-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen eines Füllstandes eines Mediums in einem Vorratsbehälter, insbesondere in einem Kraftstoffbehälter für Fahrzeuge.
-
Im Fahrzeugbereich werden häufig zur Füllstandsmessung Hebelgeber mit Schwimmer verwendet, welche im Kraftstoffbehälter angeordnet sind. Aufgrund der Schwenkbewegung erfordern derartige Füllstandsmesser jedoch einen gewissen Raumbedarf. Ferner ist aus der
DE 10 2005 049 278 B4 eine Vorrichtung zur Messung von Füllständen bekannt, welche Radarsignale zur Füllstandsmessung verwendet. Hierzu ist ein Wellenleiter mit einem Schwimmer vorgesehen, und ein erster Radarsensor ist an einer Oberseite und ein zweiter Radarsensor an einer Unterseite des Kraftstoffbehälters angeordnet. Hierdurch misst der an der Unterseite des Kraftstoffbehälters angeordnete Radarsensor durch das Medium hindurch, wodurch das Messsignal durch die Medieneigenschaften negativ beeinflusst wird. Da moderne Kraftstoffe eine Beimischung von Ethanol aufweisen, welches für eine hohe Dämpfung des Signals im Medium verantwortlich ist, treten bei der Messung durch das Medium Fehler auf, insbesondere auch, wenn die Beimischung von Ethanol variabel ist. Ein weiteres Problem ergibt sich dadurch, dass ein sogenanntes ”Tankatmen” auftreten kann, bei dem der Kraftstoffbehälter in gewissen Grenzen ein variables Volumen aufweist, wobei sich der Tankboden, abhängig von einem Füllgewicht, einer Temperatur und/oder einem Tankdruck, in gewissem Maße durchbiegt. Dies führt bei einer Anordnung des Radarsensors an einer Behälteroberseite zu einer entsprechenden Messungenauigkeit im Fall des Tankatmens. Dies ist besonders problematisch bei geringen Füllhöhen, da dann keine exakte Aussage über die noch verbleibende Reichweite des Fahrzeugs möglich ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung eines Füllstands eines Mediums in einem Vorratsbehälter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine exakte Bestimmung eines Füllstands des Vorratsbehälters möglich ist. Der Füllstand kann dabei insbesondere auch unabhängig von einem eventuell auftretenden Tankatmen exakt ermittelt werden. Hierdurch können insbesondere bei Kraftfahrzeugen exakte Angaben über Restmengen eines Tankinhalts ermöglicht werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Vorrichtung einen ersten Sensor umfasst, welcher auf die Oberfläche des Mediums im Vorratsbehälter gerichtet ist, wobei der erste Sensor elektromagnetische Wellen aussendet und die von der Oberfläche reflektierten Wellen empfängt. Der erste Sensor ist mit einer Auswerteeinheit verbunden und übermittelt einen ersten Wert des Füllstands an die Auswerteeinheit. Ferner ist ein zweiter Sensor vorgesehen, welcher ausgelegt ist, einen zweiten Wert für den Füllstand im Vorratsbehälter unabhängig vom ersten Sensor zu liefern und an die Auswerteeinheit zu übermitteln. Die Auswerteeinheit ist ausgelegt, basierend auf dem ersten und zweiten Wert, den Füllstand im Vorratsbehälter zu bestimmen. Ferner sind erfindungsgemäß der erste und zweite Sensor über der Oberfläche des Mediums angeordnet. Hierdurch werden Verfälschungen der Messung verhindert, da die Sensoren einen Füllstand nicht durch das Medium im Vorratsbehälter hindurch bestimmen. Der erste und zweite Sensor sind vorzugsweise an einer Oberseite des Vorratsbehälters angeordnet, so dass insbesondere auch eine Verkabelung der Sensoren sehr einfach ist. Hierdurch ergibt sich ein großes Kosteneinsparpotential der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Ein besonders kostengünstiger Aufbau ergibt sich, wenn der erste Sensor vorzugsweise ein Radarsensor ist.
-
Weiter bevorzugt ist auch der zweite Sensor ein Radarsensor, welcher auf die Oberfläche des Tankinhalts gerichtet ist.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner eine Referenzmarke, welche in einem vorbestimmten Abstand von einem Boden des Vorratsbehälters angeordnet ist und mit dem Boden fest verbunden ist. Dabei ist der zweite als Radarsensor ausgebildete Sensor auf die Referenzmarke gerichtet, um elektromagnetische Wellen in Richtung der Referenzmarke zu senden und die entsprechenden reflektierten Wellen zu empfangen. Da die Referenzmarke mit dem Boden des Vorratsbehälters verbunden ist, wird bei einem Tankatmen, bei welchem sich auch eine Position des Bodens des Vorratsbehälters verändert, die Referenzmarke mitbewegt. Wenn dann ein Füllstand im Vorratsbehälter bis zur Referenzmarke abgesunken ist, ändert sich das Reflektionsverhalten der elektromagnetischen Wellen des zweiten Sensors, da diese nicht mehr auf die Oberfläche des Mediums im Vorratsbehälter treffen, sondern auf die Referenzmarke. Da die Referenzmarke in einem vorbestimmten Abstand über dem Boden des Vorratsbehälters angeordnet ist, kann daraus zusammen mit dem ersten Wert des ersten Sensors eine exakte Bestimmung des Füllstands gegeben werden.
-
Vorzugsweise ist die Referenzmarke derart angeordnet, dass diese erst bei einer bestimmten Mindestmenge im Vorratsbehälter freiliegt, so dass eine exakte Angabe über eine noch vorhandene Reserve im Vorratsbehälter möglich ist. Vorzugsweise ist die Referenzmarke mit einem mit dem Boden des Vorratsbehälters verbundenen Bauteil, z. B. einem Stab oder einer Vorratsbehälter-Einbaueinheit, verbunden.
-
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der zweite Sensor ein Drucksensor, welcher über der Oberfläche des Mediums im Vorratsbehälter angeordnet ist. Hierbei wird der vom zweiten Sensor ermittelte Druckwert als indirektes Maß für eine Ausdehnung des Vorratsbehälters beim Tankatmen herangezogen. Im Betrieb misst dann der erste Sensor den Abstand zur Oberfläche des Mediums im Vorratsbehälter und korrigiert den Wert mit dem vom als Drucksensor ausgebildeten zweiten Sensor ermittelten Druckwert.
-
Vorzugsweise umfasst die Auswerteeinheit ferner einen Speicher mit einer Druckverlaufskurve, in welcher ein Volumen des Vorratsbehälters in Abhängigkeit vom jeweiligen Druck gespeichert ist. Die Auswerteeinheit korrigiert dann den ersten Wert des ersten Sensors mit dem mittels des Drucksensors ermittelten Druckwert und der Druckverlaufskurve.
-
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Tankeinbaueinheit mit einem Topf, einem Deckel und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Füllstands eines Mediums, wobei die Vorrichtung in die Tankeinbaueinheit integriert ist. Hierdurch ist es möglich, eine Tankeinbaueinheit mit einem zusätzlichen Merkmal, nämlich der Füllstandsbestimmung, auszustatten, ohne dass zusätzlicher Bauraum am Tank notwendig ist und ferner eine besonders einfache Verkabelung der Vorrichtung von einer Oberseite des Tanks ermöglicht wird. Auch ist eine einfache und schnelle Montage in eine oberseitige Öffnung des Tanks möglich.
-
Die Erfindung betrifft ferner einen Vorratsbehälter, insbesondere einen Kraftstofftank, umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bestimmung eines Füllstands eines Mediums in einem Vorratsbehälter, welches in einem ersten Schritt einen Füllstand mittels eines ersten Sensors, der elektromagnetische Wellen aussendet und die von der Oberfläche des Mediums reflektierten Wellen empfängt, ermittelt, wobei der erste Sensor an einer Oberseite des Vorratsbehälters angeordnet ist und der Füllstand mittels eines zweiten Sensors, welcher ebenfalls an einer Oberseite des Vorratsbehälters angeordnet ist, ermittelt wird, wobei eine Auswerteeinheit, basierend auf den Werten des ersten und zweiten Sensors, den Füllstand des Vorratsbehälters bestimmt.
-
Besonders bevorzugt sind beim erfindungsgemäßen Verfahren der erste und/oder zweite Sensor als Radarsensor ausgebildet oder der erste Sensor ist als Radarsensor ausgebildet und der zweite Sensor ist als Drucksensor ausgebildet und die Auswerteeinheit bestimmt einen Füllstand anhand des Werts des Radarsensors und des Drucksensors.
-
Zeichnung
-
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
-
1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
-
2 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
-
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 eine Vorrichtung 1 zum Bestimmen eines Füllstands eines Vorratsbehälters 2 im Detail beschrieben.
-
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung 1 zur Bestimmung eines Füllstandes in einem Vorratsbehälter 2. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Vorratsbehälter ein Kraftstofftank, welcher in Fahrzeugen verwendet wird. Im Vorratsbehälter 2 ist als Medium 3 Kraftstoff bevorratet, wobei eine Oberfläche des Kraftstoffs mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet ist.
-
Im Vorratsbehälter 2 ist ferner eine sogenannte Tankeinbaueinheit 11 eingebaut, welche in eine Öffnung 20 an einer Oberseite 21 des Vorratsbehälters 2 eingesetzt ist und die Öffnung 20 verschließt. Die Tankeinbaueinheit 11 umfasst einen Topf 12 sowie einen Deckel 13, welcher die Öffnung 20 verschließt. Der Topf 12 ist ferner fest mit einer Unterseite 22 bzw. Boden des Vorratsbehälters 2 verbunden. Die Tankeinbaueinheit 11 umfasst einen Filter 14 sowie eine Pumpe 15, welche Kraftstoff in eine Kraftstoffleitung 16 pumpt, welche zu einer Brennkraftmaschine führt.
-
Die Vorrichtung 1 zur Bestimmung eines Füllstands des Vorratsbehälters 2 umfasst einen ersten Sensor 5, einen zweiten Sensor 7 sowie eine Auswerteeinheit 9. Die beiden Sensoren 5, 7 sind mit der Auswerteeinheit 9 verbunden. Der erste Sensor 5 ist ein Radarsensor und sendet elektromagnetische Wellen 6 in Richtung auf die Oberfläche 4 des Mediums 3 und empfängt reflektierte Wellen wieder. Der zweite Sensor 7 ist ebenfalls ein Radarsensor und sendet elektromagnetische Wellen 8 ebenfalls in Richtung der Oberfläche 4 des Mediums und empfängt reflektierte Wellen wieder. Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Referenzmarke 10, welche an einer Außenseite des Topfes 12 der Tankeinbaueinheit 11 angeordnet ist. Wie aus 1 ersichtlich ist, werden die elektromagnetischen Wellen des zweiten Sensors 7 von dieser Referenzmarke 10 reflektiert, wenn der Füllstand im Vorratsbehälter 2 unter die Referenzmarke 10 gesunken ist. Die Referenzmarke 10 ist fest mit dem Topf 12 der Tankeinbaueinheit verbunden, wobei der Topf 12 seinerseits fest an der Unterseite 22 des Vorratsbehälters 2 fixiert ist. Hierdurch ergibt sich ein definierter, fester Abstand 13 zwischen der Referenzmarke 10 und der Unterseite 22 des Vorratsbehälters 2. Der zweite Sensor 7 ermittelt einen Abstand L1 der Oberseite 21 des Vorratsbehälters zur Referenzmarke 10. Der erste Sensor 5 ermittelt einen Abstand 12 von der Oberseite 21 des Vorratsbehälters zur Oberfläche 4 des Mediums 3. Eine Füllstandshöhe des Mediums 3 ist in 1 mit 14 bezeichnet. Der erste Sensor 5 und der zweite Sensor 7 sind beide an der Oberseite 21 des Vorratsbehälters 2 angeordnet, so dass die elektromagnetischen Wellen nicht durch das Medium hindurchdringen müssen. Hierdurch kann eine hohe Genauigkeit der Abstandsmessung von der Oberseite 21 zur Oberfläche 4 mit dem ersten Sensor 5 und von der Oberseite 21 zur Referenzmarke 10 mit dem zweiten Sensor 7 ausgeführt werden.
-
Der Deckel 13 ist verschiebbar im Topf 12 der Tankeinbaueinheit 11 angeordnet, um Relativbewegungen zwischen dem Deckel 13 und dem Topf 12 zu ermöglichen, falls ein sogenanntes Tankatmen auftritt, bei dem das Volumen des Vorratsbehälters 2 sich in Abhängigkeit von Füllgewicht, Temperatur und/oder Tankdruck in einem gewissen Umfang ändert. Häufig biegt sich beim Tankatmen die Unterseite 22 des Vorratsbehälters 2 durch, wodurch die aus im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Messung eines Füllstands falsche Werte liefern. Erfindungsgemäß kann dies jedoch verhindert werden, da die Auswerteeinheit 9 den Füllstand, basierend auf zwei voneinander unabhängigen ermittelten Werten, bestimmt.
-
Beim erfindungsgemäßen Verfahren sendet der erste Sensor 5 eine elektromagnetische Welle 6 in Richtung der Oberfläche 4 des Mediums 3, welche von der Oberfläche 4 reflektiert wird und vom ersten Sensor 5 empfangen wird. Hierdurch kann der erste Sensor 5 einen ersten Wert L2 für einen Abstand von der Oberseite 21 zur Oberfläche 4 bestimmen und an die Auswerteeinheit 9 übermitteln. Der zweite Sensor 7 sendet eine elektromagnetische Welle 8 in Richtung der Referenzmarke 10, welche von dort reflektiert wird, wenn diese frei liegt. Hierdurch kann der zweite Sensor 7 einen Abstand L1 von der Oberseite 21 zur Referenzmarke 10 ermitteln und an die Auswerteeinheit 9 übermitteln. Da die Referenzmarke 10 über den Topf 12 fest mit der Unterseite 22 des Vorratsbehälters 2 verbunden ist und dieser Abstand 13 in der Auswerteeinheit 9 gespeichert ist, kann die Auswerteeinheit 9 anhand der beiden Werte der Sensoren 5 und 7 die Füllstandshöhe im Vorratsbehälter 2 bestimmen. Sollte sich das Volumen des Vorratsbehälters 2 aufgrund äußerer Einflüsse vergrößern, würde sich die Unterseite 22 durchbiegen und die Position der Referenzmarke 10 verändern. Hierdurch würde der zweite Sensor 7 einen anderen Wert für den Abstand L1 zwischen der Oberseite 21 und der Referenzmarke ermitteln, wobei die Auswerteeinheit 9 aufgrund des bekannten Abstands 13 zwischen der Referenzmarke 10 und der Unterseite 22 den exakten Füllstand berechnen kann.
-
Solange das Medium über der Referenzmarke 10 steht, kann mit den beiden Sensoren 5 und 7 lediglich eine Redundanz der Messung zur Oberfläche 4 des Mediums ausgeführt werden. Allerdings ist bei einem relativ vollen Tank das Phänomen des Tankatmens zu vernachlässigen, da ein Ausgleich des Tankatmens erst bei niedrigen Füllständen notwendig ist, insbesondere, um eine genaue Restmenge des Tankinhalts einem Fahrer mitteilen zu können.
-
Die beiden Sensoren 5 und 7 sind in diesem Ausführungsbeispiel in die Tankeinbaueinheit 11 integriert. Somit ist ein besonders einfacher Einbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 möglich. Ferner ist auch die Auswerteeinheit 9 am Deckel 13 der Tankeinbaueinheit 11 angeordnet, so dass ein besonders kompakter und kleinbauender Aufbau möglich ist. Durch den Sensoranbau an der Oberseite 21 des Vorratsbehälters können auch Sensoren verwendet werden, welche nicht durch das zum Teil stark dämpfende Medium 3, insbesondere bei Beimischung von Ethanol, hindurchmessen müssen. Weiterhin können erfindungsgemäß auch Fertigungstoleranzen des Vorratsbehälters 2 durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ausgeglichen werden. Die Einbauvorteile durch den Sensoranbau an der Oberseite 21 liegen neben der einfachen Montage insbesondere auch bei einer einfacheren Verkabelung.
-
Es sei angemerkt, dass die Vorrichtung 1 auch als selbstständige Füllstandsbestimmungseinheit ausgebildet sein kann, welche in eine separate Öffnung im Vorratsbehälter 2 montierbar wäre. Hierdurch ist insbesondere ein einfacher Austausch einer gegebenenfalls defekten Vorrichtung möglich. Auch kann die Vorrichtung 1 so unabhängig von der Tankeinbaueinheit 11 angeboten werden.
-
2 zeigt eine Vorrichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind.
-
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels einen zweiten Sensor 17, welcher als Drucksensor ausgebildet ist. Wie im ersten Ausführungsbeispiel sind der erste Sensor 5 und der zweite Sensor 17 wiederum beide an der Oberseite des Vorratsbehälters 2 angeordnet. Der zweite Sensor 17 ermittelt einen Druck im Vorratsbehälter 2, welcher als indirektes Maß für eine Ausdehnung des Vorratsbehälters 2 herangezogen wird. In der Auswerteeinheit 9 ist hierzu in einem Speicher eine Druckverlaufskurve abgespeichert, welche einen typischen Verlauf einer Volumenänderung des Vorratsbehälters 2 über den Druck im Vorratsbehälter abbildet. Hierdurch kann die Auswerteeinheit 9 einen vom ersten Sensor 5, welcher als Radarsensor ausgebildet ist, ermittelten Wert, entsprechend der Druckverlaufskurve, korrigieren, so dass eine exakte Bestimmung eines Füllstands im Vorratsbehälter 2 möglich ist. Wie im ersten Ausführungsbeispiel sind beide Sensoren 5, 17 wiederum im Deckel 13 der Tankeinbaueinheit 11 angeordnet. Ein Vorteil des zweiten Ausführungsbeispiels liegt ferner darin, dass die Vorrichtung 1 bei jedem Füllstand eine exakte Füllstandsbestimmung möglich macht. Es sei ferner angemerkt, dass die Vorrichtung 1 wiederum auch als einzelne Baueinheit, umfassend den Radarsensor 5, den Druck erfassenden zweiten Sensor 17, und die Auswerteeinheit 9 vorgesehen sein kann und autark im Vorratsbehälter 2 angeordnet sein kann. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
-
Eine Anwendung der beiden beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1. zur Bestimmung eines Füllstandes ist im Tank eines Fahrzeugs. Es ist jedoch auch möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung bei anderen Anwendungen, beispielsweise zur Bestimmung von Füllständen in Silos, zu verwenden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann sowohl bei flüssigen als auch bei festen Medien in Form von Schüttgütern, verwendet werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102005049278 B4 [0002]
