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Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Tanksystem und eine Sensoraufnahme.
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Stand der Technik
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Während des Betriebs eines Kraftfahrzeugs mit Druckgastanks kühlt die Gastemperatur in den Druckgastanks durch die Entnahme des Gases aus den Druckgastanks ab.
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Bei kalten Umgebungstemperaturen kann die Gastemperatur in einem Druckgastank eine Temperatur von -40°C unterschreiten.
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Drucksensoren sind Bestandteil eines jeden Gastanksystems, bspw. zur Bestimmung des Gasfüllstands eines Druckgastanks. Drucksensoren können an verschiedenen Positionen im Gastanksystem verbaut werden, bspw. in einem Tankventil eines jeweiligen Druckgastanks oder einem Verteilerrohr.
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Bekannte Drucksensoren für automotive Anwendungen sind allerdings nur für einen Temperaturbereich bis minimal -40°C zugelassen. Dabei ist die minimale Temperatur insbesondere aufgrund von in einem Drucksensor verbauten integrierten elektronischen Schaltungen (ASIC) begrenzt.
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Offenbarung der Erfindung
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Im Rahmen der vorgestellten Erfindung werden ein Tanksystem und eine Sensoraufnahme vorgestellt. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Tanksystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Sensoraufnahme und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die vorgestellte Erfindung dient insbesondere dazu, eine Möglichkeit zum robusten Betrieb eines Drucksensors in einem Tanksystem bei Temperaturen unter -40°C bereitzustellen.
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Es wird somit gemäß einem ersten Aspekt der vorgestellten Erfindung ein Tanksystem zum Speichern eines Fluids vorgestellt.
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Das vorgestellte Tanksystem umfasst eine Anzahl Tanks, eine Anzahl Drucksensoren, die jeweils eine Anzahl elektronischer Komponenten umfassen, eine Anzahl Heizelemente, und eine Anzahl Tanksystemkomponenten, wobei zumindest eine Tanksystemkomponente mit einem Drucksensor fluidleitend gekoppelt ist und der Drucksensor mit einem Heizelement thermisch gekoppelt ist, und wobei das Heizelement dazu konfiguriert ist, den Drucksensor auf eine Temperatur größer einem vorgegebenen Schwellenwert zu erwärmen.
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Unter einer Tanksystemkomponente des vorgestellten Tanksystems ist im Kontext der vorgestellten Erfindung insbesondere eine Leitung, ein Tankventil, ein Verteilerrohr, ein Druckminderer und/oder ein Verschlussstopfen bzw. „Endplug“ zu verstehen.
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Um einen Betrieb eines Drucksensors, insbesondere von elektronischen Bauteilen des Drucksensors, außerhalb eines zulässigen Temperaturbereichs, insbesondere bei Fluidtemperaturen unter einem kritischen Schwellenwert von bspw. -40°C zu verhindern und entsprechend einen robusten Betrieb des vorgestellten Tanksystems sicherzustellen, ist erfindungsgemäß ein Heizelement vorgesehen, das mit dem Drucksensor thermisch gekoppelt und dazu konfiguriert ist, den Drucksensor zu erwärmen.
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Zur thermischen Kopplung mit dem Drucksensor kann das Heizelement in räumlicher Nähe zu dem Drucksensor angeordnet sein.
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Insbesondere kann das Heizelement über ein thermisch gut leitendes Material mit dem Drucksensor thermisch gekoppelt sein. Dazu kann das Heizelement bspw. in das gleiche Material eingebracht sein, wie der Drucksensor.
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Bspw. können der Drucksensor und das Heizelement in einen Grundkörper einer Tanksystemkomponente eingebracht sein. Dazu kann der Grundkörper eine Drucksensorausnehmung bzw. Drucksensorbohrung, in die der Drucksensor eingreift und dort positionsfest gesichert ist sowie eine Heizelementausnehmung bzw. eine Heizelementbohrung, in die das Heizelement eingreift und dort positionsfest gesichert ist, umfassen. Dadurch sind der Drucksensor und das Heizelement über ein den Grundkörper bildendes Material, insbesondere ein Metall, thermisch gekoppelt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Tanksystemkomponente eine Sensoraufnahme umfasst, in der der Drucksensor und das Heizelement angeordnet sind.
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Eine Sensoraufnahme kann bspw. aus einem thermisch gut leitenden Material, insbesondere einem Metall bestehen und dient der Aufnahme des Drucksensors und des Heizelements sowie zur mechanischen Kopplung mit der Tanksystemkomponente. Entsprechend kann die Sensoraufnahme eine Schnittstelle zum Eingriff in eine Gegenschnittstelle der Tanksystemkomponente umfassen.
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Entsprechend kann vorgesehen sein, dass die Sensoraufnahme ein reversibel mit der zumindest einen Tanksystemkomponente verbindbares Element ist.
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Unter reversibel mit einer Tanksystemkomponente verbindbar ist im Kontext der vorgestellten Erfindung eine Verbindung zu verstehen, die bereitgestellt und wieder gelöst bzw. rückgängig gemacht werden kann.
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Bspw. kann die Sensoraufnahme in eine erste in der Tanksystemkomponente vorgesehen Bohrung bzw. Ausnehmung eingebracht werden, und diese erste Ausnehmung anpassen, d. h., bspw. vergrößern oder verjüngen, um einen jeweiligen Drucksensor an der Tanksystemkomponente anzuordnen.
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Insbesondere kann eine mit der Tanksystemkomponente verbindbare Sensoraufnahme eine Messbohrung umfassen, durch die ein in der Sensoraufnahme angebrachter Drucksensor in Kontakt mit einem durch die Tanksystemkomponente strömenden Fluid kommt, sodass der Drucksensor einen in der Tanksystemkomponente anliegenden Druck messen kann.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Sensoraufnahme als integraler Bestandteil der zumindest einen Tanksystemkomponente ausgebildet ist.
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Als integraler Bestandteil kann die Sensoraufnahme bspw. in einen Grundkörper der Tanksystemkomponente eingebracht, bspw. als vorgefertigtes Bauteil eingesetzt oder in den Grundkörper eingefräst werden.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Heizelement einen Heizdraht und/oder ein Heizelement mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC-Element) umfasst.
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Heizdrähte können als flache und energetisch effiziente Elemente direkt in eine jeweilige Sensoraufnahme integriert werden.
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PTC-Elemente haben sich als besonders robuste und leistungsstarke Heizelemente erwiesen.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Tanksystem einen Temperatursensor umfasst und das Heizelement mit einer Recheneinheit elektrisch gekoppelt ist, die dazu konfiguriert ist, eine Heizleistung des Heizelements derart zu regeln, dass sich eine durch den Temperatursensor ermittelte Temperatur auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt.
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Durch eine Regelung auf eine vorgegebene Temperatur kann ein Betrieb des Drucksensors bei zu tiefen bzw. unzulässigen Temperaturen verlässlich verhindert werden.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Tanksystem einen Temperatursensor umfasst, und das Heizelement eine Elektronik umfasst, die dazu konfiguriert ist, das Heizelement zu aktivieren, wenn eine durch den Temperatursensor ermittelte Temperatur kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist und das Heizelement zu deaktivieren, wenn eine durch den Temperatursensor ermittelte Temperatur größer als ein Deaktivierungsschwellenwert ist.
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Eine schwellenwertbasierte Aktivierung und Deaktivierung des Heizelements bedingt einen besonders energetisch effizienten Betrieb des vorgestellten Tanksystems. Dazu kann die Elektronik bspw. einen Schalter, insbesondere einen Thermoschalter umfassen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung eine Sensoraufnahme für einen Drucksensor zum Messen eines Drucks in einer Tanksystemkomponente eines Tanksystems, wobei die Sensoraufnahme eine Schnittstelle umfasst, die dazu konfiguriert ist, die Sensoraufnahme mit einer Gegenschnittstelle der Tanksystemkomponente mechanisch zu koppeln, und eine Ausnehmung umfasst, die dazu konfiguriert ist, einen Drucksensor aufzunehmen und positionsfest zu sichern.
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Insbesondere kann die vorgestellte Sensoraufnahme in eine jeweilige Tanksystemkomponente eingebracht, bspw. eingeschraubt werden, um die Tanksystemkomponente aufzurüsten bzw. mit einem Drucksensor auszustatten.
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Dabei kann die Sensoraufnahme bspw. eine Aufnahme aufweisen, die sich von einer Aufnahme der Tanksystemkomponente in ihrem Querschnitt unterscheidet, sodass bspw. ein Drucksensor mit einem größeren oder kleineren Querschnitt als die Aufnahme der Tanksystemkomponente an der Tanksystemkomponente angeordnet werden kann.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Sensoraufnahme ein Heizelement umfasst, das dazu konfiguriert ist, einen in der Aufnahme angeordneten Drucksensor auf eine Temperatur größer einem vorgegebenen Schwellenwert zu erhöhen.
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Durch ein in die Sensoraufnahme integriertes Heizelement kann ein bestehendes Tanksystem zu dem vorgestellten Tanksystem aufgerüstet werden und ein Betrieb eines in der Sensoraufnahme angeordneten Drucksensors in einem unzulässigen Temperaturbereich verhindert werden.
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Entsprechend kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Sensoraufnahme einen Drucksensor und/oder einen Temperatursensor umfasst, sodass eine Regelung bzw. Steuerung des Heizelements durch in der Sensoraufnahme angeordnete Komponenten durchgeführt werden kann.
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Vorteile, die ausführlich zu dem Tanksystem zum Speichern eines Fluids gemäß dem ersten Aspekt beschrieben werden, gelten gleichermaßen bei der Sensoraufnahme für einen Drucksensor zum Messen eines Drucks in einer Tanksystemkomponente gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Zeichnung
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Tanksystems, und
- 2 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Sensoraufnahme.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist ein Tanksystem 100 zum Speichern eines Fluids dargestellt.
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Das Tanksystem 100 umfasst mehrere Tanks 101, einen Drucksensor 103, ein Heizelement 105 und eine Tanksystemkomponente 109 in Form bspw. eines Verteilerrohrs.
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In dem Drucksensor 103 ist eine elektronische Komponente 107 in Form eine ASIC-Schaltkreises angeordnet.
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Der Drucksensor 103 ist in einer Bohrung 111 eines Grundkörpers der Tanksystemkomponente 109 angeordnet.
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Das Heizelement 105 ist in einer Bohrung 113 eines Grundkörpers der Tanksystemkomponente 109 angeordnet.
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Das Heizelement 105 ist dazu konfiguriert, den Drucksensor 103 auf eine Temperatur größer einem vorgegebenen Schwellenwert zu erwärmen, um einen Betrieb des Drucksensors 103 außerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs zu verhindern.
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Die Tanks 101 sind bspw. Druckgastanks, insbesondere zum Speichern von Brennstoff, bspw. Wasserstoff, für ein Brennstoffzellensystem.
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Über eine Messbohrung 115 steht der Drucksensor 103 in fluidleitendem Kontakt zu einem über Leitungen 117 aus den Tanks 101 strömenden Fluid, sodass der Drucksensor 103 einen Druck in den Leitungen 117 und, dadurch bedingt, in den Tanks 101 messen kann.
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Durch eine Aktivierung, insbesondere unter Verwendung einer Regelung, des Heizelements 105, kann eine Temperatur des Drucksensors 103 eingestellt werden, sodass eine Beschädigung der elektronischen Komponenten 107 verlässlich vermieden wird.
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In 2 ist eine Sensoraufnahme 200 dargestellt, die eine Schnittstelle 201 umfasst, die dazu konfiguriert ist, die Sensoraufnahme 200 mit einer Gegenschnittstelle 203 einer Tanksystemkomponente 205 mechanisch zu koppeln.
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Ferner umfasst die Sensoraufnahme 200 eine Ausnehmung 207, die dazu konfiguriert ist, einen Drucksensor 103 aufzunehmen und positionsfest zu sichern.
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Ferner umfasst die Sensoraufnahme 200 eine Bohrung 209 zur Aufnahme eines Heizelements 105, sodass das Heizelement 105 über einen Grundkörper 211 der Sensoraufnahme 200 mit dem Drucksensor 103 thermisch direkt gekoppelt ist.
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Über eine Erweiterungsbohrung 213 ist eine Messbohrung 215 der Tanksystemkomponente 205 mit dem Drucksensor 103 fluidleitend gekoppelt.