaschinen mittels des Abbaus von Stickoxiden ist eine genaue Ermittlung des Füllstands der Harnstofflösung in dem Fluidreservoir. Aus DE 10 2006 050 661 Al ist ein kapazitiver Füllstandssensor für Kraftstofftanks bekannt. Eine Außenelektrode ist in der Form eines im Querschnitt flachen Hohlprofils ausgebildet, und eine Innenelektrode ist aus einem flachen Material- streifen ausgebildet, der im Sinne einer Abstandshaltung allseitig von einer flüssigkeitsoffenen Stützstruktur umgeben ist, so dass der flache Materialstreifen der Innenelektrode gemeinsam mit dem flachen Hohlprofil der Außenelektrode um eine oder mehrere der Querschnittshauptachsen des Hohlprofils biegbar ist, ohne dass sich die Elektroden in Folge der Biegung der Elektrodenanordnung einander berühren.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist, einen Füllstandssensor und ein System mit einem Füllstandssensor und einem Fluidreservoir zu schaffen, die eine zuverlässige und reproduzierbare Ermittlung des Füllstands eines Fluids in dem Fluidreservoir ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch einen Füllstandssensor mit einer Grundeinheit, die eine Kavität aufweist. Ein erstes axiales Ende der Kavität ist ausgebildet zur hydraulischen Kommunikation mit einem Fluidreservoir. Ein zweites axiales Ende der Kavität ist ausgebildet zur hydraulischen Kopplung mit einem Fluidspeicher . In der Wandung der Kavität ist ein Heizelement angeordnet. Eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode sind an der Grundeinheit angeordnet, derart, dass eine elektrisch zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgebildete Kapazität repräsentativ ist für den Füllstand in dem Fluidreservoir. Dies ermöglicht eine zuverlässige und genaue Ermittlung des Füllstands eines Fluids in dem Fluidreservoir dadurch, dass insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des Fluids ein Auftreten des Fluids in flüssiger Phase durch das Heizelement sichergestellt werden kann .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Elektrode und die zweite Elektrode jeweils so ausgebildet, dass sie sich von einem Bereich des ersten axialen Endes der Kavität bis zu einem Bereich des zweiten axialen Endes der Kavität erstrecken. Dies ermöglicht die Ausbildung eines zuverlässigen Füllstandssensors dadurch, dass mit einer Änderung des Füllstands eine zur Ermittlung hinreichend große Änderung der Kapazität einhergeht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Elektrode und die zweite Elektrode galvanisch voneinan- der getrennt ausgebildet und so angeordnet, dass sie jeweils einen halben Hohlzylinder ausbilden und zusammen hohlzylin- derförmig in der Wandung angeordnet sind. Dies ermöglicht die Ausbildung einer großen Sensitivität des Füllstandssensors dadurch, dass die zwischen der ersten Elektrode und der zwei- ten Elektrode ausgebildete Kapazität maßgeblich von dem Füllstand beeinflusst wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Elektrode und die zweite Elektrode von einem Außenmantel der Wandung umhüllt. Dies ermöglicht die Ausbildung einer großen Sensitivität des Füllstandssensors dadurch, dass die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgebildete Kapazität maßgeblich von dem Füllstand beeinflusst wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Außenmantel der Wandung Polyoxymethylen . Dies ermöglicht die Ausbildung eines gegen chemisch aggressives Fluid korrosionsbeständigen Füllstandssensors.
Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch einen Füllstandssensor mit einer Grundeinheit, die eine Kavität aufweist. Ein erstes axiales Ende der Kavität ist ausgebildet zur hydraulischen Kommunikation mit einem Fluid- reservoir. Ein zweites axiales Ende der Kavität ist ausgebildet zur hydraulischen Kopplung mit einem Fluidspeicher . In einer Wandung der Kavität ist ein Heizelement angeordnet. Ei- ne erste Elektrode ist an der Grundeinheit angeordnet und eine zweite Elektrode ist extern zu der Grundeinheit angeordnet in einem Bereich des Fluidreservoirs, derart, dass eine elektrisch zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgebildete Kapazität repräsentativ ist für den Füllstand in dem Fluidreservoir . Dies ermöglicht eine zuverlässige Ermittlung des Füllstands auch bei einem geneigten Fluidreservoir .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Elektrode derart ausgebildet, dass sie sich von einem Bereich des ersten axialen Endes der Kavität bis zu einem Bereich des zweiten axialen Endes der Kavität erstreckt. Dies ermöglicht die Ausbildung eines zuverlässigen Füllstandssensors durch eine hinreichend große Änderung der Kapazität bei einer Änderung des Füllstands und einer damit einhergehenden großen Sensiti- vität des Füllstandssensors.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Elektrode hohlzylinderförmig in der Wandung der Kavität ausgebildet. Dies ermöglicht die Ausbildung einer großen Sen- sitivität des Füllstandssensors dadurch, dass die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgebildete Kapazität maßgeblich von dem Füllstand beeinflusst wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste
Elektrode von einem Außenmantel der Wandung umhüllt. Dies ermöglicht die Ausbildung einer großen Sensitivität des Füllstandssensors dadurch, dass die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgebildete Kapazität maßgeblich von dem Füllstand beeinflusst wird. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Außenmantel der Wandung Polyoxymethylen . Dies ermöglicht die Ausbildung eines gegen chemisch aggressives Fluid korrosionsbeständigen Füllstandssensors.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Elektrode angeordnet an einer Reservoirwandung des Fluidre- servoirs. Dies ermöglicht eine zuverlässige Ermittlung des Füllstands auch bei einem geneigten Fluidreservoir .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Elektrode und die zweite Elektrode galvanisch isoliert ausgebildet gegenüber dem Fluid. Dies verhindert wirksam die Korrosion der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Heizelement hohlzylinderförmig in der Wandung ausgebildet. Dies ermöglicht wirkungsvoll ein Beheizen der gesamten Wandung der Kavität .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich das Heizelement in der Wandung von einem Bereich des ersten axialen Endes der Kavität bis zu einem Bereich des zweiten axialen Endes der Kavität. Dies ermöglicht es den Füllstandssensor auf der Länge der Kavität besonders wirkungsvoll zu beheizen und damit gegebenenfalls gefrorenes Fluid aufzutauen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Heiz- element thermisch gekoppelt mit der Wandung. Dies ermöglicht ein einfaches Sicherstellen, dass das Fluid in dem Füllstandssensor insbesondere bei niedrigen Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des Fluids in flüssiger Phase vorliegt .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Grundeinheit ein Temperatursensorelement. Dies kann eine Re- gelung der durch das Heizelement vorgebbaren Temperatur ermöglichen .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Tem- peratursensorelement im Bereich des ersten axialen Endes der Kavität angeordnet. Dies ermöglicht eine einfache Ermittlung der Temperatur des Fluids vor der Entnahme von Fluid durch die Kavität des Füllstandssensors.
Gemäß einem dritten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein System mit einem Füllstandssensor und mit einem Fluidreservoir zum Speichern von Fluid, bei dem der Füllstandssensor in dem Fluidreservoir angeordnet ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Füllstandssensor derart in dem Fluidreservoir angeordnet, dass das zweite axiale Ende der Kavität oberhalb einer maximalen Füllstandshöhe bezüglich des Füllstands angeordnet ist. Bei einem zumindest an der Oberfläche gefrorenem Fluid in dem Fluidreservoir kann dieses zumindest in unmittelbarer Umgebung des Füllstandssensors wirkungsvoll durch das Heizelement bis zu der Füllstandshöhe aufgetaut werden. Dadurch kann ein Unterdruck in dem Fluidreservoir verhindert werden, der bei einem eingefrorenen Fluid bei einer Entnahme von Fluid aus dem Fluidreser- voir entstehen kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein System mit einer ersten Ausführungsform eines
Füllstandssensors und einem Fluidreservoir in einem Längsschnitt,
Figur 2 einen Füllstandssensor in einem Querschnitt, Figur 3 ein System mit einer zweiten Ausführungsform eines Füllstandssensors und einem Fluidreservoir in einem Längsschnitt .
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt einen Füllstandssensor 2 mit einer Grundeinheit 4. Die Grundeinheit 4 umfasst eine Kavität 6 mit einer Wan- düng 8. Die Kavität 6 weist ein erstes axiales Ende 10 und ein zweites axiales Ende 12 auf, wobei das erste axiale Ende 10 ausgebildet ist zur hydraulischen Kommunikation mit einem Fluidreservoir 14 und das zweite axiale Ende 12 ausgebildet ist zur hydraulischen Kopplung mit einem Fluidspeicher 16. In der Wandung 8 sind ausgebildet ein Heizelement 18, sowie eine erste Elektrode 20 und eine zweite Elektrode 22. Ferner ist in der Wandung 8 im Bereich des ersten axialen Endes 10 der Kavität 6 ein Temperatursensorelement 24 ausgebildet. Ein elektrischer Anschluss 26 ist ausgebildet im Bereich des zweiten axialen Endes 12 der Kavität 6 zur elektrischen Kopplung von elektrischen Kontakten 27. Ferner ist ein Flansch 30 ausgebildet im Bereich des zweiten axialen Endes 12 der Kavität 6 zur mechanischen Kopplung des Füllstandssensors 2 mit dem Fluidreservoir 14.
Der Füllstandssensor 2 ist ausgebildet zur kapazitiven Füllstandsmessung eines sich in dem Fluidreservoir 14 befindlichen Fluids FL mit einer Füllstandshöhe h. Eine elektrisch zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 ausgebildete Kapazität ist repräsentativ für den Füllstand h in dem Fluidreservoir 14. Zur Ausbildung einer möglichst großen Sensitivität des Füllstandssensors 2 ist es vorteilhaft, wenn die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 22 jeweils so ausgebildet sind, dass sie sich von einem Bereich des ersten axialen Endes 10 der Kavität 6 bis zu einem Bereich des zweiten axialen Endes 12 der Kavität 6 erstrecken. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 22 galvanisch voneinander getrennt ausgebildet und so angeordnet sind, dass sie jeweils einen halben Hohlzylinder ausbilden und zusammen hohlzylinderförmig in der Wandung 8 angeordnet sind (Figur 2) .
Der Füllstandssensor 2 ermöglicht eine einfache mechanische Kopplung mit dem Fluidreservoir 14 über den Flansch 30 und eine einfache elektrische Kopplung von elektrischen Kontakten 27 über den elektrischen Anschluss 26. Über die Grundeinheit 4 mit der Kavität 6 des Füllstandssensors 2 kann das Fluidreservoir 14 hydraulisch kommunizieren mit einem an das zweite Ende 12 der Kavität 6 gekoppelten Fluidspeicher 16. Beispielsweise kann dem Fluidreservoir 14 mittels des Füllstandssensors 2 Fluid FL entnommen werden. Auf diese Weise kann die Kavität 6 beispielsweise als Entnahmerohr ausgebildet sein. Die Kombination der Kavität 6 als Entnahmerohr mit dem in der Wandung 8 angeordneten Heizelement 18 und der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 zur kapazitiven Füllstandsmessung hat den Vorteil, dass die Anzahl der dis- kreten Bauteile in dem Fluidreservoir 14 gering ist. Dies hat insbesondere eine geringe Anzahl von Durchführungen und Dichtstellen für mechanische Kontakte und die elektrischen Kontakte 27 zur Folge, was die Fehleranfälligkeit des Systems reduziert und einen Montageaufwand des Füllstandssensors 2 in dem Fluidreservoir 14 sehr vereinfacht. Ferner wird die Füllstandshöhe h an einer in Bezug auf die Heizleistung des Heizelements 18 günstigen Position in dem Fluidreservoir 14 gemessen. Wenn die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 22 auf der gleichen Höhe in der Wandung 8 angeordnet sind wie das Heizelement 18, kann sehr einfach ermittelt werden, wie viel Fluid FL dem Fluidreservoir 14 entnommen werden kann, ohne ein Trockenlegen des Heizelements 18 zu verursachen. Beispielsweise kann die Heizleistung des Heizelements 18 reduziert werden, wenn die Füllstandshöhe h eine untere Schran- ke aufweist. Das Fluidreservoir 14 ist ausgebildet zur Aufnahme des Fluids FL bis zu einer maximalen Füllstandshöhe hmax . Bei dem Fluidreservoir 14 kann es sich beispielsweise um einen Tank handeln, beispielsweise um einen Reduktionsmitteltank zur Auf- nähme eines Ammoniak enthaltenden Fluids FL in einem SCR-Ka- talysator zum chemischen Abbau von Stickoxiden aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine.
Bei dem Ammoniak enthaltenden Fluid FL kann es sich um Harn- Stoff handeln, beispielsweise um eine 32,5 %ige Harnstofflösung. Harnstofflösung ist ein chemisch aggressives Fluid FL mit basischen Eigenschaften. Eine 32,5 %ige Harnstofflösung weist typischerweise einen pH-Wert von 9 bis 9,5 auf.
Aufgrund der chemischen Eigenschaften von Harnstofflösungen sind metallische Komponenten des Füllstandssensors 2 in einer bevorzugten Ausführungsform galvanisch isoliert ausgebildet gegenüber dem Fluid FL. Bevorzugt sind die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 22, wie in Figur 2 gezeigt, von ei- ner chemisch korrosionsbeständigen Außenwandung 34 umgeben. Die Außenwandung 34 umfasst beispielsweise Polyoxymethylen, auch POM genannt. Eine Innenwandung 36 kann beispielsweise ebenfalls POM umfassen.
Harnstofflösung kann eine Schmelztemperatur aufweisen von beispielsweise -11 0C. Bei niedrigen Außentemperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des Fluids FL in dem Fluidreservoir 14 kann es passieren, dass das Fluid FL zumindest teilweise in dem Fluidreservoir 14 einfriert. Für eine zuverläs- sige Ermittlung des Füllstands h des Fluids FL in dem Fluidreservoir 14 kann der Füllstandssensor 2 mittels des Heizelements 18 beheizt werden. Es ist vorteilhaft, wenn das Heizelement 18 hohlzylinderförmig in der in der Wandung 8 ausgebildet ist und sich von einem Bereich des ersten axialen En- des 10 der Kavität 6 bis zu einem Bereich des zweiten axialen Endes 12 der Kavität 6 erstreckt. Dies ermöglicht es den Füllstandssensor 2 auf der Länge der Kavität 6 besonders wir- kungsvoll zu beheizen und damit gegebenenfalls gefrorenes Fluid FL aufzutauen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wandung 8 der Kavität 6 gefüllt mit einem wärmeleitfähigen Verguss 28. Auf diese Weise kann ein Zufrieren des Fluids FL zumindest in einem Bereich um den Füllstandssensor 2 sicher vermieden werden. Mittels des Temperatursensorelements 24 kann eine Temperatur ermittelt werden, so dass beispielsweise eine Regelung der durch das Heizelement 18 vorgegebenen Temperatur möglich ist.
Es ist vorteilhaft, wenn der Füllstandssensor 2 derart in dem Fluidreservoir 14 angeordnet ist, dass das zweite axiale Ende 12 der Kavität 6 oberhalb der maximalen Füllstandshöhe hmax angeordnet ist. Bei einem zumindest an der Oberfläche gefrorenem Fluid FL in dem Fluidreservoir 14, kann dieses zumindest in unmittelbarer Umgebung des Füllstandssensors 2 wirkungsvoll durch das Heizelement 18 bis zu der Füllstandshöhe h aufgetaut werden. Dadurch kann ein Unterdruck in dem Fluidreservoir 14 verhindert werden, der bei einem eingefrorenen Fluid FL bei einer Entnahme von Fluid FL aus dem Fluidreservoir 14 entstehen kann.
Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des in dem Fluidreservoir 14 angeordneten Füllstandssensors 2. Die erste Elektrode 20 ist in der Wandung 8 der Kavität 6 angeordnet und die zweite Elektrode 22 ist angeordnet an einer Reservoirwandung 40 des Fluidreservoirs 14.
Die erste Elektrode 20 ist bevorzugt hohlzylinderförmig ausgebildet und erstreckt sich bevorzugt von einem Bereich des ersten axialen Endes 10 der Kavität 6 bis zu einem Bereich des zweiten axialen Endes 12 der Kavität 6. Die zweite Elekt- rode 22 kann streifenförmig ausgebildet sein und ist bevorzugt längs der Kavität 6 an der Reservoirwandung 40 angeordnet . In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 22 galvanisch isoliert ausgebildet gegenüber dem Fluid FL. Die erste Elektrode 20 ist bevorzugt von einem Außenmantel 34 der Wandung 8 umhüllt. Der Au- ßenmantel 34 ist bevorzugt aus einem korrosionsbeständigen Material ausgebildet und kann beispielsweise Polyoxymethylen umfassen. Die zweite Elektrode 22 kann beispielsweise in der Reservoirwandung 40 angeordnet sein.
Hinsichtlich des Querschnitts wie er in Figur 2 für die erste Ausführungsform des Füllstandssensors 2 gezeigt ist, unterscheidet sich die zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform dadurch, dass in der Wandung 8 der Kavität 6 in der zweiten Ausführungsform nur die erste Elektrode 20 ange- ordnet ist, die hohlzylinderförmig ausgebildet ist.
Die erste Ausführungsform und die zweite Ausführungsform des Füllstandssensors 2 können insbesondere bezüglich ihrer Ausgestaltungen beliebig kombiniert sein.

Claims

Patentansprüche
1. Füllstandssensor (2), mit
- einer Grundeinheit (4), die eine Kavität (6) auf- weist,
- einem ersten axialen Ende (10) der Kavität (6), das ausgebildet ist zur hydraulischen Kommunikation mit einem Fluidreservoir (14),
- einem zweiten axialen Ende (12) der Kavität (6), das ausgebildet ist zur hydraulischen Kopplung mit einem
Fluidspeicher (16) ,
- einem in einer Wandung (8) der Kavität (6) angeordneten Heizelement (18),
- einer ersten Elektrode (20) und einer zweiten Elekt- rode (22), die an der Grundeinheit (4) angeordnet sind derart, dass eine elektrisch zwischen der ersten Elektrode (20) und der zweiten Elektrode (22) ausgebildete Kapazität repräsentativ ist für den Füllstand (h) in dem Fluidreservoir (14) .
2. Füllstandssensor (2) nach Anspruch 1, bei dem die erste Elektrode (20) und die zweite Elektrode (22) jeweils so ausgebildet sind, dass sie sich von einem Bereich des ersten axialen Endes (10) der Kavität (6) bis zu einem Bereich des zweiten axialen Endes (12) der Kavität (6) erstrecken .
3. Füllstandssensor (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die erste Elektrode (20) und die zweite Elektrode (22) galvanisch voneinander getrennt ausgebildet und so angeordnet sind, dass sie jeweils einen halben Hohlzylinder ausbilden und zusammen hohlzylinderför- mig in der Wandung (8) angeordnet sind.
4. Füllstandssensor (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die erste Elektrode (20) und die zweite Elektrode (22) von einem Außenmantel (34) der Wandung (8) umhüllt sind.
5. Füllstandssensor (2) nach Anspruch 4, bei dem der Außen- mantel (34) der Wandung (8) Polyoxymethylen umfasst.
6. Füllstandssensor (2), mit
- einer Grundeinheit (4), die eine Kavität (6) aufweist, - einem ersten axialen Ende (10) der Kavität (6), das ausgebildet ist zur hydraulischen Kommunikation mit einem Fluidreservoir (14),
- einem zweiten axialen Ende (12) der Kavität (6), das ausgebildet ist zur hydraulischen Kopplung mit einem Fluidspeicher (16) ,
- einem in einer Wandung (8) der Kavität (6) angeordneten Heizelement (18),
- einer ersten Elektrode (20), die an der Grundeinheit
(4) angeordnet ist und - einer zweiten Elektrode (22), die extern zu der
Grundeinheit (4) angeordnet ist in einem Bereich des Fluidreservoirs (32) derart, dass eine elektrisch zwischen der ersten Elektrode (20) und der zweiten Elektrode (22) ausgebildete Kapazität repräsentativ ist für den Füllstand (h) in dem Fluidreservoir (14) .
7. Füllstandssensor (2) nach Anspruch 6, bei dem die erste Elektrode (20) derart ausgebildet ist, dass sie sich von einem Bereich des ersten axialen Endes (10) der Kavität (6) bis zu einem Bereich des zweiten axialen Endes (12) der Kavität (6) erstreckt.
8. Füllstandssensor (2) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem die erste Elektrode (20) hohlzylinderförmig in der Wandung (8) der Kavität (6) ausgebildet ist.
9. Füllstandssensor (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die erste Elektrode (20) von einem Außenmantel (34) der Wandung (8) umhüllt ist.
10. Füllstandssensor (2) nach Anspruch 9, bei dem der Außenmantel (34) der Wandung (8) Polyoxymethylen umfasst.
11. Füllstandssensor (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem die zweite Elektrode (22) angeordnet ist an ei- ner Reservoirwandung (40) des Fluidreservoirs (14) .
12. Füllstandssensor (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die erste Elektrode (20) und die zweite Elektrode (22) galvanisch isoliert ausgebildet sind ge- genüber dem Fluid (FL) .
13. Füllstandssensor (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Heizelement (18) hohlzylinderförmig in der Wandung (8) ausgebildet ist.
14. Füllstandssensor (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem sich das Heizelement (18) in der Wandung (8) von einem Bereich des ersten axialen Endes (10) der
Kavität (6) bis zu einem Bereich des zweiten axialen En- des (12) der Kavität (6) erstreckt.
15. Füllstandssensor (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Heizelement (18) thermisch mit der Wandung (8) gekoppelt ist.
16. Füllstandssensor (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Grundeinheit (4) ein Temperatursensorelement (24) umfasst.
17. Füllstandssensor (2) nach Anspruch 16, bei dem das Temperatursensorelement (24) im Bereich des ersten axialen Endes (10) der Kavität (6) angeordnet ist.
18. System mit einem Füllstandssensor (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche und mit einem Fluidreservoir (14) zum Speichern von Fluid (FL) , bei dem der Füllstandssensor (2) in dem Fluidreservoir (14) angeordnet ist.
19. System nach Anspruch 18, bei dem der Füllstandssensor (2) derart in dem Fluidreservoir (14) angeordnet ist, dass das zweite axiale Ende (12) der Kavität (6) oberhalb einer maximalen Füllstandshöhe (hmax) bezüglich des Füllstands (h) angeordnet ist.
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