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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft eine Heimbetankvorrichtung zum Betanken von Kraftfahrzeugen,
die mit gasförmigem
Kraftstoff angetrieben werden. Sie betrifft insbesondere einen Kompressor,
der Gas unter Hochdruck dem Vorratsbehälter von Kraftfahrzeugen mit
gasförmigem
Kraftstoff zuführt,
sowie Überwachungs-
und Regelelemente, die einen unüberwachten
Betrieb der Vorrichtung erlauben.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Kraftfahrzeuge,
die mit gasförmigem
Kraftstoff angetrieben werden, üblicherweise
Erdgas und Wasserstoffgas, werden an Tankstellen betankt, die Gas
mit Hochdruck zuführen,
gewöhnlich
mit 20 MPa (3000 Pfund pro Quadratzoll) und mehr. Diese Tankstellen
entsprechen im Allgemeinen zweierlei Typen: Der erste Typ ist eine öffentliche
oder private Tankstelle, die Kraftfahrzeuge mit gasförmigem Kraftstoff in
etwa dem gleichen Zeitraum betanken kann, den man zum Betanken eines
herkömmlichen
Kraftfahrzeugs mit Benzinkraftstoff benötigt.
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Der
zweite Typ ist eine private Tankstelle, die üblicherweise Kraftfahrzeuge über einen
Zeitraum von mehreren Stunden, in der Regel über Nacht, betanken kann.
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Bis
heute sind Kraftfahrzeuge mit gasförmigem Kraftstoff keine attraktive
Option für
Nutzer privater Kraftfahrzeuge. Öffentliche
Erdgastankstellen sind in den meisten Gebieten zu selten und zu
weit auseinander, als dass sie den Erwartungen der Nutzer privater
Kraftfahrzeuge im Hinblick auf bequemes Betanken entsprechen könnten. Private
Erdgastankstellen sind gewöhnlich
zu teuer, um für
private Nutzer von einem oder mehr Erdgasfahrzeugen attraktiv zu
sein. Außerdem
sind die bestehenden, auf dem Boden montierten Tankkompressoren
wuchtig, und ihre Anbringung ist unbequem. Hauptsächlich aufgrund
dieser Gründe
ist der Markt für
Erdgasfahrzeuge größtenteils
auf Fuhrparkbetreiber beschränkt.
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Eines
der größten Hindernisse
für eine
kommerzielle Einführung
wasserstoffbetriebener Kraftfahrzeuge ist das praktisch vollständige Fehlen
von Wasserstofftankstellen und der zugehörigen Infrastruktur, wie Wasserstoffproduktions-
und -transportanlagen. Es wird noch mehrere Jahre dauern, bis auch
nur eine begrenzte Wasserstoffbetankungsinfrastruktur verfügbar ist.
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Es
besteht ein Bedarf an einer Heimbetankvorrichtung zum Komprimieren
von Gas zum Betanken von Kraftfahrzeugen, die leicht zu installieren
ist, mit wenig Lärm
und bei Schwingungsniveaus arbeitet, die mit anderen Vorrichtungen
in Wohngebieten vergleichbar sind, und durch ungeübte Benutzer
sicher betrieben werden kann. Dieses System sollte für den Einsatz
in Wohnhäusern
oder an anderen Stellen geeig net sein, die über eine Standard-Stromeinspeisung
sowie eine Erdgaszufuhr, eine Quelle für Wasserstoff, wie eine Wasserelektrolyseapparatur
oder einen Erdgasreformer, oder eine Quelle für eine andere Art des gasförmigen Kraftstoffs
verfügen.
Vorteilhafterweise sollte diese Heimbetankvorrichtung eine derartige
Kapazität
besitzen, dass sie den Kraftstoffvorratsbehälter eines üblichen leichten Nutzfahrzeuges
in fünf
bis acht Stunden auffüllen
kann. Es ist zudem wünschenswert,
dass dieses Gerät
bequem an einer Stelle montiert werden kann, an der es vor Beschädigung geschützt ist.
Die Erfindung richtet sich auf diese sämtlichen Aufgaben.
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Beim
Starten und beim normalen Betrieb einer Heimbetankvorrichtung kommt
es zu Schwingungen aufgrund der Hin- und Herbewegung der Kompressorkolben
und der drehenden Masse der Welle, die die Kolben antreibt. Die
sich hin- und herbewegenden und drehenden Massen sind dynamisch nicht
ausbalanciert, was zu einer dominanten Niederfrequenzschwingung
von etwa 10 bis 15 Hertz beim Starten und beim Betrieb mit niedriger
Geschwindigkeit führt.
Eine dominante Hochfrequenzschwingung von bis zu 30 bis 35 Hertz
tritt bei normalem Betrieb auf. Die hauptsächlichen Schwingungsmoden entstehen
durch Hubkräfte
in einer vertikalen Ebene und Hub-Drehmomente um eine Achse, die
in etwa durch den Massenschwerpunkt der Motor-Kompressor-Baugruppe
geht, sowie durch Torsionskräfte,
die von Schwankungen im Gasdruck verursacht werden.
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Es
besteht ein Bedarf daran, dass die Übertragung von Schwingungen
von der Vorrichtung auf die Halterungsstruktur minimiert wird.
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Gaslecks
können
in einer Kompressoreinrichtung und außerhalb einer Kompressoreinrichtung auftreten,
zum Beispiel an der Verbindung zum Fahrzeug, oder am Fahrzeug selbst
entstehen. Es ist wichtig, dass Gaslecks aus jeglicher Quelle entdeckt werden.
Man hat Gaslecksensoren einzeln in Kompressoren eingebaut und in
Strukturen montiert, so dass Lecks zur Umwelt entdeckt werden können. Bei der
Erfindung besteht jedoch die Möglichkeit,
dass beide Funktionen kombiniert werden. Die Erfindung betrifft
diese Aufgabe.
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Man
weiß,
dass Luft in den Kompressor gesaugt werden kann, wenn eine Gaszufuhrleitung
zum Kompressor gelöst
wird. Wenn die Luft sich mit dem Gas mischt, kann sich ein explosives
Gemisch bilden. Deshalb ist es allgemeine Praxis, dass eine Gassensoreinrichtung
bereitgestellt wird, die das Fehlen eines Gasdrucks in der Zufuhrleitung
ermittelt, die mit einer Gasquelle verbunden sein sollte.
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Weiterhin
beträgt
der Einlassdruck einer häuslichen
Erdgashauptleitung üblicherweise
etwa 1,38 bis 3,45 kPa (0,2 bis 0,5 psi). Dieser Gasdruck ist möglicherweise
für den
Betrieb von Anzeigeleuchten in einem nahe gelegenen Wohnhaus notwen dig. Fällt das
Hauptgaszufuhrsystem auf ein niedrigeres Niveau, kann die zusätzliche
Belastung durch die Heimbetankvorrichtung dazu führen, dass die Anzeigeleuchten
ausgehen. Folglich ist es wünschenswert,
dass man sich gegen den Verbrauch von Gas durch eine Vorrichtung
absichert, wenn dadurch benachbarte Vorrichtungen Gefahr laufen,
dass ihre Warnleuchten ausgehen.
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DE 19859423 offenbart eine
Gasbetankvorrichtung, die ein Sicherheitssensorsystem zum Nachweisen
gefährlicher
Gase, gekoppelt mit einer Umschaltvorrichtung zum Schließen der
Gasleitung, enthält.
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CH 676951 , das als nächster Stand
der Technik angesehen wird, offenbart eine Vorrichtung zum Betanken
von Kraftfahrzeugen mit gasförmigem Kraftstoff
gemäß der Präambel von
Anspruch 1, umfassend:
- a) ein Gehäuse, das
eine Motor-Kompressor-Baugruppe enthält in Form eines Mehrstufen-Gaskompressors
und eines Elektromotors, der den Mehrstufen-Kompressor antreibt, wobei der Kompressor
und der Motor gemeinsam in einem abgedichteten Gehäuse enthalten
sind;
- b) eine elektrische Anschlusseinrichtung zur Versorgung des
Motors mit Energie;
- c) einen Gaseinlass, der auf der Vorrichtung ist und der die
Vorrichtung mit einer Gasquelle verbindet; und
- d) einen Gasauslass für
das Anbringen von komprimiertem Gas zu einem Kraftstoffvorratsbehälter.
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Zunächst wird
die Erfindung in ihrer allgemeinen Form beschrieben. Dann wird ihre
Umsetzung in Form spezifischer Ausführungsformen anhand der noch
folgenden Zeichnungen im Detail erläutert. Dieses Ausführungsformen
sollen das Prinzip der Erfindung und die Art und Weise ihrer Ausführung verdeutlichen.
Die Erfindung in ihren weitesten und spezifischeren Formen wird
dann in jedem einzelnen der Ansprüche erläutert und definiert, die diese
Beschreibung abschließen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft einen an einer Wand montierten Gaskompressor
und, genauer gesagt, eine Vorrichtung zum Betanken von Kraftfahrzeugen mit
gasförmigem
Kraftstoff, wenn sie zu Hause oder an anderer Stelle geparkt sind,
wo eine vertikale Wand oder eine senkrechte Halterung zur Verfügung steht,
wie beispielsweise in einer Garage oder in einem Carport.
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Erfindungsgemäß umfasst
die Vorrichtung Überwachungs-
und Regelelemente, die einen unbewachten Betrieb der Vorrichtung
erlauben, sowie eine Halterungs einrichtung, die eine Montage der Vorrichtung
auf der senkrechten Halterung in einer Höhe von mehr als 0,91 m (36
Zoll) über
Grund erlauben.
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Die
erfindungsgemäße Variante
einer Heimbetankeinrichtung ist vorzugsweise derart gestaltet, dass
sie an einer Wand, einem Pfostenhalterungselement oder einer anderen
Struktur etwa in Augenhöhe
montiert werden kann. Das Gerät
soll vorzugsweise mindestens 0,91 m (36 Zoll) über Grund und vorzugsweise
oberhalb der Höhe
der Haube eines Standardpassagierfahrzeugs montiert werden, d. h.
oberhalb von 1,22 m (48 Zoll) über
Grund. Dies soll gewährleisten,
dass die Vorrichtung sich nicht in Bereichen befindet, in denen
ein bewegliches Objekt, wie ein Kraftfahrzeug, dagegen stoßen könnte. Das
vermeidet die Kosten für
Fahrzeugaufprallschutz, wie Poller und andere Barrieren.
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Die
Vorrichtung kann an der Wand zwischen Wandbolzen montiert werden
oder flach an einer geraden Wand über Montageklammern, die an
der senkrechten Halterung befestigt werden. Ersatzweise kann die
Vorrichtung, drinnen oder draußen
an einem Pfosten, zum Beispiel einem Carport-Pfosten oder einem
freistehenden Pfosten, wiederum über Montageklammern
montiert werden, wenn erforderlich. Ein spiralförmiger Abgabeschlauch kann
bereitgestellt werden, der sich zurückzieht, wenn er nicht zum
Gebrauch herausgezogen wird.
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Vorzugsweise
werden der Elektromotor und der Kompressor gemeinsam in einer einzigen
Baugruppe kombiniert, die in einem Gehäuse montiert ist. Diese Baugruppe
wird an das Gehäuse über erste Schwingungsisolatoren
angepasst, die Schwingungen dämpfen.
Das Gehäuse
selbst ist weiterhin an seiner senkrechten Halteeinrichtung über zweite Schwingungsisolatoren
montiert, die zusätzlich Schwingungen
dämpfen.
Die erfindungsgemäße Heimbetankeinrichtung
ist vorzugsweise mit zwei Stufen der Schwingungsabsorption ausgestattet: Schwingungsisolatoren,
welche die Übertragung
von Schwingungen von der Motor-Kompressor-Baugruppe in das Gehäuse verringern,
und zudem Schwingungsisolatoren, welche die Übertragung von Schwingungen über die
Montageklammern des Gehäuses
in die Wand, den Pfosten oder eine andere senkrechte Halterung verringern,
an der das Gerät befestigt
ist.
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Insbesondere
aus diesem Grund kann die Vorrichtung an Wänden als Halterungsstruktur
montiert werde. Dadurch wird die Montage der Vorrichtung an einer
Garagenwand in der Nähe
von Wohngebieten praktikabler, weil weniger Schwingungen und Lärm in die
Wohngebiete übertragen
werden.
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Das äußere Gehäuse wird
erfindungsgemäß an einer
Wand über
ein neues System aus winkeligen, z. B. flexiblen, dämpfenden
Polymer-Beilagscheiben aus Gummi oder einem gummiartigen Material
montiert. Weil die Motor-Kompressor- Baugruppe an einer Wandfläche oder Ähnlichem
mit ihrer Rückseite
an der Wand montiert wird, kann ihr Gewicht ein Torsionsmoment entwickeln,
wodurch sich das Gerät
von der Wand wegdrehen könnte,
wenn es vom oberen Ende her gelöst
wird. Wird das Gerät
an dämpfenden
Gummibeilagscheiben montiert, die mit ihren Achsen vertikal ausgerichtet
sind, dann wird aufgrund der Torsionswirkung eine Scherkraft auf
die Beilagscheiben ausgeübt.
Die Beilagscheiben sind absichtlich sehr weich und von erheblicher
Dicke, damit sie Schwingungen absorbieren, d. h. fast so dick wie
breit. Deshalb wäre
diese Scherkraft sehr unerwünscht.
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Erfindungsgemäß stehen
die dämpfenden Gummibeilagscheiben
in einem geneigten Winkel, wodurch die Scherkraft auf die Beilagscheiben
beseitigt oder minimiert wird. An der Oberseite des Geräts steht
daher der obere Abschnitt der Beilagscheibenachsen in einem Winkel
von dem Gerät
weg, nämlich in
Richtung zu der Wand oder Halterungsstruktur, vorzugsweise in einem
Winkel von etwa 20° bis
40°, wobei
der Winkel von dem Gewicht und der Geometrie des Geräts abhängt. Am
unteren Ende der Vorrichtung stehen die oberen Abschnitte der Beilagscheibenachsen
von der Wand und zur Vorrichtung hin in einem ähnlichen oder gegebenenfalls
einem anderen Winkel weg. Die schwingungstrennenden Beilagscheiben
werden also derart montiert, dass sie Scherkräfte minimieren. Dadurch können sie
eine effiziente Schwingungsisolation zwischen der an der Wand montierten
Motor-Kompressor-Vorrichtung und
der Wandfläche,
an der diese montiert ist, bereitstellen.
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Eine
weitere Stufe der Schwingungsisolation wird in den Halterungen bereitgestellt, über die
die Motor-Kompressor-Baugruppe im Gehäuse montiert ist. Diese Halterungen
umfassen vorzugsweise flexible Polymerbefestigungen, z. B. aus Gummi,
die auf beiden Seiten einer horizontalen Ebene angeordnet sind,
welche in etwa durch den und bevorzugt leicht oberhalb dem Massenschwerpunkt
oder dem Drehpunkt der Motor-Kompressor-Baugruppe verläuft. Aufgrund
dieser Anordnung können
die Hin- und Herbewegungen
innerhalb der Baugruppe eine Schaukelbewegung um eine Achse induzieren,
die von einer Geraden gebildet wird, welche sich zwischen den Befestigungen
erstreckt. Eine Dämpfungseinrichtung
kann auch zwischen die Motor-Kompressor-Baugruppe
und das Gehäuse
eingebracht werden, wo sie die Energie absorbiert, die durch die
Schaukelschwingungen entsteht. Das Dämpfungselement kann sich zwischen
dem Körper der
Motor-Kompressor-Baugruppe und einem beliebigen Teil des Gehäuses oder
neben der Baugruppe befinden. Eine bevorzugte Stelle ist am oberen
oder unteren Ende der Motor-Kompressor-Baugruppe, wo die Bewegung
am größten ist.
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Bei
einer bevorzugten Variante beinhaltet das Dämpfungselement ein elastisches,
flexibles gummiartiges Bauteil etwa in Form eines Fingers, das sich
von dem Motor-Kompressor-Gehäuse
nach unten in eine Buchse oder Aufnehmeinrichtung an der unteren
Innenseite des Gehäuses
erstreckt. Der Finger und die Aufnehmeinrichtung wirken als Dämpfungstopf.
Das Dämpfungselement
kann auch auf einer starren Verlängerung
von der Motor-Kompressor-Baugruppe basieren, die sich in eine flexible
Aufnehmeinrichtung erstreckt, z. B. einen an dem Gehäuse montierten
elastischen Gummischlauch. Wenn die Vorrichtung um die Achse zwischen
den Befestigungen schaukelt, widersteht das elastische Element dieser
Bewegung und dämpft
die Schwingung aufgrund der Hub-Drehmomente der Kompressor-Motor-Baugruppe.
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Auf
diese Weise lässt
sich unter Verwendung von zwei in Reihe montierten Schwingungsisolationen
die Übertragung
von Schwingungen von der Vorrichtung auf ihre Halterungsstruktur
sehr effizient verringern.
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Die
Erfindung beinhaltet wahlfrei, aber vorzugsweise ein Kühl- und
Belüftungssystem
für die Vorrichtung,
das auch zur Ermittlung von Gaslecks innerhalb der Vorrichtung und
zudem in der Umgebung der Vorrichtung dient. Dieses System umfasst in
dem Gehäuse
der Vorrichtung einen Lufteinlass, einen Ventilator und einen Luftauslass,
so dass eine Zone mit Luftzirkulation um die Motor-Kompressor-Baugruppe zur Kühlung und
Belüftung
bereitgestellt wird. Ein Sensor für entzündliches Gas ist dann im Luftströmungsweg
montiert, vorzugsweise nahe dem oberen Ende der Vorrichtung, wobei
zirkulierende Luft vom Boden der Vorrichtung her eintritt. Der Sensor
ist derart angeordnet, dass er Luft untersucht, die durch den Kompressor
gegangen ist, und einen Hinweis liefert, wenn Gaslecks innerhalb
der Vorrichtung auftreten sollten.
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Weil
die Vorrichtung erhöht
an einer Wand oder einer höheren
Halterungsstruktur montiert wird, zirkuliert der Ventilator Luft
aus dem oberen Bereich des benachbarten Umgebungsraums, z. B. aus
der oberen Hälfte
eines Raums, beispielsweise einer Garage. Weil Erdgas, Wasserstoff
und viele andere entzündliche
Gase üblicherweise
leichter als Luft sind, werden sich alle Konzentrationen dieser
entzündlichen
Gase, die leichter als Luft sind, in der Höhe des Raums befinden. Weil
das Belüftungssystem
eine Luftzirkulation bewirkt, kommt es zu Vermischen, und alle entzündlichen
Gase, die im Raum vorhanden sind, werden in die Vorrichtung gezogen.
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Dann
erfasst der Flammgas-Sensor nicht nur Gas, das aus dem Kompressor
entwichen ist, sondern auch Gas, das aus der örtlichen Umgebung entwichen
ist, zum Beispiel aus einem benachbarten geparkten Kraftfahrzeug.
Deshalb untersucht ein einziger Sensor für entzündliche Gase das Maschinengas und
das Raumgas.
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Zudem
kann ein Luftströmungssensor
in dem Weg der umgeführten
Luft plaziert werden, vorzugsweise an der Basis des Gehäuses. Der
Sensor kann mit dem Regelsystem für die Vorrichtung gekoppelt
werden, wodurch sichergestellt ist, dass die Vorrichtung abgeschaltet
wird, wenn es aus irgendeinem Grund eine Unterbrechung in der Strömung der Belüftungs-
und Kühlluft
gibt.
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Gegebenenfalls
kann das Belüftungsabgas im
benachbarten Raum umgeführt
oder nach außen geleitet
werden, beispielsweise durch einen durch die Wand gehenden Luftkanal,
der mit dem Luftauslass der Vorrichtung verbunden ist.
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Damit
die Einleitung von Luft in den Vorratsbehälter des Kraftfahrzeugs aufgrund
von Lösen
des Einlassschlauchs der Vorrichtung von seiner Gasquelle verhindert
wird, enthält
die Vorrichtung in der Regel eine Sensorvorrichtung für den Druck
in der Einlassleitung. Diese ermittelt, ob kein Druck vorhanden
ist, weil der Einlassanschluss von der Gasleitung gelöst wurde.
Diese Gas-Sensorvorrichtung stellt in Kombination mit bereits bekannter
Ablaufssteuerungsschalttechnik ein Signal an die Vorrichtung bereit,
so dass diese abgeschaltet wird, wenn kein Gasquellendruck ermittelt
wird. Ist der Einlassschlauch nicht angeschlossen, leitet die Vorrichtung
also nicht unbeabsichtigt Luft in den Kraftstoffvorratsbehälter des
Kraftfahrzeugs ein.
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Das
erfindungsgemäße Drucksensorsystem ermittelt
zudem, ob der Druck des eingebrachten Gases unter ein einstellbares
Schwellendruckniveau fällt,
das größer als
Null ist, zum Beispiel 1,38 kPa (0,2 psi). Unter diesen Bedingungen
wird der Betrieb der Vorrichtung ausgesetzt.
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Somit
schützt
das erfindungsgemäße System
davor, dass das erfindungsgemäße Kompressorsystem
benachbarte Geräte
stört.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigt:
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1 eine
bildliche Darstellung eines mit gasförmigem Kraftstoff betriebenen
Kraftfahrzeugs, das in einer Garage geparkt ist, die über eine
an ihrer Innenwand montierte erfindungsgemäße Heimbetankvorrichtung verfügt;
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2 eine
Stirnansicht der 1, die die Luftzirkulation um
das in der Garage geparkte Kraftfahrzeug zeigt;
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3 eine
Vorderansicht der Vorrichtung in 1, wobei
die Vorderseite des inneren Gehäuses freiliegt,
die als Schutz- oder Verkleidungsabdeckung dient und die Kompressor-Motor-Baugruppe
zusammen mit der Rückplatte
des äußeren Gehäuses enthält;
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4 eine
Vorderansicht der Kompressor-Motor-Baugruppe, wobei die innere Verkleidung entfernt
ist und man die beiden Seitenbefestigungen, mit denen die Baugruppe
mit dem Gehäuse
verbunden ist, sowie den Belüftungsventilator
und den Weg der Belüftungsluft
erkennt;
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5 eine
perspektivische Ansicht des äußeren Gehäuses von
hinten, d. h. von der Wandseite, so dass man den Befestigungsrahmen
erkennt;
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6 eine
perspektivische Ansicht des Rahmens der 5 alleine;
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7 eine
perspektivische Explosionsansicht der Vorrichtung von der Rückplatte
des äußeren Gehäuses und
dem Rahmen, die zum Befestigen der beiden horizontalen Klammern
in Position gebracht worden sind;
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8 eine
Ansicht der 7, wobei die genannten Komponenten
bereits angebracht worden sind;
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9 eine
partielle Seitenansicht der Baugruppe der 5 im Querschnitt,
in der die winkeligen oberen und unteren Halterungen zwischen dem Rahmen
und dem äußeren Gehäuse erkennbar
sind;
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10A eine Detail-Seitenansicht der oberen Halterung
in 9;
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10B eine Detail-Seitenansicht der unteren Halterung
in 9;
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11 eine
schematische Darstellung der Hauptkomponenten der Vorrichtung, einschließlich der
einzigen Motor-Kompressor-Baugruppe, des Abblasvolumens, der Regelschaltungen
und weiterer Halterungselemente, u. a. verschiedener Sensoren.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In 1 ist
die Heimbetankvorrichtung 1 an einer Garagenwand dargestellt,
wobei der Hochdruckzufuhrschlauch 2 mit einem Auto und
der Einlassschlauch 3 mit einer Gasquelle verbunden und das
Elektrokabel 4 in eine Standardhaushaltssteckdose gesteckt
ist.
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2 zeigt
die Luftzirkulation 60 aufgrund des Belüftungsventilators in der Vorrichtung 1 innerhalb
der Garage. Weil die Vorrichtung 1 an erhöhter Position
an der Garagenwand 61 befestigt ist, beinhaltet die Zirkulation
Luft aus dem oberen Bereich 62 der Garage.
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3 ist
eine Vorderansicht der Vorrichtung in ihrem äußeren Gehäuse 7, derart ausgerichtet, das
sie zwischen Wandbolzen 5 (in 3 nicht
dargestellt) befestigt werden kann, wobei die vordere Zugangsabdeckung 6 offen
ist, so dass man das innere Belüftungsgehäuse sieht,
das als Schutz- oder Verkleidungsabdeckung 22 dient. Der
Hochdruckzufuhrschlauch 2 ist vollständig eingezogen. Lufteinlassdurch lasse 13 befinden
sich am Boden des Gehäuses 7,
unterhalb der Motor-Kompressor-Baugruppe 32.
Ein Luftauslass 36 befindet sich am oberen Ende des Geräts. Eine
Gasquelle 3 und Gaszufuhrleitungen 2 sind ebenfalls
an das Gerät
angeschlossen.
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Siehe 3 und 4:
Eine vordere Verkleidungsabdeckung 22, die als Teil einer
Schutzabdeckung dient, ist an der Rückplatte des äußeren Gehäuses 7 über Schrauben 23 befestigt.
Die Rückplatte
des äußeren Gehäuses 7 und
die Verkleidung 22 bilden ein Belüftungsgehäuse für den Kompressor 29,
den Kompressormotor 30 und das Abblasvolumen 31,
die sich sämtlich
in einem gemeinsamen Gehäuse
befinden und die Motor-Kompressor-Baugruppe 32 bilden.
Der Belüftungsventilator 32A und
Hilfskomponenten sind zudem in 4 dargestellt.
Der Belüftungsventilator 32A zieht
Kühlluft
durch die Einlassdurchlässe 33 am
Luftströmungssensor 34 vorbei
ein und zirkuliert die Luft über
die Motor-Kompressor-Baugruppe 32 sowie andere Komponenten des
Gehäuses,
das von der Rückplatte
des äußeren Gehäuses 7 und
der Verkleidung 22 gebildet wird.
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Beim
Verlassen dieses Belüftungsgehäuses geht
die Luft durch den in 4 dargestellten Flammgas-Sensor 35 und
durch den Luftauslass 36 hinaus. Alle Sensoren sind an
eine auf einer Zentralcomputer-Schaltung basierenden Hauptlogiksteuerung 11 angeschlossen,
wie die Verbindungen in 11 zeigen.
Wenn der Luftströmungssensor 34 anzeigt,
dass die Kühlluftströmung unterhalb
einer voreingestellten Minimalgrenze ist, d. h. wenn es eine Unterbrechung
in der Strömung
der Belüftungs- und Kühlluft gibt,
oder wenn der Flammgas-Sensor 35 das Vorliegen von entzündlichem
Gas in der Kühlluft ermittelt,
stellt die zentrale Logiksteuerung 11 sicher, dass die
Vorrichtung 1 nicht startet, wenn sie bereits abgeschaltet
ist, oder abgeschaltet wird, wenn sie läuft.
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Indem
man die Vorrichtung in der Höhe
an einer Wand oder einer höheren
Halterungsstruktur montiert, zirkuliert der Ventilator 32A Luft
aus dem oberen Bereich der benachbarten Umgebung, die entzündliche
Gase im benachbarten Raum enthalten kann, die leichter sind als
Luft. Aufgrund der Luftzirkulation, die das Belüftungssystem erzeugt, werden entzündliche
Gase in die Vorrichtung gezogen. Der Flammgas-Sensor 35 erfasst
dann nicht nur Gas, das aus dem Kompressor 29 entwichen
ist, sondern auch Gas, das in der örtlichen Umgebung entwichen
ist.
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Siehe 4:
Die Motor-Kompressor-Baugruppe 32 in dem Gehäuse 12 wird
an der Rückplatte des äußeren Gehäuses 7 über zwei
schwingungstrennende Elemente in Form seitlicher Polymerbefestigungen 37 befestigt.
Das Gehäuse 12 ist
zudem mit einem Polymer-Dämpfungselement 39 verbunden.
Die Seitenbefestigungen 37 befinden sich etwas oberhalb
dem ungefähren
Drehpunkt oder Massenschwer- Punkt
der Motor-Kompressor-Baugruppe 32 entlang einer horizontalen
Geraden, die vorzugsweise entlang einer horizontalen Ebene verläuft, die etwa
gerade oberhalb eines solchen Schwerpunkts verläuft. Aufgrund dieser Anordnung
können
die Hin- und Herbewegungen
innerhalb der Vorrichtung eine Schaukelbewegung um eine Achse induzieren,
die einer Gerade entspricht, welche sich zwischen den Befestigungen
erstreckt. Die beiden seitlichen Polymerbefestigungen 37 und
das Polymer-Dämpfungselement 39 unterdrücken die Übertragung
von Schwingungen von der Motor-Kompressor-Baugruppe 32 auf
das äußere Gehäuse 7.
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Bei
einer bevorzugten Variante ist die Dämpfungseinrichtung 39 ein
fingerförmiger
Fortsatz, der sich in eine Buchse 39 erstreckt, die am
Gehäuse 7 befestigt
ist, und als Dämpfungstopf
wirkt. Wenn die Vorrichtung um die Achse schaukelt, die sich zwischen
den seitlichen Befestigungen 37 erstreckt, widersteht dieser
Bewegung das elastische, buchsenartige Passstück 39 und dämpft die
Schwingung, die von den Hub-Drehmomenten der Kompressor-Motor-Baugruppe 32 hervorgerufen
wird.
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Siehe 5:
Das äußere Gehäuse selbst
ist mit Befestigungsbeschlägen
versehen, umfassend einen Rahmen 49 mit zwei Befestigungsstäben 50, welche
mit Kerben versehen sind für
eine Befestigung auf einer unteren Befestigungsklammer 16 und einer
oberen Befestigungsklammer 19, wie in den 7, 8 dargestellt.
Die Klammern 16, 17 werden an der Halterungsstruktur
befestigt. Das äußere Gehäuse 7 wird
an dem Rahmen 49 über
ein neues System von Elementen in Form winkeliger dämpfender
Beilagscheiben 53 aus Gummi oder gummiartigem Material
befestigt.
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Die
in den 9, 10A, 10B dargestellten
dämpfenden
Gummibeilagscheiben 53 sind in einem derartigen Winkel
geneigt, dass Scherkräfte auf
diese Beilagscheiben ausgeschaltet oder minimiert werden. Am oberen
Ende des Geräts
wird daher der obere Abschnitt der Achsen 54 der Beilagscheiben 53 in
einem Winkel von etwa 30° weg
von der montierten Vorrichtung, d. h. in Richtung zur Wand, geneigt,
wobei dieser Winkel von dem Gewicht und der Geometrie der Vorrichtung
abhängt. Am
Boden der Vorrichtung wird der obere Abschnitt der Achsen 55 der
Beilagscheiben 53 von der Wand weg und hin zur Vorrichtung
um einen Winkel von etwa 45° geneigt.
Die Winkel für
diese jeweiligen dämpfenden
Beilagscheiben 53 können
je nach der Position des Schwerpunkts, den sie halten, anders sein.
Indem die schwingungstrennenden Beilagscheiben 53 in einem
Winkel befestigt werden, wird eine effizientere Schwingungsisolation
zwischen der an der Wand montierten Motor-Kompressor-Vorrichtung und der Oberfläche, an
der sie befestigt ist, bereitgestellt.
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Die
Kerben 56 in den Stäben 50 der 6 greifen
in sich verjüngende
Einbuchtungen 57 entlang der Seiten der Klammern 16, 19 ein.
Dadurch kann die Vor richtung an der erhöhten Position einfach dadurch
montiert werden, dass das Gerät
hochgehoben, die Kerben 56 mit den Einbuchtungen 57 ausgerichtet
und die Elemente bis zum Eingriff vorgeschoben werden. Abgewinkelte
Seiten an den Einbuchtungen 57 verringern die Präzision,
die für
dieses "Andock"-Verfahren erforderlich
ist.
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Eine
Klinke oder ein Haltegurt 58 kann zudem als Sicherungsbefestigungsvorrichtung
hinzugefügt
werden, so dass der Eingriff zwischen dem Gerät und den Klammern fixiert
wird. Diese Komponenten liefern eine Sicherung im Fall seismischer Ausbrüche, d.
h. im Fall eines Erdbebens.
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Damit
in den Vorratsbehälter
des Kraftfahrzeugs keine Luft aufgrund von Lösen des Einlassschlauchs 3 der
Vorrichtung von seiner Gasquelle eingebracht wird, enthält die Vorrichtung üblicherweise
eine Sensoreinrichtung für
den Einlassleitungsdruck 40, die das Fehlen eines Drucks
aufgrund von Lösen
des Einlassanschlusses von der Gasquellenleitung 3 erfasst.
Diese Gas-Sensoreinrichtung 40 liefert in Kombination mit
Ablaufschaltungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, ein
Signal an die Vorrichtung, so dass diese abgeschaltet wird, wenn
der Sensor keinen Gasquellendruck erfasst. Ist der Einlassschlauch 3 gelöst, leitet
somit die Vorrichtung nicht unabsichtlich Druckluft in den Kraftstoffbehälter des
Kraftfahrzeugs ein.
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Dieses
erfindungsgemäße Drucksensorsystem
erfasst auch, wenn der Druck des eingeleiteten Gases unter ein einstellbares
Schwellenniveau fällt, das
größer als
Null ist, zum Beispiel 1,38 kPa (0,2 psi). Unter diesen Bedingungen
wird der Betrieb der Vorrichtung unterbrochen. So schützt das
erfindungsgemäße System
davor, dass das erfindungsgemäße Kompressorsystem
benachbarte Vorrichtungen stört.
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Siehe 11:
Ein Einlassgasdrucksensor 40, mit dem der Druck des Gases
erfasst wird, das aus der Einlassleitung 3 ankommt, ist
elektrisch an die Hauptlogiksteuerung 11 angeschlossen.
Wenn der Einlassgasdrucksensor 40 ein Signal an die Steuerung 11 sendet,
dass er einen Quellengasdruckzustand unterhalb einer voreingestellten
Grenze ermittelt, gewährleistet
die Steuerung 11, dass die Vorrichtung 1 nicht
startet, wenn sie bereits abgeschaltet ist, oder abschaltet, wenn
sie gerade läuft.
Der Schwellendruck für
das Abschalten ist derart einstellbar, dass die Vorrichtung sich
an die jeweiligen Gegebenheiten anpassen kann, z. B. je nach den örtlichen Gasleitungsdrücken oder örtlichen
Vorschriften.
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Siehe 11:
Die Motorregelschaltung 22 befindet sich in dem Gehäuse 12 im
Abblasvolumen 31. Die Wand des Gehäuses 12 wirkt als
Wärmesenke
für die
Wärme,
die von der Motorregelschaltung 22 produziert wird, sowie
als Abschirmung gegen ein- und ausgehende elektromagnetische Emissionen.
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Siehe 11:
Die Hauptlogiksteuerung 11 ist derart angeschlossen, dass
sie Signale vom Luftströmungssensor 34,
vom Flammgas-Sensor 35, vom Gasquellendrucksensor 40 sowie
von den manuellen Eingabevorrichtungen an der Steuer- und Anzeigekonsole 15 und
anderen Quellen, wie dem Hochdruckgasauslasssensor 43,
empfangen kann. Die Hauptlogiksteuerung 11 kann den Motor 30 aktivieren
und dessen Geschwindigkeit über
den Motorregler 22 bestimmen, wobei beim Start eine langsame
Geschwindigkeit, bei der anfänglichen
Kompression eine hohe Geschwindigkeit und bei der abschließenden Kompression
eine kleinere Geschwindigkeit bereitgestellt wird.
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Beim
Starten sind die Motorgeschwindigkeiten klein. Das verringert die
ansonsten hohen Stromableitungen aus dem elektrischen Versorgungssystem
beim Start. Dadurch kann das Gerät
abseits eines elektrischen Versorgungssystems mit Standardhaushaltsspannung,
z. B. 110–200
Volt, und mäßiger Sicherung
arbeiten. Nach dem Start kann die Anfangskompression mit hoher Motorgeschwindigkeit durchgeführt werden.
Sind im Kraftstoffvorratsbehälter
des Kraftfahrzeugs durch die abschließende Ausgabestufe des Kompressorsystems
höhere
Drücke erzeugt
worden, wird erfindungsgemäß die Motorgeschwindigkeit
verringert, wodurch der Ringverschleiß gemäßigt und der Energieverbrauch
begrenzt wird. Dieses Verfahren eignet sich besonders für öllose Kompressoren,
weil die Verschleißrate
der Dichtungsringe in den Kompressorzylindern solcher Geräte zunimmt,
wenn das Kompressorsystem bei hoher Geschwindigkeit gegen einen
hohen Gegendruck läuft.
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Erfindungsgemäß wird zudem
die Geschwindigkeit des Elektromotors geregelt, so dass natürliche Resonanzfrequenzen
aufgrund von dessen mechanischen Komponenten verhindert werden,
die ansonsten den Lärm
und die Schwingung verstärken würden, die
von dem Gerät
erzeugt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Das
Vorstehende stellt eine Beschreibung spezifischer Ausführungsformen
dar, die zeigen, wie die Erfindung angewendet und umgesetzt werden kann.
Diese Ausführungsformen
sind nur beispielhaft. Die Erfindung ist in ihrem weitesten und
in spezielleren Aspekten weiter in den folgenden Ansprüchen beschrieben
und definiert.
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Diese
Ansprüche
und die darin verwendete Sprache sollen im Hinblick auf Varianten
der Erfindung verstanden werden, die beschrieben worden sind. Sie
sind nicht auf diese Varianten beschränkt, sondern sollen so gelesen
werden, dass sie den vollen Umfang der Erfindung abdecken, den die
Erfindung und die hier bereitgestellte Beschreibung implizieren.