EP4497989A1 - Tankkupplung, betankungssystem, steuerungssystem und betankungsverfahren - Google Patents

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EP4497989A1
EP4497989A1 EP23187758.0A EP23187758A EP4497989A1 EP 4497989 A1 EP4497989 A1 EP 4497989A1 EP 23187758 A EP23187758 A EP 23187758A EP 4497989 A1 EP4497989 A1 EP 4497989A1
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EP
European Patent Office
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refueling
tank
control unit
coupling
filler neck
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Withdrawn
Application number
EP23187758.0A
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English (en)
French (fr)
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Joan Aguilar
Jens Müller
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Weh GmbH Verbindungstechnik
Original Assignee
Weh GmbH Verbindungstechnik
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to the technical field of refueling technology and in particular to a tank coupling according to claim 1, a refueling system according to claim 12, a control system according to claim 19, a refueling method according to claim 28 and a preferred use of said control system for carrying out the refueling method.
  • the functional components at the filling station must be designed for a larger nominal diameter in order to minimize the pressure losses caused by the higher flow rate. In relation to a refueling device, this means, among other things, that a nominal diameter of greater than 8 mm is required.
  • a type C tank coupling must not be lockable if the residual pressure in the line is more than 10 bar.
  • any coupling must be connectable if the residual pressure in the line is less than 5 bar.
  • any pressure signal must be translated into a mechanical signal in such a way that the movement of the switching mechanism of the tank coupling can be locked or unlocked depending on the pressure level.
  • the tank coupling can pop off the tank nipple under pressure due to incorrect operation by the user.
  • a tank coupling for connecting and disconnecting a refueling line to/from a vehicle-side tank nipple, in particular for refueling a vehicle with gases, preferably with hydrogen, with a filling nozzle, comprising a sliding sleeve for opening (2-handed operable push-pull coupling) of a locking connection of the filler neck to the vehicle-side tank nipple, and comprising a fluid passage for passing the gas through the filler neck, and with a coupling sensor for detecting a connection state of the filler neck to the vehicle-side tank nipple and for generating a signal based on this connection state, and with a pressure-independent, electrically operated lock for locking and releasing the filler neck to the vehicle-side tank nipple.
  • the filler neck is to be understood as the part of the tank coupling that surrounds and at least partially accommodates the tank nipple when the tank coupling is connected.
  • a key point of the tank coupling according to the invention is that its locking works independently of pressure. This is because it has electrically controllable functional components that can be controlled depending on a signal provided by the petrol station, for example, so that the operator can only connect and disconnect (uncouple) the tank nipple within a predefined lower and upper limit for the pressure prevailing in the supply line of the tank coupling. In order to fulfil the above-mentioned functions without having to rely on dynamically loaded seal sets, these are transferred to the outside so that no dynamically operating seals are required. This makes it possible to achieve a particularly simple tank coupling that also works reliably and safely and is cost-effective to implement.
  • the electrically operable locking device comprises an SMA (Shape Memory Alloy) actuator, an electric micromotor or a magnetic drive for locking and releasing the filler neck on the vehicle-side tank nipple, thus providing a particularly simple and reliable implementation of the drive of the locking device.
  • SMA Shape Memory Alloy
  • a locking pin can be moved, which is connected to a pivoting bolt, which can be brought into a stop against the sliding sleeve, whereby the locking mechanism is securely engaged.
  • the pivot bolt can be brought into abutment against a driver of the sliding sleeve, which enables a structurally particularly simple fixing of the locking device.
  • the driver can be held in a U-shaped receptacle when the pivot bolt is in abutment against it, whereby the driver is secured against slipping in the circumferential direction.
  • the locking pin has a circumferential shoulder for detecting a locking state, thus creating the basic possibility of monitoring the locking state.
  • a locking sensor is provided for detecting a locking state of the filler neck on the vehicle-side tank nipple and for generating a signal based on this locking state, thus providing security through knowledge of the locking state and consequently preventing a malfunction.
  • the coupling sensor engages in a radially inner, one-sided chamfered recess of the sliding sleeve, whereby a structurally simple and reliable sensing of the coupling state is possible.
  • a distance sensor for detecting a removal state of the filler neck from a dispenser at a petrol station and for generating a signal based on this removal state.
  • This can, for example, consist of a sensor on the tank coupling, preferably on its handle, for communication with a permanent magnet on the petrol station side.
  • a data interface in particular an exchangeable data interface, is provided for transmitting information to a vehicle or a dispenser and/or for receiving information from a vehicle or a dispenser, which makes it possible, for example, to determine the required refueling gas and/or to detect the fill level.
  • a gas displacement (purge) system for introducing an inert gas into the region of holding elements of the filler neck, which results in increased safety by protecting the electrical functional components, sensors and/or actuators.
  • both the pressure sensor and the electrically operated refueling valve do not necessarily have to be integrated in the tank coupling itself, but can be provided, for example, on the filling station side or completely independently of both. This would make it possible to create a particularly simply constructed tank coupling that can be used on the basis of a pressure measurement on the filling station side to determine whether the tank coupling is connected and disconnected at the tank nipple and by opening and closing the electrically operated, upstream refueling valve on the filling station side.
  • the electrically operated refueling valve can be adjusted by means of an SMA (shape memory alloy) actuator, an electric motor or a magnetic drive, which enables a structurally simple and reliable implementation of the valve drive.
  • SMA shape memory alloy
  • the SMA consists of a shape memory alloy (Ni-Ti alloy) that behaves similarly to a bimetal, which changes its structure when the temperature changes.
  • a shape memory alloy can also be heated by applying an operating voltage, for example.
  • it has the relative advantage of a very high power density, which means that very strong forces can be generated with comparatively low electrical consumption.
  • the SMA (Shape Memory Alloy) actuator, the electric motor or the magnetic drive can be electrically contacted via a GTMS (Glass To Metal Seal) cable feedthrough.
  • GTMS Glass To Metal Seal
  • the electrically operated refueling valve is a 2-connection/2-switching position valve that opens or closes a fluid passage for refueling depending on the position.
  • a 2-connection/2-switching position valve can be provided, particularly if the filling station provides a separate vent line.
  • the electrically operated refueling valve is a 3-port/2-switch position valve which, depending on the position, opens a fluid passage for refueling and closes a fluid passage for venting the tank coupling, and vice versa. This provides a dual function of the refueling valve which does not require an additional fluid passage for venting, either on the gas station side or on the tank coupling side.
  • the tank coupling and the electrically operable refueling valve form a common assembly, whereby a particularly high level of functional integration is present in the tank coupling itself, which no longer requires integration of the electrically operable refueling valve at the filling station.
  • the tank coupling and the pressure sensor form a common assembly. This also results in a particularly high level of functional integration in the tank coupling, which means that integration of the pressure sensor at the filling station is no longer necessary.
  • control system for a refueling system described above for refueling vehicles with gases, preferably with hydrogen, with a control unit which is designed to receive and process signals from the distance sensor, the coupling sensor and the pressure sensor, and to send signals to the lock and the refueling valve based on a processing result of the signals received from the distance sensor and the coupling sensor.
  • a key point of the control system according to the invention is that it can ensure simple coordination of individual functional components of the refueling system in terms of efficiency, reliability and safety.
  • the ability to query and control all functional components electrically throughout allows a high flow rate at high pressure without dynamic seals that have to be moved under this pressure.
  • the control unit preferably has a communication interface based on an I2C (Inter-Integrated-Circuit) bus in order to exchange data with the filling station on the one hand and with the electronic functional components on the refueling system side on the other.
  • the control unit can be integrated on the tank coupling side or the filling station side, or can be designed independently of both. Preferably, however, it should be integrated in the handle of the tank coupling in order to be protected against any type of mechanical damage.
  • control unit is further designed to send signals to a filling station and to receive and process signals from the filling station, in particular to signal a coupling state and/or locking state of the filler neck on a vehicle-side tank nipple, to signal a start and/or a stop of the refueling, to signal an error message and/or to receive and process confirmation, control and pressure signals from the filling station.
  • functional components on the filling station side can be integrated into the refueling system, which, for example, control the pressure build-up and reduction in the fluid passage in such a way that the filler neck on a vehicle-side tank nipple can be connected and disconnected without pressure.
  • the tank coupling itself can therefore be constructed much more simply, since it does not have to include a pressure sensor and/or an electrically operated refueling valve.
  • control unit is designed to receive and process a control signal from the filling station and, based on a processing result, to activate the locking and releasing of the tank coupling on/from the vehicle-side tank nipple and to send the locking state to the filling station. This also makes it possible to trigger a locking of the tank coupling on a vehicle-side tank nipple on the filling station side without providing specific sensors in the tank coupling itself.
  • an optical and/or acoustic display is provided which is electrically connected to the control unit and which can be used to signal an operating state of the refueling system. Since this operating state is recognizable to a user of the refueling system at any time, incorrect operation is unlikely, which increases reliability and safety.
  • the optical display can also include pictograms that explain how the refueling process should be continued.
  • control system in a further preferred embodiment of the control system according to the invention, it is provided that an operating element electrically connected to the control unit, In particular, a push button is provided, via which a refueling request can be signaled to the control system. Additional user monitoring creates a special level of safety compared to a fully automatic refueling process alone.
  • the operating element and the display are designed integrally with one another and in particular consist of a push button that lights up in different colors depending on a system state of the control system. This achieves particularly conspicuous signaling and operation, which in particular allows the system state to be recorded quickly.
  • control unit is designed to continuously check a distance state and/or a connection state and/or a locking state of the filler neck based on signals received by the control unit, whereby a special security against malfunctions in the ongoing refueling operation, in particular against the failure of sensors, is achieved and thus a malfunction is excluded.
  • control unit based on the check result, is designed to abort a refueling by signaling a closing of the refueling valve, thus providing a special fail-safe security by deviating from a target system state.
  • control unit is integrated into the refueling system on the gas station side or tank coupling side, which allows for its flexible arrangement. In principle, however, it can also be implemented completely separately if, for example, several tank couplings and/or dispensers are to be controlled by it.
  • the control unit can be implemented as a computer-based system with a main processor, a working memory, a program and data memory and one or more input and output interfaces.
  • control unit for controlling refueling is put into a standby state (energization) when the tank coupling for refueling vehicles is removed from a dispenser at a petrol station and/or the filler neck is then placed on a vehicle-side tank nipple,
  • a locking mechanism of the filler neck for locking the tank coupling to the vehicle-side tank nipple is activated by the control unit after the tank coupling has been removed from the dispenser at the petrol station and the filler neck has been placed on the vehicle-side tank nipple,
  • control unit activates a refueling valve to open a fluid passage for refueling a vehicle when the control unit is signaled that the filler neck on the vehicle-side tank nipple is locked,
  • control unit activates the refueling valve to close the fluid passage for refueling a vehicle when the control unit is signaled that the refueling process has ended,
  • the locking of the filler neck is activated by the control unit to release the tank coupling from the vehicle-side tank nipple when the control unit is signaled that the fluid passage for venting the tank coupling is open.
  • An essential point of the refueling process according to the invention is to ensure reliable and safe refueling with only a few process steps, despite high pressure and high flow.
  • control unit activates the refueling valve to open a fluid passage for venting the tank coupling when the control unit is signaled that the refueling process has ended. This ensures automatic venting of the tank coupling after refueling for its safe removal from the vehicle-side tank nipple.
  • control unit checks whether a connection state and/or a locking state of the filler neck on the vehicle-side tank nipple can be detected electrically, thus providing security against malfunction, for example due to failure of the sensors.
  • the lock of the filler neck on the vehicle-side tank nipple is forcibly locked when the refueling valve is open and is monitored by sensors, and the refueling valve is activated by the control unit to close the fluid passage for refueling when the control unit is signaled that the filler neck is not or no longer properly locked.
  • control unit activates the refueling valve to close the fluid passage for refueling when the control unit is signaled by a user or by a pressure or fill level sensor that refueling must be stopped. In the event of premature termination or when the tank is full, refueling can be stopped individually or automatically.
  • the control unit communicates with the dispenser of a petrol station in order to detect a withdrawal state of the tank coupling from the dispenser.
  • a withdrawal can be detected on the dispenser side and signalled to the tank coupling, in particular no withdrawal sensor is required on the Tank coupling is no longer necessary.
  • a simple permanent magnet would be sufficient, the distance of which can be detected by a sensor on the dispenser side.
  • control unit is put into a rest state (no power supply) when no removal of the tank coupling is signaled by the dispenser. This enables the control unit to operate in standby mode, which consumes little power.
  • the refueling process can be implemented as an executable program in the control unit of the control system.
  • the Figure 1 shows a schematic functional diagram of a refueling system B according to the invention, which comprises a tank coupling K, as well as an associated control system S.
  • electromechanical or magnetic functional components are implemented to operate such a refueling system, which enable a magnetic drive to open and close a servo-controlled main valve, which blocks or releases a mass flow.
  • the tank coupling K comprises a filler neck 10 with a coupling sensor 20, which enables the filler neck 10 to be placed on a vehicle-side tank nipple 80 (shown in Figure 2 ) is signalled.
  • the filler neck is locked to the tank nipple via a locking mechanism 30, whereby a refuelling valve 40 of the refuelling system B releases a Fluid passage 41 can be opened.
  • a distance sensor 50 arranged on the dispenser of a filling station T initially signals a removal of the tank coupling K via a communication path 51 to the control system S.
  • the attachment of the filler neck 10 to the vehicle's own tank nipple is signaled by the coupling sensor 20 and the locking sensor 60 to the control system S via electrical lines 101.
  • the control system S has a control unit 100 which is designed to receive, process and output signals.
  • a power supply U of the control unit 100 is switched on and the opening of the refueling valve 40 is activated via an electrical line 101.
  • a display 110 electrically connected to the control unit 100 indicates a refueling status, for example optically by means of a light source that illuminates in different colors.
  • the start and end of the refueling process can be influenced by the user via an operating element 120 that is also electrically connected to the control unit 100.
  • the lock 30 can only be opened when a pressure sensor 52 finally signals that the tank coupling is depressurized again.
  • refueling takes place as follows.
  • the removal sensor 50 is a proximity or contact switch on the tank coupling holder, which registers the removal of the same and puts the filling station into standby mode.
  • the filling station T transmits a signal to the control unit 100 of the tank coupling K and puts it into standby mode, which energizes it.
  • the control unit 100 checks whether the coupling sensor 20 and the locking sensor 60, as well as an electromechanical locking mechanism, here the locking mechanism 30, can be electrically activated. If so, the control unit 100 switches the optical display 110 to "yellow" (ready to refuel).
  • the filler neck 10 is locked mechanically, in particular by a collet or ball-and-socket system. If the If the mechanical locking process is carried out correctly, the coupling sensor 20 reports to the control unit 100 that the tank coupling K is correctly connected.
  • the control unit 100 then switches the optical display 110 to "green" (ready to refuel).
  • the operator then actuates the control element 120, here a pressure switch, and the control unit 100 controls the lock 30 so that the tank coupling K can no longer be removed from the tank nipple by the user.
  • the control unit 100 continuously monitors by means of the locking sensor 60 whether the lock 30 is in the closed position. If a feedback signal from the locking sensor 60 is present, the control unit 100 energizes an electromechanical drive, here an SMA actuator 70, whereby the fluid passage for refueling 41' (refueling line) is released and the fluid passage 41" for venting (venting line) on the refueling valve 40, here a 3-connection / 2-switching position valve, is blocked. The control unit 100 then reports to the gas station T via a communication link 51 that the refueling process can begin.
  • an electromechanical drive here an SMA actuator 70
  • the petrol station T carries out the refueling process in accordance with valid international standards and the control unit 100 switches the optical display 110 to "blue" (refueling process in progress).
  • the user can terminate the refueling process at any time by pressing the pressure switch 120 again.
  • the control unit 100 registers the termination of the process and sends an "off" signal to the petrol station T.
  • the filling station T then stops the filling process and at the same time the control unit 100 interrupts the power supply to the electromagnetic drive 70.
  • the filling valve 40 returns to its normal position, whereby the filling line 41' is blocked and the vent line 41" is released.
  • the filling station T reports to the control unit 100 that the electromechanical lock 30 can be deactivated.
  • the control unit 100 then interrupts the power supply to the electromechanical lock 30 and after a waiting time of approximately 5 seconds it sets the optical display 110 to "red" (end filling, hang up the tank coupling).
  • the user unlocks the filler neck 10 from the tank nipple and hangs the tank coupling K back into the holder.
  • the filling station T registers the presence of the tank coupling K in the holder and successfully ends the filling process.
  • the control unit 100 finally switches the optical display to "green" (ready for use).
  • the filling station T carries it out until the final refueling pressure is reached in the vehicle according to the vehicle pressure class, which is detected and signaled by the pressure sensor 52. As soon as the refueling process is completed, the filling station T reports to the control unit 100 that it has ended. The control unit 100 interrupts the power supply to the electromagnetic drive 70 and the steps of the previous paragraph follow.
  • control unit 100 can also be formed in the filler neck 10 itself, which means that devices on the filling station side for operating such a filler neck 10 are unnecessary. This would be the case, for example, if the distance sensor 50 were also integrated into the filler neck and the filling station only had to provide a permanent magnet which is detected by the distance sensor.
  • the refueling system B can also be designed such that the refueling valve 40 together with the electromechanical drive 70 are located at any other suitable location, preferably in a dispenser of the petrol station T.
  • the control system S which can be located at a suitable location completely independently of the refueling system B or petrol station T, but preferably also in a dispenser of the petrol station T, or at another central location if, for example, several tank couplings F and/or dispensers are to be controlled by it.
  • the Figure 2 shows a longitudinal section of a highly integrated tank coupling K according to the invention.
  • a coupling valve is arranged in the fluid passage 41 of the filler neck 10, which opens this fluid passage 41 by moving to the right for refueling.
  • a sliding sleeve 11 can be moved in the longitudinal direction of the filler neck 10.
  • the sliding sleeve 11 snaps in the direction of the tank nipple 80 under spring action when the filler neck 10 is plugged onto it. This is because the sliding sleeve 11 is connected via a rotating pin-shaped driver 13 to an internal clamping sleeve 14, which is released when the filler neck 10 is plugged on.
  • the coupling sensor 20 which is designed here as a pushbutton switch, engages in a recess 21 of the sliding sleeve 11 in order to signal the coupled state of the filler neck 10 to the control unit 100 via an electrical line 101.
  • the sliding sleeve 11 When the filler neck 10 is closed off from the tank nipple 80, the sliding sleeve 11 must be pulled back from the tank nipple 80 in order to release the connection created above between the tank coupling K and the tank nipple 80. This is because the clamping sleeve 14 allows the holding elements 12 to move radially outwards again and the filler neck 10 is released again. At the same time, the clamping sleeve 14 and thus also the sliding sleeve 11 can be locked again by the locking elements because the spring sleeve 15 has been moved back to the left.
  • the concept of such a coupling is also called push-pull and requires two-handed operation of the tank coupling K.
  • the internal control unit 100 is arranged in a handle area 19 of the tank coupling K and is designed to receive, process and output signals.
  • a power supply U of the control unit 100 is switched on and the opening of the refueling valve 40 is activated.
  • a combined display and control element 110, 120 electrically connected to the control unit 100 indicates a refueling status, for example optically by means of a light source that illuminates in different colors.
  • the start and end of the refueling process can be influenced by the user via the control element 120, here for example a push button.
  • the tank coupling K also has a data interface 130 arranged in the area of its filler neck 10 for communication with a vehicle, as well as a (nitrogen) purge system for flushing the coupled filler neck 10.
  • the Figure 3 shows a longitudinal section view of the tank coupling K according to the invention of Figure 2 with a locking mechanism 30 comprising an SMA actuator 31, which, via a locking pin 32, brings a pivoting bolt 33 into abutment against a pin-shaped driver 34 running with the sliding sleeve 11.
  • the driver 34 which is connected to the Figure 2
  • the locking pin 32 which can be identical to the driver 13 shown, is secured in a U-shaped receptacle 35 to prevent it from slipping out of the locking position.
  • the locking pin 32 has a circumferential, preferably one-sided conical shoulder 36, the position of which is continuously detected by a locking sensor 60, which is designed here as a pushbutton switch.
  • the coupling sensor 20 engages in a recess 21 in the sliding sleeve 11 of the filler neck 10 when the latter is attached to the tank nipple 80. By engaging in the recess 21, the coupling sensor 20 detects the coupling state of the filler neck 10 as coupled.
  • FIGS. 4a to 4i illustrate individual processes when connecting a tank coupling K according to the invention to a vehicle-side tank nipple 80.
  • the Figure 4a shows a longitudinal section view of a tank coupling K according to the invention of Figure 2 in the non-connected state.
  • the valve cone 42 of the coupling valve is in a closed position and, due to the pre-tension of a spring 43, prevents ambient air from entering the fluid passage 41 of the filler neck 10.
  • a spring sleeve 15 is also in the closed position and prevents the holding elements 12 and the balls 16 from falling radially inwards.
  • the Figure 4b shows a longitudinal section view of the tank coupling K according to the invention of Figure 4a when plugged onto the vehicle-side tank nipple 80. This causes it to move into the connection channel of the filler neck 10.
  • the spring sleeve 15 makes the first axial contact and the tank nipple 80 moves this further to the right as the filler neck 10 is plugged on.
  • the Figure 4c shows a longitudinal section view of the tank coupling K according to the invention of Figure 4a when opening the fluid passage 41 of the filler neck 10.
  • the Figure 4d shows a longitudinal section view of the tank coupling K according to the invention of Figure 4a when the fluid passage 41 of the filler neck 10 is completely open.
  • the tank nipple 80 and the spring sleeve 15 reach their common end stop. This also completely opens the valve cone 42.
  • the holding elements 12 fall partially due to gravity into a circumferential groove 81 of the tank nipple 80.
  • the Figure 4e shows a longitudinal section view of the tank coupling K according to the invention of Figure 4a in the locked state on the vehicle-side tank nipple 80.
  • the sliding sleeve 11 is pushed forwards in the direction of the tank nipple 80 by a spring 17.
  • the drivers 13 transfer this movement to the clamping sleeve 14, whereby the holding elements 12 are pressed into the groove 81 of the tank nipple 80 independently of gravity.
  • the Figure 4f shows a longitudinal section view of the tank coupling K according to the invention of Figure 4a when locking onto the vehicle-side tank nipple 80.
  • the further movement of the sliding sleeve 11 into its end position locks the holding elements 12 and thus enables a positive-locking load-bearing connection.
  • the Figure 4g shows a longitudinal section of the tank coupling K according to the invention of Figure 4a in the locked state on the vehicle-side tank nipple 80, in which the sliding sleeve 11, when it reaches its end position, actuates the coupling sensor 20 (not shown here), for example a push button switch, which generates a signal which is received by the control unit 100 as confirmation of a correct connection.
  • the control unit 100 confirms this state to the filling station T.
  • the gas station T responds with another command to the control unit 100, which controls an SMA actuator 31 (shown in Figure 4h ) is activated within the tank coupling K, which prevents unintentional or improper operation of the same.
  • the control unit 100 sends a further confirmation signal to the petrol station, which then releases the refueling process.
  • the Figure 4h shows a longitudinal section of the tank coupling K according to the invention of Figure 4a with closed locking mechanism 30, which secures the SMA actuator 31, the locking pin 32 with a circumferential shoulder 36, the pivot bolt 33 and the U-shaped receptacle 35 of the driver 34, which is here implemented by the driver 13 of Figure 3a.
  • the gas station sends a signal to the electronic control 100, which then supplies power to the SMA actuator 31. Its FGL (shape memory alloy) wire contracts and thus triggers the locking mechanism 30.
  • FGL shape memory alloy
  • the Figure 4i shows a longitudinal section of the tank coupling K according to the invention of Figure 4a in refueling position.
  • a circumferential shoulder 36 on the locking pin 32 designed as a conical cone, closes a locking sensor 60 designed as a push button switch, the signal of which is continuously monitored by the control unit 100. If this signal fails during refueling, it generates and sends an error message to the filling station T, after which the refueling process must be interrupted.
  • the control unit 100 activates a magnetically driven pilot valve on a 3-port / 2-switch position valve, which starts the refueling process.
  • the control unit 100 sends a start signal to the filling station T, which in turn initiates the pressure build-up in the fluid passage 41' for refueling.
  • FIGS. 4j to 4n illustrate individual processes when disconnecting a tank coupling K according to the invention from a vehicle-side tank nipple 80.
  • the Figure 4j shows a longitudinal section of the tank coupling K according to the invention of Figure 4a after opening the lock 30.
  • the refueling process can be ended by pressing the push button 120 in the handle again or by the petrol station control itself.
  • the control unit 100 recognizes the command and switches off the pilot control of the 3-connection / 2-switching position valve, which returns it to its starting position and switches to venting the refueling line 41'.
  • a pressure sensor 52 on the tank coupling K itself or in the petrol station area reports to the petrol station T when only a pressure of 5 bar or less is present in the vent line 41".
  • the petrol station T sends a termination signal to the control unit 100, which then deactivates the SMA actuator 31.
  • the blockage of the driver 13 is then removed via the lock 30.
  • the Figure 4k shows a longitudinal section view of the tank coupling K according to the invention of Figure 4a when unlocking the vehicle-side tank nipple 80.
  • the user pulls the Sliding sleeve 11 moves back and thus also the clamping sleeve 14 via the drivers 13.
  • the holding elements 12 and the balls 16 can move radially outwards. This allows the tank nipple 80 and the spring sleeve 15 to move freely.
  • the Figure 4j as described in the following figures, locking components 31, 32, 33, 34 and 36 can be seen in a side view.
  • the Figure 4l shows a longitudinal section view of the tank coupling K according to the invention of Figure 4a when closing the fluid passage 41 of the filler neck 10.
  • the spring sleeve 15 presses the tank nipple 80 out of the tank coupling K. This assists the user in closing, whereby he must apply the main force.
  • the valve cone 42 begins to move towards the valve seat 45 and close the fluid passage 41 of the filler neck 10.
  • FIG 4m shows a longitudinal section view of the tank coupling K according to the invention of Figure 4a with the fluid passage 41 of the filler neck 10 completely closed by the closed valve cone 42.
  • the valve stem 44 is no longer in engagement with the sealing package of the tank nipple 80.
  • the spring sleeve 15 continues to push the tank nipple 80 out of the tank coupling K.
  • the Figure 4n shows a longitudinal section view of the tank coupling K according to the invention of Figure 2 when pulling off the vehicle-side tank nipple 80.
  • the spring sleeve 15 reaches its end stop. From now on, the user must pull off the tank coupling K independently. The mechanism has returned to its starting position.
  • FIGS. 5a to 5e represent different types of refueling valves as they can be used in a refueling system B according to the invention.
  • the Figure 5a shows a schematic cross-sectional view of a first type of main valve in the refueling system B according to the invention for a pressure of approximately 8.75 x 10 7 N/m2 (875 bar).
  • This represents a 3-port / 2-switching position valve, with a fluid passage 41, which can be switched between a fluid passage for refueling 41' and a fluid passage for venting 41" via a refueling valve 40 and a vent valve 41' coupled thereto.
  • An SMA actuator 70 is provided for opening and closing the refueling valve 40 or the vent valve 41', which opens the refueling valve 40 against a return spring and the vent valve 41' closes against the force of this spring, and vice versa.
  • a spring wire of the SMA actuator 70 is axially dynamically sealed, whereby the spring wire and a respective shut-off body of the refueling valve 40 and vent valve 40' are firmly connected to one another and mounted in a cardanic manner.
  • the return spring enables an NC version.
  • the slide valve design has the advantage that the forces required for switching are significantly reduced, especially when the slide elements are made of ceramic. This reduces the friction coefficients many times over compared to metal. In addition, ceramic elements are extremely wear-resistant and almost insensitive to foreign and dirt particles.
  • the petrol station operator also saves a significant amount of H2 after each refueling process, which is returned to the company's own H2 tank systems. If the petrol station operator has its own vent line, the main valve described here could also be operated as a 2-port / 2-switch position valve.
  • the Figure 5b shows a schematic cross-sectional view of a second type of main valve in a refueling system B according to the invention for a pressure of approximately 8.75 x 10 7 N/m2 (875 bar).
  • This main valve is designed as a 3-port / 2-switching position valve, with a refueling valve 40 and a vent valve 40', which can be opened and closed alternately.
  • the valves 40, 40' are driven by an electric motor 70', the shut-off bodies of the valves 40, 40' being firmly connected to one another and mounted in a gimbal manner via a non-self-holding motor spindle, the motor spindle not being self-holding.
  • the electric motor 70' is preferably designed as a stepper motor and is supplied with power via a GTMS cable feedthrough 71. This allows the electric motor 70' to be arranged inside the main valve and to be encapsulated against the environment for a long time and without loss of performance, even at high pressures of up to 2.00 x 10 7 N/m2 (2000 bar), which would not be possible with the plastic seals that would otherwise be required, in particular dynamic plastic seals.
  • the Figure 5c shows a schematic cross-sectional view of a third type of main valve in a refueling system B according to the invention for a pressure of approximately 8.75 ⁇ 10 7 N/m2 (875 bar).
  • This main valve is designed here as a 2-port / 2-switching position valve, with a refueling valve 40 that can be opened and closed for refueling, so that the fluid passage for refueling 41' can communicate fluidically with the fluid passage 41 of the filler neck 10.
  • the refueling valve 40 is driven by an electric motor 70', which is placed on the outside of the main valve, which subsequently requires a rotary feedthrough 71 for the motor spindle with dynamic plastic seals.
  • a shut-off body of the valve 40 is firmly connected to the non-self-holding motor spindle and is cardanically mounted, whereby the motor spindle is not self-holding.
  • This main valve is intended to be used in particular where a filling station T already provides its own vent line, which is opened before connecting (removing) a tank coupling K from the vehicle-side tank nipple 80.
  • This provides a particularly inexpensive alternative to a main valve, which could also be mounted with a simple leg spring 72.
  • the Figure 5d shows a schematic cross-sectional view of a fourth type of main valve in a refueling system B according to the invention for a pressure of approximately 8.75 ⁇ 10 7 N/m2 (875 bar).
  • This main valve corresponds to the Figure 5c , but is designed as a 3-port / 2-switch position valve, with a refueling valve 40 and an additional vent valve 40', which can be opened and closed alternately.
  • This main valve is a low-cost alternative in a situation in which no venting of the fluid passage 41 of the filler neck 10 at the filling station is possible.
  • the Figure 5e shows a schematic cross-sectional view of a fifth type of main valve in a refueling system B according to the invention for a pressure of approximately 8.75 ⁇ 10 7 N/m2 (875 bar).
  • This main valve also has a pilot valve 40" for controlling the refueling valve 40, which opens and closes alternately with a vent valve 40'.
  • This type of main valve requires a comparatively weak electric motor, so that a magnetic drive 70" is sufficient, which can also be placed on the outside of the main valve. What has already been said about the previous figures of a similar type applies to the interaction between the refueling valve 40 and the vent valve 40'.
  • the Figure 6 shows the sequence of a refueling method V according to the invention for a tank coupling K according to the invention.
  • the individual steps and actions can be found in the list below. Time intervals can also be implemented between these steps, which give the user information on the status of the process and possibly also require confirmation, for example via the display 110 and the control element 120. This increases the transparency of the process and excludes potential user errors.
  • Step action A Control unit in standby mode (power supply) B Close the lock C Open the refueling valve D User input / signal pressure or level sensor E Close the refueling valve and open the vent valve F Open the lock G control unit into the idle state (no power supply) I information output (confirmation or error) Step query a Tank coupling taken from a dispenser?
  • step a first checks whether the tank coupling K has been removed from the dispenser of a gas station T. If this is the case (Y), in step A the control unit 100 is put into a standby state by energizing it. The energization can be triggered, for example, by a distance sensor 50, which detects the removal of the tank coupling K from the dispenser of the gas station T. The standby state of the control unit 100 can be signaled to a display 110 (I), which informs the user that the refueling system B is functioning properly. The user can then place a filler neck 10 of the tank coupling K onto a tank nipple 80, which is checked in step b.
  • a display 110 I
  • the correct placement of the filler neck 10 can also be signaled to the display 110 (I) in order to give the user feedback on the correct operation of the tank coupling K. If this is the case (Y), in step B the lock 30 of the tank coupling K and the tank nipple is closed.
  • step C a refueling valve 40 can be opened in response to a user input (start of refueling) D.
  • the check in step c is carried out continuously from the beginning to the end of refueling, i.e. between steps C (open refueling valve) and E (close refueling valve), in order to provide security against unintentional unlocking of the tank coupling K from the tank nipple 80, particularly in this critical process section. If, however, a faulty or not closed lock 30 is detected in step c (N), the system proceeds to step E, in which it is ensured that the refueling valve 40 is closed and a vent valve 40' is open.
  • step d it is finally checked whether the refueling valve 40 has been opened and only in the case where this is not the case (N) is it passed on to step E, in which it is ensured that the refueling valve 40 is closed and a vent valve 40' is open. Otherwise (Y), step e is initiated, in which it is checked whether the refueling has ended by a user input (end of refueling) or a signal from a pressure or level sensor (tank full) D. Such a termination can also be signaled to the display 110 (I) in order to give the user certainty about the refueling status. The refueling of a vehicle continues until it is terminated.
  • step E the refueling valve 40 is closed and the vent valve 40' is opened in order to be able to safely remove the tank coupling K from the tank nipple 80.
  • step f Whether the refueling valve 40 is closed and the vent valve 40' is open is checked in step f. If this is not the case (N), the refueling process V jumps back to step B to be on the safe side, in which the lock 30 is closed and in step c it is also checked whether this is the case. This prevents the pressure-loaded tank coupling K from being pulled off the tank nipple 80. If, on the other hand, it is ensured that the refueling valve 40 is closed and the vent valve 40' is open (Y), the process continues to step F, in which the lock 30 is opened. The user can then pull the tank coupling K off the tank nipple 80 and reattach it to the dispenser of the gas station T, which is checked in step g.
  • Correct attachment of the tank coupling K to the dispenser can also be signaled to the display 110 (I) in order to give the user certainty that the refueling process has been completed correctly. If the tank coupling K is reattached to the dispenser (Y), the control unit 100 is de-energized again in the final step G in order to save energy.
  • the above refueling process is simple, reliable and safe to carry out and represents only a basic process as it can be implemented in a control system S according to the invention, for example in software.
  • the refueling process can have further steps that are required to coordinate the individual functional components.
  • the control system S comprises a control unit 100 which is designed like a computer and comprises at least one main processor, a working memory, a program and data memory and a communication interface, in particular based on an I2C (Inter-Integrated-Circuit) bus.
  • the control unit 100 can also be designed to send, receive and process data from a data interface of the tank coupling K.
  • the refueling method may take the form of a computer program product accessible from a computer-usable or computer-readable medium that provides program code for use by or in connection with a computer or any instruction execution system.
  • a computer-usable or computer-readable medium may be any device that can contain, store, transmit, distribute, or transport the program for use by or in connection with the instruction execution system, apparatus, or device.
  • the medium may be an electronic, magnetic, optical, electromagnetic, infrared, or semiconductor system (or apparatus or device), or a computer network.
  • Examples of a computer-readable medium include semiconductor or solid-state memory, magnetic tape, a removable computer diskette, random access memory (RAM), read-only memory (ROM), a rigid magnetic disk, and an optical disk or the Internet. Current examples of optical disks include compact disk, read-only memory (CD-ROM), read/write (CD-RW), and DVD.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tankkupplung K zum An- und Abschließen einer Betankungsleitung an einen / von einem fahrzeugseitigen Tanknippel 80, insbesondere zur Betankung eines Fahrzeugs mit Gasen, vorzugsweise mit Wasserstoff, mit einem Füllstutzen 10, umfassend eine Schiebehülse 11 zum Öffnen einer Rastverbindung des Füllstutzens 10 an dem fahrzeugseitigen Tanknippel 80, und umfassend eine Fluidpassage zum Durchleiten des Gases durch den Füllstutzen 10, und mit einem Kupplungssensor zum Erfassen eines Verbindungszustands des Füllstutzens 10 an dem fahrzeugseitigen Tanknippel 80 und zum Erzeugen eines Signals basierend auf diesem Verbindungszustand, und mit einer druckunabhängig elektrisch betreibbaren Verriegelung 30 zum Verriegeln und Freigeben des Füllstutzens 10 an dem fahrzeugseitigen Tanknippel 80. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Betankungssystem, ein Steuerungssystem und ein Betankungsverfahren unter Nutzung dieser Tankkupplung K.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Betankungstechnik und insbesondere eine Tankkupplung gemäß Anspruch 1, ein Betankungssystem gemäß Anspruch 12, ein Steuerungssystem gemäß Anspruch 19, ein Betankungsverfahren gemäß Anspruch 28 und eine bevorzugte Verwendung des besagten Steuerungssystems zur Durchführung des Betankungsverfahrens.
    • Stand der Technik
  • Der aktuelle Stand der Technik von Betankungssystemen umfasst ausnahmslos mechanische Lösungen. Mit der Markteinführung von Gas, insbesondere mit Wasserstoff (H2), betriebenen LKW und anderen schwerlastigen Fahrzeugen steht der Gasbetankungsmarkt vor der Herausforderung, großvolumige Tanks in kurzer Zeit zu betanken. Hierfür müssen Tankstellen entwickelt und gebaut werden, die beispielsweise große Mengen an Wasserstoff in tiefgekühlter Form in kurzer Zeit bereitstellen können. Das heißt auch, dass die mittleren Wasserstoffdurchsätze während der Betankung stark steigen müssen.
  • Um einen größeren Durchfluss zu ermöglichen, müssen die Funktionskomponenten an der Tankstelle auf eine größere Nennweite ausgelegt werden, um die durch den höheren Durchsatz verursachten Druckverluste zu minimieren. Bezogen auf eine Betankungsvorrichtung heißt das unter anderem, dass eine Nennweite von größer als 8 mm benötigt wird.
  • Da der aktuelle technische Normenstand einen Betrieb von Fahrzeugen mit einem Nennbetriebsdruck von 7,00 × 107 N/m2 (700 bar) beinhaltet, müssen alle tankstellenseitigen Funktionskomponenten auf einen Betriebsdruck von bis zu 9,62 × 107 N/m2 (962 bar) ausgelegt sein, um alle dem Standard entsprechenden Fahrzeuge betanken zu können. Das wiederum bedeutet, dass alle innerhalb einer Betankungsvorrichtung vorhandenen Dichtungen diesem, über den aktuellen Druck von 4,20 × 107 N/m2 (430 bar) hinausgehenden, erhöhten Druck, auf einem dann vergrößerten Durchmesser standhalten müssen.
  • Da das Grunddesign bekannter Tankkupplungen unter anderem dynamische Dichtungen beinhaltet, die unter Druck bewegt werden, stellt diese Situation eine besonders herausragende Anforderung dar. Diese dynamischen unter Druck arbeitende Dichtungen erfüllen in bekannten Produkttypen, je nach Verbausituation, unter anderem Funktionen wie die Gewährleistung externer Dichtheit, die Ermöglichung eines Massenstroms (Durchflusses), die Sperrung des Massenstroms (Durchflusses) und das Arretieren der Kupplung.
  • Darüber hinaus stellen die technischen Standards Anforderungen an die An- und Abschließbarkeit von Tankkupplungen. Somit darf beispielsweise eine Tankkupplung des Typs C nicht abschließbar sein, wenn der Restdruck in der Leitung mehr als 10 bar beträgt. Jede beliebige Kupplung muss aber anschließbar sein, wenn der Restdruck in der Leitung kleiner als 5 bar ist. Um das zu erfüllen, muss ein beliebiges Drucksignal in ein mechanisches Signal so übersetzt werden, dass die Bewegung des Schaltmechanismus der Tankkupplung je nach Drucklage gesperrt oder entsperrt werden kann. Ferner muss vermieden werden, dass die Tankkupplung wegen Fehlbedienung durch den Nutzer vom Tanknippel unter Druck abspringen kann (Pop-Off).
  • Ein dynamisches Dichtungskonzept, das auf einem solchen Druckniveau dauerlauffähig ist, ist aktuell nicht bekannt.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die vorstehenden Probleme zu lösen und eine schnelle, zuverlässige und sichere Betankung großvolumiger Fahrzeugtanks mit Gasen, insbesondere mit Wasserstoff, zu ermöglichen, die konstruktiv einfach aufgebaut und kostengünstig umsetzbar ist.
    • Lösung der Aufgabe
  • Die vorstehende Aufgabe wird zunächst durch eine Tankkupplung nach Anspruch 1 gelöst, zum An- und Abschließen einer Betankungsleitung an einen / von einem fahrzeugseitigen Tanknippel, insbesondere zur Betankung eines Fahrzeugs mit Gasen, vorzugsweise mit Wasserstoff, mit einem Füllstutzen, umfassend eine Schiebehülse zum Öffnen (2-händig bedienbare Push-Pull-Kupplung) einer Rastverbindung des Füllstutzens an dem fahrzeugseitigen Tanknippel, und umfassend eine Fluidpassage zum Durchleiten des Gases durch den Füllstutzen, und mit einem Kupplungssensor zum Erfassen eines Verbindungszustands des Füllstutzens an dem fahrzeugseitigen Tanknippel und zum Erzeugen eines Signals basierend auf diesem Verbindungszustand, und mit einer druckunabhängig elektrisch betreibbaren Verriegelung zum Verriegeln und Freigeben des Füllstutzens an dem fahrzeugseitigen Tanknippel. Unter dem Füllstutzen soll dabei der Teil der Tankkupplung verstanden werden, der Tanknippel im angeschlossenen Zustand der Tankkupplung umgreift und wenigstens teilweise aufnimmt.
  • Ein wesentlicher Punkt der erfindungsgemäßen Tankkupplung besteht darin, dass deren Verriegelung druckunabhängig funktioniert. Denn diese weist elektrisch ansteuerbare Funktionskomponenten auf, die abhängig von einem beispielsweise durch die Tankstelle bereitzustellenden Signal so angesteuert werden können, dass das Anschließen und Abschließen (Abkoppeln) an den beziehungsweise von dem Tanknippel durch den Bediener nur innerhalb einer vordefinierten Unter- und Obergrenze für den in der Zuleitung der Tankkupplung herrschenden Drucks möglich ist. Um die oben genannten Funktionen zu erfüllen, ohne auf dynamisch belastete Dichtungssätze setzen zu müssen, werden diese nach außen überführt, so dass keine dynamisch arbeitenden Dichtungen benötigt werden. Damit wird eine besonders einfach aufgebaute Tankkupplung erzielbar, die zudem zuverlässig und sicher arbeitet und kostengünstig umsetzbar ist.
    • Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Tankkupplung
  • Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Tankkupplung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tankkupplung ist es danach vorgesehen, dass die elektrisch betreibbare Verriegelung einen SMA (Shape Memory Alloy)-Aktuator, einen elektrischen Mikromotor oder einen Magnetantrieb zum Verriegeln und Freigeben des Füllstutzens an dem fahrzeugseitigen Tanknippel umfasst, womit eine besonders einfache und zuverlässige Umsetzung des Antriebs der Verriegelung bereitgestellt wird.
  • In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tankkupplung ist es vorgesehen, dass mittels des SMA (Shape Memory Alloy)-Aktuators, des elektrischen Mikromotors oder des Magnetantriebs ein Sicherungsstift verschiebbar ist, der mit einem Schwenkriegel in Verbindung steht, welcher gegen die Schiebehülse in Anschlag bringbar ist, womit die Verriegelung sicher verrastet.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tankkupplung ist es vorgesehen, dass der Schwenkriegel gegen einen Mitnehmer der Schiebehülse in Anschlag bringbar ist, womit eine konstruktiv besonders einfach gestaltete Festlegung der Verriegelung möglich ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tankkupplung ist es vorgesehen, dass der Mitnehmer in einer U-förmigen Aufnahme haltbar ist, wenn der Schwenkriegel dagegen in Anschlag liegt, womit der Mitnehmer gegen ein Wegrutschen in Umfangsrichtung gesichert ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tankkupplung ist es vorgesehen, dass der Sicherungsstift einen umlaufenden Absatz zum Erfassen eines Verriegelungszustands aufweist, womit die grundsätzliche Möglichkeit einer Überwachung des Verriegelungszustands geschaffen ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tankkupplung ist ein Verriegelungssensor zum Erfassen eines Verriegelungszustands des Füllstutzens an dem fahrzeugseitigen Tanknippel, und zum Erzeugen eines Signals basierend auf diesem Verriegelungszustand vorgesehen, womit eine Sicherheit durch Kenntnis des Verriegelungszustands gegeben und in der Folge eine Fehlfunktion ausgeschlossen ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tankkupplung ist es vorgesehen, dass der Kupplungssensor in eine radial innenliegende, einseitig gefaste Ausnehmung der Schiebehülse eingreift, womit eine konstruktiv einfache und sichere Abtastung des Kupplungszustands möglich ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tankkupplung ist ein Entfernungssensor zum Erfassen eines Entnahmezustands des Füllstutzens von einem Dispenser einer Tankstelle, und zum Erzeugen eines Signals basierend auf diesem Entnahmezustand vorgesehen. Dieser kann beispielweise aus einem Sensor an der Tankkupplung, vorzugsweise an dessen Griff, zur Kommunikation mit einem tankstellenseitigen Permanentmagneten bestehen. Durch die Funktionsintegration eines Sensors an der Tankkupplung ist damit kein tankstellenseitiger Sensor notwendig. Eine funktionsfähige Lösung besteht aber grundsätzlich auch darin, den Permanentmagneten an der Tankkupplung und den Permanentmagneten am Dispenser anzubringen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tankkupplung ist eine Datenschnittstelle, insbesondere eine austauschbare Datenschnittstelle, zum Übertragen von Informationen an ein Fahrzeug oder einen Dispenser und / oder zum Empfangen von Informationen von einem Fahrzeug oder einem Dispenser vorgesehen, womit beispielsweise die Feststellung des erforderlichen Betankungsgases und / oder eine Füllstandserfassung möglich ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tankkupplung ist ein Gasverdrängungs (Purge) -System zum Einleiten eines inerten Gases in den Bereich von Halteelementen des Füllstutzens vorgesehen, womit sich eine erhöhte Sicherheit durch Schutz der elektrischen Funktionskomponenten, Sensoren und / oder Aktuatoren ergibt.
  • Die vorstehende Aufgabe wird auch durch ein Betankungssystem für Fahrzeuge mit Gasen nach Anspruch 12, vorzugsweise mit Wasserstoff gelöst, mit einer vorstehend beschriebenen Tankkupplung, mit einem Drucksensor zum Erfassen eines Drucks in der Tankkupplung, und zum Erzeugen eines Signals basierend auf dem Druck, und mit wenigstens einem elektrisch betreibbaren Betankungsventil zum Öffnen und Schließen der Fluidpassage zur Betankung eines Fahrzeugs.
  • Ein wesentlicher Punkt des erfindungsgemäßen Betankungssystems besteht dabei darin, dass sowohl der Drucksensor als auch das elektrisch betreibbare Betankungsventil nicht notwendigerweise in der Tankkupplung selbst integriert sein müssen, sondern beispielsweise tankstellenseitig oder völlig unabhängig von beiden vorgesehen sein können. Damit wäre eine besonders einfach aufgebaute Tankkupplung realisierbar, die auf Basis einer tankstellenseitigen Druckmessung zur Bestimmung eines An- und Abschließens der Tankkupplung am Tanknippel und durch tankstellenseitiges Öffnen und Schließen des elektrisch betreibbaren, vorgeschalteten Betankungsventils nutzbar ist.
    • Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Betankungssystems
  • Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Betankungssystems sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • In einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betankungssystems ist es danach vorgesehen, dass das elektrisch betreibbare Betankungsventil mittels eines SMA (Shape Memory Alloy)-Aktuators, eines elektrischen Motors oder eines Magnetantriebs verstellbar ist, was eine konstruktiv einfache und zuverlässige Umsetzung des Ventilantriebs ermöglicht. Der SMA besteht aus einer Formgedächtnislegierung (Ni-Ti-Legierung), die sich ähnlich wie ein Bimetall verhält, welches bei Temperaturänderung sein Gefüge ändert. Eine Formgedächtnislegierung kann zum Beispiel auch mittels Anlegens einer Betriebsspannung erhitzt werden. Sie hat jedoch den relativen Vorteil einer sehr hohen Leistungsdichte, das heißt es können sehr starke Kräfte bei vergleichbar geringem elektrischem Verbrauch erzeugt werden.
  • In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betankungssystems ist es vorgesehen, dass der SMA (Shape Memory Alloy)-Aktuator, der elektrische Motor oder der Magnetantrieb über eine GTMS (Glas To Metall Seal)-Kabeldurchführung elektrisch kontaktierbar ist. Damit lassen sich die vorstehenden Funktionskomponenten in räumlich ein Betankungssystem integrieren, ohne zusätzliche Dichtungen vorzusehen, welche diese gegen hohe Drücke abschirmen müssen. Mit anderen Worten wird eine druckunabhängige Stromversorgung möglich, die einfach umzusetzen ist, da keine dynamischen Dichtungen erforderlich sind.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betankungssystems ist es vorgesehen, dass das elektrisch betreibbare Betankungsventil ein 2-Anschlüsse / 2-Schaltstellungen-Ventil ist, das stellungsabhängig eine Fluidpassage zur Betankung öffnet oder schließt. Dies stellt die einfachste Ausführung des Betankungsventils dar, die ein Öffnen und Schließen der Fluidpassage ermöglicht. Insbesondere dann, wenn die Tankstelle eine separate Entlüftungsleitung bereitstellt, kann ein 2-Anschlüsse / 2-Schaltstellungen-Ventil vorgesehen sein.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betankungssystems ist es vorgesehen, dass das elektrisch betreibbare Betankungsventil ein 3-Anschlüsse / 2-Schaltstellungen-Ventil ist, das stellungsabhängig eine Fluidpassage zur Betankung öffnet und eine Fluidpassage zur Entlüftung der Tankkupplung schließt, und umgekehrt. Damit ist eine zweifache Funktion des Betankungsventils gegeben, die keine zusätzliche, entweder tankstellenseitig oder tankkupplungsseitig angebrachte, Fluidpassage zur Entlüftung erfordert.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betankungssystems ist es vorgesehen, dass die Tankkupplung und das elektrisch betreibbare Betankungsventil eine gemeinsame Baugruppe bilden, womit eine besonders hohe Funktionsintegration in der Tankkupplung selbst vorliegt, die keine tankstellenseitige Integration des elektrisch betreibbaren Betankungsventils mehr erfordert.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betankungssystems ist es vorgesehen, dass die Tankkupplung und der Drucksensor eine gemeinsame Baugruppe bilden. Auch hierdurch entsteht eine besonders hohe Funktionsintegration in der Tankkupplung, die keine tankstellenseitige Integration des Drucksensors mehr erforderlich ist.
  • Die vorstehende Aufgabe wird auch durch ein Steuerungssystem nach Anspruch 19 für ein vorstehend beschriebenes Betankungssystem zum Betanken von Fahrzeugen mit Gasen, vorzugsweise mit Wasserstoff gelöst, mit einer Steuereinheit, die zum Empfangen und Verarbeiten von Signalen des Entfernungssensors, des Kupplungssensors und des Drucksensors, und zum Senden von Signalen an die Verriegelung und das Betankungsventil, basierend auf einem Verarbeitungsergebnis der von dem Entfernungssensor und dem Kupplungssensor empfangenen Signale, ausgebildet ist.
  • Ein wesentlicher Punkt des erfindungsgemäßen Steuersystems besteht darin, dass eine unter Effizienz-, Zuverlässigkeits- und Sicherheitsaspekten einfache Koordination einzelner Funktionskomponenten des Betankungssystems gewährleistet werden kann. Die durchgängig elektrisch Abfrage- und Ansteuerungsmöglichkeit aller Funktionskomponenten lässt insbesondere einen hohen Durchfluss bei hohem Druck ohne unter diesem Druck zu bewegende dynamische Dichtungen zu. Die Steuereinheit weist bevorzugt eine Kommunikationsschnittstelle auf Basis eine I2C (Inter-Integrated-Circuit)-Busses auf, um einerseits mit der Tankstelle und andererseits mit den elektronischen Funktionskomponenten aus Seiten des Betankungssystems Daten auszutauschen. Die Steuereinheit kann dabei tankkupplungsseitig oder tankstellenseitig integriert oder auch unabhängig von beiden ausgebildet sein. Bevorzugt soll diese aber im Handgriff der Tankkupplung integriert sein, um gegen jede Art von mechanischer Schäden geschützt zu sein.
    • Bevorzugte Ausführungsformen des Steuerungssystems
  • Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Steuerungssystems sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • In einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerungssystems ist es danach vorgesehen, dass die Steuereinheit weiterhin zum Senden von Signalen an eine Tankstelle sowie zum Empfangen und Verarbeiten von Signalen der Tankstelle ausgebildet ist, insbesondere zum Signalisieren eines Kupplungszustands und / oder Verriegelungszustands des Füllstutzens an einem fahrzeugseitigen Tanknippel, zum Signalisieren eines Starts oder / eines Stopps der Betankung, zum Signalisieren einer Fehlermeldung und / oder zum Empfangen und Verarbeiten von Bestätigungs-, Steuerungs- und Drucksignalen der Tankstelle. Dadurch können tankstellenseitige Funktionskomponenten in das Betankungssystem integriert werden, die beispielsweise den Druckaufbau und -abbau in der Fluidpassage so steuern, dass ein druckloses An- und Abschließen des Füllstutzens an einem fahrzeugseitigen Tanknippel möglich wird. Die Tankkupplung selbst kann dadurch wesentlich einfacher aufgebaut werden, da dieser keinen Drucksensor und / oder ein elektrisch betreibbares Betankungsventil umfassen muss.
  • In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerungssystems ist es vorgesehen, dass die Steuereinheit zum Empfangen und Verarbeiten eines Steuerungssignals von der Tankstelle, und basierend auf einem Verarbeitungsergebnis zum Aktivieren des Verriegelns und Freigebens der Tankkupplung an / von dem fahrzeugseitigen Tanknippel, und zum Senden des Verriegelungszustands an die Tankstelle ausgebildet ist. Damit kann auch eine Verriegelung der Tankkupplung an einem fahrzeugseitigen Tanknippel tankstellenseitig ausgelöst werden, ohne dafür spezifische Sensorik in der Tankkupplung selbst vorzusehen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerungssystems ist es vorgesehen, dass eine mit der Steuereinheit elektrisch verbundene optische und / oder akustische Anzeige vorgesehen ist, an die ein Betriebszustand des Betankungssystems signalisierbar ist. Da dieser Betriebszustand für einen Nutzer des Betankungssystems jederzeit erkennbar ist, wird dessen Fehlbedienung unwahrscheinlich, was die Zuverlässigkeit und Sicherheit erhöht. Dabei kann die optische Anzeige auch Piktogramme umfassen, die erläutern, wie der Betankungsprozess fortzusetzen ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerungssystems ist es vorgesehen, dass ein mit der Steuereinheit elektrisch verbundenes Bedienelement, insbesondere ein Druckknopf, vorgesehen ist, über den ein Betankungswunsch an das Steuerungssystem signalisiert werden kann. Durch eine zusätzliche Nutzerüberwachung entsteht eine besondere Sicherheit gegenüber einem allein vollautomatischen Betankungsvorgang.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerungssystems ist es vorgesehen, dass das Bedienelement und die Anzeige integral miteinander ausgeführt sind, und insbesondere aus einem abhängig von einem Systemzustand des Steuerungssystems farblich unterschiedlich leuchtenden Druckknopf bestehen. Dadurch wird eine besonders augenfällige Signalisierung und Bedienung erreicht, die insbesondere eine rasche Erfassung des Systemzustands erlaubt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerungssystems ist es vorgesehen, dass die Steuereinheit zur fortlaufenden Überprüfung eines Entfernungszustands und /oder eines Verbindungszustands und / oder eines Verriegelungszustands des Füllstutzens basierend auf Signalen ausgebildet ist, die von der Steuereinheit empfangen werden, wodurch eine besondere Sicherheit gegen Fehlfunktionen im laufenden Betankungsbetrieb, insbesondere gegen den Ausfall von Sensoren erzielt wird, und dadurch eine Fehlfunktion ausgeschlossen wird.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerungssystems ist es vorgesehen, dass die Steuereinheit, basierend auf dem Überprüfungsergebnis, zum Abbruch einer Betankung durch Signalisieren eines Schließens des Betankungsventils ausgebildet ist, womit eine besondere Fail-Safe Sicherheit durch Abweichung von einem Soll-Systemzustand bereitgestellt wird.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerungssystems ist es vorgesehen, dass die Steuereinheit tankstellenseitig oder tankkupplungsseitig in das Betankungssystem integriert ist, was deren flexible Anordnung zulässt. Grundsätzlich lässt sich diese aber auch völlig separat davon realisieren, wenn beispielsweise mehrere Tankkupplungen und / oder Dispenser davon kontrolliert werden sollen. Die Steuereinheit kann dabei als ein computerbasiertes System mit einem Hauptprozessor, einem Arbeitsspeicher, einem Programm- und Datenspeicher und einer oder mehrerer Ein- und Ausgabeschnittstellen realisiert sein.
  • Die vorstehende Aufgabe wird zudem durch ein Betankungsverfahren nach Anspruch 28 zum Steuern einer Betankung von Fahrzeugen mit Gasen, vorzugsweise mit Wasserstoff, mit einem vorstehend beschriebenen Steuerungssystem gelöst, bei dem
  • in einem Schritt die Steuereinheit zum Steuern einer Betankung in einen Bereitschaftszustand (Bestromung) versetzt wird, wenn die Tankkupplung zum Betanken von Fahrzeugen von einem Dispenser einer Tankstelle entnommen wird und / oder anschließend der Füllstutzen an einen fahrzeugseitigen Tanknippel aufgesetzt wird,
  • in einem Schritt eine Verriegelung des Füllstutzens zum Verriegeln der Tankkupplung an dem fahrzeugseitigen Tanknippel von der Steuereinheit aktiviert wird, nachdem die Tankkupplung von dem Dispenser der Tankstelle entnommen und der Füllstutzen auf den fahrzeugseitigen Tanknippel aufgesetzt wurde,
  • in einem Schritt von der Steuereinheit ein Betankungsventil zum Öffnen einer Fluidpassage zur Betankung eines Fahrzeugs aktiviert wird, wenn der Steuereinheit signalisiert wird, dass der Füllstutzen an dem fahrzeugseitigen Tanknippel verriegelt ist,
  • in einem Schritt von der Steuereinheit das Betankungsventil zum Schließen der Fluidpassage zur Betankung eines Fahrzeugs aktiviert wird, wenn der Steuereinheit signalisiert wird, dass der Betankungsvorgang beendet ist,
  • in einem Schritt die Verriegelung des Füllstutzens von der Steuereinheit zum Freigeben der Tankkupplung von dem fahrzeugseitigen Tanknippel aktiviert wird, wenn der Steuereinheit signalisiert wird, dass die Fluidpassage zur Entlüftung der Tankkupplung geöffnet ist.
  • Ein wesentlicher Punkt des erfindungsgemäßen Betankungsverfahrens besteht dabei darin, trotz hohem Druck und hohem Durchfluss mit nur wenigen Verfahrensschritten eine zuverlässige und sichere Betankung zu gewährleisten.
    • Bevorzugte Ausführungsformen des Betankungsverfahrens
  • Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Betankungsverfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • In einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betankungsverfahrens ist es danach vorgesehen, dass in einem Schritt von der Steuereinheit das Betankungsventil zum Öffnen einer Fluidpassage zur Entlüftung der Tankkupplung aktiviert wird, wenn der Steuereinheit signalisiert wird, dass der Betankungsvorgang beendet ist. Damit wird eine automatische Entlüftung der Tankkupplung nach der Betankung zu deren sicherer Abnahme von dem fahrzeugseitigen Tanknippel sichergestellt.
  • In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betankungsverfahrens ist es vorgesehen, dass die Steuereinheit überprüft, ob ein Verbindungszustand und / oder ein Verriegelungszustand des Füllstutzens an dem fahrzeugseitigen Tanknippel elektrisch erfassbar ist, womit eine Sicherheit gegen Fehlfunktion, beispielsweise durch Ausfall der Sensoren, gegeben ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betankungsverfahrens ist es vorgesehen, dass die Verriegelung des Füllstutzens an dem fahrzeugseitigen Tanknippel bei geöffnetem Betankungsventil zwangsarretiert ist und sensorisch überwacht wird, und das Betankungsventil von der Steuereinheit zum Schließen der Fluidpassage zur Betankung aktiviert wird, wenn der Steuereinheit signalisiert wird, dass der Füllstutzen nicht oder nicht mehr ordnungsgemäß verriegelt ist. Dadurch entsteht eine besondere Sicherheit durch fortlaufende Überwachung der Verriegelung und zum Stoppen des Betankungsvorgangs, wenn der Verriegelungszustand nicht dem Soll-Betriebszustand entspricht.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betankungsverfahrens ist es vorgesehen, dass in einem Schritt von der Steuereinheit das Betankungsventil zum Schließen der Fluidpassage zur Betankung aktiviert wird, wenn der Steuereinheit durch einen Nutzer oder durch einen Druck- oder Füllstandssensor signalisiert wird, dass die Betankung zu beenden ist. Bei vorzeitigem Abbruch oder bei vollem Tank ist damit ein Stoppen der Betankung individuell oder automatisch möglich.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betankungsverfahrens ist es vorgesehen, dass die Steuereinheit mit dem Dispenser einer Tankstelle kommuniziert, um einen Entnahmezustand der Tankkupplung von dem Dispenser zu erfassen. Dadurch, dass dispenserseitig eine Entnahme erkannt werden und an die Tankkupplung signalisiert werden kann, ist insbesondere kein Entnahmesensor an der Tankkupplung mehr nötig. Hier würde beispielsweise ein einfacher Permanentmagnet ausreichen, dessen Entfernung von einem dispenserseitigen Sensor erfassbar ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betankungsverfahrens ist es vorgesehen, dass die Steuereinheit in einen Ruhezustand (keine Bestromung) versetzt wird, wenn keine Entnahme der Tankkupplung von dem Dispenser signalisiert wird. Es wird dadurch ein Stand-by-Betrieb der Steuereinheit möglich, der wenig Strom verbraucht.
  • Aufgrund der besonderen Eignung des vorstehend beschriebenen Steuerungssystems zum Steuern des vorstehend beschriebenen Betankungssystems bei hohem Druck und hohem Durchfluss soll dieses bevorzugt zur Durchführung des hier beschriebenen Betankungsverfahrens verwendet werden. Das Betankungsverfahren kann dabei als ablauffähiges Programm in der Steuereinheit des Steuerungssystems implementiert sein.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Im Folgenden wird eine erfindungsgemäße Tankkupplung in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Steuerungssystem und einem erfindungsgemäßen Betankungsverfahren anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert werden. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktional gleiche Bauteile. Es zeigen:
    • Figur 1
    ein schematisches Funktionsschaubild eines erfindungsgemäßen Betankungssystems, das eine Tankkupplung umfasst, sowie ein zugehöriges Steuerungssystem;
    Figur 2
    eine längsgeschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen, hochintegrierten Tankkupplung K;
    Figur 3
    eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung der Figur 2 mit einer Verriegelung;
    Figur 4a
    eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung der Figur 2 in nicht angeschlossenem Zustand;
    Figur 4b
    eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung der Figur 4a beim Aufstecken auf den fahrzeugseitigen Tanknippel;
    Figur 4c
    eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung der Figur 4a beim Öffnen der Fluidpassage des Füllstutzens;
    Figur 4d
    eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung der Figur 4a bei vollständig geöffneter Fluidpassage des Füllstutzens;
    Figur 4e
    eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung der Figur 4a im verrasteten Zustand am fahrzeugseitigen Tanknippel;
    Figur 4f
    eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung der Figur 4a beim Verrasten am fahrzeugseitigen Tanknippel;
    Figur 4g
    eine längsgeschnittene Teilansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung der Figur 4a im verrasteten Zustand am fahrzeugseitigen Tanknippel;
    Figur 4h
    eine längsgeschnittene Teilansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung der Figur 4a mit geschlossener Verriegelung;
    Figur 4i
    eine längsgeschnittene Teilansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung der Figur 4a in Betankungsstellung;
    Figur 4j
    eine längsgeschnittene Teilansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung der Figur 4a nach Öffnen der Verriegelung;
    Figur 4k
    eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung der Figur 4a beim Entsichern vom fahrzeugseitigen Tanknippel;
    Figur 41
    eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung der Figur 4a beim Schließen der Fluidpassage des Füllstutzens;
    Figur 4m
    eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung der Figur 4a bei vollständig geschlossener Fluidpassage des Füllstutzens;
    Figur 4n
    eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung der Figur 2 in beim Abziehen vom fahrzeugseitigen Tanknippel;
    Figur 5a
    eine schematische quergeschnittene Ansicht einer ersten Bauart eines Hauptventils in einem erfindungsgemäßen Betankungssystem;
    Figur 5b
    eine schematische quergeschnittene Ansicht einer zweiten Bauart eines Hauptventils in einem erfindungsgemäßen Betankungssystem;
    Figur 5c
    eine schematische quergeschnittene Ansicht einer dritten Bauart eines Hauptventils in einem erfindungsgemäßen Betankungssystem;
    Figur 5d
    eine schematische quergeschnittene Ansicht einer vierten Bauart eines Hauptventils in einem erfindungsgemäßen Betankungssystem;
    Figur 5e
    eine schematische quergeschnittene Ansicht einer fünften Bauart eines Hauptventils in einem erfindungsgemäßen Betankungssystem, und
    Figur 6
    den Ablauf eines erfindungsgemäßen Betankungsverfahrens für eine erfindungsgemäße Tankkupplung.
  • Die Figur 1 zeigt ein schematisches Funktionsschaubild eines erfindungsgemäßen Betankungssystems B, das eine Tankkupplung K umfasst, sowie ein zugehöriges Steuerungssystem S. Generell werden zum Betrieb eines solchen Betankungssystems elektromechanische beziehungsweise -magnetische Funktionskomponenten implementiert, die einen Magnetantrieb zum Öffnen und Schließen eines servogesteuerten Hauptventils ermöglichen, welches einen Massenstrom sperrt beziehungsweise freigibt.
  • Die Tankkupplung K umfasst dazu einen Füllstutzen 10 mit einem Kupplungssensor 20, der ein Aufsetzen des Füllstutzens 10 auf einen fahrzeugseitigen Tanknippel 80 (dargestellt in Figur 2) signalisiert. Über eine Verriegelung 30 wird der Füllstutzen am Tanknippel verriegelt, womit ein Betankungsventil 40 des Betankungssystems B eine diesen durchtretende Fluidpassage 41 öffnen kann. Ein am Dispenser einer Tankstelle T angeordneter Entfernungssensor 50 signalisiert dazu zunächst eine Entnahme der Tankkupplung K über eine Kommunikationsstrecke 51 an das Steuerungssystem S. Wird die sichere Verriegelung des Füllstutzens 10 durch einen Verriegelungssensor 60 signalisiert, tritt ein von dem Steuerungssystem S über eine elektrische Leitung 101 angesteuerter elektromechanischer Antrieb, hier ein SMA-Aktuator 70 des Betankungsventils 40, in Aktion, welches die Fluidpassage 41' zur Betankung öffnet.
  • Das Aufstecken des Füllstutzens 10 an dem fahrzeugseigen Tanknippel wird von dem Kupplungssensor 20 und dem Verriegelungssensor 60 an das Steuerungssystem S über elektrische Leitungen 101 signalisiert. Dazu weist das Steuerungssystem S eine Steuereinheit 100 auf, die zum Empfangen, Verarbeiten und Ausgeben von Signalen ausgestaltet ist. Bei Entnahme der Tankkupplung K wird eine Stromversorgung U der Steuereinheit 100 eingeschaltet und die Öffnung des Betankungsventils 40 über eine elektrische Leitung 101 aktiviert.
  • Eine mit der Steuereinheit 100 elektrisch verbundene Anzeige 110 gibt dabei einen Betankungszustand an, beispielsweise optisch durch eine farblich unterschiedlich leuchtende Lichtquelle. Über ein ebenfalls mit der Steuereinheit 100 elektrisch verbundenes Bedienelement 120 kann ein Beginn und ein Ende des Betankungsvorgangs durch Nutzerbedienung beeinflusst werden. Erst wenn ein Drucksensor 52 schließlich wieder einen Drucklosen Zustand der Tankkupplung signalisiert, kann die Verriegelung 30 geöffnet werden. Im Einzelnen erfolgt die Betankung dabei wie folgt.
  • Zunächst entnimmt der Nutzer die Tankkupplung K von einer Halterung am Dispenser. Der Entnahmesensor 50 ist ein Näherungs- oder Kontaktschalter an der Halterung der Tankkupplung, der das Abnehmen derselben registriert und die Tankstelle in Bereitschaft versetzt. Dabei übermittelt die Tankstelle T ein Signal an die Steuereinheit 100 der Tankkupplung K und versetzt diese in Bereitschaft, bei welcher diese bestromt wird. Die Steuereinheit 100 überprüft, ob der Kupplungssensor 20 und der Verriegelungssensor 60, sowie ein elektromechanischer Arretierungsmechanismus, hier die Verriegelung 30, elektrisch ansprechbar sind. Falls ja, schaltet die Steuereinheit 100 die optische Anzeige 110 auf "gelb" (Bereit zum Tanken).
  • Der Nutzer schließt dann die Tankkupplung K an dem Tanknippel an. Der Füllstutzen 10 arretiert mechanisch, insbesondere durch ein Spanzangen- oder Kugelkranzsystem. Falls der mechanische Arretierungsprozess korrekt durchgeführt, meldet der Kupplungssensor 20 der Steuereinheit 100, dass die Tankkupplung K korrekt angeschlossen ist. Die Steuereinheit 100 schaltet die optischen Anzeige 110 dann auf "grün" (Bereit zum Tanken). Der Bediener betätigt dann das Bedienelement 120, hier einen Druckschalter, und die Steuereinheit 100 steuert die Verriegelung 30 an, so dass die Tankkupplung K vom Nutzer nicht mehr von dem Tanknippel entnommen werden kann.
  • Die Steuereinheit 100 überwacht mittels Verriegelungssensor 60 fortlaufend, ob sich die Verriegelung 30 in geschlossener Stellung befindet. Falls ein Feedbacksignal von dem Verriegelungssensor 60 vorhanden ist, setzt die Steuereinheit 100 einen elektromechanischen Antrieb, hier einen SMA-Aktuator 70 unter Spannung, wodurch die Fluidpassage zur Betankung 41' (Betankungsleitung) freigeschaltet und die Fluidpassage 41" zur Entlüftung (Entlüftungsleitung) an dem Betankungsventil 40, hier einem 3-Anschlüsse / 2-Schaltstellungen-Ventil, gesperrt wird. Anschließend meldet die Steuereinheit 100 der Tankstelle T über eine Kommunikationsstrecke 51, dass der Betankungsprozess beginnen kann.
  • Die Tankstelle T führt den Betankungsprozess gemäß gültiger internationaler Standards durch und die Steuereinheit 100 schaltet die optische Anzeige 110 auf "blau" (Betankungsprozess am Laufen). Der Nutzer kann dabei jederzeit den Betankungsprozess beenden, indem er den Druckschalter 120 erneut betätigt. In diesem Falle registriert die Steuereinheit 100 das Abbrechen des Vorgangs und sendet ein "Aus"-Signal an die Tankstelle T.
  • Die Tankstelle T stoppt dann den Betankungsprozess, und gleichzeitig unterbricht die Steuereinheit 100 die Bestromung des elektromagnetischen Antriebs 70. Das Betankungsventil 40 fährt in seine Normalposition zurück, wodurch die Betankungsleitung 41' gesperrt und die Entlüftungsleitung 41" freigegeben wird. Sobald der Restdruck in der Zuleitung 5 bar unterschreitet, meldet die Tankstelle T der Steuereinheit 100, dass die elektromechanische Arretierung 30 außer Kraft gesetzt werden kann. Die Steuereinheit 100 unterbricht dann die Stromzufuhr zu der elektromechanischen Arretierung 30, und nach einer Wartezeit von ungefähr 5 Sekunden stellt sie die optische Anzeige 110 auf "rot" (Betankung beenden, Tankkupplung aufhängen). Der Nutzer entriegelt dann den Füllstutzen 10 vom Tanknippel und hängt die Tankkupplung K erneut in die Halterung ein. Die Tankstelle T registriert das Vorhandensein der Tankkupplung K in der Halterung und beendet erfolgreich den Betankungsprozess. Die Steuereinheit 100 schaltet schließlich die optischen Anzeige auf "grün" ( Betriebsbereit).
  • Falls der Nutzer den Betankungsprozess nicht vorzeitig abbricht, führt die Tankstelle T diesen bis zum Erreichen des Endbetankungsdrucks im Fahrzeug gemäß der Fahrzeugdruckklasse durch, der von dem Drucksensor 52 erfasst und signalisiert wird. Sobald der Betankungsprozess abgeschlossen ist, meldet die Tankstelle T der Steuereinheit 100, dass dieser beendet ist. Die Steuereinheit 100 unterbricht die Bestromung des elektromagnetischen Antriebs 70, und es folgen die Schritte des vorhergehenden Absatzes.
  • Bei dem dargestellten Betankungssystem B der Figur 1 ist zu betonen, dass alle davon umfassten Funktionskomponenten in den Füllstutzen 10 integriert sein können, und damit ein einziges Bauteil, nämlich den Füllstutzen 10 bilden. Damit wären nicht nur Verriegelung 30, Kupplungssensor 20 und Verriegelungssensor 60, sowie Drucksensor 52 in den Füllstutzen 10 integriert, sondern auch der elektromechanische Antrieb 70 und das Betankungsventil 40. Damit würde das gesamte Betankungssystem B in dem Füllstutzen abgebildet, was zu einem hochfunktionalen Füllstutzen führt, der kaum weitere Funktionskomponenten braucht.
  • Dies umso mehr, als auch für die Steuereinheit 100 in dem Füllstutzen 10 selbst ausgebildet sein kann, wodurch sich tankstellenseitige Vorrichtungen zur Betrieb eines solchen Füllstutzens 10 erübrigen. Dies beispielsweise dann, wenn auch der Entfernungssensor 50 in den Füllstutzen integriert wäre, und die Tankstelle lediglich noch einen Permanentmagneten vorsehen muss, welcher von dem Entfernungssensor erfasst wird.
  • Gleichwohl kann das Betankungssystem B auch so ausgestaltet sein, dass sich das Betankungsventil 40 samt elektromechanischen Antrieb 70 an irgendeiner anderen geeigneten Stelle befinden, bevorzugt in einem Dispenser der Tankstelle T. Gleiches gilt auch für das Steuerungssystem S, das sich völlig unabhängig von Betankungssystem B oder Tankstelle T an einer geeigneten Stelle befinden kann, bevorzugt aber auch in einem Dispenser der Tankstelle T, oder an anderer zentraler Stelle, wenn beispielsweise mehrere Tankkupplungen F und / oder Dispenser davon kontrolliert werden sollen.
  • Es ergibt sich damit eine äußerst flexible Integration beziehungsweise Anordnung der Funktionskomponenten, die auf jeden spezifischen Anwendungsfall anpassbar ist. Bevorzugt soll aber ein hochintergrativer Füllstutzen ins Auge gefasst sein, der möglichst keine oder möglichst wenige zusätzliche tankstellenseitige Funktionskomponenten mehr erfordert.
  • Die Figur 2 zeigt eine längsgeschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen, hochintegrierten Tankkupplung K. Bei dieser Tankkupplung K ist in der Fluidpassage 41 des Füllstutzens 10 ein Kupplungsventil angeordnet, das diese Fluidpassage 41 mit Bewegung nach rechts zur Betankung öffnet. Eine Schiebehülse 11 ist dabei in Längsrichtung des Füllstutzens 10 verfahrbar. Die Schiebehülse 11 schnappt federgetrieben in Richtung Tanknippel 80, wenn der Füllstutzen 10 auf diesen aufgesteckt wird. Denn die Schiebehülse 11 ist über einen mitlaufenden stiftförmigen Mitnehmer 13 mit einer innenliegenden Spannhülse 14 verbunden, die beim Aufstecken des Füllstutzens 10 entsichert wird. Damit kann eine Federhülse 15 nach rechts gedrückt werden, welche die Spannhülse 11 arretierende Sicherungselemente wie beispielsweise Kugeln freigibt. Bei der zum Tanknippel 80 gerichteten Schnappbewegung lässt die Spannhülse 14 dabei Halteelemente 12 radial nach innen in eine umlaufende Nut 81 am Tanknippel 80 eingreifen und blockiert diese gleichzeitig gegen ein Herausrutschen. Der Kupplungssensor 20, welcher hier als Tastschalter ausgeführt ist, greift dabei in eine Ausnehmung 21 der Schiebehülse 11 ein, um den gekoppelten Zustand des Füllstutzens 10 über eine elektrische Leitung 101 an die Steuereinheit 100 zu signalisieren.
  • Beim Abschließen des Füllstutzens 10 von dem Tanknippel 80 muss die Schiebehülse 11 hingegen vom Tanknippel 80 weg zurückgezogen werden, um die vorstehend geschaffene Verbindung zwischen Tankkupplung K und Tanknippel 80 wieder zu lösen. Denn durch die Spannhülse 14 wird ein Ausweichen der Halteelemente 12 radial nach außen wieder möglich und der Füllstutzen 10 wieder freigegeben. Gleichzeitig kann die Spannhülse 14 und damit auch die Schiebehülse 11 wieder durch die Sicherungselemente arretiert werden, da die Federhülse 15 wieder nach links gerückt ist. Das Konzept einer solchen Kupplung wird auch Push-Pull bezeichnet und erfordert eine zweihändige Bedienung der Tankkupplung K.
  • In einem Griffbereich 19 der Tankkupplung K ist die innenliegende Steuereinheit 100 angeordnet, die zum Empfangen, Verarbeiten und Ausgeben von Signalen ausgestaltet ist. Bei Entnahme der Tankkupplung K wird eine Stromversorgung U der Steuereinheit 100 eingeschaltet und die Öffnung des Betankungsventils 40 aktiviert. Eine mit der Steuereinheit 100 elektrisch verbundenes, kombiniertes Anzeige- und Bedienelement 110, 120 gibt dabei einen Betankungszustand an, beispielsweise optisch durch eine farblich unterschiedlich leuchtende Lichtquelle. Über das Bedienelement 120, hier beispielsweise ein Druckknopf, kann ein Beginn und ein Ende des Betankungsvorgangs durch Nutzerbedienung beeinflusst werden. Im Übrigen weist die Tankkupplung K im Bereich ihres Füllstutzens 10 auch eine darin angeordnete Datenschnittstelle 130 zur Kommunikation mit einem Fahrzeug auf, wie auch ein (Stickstoff-) Purge-System zum Spülen des gekoppelten Füllstutzens 10.
  • Die Figur 3 zeigt eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung K der Figur 2 mit einer Verriegelung 30, umfassend einen SMA-Aktuator 31, der über einen Sicherungsstift 32 einen Schwenkriegel 33 gegen einen mit der Schiebehülse 11 laufenden stiftförmigen Mitnehmer 34 in Anschlag bringt. Der Mitnehmer 34, der mit dem in Figur 2 dargestellten Mitnehmer 13 identisch sein kann, wird in einer U-förmige Aufnahme 35 gegen ein Herausrutschen aus der Verriegelungsstellung gesichert. Der Sicherungsstift 32 weist einen umlaufenden, bevorzugt einseitig konischen Absatz 36 auf, dessen Stellung von einem daran anliegenden Verriegelungssensor 60, der hier als Tastschalter ausgeführt ist, fortlaufend erfasst wird. Dieser ertastet eine Bewegung des Absatzes 36 und erfasst, ob sich die Verriegelung 30 tatsächlich in geschlossener Stellung befindet. Der Kupplungssensor 20 greift dann in eine Ausnehmung 21 der Schiebehülse 11 des Füllstutzens 10 ein, wenn dieser auf den Tanknippel 80 aufgesteckt ist. Durch Einrücken in die Ausnehmung 21 erfasst der Kupplungssensor 20 den Kupplungszustand des Füllstutzens 10 als gekoppelt.
  • Die Figuren 4a bis 4i verdeutlichen einzelne Vorgänge beim Anschließen einer erfindungsgemäßen Tankkupplung K an einen fahrzeugseitigen Tanknippel 80.
  • Die Figur 4a zeigt eine längsgeschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Tankkupplung K der Figur 2 in nicht angeschlossenem Zustand. Der Ventilkegel 42 des Kupplungsventils befindet sich in einer geschlossenen Stellung und verhindert durch die Vorspannung einer Feder 43, dass Umgebungsluft in die Fluidpassage 41 des Füllstutzens 10 gelangt. Eine Federhülse 15 befindet sich auch in geschlossener Stellung und verhindert, dass die Halteelemente 12 und die Kugeln 16 radial nach innen fallen.
  • Die Figur 4b zeigt eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung K der Figur 4a beim Aufstecken auf den fahrzeugseitigen Tanknippel 80. Dadurch fährt dieser in den Anschlusskanal des Füllstutzens 10 ein. Die Federhülse 15 stellt den ersten axialen Kontakt her und der Tanknippel 80 verschiebt diese durch das weitere Aufstecken des Füllstutzens 10 weiter nach rechts.
  • Die Figur 4c zeigt eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung K der Figur 4a beim Öffnen der Fluidpassage 41 des Füllstutzens 10. Sobald ein Ventilschaft 44 in ein Dichtungspaket des Tanknippels 80 eingreift, entsteht ein Kontakt zwischen dem Ventilkegel 42 und der Innenkontur des Tanknippels 80, womit die Fluidpassage 41 des Füllstutzens 10 zum Betanken eines Fahrzeugs geöffnet wird, da die Schließkontur des Ventilkegels 42 vom Ventilsitz 45 abhebt.
  • Die Figur 4d zeigt eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung K der Figur 4a bei vollständig geöffneter Fluidpassage 41 des Füllstutzens 10. Der Tanknippel 80 und die Federhülse 15 erreichen ihren gemeinsamen Endanschlag. Damit ist auch der Ventilkegel 42 vollständig geöffnet. Die Haltelemente 12 fallen teilweise durch die Schwerkraft in eine umlaufende Nut 81 des Tanknippels 80.
  • Die Figur 4e zeigt eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung K der Figur 4a im verrasteten Zustand am fahrzeugseitigen Tanknippel 80. Dabei wird die Schiebehülse 11 durch eine Feder 17 nach vorne in Richtung des Tanknippels 80 geschoben. Die Mitnehmer 13 übertragen diese Bewegung auf die Spannhülse 14, wodurch die Halteelemente 12 unabhängig von der Schwerkraft in die Nut 81 des Tanknippels 80 gedrückt werden.
  • Die Figur 4f zeigt eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung K der Figur 4a beim Verrasten am fahrzeugseitigen Tanknippel 80. Das weitere Bewegen der Schiebehülse 11 in ihre Endlage verriegelt die Halteelemente 12 und ermöglicht somit eine formschlüssige tragende Verbindung.
  • Die Figur 4g zeigt eine längsgeschnittene Teilansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung K der Figur 4a im verrasteten Zustand am fahrzeugseitigen Tanknippel 80, bei der die Schiebehülse 11 beim Erreichen ihrer Endlage den Kupplungssensor 20 (hier nicht dargestellt), beispielsweise einen Tastschalter betätigt, der ein Signal generiert, welches von der Steuereinheit 100 als Bestätigung für einen korrekten Anschluss aufgenommen wird. Die Steuereinheit 100 bestätigt diesen Zustand gegenüber der Tankstelle T.
  • Die Tankstelle T antwortet mit einem weiteren Befehl an die Steuereinheit 100, welche einen SMA-Aktuator 31 (gezeigt in Figur 4h) innerhalb der Tankkupplung K aktiviert, der eine unbeabsichtigte oder missbräuchliche Betätigung derselben verhindert. Sobald dieser SMA-Aktuator 31 aktiv ist, sendet die Steuereinheit 100 ein weiteres Bestätigungssignal an die Tankstelle, die daraufhin den Betankungsprozess freigibt.
  • Die Figur 4h zeigt eine längsgeschnittene Teilansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung K der Figur 4a mit geschlossener Verriegelung 30, die den SMA-Aktuator 31, den Sicherungsstift 32 mit umlaufendem Absatz 36, den Schwenkriegel 33 und die U-förmige Aufnahme 35 des Mitnehmers 34 umfasst, der hier durch den Mitnehmer 13 der Figur 3a verwirklicht ist. Die Tankstelle sendet ein Signal an die elektronische Steuerung 100, welche daraufhin den SMA-Aktuator 31 bestromt. Dessen FGL (Formgedächtnislegierung) -Draht zieht sich zusammen und löst so die Verriegelung 30 aus.
  • Die Figur 4i zeigt eine längsgeschnittene Teilansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung K der Figur 4a in Betankungsstellung. Wenn der Schwenkriegel 33 in der Endposition ist und somit den Mitnehmer 13 blockiert, schließt ein als konischer Kegel ausgestalteter, umlaufender Absatz 36 an dem Sicherungsstift 32 einen als Tastschalter ausbildeten Verriegelungssensor 60, dessen Signal kontinuierlich durch die Steuereinheit 100 überwacht wird. Sollte dieses Signal während des Betankens ausfallen, generiert und sendet diese eine Fehlermeldung an die Tankstelle T, nach welcher der Betankungsvorgang unterbrochen werden müsste. Durch das Betätigen eines als Druckknopf am Handgriff ausgestalteten Bedienelements 120 wird durch die Steuereinheit 100 ein magnetisch angetriebenes Vorsteuerventil an einem 3-Anschlüsse / 2-Schaltstellungen-Ventil aktiviert, wodurch der Tankprozess gestartet wird. Hierbei sendet die Steuereinheit 100 ein Startsignal an die Tankstelle T, die ihrerseits den Druckaufbau in der Fluidpassage 41' zur Betankung einleitet.
  • Die Figuren 4j bis 4n verdeutlichen einzelne Vorgänge beim Abschließen einer erfindungsgemäßen Tankkupplung K von einem fahrzeugseitigen Tanknippel 80.
  • Die Figur 4j zeigt eine längsgeschnittene Teilansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung K der Figur 4a nach Öffnen der Verriegelung 30. Der Betankungsvorgang kann durch das erneute Betätigen des Druckknopfes 120 im Handgriff oder durch die Tankstellensteuerung selbst beendet werden. In beiden Fällen erkennt die Steuereinheit 100 den Befehl und schaltet die Vorsteuerung des 3-Anschlüsse / 2-Schaltstellungen-Ventils aus, womit dieses in seine Ausgangslage zurückfährt und auf Entlüftung der Betankungsleitung 41' umschaltet. Ein Drucksensor 52 an der Tankkupplung K selbst oder im Tankstellenbereich meldet der Tankstelle T, wenn nur noch ein Druck von 5 bar oder weniger in der Entlüftungsleitung 41" ansteht. Die Tankstelle T sendet ein Abschlusssignal an die Steuereinheit 100, die daraufhin den SMA-Aktuator 31 deaktiviert. Über die Verriegelung 30 wird dann die Blockade des Mitnehmers 13 aufgehoben.
  • Die Figur 4k zeigt eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung K der Figur 4a beim Entsichern vom fahrzeugseitigen Tanknippel 80. Der Nutzer zieht die Schiebehülse 11 zurück und damit über die Mitnehmer 13 auch die Spannhülse 14. Erreicht die Schiebehülse 11 und somit die Spannhülse 14 ihre Endposition, können sich die Halteelemente 12 und die Kugeln 16 radial nach außen bewegen. Dadurch werden der Tanknippel 80 und die Federhülse 15 frei beweglich. In dieser Figur sind zudem die in Figur 4j wie in den nachfolgenden Figuren beschriebenen Verriegelungskomponenten 31, 32, 33, 34 und 36 in einer Seitenansicht erkennbar.
  • Die Figur 4l zeigt eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung K der Figur 4a beim Schließen der Fluidpassage 41 des Füllstutzens 10. Getrieben durch eine Druckfeder 18 drückt die Federhülse 15 den Tanknippel 80 aus der Tankkupplung K heraus. Dies unterstützt den Nutzer beim Abschließen, wobei er die Hauptkraft aufbringen muss. Der Ventilkegel 42 beginnt sich in Richtung Ventilsitz 45 zu bewegen und die Fluidpassage 41 des Füllstutzens 10 zu schließen.
  • Die Figur 4m zeigt eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung K der Figur 4a bei vollständig geschlossener Fluidpassage 41 des Füllstutzens 10 durch den geschlossenen Ventilkegel 42. Der Ventilschaft 44 ist nicht mehr mit dem Dichtungspaket des Tanknippels 80 im Eingriff. Die Federhülse 15 schiebt den Tanknippel 80 weiterhin aus der Tankkupplung K hinaus.
  • Die Figur 4n zeigt eine längsgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Tankkupplung K der Figur 2 beim Abziehen vom fahrzeugseitigen Tanknippel 80. Die Federhülse 15 erreicht ihren Endanschlag. Ab nun muss der Nutzer die Tankkupplung K selbstständig abziehen. Die Mechanik hat wieder ihre Anfangsposition erreicht.
  • Die Figuren 5a bis 5e stellen unterschiedliche Bauarten von Betankungsventilen dar, wie diese in einem erfindungsgemäßen Betankungssystem B zur Anwendung kommen können.
  • Die Figur 5a zeigt eine schematische quergeschnittene Ansicht einer ersten Bauart eines Hauptventils in dem erfindungsgemäßen Betankungssystem B für einen Druck von ungefähr 8,75 x 107 N/m2 (875 bar). Diese stellt ein 3-Anschlüsse / 2-Schaltstellungen-Ventil dar, mit einer Fluidpassage 41, die über ein Betankungsventil 40 und ein damit gekoppeltes Entlüftungsventil 41' zwischen einer Fluidpassage zur Betankung 41' und einer Fluidpassage zur Entlüftung 41" schaltbar ist. Zum Öffnen und Schließen des Betankungsventils 40 beziehungsweise des Entlüftungsventils 41' ist ein SMA-Aktuator 70 vorgesehen, der das Betankungsventil 40 entgegen eine Rückstellfeder öffnet und das Entlüftungsventil 41' entgegen der Kraft dieser Feder schließt, und umgekehrt. Ein Federdraht des SMA-Aktuators 70 wird dabei axial dynamisch gedichtet, wobei der Federdraht und ein jeweiliger Absperrkörper des Betankungsventils 40 und Entlüftungsventils 40' fest miteinander verbunden und kardanisch gelagert sind. Die Rückstellfeder ermöglicht dabei eine NC-Ausführung.
  • Die Ausführung als Schiebeventil hat den Vorteil, dass die zum Schalten benötigten Kräfte deutlich reduziert werden, vor allem wenn die Schieberelemente in Keramik ausgeführt werden. Denn dadurch werden die Reibkoeffizienten um ein Vielfaches reduziert, als wenn man diese metallisch ausführen würde. Außerdem sind keramische Elemente äußerst verschleißfest und nahezu unempfindlich gegenüber Fremd- und Schmutzpartikeln. Im Falle einer Ausführung als 3-Anschlüsse / 2-Schaltstellungen-Ventil spart der Tankstellenbetreiber darüber hinaus eine signifikante Menge an H2 nach jedem Betankungsvorgag, die in die eigenen H2-Tanksysteme zurückgeführt werden. Sollte der Tankstellenbetreiber über eine eigene Entlüftungsleitung verfügen, wäre das hier beschriebene Hauptventil auch als 2-Anschlüsse / 2-Schaltstellungen-Ventil betreibbar.
  • Die Figur 5b zeigt eine schematische quergeschnittene Ansicht einer zweiten Bauart eines Hauptventils in einem erfindungsgemäßen Betankungssystem B für einen Druck von ungefähr 8,75 x 107 N/m2 (875 bar). Dieses Hauptventil ist als 3-Anschlüsse / 2-Schaltstellungen- Ventil ausgeführt, mit einem Betankungsventil 40 und einem Entlüftungsventil 40', die wechselseitig geöffnet und geschlossen werden können. Die Ventile 40, 40' werden über einen elektrischen Motor 70' angetrieben, wobei die Absperrkörper der Ventile 40, 40' über eine nicht selbsthaltende Motorspindel fest miteinander verbunden und kardanisch gelagert sind, wobei die Motorspindel nicht selbsthaltend ist. Damit ist eine wechselseitige Schaltung zwischen einer Fluidpassage 41' zur Betankung und einer Fluidpassage 41 des Füllstutzens 10, und umgekehrt zwischen der Fluidpassage 41 des Füllstutzens 10 und einer Fluidpassage zur Entlüftung 41" möglich. Der elektrische Motor 70' ist vorzugsweise als Schrittmotor ausgestaltet und wird über eine GTMS-Kabeldurchführung 71 mit Strom versorgt. Dadurch kann der elektrische Motor 70' im Inneren des Hauptventils angeordnet und selbst bei hohen Drücken bis zu 2,00 x 107 N/m2 (2000 bar) langlebig und ohne Leistungsverluste gegen die Umgebung abgekapselt werden, was mit ansonsten erforderlichen Kunststoffdichtungen, insbesondere dynamischen Kunststoffdichtungen nicht möglich wäre.
  • Die Figur 5c zeigt eine schematische quergeschnittene Ansicht einer dritten Bauart eines Hauptventils in einem erfindungsgemäßen Betankungssystem B für einen Druck von ungefähr 8,75 × 107 N/m2 (875 bar). Dieses Hauptventil ist hier als 2-Anschlüsse / 2-Schaltstellungen-Ventil ausgeführt, mit einem Betankungsventil 40, das zur Betankung geöffnet und geschlossen werden kann, so dass die Fluidpassage zur Betankung 41' mit der Fluidpassage 41 des Füllstutzens 10 fluidisch kommunizieren kann. Das Betankungsventil 40 wird von einem elektrischen Motor 70' angetrieben, der außen am Hauptventil platziert ist, welches in der Folge eine Drehdurchführung 71 für die Motorspindel mit dynamischen Kunststoffdichtungen erfordert. Ein Absperrkörper des Ventils 40 ist über die nicht selbsthaltende Motorspindel fest miteinander angebunden und kardanisch gelagert sind, wobei die Motorspindel nicht selbsthaltend ist. Dieses Hauptventil soll insbesondere dort zum Einsatz kommen, wo eine Tankstelle T bereits eine eigene Entlüftungsleitung vorsieht, die vor Abschließen (Abnehmen) einer Tankkupplung K von dem fahrzeugseitigen Tanknippel 80 geöffnet wird. Damit liegt eine besonders preisgünstige Alternative eines Hauptventils vor, die noch dazu mit einer einfachen Schenkelfeder 72 zu montieren wäre.
  • Die Figur 5d zeigt eine schematische quergeschnittene Ansicht einer vierten Bauart eines Hauptventils in einem erfindungsgemäßen Betankungssystem B für einen Druck von ungefähr 8,75 × 107 N/m2 (875 bar). Dieses Hauptventil dem der Figur 5c, ist aber als 3-Anschlüsse / 2-Schaltstellungen- Ventil ausgeführt, mit einem Betankungsventil 40 und einem zusätzlichen Entlüftungsventil 40', die wechselseitig geöffnet und geschlossen werden können. Dieses Hauptventil ist eine preisgünstige Alternative in einer Situation, in welcher keine tankstellenseitige Entlüftung der Fluidpassage 41 des Füllstutzens 10 möglich ist.
  • Die Figur 5e zeigt eine schematische quergeschnittene Ansicht einer fünften Bauart eines Hauptventils in einem erfindungsgemäßen Betankungssystem B für einen Druck von ungefähr 8,75 × 107 N/m2 (875 bar). Dieses Hauptventil weist noch ein Vorsteuerventil 40" zur Ansteuerung des Betankungsventils 40 auf, im Wechsel mit einem Entlüftungsventil 40' öffnet und schließt. Diese Bauart eines Hauptventils erfordert einen vergleichsweise schwachen elektrischen Motor, so dass ein Magnetantrieb 70" ausreichend ist, der auch außen am Hauptventil platzierbar ist. Für das Zusammenspiel zwischen dem Betankungsventil 40 und Entlüftungsventil 40' gilt das bereits zu den vorstehenden Figuren ähnlicher Bauart Gesagte.
  • Mit Blick auf die vorstehende näher erläuterten Ausführungsformen eines Hauptventils wird deutlich, dass sowohl 2- als auch 3-Anschlüsse / 2-Schaltstellungen-Ventile mit oder ohne Vorsteuerung und unterschiedlichen Antrieben zum Einsatz kommen können, solange das Dichtungskonzept auf das hohe Druckniveau angepasst ist. Wenn das Hauptventil in die Tankkupplung K zu integrieren wäre, also mit der Tankkupplung eine gemeinsame Baugruppe bildet, wären Motoren / Aktuatoren zu wählen, die stark genug und gleichzeitig klein genug sind, um beispielsweise im Handgriff einer Tankkupplung K untergebracht zu werden. Größere Hauptventile könnten dagegen seitens einer Tankstelle T zum Einsatz kommen, wenn die Tankkupplung K beispielsweise besonders handlich gehalten werden soll. In jedem Fall steht mit den vorstehenden Ausführungsformen ein jeweiliges Design zur Verfügung, dass eine flexible, zuverlässige und zudem sichere Schaltung der Fluidpassagen ermöglicht.
  • Die Figur 6 zeigt den Ablauf eines erfindungsgemäßen Betankungsverfahrens V für erfindungsgemäße Tankkupplung K. Die einzelnen Schritte und Aktionen sind der nachstehenden Liste zu entnehmen. Zwischen diesen Schritten können auch Zeitintervalle implementiert sein, die dem Nutzer Informationen zum Verfahrensstand geben und möglicherweise auch dessen Bestätigung erfordern, beispielweise über die Anzeige 110 und das Bedienelement 120. Damit lässt sich die Transparenz des Ablaufs erhöhen und potentielle Nutzerfehler ausschließen.
    Schritt Aktion
    A Steuereinheit in Bereitschaftszustand (Bestromung)
    B Verriegelung schließen
    C Betankungsventil öffnen
    D Nutzereingabe / Signal Druck- oder Füllstandsensor
    E Betankungsventil schließen und Entlüftungsventil öffnen
    F Verriegelung öffnen
    G Steuereinheit in den Ruhezustand (keine Bestromung)
    I Informationsausgabe (Bestätigung oder Fehler)
    Schritt Abfrage
    a Tankkupplung von einem Dispenser entnommen ?
    b Tankkupplung auf einen Tanknippel aufgesetzt ?
    c Verriegelung geschlossen ?
    d Betankungsventil geöffnet ?
    e Betankung beendet ?
    f Betankungsventil geschlossen und Entlüftungsventil geöffnet ?
    g Tankkupplung wieder am Dispenser ?
    Kürzel Entscheidung
    Y Ja
    N Nein
  • Bei dem Betankungsverfahren V wird demnach in Schritt a zunächst geprüft, ob die Tankkupplung K von dem Dispenser einer Tankstelle T entnommen wurde. Ist dies der Fall (Y), wird in Schritt A die Steuereinheit 100 durch Bestromung in einen Bereitschaftszustand versetzt. Die Bestromung kann zum Beispiel durch einen Entfernungssensor 50 ausgelöst werden, welcher die Entnahme der Tankkupplung K vom Dispenser der Tankstelle T erfasst. Der Bereitschaftszustand der Steuereinheit 100 kann an eine Anzeige 110 signalisiert werden (I), die dem Nutzer die ordnungsgemäße Funktion des Betankungssystems B mitteilt. Der Nutzer kann einen Füllstutzen 10 der Tankkupplung K dann auf einen Tanknippel 80 aufsetzen, was in Schritt b geprüft wird. Das korrekte Aufsetzen des Füllstutzens 10 kann ebenfalls an die Anzeige 110 signalisiert werde (I), um dem Nutzer eine Rückmeldung zur richtigen Bedienung der Tankkupplung K zu geben. Ist dies der Fall (Y), wird in Schritt Beine Verriegelung 30 der Tankkupplung Kam Tanknippel geschlossen.
  • In einem nachfolgenden Schritt c wird dies überprüft, und bei geschlossener Verriegelung 30 zum Schritt C weitergeleitet (Y), in dem ein Betankungsventil 40 auf eine Nutzereingabe (Start der Betankung) D geöffnet werden kann. Die Überprüfung in Schritt c wird dabei vom Beginn bis zum Ende der Betankung, das heißt zwischen den Schritten C (Betankungsventil öffnen) und E (Betankungsventil schließen) fortlaufend durchgeführt, um gerade in diesem kritischen Verfahrensabschnitt eine Sicherheit gegen unbeabsichtigtes Entriegeln der Tankkupplung K von Tanknippel 80 zu gewinnen. Sollte in Schritt c dagegen eine fehlerhaft oder nicht geschlossene Verriegelung 30 erfasst werden (N), wird zum Schritt E übergeleitet, in dem sichergestellt wird, dass das Betankungsventil 40 geschlossen und ein Entlüftungsventil 40' geöffnet ist.
  • In einem weiteren Schritt d wird schließlich überprüft, ob das Betankungsventil 40 geöffnet wurde und nur in dem Fall, wo dies nicht der Fall sein sollte (N), wird zu Schritt E übergeleitet, in dem sichergestellt wird, dass das Betankungsventil 40 geschlossen und ein Entlüftungsventil 40' geöffnet ist. Anderenfalls (Y) wird Schritt e eingeleitet, in dem geprüft wird, ob die Betankung durch eine Nutzereingabe (Ende der Betankung) oder ein Signal eines Druck- oder Füllstandsensors (Tank voll) D beendet ist. Eine solche Beendigung kann ebenfalls an die Anzeige 110 signalisiert werden (I), um dem Nutzer Sicherheit über den Betankungszustand zu geben. Bis zur Beendigung läuft die Betankung eines Fahrzeugs weiter. Ist ein Ende der Betankung gewünscht (auf Nutzereingabe) oder wird diese automatisch eingeleitet (auf Druck- oder Füllstandsignal), wird in Schritt E das Betankungsventil 40 geschlossen und das Entlüftungsventil 40' geöffnet, um die Tankkupplung K gefahrlos vom Tanknippel 80 abziehen zu können.
  • Ob das Betankungsventil 40 geschlossen und das Entlüftungsventil 40' geöffnet ist, wird in Schritt f geprüft. Ist dies nicht der Fall (N), springt das Betankungsverfahren V sicherheitshalber wieder zu Schritt B zurück, in dem die Verriegelung 30 geschlossen und in Schritt c auch überprüft wird, ob dies der Fall ist. Ein Abziehen der druckbelasteten Tankkupplung K vom Tanknippel 80 wird dadurch ausgeschlossen. Ist dagegen sichergestellt, dass das Betankungsventil 40 geschlossen und das Entlüftungsventil 40' geöffnet ist (Y), wird zu Schritt F weitergeleitet, in dem die Verriegelung 30 geöffnet wird. Der Nutzer kann die Tankkupplung K dann von dem Tanknippel 80 abziehen und wieder am Dispenser der Tankstelle T einhängen, was in Schritt g überprüft wird. Ein korrektes Einhängen der Tankkupplung K am Dispenser kann auch wieder der Anzeige 110 signalisiert werden (I), um dem Nutzer auch bezüglich des korrekten Abschlusses des Betankungsvorgangs Sicherheit zu geben. Ist die Tankkupplung K wieder am Dispenser eingehängt (Y), wird im abschließenden Schritt G die Steuereinheit 100 wieder stromlos gestellt, um Energie zu sparen.
  • Das vorstehende Betankungsverfahren ist einfach, zuverlässig und sicher durchzuführen und stellt nur einen grundlegenden Ablauf dar, wie dieser in einem erfindungsgemäßen Steuerungssystem S beispielsweise software-technisch implementiert sein kann. Je nachdem, welche spezifischen Anforderungen an das Betankungssystem gestellt werden, beispielsweise eine Integration des Hauptventils in die Tankstelle oder dort verbaute Sensoren, kann das Betankungsverfahren weitere Schritte aufweisen, die zur Koordination der einzelnen Funktionskomponenten erforderlich sind. Das Steuerungssystem S umfasst dafür eine Steuereinheit 100, die computerähnlich aufgebaut ist, und zumindest einen Hauptprozessor, einen Arbeitsspeicher, einen Programm- und Datenspeicher und eine Kommunikationsschnittstelle, insbesondere auf Basis eines I2C (Inter-Integrated-Circuit)-Busses, umfasst. Die Steuereinheit 100 kann dabei gleichsam zum Senden, Empfangen und Verarbeiten von Daten einer Datenschnittstelle der Tankkupplung K ausgebildet sein.
  • Das Betankungsverfahren kann die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, auf das von einem computerverwendbaren oder computerlesbaren Medium zugegriffen werden kann, das Programmcode zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem Computer oder einem beliebigen Befehlsausführungssystem bereitstellt. Für die Zwecke dieser Beschreibung kann ein computernutzbares oder computerlesbares Medium jede Vorrichtung sein, die das Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit dem Befehlsausführungssystem, der Vorrichtung oder dem Gerät enthalten, speichern, übertragen, verbreiten oder transportieren kann. Das Medium kann ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitersystem (oder eine Vorrichtung oder ein Gerät) oder ein Computernetzwerk sein. Beispiele für ein computerlesbares Medium umfassen einen Halbleiter- oder Festkörperspeicher, ein Magnetband, eine entfernbare Computerdiskette, einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), eine starre Magnetplatte und eine optische Platte oder das Internet. Gegenwärtige Beispiele optischer Disks umfassen Compact Disk, Read Only Memory (CD-ROM), Read/Write (CD-RW) und DVD.
    • Bezugszeichenliste
    • B
    Betankungssystem
    K
    Tankkupplung
    S
    Steuerungssystem
    U
    Stromversorgung
    V
    Betankungsverfahren
    10
    Füllstutzen
    11
    Schiebehülse
    12
    Halteelement
    13
    Mitnehmer
    14
    Spannhülse
    15
    Federhülse
    16
    Kugeln
    17
    Feder
    18
    Feder
    19
    Griffbereich
    20
    Kupplungssensor
    21
    Ausnehmung
    30
    Verriegelung
    31
    SMA-Aktuator
    32
    Sicherungsstift
    33
    Schwenkriegel
    34
    Mitnehmer
    35
    U-förmige Aufnahme
    36
    Umlaufender Absatz
    40
    Betankungsventil
    40'
    Entlüftungsventil
    40"
    Vorsteuerventil
    41
    Fluidpassage des Füllstutzens
    41'
    Fluidpassage zur Betankung
    41"
    Fluidpassage zur Entlüftung
    42
    Ventilkegel
    43
    Feder
    44
    Ventilschaft
    45
    Ventilsitz
    50
    Entfernungssensor
    51
    Kommunikationsstrecke
    52
    Drucksensor
    60
    Verriegelungssensor
    70
    SMA-Aktuator
    70'
    Elektrischer Motor
    70"
    Magnetantrieb
    71
    GTMS-Kabeldurchführung
    72
    Drehdurchführung
    73
    Schenkelfeder
    80
    Tanknippel
    81
    Nut des Tanknippels
    100
    Steuereinheit
    101
    Elektrische Leitung
    110
    Anzeige
    120
    Bedienelement
    130
    Datenschnittstelle
    140
    Purge-System

Claims (35)

  1. Tankkupplung (K) zum An- und Abschließen einer Betankungsleitung an einen / von einem fahrzeugseitigen Tanknippel (80), insbesondere zur Betankung eines Fahrzeugs mit Gasen, vorzugsweise mit Wasserstoff, mit einem Füllstutzen (10), umfassend eine Schiebehülse (11) zum Öffnen einer Rastverbindung des Füllstutzens (10) an dem fahrzeugseitigen Tanknippel (80), und umfassend eine Fluidpassage (41) zum Durchleiten des Gases durch den Füllstutzen (10), und mit einem Kupplungssensor (20) zum Erfassen eines Verbindungszustands des Füllstutzens (10) an dem fahrzeugseitigen Tanknippel (80) und zum Erzeugen eines Signals basierend auf diesem Verbindungszustand, und mit einer druckunabhängig elektrisch betreibbaren Verriegelung (30) zum Verriegeln und Freigeben des Füllstutzens (10) an dem fahrzeugseitigen Tanknippel (80).
  2. Tankkupplung (K) nach Anspruch 1, bei der die elektrisch betreibbare Verriegelung (30) einen SMA (Shape Memory Alloy)-Aktuator (31), einen elektrischen Mikromotor oder einen Magnetantrieb zum Verriegeln und Freigeben des Füllstutzens (10) an dem fahrzeugseitigen Tanknippel umfasst.
  3. Tankkupplung (K) nach Anspruch 2, bei der mittels des SMA (Shape Memory Alloy)-Aktuators (31), des elektrischen Mikromotors oder des Magnetantriebs ein Sicherungsstift (32) verschiebbar ist, der mit einem Schwenkriegel (33) in Verbindung steht, welcher gegen die Schiebehülse (11) in Anschlag bringbar ist.
  4. Tankkupplung (K) nach Anspruch 3, bei der der Schwenkriegel (33) gegen einen Mitnehmer (34) der Schiebehülse (11) in Anschlag bringbar ist.
  5. Tankkupplung (K) nach Anspruch 4, bei der der Mitnehmer (34) in einer U-förmigen Aufnahme (35) haltbar ist, wenn der Schwenkriegel (33) dagegen in Anschlag liegt.
  6. Tankkupplung (K) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der der Sicherungsstift (32) einen umlaufenden Absatz (36) zum Erfassen eines Verriegelungszustands aufweist.
  7. Tankkupplung (K) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Verriegelungssensor (60) zum Erfassen eines Verriegelungszustands des Füllstutzens (10) an dem fahrzeugseitigen Tanknippel, und zum Erzeugen eines Signals basierend auf diesem Verriegelungszustand.
  8. Tankkupplung (K) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der Kupplungssensor (20) in eine radial innenliegende, einseitig gefaste Ausnehmung (21) der Schiebehülse (11) eingreift.
  9. Tankkupplung (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Entfernungssensor (50) zum Erfassen eines Entnahmezustands des Füllstutzens (10) von einem Dispenser einer Tankstelle (T), und zum Erzeugen eines Signals basierend auf diesem Entnahmezustand.
  10. Tankkupplung (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Datenschnittstelle (130), insbesondere einer austauschbaren Datenschnittstelle (130), zum Übertragen von Informationen an ein Fahrzeug oder einen Dispenser und / oder zum Empfangen von Informationen von einem Fahrzeug oder einem Dispenser.
  11. Tankkupplung (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Gasverdrängungs(Purge)-System (140) zum Einleiten eines inerten Gases in den Bereich von Halteelementen (12) des Füllstutzens (10).
  12. Betankungssystem (B) für Fahrzeuge mit Gasen, vorzugsweise mit Wasserstoff, mit einer Tankkupplung (K) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Drucksensor (52) zum Erfassen eines Drucks in der Tankkupplung (K), und zum Erzeugen eines Signals basierend auf dem Druck, und mit wenigstens einem elektrisch betreibbaren Betankungsventil (40) zum Öffnen und Schließen der Fluidpassage (41) zur Betankung eines Fahrzeugs.
  13. Betankungssystem (B) nach Anspruch 12, bei dem das elektrisch betreibbare Betankungsventil (40) mittels eines SMA (Shape Memory Alloy)-Aktuators (70), eines elektrischen Motors (70') oder eines Magnetantriebs (70") verstellbar ist.
  14. Betankungssystem (B) nach Anspruch 13, bei dem der SMA (Shape Memory Alloy)-Aktuator (70), der elektrische Motor (70') oder der Magnetantrieb (70") über eine GTMS (Glas To Metall Seal)-Kabeldurchführung (71) elektrisch kontaktierbar ist.
  15. Betankungssystem (B) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem das elektrisch betreibbare Betankungsventil (40) ein 2-Anschlüsse / 2-Schaltstellungen-Ventil ist, das stellungsabhängig eine Fluidpassage (41') zur Betankung öffnet oder schließt.
  16. Betankungssystem (B) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem das elektrisch betreibbare Betankungsventil (40) ein 3-Anschlüsse / 2-Schaltstellungen-Ventil ist, das stellungsabhängig eine Fluidpassage zur Betankung (41') öffnet und eine Fluidpassage (41") zur Entlüftung der Tankkupplung (K) schließt, und umgekehrt.
  17. Betankungssystem (B) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem die Tankkupplung (K) und das elektrisch betreibbare Betankungsventil (40) eine gemeinsame Baugruppe bilden.
  18. Betankungssystem (B) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem die Tankkupplung (K) und der Drucksensor (52) eine gemeinsame Baugruppe bilden.
  19. Steuerungssystem (S) für ein Betankungssystem (B) nach einem der Ansprüche 12 bis 18 zum Betanken von Fahrzeugen mit Gasen, vorzugsweise mit Wasserstoff, mit einer Steuereinheit (100), die zum Empfangen und Verarbeiten von Signalen des Entfernungssensors (50), des Kupplungssensors (20) und des Drucksensors (52), und zum Senden von Signalen an die Verriegelung (30) und das Betankungsventil (40), basierend auf einem Verarbeitungsergebnis der von dem Entfernungssensor (50) und dem Kupplungssensor (20) empfangenen Signale, ausgebildet ist.
  20. Steuerungssystem (S) nach Anspruch 19, bei dem die Steuereinheit (100) weiterhin zum Senden von Signalen an eine Tankstelle (T) sowie zum Empfangen und Verarbeiten von Signalen der Tankstelle (T) ausgebildet ist, insbesondere zum Signalisieren eines Kupplungszustands und / oder Verriegelungszustands des Füllstutzens (10) an einem fahrzeugseitigen Tanknippel, zum Signalisieren eines Starts oder / eines Stopps der Betankung, zum Signalisieren einer Fehlermeldung und / oder zum Empfangen und Verarbeiten von Bestätigungs-, Steuerungs- und Drucksignalen der Tankstelle (T).
  21. Steuerungssystem (S) nach Anspruch 20, bei dem die Steuereinheit (100) zum Empfangen und Verarbeiten eines Steuerungssignals von der Tankstelle (T), und basierend auf einem Verarbeitungsergebnis zum Aktivieren des Verriegelns und Freigebens des Füllstutzens (10) an / von dem fahrzeugseitigen Tanknippel, und zum Senden des Verriegelungszustands an die Tankstelle (T) ausgebildet ist.
  22. Steuerungssystem (S) nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem eine mit der Steuereinheit (100) elektrisch verbundene optische und / oder akustische Anzeige (110) vorgesehen ist, an die ein Betriebszustand des Betankungssystems (B) signalisierbar ist.
  23. Steuerungssystem (S) nach einem der Ansprüche 19 bis 22, bei dem ein mit der Steuereinheit (100) elektrisch verbundenes Bedienelement (120), insbesondere ein Druckknopf, vorgesehen ist, über den ein Betankungswunsch an das Steuerungssystem (S) signalisiert werden kann.
  24. Steuerungssystem (S) nach Anspruch 23, bei dem das Bedienelement (120) und die Anzeige (110) integral miteinander ausgeführt sind, und insbesondere aus einem abhängig von einem Systemzustand des Steuerungssystems (S) farblich unterschiedlich leuchtenden Druckknopf bestehen.
  25. Steuerungssystem (S) nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei dem die Steuereinheit (100) zur fortlaufenden Überprüfung eines Entfernungszustands und /oder eines Verbindungszustands und / oder eines Verriegelungszustands des Füllstutzens (10) basierend auf Signalen ausgebildet ist, die von der Steuereinheit (100) empfangen werden.
  26. Steuerungssystem (S) nach Anspruch 25, bei dem die Steuereinheit (100), basierend auf dem Überprüfungsergebnis, zum Abbruch einer Betankung durch Signalisieren eines Schließens des Betankungsventils (40) ausgebildet ist.
  27. Steuerungssystem (S) nach einem der Ansprüche 19 bis 26, bei dem die Steuereinheit (100) tankkupplungsseitig oder tankstellenseitig in das Betankungssystem (B) integriert ist.
  28. Betankungsverfahren (V) zum Steuern einer Betankung von Fahrzeugen mit Gasen, vorzugsweise mit Wasserstoff, mit einem Steuerungssystem nach Ansprüchen 19 bis 27, bei dem
    in einem Schritt (A) die Steuereinheit (100) zum Steuern einer Betankung in einen Bereitschaftszustand versetzt wird, wenn die Tankkupplung (K) zum Betanken von Fahrzeugen von einem Dispenser einer Tankstelle (T) entnommen wird und / oder anschließend der Füllstutzen (10) an einen fahrzeugseitigen Tanknippel aufgesetzt wird,
    in einem Schritt (B) eine Verriegelung (30) des Füllstutzens (10) zum Verriegeln der Tankkupplung (K) an dem fahrzeugseitigen Tanknippel von der Steuereinheit (100) aktiviert wird, nachdem die Tankkupplung (K) von dem Dispenser der Tankstelle (T) entnommen und der Füllstutzen (10) auf den fahrzeugseitigen Tanknippel aufgesetzt wurde,
    in einem Schritt (C) von der Steuereinheit (100) ein Betankungsventil (40) zum Öffnen einer Fluidpassage (41') zur Betankung eines Fahrzeugs aktiviert wird, wenn der Steuereinheit (100) signalisiert wird, dass der Füllstutzen (10) an dem fahrzeugseitigen Tanknippel verriegelt ist,
    in einem Schritt (D) von der Steuereinheit (100) das Betankungsventil (40) zum Schließen der Fluidpassage (41') zur Betankung eines Fahrzeugs aktiviert wird, wenn der Steuereinheit (100) signalisiert wird, dass der Betankungsvorgang beendet ist,
    in einem Schritt (E) die Verriegelung (30) des Füllstutzens (10) von der Steuereinheit (100) zum Freigeben der Tankkupplung (K) von dem fahrzeugseitigen Tanknippel aktiviert wird, wenn der Steuereinheit (100) signalisiert wird, dass die Fluidpassage (41") zur Entlüftung der Tankkupplung (K) geöffnet ist.
  29. Betankungsverfahren (V) nach Anspruch 28, bei dem in einem Schritt (F) von der Steuereinheit (100) das Betankungsventil (40) zum Öffnen einer Fluidpassage (41") zur Entlüftung der Tankkupplung (K) aktiviert wird, wenn der Steuereinheit (100) signalisiert wird, dass der Betankungsvorgang beendet ist.
  30. Betankungsverfahren (V) nach Anspruch 28 oder 29, bei dem die Steuereinheit (100) überprüft, ob ein Verbindungszustand und / oder ein Verriegelungszustand des Füllstutzens (10) an dem fahrzeugseitigen Tanknippel elektrisch erfassbar ist.
  31. Betankungsverfahren (V) nach einem der Ansprüche 28 bis 30, bei dem die Verriegelung (30) des Füllstutzens (10) an dem fahrzeugseitigen Tanknippel bei geöffnetem Betankungsventil (40) zwangsarretiert ist und sensorisch überwacht wird, und das Betankungsventil (40) von der Steuereinheit (100) zum Schließen der Fluidpassage (41') zur Betankung aktiviert wird, wenn der Steuereinheit (100) signalisiert wird, dass der Füllstutzen (10) nicht oder nicht mehr ordnungsgemäß verriegelt ist.
  32. Betankungsverfahren (V) nach einem der Ansprüche 28 bis 31, bei dem in einem Schritt (G) von der Steuereinheit (100) das Betankungsventil (40) zum Schließen der Fluidpassage (41') zur Betankung aktiviert wird, wenn der Steuereinheit (100) durch einen Nutzer oder durch einen Druck- oder Füllstandssensor signalisiert wird, dass die Betankung zu beenden ist.
  33. Betankungsverfahren (V) nach einem der Ansprüche 28 bis 32, bei dem die Steuereinheit (100) mit dem Dispenser der Tankstelle (T) kommuniziert, um einen Entnahmezustand der Tankkupplung (K) von dem Dispenser zu erfassen.
  34. Betankungsverfahren (V) nach einem der Ansprüche 28 bis 33, bei dem die Steuereinheit (100) in einen Ruhezustand versetzt wird, wenn keine Entnahme der Tankkupplung (K) von dem Dispenser signalisiert wird.
  35. Verwendung eines Steuerungssystems (S) nach einem der Ansprüche 19 bis 27 zur Durchführung eines Betankungsverfahrens (V) nach einem der Ansprüche 28 bis 34, insbesondere zur Betankung von LKW mit Wasserstoff.
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