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DE102011113452A1 - Device for filling plastic compressed natural gas tank of motor car, has limiting unit for limiting gas pressure to reduced pressure by comparing gas pressure during beginning of refueling process with subsequent refueling pressure - Google Patents

Device for filling plastic compressed natural gas tank of motor car, has limiting unit for limiting gas pressure to reduced pressure by comparing gas pressure during beginning of refueling process with subsequent refueling pressure Download PDF

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DE102011113452A1
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refueling
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gas tank
limiting
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DE201110113452
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Stefan Krawinkel
Oktay Alkan
Kai-Uwe Tanke
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Original Assignee
Volkswagen AG
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Abstract

The device (22) has a limiting unit for limiting pressure of gas flowing into a plastic gas tank (12) of a vehicle. The unit limits the gas pressure to a reduced pressure by comparing the gas pressure during a beginning of a refueling process within a limited period with a subsequent refueling pressure. The limiting unit is integrated in an inner casing and an outer casing of a tank system of the gas tank or in a refueling device (24) of the vehicle. The limiting unit comprises a control and/or regulating element and is activated or deactivated by a switch. An independent claim is also included for a method for refueling a plastic gas tank.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Steuerung der Befüllung eines Kunststoff-Gastanks eines Kraftfahrzeuges, insbesondere für Kunststoff-Gastanks für die Verwendung mit ”Compressed Natural Gas” (CNG).The invention relates to a device and a method for controlling the filling of a plastic gas tank of a motor vehicle, in particular for plastic gas tanks for use with "compressed natural gas" (CNG).

Fahrzeuge mit CNG-Gasantrieb und entsprechenden Tanks (aus als Gasdruckbehälter bezeichnet) sind aus der Praxis seit geraumer Zeit bekannt. Als Tanks werden häufig mehrere in Reihe geschaltete Flaschen aus Stahl eingesetzt. Seit einiger Zeit werden, insbesondere aus Gewichtsgründen, auch Tanks bzw. Flaschen aus Kunststoff eingesetzt. Bekannte Kunststoff-Gastanks weisen einen Innenbehälter und einen den Innenbehälter umschließenden Außenbehälter auf, wobei der Innenbehälter und der Außenbehälter aus Werkstoffen mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt sind. Beispielsweise sind Innenbehälter häufig aus einem thermoplastischen Kunststoff gefertigt und dienen als Barriere gegen einen Gasaustritt (Permeation). Außenbehälter sind häufig aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) hergestellt. Sinken die Außentemperaturen (z. B. auf –40°C), verringert sich das Volumen des Innenbehälters aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien stärker als das Volumen des Außenbehälters. Dadurch entsteht zumindest teilweise ein Abstand zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter. Wird ein solcher Behälter in diesem Zustand und bei Atmosphärendruck im Inneren des Behälters betankt, vergrößert sich das Volumen des Innenbehälters schlagartig, bis dieser an der Innenwand des Außenbehälters anliegt. Dies kann dazu führen, dass der Innenbehälter zerstört wird.Vehicles with CNG gas drive and corresponding tanks (referred to as gas pressure vessel) have been known from practice for some time. Tanks are often used in series in several steel bottles. For some time, tanks or bottles made of plastic have been used, in particular for reasons of weight. Known plastic gas tanks have an inner container and an outer container enclosing the inner container, wherein the inner container and the outer container are made of materials with different coefficients of thermal expansion. For example, inner containers are often made of a thermoplastic material and serve as a barrier against gas leakage (permeation). Outer containers are often made of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP). When outside temperatures drop (eg to -40 ° C), the volume of the inner container will decrease more than the volume of the outer container due to the different coefficients of thermal expansion of the materials. This creates at least partially a distance between the inner container and the outer container. If such a container refueled in this state and at atmospheric pressure inside the container, the volume of the inner container increases abruptly, until it rests against the inner wall of the outer container. This can cause the inner container to be destroyed.

Dem vorstehend beschriebenen Szenario, das bei der Betankung von Kunststoff-Gastanks durchaus auftreten kann, wird durch die aus dem Stand der Technik bekannten Gastanks nicht Rechnung getragen. Keine der nachfolgend genannten Druckschriften nimmt hierauf Bezug.The scenario described above, which may well occur in the refueling of plastic gas tanks, is not taken into account by the known from the prior art gas tanks. None of the following references refers to this.

Aus JP 2004 100 824 A ist eine Betankungsvorrichtung für Gastanks bekannt. Zu der Art des verwendeten Gastanks werden keine Angaben gemacht. Die Vorrichtung soll es ermöglichen, den Gasstrom und den Druck in der Betankungsleitung während der gesamten Betankung so einzustellen, dass der Tank nicht beschädigt wird.Out JP 2004 100 824 A a refueling device for gas tanks is known. No information is given on the type of gas tank used. The device should make it possible to adjust the gas flow and the pressure in the refueling line during the entire refueling so that the tank is not damaged.

Aus EP 0 653 585 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schnellen Betanken eines Druckbehälters mit einem gasförmigen Medium bekannt. Hierbei wird vor dem Betankungsvorgang aufgrund der Außentemperatur bzw. der Umgebungstemperatur ein zulässiger Fülldruck im Druckbehälter ermittelt. Es wird darauf abgezielt, indem Druckbehälter kurzfristig einen höheren Druck zuzulassen, wenn aufgrund der Außentemperatur bzw. der Umgebungstemperatur sichergestellt ist, dass der Druck des Gases in dem Druckbehälter nach dem Betanken durch Abkühlen auf einen dauerhaft zulässigen Druck absinkt.Out EP 0 653 585 A1 For example, a method and apparatus for quickly refueling a pressure vessel with a gaseous medium are known. In this case, a permissible filling pressure in the pressure vessel is determined before the refueling process on the basis of the outside temperature or the ambient temperature. It is aimed at allowing a higher pressure in the short term pressure vessel when it is ensured due to the outside temperature or the ambient temperature that the pressure of the gas in the pressure vessel after refueling by cooling to a permanently allowable pressure drops.

Aus JP 100 96 499 A ist eine Betankungsvorrichtung für Gastanks bekannt, mit welcher die Variation bestimmter Parameter während der Betankung vereinfach werden soll.Out JP 100 96 499 A a refueling device for gas tanks is known, with which the variation of certain parameters during refueling should be simplified.

Aus JP 2004 360 714 A ist eine Betankungsvorrichtung für Gastanks bekannt, mittels welcher Messfehler ausgeschlossen werden sollen, die auf den Modus eines vorherigen Betankungsvorgangs mit dieser Vorrichtung zurückzuführen sind.Out JP 2004 360 714 A a refueling device for gas tanks is known, by means of which measurement errors are to be excluded, which are due to the mode of a previous refueling operation with this device.

Aus KR 2003 088 282 A ist ein Gastank für ein Kraftfahrzeug bekannt, welcher aufgrund seiner Gestaltung eine verbesserte Kapazität haben soll. Dieser Gastank weist einen Druckbegrenzer auf, dessen Charakteristik nicht im Detail beschrieben ist.Out KR 2003 088 282 A a gas tank for a motor vehicle is known, which should have an improved capacity due to its design. This gas tank has a pressure limiter whose characteristics are not described in detail.

Aus DE 10 2005 009 823 A1 ist ein System für gasförmigen Treibstoff für Kraftfahrzeuge bekannt, dessen Füllventil für den Treibstoffspeichertank eine variable Füllöffnung aufweist. Die Füllöffnung ist durch einen Controller betätigbar, um die Geschwindigkeit des Treibstoffsstroms in Abhängigkeit des Drucks oder der Temperatur im Treibstoffspeichertank zu variieren.Out DE 10 2005 009 823 A1 For example, a system for gaseous fuel for motor vehicles is known, whose filling valve for the fuel storage tank has a variable filling opening. The fill port is operable by a controller to vary the speed of the fuel flow depending on the pressure or temperature in the fuel storage tank.

Aus EP 0 356 377 A1 ist ein Gasbetankungsgerät für Kraftfahrzeuge bekannt, mittels welchem der Betankungsdruck in Abhängigkeit der Temperatur zwischen einem Mindestdruck und einem Maximaldruck variierbar ist.Out EP 0 356 377 A1 a gas refueling device for motor vehicles is known, by means of which the refueling pressure can be varied as a function of the temperature between a minimum pressure and a maximum pressure.

Aus EP 0 240 303 A2 ist ein Sammelsystem für Kraftstoffdämpfe bekannt, mittels welchem der Druck in einem Kraftstofftank überwacht wird.Out EP 0 240 303 A2 For example, a fuel vapor collection system is known by which the pressure in a fuel tank is monitored.

Ein aktuell für Kunststoff-Gastanks der vorstehend beschriebenen Art mit Innenhülle und Außenhülle durchgeführter Sicherheitstest gemäß der ECE Regelung Nr. 110 lässt es zu, dass der Innenbehälter beim Start der Betankung mit einem Vordruck beaufschlagt ist, der dazu führt, dass der Innenbehälter bereits an der Außenwand des Außenbehälters anliegt. Daher wird das eingangs erwähnte Problem selbst im Rahmen dieses Sicherheitstests nicht thematisiert.A currently performed for plastic gas tanks of the type described above with inner shell and outer shell safety test according to the ECE Regulation No. 110 allows the inner container to be subjected to a pre-pressure at the start of refueling, which results in the inner container already bearing against the outer wall of the outer container. Therefore, the problem mentioned at the outset is not discussed in the context of this safety test.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Befüllung bzw. Betankung eines Gastanks eines Kraftfahrzeuges zur Verfügung zu stellen, die eine sichere Betankung eines Gastanks eines Kraftfahrzeuges auch dann ermöglichen, wenn der Tank beim Start der Betankung nicht mit einem Vordruck beaufschlagt ist.The invention has for its object to provide an apparatus and a method for filling or refueling a gas tank of a motor vehicle available, the safe refueling of a gas tank of a motor vehicle also then allow, if the tank is not pressurized at the start of refueling with a pre-pressure.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 8.The object is achieved according to the invention by the features of claims 1 and 8, respectively.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Befüllung eines Kunststoff-Gastanks eines Kraftfahrzeuges umfasst Mittel zur Begrenzung des Drucks des bei einem Betanken in den Gastank einströmenden Gases, welche dazu ausgebildet sind, den Gasdruck innerhalb eines begrenzten, mit der Betankung beginnenden Zeitraums auf einen im Vergleich zu einem späteren Betankungsdruck reduzierten Druck zu begrenzen. Dabei wird innerhalb des begrenzten Zeitraums der Massen- bzw. Volumenstrom des einströmenden Gases reduziert. Auf diese Weise kann insbesondere bei der Betankung von Kunststoff-Gastanks mit einer Innenhülle und einer Außenhülle gewährleistet werden, dass sich in Extremsituationen (z. B. bei sehr niedrigen Außentemperaturen) zunächst der Innenbehälter bei reduziertem Druck an den Außenbehälter anlegt, bevor im Anschluss daran eine Betankung mit dem üblichen Betankungsdruck erfolgt. So kann wirksam verhindert werden, dass eine plötzliche Ausdehnung des Innenbehälters dazu führt, dass dieser zerstört wird.A device according to the invention for filling a plastic gas tank of a motor vehicle comprises means for limiting the pressure of the gas flowing into the gas tank during refueling, which are designed to reduce the gas pressure within a limited period beginning with refueling to one in comparison to a later one Refueling pressure to reduce reduced pressure. In this case, the mass or volume flow of the inflowing gas is reduced within the limited period. In this way, it is possible, in particular when refueling plastic gas tanks with an inner shell and an outer shell, to ensure that, in extreme situations (eg at very low outside temperatures), the inner container first applies to the outer container at reduced pressure, before it subsequently a refueling with the usual refueling pressure takes place. Thus, it can be effectively prevented that a sudden expansion of the inner container causes it to be destroyed.

In praktischen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Mittel zur Begrenzung des Drucks in einem Tanksystem eines Kunststoff-Gastanks mit einer Innenhülle und einer die Innenhülle umschließenden Außenhülle integriert. Diese Mittel können beispielsweise am Einlass des Gastanks selbst angeordnet sein. Alternativ können die Mittel auch als integraler Bestandteil eines Druckminderers gestaltet oder in das von der Einfüllöffnung zum Gastank führenden Leitungssystem eines Kraftfahrzeuges integriert sein. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen haben den Vorteil, dass der durch die Mittel zur Begrenzung des Drucks bewirkte Schutzmechanismus für den Gastank bei jeder Betankung und unabhängig von der verwendeten Betankungsanlage zur Verfügung steht.In practical embodiments of the device according to the invention, the means for limiting the pressure in a tank system of a plastic gas tank are integrated with an inner shell and an outer shell enclosing the inner shell. These means may for example be arranged at the inlet of the gas tank itself. Alternatively, the means can also be designed as an integral part of a pressure reducer or integrated into the pipe system leading from the filling opening to the gas tank of a motor vehicle. The embodiments described above have the advantage that the protective mechanism for the gas tank, which is provided by the means for limiting the pressure, is available for every refueling and independently of the refueling system used.

In einer anderen praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Mittel zur Begrenzung des Drucks bzw. des Massen-/Volumenstroms in einer Betankungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge integriert. Dies hat den Vorteil, dass die Gesamtkosten für die Umsetzung des vorstehend erwähnten Schutzmechanismus geringer sind, da die Zahl der Betankungsvorrichtungen deutlich geringer ist als die Zahl der von diesen Betankungsvorrichtungen betankten Kraftfahrzeuge. Die Wartungskosten wären in diesem Fall aus dem gleichen Grunde geringer.In another practical embodiment of the device according to the invention, the means for limiting the pressure or the mass / volume flow are integrated in a refueling device for motor vehicles. This has the advantage that the overall cost of implementing the protective mechanism mentioned above is lower because the number of refueling devices is significantly less than the number of motor vehicles refueled by these refueling devices. The maintenance costs would be lower in this case for the same reason.

Unabhängig davon, ob die Mittel zur Begrenzung des Drucks bzw. des Massen-/Volumenstroms in ein Tanksystem eines Kunststoff-Gastanks oder in eine Betankungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge integriert ist, kann die Vorrichtung besonders einfach und kostengünstig realisiert werden, wenn als Mittel zur Begrenzung des Drucks ein Steuer- und/oder Regelelement verwendet wird. Steuer- und Regelelement stehen mit einer Vielzahl von Charakteristiken als Standard-Bauteile zur Verfügung. In einer besonders einfachen Ausführungsform kann als Steuerelement einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise ein Element eingesetzt werden, das zu Beginn jedes Betankungsvorgangs den Druck ausgehend vom Umgebungsdruck über einen festgelegten Zeitraum t1 bis zum Erreichen des gewünschten Betankungsdrucks linear erhöht.Regardless of whether the means for limiting the pressure or the mass / volume flow is integrated into a tank system of a plastic gas tank or in a refueling device for motor vehicles, the device can be realized particularly simply and inexpensively if, as a means for limiting the pressure a control and / or regulating element is used. Control elements are available with a variety of characteristics as standard components. In a particularly simple embodiment can be used as a control element of a device according to the invention, for example, an element that increases linearly at the beginning of each refueling operation, the pressure from the ambient pressure over a predetermined period t 1 to reach the desired refueling pressure.

Alternativ könnte ein Element eingesetzt werden, dass den Druck zunächst während. eines festgelegten Zeitraums t1' bis zum Erreichen eines gewünschten Vordrucks p1 erhöht und dann konstant hält und anschließend über einen Zeitraum t2' wiederum bis zum Erreichen des gewünschten Betankungsdrucks erhöht und dann konstant hält. Vorzugsweise werden für die Phasen, in denen der Druck erhöht wird, Verzögerungselemente eingesetzt, mittels welchen der Druckanstieg begrenzt wird.Alternatively, an element could be used that initially depresses the pressure. a fixed period of time t 1 'increases until reaching a desired form p 1 and then holds constant and then increased over a period t 2 ' again until reaching the desired refueling pressure and then keeps constant. Preferably, for the phases in which the pressure is increased, delay elements are used, by means of which the increase in pressure is limited.

In einer anderen praktischen Ausführungsform sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Mittel zur Messung des Drucks in dem zu betankenden Kunststoff-Gastank vorgesehen, wobei die Mittel zur Messung des Drucks mit den Mitteln zur Begrenzung des Drucks derart gekoppelt sind, dass der Druck des in den Gastank einströmenden Gases in Abhängigkeit des Drucks in dem Kunststoff-Gastank einstellbar ist. Eine solche Vorrichtung hat den Vorteil, dass die Befüllungszeit vom Druck in dem Kunststoff-Gastank abhängig ist. Die Zeit für die Befüllung wird daher reduziert, wenn zu Beginn des Befüllungsvorgangs bereits ein Druck in den Kunststoff-Gastank vorherrscht, bei welchem davon ausgegangen werden kann, dass die Innenhülle des Gastanks an der Außenhülle anliegt.In another practical embodiment means are provided in the device according to the invention for measuring the pressure in the plastic gas tank to be refueled, wherein the means for measuring the pressure are coupled to the means for limiting the pressure such that the pressure of the inflowing into the gas tank Gas is adjustable in dependence on the pressure in the plastic gas tank. Such a device has the advantage that the filling time is dependent on the pressure in the plastic gas tank. The time for filling is therefore reduced if, at the beginning of the filling process, a pressure already prevails in the plastic gas tank, in which it can be assumed that the inner shell of the gas tank rests against the outer shell.

Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn eine erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel zur Erfassung der Umgebungstemperatur aufweist und die Mittel zur Erfassung der Umgebungstemperatur mit den Mitteln zur Begrenzung des Drucks derart gekoppelt sind, dass der Druck des in den Gastank einströmenden Gases in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur einstellbar ist. In diesem Fall kann die Befüllungszeit dann reduziert werden, wenn aus der vorherrschenden Umgebungstemperatur geschlossen werden kann, dass die Innenhülle des Gastanks an der Außenhülle anliegt und somit kein Risiko besteht, dass bei sofortigem Betanken mit dem Betankungsdruck die Innenhülle Schaden nehmen könnte.It is likewise advantageous if a device according to the invention has means for detecting the ambient temperature and the means for detecting the ambient temperature are coupled to the means for limiting the pressure in such a way that the pressure of the gas flowing into the gas tank can be set as a function of the ambient temperature. In this case, the filling time can be reduced if it can be concluded from the prevailing ambient temperature that the inner shell of the gas tank rests against the outer shell and thus there is no risk that the inner shell could be damaged if refueling is immediately refueled.

Wenn die Mittel zur Begrenzung des Drucks mittels eines Schalters aktivierbar und deaktivierbar sind, kann der erwähnte Sicherheitsmechanismus bedarfsweise ein- oder ausgeschaltet werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Vorrichtung in eine Betankungsvorrichtung integriert ist. In diesem Fall könnten Fahrzeuge mit Kunststoff-Gastanks mit aktiviertem Sicherheitsmechanismus und Fahrzeuge mit anderen Gastanks mit deaktiviertem Sicherheitsmechanismus betankt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn an Kraftfahrzeugen mit Kunststoff-Gastanks im Bereich des Tankeinfüllstutzens ein Aktivierungsnippel oder ein sonstiges Aktivierungsmerkmal ausgebildet ist, das beim Herstellen einer Verbindung zwischen einem Anschluss einer Betankungsvorrichtung und einem Kraftfahrzeug den Sicherheitsmechanismus automatisch aktiviert. So könnte die Gefahr eines menschlichen Versagens eliminiert werden. If the means for limiting the pressure by means of a switch can be activated and deactivated, the mentioned safety mechanism can be turned on or off as needed. This is particularly advantageous when the device is integrated into a refueling device. In this case vehicles could be refueled with plastic gas tanks with activated safety mechanism and vehicles with other gas tanks with deactivated safety mechanism. It is particularly advantageous if an activation nipple or another activation feature is formed on motor vehicles with plastic gas tanks in the region of the filler neck, which activates the safety mechanism automatically when establishing a connection between a connection of a fueling device and a motor vehicle. So the danger of human error could be eliminated.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Betankung eines Kunststoff-Gastanks. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Betankung innerhalb eines ersten, mit einer Betankung beginnenden Zeitraums mit einem gegenüber einem späteren Betankungsdruck reduzierten Gasdruck durchgeführt.The invention also relates to a method for refueling a plastic gas tank. According to the method of the invention, the refueling is carried out within a first period beginning with refueling with a reduced gas pressure compared to a later refueling pressure.

Auf die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Vorteile der erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der in den Ansprüchen erläuterten vorteilhaften Weiterbildungen wird hiermit verwiesen.On the advantages of the method according to the invention described in connection with the device according to the invention and the advantageous developments explained in the claims, reference is hereby made.

Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:Further embodiments and advantages of the invention are described below in conjunction with the drawings. Show it:

1 eine Skizze eines Kraftfahrzeugs mit einem aus vier Gasflaschen bestehenden Gastank, 1 a sketch of a motor vehicle with a gas tank consisting of four gas tanks,

2 der in 1 gestrichelt dargestellte Bereich in einer Detailansicht, 2 the in 1 Dashed area shown in a detailed view,

3 eine schematische Darstellung einer Anordnung umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung, eine Betankungsvorrichtung und einen Tank und 3 a schematic representation of an arrangement comprising a device according to the invention, a refueling device and a tank and

4 eine schematische Darstellung des Massenstroms über der Zeit bei der Betankung eines Tanks mit verschiedenen Vorrichtungen. 4 a schematic representation of the mass flow over time when refueling a tank with various devices.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kunststoff-Gastank 12, bestehend aus vier Gasflaschen 14. Die Gasflaschen 14 stehen über Leitungen 16 mit einem Motor 18 und einer Öffnung 20 zur Betankung des Kraftfahrzeugs 10 in Verbindung. 1 shows a motor vehicle 10 with a plastic gas tank 12 , consisting of four gas cylinders 14 , The gas bottles 14 stand over lines 16 with a motor 18 and an opening 20 for refueling the motor vehicle 10 in connection.

Wie in 2 zu erkennen ist, sind die Gasflaschen ferner über Leitungen 16 in Reihe geschaltet. Sie sind derart miteinander verbunden, dass sie während einer Betankung alle gleichzeitig und gleichmäßig mit Gas befüllt werden.As in 2 can be seen, the gas cylinders are also on lines 16 connected in series. They are interconnected so that they are all simultaneously and evenly filled with gas during refueling.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 22, die zwischen einer Betankungsvorrichtung 24 und einem Kunststoff-Gastank 12 eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Bei der Betankungsvorrichtung 24 kann es sich beispielsweise um einen an einer Tankstelle angeordneten Druckbehälter handeln, in welchem ”Compressed Natural Gas” (CNG) mit einem Druck von 200 bar gelagert ist. Über eine nicht dargestellte Verbindungsleitung und ein am Ende der Verbindungsleitung angeordnetes Anschlusselement lässt sich die Betankungsvorrichtung 24 mit dem Kunststoff-Gastank 12 eines Kraftfahrzeuges verbinden. Die schematische Darstellung in 3 lässt offen, ob die erfindungsgemäße Vorrichtung 22 in der Betankungsvorrichtung 24 oder in dem zum Kunststoff-Gastank 14 führenden Leitungssystem des zu betankenden Kraftfahrzeugs integriert ist, denn bei jeder dieser Varianten greift ein Sicherheitsmechanismus, der im Zusammenhang mit 4 näher erläutert wird. 3 shows a schematic representation of an arrangement with a device according to the invention 22 between a refueling device 24 and a plastic gas tank 12 a motor vehicle is arranged. In the refueling device 24 it may, for example, be a pressure vessel arranged at a gas station, in which "compressed natural gas" (CNG) is stored at a pressure of 200 bar. About a connecting line, not shown, and arranged at the end of the connecting line connection element can be the refueling device 24 with the plastic gas tank 12 connect a motor vehicle. The schematic representation in 3 leaves open whether the device according to the invention 22 in the refueling device 24 or in the plastic gas tank 14 integrated management system of the motor vehicle to be refueled, because in each of these variants accesses a safety mechanism associated with 4 is explained in more detail.

4 zeigt den Verlauf des Massenstroms bzw. des Betankungsdrucks p über der Zeit für vier verschiedene Betankungsvorgänge. Massenstrom ṁ und Betankungsdruck p sind voneinander abhängende Größen. Der Betankungsdruck p wird durch eine an den Kunststoff-Gastank 12 angepasste Reduzierung des Massenstroms ṁ des Gases verringert und auf einen unkritischen Druck begrenzt. 4 shows the course of the mass flow or refueling pressure p over time for four different refueling operations. Mass flow ṁ and refueling pressure p are dependent on each other. The refueling pressure p is passed through a to the plastic gas tank 12 adapted reduction of the mass flow ṁ of the gas is reduced and limited to an uncritical pressure.

Linie 26 zeigt den zeitlichen Verlauf des Massenstroms ṁ bzw. Betankungsdrucks p bei der Betankung eines Kraftfahrzeuges, welches nicht mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 22 ausgestattet ist. In diesem Fall, der den Stand der Technik wiedergibt, steigt der Druck innerhalb sehr kurzer Zeit auf den maximalen Betankungsdruck pmax bzw. den größten Massenstrom ṁmax an, bleibt dann konstant und fällt am Ende des Betankungsvorgangs wieder auf 0 ab.line 26 shows the time course of the mass flow ṁ or refueling pressure p when refueling a motor vehicle, which does not use a device according to the invention 22 Is provided. In this case, which reflects the state of the art, the pressure rises within a very short time to the maximum refueling pressure p max or the largest mass flow ṁ max , then remains constant and drops back to 0 at the end of the refueling process.

Linie 28 zeigt den Verlauf des Massenstroms ṁ bzw. Betankungsdrucks p bei der Betankung eines Kraftfahrzeuges, das mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßes Vorrichtung 22 ausgestattet ist. Durch diese Vorrichtung wird der Anstieg des Massenstroms ṁ bzw. Betankungsdrucks p auf einen Zeitraum t1 aus, der so gewählt ist, dass sichergestellt ist, dass die Innenhülle des zu befüllenden Kunststoff-Gastanks sich am Ende des Zeitraums t1 an die Außenhülle angelegt hat und somit in ihrer Form fixiert ist.line 28 shows the course of the mass flow ṁ or refueling pressure p in the refueling of a motor vehicle, which with a first embodiment of an inventive device 22 Is provided. By this device, the increase in the mass flow ṁ or refueling pressure p to a period t 1 , which is selected so as to ensure that the inner shell of the plastic gas tank to be filled has created at the end of the period t 1 to the outer shell and thus fixed in its shape.

Linie 30 zeigt den Verlauf des Massenstroms ṁ bzw. Betankungsdrucks p bei der Betankung eines Kraftfahrzeuges, das mit einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 22' ausgestattet ist. Diese Vorrichtung erlaubt zwar zunächst einen Anstieg des Massenstroms ṁ bzw. Betankungsdrucks p wie im Stand der Technik (vgl. Linse 26), begrenzt jedoch den Druck zunächst für einen Zeitraum t1' auf einen Wert p1, der geringer ist als der maximale Betankungsdruck pmax. Im Anschluss daran, lässt die erfindungsgemäße Vorrichtung 22' einen Anstieg des Massenstroms ṁ bzw. Betankungsdrucks p auf den zugelassenen Maximalwert zu. In dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 22' ist der Zeitraum t1' so gewählt, dass die Innenhülle des zu befüllenden Kunststoff-Gastanks sich am Ende des Zeitraums t1' an die Außenhülle angelegt hat und somit in ihrer Form fixiert ist. line 30 shows the course of the mass flow ṁ or refueling pressure p when refueling a motor vehicle, with a second embodiment of a device according to the invention 22 ' Is provided. Although this device initially allows an increase in the mass flow ṁ or refueling pressure p as in the prior art (see 26 ), but limits the pressure initially for a period t 1 'to a value p 1 , which is less than the maximum refueling pressure p max . Following this, the device according to the invention leaves 22 ' an increase in the mass flow ṁ or refueling pressure p to the maximum permitted value. In this embodiment of the device according to the invention 22 ' is the period t 1 'selected so that the inner shell of the plastic gas tank to be filled has created at the end of the period t 1 ' to the outer shell and thus fixed in shape.

Linie 32 zeigt den Verlauf des Massenstroms ṁ bzw. Betankungsdrucks p bei der Betankung eines Kraftfahrzeuges, das mit einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 22'' ausgestattet ist. Diese Vorrichtung 22'' entspricht im Wesentlichen der zweiten Ausführungsform gemäß der Vorrichtung 22', unterscheidet sich jedoch dadurch, dass der Anstieg des Betankungsdrucks p sowie des Massenstroms ṁ zusätzlich beschränkt ist. Während des Zeitraums t1'' wird der Betankungsdruck p bzw. der Massenstrom innerhalb vorgegebener Grenzen erhöht, während des Zeitraums t2'' wird der Betankungsdruck p bzw. der Massenstrom ṁ konstant auf den Werten p1 bzw. ṁ1 gehalten, während des Zeitraums t3'' wird der Betankungsdruck p bzw. der Massenstrom ṁ wiederum innerhalb vorgegebener Grenzen erhöht, bis er die Werte pmax bzw. ṁmax erreicht, und diese Werte werden innerhalb des Zeitraums t4'' konstant gehalten.line 32 shows the course of the mass flow ṁ or refueling pressure p when refueling a motor vehicle, with a second embodiment of a device according to the invention 22 '' Is provided. This device 22 '' essentially corresponds to the second embodiment according to the device 22 ' , but differs in that the increase of the refueling pressure p and the mass flow ṁ is additionally limited. During the period t 1 ", the refueling pressure p or the mass flow is increased within predetermined limits, during the period t 2 " the refueling pressure p or the mass flow ṁ is kept constant at the values p 1 and ṁ 1 , respectively Period t 3 '', the refueling pressure p and the mass flow ṁ is again increased within predetermined limits until it reaches the values p max and ṁ max , and these values are kept constant within the period t 4 ''.

Die Erfindung ist nicht auf Vorrichtungen mit den vorstehend im Detail beschriebenen Steuer- bzw. Regelelementen beschränkt. Es obliegt dem Fachmann, andere Elemente einzusetzen, mit welcher sich der Sicherheitsmechanismus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung realisieren lässt. So können beispielsweise Steuerelemente eingesetzt werden, die anstelle eines linearen Anstiegs des Betankungsdrucks bzw. Massenstroms einen progressiven oder degressiven Verlauf vorgeben.The invention is not limited to devices having the control elements described in detail above. It is the person skilled in the art to use other elements with which the safety mechanism of a device according to the invention can be realized. For example, it is possible to use controls which, instead of a linear increase in the refueling pressure or mass flow, predefine a progressive or declining course.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Kraftfahrzeugmotor vehicle
1212
Kunststoff-GastankPlastic gas tank
1414
Gasflaschengas cylinders
1616
Leitungencables
1818
Motorengine
2020
Öffnung zur BetankungOpening for refueling
2222
erfindungsgemäße Vorrichtunginventive device
2424
Betankungsvorrichtungrefueling device
2626
Verlauf des Drucks/Massenstroms bei Betankung mit Vorrichtung aus dem Stand der TechnikCourse of the pressure / mass flow when refueling with the device of the prior art
2828
Verlauf des Drucks/Massenstroms bei Betankung mit erfindungsgemäßer Vorrichtung gemäß einer ersten AusführungsformCourse of the pressure / mass flow when refueling with inventive device according to a first embodiment
3030
Verlauf des Drucks/Massenstroms bei Betankung mit erfindungsgemäßer Vorrichtung gemäß einer zweiten AusführungsformCourse of the pressure / mass flow when refueling with inventive device according to a second embodiment
3232
Verlauf des Drucks/Massenstroms bei Betankung mit erfindungsgemäßer Vorrichtung gemäß einer dritten AusführungsformCourse of the pressure / mass flow when refueling with inventive device according to a third embodiment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • ECE Regelung Nr. 110 [0012] ECE Regulation No. 110 [0012]

Claims (10)

Vorrichtung zur Befüllung eines Kunststoff-Gastanks (12) eines Kraftfahrzeuges (10), umfassend Mittel zur Begrenzung des Drucks des in den Gastank einströmenden Gases, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel dazu ausgebildet sind, den Gasdruck bei einem Betanken innerhalb eines begrenzten, mit der Betankung beginnenden Zeitraums auf einen im Vergleich zu einem späteren Betankungsdruck reduzierten Druck zu begrenzen.Device for filling a plastic gas tank ( 12 ) of a motor vehicle ( 10 ), comprising means for limiting the pressure of the gas flowing into the gas tank, characterized in that the means are adapted to the gas pressure at refueling within a limited, starting with the refueling period to a reduced compared to a later refueling pressure limit. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Begrenzung des Drucks in einem Tanksystem eines Kunststoff-Gastank (12) mit einer Innenhülle und einer die Innenhülle umschließenden Außenhülle integriert sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that the means for limiting the pressure in a tank system of a plastic gas tank ( 12 ) are integrated with an inner shell and an outer shell enclosing the inner shell. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Begrenzung des Drucks in einer Betankungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge integriert sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that the means for limiting the pressure in a refueling device for motor vehicles are integrated. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Begrenzung des Drucks ein Steuer- und/oder Regelelement umfassen.Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the means for limiting the pressure comprise a control and / or regulating element. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Messung des Drucks in dem zu betankenden Kunststoff-Gastank (12) vorgesehen sind, und die Mittel zur Messung des Drucks mit den Mitteln zur Begrenzung des Drucks derart gekoppelt sind, dass der Druck des in den Gastank einströmenden Gases in Abhängigkeit des Drucks in dem Kunststoff-Gastank (12) einstellbar ist.Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that means for measuring the pressure in the plastic gas tank to be refueled ( 12 ) are provided, and the means for measuring the pressure are coupled to the means for limiting the pressure such that the pressure of the gas flowing into the gas tank in dependence on the pressure in the plastic gas tank ( 12 ) is adjustable. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erfassung der Umgebungstemperatur vorgesehen sind und die Mittel zur Erfassung der Umgebungstemperatur mit den Mitteln zur Begrenzung des Drucks derart gekoppelt sind, dass der Druck des in den Gastank einströmenden Gases in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur einstellbar ist.Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that means are provided for detecting the ambient temperature and the means for detecting the ambient temperature are coupled to the means for limiting the pressure such that the pressure of the gas flowing into the gas tank in dependence Ambient temperature is adjustable. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Begrenzung des Drucks mittels eines Schalters aktvierbar und deaktivierbar sind.Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the means for limiting the pressure can be activated and deactivated by means of a switch. Verfahren zur Betankung eines Kunststoff-Gastanks (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Betankung innerhalb eines ersten, mit einer Betankung beginnenden Zeitraums mit einem gegenüber einem späteren Betankungsdruck reduzierten Gasdruck durchgeführt wird.Method for refueling a plastic gas tank ( 12 ), characterized in that the refueling is performed within a first, starting with a refueling period with a reduced gas pressure compared to a later refueling pressure. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum durch ein Steuer- und/oder Regelelement vorgegeben wird.A method according to claim 8, characterized in that the period is predetermined by a control and / or regulating element. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens während des ersten Zeitraums zu Beginn einer Betankung der Innendruck des Kunststoff-Gastanks (12) überwacht wird und die Betankung mit einem reduzierten Gasdruck durchgeführt wird, solange ein vorgegebener Mindest-Innendruck indem Kunststoff-Gastank (12) unterschritten wird.Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least during the first period at the beginning of refueling the internal pressure of the plastic gas tank ( 12 ) is monitored and the refueling is carried out with a reduced gas pressure, as long as a predetermined minimum internal pressure in the plastic gas tank ( 12 ) is fallen below.
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