DE102009035272A1 - Heizbarer Flüssigkeitsbehälter mit adaptierbarem Heizelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Heizbarer Flüssigkeitsbehälter mit adaptierbarem Heizelement und Verfahren zu seiner Herstellung Download PDF

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Abstract

Ein heizbarer Flüssigkeitsbehälter (1) aus Kunststoffmaterial, insbesondere zur Aufnahme von Wasserharnstoffgemischen, weist einen Behälterinnenraum (2) und ein im Wesentlichen im Bahälterinnenraum (2) angeordnetes Heizelement (7) mit zumindest zwei Anschlussenden (9a, 9b) auf. Um die Dichtigkeit des Behälters und den Wirkungsgrad der Heizung zu erhöhen, weist der Flüssigkeitsbehälter (1) eine Öffnung (8) auf, durch die sich die zumindest zwei Anschlussenden (9a, 9b) des Heizelementes (7) erstrecken. Das Heizelement (7) weist im Bereich der Anschlussenden (9a, 9b) einen Flansch (11) auf oder ist an einem Flansch (11) befestigt, wobei der Flansch (11) an einer Wand (4) des Flüssigkeitsbehälters (1) befestigt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen heizbaren Flüssigkeitsbehälter aus Kunststoffmaterial, z. B. thermoplastischen Kunststoffen wie Polyethylen (PE), vernetztem Polyethylen (XPE), Polypropylen (PP), Polyamid 6, 11 oder 12 (PA 6, 11 oder 12) oder dgl., insbesondere zur Aufnahme von Wasserharnstoffgemischen, mit einem Behälterinnenraum und einem im Wesentlichen im Behälterinnenraum angeordneten Heizelement mit zumindest zwei Anschlussenden.
  • Um die zunehmend restriktivere Limitierung der Emissionsgrenzwerte für Verbrennungskraftmaschinen insbesondere in Kraftfahrzeugen zu erfüllen, existieren verschiedene Verfahren zur Abgasnachbehandlung. Problematisch ist dabei insbesondere die Nachbehandlung von dieselmotorischen Abgasen, da hier die Motorbetriebsbedingungen mit Lambda deutlich größer eins keine gleichzeitige reduktive und oxidative Nachbehandlung erlauben. Zur Reduktion der im Abgas enthaltenen Stickoxide (NOx) werden daher u. a. Katalysatoren für eine selektive katalytische Reduktion (SCR) der Stickoxide eingesetzt. Als weitere Komponente für die am Katalysator ablaufende Reaktion muss jedoch Ammoniak beigemischt werden.
  • In der Regel wird der Ammoniak durch das Einspritzen einer 32,5%igen, wässrigen Harnstofflösung aus einem Vorratstank im Fahrzeug eingebracht. Diese Harnstofflösung wird von der Industrie einheitlich mit AdBlue® oder in den USA als Diesel Exhaust Fluid (DEF) bezeichnet und ist in ihrer Zusammensetzung in der DIN 70070 beschrieben.
  • Da der Gefrierpunkt dieser Harnstofflösung bei etwa –11°C liegt, besteht jedoch jahreszeit- und regionsabhängig die Gefahr des Einfrierens der Lösung im Tank des Fahrzeuges.
  • Gattungsgemäße Flüssigkeitsbehälter weisen aus diesem Grund ein Heizelement auf, das in dem Flüssigkeitsbehälter angeordnet ist und das Einfrieren bzw. die dem vollständigen Gefrieren vorangehende Versulzung des Harnstoffes vermeidet sowie das Auftauen der gefrorenen Harnstofflösung beim Kaltstart ermöglicht.
  • Aus der GB 2 339 010 A ist ein gattungsgemäßer heizbarer Tank aus Kunststoff bekannt, bei dem im Inneren eine Heizwendel angeordnet ist, deren Heizmittel- ein- und auslässe zur Außenseite des Tanks austreten. Die Heizwendel ist innerhalb des Tanks frei tragend ausgebildet.
  • Die GB 2 136 098 A offenbart einen durch ein Rotationsschmelzverfahren hergestellten heizbaren Tank aus Kunststoff mit einer Heizspirale. Die Heizspirale ist vollständig freitragend innerhalb des Tanks ausgebildet. Die Befestigung der Heizspirale innerhalb des Tanks geschieht über Verbinder, die in die Seitenwände des Wassertanks integriert sind. Die im Tank angeordnete Heizspirale tritt an zwei Stellen aus dem Tank heraus, wo sie durch eine Klemmverbindung von den Verbindern in Form von Plastikschläuchen gehalten wird. Diese werden im Fertigungsprozess in die Seitenwand des Tanks eingeschmolzen und besitzen ein zur Außenseite des Tanks hervorstehendes Außengewinde, an dem Leitungen zur Wärmemittelzufuhr bzw. Wärmemittelabfuhr angeschlossen werden können. Nachteilig bei einer derartigen Konstruktion ist jedoch, dass zur Versorgung der Heizspirale zwei abzudichtende Bereiche in Form von Öffnungen in der Außenwand des Tanks entstehen. Derartige Öffnungen bringen grundsätzlich die Gefahr einer Leckage mit sich. Darüber hinaus sind die einzelnen Leitungen der Heizspirale in direktem Kontakt zur Kunststoffaußenwand des Tanks angeordnet, was dazu führt, dass wärmebedingte Materialausdehnungen, insbesondere der Heizspirale auf das Kunststoffmaterial des Tanks wirken und die grundsätzliche Gefahr einer Leckage verstärken. Hinzu kommt, dass die Heizspirale während des Fertigungsprozesses von den Verbindern gehalten wird, während diese in die Seitenwand eingeschmolzen werden. Nach dem Fertigungsprozess ist ein Bewegen der Heizspirale gerade bei ggf. auftretenden Wartungsarbeiten oder im Rahmen von notwendigen optischen Kontrollen des Tanks oder der Heizspirale nicht mehr möglich.
  • Aus der EP 1 640 577 B1 ist ein heizbarer Kunststofftank bekannt, bei dem Heizmitteleinlass und Heizmittelauslass einer Heizwendel, die in den Tank hineinragt, im unteren Tankbereich an der Kunststoff-Tankwand von Kunststoff umsintert sind. Die Heizwendel ist dadurch unbeweglich im Tank fixiert. Auch hier besteht die Gefahr einer Leckage an den Befestigungsstellen der Heizwendel.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mit einem Temperierungssystem ausgestatteten Flüssigkeitsbehälter vorzuschlagen, der unter allen Betriebsbedingungen dicht ist und einen hohen Wirkungsgrad hinsichtlich der Heizleistung aufweist, wobei die Heizleistung auch bei komplexen Strukturen des Flüssigkeitsbehälters eine optimale Temperierung der Flüssigkeit gewährleisten soll.
  • Diese Aufgabe wird im Wesentlichen dadurch gelöst, dass der Flüssigkeitsbehälter eine vorzugsweise runde Öffnung aufweist, durch die sich beide Anschlussenden des Heizelementes erstrecken. Im Bereich der Anschlussenden weist das Heizelement einen Flansch auf oder ist an einem solchen lösbar angebracht, wobei dieser Flansch an der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters befestigt ist. Dadurch, dass der Flüssigkeitsbehälter lediglich eine Öffnung zur Durchführung der beiden Anschlussenden des Heizelementes aufweist, wird die Anzahl der benötigten Öffnungen für das Heizelement im Vergleich zu gattungsgemäßen Behältnissen mindestens um die Hälfte reduziert. Folglich wird auch die Gefahr einer Leckage halbiert.
  • Darüber hinaus steht das Heizelement nicht in direktem Kontakt mit der Wand des Flüssigkeitsbehälters, weil es über den Flansch, der an die Außenseite des Flüssigkeitsbehälters montiert wird, mit dem Flüssigkeitsbehälter verbunden ist. Infolge dessen wird die Wärmeleitung in die Wände des Flüssigkeitsbehälters minimiert. Es findet lediglich ein Wärmeübergang in den Flansch statt, was zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades des Heizsystems des Flüssigkeitsbehälters beiträgt. Ferner vermeidet eine derartige Entkopplung des Heizelementes von der Seitenwand des Behälters auch, dass Materialausdehnungen des Heizelementes die Dichtheit des Behälters beeinträchtigen oder die Tankwand derart erwärmen, dass Dichtungsprobleme auftreten. Vorzugsweise wird das gesamte Heizelement freitragend in dem Flüssigkeitsbehälter durch den Flansch getragen, so dass das Heizelement an keiner Stelle in direktem Kontakt mit dem Flüssigkeitsbehälter steht bzw. in irgendeiner Art und Weise im Inneren des Behälters abgestützt wird. Generell ist es jedoch auch möglich, die Heizwendel am Tank durch geeignete Mittel, wie bspw. Füße oder Halterungen abzustützen, in oder auf die die Heizwendel abgesenkt bzw. eingelegt wird. Es liegt hierbei im Rahmen der Erfindung, dass die Heizwendel bspw. durch Federelemente im Tank gefedert abgestützt ist. Auftretende Spannungen können so kompensiert werden.
  • Das garantiert eine vollständige Umströmung des Heizelementes mit der zu temperierenden Flüssigkeit, was sich sehr effizient auf die Erwärmung der Flüssigkeit auswirkt. Die Befestigung über den Flansch bringt weiterhin den Vorteil mit sich, dass ein Behälter bei verschiedenen Vorgaben hinsichtlich des Anschlusses an das Heizelement verwendet werden kann. Lediglich der Flansch und das Heizelement werden dann typenspezifisch adaptiert, können jedoch grundsätzlich in verschiedenen Behältern Verwendung finden. Hierbei ist lediglich zu beachten, dass der Flansch an dem Behälter befestigbar ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Behälter aus einem Kunststoffmaterial mittels eines Rotationsschmelzverfahrens hergestellt werden. Der Behälter wird somit als einstückiger Hohlkörper hergestellt, wodurch dauerhaft und zuverlässig vermieden wird, dass Leckstellen an Elementen auftreten, die zum Verschließen des Behälters zusammengefügt wurden. Durch die einstückige Ausbildung ist die Dichtheit des Behälters auf lange Zeit gewährleistet. Ebenso ermöglicht die Herstellung durch ein solches Verfahren einen Behälter mit geringen Toleranzen und weitestgehend einheitlicher Wandstärke. Insbesondere mit Hinblick auf die räumliche Gestaltung erweist sich diese Ausführungsform als vorteilhaft. Sie ermöglicht die Integration von wärmeeffizienten komplexen Heizelementstrukturen in ebenso komplexen Flüssigkeitsbehälterformen. Das bringt insbesondere vor dem Hintergrund restriktiver Packageanforderungen im Fahrzeugbau erhebliche Vorteile mit sich. Zur effektiven Ausnutzung der Wärmeleistung ist auch vorgesehen, dass das Heizelement nicht integral mit der Behälterwand verbunden oder von dessen Kunststoff unmittelbar umschmolzen ist.
  • Vorzugsweise ist das Heizelement mit dem Flansch lösbar an dem Flüssigkeitsbehälter befestigt. Auf diese Weise ist es möglich, die Heizwendel in dem Flüssigkeitsbehälter zu bewegen und den Innenraum des Flüssigkeitsbehälters für Reparaturen bzw. Wartungsarbeiten oder aber auch optische Kontrollen des Behälters oder des Heizelementes zugänglich zu machen.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Öffnung und/oder das Heizelement derart ausgebildet sind, dass das Heizelement nicht durch die Öffnung einführbar oder entnehmbar ist. Insbesondere bei einem Flüssigkeitsbehälter, der mittels eines Rotationsschmelzverfahrens hergestellt ist, ist das Heizelement zwar innerhalb des Flüssigkeitsbehälters angeordnet, wird aber durch den Flansch an der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters befestigt. Das bedeutet, dass auch bei komplexen Strukturen des Flüssigkeitsbehälters und damit des Heizelementes lediglich eine kleine Öffnung notwendig ist, durch die die Anschlussenden des Heizelementes herausragen.
  • Idealerweise ist der Flüssigkeitsbehälter nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung derartig ausgebildet, dass er Mittel zur Befestigung des Flansches aufweist. Ein derartiges Befestigungsmittel kann beispielsweise ein in den Kunststoff bereits während des Herstellungsprozesses eingebrachter bzw. eingeschmolzener Befestigungsflansch sein. Dieser kann wiederum Mittel zur Befestigung des Flansches des Heizelementes aufweisen, wobei bevorzugt lösbare Befestigungsmittel, wie beispielsweise um die Öffnung herum angeordnete Innengewinde, vorgesehen sind.
  • In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist es auch möglich, derartige Befestigungsmittel, wie bspw. Innengewinde oder Rastverbindungen bereits während des Herstellungsprozesses in die Tankwand zu integrieren. Derartige Vorrichtungen ermöglichen generell die unkomplizierte und einfache Befestigung des Heizelementes bzw. des Flansches an der Außenwand des Flüssigkeitsbehälters. Ebenso einfach kann für Wartungs- bzw. Reparaturarbeiten diese Verbindung auch wieder gelöst werden, wodurch die Heizwendel auf einfache Weise zugänglich wird.
  • Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass das Mittel zur Befestigung des Flansches als ein Stutzen ausgebildet ist. Der Flansch des Heizelementes kann dann mittels einer Überwurfmutter, die sich durch Gewindeeingriff oder eine Rastverbindung an dem Mittel zur Befestigung des Flansches befestigen lässt, gegen den Stutzen oder eine Dichtfläche des Stutzens verspannt werden. Vorzugsweise wird zwischen dem Flansch und der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters wenigstens ein Mittel zur Abdichtung angeordnet. Ein solches Mittel kann beispielsweise ein Dichtring sein, wobei die Dichtung ein Austreten von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter vermeidet.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht die Anordnung des Heizelementes im Bodenbereich des Flüssigkeitsbehälters vor. Die grundsätzlich aus dem Bodenbereich aufsteigende Wärme wärmt so die gesamte Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter in effektiver Weise. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass die Flüssigkeit auch bei nur teilweise gefülltem Behälter zuverlässig erwärmt wird. Idealerweise besitzt das Heizelement dabei eine verwundene Form wie beispielsweise eine Heizwendel oder eine mäanderförmige Heizschlange, wodurch sich die wärmeabgebende Oberfläche des Heizelementes vergrößert und der Wärmeeintrag in die Flüssigkeit verbessert wird.
  • Zur Einleitung von Wärme in das System kann vorgesehen sein, dass das Heizelement als an eine Spannungsquelle angeschlossener elektrischer Leiter ausgebildet ist oder einen solchen enthält.
  • Als Heizelement kann auch eine von einem Fluid durchströmte Heizleitung vorgesehen sein. Vorteilhafterweise ist dieses Fluid das von einer Verbrennungskraftmaschine erwärmte Kühlwasser oder der erwärmte Rückfluss des Kraftstoffes. Dadurch wird eine sehr einfache und insbesonders energiesparende Möglichkeit zur Fluidversorgung des Heizelementes geboten, wenn der Flüssigkeitsbehälter in Kraftfahrzeugen wie beispielsweise Pkws oder Lkws Verwendung findet. Ebenso können auch Schiffsdieselantriebe von einer derartigen Vorrichtung profitieren.
  • Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Flansch eine Befüllungs-/Entnahmeeinrichtung, zum Leeren oder Befüllen des Flüssigkeitsbehälters aufweist. Eine solche Einrichtung kann z. B. eine Öffnung bzw. ein Durchlass in dem Flansch sein. Infolge dessen kann auf eine weitere Öffnung in dem Flüssigkeitsbehälter, in den die Flüssigkeit eingebracht werden müsste, verzichtet werden. Folglich werden auch die Gefahren durch Leckage erheblich gesenkt. Gleichzeitig wird so eine Möglichkeit zur Kosteneinsparung geboten, da eine separate Befüllungs-/Entnahmeeinrichtung entfällt.
  • In Weiterbildung der Erfindung sieht eine weitere Ausführungsform vor, dass der Flansch des Heizelementes Vor- oder Vor- und Rücklaufanschlüsse zur Entnahme bzw. Rückführung des Tankinhaltes aufweist. Ebenso stellt die Integration weiterer Funktionselemente, wie z. B. Füllstandsgeber, Temperaturmesser und Qualitätssensoren eine weitere vorteilhafte Nutzung dieses Befestigungselementes dar, da kosten- und zeitintensive Zusatzarbeiten bzw. Montagearbeiten an dem Behälter vermieden werden können.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsbehälters mittels Rotationsschmelzen. Bei einem derartigen Verfahren wird das Heizelement über spezielle Formeinsätze in einer auf Haupt- und Nebendrehachsen gelagerten Rotationsschmelzform befestigt. Im Anschluss daran wird die Rotationsschmelzform mit einem Kunststoffwerkstoff befüllt und in Rotation um Haupt- und Nebendrehachsen versetzt. Anschließend wird Wärme in den Rotationsschmelzraum eingetragen. Dies kann beispielsweise durch einen Ofen oder ein Wärmegebläse erfolgen. Anders als bei herkömmlichen Verfahren wird jedoch das Heizelement nicht fest in die Seitenwände des Flüssigkeitsbehälters eingeschmolzen. Stattdessen können besagte spezielle Formeinsätze von dem Kunststoff umgegeben sein, sind aber idealerweise nicht fest mit dem Kunststoff verbunden, sondern sind nach dem Schmelzprozess von dem Kunststoff lösbar. Nach der Fertigung ist das Heizelement dann lose in dem Flüssigkeitsbehälter angeordnet und wird, nach dem Abkühlen, mittels des Flansches an der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters fixiert.
  • Ein weiteres, vorteilhaftes Verfahren sieht die Herstellung eines Flüssigkeitsbehälters vor, der zwei oder mehr Kunststoffschichten aufweist. Für ein solches Verfahren sprechen sowohl Festigkeit- als auch Isolationsgründe, aber auch eine hinreichende Widerstandsfähigkeit des Behälters gegen die aufzunehmende Flüssigkeit. Bei diesem Rotationsschmelzverfahren wird in einem ersten Schritt das Heizelement über spezielle Formwerkzeuge in einem auf Haupt- und Nebendrehachsen gelagerten Rotationswerkzeug befestigt. Anschließend wird die Rotationsschmelzform mit einem ersten Kunststoffwerkstoff befüllt und in Rotation um die Haupt- und Nebendrehachsen versetzt. Anschließend wird Wärme in die Rotationsschmelzform eingetragen, wodurch eine erste Schicht aus dem ersten Kunststoffwerkstoff entsteht. Anschließend wird die Rotationsschmelzform wieder mit dem ersten oder einem weiteren Kunststoffwerkstoff befüllt, wie im vorherigen Schritt in Rotation um die Haupt- und Nebendrehachsen versetzt und Wärme eingetragen. Diese Schritte werden für jede weitere Schicht wiederholt. Dabei sieht auch dieses Verfahren in den einzelnen Schmelzstufen jeweils vor, dass das Heizelement oder eine Durchführung des Heizelementes nicht fest in die Seitenwände des Flüssigkeitsbehälters eingeschmolzen wird.
  • Durch die Verwendung unterschiedlicher Kunststoffwerkstoffe, wie PE, geschäumtes PE, XPE, PP, PA 6, 11 oder 12, für die einzelnen Schichten können die Eigenschaften des Kunststoffbehälters beispielsweise hinsichtlich Robustheit oder Resistenz gegenüber verschiedenen Medien optimiert werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Schnitt durch einen Flüssigkeitsbehälter nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 2 eine Durchsicht des Flüssigkeitsbehälter aus 1,
  • 3 eine Vorderansicht des Flüssigkeitsbehälters aus 1,
  • 4 ein in einen Flüssigkeitsbehälter eingebrachtes Befestigungsmittel mit Mitteln zur Befestigung eines Flansches nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 5 ein in einen Flüssigkeitsbehälter eingebrachtes Befestigungsmittel mit Mitteln zur Befestigung eines Flansches nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und
  • 6 die Befestigung des Flansches mit einer Überwurfmutter nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Der in 1 dargestellte Flüssigkeitsbehälter 1 weist einen Behälterinnenraum 2 auf, der durch seitliche Wände 3, eine obere Behälterwand 4 sowie eine untere Behälterwand 5 definiert wird. In einem schräg ausgeführten Bereich der einen seitlichen Wand 3 weist der Flüssigkeitsbehälter 1 eine Befüllungs-/Entnahmeöffnung 6 auf, durch die Flüssigkeit in den Behälter 1 eingeführt bzw. aus diesem entnommen werden kann. Ein Heizelement 7 ist in der dargestellten Ausführungsform freitragend im Behälterinnenraum 2 angeordnet und dient zur Temperierung der in dem Flüssigkeitsbehälter 1 aufbewahrten Flüssigkeit. Alternativ ist auch eine Abstützung der Heizwendel im Behälterinnenraum 2 möglich.
  • Wie 2 verdeutlicht, ist in der oberen Behälterwand 4 eine vorzugsweise runde Öffnung 8 vorgesehen. Das Heizelement 7 besteht aus einem einteiligen, gewundenen Rohr mit zwei Anschlussenden 9a und 9b, die z. B. als Zu- und Ablauf eines Temperierungsfluides oder als Anschlüsse für ein elektrisches Heizsystem dienen können. Erfindungsgemäß sind die Anschlussenden 9a, 9b bei einem fluid-basierten Temperierungssystem zum Anschluss an den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors geeignet.
  • Wie 3 verdeutlicht, liegen die Anschlussenden 9a, 9b außerhalb des Flüssigkeitsbehälters 1. Ausgehend von den außen liegenden Anschlussenden 9a, 9b erstreckt sich der Hauptteil des Heizelementes 7 durch die Öffnung 8 im Wesentlichen parallel zu den seitlichen Wänden 3 durch den Behälterinnenraum 2 zur unteren Behälterwand 5 (vgl. 1 und 2). Im unteren Bereich des Flüssigkeitsbehälters 1 erstreckt sich das Heizelement 7 in einem horizontalen Abschnitt 10 im Wesentlichen parallel zur unteren Behälterwand 5 hin zu den seitlichen Wänden 3 in Form einer gewundenen Heizwendel. Die gewundene Form der Heizwendel geht mit einer Vergrößerung der Wärme abgebenden Fläche des Heizelementes 7 einher, was den Wirkungsgrad des Temperierungssystems zusätzlich steigert. Die Anordnung des gewundenen Abschnittes des Heizelementes 7 erzielt infolge des Aufstieges der erwärmten Flüssigkeit einen hohen Wirkungsgrad und ist zudem auch bei niedrigem Füllstand des Tanks praktisch immer von zu temperierendem Medium umgeben.
  • Der breite horizontale Abschnitt 10 der Heizwendel 7 verhindert jedoch, dass das Heizelement 7 durch die Öffnung 8 einzuführen oder zu entnehmen ist. Der Flüssigkeitsbehälter 1 ist um das Heizelement 7 in einem Rotationsschmelzverfahren geformt, wobei sich das Heizelement 7 in der 2 lose und vorzugsweise kontaktfrei in dem Flüssigkeitsbehälter 1 befindet.
  • Im Bereich der Anschlussenden 9a, 9b weist das Heizelement 7 einen ringförmigen Flansch 11 außerhalb des Flüssigkeitsbehälters 1 auf, welcher fest oder lösbar mit dem Heizelement 7 verbunden ist. Wie in 1 dargestellt, ist der Flansch 11 des Heizelementes über der Öffnung 8 an der Außenseite der oberen Behälterwand 4 befestigt. Auf diese Weise schließt der Flansch 11 die Öffnung 8 und schützt vor einem ungewollten Austritt der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter 1. Die Verbindung zwischen Flansch 11 und Flüssigkeitsbehälter 1 kann mittels unlösbarer Kleb- oder Schweißverbindung oder lösbarer Verbindung, wie einer Schraub- oder Rastverbindung erfolgen, wobei vorgesehen ist, dass beispielsweise ein oder mehrere Einsetzelemente mit Innengewinde oder Rastvorrichtung während des Rotationsschmelzprozesses um die Öffnung 8 herum in die Wand 4 integriert werden. Auf diese Weise kann der Flansch 11 fest an den Flüssigkeitsbehälter 1 montiert werden. Alternativ lässt sich die Befestigung auch über in Kunststoff angeformte Elemente, wie Grundlöcher für selbstschneidende Schrauben oder Stutzen mit Außengewinde durchführen.
  • Wie die 1 und 2 verdeutlichen, werden bei der Herstellung durch ein Rotationsschmelzverfahren das Heizelement 7 und der Flansch 11 nicht mit dem Kunststoffwänden des Behälters 1 integral verbunden bzw. in die Wände eingeschmolzen. Das Heizelement 7 ist somit an keiner Stelle von dem Kunststoff des Flüssigkeitsbehälters 1 umschlossen. Erfindungsgemäß kann das Heizelement 7 im Bodenbereich des Behälterinnenraums 2 durch Füße oder Halterungen abgestützt werden. Befestigt wird das Heizelement 7 nach dem Herstellungsprozess über den Flansch 11 an der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters 1.
  • Anstatt von den Kunststoffwänden des Flüssigkeitsbehälters 1 getragen bzw. an diesen abgestützt zu werden, zeigen die 1 und 2 der bevorzugten Ausführungsform, dass das Heizelement 7 infolge dieses Verfahrens und der Montage mittels des Flansches 11 innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 1 freitragend angeordnet ist und an keiner Stelle im Behälterinnenraum 2 abgestützt wird. Auf diese Weise steht die gesamte Oberfläche des Heizelementes 7 in Wärme austauschendem Kontakt mit der zu temperierenden Flüssigkeit.
  • Darüber hinaus vermeidet die indirekte Kopplung des Heizelementes 7 an den Flüssigkeitsbehälter 1 unerwünschtes Lecken von Flüssigkeit, weil temperaturbedingte Materialausdehnungen und Verzerrrungen des Heizelementes nicht auf die Behälterwände wirken können.
  • Ebenso ist die erfindungsgemäße Befestigung über den Flansch 11 des Heizelementes in der Lage, Materialausdehnungen zu kompensieren und Wärmeleitung in die Behälterwände zu minimieren, weil das Heizelement 7 nur indirekt mit der oberen Behälterwand 4 über den Flansch 11 in Kontakt steht.
  • Variable Möglichkeiten zur Befestigung des Flansches 11 an dem Behälter zeigen die 4 und 5. In 4 sind in das Befestigungsmittel 12, das hier ein in den Kunststoff eingebetteter Befestigungsflansch ist, mehrere Innengewinde 13 eingebracht, die um die Öffnung 8 herum angeordnet sind. Mittels der Innengewinde 13 lässt sich der Flansch 11 an dem Flüssigkeitsbehälter 1 befestigen.
  • Alternativ können, wie in 5 dargestellt ist, Rastelemente 14 an dem Befestigungsmittel 12 vorgesehen sein. Diese sind hier in der Öffnung 8 angeordnet, wo durch einfache Verrastung der Flansch 11 an dem Befestigungsmittel 12 angebracht werden kann. Die Rastelemente 14 müssen nicht in der Öffnung 8 positioniert sein. Ebenso ist es möglich, diese, ähnlich wie die Innengewinde 13 der 4, um die Öffnung 8 herum anzuordnen.
  • Eine mögliche Befestigung des Flansches 11 an dem Flüssigkeitsbehälter mittels eines separaten Befestigungselementes zeigt 5. Hier ist das Befestigungsmittel 12 derart ausgebildet, dass es einen sich nach außen erstreckenden Halsabschnitt 15 aufweist, wodurch sich die Öffnung 8 hülsenförmig ausbildet. Der Zu- und der Ablauf 9a, 9b des Heizelementes 7 erstrecken sich durch die Öffnung 8. Auf diesen Halsabschnitt 15 des Befestigungselementes 12 ist der Flansch 11 aufgesetzt und mittels einer Überwurfmutter 16, die auf der äußeren Seite des Halsabschnittes 15 über ein Gewinde mit dem Befestigungselement 12 verschraubt ist, gegen das Befestigungselement 12 verspannt. Statt eines Gewindes kann die Überwurfmutter auch mittels einer schnell lösbaren Rastverbindung an dem Befestigungselement befestigt werden. Zusätzlich ist zwischen dem Flansch 11 und dem Befestigungsmittel 12 ein Dichtring 17 vorgesehen, was einen unerwünschten Austritt von Flüssigkeit vermeidet.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Flüssigkeitsbehälter
    2
    Behälterinnenraum
    3
    seitliche Wände
    4
    obere Behälterwand
    5
    unter Behälterwand
    6
    Befüllungs-/Entnahmeöffnung
    7
    Heizelement
    8
    Öffnung
    9a, 9b
    Anschlussende Zu-/Ablauf
    10
    horizontaler Abschnitt
    11
    Flansch des Heizelementes
    12
    Befestigungsmittel
    13
    Innengewinde
    14
    Rastverbindung
    15
    Stutzen des Befestigungsmittels
    16
    Überwurfmutter
    17
    Dichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - GB 2339010 A [0006]
    • - GB 2136098 A [0007]
    • - EP 1640577 [0008]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - DIN 70070 [0003]

Claims (22)

  1. Heizbarer Flüssigkeitsbehälter (1) aus Kunststoffmaterial, insbesondere zur Aufnahme von Wasserharnstoffgemischen, mit einem Behälterinnenraum (2) und einem im Wesentlichen im Behälterinnenraum (2) angeordneten Heizelement (7) mit zumindest zwei Anschlussenden (9a, 9b), dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsbehälter (1) eine Öffnung (8) aufweist, durch die sich die zumindest zwei Anschlussenden (9a, 9b) des Heizelementes (7) erstrecken, und dass das Heizelement (7) im Bereich der Anschlussenden (9a, 9b) einen Flansch (11) aufweist oder an einem Flansch (11) befestigt ist, wobei der Flansch (11) an einer Wand (4) des Flüssigkeitsbehälters (1) befestigt ist.
  2. Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsbehälter (1) mittels eines Rotationsschmelzverfahrens hergestellt ist.
  3. Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (7) mittels des Flansches (11) lösbar an dem Flüssigkeitsbehälter (1) befestigt ist.
  4. Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (8) und/oder das Heizelement (7) derart ausgebildet sind, dass das Heizelement (7) nicht durch die Öffnung (8) einführbar oder entnehmbar ist.
  5. Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsbehälter (1) Mittel zur Befestigung des Flansches (11) aufweist.
  6. Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein in den Kunststoff eingebrachter Befestigungsflansch ist, der Mittel zur insbesondere lösbaren Befestigung des Flansches (11) des Heizelementes (7) aufweist.
  7. Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel in den Kunststoff eingebrachte Befestigungsmittel, wie z. B. Innengewinde oder Rastverbindungen, zur insbesondere lösbaren Befestigung des Flansches (11) des Heizelementes (7) sind.
  8. Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Befestigung halsförmig, z. B. in Form eines Stutzens, ausgebildet ist und ein Außen- oder Innengewinde oder eine Rastverbindung zur Befestigung einer Überwurfmutter oder dgl. aufweist.
  9. Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Flansch (11) und dem Flüssigkeitsbehälter (1) wenigstens ein Mittel zur Abdichtung, wie z. B. ein Dichtring, angeordnet ist
  10. Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (7) im Bodenbereich des Flüssigkeitsbehälters angeordnet ist.
  11. Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (7) eine gewundene Form aufweist.
  12. Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (7) ein elektrisches Heizelement ist.
  13. Flüssigkeitsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (7) eine von einem Fluid durchströmte Heizleitung ist.
  14. Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (11) eine Befüllungs-/Entnahmeeinrichtung, wie z. B. einen Durchlass, zum Leeren oder Befüllen des Flüssigkeitsbehälters (1) aufweist.
  15. Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (11) Vor- und/oder Rücklaufanschlüsse zur Entnahme bzw. Rückführung des Tankinhaltes aufweist.
  16. Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch weitere Funktionselemente, wie beispielsweise Füllstandsgeber, Temperaturmesser oder Qualitätssensoren aufweist.
  17. Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (7) im Inneren des Flüssigkeitsbehälters (1) beispielsweise durch Füße oder Halterungen abgestützt wird.
  18. Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (7) federnd abgestützt wird.
  19. Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsbehälters nach einem der vorherigen Ansprüche in einem Rotationsschmelzverfahren, bei dem a) das Heizelement (7) über spezielle Formeinsätze in einer auf Haupt- und Nebendrehachsen gelagerten Rotationsschmelzform befestigt wird; b) die Rotationsschmelzform mit einem Kunststoffwerkstoff befüllt wird; c) die Rotationsschmelzform in Rotation um die Haupt- und Nebendrehachsen versetzt wird; d) Wärme in die Rotationsschmelzform eingetragen wird; wobei das Heizelement oder eine Durchführung des Heizelementes nicht fest in Wände des Flüssigkeitsbehälters eingeschmolzen wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Schritte b) bis d) ggf. mehrfach wiederholt werden.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei hinsichtlich der einzelnen Wiederholungen mindestens zwei unterschiedliche Kunststoffwerkstoffe verwendet werden.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei das Heizelement (7) nach dem Rotationsschmelzen an einer Außenwand des Flüssigkeitsbehälters (1) befestigt wird.
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