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.
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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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Patent Zeichnungen (PDF)
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