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Die Erfindung betrifft ein Betankungssystem beispielsweise für Fahrzeuge oder auch für stationäre Tanks.
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Das Betankungssystem ist beispielsweise eine Tankbefülleinrichtung mit einem Tankstutzen zum Anschluss an einen Tankeinlass eines Tanks. Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise aus der
DE 10 2005 033 854 bekannt. Ein weiteres Betankungssystem ist aus der
US-Patentschrift 5 343 906 bekannt. Mittels eines Betankungssystems kann nicht nur ein Fahrzeug sondern z. B. auch ein Flugzeug oder ein Erdtank betankt werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Betankungssystem anzugeben, welches einen Betankungsvorgang verbessert.
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Eine Lösung der Aufgabe gelingt beispielsweise bei einem Betankungssystem, welches die Merkmale nach einem der Ansprüche 1 bis 16 aufweist. Weitere Lösungen ergeben sich bei Tankbefülleinrichtungen bzw. Tankeinlässen nach den Ansprüchen 1 bis 16, welche die jeweilig zugehörigen Merkmale des Gegenstandes aufweisen.
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Das Betankungssystem weist insbesondere eine Datenkommunikationseinrichtung auf, wobei durch diese bzw. die damit übermittelten Daten ein Betanken, einfacher, sichererer, und/oder kontrollierbarer durchgeführt werden kann. Die Datenkommunikationseinrichtung ist vorteilhaft derart auszugestalten, dass beispielsweise keine Gefährdung durch Funken, oder Elektromagnetische Wellen entsteht. Der Betankungsvorgang betrifft insbesondere gasförmige oder flüssige Fluids, wie Benzin, Diesel, Wasserstoff, Methanol, usw.
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Eine Tankbefülleinrichtung umfasst z. B. an ihrem Tankstutzen eine optische Datenübertragungsschnittstelle, die durch die Enden eines Bündels optischer Fasern gebildet ist, wobei die Faserenden an der Außenseite eines Steckelements in einer Reihe angeordnet sind. Ein Tank umfasst an seinem Tankeinlass eine entsprechende optische Datenübertragungsschnittstelle, die ebenfalls durch die Enden eines Bündels optischer Fasern gebildet ist, wobei die Faserenden an der Außenseite eines zu dem Steckelement passenden Gegensteckelements ebenfalls in einer Reihe angeordnet sind. Dies ermöglicht z. B. eine Übertragung von emissionsbezogenen Daten über die optische Schnittstelle. Die Verwendung optischer Fasern als Datenkommunikationseinrichtung verhindert einen möglichen Funkenflug bei einer Kontaktierung elektrisch leitender Datenübertragungskabel.
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Dient ein Betankungssystem z. B. dem Befüllen eines Wasserstofftanks (gasförmig oder flüssig) oder eines anderen Gastanks, so sind besondere Anforderungen bezüglich des Explosionsschutzes zu treffen. Die Entstehung von Funken ist zu vermeiden. Das Betankungssystem weist beispielsweise einen gasdichten, zum Abfüllen von Wasserstoff geeigneten, Tankstutzen auf. Der Tankstutzen der Tankbefülleinrichtung ist mit einer Datenübertragungsschnittstelle ausgestattet, mit der sich Daten über den zu befüllenden Tank – beispielsweise eines Fahrzeugs – zu der Tankbefülleinrichtung übermitteln lassen. Relevante zu übertragende Daten sind beispielsweise:
- • die Größe des zu befüllenden Tanks;
- • die Temperatur im zu befüllenden Tank;
- • der Druck im zu befüllenden Tank;
- • usw.
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Mit diesen Daten kann z. B. mit Hilfe der Tankbefülleinrichtung oder einer anderen weiteren Betankungseinrichtung festgestellt werden, wie viel Gas in den Tank eingefüllt werden muss/kann, um diesen möglichst vollständig zu füllen. Bei Gastanks, also z. B. auch bei Wasserstofftanks, kann das Problem auftreten, dass die Temperatur des Gases einen sehr großen Einfluss auf den Gasdruck ausübt, so dass allein eine Druckmessung beim Befüllen des Tanks regelmäßig nicht ausreicht, um diesen tatsächlich zu annähernd 100% zu befüllen. Eine Übertragung von Daten z. B. bezüglich der genannten Parameter ermöglicht eine verbesserte Betankung, die die Daten vorteilhaft kontinuierlich erfasst, übermittelt und ausgewertet werden können. Bei Gastanks, insbesondere bei Wasserstofftanks, ist sicherzustellen, dass eine Datenübertragungsschnittstelle kein Entzünden des Gases und keine Explosion des Gases hervorrufen kann.
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Mit dem verstärkten Einsatz sogenannter Null-Emissions-Fahrzeuge, deren primärer Betriebsstoff Wasserstoff ist, der z. B. in Brennstoffzellen in elektrische Energie gewandelt wird, um schließlich emissionsfreie Elektromotoren anzutreiben, erhöht sich die Bedeutung sicherer Betankungssysteme. Wasserstoffgas kann beispielsweise in hochsicheren Drucktanks mit ca. 800 bar Druck gelagert werden. Bei der Befüllung eines solchen Drucktanks ist es aus Sicherheitsgründen vorteilhaft zur Betankung eine hochsichere mechanische Kupplung zu verwenden.
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Mit Hilfe einer Datenkommunikationseinrichtung lässt sich zumindest eine unidirektionale Kommunikation z. B. zwischen dem Fahrzeug mit dem Fahrzeugtank und einer Zapfsäule, also einer Tankbefülleinrichtung, etablieren. Die Tankbefülleinrichtung ist kompatibel zum zu befüllenden Tank.
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Das Betankungssystem ist derart ausbildbar, dass der Fahrzeugtank der Zapfsäule z. B. mitteilt, für welchen Maximaldruck er geeignet ist und wann das Befüllende (= Maximaldruck) erreicht ist. Optional können weitere Daten relevant sein wie z. B. Tankinnentemperatur, Eigentümerkennung zu Abrechnungszwecken etc. Ebenso kann es von Vorteil sein, wenn anstelle einer unidirektionalen Kommunikation eine bidirektionale stattfinden kann, z. B. zum Zwecke der beschleunigten Befüllung mit variablem Durchfluss über der Zeit.
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Davon ausgehend, dass sich eine Tankkupplung zumindest während der Betankung in einem Ex-gefährdeten Bereich befindet, also in einem Bereich welcher explosionsgefährdet ist, können drahtgebundene Kommunikationsschnittstellen mit Energieflüssen (elektrischer Strom) im zündfähigen Bereich ein Problem darstellen. Lichtwellenleiter können hier Abhilfe schaffen. Allerdings ist dann unter Umständen ein komplexes LWL-Gebilde zusammen mit einem Betankungsschlauch mitzuführen. Die zur Betankung notwendige Tankkupplung betrifft dabei einerseits einen Tankeinlass und andererseits einen entsprechenden Tankstutzen. Einlass und Tankstutzen können dabei derart ausgebildet sein, dass es sich hierbei um ein Flansch-System handelt oder auch um eine Art Schraub- oder Bajonett-Verschluss.
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Um die Betriebssicherheit einer Betankung zu verbessern kann eine Anordnung mit einer Tankbefülleinrichtung und einem Tankeinlass verwendet werden, bei welcher sich die Betriebssicherheit erhöht und eine Gefährdung durch die Datenkommunikationseinrichtung bzw. eine Datenübertragungsschnittstelle reduziert ist. Ein Betankungssystem mit einer einfachen und schnellen Ankopplung eines Tankstutzens der Tankbefülleinrichtung an den Tankeinlass ist ebenfalls erstrebenswert.
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Ein Betankungssystem umfasst beispielsweise einen Tankeinlass (z. B. einen Flansch, eine Kupplung, einen Bajonettverschluss, usw.), eine Tankbefülleinrichtung, welche zum jeweiligen Tankeinlass funktionsgemäß passt und eine funkbasierte Datenkommunikationseinrichtung. Zur Betankung ist beispielsweise flüssiger Wasserstoff, gasförmiger Wasserstoff, Flüssiggas, Erdgas, oder dergleichen vorgesehen. Mittels einer funkbasierten Datenkommunikationseinrichtung kann eine Funkverbindung zur Datenübertragung zwischen einem ersten Datenkommunikationsteilnehmer und einem zweiten Datenkommunikationsteilnehmer aufgebaut werden. Der Tankeinlass ist beispielsweise einem Fahrzeug (LKW, PKW, Kraftrad, Flugzeug, usw.) zugeordnet. Der erste Datenkommunikationsteilnehmer ist demnach dem Fahrzeug zugeordnet. Dies kann beispielsweise ein Tanksystem des Fahrzeuges oder auch ein Steuerungssystem des Fahrzeuges betreffen, bzw. dort angeordnet sein. Der zweite Datenkommunikationsteilnehmer ist einer Tankquelle zugeordnet, also z. B. einer Zapfsäule, einem Tanklastwagen, einem Tankflugzeug oder dergleichen.
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Weist eine Gasbetankungseinrichtung eine Datenkommunikationseinrichtung (Kommunikationseinrichtung) auf, welche mit Funktechnologie, also drahtlos arbeitet (z. B. durch Nutzung von elektromagnetischer Wellen), so kann die Betankungseinrichtung sicherer ausgestaltet werden, als z. B. bei der Verwendung von Kommunikationskabeln, welche bei einem Unfall durchtrennt werden könnten. An Stelle der drahtlosen funkbasierten Kommunikation kann beispielsweise auch eine auf Licht basierte Kommunikation vorgesehen sein. Hierfür kann beispielsweise Licht im Infrarotbereich verwendet werden.
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Mit Hilfe eines Funk-Betriebes kann eine eindeutige Zuordnung eines Tanks (z. B. eines Fahrzeugtanks) zu einer Zapfsäule, oder zu einer Vielzahl von Zapfsäulen, möglich werden. Dies wird beispielsweise erreicht durch den Einsatz von RFID-Technik oder durch Messung von Signalleistungen sendender Antennen.
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Bei der Verwendung einer RFID-Kennung mit einem RFID-Tag seitens des Fahrzeug-Tanks und einer RFID-Detektion im Nahfeldbereich des Tankstutzens kann eine Fehlzuordnung mehrerer Fahrzeuge mit Abständen im Meter-Bereich zu einer einzelnen Zapfsäule praktisch ausgeschlossen werden.
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Es ist auch möglich die Sendeleistung derart zu kanalisieren, dass diese im Wesentlichen nur zu einem bestimmten Empfänger gelangt. Dies kann auf einer räumlichen Begrenzung von HF-Energie basieren, welche z. B. durch konstruktive Maßnahmen an Tankstutzen und Fahrzeug-Tanköffnung realisierbar ist. HF-Strahlung kann in einem Kanal (z. B. einem Hohlleiter) zwischen Tankstutzen und Fahrzeug-Tanköffnung derart geführt werden, dass die HF-Strahlung (Trägermedium der Datenverbindung) weitere Fahrzeuge bzw. Tanköffnungen nicht erreicht.
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In einer Ausgestaltung des Betankungssystems weist der Tankstutzen einen Hohlleiter auf, wobei bei Kupplung des Tankstutzens an den Tankeinlass der Hohlleiter des Tankstutzens an einen weiteren Hohlleiter anschließt, wobei in einem verkoppelten Zustand von Tankeinlass und Tankstutzen ein im Kupplungsbereich gasdichter Hohlleiter neben einer Mediumstransportleitung besteht, wobei der Hohlleiter zur Einkopplung eines Hochfrequenzsignals zur Datenübertragung vorgesehen ist. In dem zumindest im Bereich der Kopplung gekapselten Hohlleiter kann dann gefahrlos eine HF-Datenübertragung stattfinden.
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Das Betankungssystem kann ebenso derart ausgestaltet sein, dass Konstruktionen innerhalb der mechanischen Tank-Kupplung vermieden werden, die aufgrund ihrer Form und Größe als parasitäre Empfangsantennen für ausgestrahlte HF-Signale dienen könnten und z. B. in Form von daraus generierten Wirbelstromverlusten dann möglicherweise zu gefährlicher Erwärmung von Bauteilen führen könnten.
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Das Betankungssystem kann derart ausgestaltet sein, dass der Tankeinlass mit einem Wasserstofftank einer Mobilitätsmaschine (z. B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Bus, ein Kraftrad, ein Flugzeug, usw.) mechanisch gekoppelt ist und dass die Tankbefülleinrichtung (z. B. eine Zapfsäule mit einem Betankungsschlauch) mit einem Wasserstofftank mechanisch gekoppelt ist. Während eines Betankungsvorgangs ist die mechanische Kopplung z. B. arretierbar.
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Die Datenkommunikationseinrichtung weist als Antennen beispielhaft Ringantennen auf. Diese können in eine Kupplungsmechanik integriert sein. Die Integration kann derart sein, dass sich eine Ringantenne in der Kupplungsmechanik des Tankstutzens sowohl auf Fahrzeugseite wie auch auf einer Tankschlauchseite befindet. Vorteilhaft ist es, wenn zumindest eine der Ringantennen innerhalb einer Kupplungsmechanik angeordnet ist.
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Weist die Tankbefülleinrichtung des Betankungssystems einen Tankstutzen zum Anschluss an den Tankeinlass eines Tanks auf, so kann eine tankstutzenseitige. Datenübertragungsschnittstelle und am Tankeinlass eine tankeinlassseitige Datenübertragungsschnittstelle vorgesehen sein, wobei die Datenübertragungsschnittstellen Antennen sind bzw. diese aufweisen. Dabei kann die tankeinlassseitige Datenübertragungsschnittstelle passiv ausgelegt sein. Notwendige Energie zum Betrieb der passiv ausgelegten Datenübertragungsschnittstelle wird von einer korrespondierenden Antenne, welche der Zapfsäule zugehörig sein kann, zur passiven Datenübertragungsschnittstelle übertragen.
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Bei einem Betankungssystem kann mittels der Ringantennen auch Energie zum Betrieb einer fahrzeugseitigen Kenn-Einrichtung übertragen werden, so dass derart Verfälschungen seitens der Fahrzeugelektroniken vermeidbar sind. Dies kann die Sicherheit einer Betankung erhöhen, da potentielle Falschbetankungen erkannt werden. Über die Antennen wird beispielsweise ein Identifikationscode übermittelt, welcher in der fahrzeugseitigen Kenn-Einrichtung ausgewertet wird. Die fahrzeugseitige Kenn-Einrichtung wird mittels Energie betrieben, welche über die Antennen übertragen wird. Verfälschungen seitens einer z. B. manipulierten Fahrzeugelektronik können so ausgeschlossen werden. Die übertragene Energie bleibt dabei jederzeit unterhalb eines kritischen Levels zur Zündfähigkeit eines evtl. vorhandenen zündfähigen Gasgemisches.
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Das Betankungssystem ist derart ausgestaltbar, dass eine Vielzahl von funkbasierten Datenkommunikationseinrichtungen eine normierte Sendeleistung aufweisen. Eine genormte Ausgestaltung von Tankstutzen und Tankkupplung kann den Vorteil haben, dass bei einer Norm-Sendeleistung auf der Senderseite auf der Empfangsseite eine Norm-Empfangsleistung innerhalb einer gewissen Toleranz detektierbar sein muss, aufgrund derer der Empfang von anderen Sendern außerhalb dieses Toleranzbandes als „Störsender” ausgeschlossen werden können. Dadurch lässt sich eine bestimmte Zuordnung von zu befüllendem Tank und Zapfsäule treffen.
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Ein Sender an einem Tankstutzen kann also dazu vorgesehen sein immer mit der gleichen Sendeleistung zu senden. Aufgrund der definierten Geometrie des Tankstutzens kann an der Fahrzeug-Tanköffnung eine bestimmte Empfangsleistung angenommen werden. Eine korrekte Zuordnung zwischen Tankstutzen und Fahrzeug-Tanköffnung ergibt sich, wenn die gemessene Sendeleistung mit der erwarteten in einem bestimmten Toleranzbereich übereinstimmt, wobei dieser beispielsweise auch einstellbar und korrigierbar ist. Wird beispielsweise ein mechanisches Teil der Tank-Kupplung ersetzt und weist der Ersatz andere Materialeigenschaften wie das defekte/ersetzte Teil auf, so ändert sich die abgestrahlte Leistung. Das Toleranzband kann diesbezüglich angepasst werden. Weist das Betankungssystem eine Vielzahl von Tankbefüllungseinrichtungen auf, welche beispielsweise voneinander unterschiedlich beabstandet sind, kann das Toleranzband jeweils auch abhängig vom Abstand benachbarter Zapfsäulen angepasst werden.
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Die funkbasierte Datenkommunikationseinrichtung kann auch derart ausgebildet sein, dass für unterschiedliche Zapfsäulen unterschiedlich Sende-/Empfangs-Frequenzen vorgesehen sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Betankungssystems weist die funkbasierte Datenkommunikationseinrichtung eine adaptive Steuerung der Leistung eines HF-Sendesignals auf, wobei insbesondere eine minimal mögliche Sendeleistung einstellbar ist. Mittels der adaptiven Steuerung der HF-Leistung auf ein Minimum, können Streu-Erkennungen im Umfeld ausgeschlossen bzw. minimiert werden. Dies kann mit geeigneten Abschirmungen kombiniert werden. Abschirmungen können durch Gestaltung des Aufbaus des Tankstutzens und/oder der Tank-Kupplung erzielt werden.
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Zur Identifizierung einer bestimmten Datenkommunikationsverbindung können auch RFID-Tags oder 1-wire-Bausteine verwendet werden. In einer Ausgestaltung des Betankungssystems ist die funkbasierte Datenübertragungseinrichtung datentechnisch mit einem eindeutig programmierbaren RFID-Tag verbunden und/oder mit einem 1-wire-Baustein mit eindeutiger Serien-Nummerierung. Mittels des RFID-Tag's und/oder mittels des 1-wire-Bausteins ist beispielsweise ein Tank-Typ identifizierbar. Die eindeutige Seriennummerierung kann als Referenz fest mit einem bestimmten Tank-Typ gekoppelt sein. Mittels geteilter Antennenwege kann ein RFID-Tag auch innerhalb einer metallischen (also abschirmenden) Umgebung ausgelesen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Betankungssystems ist eine Authentifizierung des Benutzers vorgesehen. Der Benutzer ist beispielsweise ein Tankwart, ein Betankender oder eine andere Person, welche mit der Betankung in Verbindung gebracht werden kann. Dieser Benutzer besitzt beispielsweise einen Datenträger, welcher mit dem Sender am Fahrzeug-Tank verknüpft ist. Durch den vom Benutzer zugeführten Datenträger, kann der Tankstutzen den zugehörigen Fahrzeug-Tank identifizieren und akzeptiert nur dann eine Befüllung des korrekten Fahrzeug-Tanks.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Betankungssystems ist eine Datenbank zum Abgleich von Auslesedaten vorgesehen. Zur Erhöhung der Sicherheit der Betankung erfolgt eine Überprüfung ausgelesener Daten mit einem Referenz-Datensatz in einer globalen Datenbank, um Fälschungen beispielsweise von Tankdaten oder Fahrzeugdaten auszuschließen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Betankungssystems ist eine Prüfeinrichtung zur Prüfung eines Prüfschlüssels vorgesehen, wobei eine Freigabeeinrichtung zur Betankung vorgesehen ist mittels derer eine Betankung abhängig von der Prüfeinrichtung freigebbar ist. Dadurch, dass zusätzlich zum direkten Funkweg ein Schlüssel z. B. in Form eines Datensatzes auf einer Chipkarte verwendet wird, dessen spezifische Daten auf dem direkten Funkweg erst abhörsicher bestätigt werden müssen, bevor die Betankung freigeschaltet wird kann eine Erhöhung der Sicherheit der Datenübertragung vollzogen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Betankungssystems ist ein Lagesensor vorgesehen, wobei eine Betankung abhängig von einem Istwert des Lagesensors freigebbar ist, wobei der Lagesensor insbesondere ein optoelektronischer Sensor ist. Der zumindest eine Lagesensor kann so genutzt werden, dass eine Datenkommunikation und/oder ein Betankungsvorgang erst nach Erreichen einer ”Endlage” von Kupplungselementen einer Kupplung zur Betankung starten. Zur Vermeidung von Funkenbildung kann ein optoelektronischer Sensor vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Betankungssystems ist ein Gassensor und eine Einheit zur Steuerung der Übertragungsleistung der funkbasierten Datenkommunikationseinrichtung vorgesehen, wobei die Übertragungsleistung abhängig von Messwerten des Gassensors anpassbar ist. Durch den Einsatz von schnellen Gassensoren kann die HF-Leistung abhängig vom Gehalt an zündfähigem Gemisch in Echtzeit gesteuert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Betankungssystems ist zumindest ein Sensor zur Erkennung eines Abrisses eines Betankungsschlauches von einer Tanksäule vorgesehen. Hierfür weist die Tanksäule eine Kurzschlusseinrichtung zum Kurzschluss elektrischer Leitungen auf, wobei die elektrischen Leitungen im bestimmungsgemäßen Betriebszustand mit elektrischen Leitungen im Betankungsschlauch elektrisch verbunden sind. Bei Abriss des Betankungsschlauches von der Tanksäule wird die Kurzschlusseinrichtung aktiviert. Somit handelt es sich hier um eine Sicherheitseinrichtung an der Schnittstelle Tanksäule Betankungsschlauch. Falls der Schlauch von der Säule abgerissen wird, ist ein Stromfluss in Kabeln, die im Schlauch mitgeführt werden, unterbunden und es kommt nicht zu Funkenbildung. Das Abreißen des Schlauchs kann durch einen oder eine Vielzahl von Lagesensoren erkannt werden. Bei einer falschen Lage wird vor der Trennstelle der Strom am Schlauch vorbei geführt, in dem der Weg durch den Schlauch vor dem Schlauch kurzgeschlossen wird. Die Kabelführung kann geschleift ausgeführt sein.
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Durch eine zweite Sicherheits-Trennstelle auf der stationären Seite des Betankungsschlauches kann die durch eine Funklösung erreichte Sicherheit des Systems noch weiter gesteigert werden. Dies kann vorteilhaft sein bei einem System mit Funkempfängern (auch Sender bei passiven RFID-Tags und bei bidirektionalem Betrieb), wobei sich im Betankungsschlauch stromführende Kabel befinden.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Systems gewährleisten Lagesensoren am Schlauch und der Tanksäule (diese stellt eine Tankbefülleinrichtung dar) und eine geschleifte Kabelführung vor einer Stecker-Buchse-Trennstelle, dass durch die Lage-Erkennung bei einer gewaltsamen Entfernung des Betankungsschlauches der Stromfluss so rechtzeitig abgeschaltet werden kann, dass in den sich trennenden Kontakten kein zündfähiger Funken mehr entstehen kann.
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Der Schlauch zur Betankung ist beispielsweise derart gestaltet, dass dieser eine Soll-Trennstelle (z. B. für vergessliche Autofahrer, ...) aufweist. Damit bei dieser Zwangstrennung die stromführenden Kabel, die es an dieser Stelle noch gibt, keinen Funken erzeugen, ist das zugehörige Kabel in Schleifen verlegt, sodass es bei Schlauchtrennung zunächst noch ein eine Zeit verbunden bleibt, bis es an einer entsprechenden Buchse-Stecker-Verbindung ebenfalls zwangsweise getrennt wird. In der Zeit Y, in der eine Kabel-Überlänge X mit der Geschwindigkeit v auseinandergezogen wird, hat eine Sicherungselektronik die Chance, das Kabel potentialfrei zu schalten. Auch dies wird z. B. wiederum getriggert durch einen/mehrere Lagesensoren, die die Schlauchtrennung detektieren und signalisieren. Solch ein Lagesensor kann beispielsweise eine Lichtschranke sein (optisch) oder z. B. ein Reedrelais mit Magnet (mechanisch-magnetisch) oder ein Hallsensor mit Metallteil oder dergleichen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei zeigen:
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1 ein Betankungssystem 10;
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2 eine RFID basiertes Datenübertragungssystem bei einem Betankungssystem;
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3 ein auf Ringantennen basiertes Datenübertragungssystem bei einem Betankungssystem;
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4 ein auf Hohlleiter basiertes Datenübertragungssystem bei einem Betankungssystem; und
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5 eine Trennstelle eines Betankungsschlauchs;
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Die Darstellung gemäß 1 zeigt schematisch eine Situation in welcher mehrere Fahrzeuge 25 betankt werden. Bei einer Betankung mit dem dargestellten Beispiel für ein Betankungssystem 10, ist beispielsweise eine Datenkommunikation eingesetzt, bei welcher durch eine Bewertung der Empfangsleistung eine aktive Filterung der Sendequellen erfolgt. Das Fahrzeug 25 weist einen Tank 24 auf, wobei dieser mit einem Tankeinlass 20 verbunden ist. Das Fahrzeug 25 weist ferner eine Antenne 41 auf. Mittels dieser Antenne 41 können über ein Funksignal 39 Daten an eine weitere Antenne 40, 42 übertragen werden. Antennen 40 sind jeweils einer Tankbefülleinrichtung 30 (z. B. eine Zapfsäule), oder einer zentralen Überwachungs- bzw. Steuereinheit 21 zugeordnet. Die zentrale Überwachungs- bzw. Steuereinheit 21, wie auch die Tankbefülleinrichtungen 30 sind Datenkommunikationsteilnehmer, wobei diese die Datenkommunikation auch über eine gemeinsame Antenne abwickeln können (dies ist in 1 nicht dargestellt). Die Tankbefülleinrichtungen 30 sind an einem gemeinsamen Tank 34 angeschlossen. Eine Tankbefülleinrichtung 30 weist eine oder mehrere der folgenden Merkmale auf:
- • einen Tankstutzen 32;
- • einen Schlauch 31, damit der Tankstutzen 32 wie mit dem Pfeil 49 symbolisiert an Tankeinlass heranführbar ist;
- • eine Antenne 42;
- • eine Einrichtung zur Empfangsleistungserkennung 47, mittels derer die Signalstärke eines empfangenen Funksignals feststellbar ist, wobei mittels der Funkstärke eine Zuordnung von Tankbefülleinrichtungen 30 zu den jeweiligen Tanks 24 möglich ist;
- • eine Freigabeeinrichtung 52, mittels derer eine Betankung freigebbar ist, wobei dies insbesondere von einer positiven Prüfung der gefahrlosen Betankung und/oder der Genehmigung der Betankung durch eine Prüfeinrichtung 51 abhängt;
- • die Prüfeinrichtung 51;
- • eine Datenbank 50 zum Abgleich von Auslesedaten oder zumindest eine datentechnische Verbindung zu einer derartigen Datenbank;
- • eine Einheit 55 zur Steuerung der Übertragungsleistung des Datenfunks, wobei insbesondere die Übertragungsleistung abhängig von Messwerten eines Gassensors 54 anpassbar ist; und/oder
- • eine Kurzschlusseinrichtung 57 zum Kurzschluss elektrischer Leitungen, welche mit dem Schlauch 31 zur Betankung verbunden sind.
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Die zentrale Überwachungs- bzw. Steuereinheit 21 weist eine oder mehrere der folgenden Merkmale auf:
- • eine Antenne 42;
- • eine Einrichtung zur Empfangsleistungserkennung 47, mittels derer die Signalstärke eines empfangenen Funksignals feststellbar ist, wobei mittels der Funkstärke eine Zuordnung von Tankbefülleinrichtungen 30 zu den jeweiligen Tanks 24 möglich ist;
- • eine Freigabeeinrichtung 52, mittels derer eine Betankung freigebbar ist, wobei dies insbesondere von einer positiven Prüfung der gefahrlosen Betankung und/oder der Genehmigung der Betankung durch eine Prüfeinrichtung 51 abhängt;
- • die Prüfeinrichtung 51;
- • eine Einheit 55 zur Steuerung der Übertragungsleistung des Datenfunks, wobei insbesondere die Übertragungsleistung abhängig von Messwerten eines Gassensors 54 anpassbar ist; und/oder
- • eine Datenbank 50 zum Abgleich von Auslesedaten oder zumindest eine datentechnische Verbindung zu einer derartigen Datenbank.
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Bei einer funkbasierten Lösung kann das Mitführen von Kabeln oder Lichtwellenleitern z. B. in einem Gasdruckschlauch im Falle einer Gasbetankung vermieden werden. Durch bereits beschriebene eindeutige Zuordnungsverfahren unterschiedlicher Funk-Teilnehmer kann eine Verwechslung von Datensätzen während der Betankung vermieden werden.
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In einer Ausgestaltung des Betankungssystems 10 ist dieses derart aufgebaut, dass Tanksäulen (Tankbefülleinrichtungen) freizuschalten sind. Zur Freischallung wird der Tanksäule ein Datenträger zugeführt, z. B. eine Chipkarte oder eine Karte mit Magnetstreifen. Die Kommunikation zwischen Tanksäule und Fahrzeug läuft über eine Funkverbindung. Der Datenträger ist mit dem Fahrzeug, das betankt werden soll, datentechnisch verknüpft. Auf dem Datenträger befindet sich ein geheimer (und ggf. verschlüsselter) Datensatz, welchen nur das zu betankende Fahrzeug kennt. Die Tanksäule fragt auf eine sichere Art und Weise diesen geheimen Datensatz bei dem zu betankenden Fahrzeug ab. Die Abfrage ist derart, dass ein dritter Mithörer den Datensatz nicht erkennen und möglicherweise kopieren kann. Nur wenn das Fahrzeug durch die korrekte Antwort auf die Abfrage bestätigt, dass es zu dem Datenträger gehört, kann eine Betankung stattfinden. Diese beginnt z. B. erst dann, wenn Lagesensoren den korrekten Verschluss der Tankkupplung erkannt haben.
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Die Darstellung gemäß 2 zeigt schematisch den Einsatz von RFID Technik bei einem Betankungssystem. Dargestellt ist ein Stutzen 26 zur H2-Betankung. Ein RFID-Tag 27 kann in einem möglichen gestrichen dargestellten Kommunikationsbereich 28 positioniert sein. Dem Stutzen 26 ist eine Kupplung 29 zugeordnet. Die Kupplung 29 weist eine Haube 19 zur Abschirmung von Funkwellen auf und einen Schlauch 31. Ferner ist eine RFID-Lese-Antenne 18 zum Auslesen des RFID's 27 vorgesehen. Die Kupplung 29 kann mit einer Tanksäule für den Treibstoff H2 gekoppelt sein.
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Im Umfeld des Tankstutzens am zu betankenden Fahrzeug befindet sich in einer Ausgestaltung das eindeutig zugeordnete RFID-Tag. Dieses kann mithilfe eines RFID-Lesegerätes ausgelesen werden, wobei das Lesegerät so beschaffen sein sollte, dass die generierte HF-Energie zu keinem Zeitpunkt den Level der Zündfähigkeit für Wasserstoff-Gasgemische erreicht, wenn Wasserstoff zu betanken ist.
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Bei der Konstruktion des Tankstutzens ist in manchen Ausgestaltungen zu beachten, dass keine ringförmigen parasitären Antennen entstehen, die sich durch Wirbelströme derart aufheizen könnten, dass Zündfähigkeit für ein Gasgemisch entstehen könnte. Um eine große Auslese-Reichweite und damit eine große Streubreite zu vermeiden, ist das Lesegerät für den Betankungsfall so am Tankschlauch und der Kupplung montiert, dass im Kupplungsfall eine quasi halbkugelförmige Abschirmung nach außen erfolgt und das Lesegerät lediglich RFID-Tags im Nahbereich des Tankstutzens erfassen kann. Somit ist durch die Kombination ”mechanische Abschirmung” und ”selektive Antennenleistung” erreicht, dass nur der dem Tankstutzen zugeordnete RFID-Tag identifiziert werden kann und nur mit ihm kommuniziert werden kann.
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Ein tank- und/oder fahrzeugspezifisches RFID-Tag kann auch im Inneren eines fahrzeugseitigen Tankstutzens angebracht sein, der beispielsweise aus Metall ist. Da in einem metallischen Umfeld eine ”normale” Funktion für einen RFID-Tag fraglich ist, werden zur Abhilfe tankspezifische Daten vom RFID-Tag oder von einer funktionell ähnlichen Bordelektronik auf eine ringförmige Antenne im Kupplungsbereich des Tankstutzens übertragen. In ähnlicher Anordnung wird der zur Zapfsäule gehörende Kupplungsteil mit einer ringförmigen Antennenspule versehen, so dass im angekuppelten Zustand eine HF-Übertragung zwischen den beiden ringförmigen Antennen stattfinden kann. Ein Lagesensor kann dabei dafür genutzt werden, dass eine Sendeleistung hochgefahren wird, bevor die endgültige Kupplungsposition (Arretierung) erreicht ist. Eine vollständige Ankopplung ist hoch gasdicht auszuführen, so dass Gasexplosionen durch zündfähige HF-Energie-Einstrahlung ausgeschlossen werden kann. Ein über Gasdetektoren selektiv gesteuertes HF-Signal kann zusätzlich die Sicherheit erhöhen.
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Die Darstellung gemäß 3 zeigt schematisch eine Datenübertragung mittels Ringantennen 23, 33. Der Tankstutzen 32 weist eine erste Ringantenne 23 auf. Der Tankeinlass 20 weist eine zweite Ringantenne 33 auf. Die Ringantennen sind in die Tankkupplung integriert. In einem Kupplungsbereich 43 befinden sich nicht nur die Ringantennen 23, 33 sondern auch Dichtungen 34 und 35, welche die Ringantennen 23 und 33 abdichten. Zumindest eine der Ringantennen 23, 33 hat eine Anbindung an ein Lesegerät. Die weitere Ringantenne, insbesondere die im Stutzen, hat beispielsweise eine Anbindung an einen KFZ-Code. Der Tankeinlass 20 weist neben der Ringantenne 33 auch einen Gassensor 54 und einen Lagesensor 53 auf. Mit Hilfe des Lagesensors, kann die Lage des Tankstutzens 32 erkannt werden.
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In einer Ausgestaltung des Betankungssystems gibt es eine definierte Kupplungsgeometrie, da sonst Fahrzeug-Tanköffnung und Tankstutzen nicht miteinander kompatibel sind und eine Betankung nicht funktionieren wird. Eine HF-Sendequelle wird an einer bestimmten Stelle des Betankungssystems platziert. Diese Sendequelle sendet mit einer definierten Signalstärke. Da die Konstruktion von Tankstutzen und Fahrzeug-Tanköffnung bei einem Betankungssystem immer gleich ausgeführt sein kann, ist es möglich davon ausgehen, dass bei Platzierung eines HF-Empfängers am komplementären Ort zum Sender dort die messbare Signalstärke des empfangenen Signals innerhalb einer gewissen Toleranz immer gleich sein wird. Wenn vom Empfänger nun ein Signal empfangen wird, welches deutlich von der erwarteten Signalstärke abweicht, kann man davon ausgehen, dass das Signal einer anderen Quelle als der zugeordneten Tanksäule aufgefangen wird. Zur bidirektionalen Kommunikation werden an den beiden Orten Sender und Empfänger platziert.
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Die Darstellung gemäß 4 zeigt ein Betankungssystem, bei welchem der Tankstutzen 32 neben einem Betankungskanal 36 auch einen Hohlleiter 45 aufweist. Der Tankeinlass 20 weist als Gegenpart zum Tankstutzen 32 ebenso einen Hohlleiter 46 auf, sowie eine Einlassöffnung 43. Kupplungsstück des Tankstutzens und Fahrzeugtanköffnung entsprechen sich. Die beiden Kupplungsstücke passen so aufeinander, dass beide Höhlleiter 45, 46 gasdicht abgeschlossen sind.
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Mittels der Hohlleiter oder andere konstruktive Maßnahmen kann HF-Energie an Tankstutzen und Fahrzeug-Tanköffnung geführt werden. Wenn eine Betankung durchgeführt wird, werden Tankstutzen und Fahrzeug-Tanköffnung so miteinander verbunden, dass sich an einer Stelle der Auflagefläche ein Hohlraum bildet. In diesem Hohlraum kann eine Funkübertragung stattfinden. Der Hohlraum kann z. B. als Hohlleiter für HF-Energie ausgelegt werden. In diesem Fall müsste die Breite für 2,4 GHz Wellen mindestens 75 mm betragen. Wenn Tankstutzen und Fahrzeug-Tanköffnung aus Metall sind, kann durch die dadurch realisierte Abschirmung keine HF-Energie aus dem Hohlraum nach außen gelangen. Der Hohlraum ist gasdicht, so dass Gas und Strahlung getrennt voneinander bleiben. Lagesensoren 53 an Tankstutzen und Fahrzeug-Tanköffnung erkennen, ob sich der Tankstutzen in der angekuppelten Position befindet. Erst wenn die endgültige Betankungsposition erreicht ist, werden Sendestufen der Funkmodule aktiviert.
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Die Darstellung gemäß 5 zeigt eine Schlauch-Trennstelle. Dargestellt ist ein stationäres Schlauchteil 2 und ein bewegliches Schlauchteil 3. Ein Trennsensor 56, welcher auf optischer und/oder magnetischer Basis arbeitet ist zur Feststellung einer Trennung der Schlauchteile 2 und 3 vorgesehen. Wird eine Schlauchtrennung erkannt, können gefährliche Potentiale in einem Kabel innert geschlossen werden. Dies geschieht vorteilhaft in wenigen μ-Sekunden. Ein Elektrokabel 4 weist eine geschleifte Kabelführung und einen Kabeltrenner 5 auf. Der Kabeltrenner 5 ist beispielsweise ein Stecker-Buchse-System. Ist das Kabel mit Ex-gefährlichem Potential (im/am Schlauch) nach einer Schlauchtrennung z. B. x Meter lang, berechnet sich aus der Relativgeschwindigkeit beider Schlauchteile zueinander die Reaktionszeit zur Kabeltrennung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005033854 [0002]
- US 5343906 [0002]
