DE10055104C1 - Vorrichtung zum Befüllen eines Tanks für ein entzündbares Medium - Google Patents
Vorrichtung zum Befüllen eines Tanks für ein entzündbares MediumInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befüllen eines Tanks mit einem zündfähigen Medium aus einem Vorratsbehälter, mit einem vorratsbehälterseitigen Zuführmittel und einem tankseitigen Aufnahmemittel zur Einleitung des Mediums in den Tank, wobei das Zuführmittel und das Aufnahmemittel Verschlußmittel aufweisen, und mit einem Potentialausgleichsmittel zum Ausgleichen eines elektrischen Potentials zwischen Vorratsbehälter und Tank, das Potentialausgleichsmittel derart am Zuführmittel oder am Aufnahmemittel angeordnet ist, daß beim Heranführen des Zuführmittels an das Aufnahmemittel zuerst das Potentialausgleichsmittel zwangsweise mit einem Gehäuse des Tanks in elektrischen Kontakt bringbar ist, und daß beim anschließenden weiteren Heranführen das Verschlußmittel am Zuführmittel und/oder Aufnahmemittel durch das Potentialausgleichsmittel entriegelt wird.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befüllen eines Tanks
für ein entzündbares Medium gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
Aus der DE 41 04 766 A1 ist ein Betankungssystem für ein mit
kryogenem Wasserstoff betriebenes Kraftfahrzeug beschrieben. Bei
bekannten Systemen zum Befüllen von Wasserstofftanks in
Fahrzeugen sind verschiedene manuelle Operationen notwendig, um
einen Potentialausgleich zwischen Tankstation und Kraftfahrzeug
herzustellen, um eine gefährliche Funkenbildung beim Betanken
des Fahrzeugtanks zu vermeiden. Vor dem Tankvorgang wird ein
Erdungskabel an der Fahrzeugkarosserie befestigt und dann mit
dem Befüllen des Fahrzeugtanks begonnen. Die Prozedur ist
zeitaufwendig, so daß das Befüllen einer Vielzahl von
Fahrzeugen, etwa an einer Tankstelle, nur langsam vonstatten
geht.
Aus der US 2 611 862, von der die Erfindung ausgeht, aber auch
aus der DE 32 10 932 C2 und der DE 41 16 066 A1 sind
Vorrichtungen bekannt, bei denen Verschlußmittel im Förderweg
des umzufüllenden Mediums erst nach dem ordnungsgemäßen Anschluß
der Potentialausgleichsmittel entriegelt bzw. freigegeben
werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben,
womit das Befüllen eines Tanks aus einem Vorratsbehälter
einfach und sicher durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein
Potentialausgleichsmittel zum Ausgleichen eines elektrischen
Potentials zwischen einem Vorratsbehälter und einem Tank an
einem Zuführmittel und/oder Aufnahmemittel angeordnet, wobei das
Potentialausgleichsmittel derart am Zuführmittel oder am
Aufnahmemittel angeordnet ist, daß beim Heranführen des
Zuführmittels an das Aufnahmemittel zuerst das
Potentialausgleichsmittel zwangsweise mit einem Gehäuse des
Tanks in elektrischen Kontakt bringbar ist, und daß beim
anschließenden weiteren Heranführen das Verschlußmittel am
Zuführmittel und/oder Aufnahmemittel durch das
Potentialausgleichsmittel mechanisch entriegelt wird.
Der Vorteil ist, daß auf diese Weise immer gewährleistet ist,
daß vor dem Befüllen des Tanks ein Potentialausgleich
stattgefunden hat. Ein irrtümliches Unterlassen ist nicht
möglich. Damit wird vorteilhafterweise eine gefährliche
Funkenbildung ausgeschlossen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den
weiteren Ansprüchen und der Beschreibung hervor.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher
beschrieben, wobei die Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Vorrichtung,
Fig. 2 ein Detail der Potentialausgleichsvorrichtung und
Fig. 3 eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders für das Befüllen
von Kraftfahrzeugtanks mit Wasserstoff geeignet, kann aber auch
bei Systemen verwendet werden, die mit anderen entzündbaren
Medien, z. B. Gasen oder Flüssigkeiten wie etwa Benzin oder
Methanol betrieben werden.
In Fig. 3 ist eine Anordnung zum Befüllen eines
Kraftfahrzeugtanks mit Wasserstoff nach dem Stand der Technik
dargestellt. In einer Fahrzeugkarosserie 1 ist eine Tanköffnung
2 vorgesehen. Die Tanköffnung 2 ist mit Dichtungsmitteln 3, 4
versehen. Ein Tankrohr 7 wird in die Tanköffnung 2 eingeführt
und mit tankrohrseitigen Verschlußmitteln 5, 6 gegen die
karosserieseitigen Dichtungsmittel 3, 4 gedrückt und
abgedichtet. Das Rohr 7 ragt in die Tanköffnung hinein und wird
am hineinragenden Ende mit weiteren Dichtungsmitteln 8 nochmals
abgedichtet. Das Rohr 7 kann dann beim Umfüllen des
Wasserstoffs aus einem Vorratsbehälter in den Kraftfahrzeugtank
z. B. von einem Isoliervakuum umgeben werden.
Eine Erdung der Karosserie muß jedoch separat hergestellt
werden.
Im Gegensatz zu den bekannten Systemen ermöglicht die
erfindungsgemäße Anordnung eine unaufwendige und sichere
Handhabung einer Tankvorrichtung, die ein Erden der Karosserie
und ein Befüllen des Tanks mit einem einzigen Handgriff
ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist, daß ein Befüllen des
Tanks nur nach Herstellung des Potentialausgleichs zwischen dem
zu befüllenden Teil und dem Vorratstank möglich ist.
Die Erfindung wird anhand eines Fahrzeugs beschrieben, welches
mit Wasserstoff betankt wird, vorzugsweise ein Fahrzeug mit
einem Brennstoffzellensystem. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist jedoch auch für andere Medien geeignet, bei deren
Handhabung eine Funkenbildung durch elektrische Aufladungen
vermieden werden sollen. Ebenso ist die Anwendung der Erfindung
nicht auf Kraftfahrzeugtanks beschränkt. Die Erfindung kann
vorteilhaft dort eingesetzt werden, bei denen Medien zwischen
Behältern umgefüllt werden, die vor elektrischer Aufladung zu
schützen sind.
In Fig. 1 ist eine bevorzugte Anordnung zum Befüllen eines
Kraftfahrzeugtanks mit einem Wasserstoffgas oder flüssigem
Wasserstoff dargestellt. Ein Gehäuse bzw. eine
Fahrzeugkarosserie 10 weist eine Tanköffnung 11 als Ausnehmung
im Gehäuse bzw. der Karosserie 10 auf. In die Tanköffnung 11
ragt ein Rohrstutzen 12, welcher in den fahrzeugseitigen, nicht
dargestellten Tank mündet und als Aufnahmemittel 12 dient. Der
Rohrstutzen 12 weist in seinem Eingangsbereich einen Bereich 14
mit einem geringeren Außendurchmesser auf als an seinem
Endstück 13.
Die Tanköffnung 11 ist mit einer Verschlußklappe 15
verschlossen, die um ein Gelenk 16 geschwenkt werden kann, um
die Tanköffnung 11 und den Rohrstutzen 12 freizulegen. Die
Verschlußklappe 15 kann gleichzeitig als Verschlußmittel für
Tanköffnung 11 und Rohrstutzen 12 dienen. Die Verschlußklappe
15 wird mit einem Haltemechanismus 17 im geschlossenen Zustand
arretiert. Dazu weist die Verschlußklappe einen Absatz 18 auf,
an dem der Haltemechanismus 17 festgehakt ist.
Der Haltemechanismus 17 gibt die Verschlußklappe 15 nur dann
frei, wenn eine elektrische Potentialausgleichsverbindung
zwischen der Karosserie 10 und einer Zapfpistole 21 bzw. einem
Vorratsbehälter, mit dem die Zapfpistole verbunden ist,
hergestellt ist. Die Verschlußklappe 15 kann dann von Hand oder
mit einem nicht dargestellten Schwenkmechanismus um den
Drehpunkt 16 weggeschwenkt werden.
In der Karosserie 10 ist weiterhin eine Öffnung 20 angebracht,
die dazu vorgesehen ist, einen Stift 19 aufzunehmen, der einen
Potentialausgleich zwischen der Karosserie 10 und einer
Zapfpistole 21 ermöglicht. Der Stift 19 stellt eine elektrisch
leitende, vorzugsweise metallische Verbindung zwischen
Karosserie 10 und Zapfpistole 21 her. Die Zapfpistole 21 und
der Rohrstutzen 12 werden dann vorzugsweise über eine
bajonettartige Kupplung verbunden, um das Medium aus dem
Vorratsbehälter über die Zapfpistole 21 und den Rohrstutzen 12
in den Tank einzuleiten.
Wird der Stift 19 in die Öffnung 20 geschoben, löst er beim
Eingreifen in die Öffnung 20 den Haltemechanismus 17 aus,
welcher dann die Verschlußklappe 15 freigibt. Der
Haltemechanismus 17 ist um ein Drehgelenk 24 schwenkbar. Mit
einem an einem Ende des Haltemechanismus 17 vorgesehenen Haken
26 kann er die Verschlußklappe 15 arretieren, wenn kein Stift
19 in die Öffnung 20 geschoben ist. Am entgegengesetzten Ende
des Haltemechanismus 17 ist ein Gegengewicht 25 angebracht,
welches bei leerer Öffnung 20 den Haken 26 gegen die
Verschlußklappe 15 drückt. Günstig ist, den Haken 26 zusätzlich
mit einer Federkraft beim Festhaken an der Verschlußklappe 15
zu unterstützen. Dazu kann in geeigneter Weise eine Feder am
Drehgelenk 24 vorgesehen sein.
Wird der Stift 19 in die Öffnung geschoben, wird das
Gegengewicht 25 derart bewegt, daß der Haken 26 des
Haltemechanismusses 17 von der Verschlußklappe 15 wegbewegt
wird.
Der Stab 19 ist vorzugsweise fest mit der Zapfpistole 21
verbunden. Diese kann eine schwenkbare Klappe 22 aufweisen,
deren Deckel 23 die Zapfpistole 21 verschließt, wenn kein
Tankvorgang abläuft.
Besonders vorteilhaft ist, daß die Verschlußklappe mechanisch
in sicherer Weise entarretiert wird.
Soll Wasserstoff aus einem Vorratsbehälter in den Fahrzeugtank
eingefüllt werden, wird die Zapfpistole von Hand oder
automatisch auf die Tanköffnung 11 zubewegt. Dabei wird der
Stab 19 in die Öffnung 20 eingeführt und stellt die
Potentialverbindung her. Es kann keine Funkenbildung durch
statische elektrische Aufladung mehr stattfinden. Gleichzeitig
kann die Klappe 22 auf der Zapfpistole 21 z. B. mit dem Daumen
geöffnet werden oder auch automatisch beim Einführen öffnen.
Der Deckel 23 schwenkt weg und gibt den Ausgang der Zapfpistole
21 frei. Bei weiterem Einführen des Stabs 19, d. h. bei weiterem
Annähern der Zapfpistole 21 an die Tanköffnung wird der
Haltemechanismus 17 ausgelöst, und die Verschlußklappe 15 kann
weggeschwenkt und die Tanköffnung 11 freigegeben werden. Die
Zapfpistole 21 kann dann in die Tanköffnung 11 eingeführt und
über den Rohrstutzen 12 geschoben werden. Die Aussparung 11
nimmt dann Zapfpistole 21 und weggeschwenkte Abdeckung 22 auf.
Die Ausgestaltung der Kontaktstellen zwischen Zapfpistole 21
und Rohrstutzen 12 kann dabei selbstverständlich übliche
Rastmittel und/oder Dichtungsmittel vorsehen. Vorteilhaft ist,
die Kupplung zwischen Zapfpistole 21 und Rohrstutzen 12
bajonettartig auszubilden.
Ebenso kann die Zapfpistole 21 so ausgebildet sein, daß diese
in den Rohrstutzen 12 einführbar ist. Der Vorteil ist, daß
immer automatisch eine Potentialausgleichsverbindung
hergestellt wird, bevor der Tankvorgang beginnen kann. Die
Verbindungsherstellung benötigt keine aufwendigen
Manipulationen und kann auch mit einer Hand direkt beim
Einführen der Zapfpistole 21 in die Karosserie 10 ausgeführt
werden. Durch das Einführen des Stabs 19 in die Öffnung 20 ist
die Verbindung auch relativ gut gegen Verschmutzung geschützt.
Die Potentialausgleichsverbindung 19 kann auch statt als Stab
als Federkörper ausgebildet sein, der mit der Zapfpistole 21
verbunden ist und beim Heranführen der Zapfpistole 21 an die
Karosserie 10 mit dieser in Kontakt kommt und so die
elektrische Verbindung zum Potentialausgleich herstellt. Die
Kupplung zwischen Zapfpistole 21 und Rohrstutzen 12 wird dann
gegen die Federkraft dieser Verbindung durchgeführt, so daß die
elektrische Verbindung besonders innig und damit jedenfalls
sichergestellt ist.
Am Stift 19 kann zusätzlich eine Lanze L angebracht werden,
deren Länge in etwa dem Weg s entspricht, der notwendig ist, um
die Klappe 15 freizuschalten, wie in Fig. 2 dargestellt ist.
Erst dann, wenn die Klappe 15 geöffnet ist, kann der Stift 19
weiter in die Öffnung 20 geschoben werden, so daß eine Kollision
zwischen der Klappe 15 und Klappe 22 und Deckel 23 vermieden
werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann eine
Potentialausgleichsverbindung auch dergestalt hergestellt
werden, daß ein Kontaktstab mit einer geformten Spitze in eine
Öffnung in der Karosserie 20 eingeführt wird. Die Spitze ist so
geformt, daß der Kontaktstab nur in einer Position eingeführt
werden kann. Hier besteht keine direkte mechanische Verbindung
zwischen der Verschlußklappe 15 und dem Kontaktstab. Nach dem
Öffnen der Verschlußklappe 15 wird der Kontaktstab so gedreht
und vorwärts bewegt, daß die Zapfpistole 21 an den Rohrstutzen
12 zum Befüllen herangeführt wird.
Feder oder Stab zum Potentialausgleich können auch am Tank
angeordnet sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich
auch zum Befüllen von stationären Anlagen.
Claims (8)
1. Vorrichtung zum Befüllen eines Tanks mit einem zündfähigen
Medium aus einem Vorratsbehälter, mit einem vorratsbehälter
seitigen Zuführmittel (21) und einem tankseitigen Aufnahmemittel
(12) zur Einleitung des Mediums in den Tank, wobei das
Zuführmittel (21) und das Aufnahmemittel (12) Verschlußmittel
(15, 23) im Förderweg des umzufüllenden Mediums aufweisen, und
mit einem Potentialausgleichsmittel (19) zum Ausgleichen eines
elektrischen Potentials zwischen Vorratsbehälter und Tank, wobei
das Verschlußmittel (15, 23) erst nach dem ordnungsgemäßen
Anschluß des Potentialausgleichsmittels (19) freigebbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Potentialausgleichsmittel (19) derart am Zuführmittel
(21) oder am Aufnahmemittel (12) angeordnet ist, daß beim
Heranführen des Zuführmittels (21) an das Aufnahmemittel (12)
zuerst das Potentialausgleichsmittel (19) zwangsweise mit einem
Gehäuse (10) des Tanks in elektrischen Kontakt bringbar ist, und
daß beim anschließenden weiteren Heranführen das Verschlußmittel
(15, 23) am Zuführmittel (21) und/oder Aufnahmemittel (12) durch
das Potentialausgleichsmittel (19) mechanisch entriegelbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Aufnahmemittel (12) in einer Ausnehmung (11) eines
Gehäuses (10) des Tanks angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Aufnahmemittel (12) und/oder die Ausnehmung (11) durch
ein Verschlußmittel (15) verschließbar ist, welches durch einen
Haltemechanismus (17) arretierbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Haltemechanismus (17) bei entferntem Zuführmittel (21)
in Arretierstellung ist »und bei angenähertem Zuführmittel (21)
in Auslösestellung ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Gehäuse (10) des Tanks eine Öffnung (20) vorgesehen ist,
in welche das Potentialausgleichsmittel (19) einführbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Potentialausgleichsmittel (19) stabförmig ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Haltemechanismus (17) mit einem Ende (25) in die
Öffnung (20) zumindest teilweise hinein ragt, so daß dieser
beim Einführen des Potentialausgleichsmittels (19) durch dieses
um eine Achse (24) schwenkbar und das Verschlußmittel (15)
dadurch auslösbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Potentialausgleichsmittel (19) eine Feder ist, die am
Gehäuse (10) durch Druck anlegbar ist.
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