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Dokumentenidentifikation DE10060007B4 12.04.2007
Titel Kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung für Kraftstoffbehälter von Fahrzeugen
Anmelder MAN Nutzfahrzeuge AG, 80995 München, DE
Erfinder Burger, Norbert, 84030 Ergolding, DE;
Ehrmann, Robert, 85276 Pfaffenhofen, DE;
Tittel, Matthias, 85253 Erdweg, DE;
Eisermann, Günter, 85757 Karlsfeld, DE
DE-Anmeldedatum 02.12.2000
DE-Aktenzeichen 10060007
Offenlegungstag 20.06.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse B60K 15/077(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung geht aus von einer kombinierten Entnahme- und Messeinrichtung für Kraftstoffbehälter von Fahrzeugen, insbesondere von Nutzfahrzeugen, mit einem Schwalltopf und einer Füllstandsmesseinrichtung, gemäß der Gattung von Patentanspruch 1.

Eine solche kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung für Kraftstoffbehälter von Fahrzeugen ist aus der DE 195 28 182 A1 bekannt, welche als Montageeinheit in eine an der Oberseite des Kraftstoffbehälters angeordnete Öffnung mittels eines Tankflansches eingesetzt ist, wobei die Füllstandsmesseinrichtung einen am Schwalltopf angelenkten und außerhalb von diesem angeordneten Hebelarm umfasst, an welchem ein Schwimmer befestigt ist. Um eine lagerichtige Montage des Schwalltopfes in dem Kraftstoffbehälter und damit eine hinreichende Messgenauigkeit der an ihm befestigten Füllstandsmesseinrichtung zu gewährleisten, ist der Schwalltopf relativ zum Tankflansch beweglich aufgenommen. Beim Einbau der kombinierten Entnahme- und Messeinrichtung kann der Schwalltopf zusammen mit der Füllstandsmesseinrichtung dann in Solllage gebracht werden.

Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist jedoch zum einen, dass mit der beweglichen Verbindung zwischen Tankflansch und Schwalltopf ein relativ hoher Aufwand betrieben wird, um eine lagerichtige Anordnung der Füllstandsmesseinrichtung im Kraftstoffbehälter zu erzielen. Zum anderen baut die bekannte Entnahme- und Messeinrichtung relativ groß, insbesondere ist es wegen der exponierten Lage des Schwimmers der Füllstandsmesseinrichtung schwierig, sie durch die obere Öffnung in den Kraftstoffbehälter einzuführen. Schließlich besteht die Gefahr, dass der frei liegende Schwimmer durch intensive Schwallbewegungen des Kraftstoffs, wie sie beispielsweise bei einem abruptem Bremsvorgang des Fahrzeugs entstehen, beschädigt wird.

Aus der DE 19727923 A1 ist ein Kraftstofftanksystem bekannt, das einen Tank mit mindestens einem Füllstandsgeber sowie ein Display zum Anzeigen des Füllstands des Tanks aufweist. Des Weiteren ist ein im Tank angeordnetes, über ein Zulaufrohr stets vorrangig betankbares, mess- und anzeigbares Reservevolumen (Schwalltopf) bekannt, dessen Inhalt beim Erreichen eines Mindestfüllstandes im Haupttank als Kraftstoffreserve verfügbar ist.

Aus der DE 2458982 A1 ist ein Kraftstoffbehälter für Kraftfahrzeuge bekannt, der eine bei Fahrzeugbeschleunigung die Versorgung der Brennkraftmaschine sicherstellende Stauvorrichtung aufweist. Diese ist an einer tiefer liegenden Behälterwand angeordnet und weist eine Entnahmeeinrichtung sowie einen Raum auf, der durch einen Behälterbereich und ein von oben nach unten in den Behälter eingeführtes Glied gebildet wird.

Aus der DE 19833967 A1 ist ein Kraftstofftank mit einer innerhalb des Tanks angeordneten Fördereinheit bekannt, die ein Reservoir aufweist und durch eine in der Wandung des Tanks eingeordnete verschließbare Öffnung von oben in den Tank einführbar ist. Des Weiteren ist eine außerhalb des Reservoirs angeordnete Füllstands-Messeinrichtung vorgesehen, die ebenfalls durch die verschließbare, in der Wandung des Tanks angebrachte Öffnung in den Tank einführbar ist. Dabei ist die Messeinrichtung getrennt von der Fördereinheit in den Tank einführbar und mittels einer in der verschließbaren Öffnung angebrachten Halterung in ihrer Betriebslage gehalten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung für Kraftstoffbehälter von Fahrzeugen gemäß der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche einfach zu montieren ist und bei welcher gleichzeitig eine hohe Messgenauigkeit und eine zuverlässige Funktion der Füllstandsmesseinrichtung im eingebauten Zustand gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Wegen der Befestigung der kombinierten Entnahme- und Messeinrichtung am Boden des Kraftstoffbehälters befindet sich die in ihr integrierte Füllstandsmesseinrichtung bereits in bodennaher Solllage, so dass sich das Vorsehen von zusätzlichen Einstellmöglichkeiten erübrigt. Zudem kann der Kraftstoffbehälter durch Entfernen der bodenseitigen Entnahme- und Messeinrichtung schnell und ohne Pumpe entleert werden. Da der Füllstandssensor der Füllstandsmesseinrichtung innerhalb des Schwalltopfes angeordnet ist, kann die erfindungsgemäße Entnahme- und Messeinrichtung als Montageeinheit leicht in die Bodenöffnung des Kraftstoffbehälters eingesetzt werden, ohne dass von ihr weg ragende Teile den Einbauvorgang erschweren. Darüber hinaus wird durch die geschützte Lage des Füllstandssensors innerhalb des Schwalltopfes verhindert, dass der Füllstandssensor durch Schwallbewegungen des Kraftstoffes beschädigt wird. Schließlich ergibt sich durch die Integration des Füllstandssensors im Schwalltopf eine klein bauende Entnahme- und Messeinrichtung, so dass der verbleibende Innenraum des Kraftstoffbehälters zur Aufnahme von Kraftstoff nutzbar ist, wodurch sich das für den Kraftstoffbehälter benötigte Bauvolumen in vorteilhafter Weise reduziert. Die kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung ist als eine von unten nach oben in den Kraftstoffbehälter eingeführte Baueinheit ausgebildet, die in der Bodenöffnung des Kraftstoffbehälters aufgenommen und fixiert ist. Der Füllstandssensor umfasst wenigstens einen von einer Schwalltopfmantelwand umgebenen und am Boden des Schwalltopfes angeordneten Drucksensor.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.

Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Maßnahme ist der wenigstens eine Füllstandssensor als Druckmessaufnehmer mit einer verformbaren Membran zur Messung des füllhöhenabhängigen Bodendrucks und zur Erzeugung eines von der Größe des Bodendrucks abhängigen Signals ausgebildet. Da sich der Drucksensor innerhalb und am Boden des Schwalltopfes befindet, ist er gegen das Messergebnis verfälschende Schwallbewegungen des Kraftstoffs optimal geschützt.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass bei geringem Füllstand im Kraftstoffbehälter, beispielsweise im Reservebetrieb, eine genaue Füllstandsmessung durch übliche Füllstandssensoren nur eingeschränkt möglich ist. Gemäß einer weiteren besonders zu bevorzugenden Maßnahme sind deshalb zur genauen Messung niedriger Füllstände zusätzlich wenigstens zwei in Bezug auf die Füllhöhe des Kraftstoffbehälters mit Höhenabstand und bodennah angeordnete Thermistoren vorgesehen sind, wobei abhängig von der vom jeweiligen Thermistor gemessenen Temperatur durch eine Auswerteeinheit ein Füllstandssignal dafür erzeugbar ist, ob keiner, einer oder beide Thermistoren von Kraftstoff umgeben sind. Diese Art von Füllstandsmessung ist besonders dann von Vorteil, wenn der vorhandene Kraftstoff auf eine Restmenge oder einen Reservevorrat reduziert und durch die im Kraftstoffbehälter bodennah angeordneten Thermistoren eine genaue Reservefüllstandsangabe möglich ist, so dass der Fahrer die mit dem Reservekraftstoff zurücklegbare Wegstrecke besser abschätzen kann. Die Thermistoren sind vorzugsweise an der Außenfläche der Schwalltopfmantelwand angeordnet, so dass sie eine Montage- oder Baueinheit mit der kombinierten Entnahme- und Messeinrichtung bilden.

Zeichnungen

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

1 eine Querschnittsdarstellung eines Kraftstoffbehälters mit einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entnahme- und Messeinrichtung in drei unterschiedlichen Einbaupositionen,

2 eine vergrößerte Schnittansicht durch einen Druckmessaufnehmer der kombinierten Entnahme- und Messeinrichtung,

3 eine isometrische Außenansicht des Kraftstoffbehälters von 1,

4 eine vergrößerte Außenansicht eines die kombinierte Entnahme- und Messseinrichtung tragenden Adapters,

5 eine vergrößerte Innenansicht des Adapters von 4.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in 1 in drei Einbaulagen I, II und III gezeigte kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung 1 ist in bevorzugter Ausführungsform in einen Kraftstoffbehälter 2 eines Nutzfahrzeugs eingebaut und ragt in dessen Innenraum. Zur Aufnahme der kombinierten Entnahme- und Messeinrichtung 1 dient eine im Bereich des Bodens 4 des Kraftstoffbehälters 2 angeordnete Öffnung 6, 6', 6'' wobei sich die Bodenöffnung 6 der Einbaulage I im wesentlichen an einer Stoßkante zwischen dem Boden 4 des Kraftstoffbehälters 2 und einer linken Seitenwand 8 befindet, die Bodenöffnung 6' der Einbaulage II im wesentlichen in der Mitte des Bodens 4 und die Bodenöffnung 6'' der Einbaulage III in einem rechten Randbereich des Bodens 4 angeordnet ist. Die Bodenöffnungen 6, 6' 6'' der drei Einbaulagen I, II, III befinden sich im Bereich von Blechhälsen 10, 10', 10'', wobei die Blechhälse 10, 10'' der Einbaulagen I und III ins Innere des Kraftstoffbehälters 2 und der Blechhals 10' der Einbaulage II nach außen gezogen ist. Die erfindungsgemäße Entnahme- und Messeinrichtung 1 beinhaltet einen Schwalltopf 12, der dazu dient, auch in nahezu entleertem Zustand des Kraftstoffbehälters 2 einen blasenfreien Zulauf von Kraftstoff zu einer Brennkraftmaschine des Nutzfahrzeugs sicherzustellen. Durch den gefüllten Schwalltopf 12 ist gewährleistet, dass bei Längs- oder Querbeschleunigung des Nutzfahrzeugs die Entnahmestelle des Kraftstoffes stets mit Kraftstoff überflutet ist und somit keine Luftblasen mit angesaugt werden können. Im weiteren umfasst die kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung 1 eine Füllstandsmesseinrichtung, welche in bevorzugter Ausführungsform einen an tiefster Stelle des Kraftstoffbehälters 2 angeordneten Drucksensor oder Druckmessaufnehmer 16 mit einer verformbaren Membran 18 zur Messung des füllhöhenabhängigen Bodendrucks beinhaltet, welcher in vergrößerter Ansicht in 2 gezeigt ist. Die Membranverformung wird dann nach dem kapazitiven, induktiven, DMS-, piezoresistiven oder einem anderen Prinzip in eine elektrische Größe abgebildet. Diese elektrische Größe stellt dann ein Maß für den füllhöhenabhängigen Bodendruck dar. Der Druckmessaufnehmer 16 weist zur Versorgung mit Strom und zur Signalleitung elektrische Anschlüsse 20 auf, sowie einen Referenzluftanschluss 22 zur Vorgabe eines Referenzdruckes.

Der Druckmessaufnehmer 16 ist im Innern eines Bechers 24 gehalten, welcher bodenseitig an einem Adapter 26 befestigt ist, der in die Bodenöffnung 6, 6', 6'' des Kraftstoffbehälters 2 und koplanar mit dieser eingesetzt ist (1). Hierbei ist eine Mittelachse 28 des Bechers 24 des Druckmessaufnehmers 16 im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Bodenöffnung 6, 6', 6'' des Kraftstoffbehälters 2. Die Mittelachse 30 des Schwalltropfes 12 ist ebenfalls vorzugsweise senkrecht zur Ebene der Bodenöffnung 6, 6', 6''. Demgegenüber ist die Mittelachse 28 des Bechers 24 des Druckmessaufnehmers 16 bezüglich der Bodenöffnung 6, 6', 6'' des Kraftstoffbehälters 2 exzentrisch angeordnet, wobei aber der Druckaufnehmer 16 stets von einer Mantelwand 32 des Schwalltopfes 12 umgeben ist, dessen Längserstreckung groß gegenüber der des den Druckmessaufnehmer 16 tragenden Bechers 24 ist. Somit hat die Membran 18 des Druckmessaufnehmers 16 zum einen Abstand zu einem oberen Rand 34 des Schwalltopfes 12, zum anderen ist sie bodennah oder auf Bodenniveau in Bezug auf den Kraftstoffbehälter 2 angeordnet. Anstatt durch einen Druckmessaufnehmer 16 kann die Füllstandsmessung alternativ auch mit Schall- und/oder Ultraschallverfahren durchgeführt werden, wobei als physikalische Effekte entweder die Laufzeit eines Schallimpulses oder die Schallabsorption verwendet werden. Das Laufzeitverfahren arbeitet nach dem Prinzip des Echolots. Ein elektrischer Impuls wird durch einen beispielsweise am Boden des Schwalltopf angebrachten piezoelektrischen Schwinger in einen Ultraschallimpuls umgewandelt. Dieser wird in den Kraftstoff ausgesendet und von der Grenzschicht Kraftstoff – Luft teilweise reflektiert. Dieses Echo trifft auf einen gleichartigen, piezoelektrischen Schwinger und wird wieder in einen elektrischen Impuls zurückverwandelt. Aus der Laufzeit des Schallimpulses und der Schallgeschwindigkeit ergibt sich die Füllhöhe des Kraftstoffbehälters 2.

Im weiteren umfasst die kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung 1 wenigstens zwei in Bezug auf die Füllhöhe des Kraftstoffbehälters 2 mit Höhenabstand und bodennah angeordnete Temperatursensoren, welche vorzugsweise als Thermistoren 36, 38 ausgebildet sind. Die Thermistoren 36, 38 sind vorzugsweise an einer Außenfläche der Mantelwand 32 des Schwalltopfes 12 befestigt. Die Thermistoren 36, 38 können aber auch an der radial inneren Umfangsfläche der Mantelwand 32 des Schwalltopfes 12 angeordnet sein. Die beiden Thermistoren 36, 38 dienen zur genauen Messung niedriger Füllstände innerhalb des Kraftstoffbehälters 2, wobei abhängig von der vom jeweiligen Thermistor 36, 38 gemessenen Temperatur durch eine in 1 nicht dargestellte Auswerteeinheit ein Füllstandssignal dafür erzeugbar ist, ob keiner, nur der untere Thermistor 38 oder beide Thermistoren 36, 38 von Kraftstoff umgeben sind. Der Widerstand solcher Thermistoren 36, 38 oder Heißleiter wird mit steigender Temperatur kleiner, d. h. je größer die Temperatur in der Umgebung des Thermistors 36, 38 ist, desto besser ist seine Leitfähigkeit. Infolgedessen kann ein solcher Thermistor 36, 38 ein elektrisches Signal erzeugen, welches proportional zu seiner Umgebungstemperatur ist. Wenn beispielsweise der untere Thermistor 38 noch und der obere Thermistor 36 gerade nicht mehr von Kraftstoff umgeben ist, kann sich der obere, in Gas oder Luft befindliche Thermistor 36 etwas stärker erwärmen als der untere, vom Kraftstoff umgebene Thermistor 38, so dass aufgrund der unterschiedlichen elektrischen Signale, welche die beiden Thermistoren 36, 38 an die Auswerteeinheit liefern, eine Information dafür ausgegeben werden kann, ob sich der Füllstandpegel oberhalb der beiden Thermistoren 36, 38, zwischen den beiden Thermistoren 36, 38 oder im Extremfall unterhalb des unteren Thermistors 38 befindet.

Beispielhaft für die Einbaulage II ist in 3 der Kraftstoffbehälter 2 des Nutzfahrzeugs in einer Außenansicht dargestellt, wobei bodenseitig der aus der Bodenöffnung 6' ragende Teil des Adapters 26 zu sehen ist, welcher die kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung 1 trägt. Ein vergrößerter Ausschnitt dieser Außenansicht ist in 4 dargestellt, wo Durchgangsbohrungen 40 für nicht dargestellte Vorlauf- und Rücklaufleitungen von und zu einer Einspritzpumpe der Brennkraftmaschine zu sehen sind. Im weiteren ist der Adapter 26 mit einer etwa mittigen Durchgangsbohrung 42 für eine Überlaufleitung versehen, welche mit einem weiteren Kraftstoffbehälter in Verbindung steht (Doppeltanksystem). Schließlich ist auch eine Durchgangsbohrung 44 für elektrische Leitungen vorgesehen, die den Druckmessaufnehmer 16 und die Thermistoren 36, 38 mit Strom versorgen sowie zur Signalleitung dienen. Die Durchgangsbohrungen 40, 42, 44 münden an der Außenseite des Adapters 26 im wesentlichen parallel oder schräg zur Ebene der Bodenöffnung 6' ins Freie, hingegen ist ihr Mündungsbereich im Inneren des Kraftstoffbehälters 2 im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Bodenöffnung 6', wie anhand von 5 zu sehen ist. Infolgedessen erfahren die Durchgangsbohrungen 40, 42, 44 innerhalb des Adapters 26 eine im wesentlichen rechtwinkelige Umlenkung. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist in 5 nur der den Druckmessaufnehmer 16 umgebende Becher 24 zu sehen, nicht jedoch der Schwalltopf 12. Der Mündungsbereich der Vorlauf- und Rücklaufleitungen für den Kraftstoff befindet sich demzufolge am Boden des Kraftstoffbehälters. Die Befüllung des Kraftstoffbehälters 2 erfolgt demgegenüber durch einen in der oberen Wand 46 des Kraftstoffbehälters befindlichen Einfüllstutzen 48, welcher der bodenseitig angeordneten Entnahme- und Messeinrichtung 1 im wesentlichen gegenüberliegt, wie am besten anhand von 3 zu sehen ist. Zusätzlich können Ventile in der Wand des Kraftstoffbehälters 2 vorgesehen sein, welche im Falle des Vorhandenseins von Überdruck im Kraftstoffbehälter 2 nach außen öffnen. Alternativ oder zusätzlich können hierzu auch Druckmesssensoren innerhalb des Kraftstoffbehälters 2 vorgesehen sein.


Anspruch[de]
Kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung (1) für Kraftstoffbehälter (2) von Fahrzeugen, insbesondere von Nutzfahrzeugen, mit einem Schwalltopf (12) und einer Füllstandsmesseinrichtung, wobei die kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung (1) als Baueinheit im Bereich einer Bodenöffnung (6, 6', 6'') des Kraftstoffbehälters (2) befestigt und wenigstens ein Füllstandssensor (16) der Füllstandsmesseinrichtung vom Schwalltopf (12) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung (1) als eine von unten nach oben in den Kraftstoffbehälter (2) eingeführte Baueinheit ausgebildet ist, die in der Bodenöffnung (6, 6', 6'') des Kraftstoffbehälters (2) aufgenommen und fixiert ist, und dass der Füllstandssensor (16) wenigstens einen von einer Schwalltopfmantelwand (32) umgebenen Drucksensor umfasst. Kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Füllstandssensor (16) als Druckmessaufnehmer (16) mit einer verformbaren Membran (18) zur Messung des füllhöhenabhängigen Bodendrucks und zur Erzeugung eines von der Größe des Bodendrucks abhängigen Signals ausgebildet ist. Kombinierte Entnahme- und Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur genauen Messung niedriger Füllstände zusätzlich wenigstens zwei in Bezug auf die Füllhöhe des Kraftstoffbehälters (2) mit Höhenabstand und bodennah angeordnete Thermistoren (36, 38) vorgesehen sind, wobei abhängig von der vom jeweiligen Thermistor (36, 38) gemessenen Temperatur durch eine Auswerteeinheit ein Füllstandssignal dafür erzeugbar ist, ob keiner, einer oder beide Thermistoren (36, 38) von Kraftstoff umgeben sind. Kombinierte Entnahme- und Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermistoren (36, 38) vorzugsweise an einer Außenfläche der Schwalltopfmantelwand (32) befestigt sind. Kombinierte Entnahme- und Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einem am Kraftstoffbehälter (2) oberseitig angeordneten Einfüllstutzen (48) im wesentlichen gegenüberliegend angeordnet ist. Kombinierte Entnahme- und Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch einen in die Bodenöffnung (6, 6', 6'') des Kraftstoffbehälters (2) eingesetzten, zur Aufnahme der Füllstandsmesseinrichtung, des Schwalltopfes (12) und der Thermistoren (36, 38) ausgebildeten Adapter (26) im Kraftstoffbehälter (2) gehalten ist. Kombinierte Entnahme- und Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Durchgangsbohrungen (40) des Adapters gehaltene Kraftstoffleitungen mit einer Einspritzpumpe in Verbindung stehende Vorlaufleitungen und Rücklaufleitung sowie eine Versorgungsleitung einer Heizung beinhalten. Kombinierte Entnahme- und Meßeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (26) im weiteren eine Durchgangsbohrung (42) für eine Überlaufleitung aufweist, welche mit einem weiteren Kraftstoffbehälter in Verbindung steht.






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