TANKKUPPLUNG, BETANKUNGSSYSTEM, STEUERUNGSSYSTEM UND BETANKUNGSVERFAHREN

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.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] 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

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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).

[0007] Ein dynamisches Dichtungskonzept, das auf einem solchen Druckniveau dauerlauffähig ist, ist aktuell nicht bekannt.

Aufgabe der Erfindung

[0008] 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

[0009] 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.

[0010] 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

[0011] Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Tankkupplung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0012] 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.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] 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.

[0017] 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.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] 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.

[0021] 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.

[0022] 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.

[0023] 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

[0024] Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Betankungssystems sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0025] 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.

[0026] 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.

[0027] 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.

[0028] 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.

[0029] 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.

[0030] 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.

[0031] 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.

[0032] 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

[0033] Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Steuerungssystems sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0034] 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.

[0035] 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.

[0036] 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.

[0037] 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.

[0038] 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.

[0039] 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.

[0040] 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.

[0041] 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.

[0042] 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

[0043] 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,

[0044] 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,

[0045] 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,

[0046] 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,

[0047] 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.

[0048] 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

[0049] Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Betankungsverfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0050] 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.

[0051] 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.

[0052] 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.

[0053] 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.

[0054] 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.

[0055] 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.

[0056] 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.

[0057] 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

[0058] 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.

[0059] 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.

[0060] 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.

[0061] 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.

[0062] 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.

[0063] 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).

[0064] 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.

[0065] 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.

[0066] 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.

[0067] 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).

[0068] 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.

[0069] 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.

[0070] 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.

[0071] 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.

[0072] 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.

[0073] 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.

[0074] 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.

[0075] 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.

[0076] 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.

[0077] Die Figuren 4a bis 4i verdeutlichen einzelne Vorgänge beim Anschließen einer erfindungsgemäßen Tankkupplung K an einen fahrzeugseitigen Tanknippel 80.

[0078] 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.

[0079] 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.

[0080] 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.

[0081] 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.

[0082] 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.

[0083] 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.

[0084] 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.

[0085] 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.

[0086] 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.

[0087] 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.

[0088] Die Figuren 4j bis 4n verdeutlichen einzelne Vorgänge beim Abschließen einer erfindungsgemäßen Tankkupplung K von einem fahrzeugseitigen Tanknippel 80.

[0089] 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.

[0090] 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.

[0091] 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.

[0092] 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.

[0093] 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.

[0094] Die Figuren 5a bis 5e stellen unterschiedliche Bauarten von Betankungsventilen dar, wie diese in einem erfindungsgemäßen Betankungssystem B zur Anwendung kommen können.

[0095] 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.

[0096] 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.

[0097] 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.

[0098] 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.

[0099] 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.

[0100] 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.

[0101] 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.

[0102] 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

[0103] 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.

[0104] 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.

[0105] 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.

[0106] 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.

[0107] 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.

[0108] 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

[0109] 

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

Ansprüche

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.

Zeichnung