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Dokumentenidentifikation DE102004062100B4 16.05.2007
Titel Kalibrierverfahren für Füllstandsensoren
Anmelder TI Automotive (Neuss) GmbH, 41460 Neuss, DE
Erfinder Henschel, Matthias, Dr., 77836 Rheinmünster, DE;
Schreuder, Peter, 47623 Kevelaer, DE
Vertreter Patentanwälte von Kreisler, Selting, Werner et col., 50667 Köln
DE-Anmeldedatum 23.12.2004
DE-Aktenzeichen 102004062100
Offenlegungstag 06.07.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.05.2007
IPC-Hauptklasse G01F 25/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01F 23/30(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Kalibrierverfahren für Füllstandsensoren, die insbesondere in einem Kraftfahrzeugkraftstofftank angeordnet sind.

Füllstandsensoren weisen in der Regel einen Schwimmer auf, der über einen Hebel mit einer Drehwelle verbunden ist. Je nach Füllstand einer Flüssigkeit, insbesondere Kraftstoff, in einem Tank, befindet sich der Schwimmer auf einer bestimmten, dem aktuellen Füllstand entsprechenden Höhe, wodurch die Drehwelle eine einem bestimmten Füllstand entsprechende Winkelposition einnimmt. Damit mit Hilfe einer gemessenen Winkelposition der Drehwelle bzw. einer gemessenen Höhe des Schwimmers ein genauer Füllstand angezeigt werden kann, ist es erforderlich, den Füllstandsensor zu kalibrieren. Hierzu wird üblicherweise die Position des Schwimmers bzw. der Drehwelle bei minimalem Füllstand und maximalem Füllstand gemessen.

Aus US 5,485,740 ist es bekannt, die Position des Schwimmers in einem leeren Tank zu messen und diese Schwimmerposition als Minimalfüllstand in einer Sensorelektronik zu speichern. Anschließend wird der Tank vollständig mit einer Flüssigkeit gefüllt und die aktuelle Schwimmerposition als Maximalfüllstand in der Sensorelektronik gespeichert.

Nachteilig bei einem derartigen Kalibrierverfahren für Füllstandsensoren ist der große Zeitaufwand, der für die Kalibrierung des Füllstandsensors erforderlich ist.

EP 0869339 A1 beschreibt eine Eichvorrichtung zum Ermitteln und Speichern einer Füllstandskurve von Treibmittel in einem Kraftfahrzeugtank.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kalibrierverfahren für Füllstandsensoren zu schaffen, mit dem eine schnelle und genaue Kalibrierung möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Kalibrierverfahren wird ein Füllstandsensor verwendet, der in einem leeren Tank derart angeordnet ist, dass ein Schwimmer des Füllstandsensors zwischen einem Tankboden des Tanks und einer Tankdecke des Tanks angeordnet ist. Zunächst wird das elektronische Kalibrierverfahren gestartet, indem beispielsweise der Füllstandsensor durch Einschalten, d. h. einer elektrischen Energiezufuhr, in Betrieb genommen. Anschließend sinkt der Schwimmer in dem leeren Tank in Schwerkraftrichtung nach unten, bis der Schwimmer an einem Bodenanschlag, bei dem es sich insbesondere um den Tankboden handelt, anschlägt. Selbstverständlich kann alternativ der Schwimmer bereits am Bodenanschlag anliegen, wenn das elektronische Kalibrierverfahren gestartet wird. Nachdem der Schwimmer an dem Bodenanschlag anliegt und sich nicht mehr bewegt, wird die aktuelle Schwimmerposition als Minimalfüllstand gespeichert. Zur Speicherung der Schwimmerposition wird eine Speichereinrichtung einer Sensorelektronik des Füllstandsensors verwendet. Anschließend wird der Schwimmer in dem leeren Tank auf die Tankdecke zu bewegt. Dies erfolgt so lange, bis der Schwimmer an einen Deckenanschlag, bei dem es sich insbesondere um die Tankdecke handelt, anschlägt. Nachdem der Schwimmer an dem Deckenanschlag anliegt und sich nicht mehr bewegt, wird die aktuelle Schwimmerposition als Maximalfüllstand mit Hilfe der Speichereinrichtung der Sensorelektronik gespeichert. Es ist auch möglich, zunächst den Maximalfüllstand und anschließend den Minimalfüllstand zu messen.

Dadurch, dass zur Kalibrierung des Füllstandsensors der Minimalfüllstand und der Maximalfüllstand gemessen wird, während der Füllstandsensor in dem Tank eingebaut ist, können Einbautoleranzen für den Füllstandsensor in dem Tank ausgeglichen werden, so dass die Kalibrierung entsprechend genau erfolgen kann. Dadurch, dass der Schwimmer in dem Tank bewegt wird, während der Tank leer ist, wird der Zeitaufwand zum Einfüllen von Flüssigkeit und zum Ausleeren von Flüssigkeit sowie ggf. eine Reinigung des Tanks vermieden. Die Kalibrierung des Füllstandsensors kann somit entsprechend schnell erfolgen.

In bevorzugter Ausführungsform, die eine unabhängige Erfindung darstellt, erfolgt die Kalibrierung des Füllstands genau einmal, insbesondere bei der erstmaligen Inbetriebnahme des Füllstandsensors. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Füllstandsensor zum ersten Mal mit elektrischer Energie versorgt wird und/oder ein Wert für den Minimalfüllstand und den Maximalfüllstand nicht gespeichert ist. Der Füllstandsensor wird somit beispielsweise beim erstmaligen Einschalten automatisch in einen Kalibrierungszustand versetzt, ohne dass hierzu eine zusätzliche Signalverbindung erforderlich ist, um das erfindungsgemäße Kalibrierungsverfahren auszulösen. Da für das Kalibrierungsverfahren ein eigenständiger Auslösebefehl nicht erforderlich ist, kann ein hierfür erforderliches Verbindungselement, beispielsweise in Form von Kabeln oder Anschlusskontakten, eingespart werden, so dass eine Öffnung für diese Signalverbindung vermieden ist. Die Gefahr, dass bei einer Verbindungsstelle von dem Innenraum des Tanks nach außen eine Leckage auftritt, wird dadurch reduziert. Ferner wird der Montageaufwand reduziert, da für die eingesparte Signalverbindung Abdichtungsmaßnahmen nicht erforderlich sind. Die Bestimmung des Maximalfüllstands bei leerem Tank ist bei dieser Ausführungsform nicht zwingend erforderlich.

Um ohne Steuermaßnahmen von außen den Minimalfüllstand und den Maximalfüllstand automatisch zu messen, weist der Füllstandsensor beispielsweise eine Kalibrierungselektronik auf, die vorzugsweise vollständig innerhalb des Tanks angeordnet ist. Mit Hilfe der Kalibrierungselektronik wird beispielsweise eine Schwimmerposition als Minimalfüllstand bzw. als Maximalfüllstand detektiert, wenn die Schwimmerposition eine vorbestimmte Zeitspanne lang, beispielsweise drei Sekunden lang, unbeweglich bleibt. Der entsprechend andere Füllstand, d. h. der Maximalfüllstand bzw. der Minimalfüllstand, wird beispielsweise dadurch erkannt, dass sich die entsprechende Schwimmerposition um eine bestimmte Mindeststrecke von der vorherigen detektierten Schwimmerposition entfernt hat und ebenfalls eine bestimmte Zeitspanne lang unbeweglich geblieben ist. Nachdem sowohl der Minimalfüllstand als auch der Maximalfüllstand gespeichert ist, führt eine erneute Inbetriebnahme des Füllstandsensors nicht dazu, dass das erfindungsgemäße Kalibrierungsverfahren erneut durchgeführt wird, sondern nur dazu, dass in dem Kraftstofftank eine Füllstandsmessung unter Berücksichtigung des anfangs gemessenen Minimalfüllstands und Maximalfüllstands durchgeführt wird. Eine erneute Durchführung des erfindungsgemäßen Kalibrierungsverfahrens erfolgt beispielsweise nur durch ein „Hardwarereset", indem beispielsweise der Füllstandsensor aus dem Tank ausgebaut wird und z.B. mechanisch und/oder elektrisch ohne eine durch den Tank hindurch verlaufende Signalverbindung in den Zustand vor der allerersten Inbetriebnahme zurückversetzt wird. Dies erfolgt dadurch, dass die gespeicherten Werte für den Minimalfüllstand und Maximalfüllstand gelöscht werden. Üblicherweise weist ein Kraftfahrzeugtank eine Montageöffnung auf, um im Tank z.B. eine Kraftstoffpumpe einzubauen. Über diese Montageöffnung wird die Zugänglichkeit des Füllstandsensors für einen Hardwarreset gewährleistet.

Um den Schwimmer in dem leeren Tank auf die Tankdecke zu zu bewegen, kann eine Drehwelle des Füllstandsensors aus dem Tank herausgeführt sein. Dadurch ist es möglich, die Drehwelle für die Bewegung des Schwimmers mit Hilfe eines Hebels, der insbesondere lösbar mit der Drehwelle verbindbar ist, zu drehen. Nach der Kalibrierung des Füllstandsensors kann der Hebel von der Drehwelle gelöst werden, so dass die Drehwelle mit einer Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen des aktuellen Füllstands verbunden werden kann.

Vorzugsweise wird der Schwimmer in dem leeren Tank dadurch auf die Tankdecke zu bewegt, dass der leere Tank zusammen mit dem eingebauten Füllstandsensor derart gedreht wird, dass nach erfolgter Drehung die Tankdecke unten und der Tankboden oben angeordnet ist. Die Drehung erfolgt insbesondere automatisch, beispielsweise mit Hilfe einer rotierbaren Greifeinrichtung. Dadurch kann der Schwimmer auf Grund der Schwerkraft auf die Tankdecke zu herabsinken. Eine Betätigung des Schwimmers bzw. der ggf. vorhandenen Drehwelle von außen ist hierzu nicht erforderlich, so dass die Kalibrierung des Füllstandsensors besonderes einfach ist. Ferner können auch Füllstandsensoren ohne Hebel kalibriert werden, wie beispielsweise ein berührungsloser Füllstandsensor, der die Position eines in einem Steigrohr angeordneten Schwimmers magnetisch detektiert. Insbesondere ist es möglich, die Kalibrierung des Füllstandsensors bereits bei der Montage des Füllstandsensors in den Tank vorzunehmen, da hierfür keine zusätzlichen Werkzeuge oder Hilfsmittel, wie beispielsweise Testflüssigkeit erforderlich sind.

Vorzugsweise wird der Tankboden und/oder die Tankdecke vor der Speicherung des Minimalfüllstandes bzw. des Maximalfüllstands horizontal ausgerichtet. Dadurch werden je nach verwendetem Füllstandsensor ggf. auftretende Messungenauigkeiten zur Messung des Minimal- bzw. Maximalfüllstands vermieden, so dass die Genauigkeit der Kalibrierung verbessert ist.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

1 eine schematische Schnittansicht eines leeren Kraftstofftanks mit einem eingebauten Füllstandsensor und

2 eine schematische Schnittansicht des in 1 dargestellten Tanks in einer gedrehten Position.

Bei dem erfindungsgemäßen Kalibrierverfahren weist ein Tank 10 einen Füllstandsensor 12 auf (1). Der Füllstandsensor 12 weist einen Schwimmer 14 auf, der über einen Hebel 16 mit einer Drehwelle 18 verbunden ist. Die Drehwelle 18 ist mit einem Sensorkörper 20 verbunden, der in den Tank 10 eingesetzt ist und einen Teil der Tankwand bildet. Der Tank 10 weist ferner einen Tankstutzen 22 auf, über den Kraftstoff in den Tank 10 eingefüllt werden kann.

Da in den Tank 10 keine Flüssigkeit eingefüllt ist, kann der Schwimmer 14 des Füllstandsensors 12 auf einen Tankboden 24 herabsinken, so dass der Tankboden 24 für den Schwimmer 14 als ein Bodenanschlag wirkt. Der Schwimmer 14 ist länglich ausgeführt und schwenkbar, d. h. beweglich, mit dem Hebel 16 verbunden, so dass der Schwimmer 14 mit seiner ganzen Breite auf dem Tankboden 24 aufliegt. In dieser Lage entspricht die Position des Schwimmers 14, bzw. die Drehstellung der Drehwelle 18, dem minimalen Füllstand, so dass diese Position als Minimalfüllstand mit Hilfe einer Speichereinrichtung an einer Sensorelektronik des Füllstandsensors 12 gespeichert wird.

Anschließend wird er Schwimmer 14 innerhalb des leeren Tanks 10 in Richtung eines Pfeils 26 auf eine Tankdecke 28 zu bewegt, bis er an der Tankdecke 28 anliegt (gestrichelte Position). Diese Position des Schwimmers 14 bzw. der Drehwelle 18, wird als Maximalfüllstand in der Sensorelektronik des Füllstandsensors 12 gespeichert.

Um den Schwimmer 14 innerhalb des leeren Tanks 10 von der Position, die dem Minimalfüllstand entspricht, in die Position, die dem Maximalfüllstand entspricht, zu bewegen, wird vor der Speicherung des Maximalfüllstands der Tank 10 zusammen mit dem Füllstandsensor 12 in Richtung eines Pfeils 30 gedreht, so dass die Tankdecke 28 unten und der Tankboden 24 oben angeordnet ist (2). In der gedrehten Lage des Tanks 10 kann der Schwimmer 14 auf die Tankdecke 28, die in Schwerkraftrichtung unten angeordnet ist, herabsinken, so dass die Position des Schwimmers 14 bzw. der Drehwelle 18, die dem Maximalfüllstand entspricht, besonders einfach erreicht werden kann. Um eine horizontale Ausrichtung des Tankbodens 24 bzw. der Tankdecke 28 zu gewährleisten, kann der Tank 10 beispielsweise auf einen Tisch 32 gedreht werden, so dass der Tankstutzen 22, der ggf. ein horizontales Ausrichten des Tanks 10 erschweren könnte, neben einer Tischkante 34 angeordnet ist.


Anspruch[de]
Elektronisches Kalibrierverfahren für einen in einem Kraftstofftank (10) angeordneten Füllstandsensor (12) mit einem Schwimmer (14), der zwischen einem Tankboden (24) und einer Tankdecke (28) des Tanks (10) angeordnet ist, mit den Schritten:

Starten des elektronischen Kalibrierungsverfahrens,

Herabsinkenlassen des Schwimmers (14) in dem leeren Tank (10), bis der Schwimmer (14) an einem Bodenanschlag anschlägt,

Speichern der aktuellen Schwimmerposition als Minimalfüllstand mit Hilfe einer Speichereinrichtung einer Sensorelektronik,

Bewegen des Schwimmers (14) in dem leeren Tank (10) auf die Tankdecke (28) zu, bis der Schwimmer (14) an einem Deckenanschlag anschlägt, und

Speichern der aktuellen Schwimmerposition als Maximalfüllstand mit Hilfe der Speichereinrichtung der Sensorelektronik.
Kalibrierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bis zu einem durchgeführten Hardwarereset das Kalibrierverfahren genau einmal bei der erstmaligen Inbetriebnahme des Füllstandsensors (12) durchgeführt wird. Kalibrierverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektronik eine Kalibrierelektronik aufweist, wobei die Kalibrierelektronik und die Speichereinrichtung vollständig innerhalb des Tanks (10) angeordnet sind. Kalibrierverfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Bewegung des Schwimmers (14) auf die Tankdecke (28) zu der leere Tank (10) derart gedreht wird, dass nach erfolgter Drehung die Tankdecke (28) unten angeordnet ist und die Bewegung des Schwimmers (14) auf die Tankdecke (28) zu durch ein Herabsinken lassen des Schwimmers (14) erfolgt. Kalibrierverfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenanschlag der Tankboden (24) und/oder der Deckenanschlag (28) die Tankdecke ist. Kalibrierverfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Speicherung des Minimalfüllstands und/oder des Maximalfüllstands der Tankboden (24) und/oder die Tankdecke (28) horizontal ausgerichtet wird. Kalibrierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandsensor (12) eine mit dem Schwimmer (14) verbundene Drehwelle (18) aufweist, die aus dem Tank (10) heraus geführt ist, und die Drehwelle (18) für die Bewegung des Schwimmers (14) mit Hilfe eines lösbaren Hebels gedreht wird.






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