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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Tanksystem, insbesondere für ein flüssiges Reduktionsmittel, mit zumindest zwei voneinander getrennt angeordneten Behältern, von denen einer als sog. Aktiv-Behälter mit einer Fördereinheit zur Förderung eines im Tanksystem gespeicherten Mediums zu einem Verbraucher dieses Mediums ausgerüstet ist, während der zumindest eine andere sog. Passiv-Behälter als Nachfüll-Reservoir für den Aktiv-Behälter vorgesehen ist, und wobei die jeweils mit eine Entlüftungspfad versehenen Behälter über eine von einem einzigen Befüllkopf abgehende und sich geeignet in Teilleitungen verzweigende Befüllleitung befüllbar sind. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die
WO 2012/107315 A1 , die
EP 2 045 111 A2 , die
DE 10 2008 014 363 A1 oder die
DE 10 2010 039 077 A1 verwiesen. Eine Aufteilung eines Fahrzeug-Tanksystems insbesondere für ein Reduktionsmittel, welches dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs für dessen Nachbehandlung zugegeben wird, auf mehrere getrennt voneinander angeordnete Behälter findet sich insbesondere bei Personenkraftwagen, weil ein Gesamtbehältervolumen, welches benötigt wird, um ein Nachfüllen des Reduktionsmittels (bzw. allgemein eines im Tanksystem zu speichernden Mediums) so selten als möglich erforderlich zu machen, wegen des Bauraumbedarfs und der beengten Bauraumverhältnisse bei PKW nicht in einem einzigen Behälter darstellbar ist.
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Wenn sämtliche Behälter dieses Tanksystems geleert sind, so sollen diese möglichst einfach neu befüllt werden können, weshalb eine dieses Befüllen ausführende Person nur eine einzige und für alle Behälter des Tanksystems vorgesehene Befüllleitung vorfinden soll, deren dieser Person zugewandtes Ende als Befüllkopf bezeichnet wird. Diese Befüllleitung muss sich zumindest dann, wenn die Behälter nicht wie in der eingangs genannten
DE 10 2010 039 077 A1 gezeigt direkt ineinander übergehen, sondern voneinander entfernt im Fahrzeug verteilt angeordnet sind, stromab des Befüllkopfs in einzelne Teilleitungen verzweigen, welche jeweils einem Behälter zugeordnet sind und in diesem münden. Im weiteren wird der einfacheren Erläuterung wegen nur noch von einem einzigen Passiv-Behälter neben dem einzigen Aktiv-Behälter gesprochen; es können jedoch auch mehrere Passiv-Behälter vorgesehen sein, wobei es für die vorliegende Erfindung unerheblich ist, wie das gespeicherte Medium vom Passiv-Behälter in den Aktiv-Behälter überführt wird. Dies kann bspw. unter Schwerkrafteinfluss oder mittels einer Pumpe erfolgen; idealerweise wird dabei ausgehend von vollständig befüllten Behältern zunächst der Passiv-Behälter geleert, indem eine aus dem Aktiv-Behälter entnommene und mittels der genannten Fördereinheit einem Verbraucher zugeführte Medium-Teilmenge praktisch sofort aus dem Passiv-Behälter ersetzt, d.h. aus dem Passiv-Behälter in den Aktiv-Behälter überführt wird.
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Für das im Tanksystem zu speichernde Reduktionsmittel, nämlich üblicherweise eine wässrige Harnstofflösung, existieren auf dem Markt verschiedene Befüllsysteme bzw. sog. Nachfüllquellen, aus denen ein Tanksystem eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 befüllt werden kann. Ein Fahrzeug-Tanksystem für eine solche wässrige (und unter dem Namen AdBlue® bekannte) Harnstofflösung muss oder sollte geeignet sein, mittels jedem vorhandenen Befüllsystem befüllt werden zu können. Insbesondere unterscheiden sich diese bekannten Befüllsysteme dahingehend, ob sie mit oder ohne Gaspendelung arbeiten, d.h. ob es erforderlich ist, dass zumindest ein Teil des beim Befüllen eines Behälters aus diesem verdrängten Gasvolumens zur Nachfüllquelle zurückgeführt wird oder nicht. Ferner unterscheiden sich die bekannten bzw. vorhandenen Nachfüllquellen hinsichtlich der Gebindegröße, in welcher die Harnstofflösung bereit gestellt wird. Gängig sind nicht nur Flaschen oder Kanister mit einem begrenzten Volumen in der Größenordnung von 1 - 10 Litern, sondern auch Zapfpistolen, welche aus großen Vorratstanks versorgt bzw. an solche angeschlossen sind, die - ebenso wie der Kraftstoff für Kraftfahrzeuge - an Tankstellen vorgesehen sind. Mit solchen Zapfpistolen werden derzeit vorrangig Lastkraftwagen betankt, welche aufgrund des höheren Bedarfs jeweils einen einzigen relativ großen Behälter für die Harnstofflösung besitzen, und die ausgelegt sind, mit einem Volumenstrom in der Größenordnung von zumindest 40 Litern pro Minute befüllt zu werden. In diesem Zusammenhang sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung zwar insbesondere für ein Tanksystem für eine solche flüssige Harnstofflösung geeignet ist, jedoch hierdurch keineswegs auf diesen Anwendungsfall beschränkt ist.
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Grundsätzlich bekannt ist es im Übrigen auch, dass bei einem Tanksystem für wässrige Harnstofflösung deshalb, weil deren Gefrierpunkt bei -11,5°C liegt, der die Harnstofflösung aufnehmende Behälter nicht vollständig befüllt werden sollte. Aus diesem Grund ragt eine Entlüftungsleitung oder allgemein ein sog. Entlüftungspfad, die/der für die Abfuhr von Gas, welches durch in den Behälter eingeführtes Medium verdrängt wird, vorgesehen ist, mit einem sog. Tauchrohr in Vertikalrichtung betrachtet von der Oberseite des Behälters soweit nach unten in diesen hinein, dass bei Erreichen einer gewünschten maximalen Befüllhöhe des Behälters das darin befindliche eingefüllte Medium in den Entlüftungspfad (bzw. in die Entlüftungsleitung) gelangt und in diesem/dieser bis zu einem schwimmergesteuerten Sperrventil hin ansteigt, welches dadurch schließt. Danach kann - abgesehen von einer geringfügigen Gas-Verdichtung - praktisch keine weitere Menge von Medium in diesen Behälter eingefüllt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Tanksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, welches mit oder ohne Gaspendelung derart befüllt werden kann, dass beide bzw. allgemein sämtliche Behälter dieses Tanksystems soweit als jeweils möglich oder zulässig befüllt werden können.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Entlüftungspfad ein nach dem Schwimmerprinzip arbeitendes Sperrventil aufweist und über ein Tauchrohr, welches vorgesehen ist, die maximale Befüllhöhe des jeweiligen Behälters festzulegen, in den zugeordneten Behälter hineinragt, und dass nur der Entlüftungspfad des Aktiv-Behälters für das Ermöglichen einer Gaspendelung zwischen dem Behälter und einer Medium-Nachfüllquelle im Befüllkopf mündet. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
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Indem jedem Behälter, also bspw. im Falle eines einzigen Passiv-Behälters neben dem Aktiv-Behälter sowohl dem Aktiv-Behälter als auch dem Passiv-Behälter ein eigener Entlüftungspfad mit eigenem schwimmergesteuerten Sperrventil zugeordnet ist, kann jeder Behälter über die direkt stromab des Befüllkopfes zunächst gemeinsame und sich danach in den einzelnen Behältern zugeordnete Teilzweige verzweigende Befüllleitung einfach und zuverlässig soweit als möglich befüllt werden, weil die Medium-Zufuhr zu jedem einzelnen Behälter individuell (und nicht für alle Behälter gemeinsam) durch das jeweilige behälterindividuelle Sperrventil in der behälterindividuellen Entlüftungsleitung begrenzt wird, wenn der jeweilige Behälter soweit wie vorgegeben maximal befüllt ist.
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Die Verzweigung der zunächst einzigen Befüllleitung in die bspw. zwei (oder auch mehreren) Teilleitungen kann äußerst einfach gestaltet sein, bspw. in Form einer einfachen Y-Verzweigung (wobei der Buchstabe „Y“ auf dem Kopf steht, wenn das Medium unter Schwerkrafteinfluss zur Verzweigung hin gelangt),ohne aufwändige Trenn- oder Leiteinrichtung, jedenfalls dann, wenn die Strömung des durch den Befülllkopf eingefüllten Mediums im Bereich dieser Verzweigung bereits im wesentlichen laminar (und nicht mehr turbulent) ist. Um dabei auch ein Befüllen mit Gaspendelung zu ermöglichen, mündet erfindungsgemäß nur der Entlüftungspfad bzw. eine Entlüftungsleitung des Aktivbehälters im Befüllkopf, denn es wurde erkannt, dass der Aktiv-Behälter dann mit Sicherheit und der Passiv-Behälter jedenfalls in gewissem Umfang befüllt werden kann. Hingegen würde eine Führung der Entlüftungspfade oder von Entlüftungsleitungen beider Behälter in den Befüllkopf ein Befüllen mit einer Zapfpistole erschweren bzw. es würde dies zu unerwünschten Abschaltvorgängen, ausgelöst durch die dem Fachmann bekannte (und auf Gegendruck reagierende) Abschaltautomatik der Zapfpistole, führen.
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Die Funktion des genannten Tauchrohrs wurde bereits erläutert. Falls nun dieses Tauchrohr mit einem sog. Bypass versehen ist, welcher ermöglicht, dass eine Teilmenge des mit ansteigendem Befüllstand des (jeweiligen) Behälters in das Tauchrohr gelangenden Mediums (Reduktionsmittels) nicht in den eigentliche sich an das Tauchrohr anschließenden Entlüftungspfad bzw. eine entsprechende Entlüftungsleitung sondern anteilig zurück in den Behälter gelangt, so schließt das im Entlüftungspfad vorgesehene Sperrventil zeitlich betrachtet langsamer bzw. zeitverzögert, wodurch unerwünschte Flüssigkeitsschwingungen im Tanksystem, welche sich insbesondere auf eine bereits genannte Abschaltautomatik einer Zapfpistole ungünstig auswirken würden, vermieden werden können. Ein solcher Bypass kann in besonders einfacher Weise als ein geeignet dimensionierter Durchbruch - und im Hinblick auf den gewünschten Effekt eines sanften Schließens des Sperrventils vorzugsweise als vertikal verlaufender Schlitz - in der Wand des Tauchrohrs ausgebildet sein. Alternativ kann der besagte Bypass aber auch im Sperrventil selbst integriert sein, indem dieses eine geringe Leckage aufweist. Hierfür kann es ausreichend sein, wenn der Ventilsitz des Sperrventils als sog. Hartsitz ausgebildet ist, auf welchem er Ventilschließkörper dieses Sperrventils nicht vollflächig aufliegen kann. Vorgeschlagen ist nun, einen solchen oder andersartig gestalteten Bypass im Entlüftungspfad des Aktivbehälters vorzusehen, um ein sanftes, d.h. sich über eine gewisse Zeitspanne hinziehendes Schließen des Sperrventils im Entlüftungspfad des Aktiv-Behälters zu erzielen, da hiermit Fehlabschaltungen der bereits genannten Abschaltautomatik einer Zapfpistole beim Befüllen des Tanksystems verhindert werden können. Hingegen sollte das Sperrventil des Passiv-Behälters schnell und sicher schließen, weil der Entlüftungspfad des Passivbehälters stromab von dessen Sperrventil in der Umgebung mündet. Daher kann vorgesehen sein, dass das oder die schwimmergesteuerte(n) Sperrventil(e) des oder der ggf. mehreren Passiv-Behälter(s) mit einem die Schwimmer-Bewegung im Ventil-Schließsinn unterstützenden Federelement versehen ist oder sind, wohingegen das Sperrventil des Aktiv-Behälters kein solches Federelement aufweist bzw. aufweisen sollte. Für ein sicheres Schließen des Sperrventils des bzw. eines Passivbehälters kann es aber auch ausreichend sein, wenn diese Ventil absolut dicht schließend ausgeführt ist, wofür der Ventilsitz des Ventilschließkörpers als Weichsitzdichtung ausgebildet ist; das vorstehend genannte Federelement ist folglich ein fakultatives Merkmal.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug-Tanksystem kann vorteilhaft dahingehend ausgelegt sein, mit einer Zapfpistole einer Medium-Nachfüllquelle befüllt zu werden, welche einen Medium-Volumenstrom von zumindest 40 Litern pro Minute bereitstellt. Wenn dieses Tanksystem in einem PKW vorgesehen ist, so kann dieser bzw. dieses einfach an einer der derzeit in Deutschland registrierten ca. 1500 Harnstofflösungs-Zapfstellen für Lastkraftwagen befüllt werden. Hierfür ist es zum einen erforderlich, dass die Befüllleitung mit ihren Teilzweigen einen ausreichenden Strömungsquerschnitt (in der Größenordnung von zumindest 300 mm2) aufweist, ebenso wie die Entlüftungspfade einen ausreichenden Strömungsquerschnitt (in der Größenordnung von zumindest 60 mm2) aufweisen sollten, und dass die für die beiden Behälter (Aktiv- und Passiv-) gemeinsame Befüllleitung zwischen dem Befüllkopf und einer bereits genannten vorzugsweise Y-förmigen Verzweigung in die beiden Teilzweige eine ausreichende Länge in der Größenordnung von zumindest 150 mm (Millimeter) aufweist. Mit letztgenanntem Merkmal sollte im Bereich der Verzweigung trotz der turbulenten Strömung am Befüllkopf bereits eine im wesentlichen laminare Strömung vorliegen, wodurch dort eine annähernde Gleichverteilung zwischen den beiden Teilzweigen möglich ist. Mit einer solchen näherungsweisen Gleichverteilung ist jedenfalls dann, wenn sich die Volumina der beiden Behälter nicht um einen signifikant hohen Faktor unterscheiden, gewährleistet, dass beim Befüllen der Behälter tatsächlich beide Behälter sicher bis zu ihrer maximalen Befüllhöhe befüllt werden können.
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Die beigefügten 1,2 zeigen jeweils in einer Prinzipdarstellung ein mögliches Beispiel eines erfindungsgemäßen Tanksystems. Gleiche Elemente tragen in den beiden Figuren die gleichen Bezugsziffern
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Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Aktiv-Behälter und mit der Bezugsziffer 2 ein Passiv-Behälter (gemäß der eingangs definierten Terminologie) eines Tanksystems für die Speicherung und Abgabe einer wässrigen Harnstofflösung in das Abgassystem eines einen Verbrennungsmotor als Antriebsaggregat aufweisenden Personenkraftwagens gekennzeichnet. Figürlich nicht dargestellt ist eine nur im Aktiv-Behälter 1 vorgesehene Fördereinheit zur Förderung der Harnstofflösung zu einem Einspritzventil (als Verbraucher) im Abgassystem des Fahrzeugs. Ebenfalls nicht gezeigt ist, wie eine aus dem Aktiv-Behälter 1 entnommene Menge von Harnstofflösung aus dem Passiv-Behälter 2 ersetzt, d.h. vom Passiv-Behälter 2 in den Aktiv-Behälter 1 überführt wird, da dies für die vorliegende Erfindung ohne Belang ist.
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Befüllt werden können die beiden Behälter 1, 2 durch eine zunächst gemeinsame Befüllleitung 3, die ausgehend von einem geeignet zugänglich am Fahrzeug vorgesehenen Befüllkopf 4, welcher quasi einen Einfülltrichter oder dgl. bilden kann, zu einer nach Art einer Y-Verzweigung gestalteten Verzweigung 3a in zwei Teilzweige 31, 32 führt, welche Teilzweige 31 bzw. 32 dann im jeweils zugehörigen Behälter 1 bzw. 2 münden.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 1 ist jeder Behälter 1, 2 mit einer einen Entlüftungspfad 51 bzw. 52 bildenden Entlüftungsleitung mit der Bezugsziffer 51' bzw. 52' versehen, die von einem im Gebrauchszustand dieser Behälter 1, 2 oben (in Vertikalrichtung betrachtet) liegenden Bereich des Behälter-Innenraums ausgeht und sich weiter nach oben ansteigend bis zu einem schwimmergesteuerten Sperrventil 71 bzw. 72 fortsetzt. Konkret ragt jeder Entlüftungspfad 51, 52 bzw. jede Entlüftungsleitung 51',52' mit einem sog. Tauchrohr 61 bzw. 62 in den oberen Bereich des jeweiligen Behälter-Innenraumes hinein, d.h. an das behälterseitige Ende der eigentlichen Entlüftungsleitung 51', 52' schließt sich das jeweilige Tauchrohr 61, 62 an. Mittels des Tauchrohrs 61 bzw. 62 ist wie vor der Figurenbeschreibung erläutert der maximale Befüllstand im jeweiligen Behälter 1 bzw. 2 festgelegt, indem dann, wenn der durch die Befüllung ansteigende Flüssigkeitsspiegel im jeweiligen Behälter 1 bzw. 2 die Unterkante des jeweiligen Tauchrohres 61 bzw. 62 erreicht hat, jedenfalls beim Passiv-Behälter 2 das sich seitlich des Tauchrohres 62 und oberhalb der Unterkante dieses Tauchrohrs 62 befindende Gasvolumen nicht mehr durch die Entlüftungsleitung 52' bzw. über den Entlüftungspfad 52 abgeführt werden kann. Dann kann nur noch eine geringe Menge weiterer Harnstofflösung in den Behälter 2 gelangen, bis die Harnstofflösung in der Entlüftungsleitung 52' nach oben ansteigt und zum schwimmergesteuerten Sperrventil 72 gelangt, welches hierdurch geschlossen wird.
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Da das Tauchrohr 61 des Aktiv-Behälters 1 wie ersichtlich geringfügig anders als das Tauchrohr 62 des Passiv-Behälters 2 gestaltet ist, sind die Verhältnisse beim Aktiv-Behälter 1 auch geringfügig anders. In der Wand des Tauchrohrs 61 ist ein Schlitz 611 vorgesehen, der als kleiner Bypass (ebenfalls Bezugsziffer 611) wirkt. Über diesen Schlitz 611 oder kleinen Bypass 611 kann im Befüllprozess dieses Aktiv-Behälters 1 dann, wenn der durch die Befüllung ansteigende Flüssigkeitsspiegel im Behälter 1 die Unterkante des Tauchrohres 61 erreicht hat, nur noch eine geringe Menge aus dem sich seitlich des Tauchrohres 61 und oberhalb der Unterkante dieses Tauchrohrs 61 befindenden Gasvolumen durch die Entlüftungsleitung 51' (bzw. über den Entlüftungspfad 51) abgeführt werden, wobei praktisch gleichzeitig eine gewisse Teilmenge von Harnstofflösung in die Entlüftungsleitung 51' steigt. Zeitlich verzögert bzw. langsamer als beim Passiv-Behälter 2 wird dann nach einer gewissen Zeit auch das schwimmergesteuerte Sperrventil 71 in der Entlüftungsleitung 51' durch die ansteigende Harnstofflösung geschlossen. Daher ist für den Aktiv-Behälter 1 (anders als beim Passiv-Behälter 2) zunächst ein sog. Erstabschaltvolumen E eingezeichnet, bei Erreichen dessen ein Zapfpistole mit Abschaltautomatik (- dies wurde weiter oben bereits kurz erläutert -) einen ersten Abschaltimpuls erhält, wonach aber wegen des Bypass 611 noch eine geringen Menge, nämlich das sog. Nachtank-Volumen N, nachgetankt werden kann. Im Hinblick auf ein sanftes Abschalten und um Fehlauslösungen einer Abschaltautomatik einer Zapfpistole soweit als möglich zu vermeiden, weist im übrigen das schwimmergesteuerte Sperrventil 71 in der Entlüftungsleitung 51' des Aktiv-Behälters 1 kein Federelement auf, welches den Schwimmer bzw. Ventilschließkörper dieses Ventils 71 in seine Schließposition zu bewegen trachtet. Hingegen ist im Hinblick auf ein sicheres Absperren des Sperrventils 72 in der der Entlüftungsleitung 52' des Passiv-Behälters 2 ein Federelement 721 vorgesehen, welches den Schwimmer bzw. Ventilschließkörper dieses Ventils 72 in seine Schließposition zu bewegen trachtet, d.h. die Schwimmerbewegung im Ventil-Schließsinn unterstützt.
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Letzteres, nämlich ein sicheres Absperren des Sperrventils 72 bei Erreichen des maximal zulässigen Füllstands im Passiv-Behälter 2 ist erforderlich, weil die Entlüftungsleitung 52' bzw. der Entlüftungspfad 52 des Passiv-Behälters 2 stromab des Sperrventils 72 (d.h. vom Passiv-Behälter 2 aus gesehen) direkt in der Umgebung mündet. Hingegen setzt sich die Entlüftungsleitung 51' bzw. der Entlüftungspfad 51 des Aktiv-Behälters 1 stromab des Sperrventils 71 bis in den Befüllkopf 4 hinein fort. Damit ist sichergestellt, dass das gezeigte Tanksystem bzw. zumindest der Aktiv-Behälter 1 - und in geringerem Umfang auch der Passiv-Behälter 2 - mittels eines Verfahrens, welches Gaspendelung - d.h. ein Rückführen von aus dem (jeweiligen) Behälter - hier nur dem Behälter 1 - verdrängten Gas in die Nachfüllquelle - zumindest teilweise benötigt, befüllt werden kann.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 2 ist das jeweilige Sperrventil 71 bzw. 72 des jeweiligen Behälters 1 bzw. 2 direkt anschließend an das jeweilige Tauchrohr 61 bzw. 62 vorgesehen und es schließt sich an das Sperrventil 71 auf dessen dem Aktiv-Behälter 1 abgewandten Seite die eigentliche Entlüftungsleitung 51' an, welche zusammen mit dem Tauchrohr 61 und dem Sperrventil 71 den Entlüftungspfad 51 bildet. Hingegen wird der Entlüftungspfad 52 des Passiv-Behälters 2 alleine durch das Tauchrohr 62 und das Sperrventil 72 gebildet. Im Übrigen ist im Mündungsbereich jedes Teilzweigs 31, 32 der Befüllleitung 3 im jeweiligen Behälter 1, 2 ein sog. Spitback-Valve 8, d.h. praktisch eine Rückschlagventil-Klappe 8 vorgesehen.
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Das mit vorliegender Erfindung vorgeschlagene Tanksystem zeichnet sich dadurch aus, dass jeder Behälter 1, 2, d.h. sowohl der Passiv-Behälter 2 als auch der Aktiv-Behälter 1 unabhängig vom Füllstand des jeweiligen anderen Behälters 2, 1 grundsätzlich maximal befüllbar ist.
