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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Funktionsweise eines Druckreglers, der mit einer Flüssiggas-Kraftstoffanlage verknüpft ist, eine Steuereinheit zum Bestimmen der Funktionsweise eines Druckreglers, eine Flüssiggas-Kraftstoffanlage, die eine derartige Steuereinheit umfasst, ein Fahrzeug, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium.
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HINTERGRUND
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Neuerdings werden alternative Kraftstoffe, wie etwa Erdgas und Biogas, zur Fortbewegung von Fahrzeugen eingeführt. Das Kraftstoffgas wird typischerweise in Gastanks gespeichert, und es gibt mindestens zwei Hauptprinzipien beim Speichern von Kraftstoffgas. Nach einem Prinzip wird das Kraftstoffgas unter hohem Druck in dem Gastank gespeichert. Komprimiertes Erdgas, CNG, wird beispielsweise nach diesem Prinzip gespeichert. Durch das starke Komprimieren des Gases wird ein geringes Volumen erreicht. Nach einem anderen Prinzip wird das Gas mindestens teilweise in seiner flüssigen Phase gespeichert. Dies ist der Fall bei Flüssigerdgas, LNG. Dadurch dass das Gas in seine flüssige Phase umgewandelt wird, wird eine Reduzierung des Volumens erreicht. Um das Gas in seine flüssige Phase umzuwandeln, werden gewöhnlich jedoch recht niedrige Temperaturen benötigt. Die Temperaturen, die benötigt werden, um das Gas in seiner flüssigen Phase zu halten, liegen oft unter - 110 Grad Celsius.
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LNG ist ein geläufiges zweiphasiges Kraftstoffgas und wird in einer flüssigen Phase und in einer gasförmigen Phase in einem Gastank gespeichert. Falls im Verlauf der Zeit der Gasmotor nicht funktioniert, nimmt die Temperatur in dem Gastank zu, und das LNG in der flüssigen Phase verdampft in die gasförmige Phase. Der Druck im Innern des Gastanks erhöht sich dadurch. Falls der Druck zu hoch wird, kann es sein, dass der Gastank beschädigt wird. Mindestens ein Überdruckventil ist daher typischerweise an dem Gastank eingerichtet. Das mindestens eine Überdruckventil ist eingerichtet, um sich zu öffnen, wenn der Druck in dem Gastank einen gewissen Druckwert überschreitet, und um dadurch Kraftstoffgas an die Atmosphäre abzulassen. Das abgelassene Kraftstoffgas wird vergeudet, und es ist daher erwünscht, den Druck in dem Gastank derart zu regeln, dass das Überdruckventil kein Kraftstoffgas ablassen muss.
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Ein Druckregler, der als Sparregler (engl.: economiser) bezeichnet wird, ist typischerweise eingerichtet, um den Druck in dem Gastank zu regeln, indem er reguliert, ob Kraftstoffgas in der flüssigen Phase oder in der gasförmigen Phase aus dem Gastank entnommen wird, um dem Gasmotor zugeführt zu werden. Der Sparregler kann eingerichtet sein, um zwischen einem ersten Zustand, in dem Kraftstoffgas im gasförmigen Zustand aus dem Gastank angesaugt wird, und einem zweiten Zustand, in dem Kraftstoffgas in der flüssigen Phase aus dem Gastank angesaugt wird, zu wechseln. Der Sparregler kann eingerichtet sein um sicherzustellen, dass Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase aus dem Gastank angesaugt wird, wenn der Druck in dem Gastank einen gewissen Schwellenwert überschreitet. Sollte der Sparregler aus irgendeinem Grund versagen oder sollte sich die Funktion des Sparreglers verschlechtern, besteht das Risiko, dass der Druck in dem Gastank zu hoch oder zu niedrig wird. Es wäre somit vorteilhaft, die Funktionsweise des Sparreglers überwachen zu können.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neuartiges und vorteilhaftes Verfahren zum Bestimmen der Funktionsweise eines Druckreglers, der mit einer Flüssiggas-Kraftstoffanlage verknüpft ist, zu erreichen.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein alternatives Verfahren zum Bestimmen der Funktionsweise eines Druckreglers, der mit einer Flüssiggas-Kraftstoffanlage verknüpft ist, zu erreichen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neuartige und vorteilhafte Steuereinheit zum Bestimmen der Funktionsweise eines Druckreglers, der mit einer Flüssiggas-Kraftstoffanlage verknüpft ist, eine Flüssiggas-Kraftstoffanlage, ein Fahrzeug, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium zu erreichen.
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Die hier erwähnten Aufgaben werden durch ein Verfahren zum Bestimmen der Funktionsweise eines Druckreglers, der mit einer Flüssiggas-Kraftstoffanlage verknüpft ist, eine Steuereinheit, eine Flüssiggas-Kraftstoffanlage, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium gemäß den beiliegenden Ansprüchen erreicht.
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Daher wird gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen der Funktionsweise eines Druckreglers, der mit einer Flüssiggas-Kraftstoffanlage verknüpft ist, bereitgestellt. Die Flüssiggas-Kraftstoffanlage umfasst: mindestens eine Gasspeichervorrichtung, die verflüssigtes Kraftstoffgas speichert, und einen Druckregler, der stromabwärts von der Gasspeichervorrichtung eingerichtet ist, wobei der Druckregler eingestellt ist, um zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand in Abhängigkeit von dem Druck in der Gasspeichervorrichtung zu wechseln, wobei der Druckregler in dem ersten Zustand sicherstellt, dass Kraftstoffgas in der flüssigen Phase aus der Gasspeichervorrichtung angesaugt wird, und in dem zweiten Zustand sicherstellt, dass Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase aus der Gasspeichervorrichtung angesaugt wird. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- - Bestimmen, ob sich der Druckregler in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, basierend auf den Eigenschaften des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler;
- - Bestimmen, in welchem Zustand sich der Druckregler befinden soll, basierend auf dem Zustand der Gasspeichervorrichtung und der Einstellung des Druckreglers; und
- - Bestimmen der Funktionsweise des Druckreglers durch das Vergleichen des tatsächlichen Zustands des Druckreglers mit dem Zustand, in dem sich der Druckregler befinden soll.
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Das Bestimmen der Funktionsweise des Druckreglers kann auch als Diagnostizieren des Druckreglers bezeichnet werden. Das hier erwähnte Verfahren kann somit als ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Druckreglers, der mit einer Flüssiggas-Kraftstoffanlage verknüpft ist, bezeichnet werden.
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Das verflüssigte Kraftstoffgas, das in der Gasspeichervorrichtung gespeichert ist, kann Flüssigerdgas, LNG, sein. LNG ist ein wichtiges Kraftstoffgas, und das Verfahren ist für dieses Gas besonders geeignet. Es ist hinlänglich bekannt, dass ein verflüssigtes Kraftstoffgas in einer Gasspeichervorrichtung in einer flüssigen Phase und in einer gasförmigen Phase gespeichert wird. Das verflüssigte Kraftstoffgas wird in der Gasspeichervorrichtung geeignet unter Druck gespeichert, und die Temperatur liegt geeignet zwischen -160 und -110 Grad Celsius.
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Die Begriffe stromabwärts und stromaufwärts sind im Verhältnis zur Strömung des Kraftstoffgases definiert, die von der Gasspeichervorrichtung zu einem Gasmotor geht.
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Der Druck in der Gasspeichervorrichtung kann gesteuert werden, indem zwischen dem Entnehmen von Kraftstoffgas in der flüssigen Phase und dem Entnehmen von Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase aus der Gasspeichervorrichtung anhand des Druckreglers gewechselt wird. Da das Kraftstoffgas in seiner flüssigen Phase erheblich dichter als in seiner gasförmigen Phase ist, sinkt der Druck in der Gasspeichervorrichtung schneller, wenn Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase aus der Gasspeichervorrichtung entnommen wird. Der Druckregler ist somit geeignet eingerichtet um sicherzustellen, dass Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase aus der Gasspeichervorrichtung entnommen wird, wenn der Druck in der Gasspeichervorrichtung zu hoch wird. Der Druckregler kann eingestellt sein, um von dem ersten Zustand auf den zweiten Zustand umzuschalten, wenn der Druck in der Gasspeichervorrichtung einen gewissen Schwellenwert überschreitet. Die Einstellung des Druckreglers, und somit des Schwellenwerts, ist geeigneterweise bekannt. Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst das Bestimmen des tatsächlichen Zustands des Druckreglers und das Überprüfen, ob er mit dem Zustand übereinstimmt, in dem sich der Druckregler befinden soll, wenn er richtig funktioniert. Normalerweise würde ein gewisses elektrisches Bauteil verwendet, um den Zustand des Druckreglers zu bestimmen. Die niedrige Temperatur und der hohe Massendurchsatz in Verbindung mit dem Druckregler in einer Flüssiggas-Kraftstoffanlage machen dies jedoch schwierig. Somit kann durch das Bestimmen gewisser Eigenschaften des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler bestimmt werden, ob sich das Kraftstoffgas stromabwärts von dem Druckregler in seiner flüssigen Phase oder in seiner gasförmigen Phase befindet. Somit wird bestimmt, ob sich der Druckregler in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet. Um zu bestimmen, in welchem Zustand sich der Druckregler befinden soll, werden der Zustand der Gasspeichervorrichtung und die Einstellung des Druckreglers berücksichtigt. Der Zustand der Gasspeichervorrichtung kann diverse Faktoren umfassen, wie etwa Volumen, Kraftstoffgaspegel, Druck und Temperatur. Die Einstellung des Druckreglers umfasst, wie zuvor erwähnt, den Schwellenwert, bei dem der Druckregler auf den zweiten Zustand umschaltet und Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase aus der Gasspeichervorrichtung ansaugt. Der Schwellenwert kann ein Intervall sein. Dadurch dass der Zustand der Gasspeichervorrichtung und die Einstellung des Druckreglers bekannt sind, kann bestimmt werden, in welchem Zustand sich der Druckregler befinden soll, wenn er richtig funktioniert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Druckregler ständig diagnostiziert werden, wodurch die Fehlersuche vereinfacht wird und sich die mögliche Wartungszeit reduziert.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basiert der Schritt des Bestimmens, ob sich der Druckregler in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, auf einer Schätzung der Dichte des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler. Durch das Schätzen der Dichte des Kraftstoffgases kann bestimmt werden, ob sich das Kraftstoffgas in der flüssigen Phase oder in der gasförmigen Phase befindet. Die Phase des Kraftstoffgases gibt an, ob sich der Druckregler in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet. Es ist offensichtlich, dass die Dichte des Kraftstoffgases in der flüssigen Phase viel höher ist als die Dichte des Kraftstoffgases in der gasförmigen Phase. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit das Schätzen der Dichte des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler umfassen. Die Dichte kann auf diverse Art und Weise geschätzt werden, was in den offenbarten Ausführungsformen der Erfindung noch beschrieben wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basiert der Schritt des Bestimmens, ob sich der Druckregler in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, auf der Leitfähigkeit des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler und stromaufwärts von einer Wärmetauschvorrichtung, die stromabwärts von dem Druckregler eingerichtet ist. Das Verfahren kann somit das Bestimmen der Leitfähigkeit des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler und stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung umfassen. Die Leitfähigkeit kann anhand eines Temperatursensors bestimmt werden, der stromabwärts von dem Druckregler und stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung in Fluidkommunikation mit dem Kraftstoffgas eingerichtet ist. Der Temperatursensor wird geeignet anhand eines Heizelements erhitzt, so dass die Temperatur des Temperatursensors etwas höher als die Umgebung ist. Wenn das Heizelement ausgeschaltet ist, nimmt die Temperatur des Temperatursensors ab. In Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler und stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung nimmt die Temperatur des Temperatursensors unterschiedlich schnell ab. Somit kann durch das Bestimmen der Zeit, die der Temperatursensor benötigt um abzukühlen, die Leitfähigkeit des Kraftstoffgases bestimmt werden, und die Dichte und die Phase des Kraftstoffgases können dadurch geschätzt werden. Dadurch kann der Zustand des Druckreglers bestimmt werden. Der Schritt des Bestimmens, ob sich der Druckregler in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, kann alternativ auf der Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler und stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung basieren. Die Schallgeschwindigkeit kann anhand von Ultraschall bestimmt werden. Durch das Bestimmen der Schallgeschwindigkeit kann die Dichte/Phase des Kraftstoffgases geschätzt werden, und der Zustand des Druckreglers kann dadurch bestimmt werden.
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Die Wärmetauschvorrichtung der Flüssiggas-Kraftstoffanlage kann Kühlfluid aus dem Gasmotor verwenden, um das Kraftstoffgas zu erhitzen, das aus dem Druckregler kommt. Alternativ verwendet die Wärmetauschvorrichtung ein gewisses anderes Kühlfluid, um das Kraftstoffgas zu erhitzen, das aus dem Druckregler kommt. Die Wärmetauschvorrichtung ist somit eingerichtet um sicherzustellen, dass Kraftstoffgas, das aus der flüssigen Phase in der Gasspeichervorrichtung angesaugt wird, in seine gasförmige Phase umgewandelt wird, bevor es den Gasmotor erreicht.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basiert der Schritt des Bestimmens, ob sich der Druckregler in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, auf der Temperatur des Kraftstoffgases stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung. Das Verfahren kann somit das Bestimmen der Temperatur des Kraftstoffgases stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung umfassen. Ein Temperatursensor ist somit geeignet stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung eingerichtet. In Abhängigkeit von der Konfiguration/ den Eigenschaften der Wärmetauschvorrichtung und der Temperatur des Kühlfluids kann die Temperatur des Kraftstoffgases stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung in Abhängigkeit von der Phase des Kraftstoffgases, das in die Wärmetauschvorrichtung eintritt, unterschiedlich sein. Das Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase weist eine viel niedrigere Dichte auf als das Kraftstoffgas in der flüssigen Phase. Die niedrigere Dichte bedeutet, dass das Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase anhand des Kühlfluids in der Wärmetauschvorrichtung leichter zu erhitzen ist. Falls somit Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase in die Wärmetauschvorrichtung eintritt, weist das Kraftstoffgas, das die Wärmetauschvorrichtung verlässt, eine höhere Temperatur auf als wenn Kraftstoffgas in der flüssigen Phase in die Wärmetauschvorrichtung eintritt. Es wird auch Energie (d.h. Wärme aus dem Kühlfluid) benötigt, um Kraftstoffgas in der flüssigen Phase in die gasförmige Phase umzuwandeln. Das Kraftstoffgas in der flüssigen Phase, das in die Wärmetauschvorrichtung eintritt, kann dadurch eine niedrigere Temperatur aufweisen, wenn es die Wärmetauschvorrichtung verlässt, im Vergleich zu Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase. Somit kann durch das Bestimmen der Temperatur des Kraftstoffgases stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung bestimmt werden, ob sich das Kraftstoffgas stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung in der flüssigen Phase oder in der gasförmigen Phase befindet. Dadurch kann bestimmt werden, ob sich der Druckregler in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet. Falls die Temperatur des Kraftstoffgases stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung in einem vorbestimmten ersten Intervall liegt, kann man in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlfluids daraus schließen, dass sich das Kraftstoffgas, das in die Wärmetauschvorrichtung eintritt, in der gasförmigen Phase befindet. Falls die Temperatur des Kraftstoffgases stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung in einem vorbestimmten zweiten Intervall liegt, kann man auch in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlfluids daraus schließen, dass sich das Kraftstoffgas, das in die Wärmetauschvorrichtung eintritt, in der flüssigen Phase befindet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basiert der Schritt des Bestimmens, ob sich der Druckregler in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, auf der Temperatur des Kühlfluids, das in der Wärmetauschvorrichtung umläuft. Der Schritt des Bestimmens, ob sich der Druckregler in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, basiert geeignet auf der Temperatur des Kühlfluids stromaufwärts (vor) und stromabwärts (nach) von der Wärmetauschvorrichtung. Das Verfahren kann somit das Bestimmen der Temperatur des Kühlfluids stromaufwärts und stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung umfassen. Ein erster Temperatursensor ist somit geeignet in Fluidkommunikation mit dem Kühlfluid stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung eingerichtet, und ein zweiter Temperatursensor ist geeignet in Fluidkommunikation mit dem Kühlfluid stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung eingerichtet. Der erste Temperatursensor kann an dem Motor eingerichtet sein. Dadurch dass die Temperatur des Kühlfluids vor und nach dem Umlaufen in der Wärmetauschvorrichtung bekannt ist, kann die Änderung der Enthalpie des Kühlfluids geschätzt werden. Die Änderung der Enthalpie gibt die Phase des Kraftstoffgases an, das in die Wärmetauschvorrichtung eintritt. Wie zuvor erwähnt, wird mehr Energie verwendet, um Kraftstoffgas in der flüssigen Phase in Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase umzuwandeln, und eine größere Änderung der Enthalpie des Kühlfluids würde somit bedeuten, dass sich das Kraftstoffgas, das in die Wärmetauschvorrichtung eintritt, in der flüssigen Phase befindet. Der Zustand des Druckreglers kann dadurch bestimmt werden. Das Verfahren umfasst geeignet auch das Bestimmen der Strömung des Kühlfluids und der Strömung des Kraftstoffgases zum Schätzen der Änderung der Enthalpie. Die Strömung des Kühlfluids kann basierend auf einer Drehzahl einer Pumpe, die das Kühlfluid umwälzt, bestimmt werden. Für den Fall, dass die Kühlfluidpumpe eine mechanisch angetriebene Pumpe ist, die mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, kann die Drehzahl der Pumpe basierend auf der Drehzahl des Verbrennungsmotors bestimmt werden. Die Strömung des Kraftstoffgases kann basierend auf dem Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors bestimmt werden. Das Bestimmen des Zustands des Druckreglers durch Schätzen der Änderung der Enthalpie des Kühlfluids kann auch auf der Temperatur in der Gasspeichervorrichtung basieren. Die Temperatur in der Gasspeichervorrichtung kann anhand eines Temperatursensors bestimmt werden, der in der Gasspeichervorrichtung eingerichtet ist. Die Temperatur kann alternativ basierend auf dem Druck in der Gasspeichervorrichtung und der Zustandsgleichung des Kraftstoffgases in der Gasspeichervorrichtung bestimmt werden, wenn man davon ausgeht, dass das Kraftstoffgas thermodynamisch gesättigt ist. Falls die Änderung der Enthalpie gering ist, kann die Temperatur des Kraftstoffgases in der Gasspeichervorrichtung verwendet werden, um zu bestimmen, ob die verbrauchte Enthalpie ausgereicht hätte oder nicht, um Kraftstoffgas in der flüssigen Phase in die gasförmige Phase umzuwandeln.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basiert der Schritt des Bestimmens, ob sich der Druckregler in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, auf der Kapazität des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler und stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung. Das Verfahren kann somit das Bestimmen der Kapazität des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler und stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung umfassen. Ein Funkfrequenz-Resonanzsensor kann stromabwärts von dem Druckregler und stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung eingerichtet sein. Die Dichte des Kraftstoffgases wirkt sich auf die Kapazität des Kraftstoffgases aus. Eine Frequenz wird geeignet an den Sensor angelegt, und in Abhängigkeit davon, ob es sich um Kraftstoffgas in der flüssigen Phase oder in der gasförmigen Phase handelt, und somit in Abhängigkeit von der Kapazität des Kraftstoffgases, variieren die Frequenzsignale aus dem Sensor. Somit kann durch das Bestimmen der Kapazität des Kraftstoffgases die Dichte des Kraftstoffgases geschätzt werden, und es kann dadurch bestimmt werden, ob sich das Kraftstoffgas, das aus dem Druckregler kommt, in der flüssigen Phase oder in der gasförmigen Phase befindet. Der Zustand des Druckreglers kann dadurch bestimmt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basiert der Schritt des Bestimmens, in welchem Zustand sich der Druckregler befinden soll, auf dem Druck in der Gasspeichervorrichtung. Das Verfahren kann somit das Bestimmen des Drucks in der Gasspeichervorrichtung umfassen. Dies kann anhand eines Drucksensors erfolgen, der in Verbindung mit der Gasspeichervorrichtung eingerichtet ist. Da die Einstellung des Druckreglers bekannt ist, gibt der Druck in der Gasspeichervorrichtung an, ob sich der Druckregler in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befinden soll. Falls der Druckregler beispielsweise eingestellt ist, um auf den zweiten Zustand umzuschalten, wenn der Druck in der Gasspeichervorrichtung 10 bar beträgt und der gemessene Druck in dem Gasspeicher 8 bar beträgt, kann man daraus schließen, dass sich der Druckregler in dem ersten Zustand befinden soll. Somit kann durch das Bestimmen des Drucks in der Gasspeichervorrichtung der erwartete Zustand des Druckreglers bestimmt werden.
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Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch eine Steuereinheit der Flüssiggas-Kraftstoffanlage ausgeführt werden. Die Steuereinheit kann eine Steuereinheit des Verbrennungsmotors oder eine getrennte Steuereinheit sein. Die Steuereinheit kann eine Vielzahl von Steuereinheiten umfassen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Steuereinheit zum Bestimmen der Funktionsweise eines Druckreglers, der mit einer Flüssiggas-Kraftstoffanlage verknüpft ist, bereitgestellt. Die Steuereinheit umfasst: Mittel zum Bestimmen, ob sich der Druckregler in einem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, basierend auf Eigenschaften des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler; Mittel zum Bestimmen, in welchem Zustand sich der Druckregler befinden soll, basierend auf dem Zustand in einer Gasspeichervorrichtung und der Einstellung des Druckreglers; und Mittel zum Bestimmen der Funktionsweise des Druckreglers durch das Vergleichen des tatsächlichen Zustands des Druckreglers mit dem Zustand, in dem sich der Druckregler befinden soll.
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Die Mittel zum Bestimmen, ob sich der Druckregler in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, basierend auf Eigenschaften des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler; die Mittel zum Bestimmen, in welchem Zustand sich der Druckregler befinden soll, basierend auf dem Zustand in der Gasspeichervorrichtung und der Einstellung des Druckreglers; und die Mittel zum Bestimmen der Funktionsweise des Druckreglers durch das Vergleichen des tatsächlichen Zustands des Druckreglers mit dem Zustand, in dem sich der Druckregler befinden soll, können beispielsweise verschiedene Module/Abschnitte von Software in der Steuereinheit, Programmcode oder dergleichen sein.
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Es versteht sich, dass alle Ausführungsformen, die für den Verfahrensaspekt der Erfindung beschrieben werden, auch auf den Aspekt der Steuereinheit der Erfindung anwendbar sind. D.h. die Steuereinheit kann konfiguriert sein, um einen der Schritt des Verfahrens gemäß diversen hier beschriebenen Ausführungsformen auszuführen. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Flüssiggas-Kraftstoffanlage bereitgestellt. Die Flüssiggas-Kraftstoffanlage umfasst: mindestens eine Gasspeichervorrichtung, die verflüssigtes Kraftstoffgas speichert, und einen Druckregler, der stromabwärts von der Gasspeichervorrichtung eingerichtet ist, wobei der Druckregler eingestellt ist, um in Abhängigkeit von dem Druck in der Gasspeichervorrichtung zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand zu wechseln, wobei der Druckregler in dem ersten Zustand angepasst ist um sicherzustellen, dass Kraftstoffgas in der flüssigen Phase aus der Gasspeichervorrichtung angesaugt wird, und in dem zweiten Zustand angepasst ist um sicherzustellen, dass Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase aus der Gasspeichervorrichtung angesaugt wird. Die Flüssiggas-Kraftstoffanlage umfasst ferner eine Steuereinheit mit Mitteln zum Bestimmen, ob sich der Druckregler in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, basierend auf Eigenschaften des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler; Mitteln zum Bestimmen, in welchem Zustand sich der Druckregler befinden soll, basierend auf dem Zustand in der Gasspeichervorrichtung und der Einstellung des Druckreglers; und Mitteln zum Bestimmen der Funktionsweise des Druckreglers durch das Vergleichen des tatsächlichen Zustands des Druckreglers mit dem Zustand, in dem sich der Druckregler befinden soll.
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Die Flüssiggas-Kraftstoffanlage umfasst geeignet auch eine Wärmetauschvorrichtung, die stromabwärts von dem Druckregler eingerichtet ist.
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Weitere Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann aus den folgenden Einzelheiten und auch durch das Umsetzen der Erfindung in die Praxis hervorgehen. Obwohl nachstehend Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden, sei zu beachten, dass diese nicht auf die spezifischen beschriebenen Einzelheiten eingeschränkt ist. Der Fachmann, der Zugang zu den vorliegenden Lehren hat, wird weitere Anwendungen, Änderungen und Integrationen auf anderen Gebieten erkennen, die im Umfang der Erfindung liegen.
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Figurenliste
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Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer weiteren Aufgaben und Vorteile ist die nachstehend dargelegte ausführliche Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen zu lesen, in denen die gleichen Bezugszeichen ähnliche Elemente in den diversen Diagrammen bezeichnen. Es zeigen:
- 1 schematisch ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 schematisch eine Flüssiggas-Kraftstoffanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 3 ein Ablaufschema für ein Verfahren zum Bestimmen der Funktionsweise eines Druckreglers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
- 4 schematisch eine Steuereinheit oder einen Computer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Fahrzeugs 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Fahrzeug 1 umfasst eine Fortbewegungseinheit 2. Die Fortbewegungseinheit 2 ist beispielsweise ein Gasmotor. Das Fahrzeug 1 kann ferner eine Flüssiggas-Kraftstoffanlage 10 zum Zuführen von Kraftstoffgas zu dem Gasmotor 2 umfassen. Eine derartige Flüssiggas-Kraftstoffanlage 10 ist in 2 beschrieben. Das Fahrzeug 1 kann eine beliebige Art von Fahrzeug sein, das einen Gasmotor umfasst. Beispiele von Fahrzeugen, die einen Gasmotor umfassen, sind Lastwagen, Busse, Schiffe, Personenwagen, Baufahrzeuge und Lokomotiven. Die vorliegende Erfindung kann auch in Verbindung mit einer beliebigen anderen Plattform als Fahrzeugen verwendet werden, solange diese Plattform einen Gasmotor umfasst. Ein Beispiel ist ein Kraftwerk mit einem Gasmotor.
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Nachstehend wird die Flüssiggas-Kraftstoffanlage 10 beschrieben, wie sie ausgebildet sein kann, wenn sie in einem Fahrzeug 1 verwendet wird. Folglich sind nicht alle Bestandteile in der Beschreibung notwendig. Sie werden jedoch zu der Beschreibung hinzugefügt, um eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu zeigen.
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Der Begriff „Verbindung“ bezieht sich hier auf eine Kommunikationsverbindung, wobei es sich um eine physische Verbindung, wie etwa eine optoelektronische Kommunikationsleitung, oder eine nicht physische Verbindung, wie etwa eine drahtlose Verbindung, z.B. eine Funkverbindung oder eine Hochfrequenzverbindung, handeln kann.
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Der Begriff „Durchgang“ bezieht sich hier auf einen Durchgang, der geeignet ist, um Kraftstoffgas zu transportieren. Der Durchgang kann beispielsweise ein Rohr, ein Schlauch, eine Röhre, ein Kanal oder dergleichen sein. Der Durchgang kann starr oder biegsam sein.
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2 zeigt schematisch eine Flüssiggas-Kraftstoffanlage 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Anlage 10 umfasst mindestens eine Gasspeichervorrichtung 110, die verflüssigtes Kraftstoffgas speichert; einen Druckregler 140, der stromabwärts von der Gasspeichervorrichtung 110 eingerichtet ist; und eine Wärmetauschvorrichtung 150, die stromabwärts von dem Druckregler 140 eingerichtet ist, wobei der Druckregler 140 eingestellt ist, um in Abhängigkeit von dem Druck in der Gasspeichervorrichtung 110 zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand zu wechseln, wobei der Druckregler 140 in dem ersten Zustand angepasst ist um sicherzustellen, dass Kraftstoffgas in der flüssigen Phase 111 aus der Gasspeichervorrichtung 110 angesaugt wird, und in dem zweiten Zustand angepasst ist um sicherzustellen, dass Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase 112 aus der Gasspeichervorrichtung 110 angesaugt wird.
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Das Kraftstoffgas, das in der Gasspeichervorrichtung 110 gespeichert ist, kann Flüssigerdgas, LNG, sein. LNG ist ein geläufiges zweiphasiges Gas, das für die Fortbewegung von Fahrzeugen verwendet werden kann. LNG wird gewöhnlich bei weit unter - 100 Grad Celsius in der Gasspeichervorrichtung 110 gespeichert. Nachstehend wird die Offenbarung in Verbindung mit LNG beschrieben. Es sei jedoch zu beachten, dass ein beliebiges anderes Kraftstoffgas, das in einer flüssigen Phase und einer gasförmigen Phase in der Gasspeichervorrichtung 110 gespeichert werden kann, ebenfalls geeignet wäre.
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Die Gaskraftstoffanlage 10 ist angepasst, um Kraftstoffgas für einen Gasmotor zuzuführen, wie in 1 offenbart. Der Gasmotor ist jedoch in dieser Figur nicht abgebildet. Die Gaskraftstoffanlage 10 umfasst mindestens einen Durchgang 171, 172, 173, 174, um das Kraftstoffgas von der Gasspeichervorrichtung 110 zu dem Gasmotor zu transportieren. Der mindestens eine Durchgang 171, 172, 173, 174 kann einen ersten Durchgangsteilabschnitt 171 umfassen, der eingerichtet ist, um Kraftstoffgas in seiner gasförmigen Phase 112 aus der Gasspeichervorrichtung 110 zu transportieren. Der mindestens eine Durchgang 171, 172, 173, 174 kann einen zweiten Durchgangsteilabschnitt 172 umfassen, der eingerichtet ist, um Kraftstoffgas in seiner flüssigen Phase 111 aus der Gasspeichervorrichtung 110 zu transportieren.
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Der Druckregler 140 ist in Fluidkommunikation mit dem ersten Durchgangsteilabschnitt 171 und dem zweiten Durchgangsteilabschnitt 172 eingerichtet. Bei dieser Ausführungsform ist der Druckregler 140 eingerichtet, um zwischen einem ersten Zustand, in dem Kraftstoffgas in der flüssigen Phase 111 aus der Gasspeichervorrichtung 110 über den zweiten Durchgangsteilabschnitt 172 angesaugt wird, und einem zweiten Zustand, in dem Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase 112 aus der Gasspeichervorrichtung 110 über den ersten Durchgangsteilabschnitt 171 angesaugt wird, zu wechseln. Der Druckregler 140 ist geeignet eingestellt, um von dem ersten Zustand auf den zweiten Zustand umzuschalten, wenn der Druck in der Gasspeichervorrichtung 110 einen Schwellenwert überschreitet. Der Schwellenwert ist geeignet bekannt. Der Schwellenwert kann etwa 10 bar betragen. Der Schwellenwert kann mit dem Druck des Kraftstoffgases in der gasförmigen Phase 112 zusammenhängen. Der Druckregler 140 kann eingerichtet sein, um das Umschalten zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand rein mechanisch auszuführen. Der Druckregler 140 kann alternativ elektronisch gesteuert werden. Der Druckregler 140 kann ein so genannter Sparregler sein.
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Die Anlage 10 kann Sensormittel 120 umfassen, die in Verbindung mit der Gasspeichervorrichtung 110 eingerichtet sind. Die Sensormittel 120 können einen Drucksensor umfassen, der eingerichtet ist, um einen Druck in der Gasspeichervorrichtung 110 zu bestimmen. Der Druck kann ein Druck des Kraftstoffgases in seiner gasförmigen Phase 112 sein. Der Druck kann ein Druck des Kraftstoffgases in seiner flüssigen Phase 111 sein. Die Sensormittel 120 können mindestens teilweise im Innern der Gasspeichervorrichtung 110 eingerichtet sein. Bei einer alternativen Ausführungsform könnte der Drucksensor in dem ersten Durchgangsteilabschnitt 171 und/oder dem zweiten Durchgangsteilabschnitt 172 eingerichtet sein. Da diese Durchgangsteilabschnitte 171, 172 mit der Gasspeichervorrichtung 110 verbunden sind, entspricht der Druck im Innern des Durchgangsteilabschnitts 171, 172 entweder dem Druck in der Gasspeichervorrichtung 110 oder kann mindestens in einen Druck in der Gasspeichervorrichtung 110 umgewandelt werden. Die Sensormittel 120 können auch einen Temperatursensor umfassen, der zum Bestimmen der Temperatur in der Gasspeichervorrichtung 110 eingerichtet ist.
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Die Wärmetauschvorrichtung 150 ist stromabwärts von dem Druckregler 140 eingerichtet. Der mindestens eine Durchgang 171, 172, 173, 174 kann einen dritten Durchgangsteilabschnitt 173 umfassen. Der dritte Durchgangsteilabschnitt 173 kann eingerichtet sein, um Kraftstoffgas von dem Druckregler 140 zu der Wärmetauschvorrichtung 150 zu transportieren. Ein Kühlfluid läuft in der Wärmetauschvorrichtung 150 um. Die Wärmetauschvorrichtung 150 kann ein Kühlfluid aus dem Gasmotor verwenden, um das Kraftstoffgas zu erhitzen, das aus dem Druckregler 140 kommt. Dies stellt sicher, dass Kraftstoffgas, das aus der flüssigen Phase 111 in der Gasspeichervorrichtung 110 angesaugt wird, in seine gasförmige Phase 112 umgewandelt wird, bevor es den Gasmotor erreicht.
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Die Anlage 10 kann ferner eine Gasregelanlage (nicht gezeigt) umfassen, die stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 eingerichtet ist. Der Gasmotor weist einen bevorzugten Eingangsgasdruck auf. Dieser bevorzugte Eingangsgasdruck kann durch die Gasregelanlage zugeführt werden. Bei einem Beispiel beträgt der bevorzugte Eingangsgasdruck etwa 7 bar. Der mindestens eine Durchgang 171, 172, 173, 174 kann einen vierten Durchgangsteilabschnitt 174 umfassen. Der vierte Durchgangsteilabschnitt 174 kann eingerichtet sein, um Kraftstoffgas von der Wärmetauschanlage 150 oder der Gasregelanlage zu dem Gasmotor zu transportieren.
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Die Anlage 10 kann auch eine so genannte Druckaufbauvorrichtung (nicht gezeigt) umfassen, die eingerichtet ist, um Energie zu der Anlage 10 hinzuzufügen, um einen gewissen Druck zu halten. Eine Druckaufbauvorrichtung kann eingerichtet sein, um Energie von einem abgehenden erhitzten Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase 112 auf das Kraftstoffgas in der flüssigen Phase 111 in der Gasspeichervorrichtung 110 zu übertragen, um den Druck in der Gasspeichervorrichtung 110 zu erhöhen.
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Eine erste Sensorvorrichtung 130 kann stromabwärts von dem Druckregler 140 und stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 eingerichtet sein. Die erste Sensorvorrichtung 130 kann ein Sensor zum Bestimmen der Leitfähigkeit des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler 140 und stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 sein. Die erste Sensorvorrichtung 130 kann ein Temperatursensor sein, der in Fluidkommunikation mit dem Kraftstoffgas in dem dritten Durchgangsteilabschnitt 173 eingerichtet ist. Die erste Sensorvorrichtung 130 kann alternativ ein Sensor zum Bestimmen der Kapazität des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler 140 und stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 sein. Die erste Sensorvorrichtung 130 kann somit ein Sensor zum Bestimmen der Kapazität des Kraftstoffgases in dem dritten Durchgangsteilabschnitt 173 sein.
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Eine zweite Sensorvorrichtung 160 kann stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 eingerichtet sein. Die zweite Sensorvorrichtung 160 kann ein Sensor zum Bestimmen der Temperatur des Kraftstoffgases sein, das aus der Wärmetauschvorrichtung 150 kommt. Die zweite Sensorvorrichtung 160 kann somit ein Sensor zum Bestimmen der Temperatur des Kraftstoffgases in dem vierten Durchgangsteilabschnitt 174 sein.
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Die Gaskraftstoffanlage 10 kann auch eine dritte Sensorvorrichtung 180 und eine vierte Sensorvorrichtung 190 umfassen, die in Fluidkommunikation mit dem Kühlfluid der Wärmetauschvorrichtung 150 eingerichtet sind. Die dritte Sensorvorrichtung 180 und die vierte Sensorvorrichtung 190 können Temperatursensoren sein. Die dritte Sensorvorrichtung 180 kann eingerichtet sein, um die Temperatur des Kühlfluids stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 zu bestimmen, und die vierte Sensorvorrichtung 190 kann eingerichtet sein, um die Temperatur des Kühlfluids stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 zu bestimmen.
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Die Flüssiggas-Kraftstoffanlage 10 umfasst ferner eine Steuereinheit 200. Die Steuereinheit 200 ist in Kommunikation mit den Sensormitteln 120, dem Druckregler 140, der Wärmetauschanlage 150, der ersten Sensorvorrichtung 130, der zweiten Sensorvorrichtung 160, der dritten Sensorvorrichtung 180 und der vierten Sensorvorrichtung 190 eingerichtet. Die Steuereinheit 200 kann eingerichtet sein, um den Betrieb der Sensormittel 120 zu steuern. Die Steuereinheit 200 kann zur Kommunikation mit den Sensormitteln 120 über eine Verbindung L120 eingerichtet sein. Die Steuereinheit 200 kann eingerichtet sein, um von den Sensormitteln 120 Informationen zu empfangen. Falls die Gaskraftstoffanlage 10 mehrere Drucksensoren oder Temperatursensoren umfasst, kann die Steuereinheit 200 zur Kommunikation mit jedem dieser mehreren Sensoren eingerichtet sein. Die Steuereinheit 200 kann dann eingerichtet sein, um von den mehreren Sensoren Informationen zu empfangen. Die Steuereinheit 200 kann eingerichtet sein, um den Betrieb der ersten Sensorvorrichtung 130 zu steuern. Die Steuereinheit 200 kann zur Kommunikation mit der ersten Sensorvorrichtung 130 über eine Verbindung L130 eingerichtet sein. Die Steuereinheit 200 kann eingerichtet sein, um von der ersten Sensorvorrichtung 130 über die Verbindung L130 Informationen zu empfangen. Die Steuereinheit 200 kann eingerichtet sein, um den Betrieb der zweiten Sensorvorrichtung 160 zu steuern. Die Steuereinheit 200 kann zur Kommunikation mit der zweiten Sensorvorrichtung 160 über eine Verbindung L160 eingerichtet sein. Die Steuereinheit 200 kann eingerichtet sein, um von der zweiten Sensorvorrichtung 160 über die Verbindung L160 Informationen zu empfangen. Die Steuereinheit 200 kann eingerichtet sein, um den Betrieb der dritten Sensorvorrichtung 180 zu steuern. Die Steuereinheit 200 kann zur Kommunikation mit der dritten Sensorvorrichtung 180 über eine Verbindung L180 eingerichtet sein. Die Steuereinheit 200 kann eingerichtet sein, um von der dritten Sensorvorrichtung 180 über die Verbindung L180 Informationen zu empfangen. Die Steuereinheit 200 kann eingerichtet sein, um den Betrieb der vierten Sensorvorrichtung 190 zu steuern. Die Steuereinheit 200 kann zur Kommunikation mit der vierten Sensorvorrichtung 190 über eine Verbindung L190 eingerichtet sein. Die Steuereinheit 200 kann eingerichtet sein, um von der vierten Sensorvorrichtung 190 über die Verbindung L190 Informationen zu empfangen.
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Bei einer Ausführungsform ist die Steuereinheit 200 eingerichtet, um den Betrieb des Druckreglers 140 zu steuern. Die Steuereinheit 200 kann somit zur Kommunikation mit dem Druckregler 140 über eine Verbindung L140 eingerichtet sein. Die Steuereinheit 200 kann eingerichtet sein, um von dem Druckregler 140 über die Verbindung L140 Informationen zu empfangen. Bei einem Beispiel ist die Steuereinheit 200 eingerichtet, um den Druckregler 140 zu steuern, um von einem ersten Zustand auf einen zweiten Zustand umzuschalten, oder umgekehrt.
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Die Steuereinheit 200 kann eingerichtet sein, um den Betrieb der Wärmetauschanlage 150 zu steuern. Die Steuereinheit 200 kann zur Kommunikation mit der Wärmetauschanlage 150 über eine Verbindung L150 eingerichtet sein. Die Steuereinheit 200 kann eingerichtet sein, um von der Wärmetauschanlage 150 über die Verbindung L150 Informationen zu empfangen.
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Die Steuereinheit 200 umfasst Mittel zum Bestimmen, ob sich der Druckregler 140 in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, basierend auf Eigenschaften des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler 140; Mittel zum Bestimmen, in welchem Zustand sich der Druckregler 140 befinden soll, basierend auf dem Zustand in der Gasspeichervorrichtung 110 und der Einstellung des Druckreglers 140; und Mittel zum Bestimmen der Funktionsweise des Druckreglers 140 durch das Vergleichen des tatsächlichen Zustands des Druckreglers 140 mit dem Zustand, in dem sich der Druckregler 140 befinden soll. Diese Mittel können verschiedene Module/Programme in der Steuereinheit 200 sein, oder es können Modelle/Algorithmen sein, die in der Steuereinheit 200 gespeichert sind.
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Ein Computer 205 kann zur Kommunikation mit der Steuereinheit 200 über eine Verbindung L205 eingerichtet sein und kann daran abnehmbar angeschlossen sein. Der Computer 205 kann angepasst sein, um die innovativen Verfahrensschritte gemäß der Erfindung vorzunehmen. Der Computer 205 kann verwendet werden, um Software, insbesondere Software zum Vornehmen des innovativen Verfahrens, auf die Steuereinheit 200 zu übertragen. Der Computer 205 kann alternativ zur Kommunikation mit der Steuereinheit 200 über ein internes Netzwerk an Bord des Fahrzeugs eingerichtet sein. Das innovative Verfahren, wie in 3 beschrieben, kann durch die Steuereinheit 200 oder den Computer 205 oder durch beide erfolgen.
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3 bildet ein Ablaufschema für ein Verfahren zum Bestimmen der Funktionsweise eines Druckreglers 140, der mit einer Flüssiggas-Kraftstoffanlage 10 verknüpft ist, ab. Die Flüssiggas-Kraftstoffanlage 10 ist geeignet konfiguriert, wie in 2 offenbart, und umfasst somit: mindestens eine Gasspeichervorrichtung 110, die verflüssigtes Kraftstoffgas speichert, und einen Druckregler 140, der stromabwärts von der Gasspeichervorrichtung 110 eingerichtet ist, wobei der Druckregler 140 eingestellt ist, um in Abhängigkeit von dem Druck in der Gasspeichervorrichtung 110 zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand zu wechseln, wobei der Druckregler 140 in dem ersten Zustand sicherstellt, dass Kraftstoffgas in der flüssigen Phase 111 aus der Gasspeichervorrichtung 110 angesaugt wird, und in dem zweiten Zustand sicherstellt, dass Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase 112 aus der Gasspeichervorrichtung 110 angesaugt wird. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Bestimmen s101, ob sich der Druckregler 140 in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, basierend auf Eigenschaften des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler 140; Bestimmen s102, in welchem Zustand sich der Druckregler 140 befinden soll, basierend auf dem Zustand der Gasspeichervorrichtung 110 und der Einstellung des Druckreglers 140; und Bestimmen s103 der Funktionsweise des Druckreglers 140 durch das Vergleichen des tatsächlichen Zustands des Druckreglers 140 mit dem Zustand, in dem sich der Druckregler 140 befinden soll.
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Der Druckregler 140 kann eingestellt sein, um von dem ersten Zustand auf den zweiten Zustand umzuschalten, wenn der Druck in der Gasspeichervorrichtung 110 einen gewissen Schwellenwert überschreitet. Die Einstellung des Druckreglers 140 und somit des Schwellenwerts ist geeignet bekannt. Durch das Bestimmen gewisser Eigenschaften des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler 140 kann bestimmt werden, ob sich das Kraftstoffgas stromabwärts von dem Druckregler 140 in seiner flüssigen Phase oder in seiner gasförmigen Phase befindet. Somit wird bestimmt, ob sich der Druckregler 140 in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet. Dadurch dass der Zustand der Gasspeichervorrichtung 110 und die Einstellung des Druckreglers 140 bekannt sind, kann bestimmt werden, in welchem Zustand sich der Druckregler 140 befinden soll, wenn er richtig funktioniert. Der erste Zustand des Druckreglers 140 kann ein geschlossener Zustand sein, und der zweite Zustand kann ein offener Zustand sein, oder umgekehrt.
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Der Schritt des Bestimmens s101, ob sich der Druckregler 140 in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, kann auf einer Schätzung der Dichte des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler 140 basieren. Das Verfahren kann somit das Bestimmen der Dichte des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler 140 umfassen. Durch das Schätzen der Dichte des Kraftstoffgases kann bestimmt werden, ob sich das Kraftstoffgas in der flüssigen Phase 111 oder in der gasförmigen Phase 112 befindet. Es ist offensichtlich, dass die Dichte des Kraftstoffgases in der flüssigen Phase 111 viel höher ist als die Dichte des Kraftstoffgases in der gasförmigen Phase 112.
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Der Schritt des Bestimmens s101, ob sich der Druckregler 140 in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, kann auf der Leitfähigkeit des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler 140 und stromaufwärts von einer Wärmetauschvorrichtung 150, die stromabwärts von dem Druckregler 140 eingerichtet ist, basieren. Das Verfahren kann somit das Bestimmen der Leitfähigkeit des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler 140 und stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 umfassen. Die Leitfähigkeit des Kraftstoffgases in der flüssigen Phase ist anders als die Leitfähigkeit des Kraftstoffgases in der gasförmigen Phase. Die Leitfähigkeit des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler 140 kann anhand einer ersten Sensorvorrichtung 130 bestimmt werden, die stromabwärts von dem Druckregler 140 und stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 eingerichtet ist. Die erste Sensorvorrichtung 130 ist geeignet ein Temperatursensor. Das Verfahren kann das zeitweilige Erhitzen des Temperatursensors 130 anhand einer Heizvorrichtung, anschließend das Abschalten der Heizvorrichtung und das Bestimmen der Zeit, die der Temperatursensor 130 benötigt um abzukühlen, umfassen. In Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des Kraftstoffgases variiert die Zeit zum Abkühlen. Somit kühlt in Abhängigkeit davon, ob das Kraftstoffgas in der flüssigen Phase 111 oder in der gasförmigen Phase 112 aus der Gasspeichervorrichtung 110 angesaugt wird, der Temperatursensor 130 unterschiedlich schnell ab. Durch das Bestimmen der Leitfähigkeit des Kraftstoffgases kann die Dichte des Kraftstoffgases geschätzt werden und die Phase des Kraftstoffgases kann bestimmt werden. Somit kann die Dichte des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler 140 anhand eines Temperatursensors 130 geschätzt werden.
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Der Schritt des Bestimmens s101, ob sich der Druckregler 140 in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, kann auf der Temperatur des Kraftstoffgases stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 basieren. Das Verfahren kann somit das Bestimmen der Temperatur des Kraftstoffgases stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 umfassen. Die Temperatur des Kraftstoffgases stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 kann anhand einer zweiten Sensorvorrichtung 160 bestimmt werden, die stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 eingerichtet ist. Die zweite Sensorvorrichtung 160 ist geeignet ein Temperatursensor. In Abhängigkeit von der Konfiguration/ den Eigenschaften der Wärmetauschvorrichtung 150 und der Temperatur des Kühlfluids kann die Temperatur des Kraftstoffgases stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 in Abhängigkeit von der Phase des Kraftstoffgases, das in die Wärmetauschvorrichtung 150 eintritt, unterschiedlich sein. Das Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase weist eine viel niedrigere Dichte als das Kraftstoffgas in der flüssigen Phase auf. Die niedrigere Dichte bedeutet, dass das Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase anhand des Kühlfluids in der Wärmetauschvorrichtung 150 leichter zu erhitzen ist. Falls somit das Kraftstoffgas in der gasförmigen Phase in die Wärmetauschvorrichtung eintritt, weist das Kraftstoffgas, das die Wärmetauschvorrichtung verlässt, eine höhere Temperatur auf als Kraftstoffgas in der flüssigen Phase, das in die Wärmetauschvorrichtung eintritt. Dadurch dass die Eigenschaften der Wärmetauschvorrichtung 150, die Temperatur des Kühlfluids und die Temperatur des Kraftstoffgases, das aus der Wärmetauschvorrichtung 150 austritt, bekannt sind, kann dadurch bestimmt werden, ob sich das Kraftstoffgas, das in die Wärmetauschvorrichtung 150 eintritt, in der flüssigen Phase 111 oder in der gasförmigen Phase 112 befindet. Somit kann bestimmt werden, ob sich der Druckregler 140 in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet. Falls die Temperatur des Kraftstoffgases stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 in einem vorbestimmten ersten Intervall liegt, kann man in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlfluids daraus schließen, dass sich das Kraftstoffgas, das in die Wärmetauschvorrichtung 150 eintritt, in der gasförmigen Phase 112 befindet.
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Der Schritt des Bestimmens s101, ob sich der Druckregler 140 in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, kann auf der Temperatur des Kühlfluids basieren. Der Schritt des Bestimmens s101, ob sich der Druckregler 140 in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, basiert geeignet auf der Temperatur des Kühlfluids stromaufwärts (vor) und stromabwärts (nach) von der Wärmetauschvorrichtung 150. Das Verfahren kann somit das Bestimmen der Temperatur des Kühlfluids stromaufwärts und stromabwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 umfassen. Die Temperatur des Kühlfluids wird geeignet anhand der dritten Sensorvorrichtung 180 und der vierten Sensorvorrichtung 190 bestimmt, wie in 2 offenbart. Die dritte Sensorvorrichtung 180 kann an dem Verbrennungsmotor eingerichtet sein. Dadurch dass die Temperatur des Kühlfluids vor und nach dem Umlaufen in der Wärmetauschvorrichtung 150 bekannt ist, kann die Änderung der Enthalpie des Kühlfluids geschätzt werden. Die Änderung der Enthalpie gibt die Phase des Kraftstoffgases an, das in die Wärmetauschvorrichtung eintritt. Es wird mehr Energie verwendet, um Kraftstoffgas in der flüssigen Phase in die gasförmige Phase umzuwandeln als um das Kraftstoffgas nur zu erhitzen, und eine größere Änderung der Enthalpie würde somit bedeuten, dass sich das Kraftstoffgas, das in die Wärmetauschvorrichtung 150 eintritt, in der flüssigen Phase befindet. Der Zustand des Druckreglers 140 kann dadurch bestimmt werden. Das Verfahren umfasst geeignet auch das Bestimmen der Strömung des Kühlfluids und der Strömung des Kraftstoffgases zum Schätzen der Änderung der Enthalpie. Die Strömung des Kühlfluids kann basierend auf einer Drehzahl einer Pumpe, die das Kühlfluid umwälzt, bestimmt werden. Falls die Kühlfluidpumpe eine mechanisch angetriebene Pumpe ist, die mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, kann die Drehzahl der Pumpe basierend auf der Drehzahl des Verbrennungsmotors bestimmt werden. Die Strömung des Kraftstoffgases kann basierend auf dem Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors bestimmt werden. Das Bestimmen des Zustands des Druckreglers 140 durch Schätzen der Änderung der Enthalpie des Kühlfluids kann auch auf der Temperatur in der Gasspeichervorrichtung 110 basieren. Die Temperatur in der Gasspeichervorrichtung 110 kann anhand eines Temperatursensors 120, der in der Gasspeichervorrichtung 110 eingerichtet ist, bestimmt werden. Die Temperatur kann alternativ basierend auf dem Druck in der Gasspeichervorrichtung 110 und der Zustandsgleichung des Kraftstoffgases in der Gasspeichervorrichtung 110 bestimmt werden, wenn man davon ausgeht, dass das Kraftstoffgas thermodynamisch gesättigt ist. Falls die Änderung der Enthalpie gering ist, kann die Temperatur des Kraftstoffgases in der Gasspeichervorrichtung 110 verwendet werden, um zu bestimmen, ob die verbrauchte Enthalpie ausgereicht hätte oder nicht, um das Kraftstoffgas in der flüssigen Phase in die gasförmige Phase umzuwandeln.
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Der Schritt des Bestimmens s101, ob sich der Druckregler 140 in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, kann auf der Kapazität des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler 140 und stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 basieren. Das Verfahren kann somit das Bestimmen der Kapazität des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler 140 und stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 umfassen. Die Kapazität des Kraftstoffgases kann anhand einer ersten Sensorvorrichtung 130, die stromabwärts von dem Druckregler 140 und stromaufwärts von der Wärmetauschvorrichtung 150 eingerichtet ist, bestimmt werden. Die erste Sensorvorrichtung 130 kann somit ein Kapazitätssensor sein. Die Dichte des Kraftstoffgases wirkt sich auf die Kapazität des Kraftstoffgases aus. Das Verfahren kann das Anlegen einer Frequenz an die erste Sensorvorrichtung 130 umfassen, und in Abhängigkeit davon, ob es sich um Kraftstoffgas in der flüssigen Phase 111 oder in der gasförmigen Phase 112 handelt, und somit in Abhängigkeit von der Kapazität des Kraftstoffgases, variieren die Frequenzsignale aus der ersten Sensorvorrichtung 130. Somit kann durch das Bestimmen der Kapazität des Kraftstoffgases die Dichte des Kraftstoffgases geschätzt werden, und es kann dadurch bestimmt werden, ob sich das Kraftstoffgas, das aus dem Druckregler 140 kommt, in der flüssigen Phase 111 oder in der gasförmigen Phase 112 befindet. Der Zustand des Druckreglers 140 kann dadurch bestimmt werden.
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Der Schritt des Bestimmens s102, in welchem Zustand sich der Druckregler 140 befinden soll, kann auf dem Druck in der Gasspeichervorrichtung 110 basieren. Das Verfahren kann somit das Bestimmen des Drucks in der Gasspeichervorrichtung 110 umfassen. Der Druck in der Gasspeichervorrichtung 110 kann anhand eines Drucksensors 120, der in Verbindung mit der Gasspeichervorrichtung 110 eingerichtet ist, bestimmt werden. Da die Einstellung des Druckreglers 140 bekannt ist, gibt der Druck in der Gasspeichervorrichtung 110 an, ob sich der Druckregler 140 in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befinden soll.
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Das Verfahren wird durch eine Steuereinheit 200 oder einen Computer 205 ausgeführt, wie in 2 offenbart.
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Das verflüssigte Kraftstoffgas, das in der Gasspeichervorrichtung 110 gespeichert ist, kann Flüssigerdgas, LNG, sein. LNG ist ein wichtiges Kraftstoffgas, und das Verfahren ist für dieses Gas besonders geeignet.
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4 ist ein Diagramm einer Version einer Vorrichtung 500. Die Steuereinheit 200 und/oder der Computer 205, die bzw. der mit Bezug auf 2 beschrieben wird bzw. werden, kann bei einer Version die Vorrichtung 500 umfassen. Der Begriff „Verbindung“ bezieht sich hier auf eine Kommunikationsverbindung, wobei es sich um eine physische Verbindung, wie etwa eine optoelektronische Kommunikationsleitung, oder eine nicht physische Verbindung, wie etwa eine drahtlose Verbindung, z.B. eine Funkverbindung oder eine Hochfrequenzverbindung, handeln kann. Die Vorrichtung 500 umfasst einen nicht flüchtigen Speicher 520, eine Datenverarbeitungseinheit 510 und einen Schreib-/Lesespeicher 550. Der nicht flüchtige Speicher 520 weist ein erstes Speicherelement 530 auf, auf dem ein Computerprogramm, z.B. ein Betriebssystem, gespeichert ist, um die Funktion der Vorrichtung 500 zu steuern. Die Vorrichtung 500 umfasst ferner einen Bus-Controller, einen seriellen Kommunikationsanschluss, E/A-Mittel, einen A/D-Wandler, eine Einheit zum Eingeben und Übertragen von Zeit und Datum, einen Ereigniszähler und einen Unterbrechungs-Controller (nicht abgebildet). Der nicht flüchtige Speicher 520 weist auch ein zweites Speicherelement 540 auf.
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Es wird ein Computerprogramm Pr bereitgestellt, das Routinen zum Bestimmen der Funktionsweise eines Druckreglers, der mit einer Flüssiggas-Kraftstoffanlage verknüpft ist, umfasst. Das Computerprogramm Pr umfasst Routinen zum Bestimmen, ob sich der Druckregler in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand befindet, basierend auf Eigenschaften des Kraftstoffgases stromabwärts von dem Druckregler. Das Computerprogramm Pr umfasst Routinen zum Bestimmen, in welchem Zustand sich der Druckregler befinden soll, basierend auf dem Zustand der Gasspeichervorrichtung und einer Einstellung des Druckreglers. Das Computerprogramm Pr umfasst Routinen zum Bestimmen der Funktionsweise des Druckreglers durch das Vergleichen des tatsächlichen Zustands des Druckreglers mit dem Zustand, in dem sich der Druckregler befinden soll, wenn er richtig funktioniert.
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Das Programm Pr kann in einer ausführbaren Form oder in einer komprimierten Form in einem Speicher 560 und/oder in einem Schreib-/Lesespeicher 550 gespeichert sein.
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Wenn die Datenverarbeitungseinheit 510 beschrieben wird, wie sie eine bestimmte Funktion ausführt, bedeutet dies, dass die Datenverarbeitungseinheit 510 einen gewissen Teil des Programms, der in dem Speicher 560 gespeichert ist, oder einen gewissen Teil des Programms, der in dem Schreib-/Lesespeicher 550 gespeichert ist, ausführt.
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Die Datenverarbeitungsvorrichtung 510 kann mit einem Datenanschluss 599 über einen Datenbus 515 kommunizieren. Der nicht flüchtige Speicher 520 ist zur Kommunikation mit der Datenverarbeitungseinheit 510 über einen Datenbus 512 gedacht. Der getrennte Speicher 560 ist zur Kommunikation mit der Datenverarbeitungseinheit 510 über einen Datenbus 511 gedacht. Der Schreib-/Lesespeicher 550 ist zur Kommunikation mit der Datenverarbeitungseinheit 510 über einen Datenbus 514 gedacht.
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Wenn Daten an dem Datenanschluss 599 empfangen werden, werden sie zeitweilig in dem zweiten Speicherabschnitt 540 gespeichert. Wenn die empfangenen Eingangsdaten zeitweilig gespeichert wurden, ist die Datenverarbeitungseinheit 510 vorbereitet, um die Ausführung von Code wie zuvor beschrieben vorzunehmen.
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Teile der hier beschriebenen Verfahren können von der Vorrichtung 500 anhand der Datenverarbeitungseinheit 510, auf der das Programm abläuft, das in dem Speicher 560 oder dem Schreib-/Lesespeicher 550 gespeichert ist, ausgeführt werden. Wenn die Vorrichtung 500 das Programm ablaufen lässt, werden Teile der hier beschriebenen Verfahren ausgeführt.
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Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird zur Erläuterung und Beschreibung bereitgestellt. Sie ist nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die beschriebenen Varianten einzuschränken. Natürlich werden zahlreiche Modifikationen und Variationen für den Fachmann ersichtlich sein. Die Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um die Grundsätze der Erfindung und ihre praktischen Anwendungen möglichst gut zu erklären und es dem Fachmann dadurch zu ermöglichen, die Erfindung für diverse Ausführungsformen und mit den diversen Modifikationen, die für die bestimmte Verwendung geeignet sind, zu verstehen.