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Die
Erfindung betrifft ein Tanksystem für Harnstoff-Wasser-Lösungen.
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Aus
der
DE 201 18 747
U1 (
EP 14
60 031 A1 ) ist eine Zapfsäule für eine
Harnstoff-Lösung bekannt. Eine Zapfsäule enthält
einen integrierten beheizbaren Behälter zur Aufnahme eines
bestimmten Vorrats an Harnstoff-Lösung. Eine Pumpe ist
saugseitig über eine Saugleitung an eine Saugöffnung
im unteren Bereich eines Behälters und druckseitig über einen
Zapfschlauch an eine Zapfpistole angeschlossen. Vorgesehen ist ein
3-Wege-Ventil an der Saugleitung, das die Pumpe in einer ersten
Stellung mit der Saugöffnung und in der zweiten Stellung
mit einer an das Ventil und einen Nachfüllbehälter
anschließbaren Nachfüll-Leitung verbindet. Es
besteht eine verschließbare Einfüllöffnung
des Behälters, in den die Zapfpistole einführbar
ist.
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Zum
Befüllen eines Tanks selbst wird eine Tankpistole eingesetzt,
wie sie aus der
DE
20 2004 001 186 U1 bekannt ist. Diese bekannte Tankpistole weist
eine optoelektronische Zustandsanzeige auf.
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Eine
Vorrichtung zur Feststellung einer Flüssigkeitshöhe
ist aus der
DE 103
24 009 A1 bekannt. Durch einen Differenzdrucksensor wird
die Flüssigkeitshöhe einer in einen Tank eingefüllten
Harnstoff-Wasser-Lösung gemessen, wobei ein erstes Druckaufnahmemittel
zur Messung eines Drucks am Boden des Tanks und ein zweites Druckaufnahmemittel
zur Messung eines Referenzdrucks in einem oberen Bereich des Tanks
vorgesehen sind. Das zweite Druckaufnahmemittel ist in einer solchen
Befestigungshöhe des Tanks angeordnet, dass das zweite
Druckaufnahmemittel höchstens bei einer Flüssigkeitshöhe,
bei der der Tank als voll definiert ist, von Flüssigkeit
umgeben ist.
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Der
Umgang mit Harnstoff-Lösungen bzw. Harn-Stoff-Wasser-Lösungen
ist an sich gefährlich.
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Es
stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Tanksystem zu entwickeln, dass
den Umgang mit Harnstoff-Wasser-Lösungen sicherer macht
und ein Betanken von Fahrzeugen effktiv ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe dadurch gelöst,
dass eine Tank-Andockeinheit
vorgesehen ist,
- – wobei die Tank-Andockeinheit
einen Erkennungssensor aufweist, der in einem Kommunikationsstutzen
eines Tankelelements angeordnet ist,
- – wobei der Kommunikationsstutzen über einer Tankausnehmung
des Tankelements angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe auch dadurch gelöst,
dass eine Befüll-Andockeinheit
vorgesehen ist,
- – wobei die Befüll-Andockeinheit
ein Befüllkopfschlüsselelement aufweist, das in
einem Kommunikationsbefüllkopf eines Befüllkopfes
angeordnet ist,
- – wobei der Kommunikationsbefüllkopf mit einer Befüllanschlußeinheit
verbunden ist.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe ebenfalls dadurch gelöst,
dass eine Flaschen-Andockeinheit
vorgesehen ist,
- – wobei die Flaschen-Andockeinheit
ein Flaschenschlüsselelement aufweist, das in einem Kommunikationsflaschenkopf
eines Flaschenkörpers angeordnet ist,
- – wobei der Kommunikationsflaschenkopf an dem Flaschenkörper
einer Reserveflasche angeordnet ist.
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Die
Vorteile des Tanksystems bestehen insbesondere darin, dass die Andockeinheiten
ein Andocken des Befüllelements und der Reserveflasche an
das Tankelement erkennen können. Es wird gewährleistet,
dass nur Harnstoff-Wasser-Lösungen in das Tankelement und
das in ausreichender Menge gelangen können. Vorallem beim
Nachfüllen mit der Reserveflasche wird nicht nur die Flasche
als solche, sondern auch die Menge der Flüssigkeit erkannt.
Diese Menge kann angezeigt werden, wenn die die Tankanzeige zwar
nicht mehr „Tank leer” aber auch nicht „Tank
voll” anzeigen kann. Der Fahrzeugführer kann damit
aus der Mengenangabe gezielt Rückschlüsse ziehen,
wie lange er das Fahrzeug fahren kann, bis wieder Harnstoff-Wasser-Lösung
nachgefüllt werden muß. Unter Harnstoff-Wasser-Lösungen werden
im Folgenden alle Harnstoff-Flüssigkeiten jedweder Konzentration
und Zusammensetzung verstanden, die irgendwie Harnstoff enthalten.
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Die
Tank-Andockeinheit kann ein Halteelement aufweisen. Das Halteelement
kann im Kommunikationsstutzen angeordnet werden. Es kann auch ein
Andocksensor im Kommunikationsstutzen angeordnet sein. Der Andocksensor
kann feststellen, ob das Befüllstutzenelement an das Tankelement
angeschlossen ist. Das Haltelement sorgt für eine einwandfreie
Verbindung.
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Die
Tank-Andockeinheit kann einen Prüfsensor aufweisen, wobei
der Prüfsensor im Kommunikationsstutzen angeordnet sein
kann. Mit Hilfe des Prüfsensors läßt
sich feststellen, ob wirklich eine Harnstoff-Wasser-Lösung
mit festgelegter Konzentration in das Tankelement fließt.
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Die
Befüll-Andockeinheit kann ein Befüllkopfhalteelelement
aufweisen. Das Befüllkopfhalteelelement kann auf dem Kommunikationsbefüllkopf angeordnet
sein. Das Befüllkopfhalteelelement sichert einen einwandfreien
Halt des Befüllkopfes am Tankelement.
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Die
Befüll-Andockeinheit kann ein Befüllkopfandocksensorteil
aufweisen. Das Befüllkopfandocksensorteil kann auf dem
Kommunikationsbefüllkopf angeordnet sein. Das Sensorteil
arbeitet mit dem Andocksensor zusammen.
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Die
Flaschen-Andockeinheit kann ein Flaschenhalteelelement aufweisen.
Das Flaschenhalteelelement auf dem Kommunikationflaschenkopf angeordnet
sein Das Flaschenhalteelelement sichert einen einwandfreien Halt
der Reserveflasche am Tankelement.
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Die
Flaschen-Andockeinheit kann einen Flaschenkopfandocksensorteil aufweisen.
Das Flaschenkopfandocksensorteil kann auf dem Kommunikationsflaschenkopf
angeordnet sein.
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Beim
Aufsetzen des Kommunikationsbefüllkopfes auf den Kommunikationsstutzen
können das Halteelement und das Befüllkopfhalteelement
verbunden werden.
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Beim
Aufsetzen des Kommunikationsbefüllkopfes auf den Kommunikationsstutzen
kann am Erkennungssensor das Befüllkopfschlüsselelement
angeordnet sein.
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Beim
Aufsetzen des Kommunikationsbefüllkopfes auf den Kommunikationsstutzen
kann am Andocksensor das Befüllkopfandocksensorteil angeordnet
sein.
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Beim
Aufsetzen des Kommunikationsbefüllkopfes auf den Kommunikationsstutzen
kann mit dem Prüfsensor die aus dem Befüllkopf
fließende Harnstoff-Wasser-Lösung überprüft
werden. Durch das Aufsetzen des Kommunikationsbefüllkopfes
auf den Kommunikationsstutzen können Befüllelement und
Tankelement aktiv miteinander verbunden werden.
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Beim
Aufsetzen des Kommunikationsflaschenkopfes auf den Kommunikationsstutzen
können das Halteelement und das Flaschenhalteelement verbunden
sein.
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Beim
Aufsetzen des Kommunikationsflaschenkopfes auf den Kommunikationsstutzen
kann am Erkennungssensor das Flaschenschlüsselelement angeordnet
sein.
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Beim
Aufsetzen des Kommunikationsflaschenkopfes auf den Kommunikationsstutzen
kann am Andocksensor das Flaschkopfandocksensorteil angeordnet sein.
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Beim
Aufsetzen des Kommunikationsflaschenkopfes auf den Kommunikationsstutzen
kann mit dem Prüfsensor aus dem Flaschenkörper
die fließende Harnstoff-Wasser-Lösung überprüft
werden. Durch das Aufsetzen des Kommunikationsflaschenkopfes auf
den Kommunikationsstutzen können Reserveflasche und Tankelement
aktiv miteinander verbunden werden.
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Die
Aufgabe wird dadurch geöst,
- – dass
eine Rechnereinheit vorgesehen ist,
- – dass die Rechnereinheit mit dem Erkennungs- und dem
Andocksensor sowie einer Füllstandserfassungseinheit verbunden
ist und einen Tankvorgang und in folgenden Schritten überwacht:
A)
Erfassen eines Andockens des Befüllstutzenelements am Tankelement
durch ein Verbinden des Befüllkopfhalteelements am Halteelement
durch den Andocksensor;
B) Erfassen eines Codes vom Befüllkopfschlüsselelement
am Befüllkopf durch den Erkennungssensor im Kommunikationsstutzen;
C)
Anzeigen eines Füllzustandes des Tankelements.
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Die
hiermit verbundenen Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das
Andocken des Befüllkopfes an das Tankelement eingelesen,
erfasst und wenigstens die Füllstände angezeigt
werden.
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Als
erste Füllstände können „Füllstand
max”, Füllstand min” angezeigt werden.
Es können aber auch weitere Daten des Fahrzeuges, wie Fahrzeug-Nummer, Herstellungsdatum,
Herstellungsort, Tankstellen-Nr., Tankstellen-Marke, z. ARAL, ESSO oder
dgl. angeteigt werden.
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Die
Aufgabe wird auch dadurch gelöst,
- – dass
eine Rechnereinheit vorgesehen ist,
- – dass die Rechnereinheit mit dem Erkennungs- und dem
Andocksensor sowie einer Füllstandserfassungseinheit verbunden
ist und einen Reserve-Tankvorgang und in folgenden Schritten überwacht:
A)
Erfassen eines Andockens der Reserveflasche am Tankelement durch
ein Verbinden des Flaschenhalteelements am Halteelement durch den Andocksensor;
B)
Erfassen eines Codes vom Flaschenschlüsselelement am Flaschenkkörper
durch den Erkennungssensor im Kommunikationsstutzen;
C) Anzeigen
eines Füllzustandes des Tankelements.
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Die
hiermit verbundenen Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das
Andocken der Reserveflasche an das Tankelement eingelesen, erfasst und
wenigstens die Füllstände angezeigt werden
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Als
zweite Füllstände können „Tank
leer”, „Reseveflascheninhalt” angezeigt
werden. Es können auch Befüller der Reserveflasche,
genaue Menge des Inhalts der Flasche, also z. B. 1 Itr. 1,5 Itr.,
2 Itr. etc. angezeigt werden.
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Die
Rechnereinheit kann mit dem Prüfsensor verbunden sein und
den Tankvorgang in folgenden weiteren Schritten überwacht:
- D) Messen der Harnstoffkonzentration der Harnstoff-Wasser-Lösung
durch den Prüfsensor;
- E) Auswerten des Meßwertes und Ansteuern einer Harnstoffmeldeeinrichtung.
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Gemeldet
kann insbesondere eine zu geringe Harnstoffkonzentration, eine andere
Flüssigkeit oder dgl.
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Das
Halteelement, das Befüllkopfhalteelement und das Flaschenhalteelement
können Schraubverschlüsse, Ratschverschlüsse
(unter Ratschverschluß wird der an sich bekannte Tankverschluß verstanden,
der bei Erreichung einer Schließstellung beim Weiterdrehen
eine Rutschkupplung wirken läßt und das als „Ratschgeräusch” erkennen läßt,
bezeichnet), Bajonettverschlüsse, Schnappverschlüsse,
abwechselnd gepolte Magnetelemente, Eisenringe, Elektromagnetelemente
oder dgl. sein.
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Als
Befüllkopfhalteelement kann ein Elektromagnet vorgesehen
werden, der aus einem Eisenring bestehen kann, über dem
ein Spulenelement angeordnet sein kann und
- – über
dem Tankelement oder auf dem Kommunikationsstutzen kann ein weiterer
Eisenring angeordnet werden.
Durch dieses zusammengehörige
Verbindungssystem kann das Befüllstutzenelement sicher
und komplikationslos mit dem Tankelement verbunden werden. Beim
Annähern des Befüllsutzens kann der Andockvorgang
durch die entstehende Induktionsänderung stufenlos erfaßt
werden.
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Der
Erkennungssensor kann ein Mikro-Chipsensor, ein Barcode-, Strichcode-,
Ziffernlese- oder dgl. Lesegerät sein.
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Das
Befüllkopfschlüsselelement und das Flaschenschlüsselelement
kann ein Objekt-Schlüssel, ein Mengenschlüssel,
Firmenschlüssel oder dgl. Schlüssel sein.
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Der
Andocksensor, das Befüllkopfandocksenorteil und das Flaschenkopfandocksensorteil Hallsenoren,
conductive Sensoren, induktive Sensoren, magnetoresistive Sensoren
oder dgl. sein können.
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Die
Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen
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1 ein
Tankelement eines Tanksystems in einer schematisch dargestellten
Schnittdarstellung,
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2 ein
Befüllstutzenelement eines Tanksystems in einer schematisch
dargestellten Seitenansicht,
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3 eine
Reserveflasche eines Tanksystems in einer schematisch dargestellten
Seitenansicht,
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4 ein
Blockschaltbild eines Tanksystems,
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5 einen
ersten Kommunikationskopf eines Befüllstutzenelements gemäß 2 bzw.
Reserveflasche gemäß 2 in einer
schematisch dargestellten Unteransicht,
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6 einen
ersten Kommunikationsstutzen eines Tankelements gemäß 1 in
einer schematisch dargestellten Draufsicht,
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7 einen
zweiten Kommunikationskopf eines Befüllstutzenelements
gemäß 2 bzw. Reserveflasche gemäß 2 in
einer schematisch dargestellten Unteransicht,
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8 einen
zweiten Kommunikationsstutzen eines Tankelements gemäß 1 in
einer schematisch dargestellten Draufsicht und
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9 ein
Verbindungssystem zwischen Befüllstutzenelement und Tankelement
in einer auseinander gezogenen schematischen Darstellung.
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Zur
Einhaltung der künftigen hohen Abgasnorm werden Katalysatoren
mit einem SCRi-System ausgerüstet. SCRi kombiniert den
Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion (SCRi) – bei
dem Harnstoff eingespritzt wird – mit einem Oxydationskatalysator
mit einem Partikelfilter. Alle Monolithen des Katalysators sind
aus Metallfolien bzw. aus Metallvlies ausgelegt. Der Partikelfilter,
als Nebenstrom-Tiefbettfilter ausgelegt, garantiert eine optimale
Durchmischung des von ihm eingedüsten Harnstoff-Wassergemischs
mit dem Abgas und erzeugt einen geringeren Abgasdruck, was dem Kraftstoffverbrauch
zugute kommt. Der Oxydationskatalysator beseitigt vorrangig Kohlenwasserstoffe
und Kohlenmonoxyd. Der Oxydationskatalysator wird daneben dazu genutzt, um
aus dem Abgasstrom möglichst viel NO2,
also Stickstoffoxyd, zu erzeugen, das für eine kontinuierliche
Regeneration des Partikelfilters sorgt. Dort haben sich die Rußpartikel
an den feinen Metalldrähten des Vlieses angelagert, die
von den Schaufeln der struktuierten Folie mit dem Abgas dort hineingeleitet wurden.
Insgesamt werden beim SCRi-Verfahren etwa 60% bis 90% der Feinpartilel
eleminiert. Der eingespritzte Harnstoff wird zu Amoniak umgewandelt.
Mit dem Amoniak werden die im folgenden SCR-Kat die Stickoxyde in
Stickstoff und Wasserdampf zerlegt. (Auszug aus „Harnstoff
optimiert den Kat", Interview mit Wolfgang Maus, VDI nachrichten, 22.
August 2008, Nr. 34, S. 9)
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Für
das SCRi-System wird in Fahrzeuge ein Tankelement 1 eines
Tanksystems gemäß 1 eingebaut.
Das Tankelement 1 wird durch eine Tankdecke 11,
Tankseitenwände 12, 13 und eine Tankboden 14 begrenzt.
In die Tankdecke 11 ist eine Tankausnehmung 21 eingebracht.
Im Bereich der Tankausnehmung 21 geht die Tankdecke 11 in
einen Kommunikationsstutzen 15 über.
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Im
Kommunikationsstutzen 15 ist ein Halteelement 15 angeordnet.
Das Halteelement 15 ist unterschiedlich ausgebildet.
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Gemäß 6 besteht
es nebeneinander liegeden Nord- N und Süd- S gepolten Dauermagneten 116.
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Gemäß 7 ist
das Halteelement eine Eisenringplatte 236, 256.
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Gemäß 8 ist
das Halteelement 16 ein Elektromagnet 216.
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Im
Kommunikationsstutzen 15 sind weiterhin ein Erkennungssensor 17,
ein Andocksensor 18 und ein Prüfsensensor 19 angeordnet.
Verschlossen wird der Kommunikationsstutzen 15 durch einen
Tankdeckel 20.
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Wie 4 zeigt,
sind der Erkennungssensor 17, der Andocksensor 18 und
der Prüfsensensor 19 mit einer Rechnereinheit 9 verbunden.
An der Rechnereinheit 9 sind weiterhin
- – eine
Zustandsmeldung 10.1 „Tank voll”, 7max, „Tank
leer”, 7min
- – eine Zustandsmeldung 10.2 „Reseveflascheninhalt”, 7r und
- – eine „Harnstoffmeldung”
angeordnet.
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Zum
Tanksystem gehört ein Befüllstutzenelement 3 gemäß 2 mit
einem Befüllkopf 31, an den ein Befüllsstabkörper 32 angeordnet
ist. Der Befüllstabkörper 32 ist mit
einem Befüllschlauch 33 verbunden. Mit dem Befüllkopf 31 ist
ein Kommunikationsbefüllkopf 35 verbunden. Am
Kommunikationsbefüllkopf 35 sind ein Befüllkopfhalteelement 36,
ein Befüllkopfschlüsselelement 37 und
ein Befüllkopfandocksensorteil 38 angeordnet.
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Zum
Tanksystem gehört weiterhin eine Ersatzflasche 5 gemäß 3 mit
einem Flaschenkörper 51, an den auf der einen
Seite ein Flaschenfuß und an der anderen Seite ein Kommunikationsflaschenkopf 55 angeordnet
ist. Am Kommunikationsflaschenkopf 55 sind ein Flaschenhalteelement 56, ein
Flaschenschlüsselelement 57 und ein Flaschenkopfandocksensorteil 58 angeordnet.
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Befüllkopfhalteelement 36 und
Flaschenhalteelement 56 sind gleich ausgebildet Gemäß 5 besteht
es nebeneinander liegeden Nord- N und Süd- S gepolten Dauermagneten 136, 156.
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Anstelle
des Dauermagneten ist, wie 9 zeigt,
am Befüllkopfhalteelement 36 anstelle der Dauermagneten
ein Elektromagnet 136' vorgesehen. Er besteht aus einem
Eisenring 136'.1, über dem ein Spulenelement 136'.2 angeordnet
ist. Am Tankelement 1 weist der Kommunikationsstutzen 15 einen Eisenring 116' auf.
Der Eisenring 116' ist direkt über dem Tankelement 1 auf
der Tankdeckel oder auf dem Kommunikationsstutzen 15 angeordnet.
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Die
Funktion des Tanksystems, wie in 1 bis 9 dargestellt,
sei erläutert:
Der Flüssigkeitsstand des
Harnstoff-Wasser-Gemischs 7 sinkt auf das Niveau 7min.
Die Rechnereinheit erfaßt diesen Zustand und zeigt „Tank
Teer” an. Der Fahrzeuglenker steuert eine Tankstelle an.
In der Tankstelle wird der Tankdeckel 20 abgenommen und der
Befüllkopf 31 des Befüllstutzenelements 3 auf den
Kommunikationsstutzen 15 des Tankelements 1 aufgesetzt.
Die nebeneinander liegeden Nord- N und Süd- S gepolten
Dauermagneten 116, 136 verbinden die 3 und 1 miteinander.
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Bei
Verwendung eines Elektromagneten 136' wird das Spuelenelement 136'.1 bestromt
und es verändert sich bei Annäherung an den Eisenring 116' die
Induktivität, sodass einerseits ein Andocken festgestellt
werden kann und andererseits beim Aufliegen der beiden Eisenringe 136'.1 auf 116' 3
und 1 lösbar mit einander verbunden sind.
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Das
Befüllkopfschlüsselelement 37 liegt am Erkennungssensor 17 an,
der den Tankstellenschlüssel einliest und das Befüllkopfandocksensorteil 38 liegt
am Andocksensor 18 an und meldet den Anschluß des
Befüllstuztzenelements 3. Damit wird der Zufluß frei
gegeben. Der Prüfsensor 19 überprüft,
ob die richtige Harnstoff-Wasser-Lösung 7 getankt
wird. Wird das Füll-Niveau 7max „Tank
voll” erreicht, wird der Zufluß unterbrochen,
die Magnetverbindung unterbrochen und der Tankvorgang ist beendet.
Der Tankdeckel wird nach Entfernung des Befüllstutzenelements 3 wieder
aufgeschraubt.
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Nach
etwa 15.000 km sinkt der Flüssigkeitsstand des Harnstoff-Wasser-Gemischs 7 wieder
auf das Niveau 7min. Die Rechnereinheit erfaßt
diesen Zustand und zeigt wiederum „Tank leer” an.
Nicht überall müssen Harnstoff-Tankstellen anfahrbereit sein.
Da der Fahrzeuglenker keine Tankstelle ansteuern kann, muß er
zur Reserveflasche 5 greifen.
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Es
wird der Tankdeckel 20 abgenommen und der Kommunikationsflaschenkopf 55 der
Reserveflasche 5 auf den Kommunikationsstutzen 15 des
Tankelements 1 aufgesetzt. Das Flaschenkopfschlüsselelement 57 liegt
am Erkennungssensor 17 an, der den Flaschenschlüssel
einliest. Der Flaschenschlüssel enthält neben
Hersteller, Befülldatum insbesondere die Flüssigskeitsmenge,
hier „1 Itr.„. Das Flaschenkopfandocksensorteil 58 liegt
am Andocksensor 18 an und meldet den Anschluß der
Reserveflasche 5. Damit wird der Zufluß frei gegeben.
Der Prüfsensor 19 überprüft,
ob die richtige Harnstoff-Wasser-Lösung 7 getankt
wird. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn unbekannte Reserveflaschen
zum Einsatz kommen. Denn der Flaschenschlüssel kann bei falschem
Inhalt beibehalten werden.
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Ist
die Reserveflasche leer, wird das Füll-Niveau 7r „Tank
Reserve” erreicht. Der Tankvorgang ist beendet. Die Rechnereinheit
zeigt an, dass 1 Liter Reserve aufgefüllt wurde Der Tankdeckel
wird nach Entfernung der Reserveflasche 5 wieder aufgeschraubt.
Der Fahrzeuglenker weis, dass die Menge von einem 1 Liter für
etwa 1.000 km reicht, bevor wieder „Tank leer” angezeigt
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 20118747
U1 [0002]
- - EP 1460031 A1 [0002]
- - DE 202004001186 U1 [0003]
- - DE 10324009 A1 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Harnstoff
optimiert den Kat”, Interview mit Wolfgang Maus, VDI nachrichten,
22. August 2008, Nr. 34, S. 9 [0048]