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Die Erfindung betrifft ein Dosiermodul für ein Abgasnachbehandlungssystem eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem Dosierventil, dessen Ventilspitze in einem an einem Flansch eines Abgasrohrs befestigbaren Gehäuse erhalten ist, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Flansch wenigstens eine thermisch isolierende Isoliereinrichtung angeordnet ist.
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Stand der Technik
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Dosiermodule der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei Kraftfahrzeugen werden sie häufig in Abgasnachbehandlungssystemen genutzt, um flüssiges Abgasnachbehandlungsmittel einem Abgas beizumischen, bevor dieses beispielsweise in einen Katalysator strömt. Dazu weisen derartige Dosiermodule wenigstens ein Dosierventil auf, mittels dessen die in das Abgas abgegebene Menge des Abgasnachbehandlungsmittels einstellbar beziehungsweise dosierbar ist. In der Regel ist das Dosierventil dabei zumindest mit seiner Ventilspitze in einem Gehäuse gehalten, welches an einem das mit Abgasnachbehandlungsmittel zu versetzende Abgas führenden Abgasrohr befestigbar ist. Das Gehäuse dient hierbei also unter anderem der Ausrichtung und Arretierung des Dosierventils an dem Abgasrohr.
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Aus der Offenlegungsschrift
US 2008/0236147 A1 ist es bekannt, zwischen dem Gehäuse und dem Flansch eine Isolationsschicht als thermische Isoliereinrichtung vorzusehen. Hierdurch wird der Wärmeeintrag aus dem heißen Abgas in das Dosierventil verringert, um insbesondere die Haltbarkeit des Einspritzventils zu erhöhen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen der Ventilspitze und dem Gehäuse mindestens ein thermisch isolierendes Isolierelement angeordnet ist. Das Isolierelement kann sowohl zur Halterung als auch zur Führung des Dosierventils in dem Gehäuse dienen, und bietet gleichzeitig die genannte thermische Isolierung. Das Isolierelement entkoppelt eine direkte Wärmeleitung von dem Gehäuse zu der Ventilspitze. Dadurch wird verhindert, dass der Vorteil der Isoliereinrichtung dadurch geschmälert wird, dass von dem Abgasrohr abgestrahlte Wärme von außen über das Gehäuse in das Dosierventil gelangt. Zur Kühlung vorgesehene Dosiervorgänge können somit verringert werden oder sogar ganz entfallen. Im einfachsten Fall ist das Isolierelement als Hohlraum zwischen der Ventilspitze und dem Gehäuse ausgebildet. Dazu ist das Gehäuse zweckmäßigerweise derart ausgebildet, dass es einen von dem Abgasrohr getrennten Hohlraum im Bereich der Ventilspitze bildet. Zweckmäßigerweise steht das Gehäuse nicht in einem direkten Berührungskontakt mit der Ventilspitze. Stattdessen ist vorteilhafterweise ein schmaler Luftspalt vorgesehen, der zur weiteren Entkopplung des Gehäuses zu dem Dosierventil dient.
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Vorteilhafterweise ist das Isolierelement als Haltebuchse aus thermisch stabilem und isolierendem Material, beispielsweise als Teflon-Haltbuchse, ausgebildet. Die Haltebuchse zeichnet sich vorteilhafterweise im Wesentlichen durch eine zylinderförmige Gestaltung in der Art einer Hohlwelle aus, wobei die Mantelaußenfläche bevorzugt an der Innenseite des Gehäuses anliegt und daran gehalten wird, und die Mantelinnenfläche mit der Mantelaußenfläche der Ventilspitze zusammenwirkt. Aufgrund der Isoliereinrichtung ist die als beispielsweise Teflon-Haltebuchse ausgebildete Haltebuchse vor zu hohen Temperatureinflüssen geschützt, die zu einer Beschädigung des Materials und zur Freisetzung giftiger Stoffe führen könnten. Das Teflon bietet darüber hinaus eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit, die zu einer guten thermischen Isolierung von dem Dosierventil zu dem Gehäuse führt.
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Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Isoliereinrichtung als Hohlraum ausgebildet ist. Hierunter ist ein Raum zu verstehen, der von dem Abgasrohr getrennt ist, sodass sich in dem Hohlraum kein Abgas, sondern – wenn überhaupt – Umgebungsluft befindet. Hierdurch wird die direkte Wärmeübertragung beziehungsweise Wärmeleitung von dem Abgas beziehungsweise dem Abgasrohr zu dem Dosierventil unterbrochen und eine effiziente thermische Isolierung gewährleistet. Aufgrund der vorgelagerten, als Hohlraum ausgebildeten Isoliereinrichtung ist die Haltebuchse wirkungsvoll vor zu hohen Temperaturen geschützt.
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Vorteilhafterweise ist der Hohlraum von einem des Gehäuse tragenden Zwischenelement gebildet. Das Gehäuse ist somit mittels des Zwischenelements an dem Flansch des Abgasrohrs befestigbar. Dabei ist das Zwischenelement derart ausgebildet, dass es den Hohlraum aufweist oder zumindest teilweise mit bildet. So kann gewährleistet werden, dass das bisher vorgesehene Gehäuse des Dosiermoduls auch weiterhin Verwendung findet, während die besondere Isoliereinrichtung durch das Zwischenelement hinzugefügt wird. Dadurch kann die Herstellung einfacher und besonders kostengünstig erfolgen. Zweckmäßigerweise ist das Zwischenelement sowohl an dem Gehäuse als auch an dem Flansch befestigbar.
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Bevorzugt ist der Hohlraum zwischen dem Zwischenelement und dem Gehäuse gebildet. Das bedeutet, dass das Zwischenelement nur einen den Hohlraum eingrenzenden Bereich beziehungsweise Abschnitt bildet, während der verbleibende Abschnitt von dem Gehäuse selbst gebildet wird. Hierdurch kann die Ausbildung des Zwischenelements besonders einfach und kostengünstig gestaltet werden.
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Zweckmaßigerweise ist das Zwischenelement als sogenannte Hohlrippe ausgebildet. Dazu erstreckt sich das Zwischenelement seitlich weit über das Gehäuse des Dosiermoduls hinaus und bildet dadurch gleichzeitig eine Rippe, die aufgrund ihrer großen Oberfläche zur Kühlung des Dosiermoduls beiträgt.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Zwischenelement zumindest im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist. So ist es denkbar, das Zwischenelement als ein Tiefziehelement auszubilden, das durch einen Tiefzieh-Prozess aus einem scheibenförmigen ebenen Grundelement geformt wird. Gegebenenfalls kann dem Zwischenelement dadurch außerdem eine gewisse Eigenelastizität hinzugefügt werden, die aus der sonst starren Anbindung des Dosiermoduls an dem Abgasrohr eine zumindest bereichsweise flexible Anbindung macht, um beispielsweise Fertigungstoleranzen auszugleichen oder um die Haltbarkeit im Betrieb zu verlängern.
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Ferner ist vorgesehen, dass das Zwischenelement einen Durchbruch aufweist, in dem die Ventilspitze insbesondere kontaktfrei mit einem geringen Luftspalt zwecks thermischer Isolierung einliegt. Die Ventilspitze erstreckt sich somit durch das Zwischenelement hindurch. Durch Vorsehen entsprechender Spaltmaße oder entsprechender Dichtmittel kann eine dichtende Verbindung zwischen der Ventilspitze und dem Durchbruch beziehungsweise dem Zwischenelement gewährleistet werden, die zur Trennung des Hohlraums von dem durch das Abgasrohr strömenden Abgases beiträgt. Der Durchbruch bildet eine thermische Abschirmung gegen das heiße Abgas gegenüber der Ventilspitze. Dabei kann das Zwischenelement derart ausgebildet sein, dass der Durchbruch sich im Inneren des Gehäuses des Dosiermoduls befindet, oder dem Dosiermodul vorgelagert ist, wenn die Ventilspitze über das Gehäuse des Dosiermoduls hinausragt. Der Hohlraum setzt sich vorteilhafterweise innerhalb des Gehäuses zumindest bereichsweise fort, sodass die Ventilspitze des Dosierventils auch innerhalb des Gehäuses zumindest bereichsweise von Umgebungsluft umgeben ist, um auch hier einen Wärmeeintrag in das Dosierventil weiter zu verringern. Insbesondere wird hierdurch ein seitlicher Wärmeeintrag in das Dosierventil verringert.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Dosiermoduls ist vorgesehen, dass das Zwischenelement Hintergriffmittel für den Flansch und/oder das Gehäuse aufweist, die bevorzugt als verrastbare Hintergriffmittel ausgebildet sind. Die Hintergriffmittel erlauben eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Zwischenelement und dem Flansch beziehungsweise dem Gehäuse, wodurch ein sicherer Halt des Dosiermoduls an dem Flansch des Abgasrohrs gewährleistet werden kann. Durch Ausbildung als verrastbare Hintergriffsmittel, beispielsweise durch Vorsehen entsprechender Rastnasen oder Rastkanten, kann das Dosiermodul besonders einfach an dem Gehäuse befestigt werden. Gegebenenfalls kann die Befestigung durch zusätzliche Verschraubungen oder Klemmmittel ergänzt werden, um die Haltekraft und gegebenenfalls die Dichtheit des Systems zu erhöhen.
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Schließlich ist vorgesehen, dass an dem Gehäuse ein oder mehrere Kühlrippen angeordnet sind. Die Kühlrippen können einstückig mit dem Gehäuse oder als separate Bauelemente ausgebildet sein und dienen zur Kühlung des Dosiermoduls. Hierdurch kann die Haltbarkeit des Dosiermoduls weiter erhöht werden.
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Insgesamt ist somit ein Dosiermodul geboten, das auf einfache Art und Weise die Haltbarkeit des Dosierventils erhöht, indem eine besonders effiziente thermische Isolierung des Dosierventils zu dem Abgasrohr gebildet wird. Das flüssige Abgasnachbehandlungsmittel, das mittels des Dosierventils dem Abgas beigemengt werden soll, unterstützt dabei die Kühlung des Dosierventils. Die sonst vorgesehenen Einspritzvorgänge, die lediglich zur Kühlung des Dosierventils dienen, können aufgrund der vorteilhaften Ausbildung des Dosiermoduls verringert werden oder sogar ganz entfallen.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt die
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Figur ein vorteilhaftes Dosiermodul in einer vereinfachten Schnittdarstellung.
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Die Figur zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung ein Dosiermodul 1 eines Abgasnachbehandlungssystems 2 eines hier nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Das Dosiermodul 1 umfasst ein Dosierventil 3, das einendig einen Anschluss 4 für ein Abgasnachbehandlungsmittel-Leitungssystem und am anderen Ende. eine Ventilspitze 5 aufweist. Die Ventilspitze 5 ist in einem Gehäuse 6 gehalten, das vorliegend kreiszylinderförmig ausgebildet ist. Die Ventilspitze 5 erstreckt sich derart weit durch Gehäuse 6, dass sie bereichsweise auf der einem hier nicht näher dargestellten Abgasrohr zugewandten Seite 7 über das Gehäuse 6 hinausragt.
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Das Gehäuse 6 ist dabei einem Flansch 8 des Abgasrohrs zugeordnet, der einen Durchgang zu dem durch das Abgasrohr strömenden Abgas bietet.
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Das Gehäuse 6 ist an dem Flansch 8 mittels eines Zwischenelements 9 befestigt. Das Zwischenelement 9 ist als Hohlrippe 10 ausgebildet. Dazu weist das Zwischenelement 9 vorliegende einen W-artigen Querschnitt auf. Seitlich erstreckt sich das Zwischenelement 9, das vorteilhafterweise als Tiefzieh-Blechelement 11 ausgebildet ist, über das Gehäuse 6 hinaus. An dem Gehäuse 6 sind mehrere Kühlrippen 12 angeordnet, die vorliegend als separate und auf das Gehäuse 6 aufgeschobene Kühlringe ausgebildet sind. Die unterste Kühlrippe 12, die dem Flansch 8 am nächsten zugeordnet ist, ist gleichzeitig als Befestigungselement 13 des Gehäuses 6 ausgebildet. Das Zwischenelement 9 erstreckt sich seitlich derart weit über das Gehäuse 6 hinaus, dass es das Befestigungselement 13 überragt und umfängt. Vorteilhafterweise umgreift das Zwischenelement 9 dazu das Befestigungselement 13 mit einem umgebogenen Randbereich 14, der als Hintergriffmittel 15 zum Halten des Zwischenelements 9 an dem Gehäuse 6 beziehungsweise des Gehäuses 6 an dem Zwischenelement 9 dient. Unterhalb des Befestigungselements 13 ist weiterhin ein Steg 16 des Gehäuses 6 angeordnet, auf dem das Befestigungselement 13 innen aufliegt. Ferner liegt das Befestigungselement 13 auf einem Stützabschnitt 17 des Zwischenelements 9 außen auf.
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Der innere Bereich des Zwischenelements 9, also der Bereich radial einwärts des Stützabschnitts 17 ist beabstandet zu dem Gehäuse 6 ausgebildet, sodass sich ein Hohlraum 20 zwischen dem Gehäuse 6 und dem Zwischenelement 9 bildet.
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Der mittlere Bereich des Zwischenelements 9 weist einen Durchbruch 21 auf, durch welchen die Ventilspitze 5 des Dosierventils 3 hindurchragt. Zweckmäßigerweise sind die Durchmesser der Ventilspitze 5 und des Durchbruchs 21 derart gewählt, dass die Ventilspitze 5 den Durchbruch 21 nicht berührt, sodass vorteilhafterweise keine direkte Wärmeleitung vom Durchbruch 21 auf die Ventilspitze 5 erfolgen kann. Der Spalt zwischen dem Durchbruch 21 und der Ventilspitze 5 ist so klein gewählt, dass so wenig wie möglich Gasaustausch durch den Spalt erfolgen kann. Vorteilhafterweise können zwischen dem Durchbruch 21 und der Ventilspitze 5 auch Dichtmittel, die thermisch ausreichend isolierend wirken, vorgesehen werden.
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Der mittlere Bereich des Zwischenelements 9 liegt auf der Stirnseite 22 des Flansches 8 auf und streckt sich bereichsweise in den Flansch 8 hinein, wobei er an der Mantelinnenfläche des Flansches 8 anliegt. Während im Eingangsbereich der Durchmesser des Flansches 8 konstant bleibt, erweitert er sich im weiteren Verlauf. Das Zwischenelement 9 ist in dem mittleren Abschnitt derart ausgebildet, dass es in den durch die Erweiterung des Flansches 8 gebildeten Hinterschnitt mit einem entsprechend ausgeformten Hintergriffmittel 23 eingreift, wodurch das Zwischenelement 9 und damit das Dosiermodul 1 axial an dem Flansch arretiert wird. Vorteilhafterweise ist das Zwischenelement 9 derart bereichsweise elastisch ausgebildet, dass das Zwischenelement 9 mit dem mittleren Abschnitt auf den Flansch 8 aufgesteckt werden kann, wobei die Hintergriffmittel 23, die sich wie ein Wulst über den gesamten Umfang des Zwischenelements 9 erstrecken, in die Erweiterung des Flansches 8 eingreifen beziehungsweise einrasten. Der mittlere Abschnitt ist weiterhin derart geformt, dass der Durchbruch 21 nahe an dem Gehäuse 6 und die Hintergriffmittel 23 weiter beabstandet dazu liegen, wodurch sich eine Trichterform ergibt. Vorteilhafterweise ist die Trichterform dem Abstrahlwinkel des Dosierventils 3 entsprechend angepasst.
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Der Durchmesser der Ventilspitze 5 ist kleiner ausgebildet, als der Innendurchmesser des Gehäuses 6, wobei in dem dadurch gebildeten Zwischenraum zwei axial hintereinander liegende Polymer-Haltebuchsen 24, 25 angeordnet sind. Die Polymer-Haltebuchsen 24, 25 stützen und halten die Ventilspitze 5 in dem Gehäuse 6. Zweckmäßigerweise sind die Haltebuchsen 24, 25 aus Teflon oder anderem geeignetem thermisch stabilen und isolierenden Material gebildet, sodass sie beispielsweise Teflon-Haltebuchsen 26 beziehungsweise 27 bilden. Vorteilhafterweise stehen die Haltebuchsen 24, 25 an ihrer Innenseite mit der Mantelaußenfläche der Ventilspitze 5 und an ihrer Mantelaußenseite mit der Mantelinnenseite des Gehäuses 6 in Berührungskontakt, um eine stabile Halterung für die Ventilspitze 5 und damit für das Dosierventil 3 zu bilden.
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Im Folgenden soll nunmehr die Funktion der besonderen Ausbildung des Dosiermoduls 1 erläutert werden: Der Hohlraum 20 zwischen dem Zwischenelement 9 und dem Gehäuse 6 dient als Isoliereinrichtung 28, die das Dosiermodul 1 von dem heißen Abgas des Abgasrohrs trennt beziehungsweise thermisch isoliert. Die in dem Hohlraum befindliche Luft wirkt aufgrund ihres niedrigen Wärmeleitwerts als besonders günstiges und einfaches Isolierelement. Die Teflon-Haltebuchsen 26 und 27 wirken als thermisch isolierende Isolierelemente 29, 30, die insbesondere einen seitlichen Wärmeeintrag von dem Gehäuse 6 in das Dosierventil 5 verringern.
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Durch die vorteilhafte Kombination des Hohlraums 20 mit den Teflon-Haltebuchsen 26, 27 wird verhindert, dass die effiziente thermische Isolierung durch den Hohlraum 20 durch seitlichen. Wärmeeintrag von dem Gehäuse 6 in das Dosierventil 5 abgeschwächt wird. Die Teflon-Haltebuchsen 26, 27 entkoppeln eine direkte Wärmeleitung von den Kühlrippen 12, die vorliegend im Wesentlichen zur Kühlung des Gehäuses 6 dienen, zu dem Dosierventil 5. Durch die Isoliereinrichtung 28 (Hohlraum 20) kommen die Teflon-Haltebuchsen 26, 27 nicht mit den heißen Abgasen in Berührung und sind auch nicht den hohen Abgastemperaturen ausgesetzt, sodass eine Zersetzung des Teflons und eine entsprechende Freisetzung giftiger Stoffe verhindert wird.
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Alternativ zu den Haltebuchsen 26, 27 könnte auch vorgesehen sein, dass sich der Hohlraum 20 weiter in das Gehäuse 6 hinein erstreckt. Es kann beispielsweise die Haltebuchse 25 entfallen. In dem Fall wäre die Ventilspitze 5 weiterhin durch die in dem Hohlraum befindliche Luft im ventilspitzennahen Bereich thermisch isoliert. Natürlich können auch beide Haltebuchsen 24, 25 entfallen. Um eine bessere Wärmeabführung des Gehäuses 6 zu gewährleisten, ist es darüber hinaus denkbar, die Kühlrippen 12 einstückig mit dem Gehäuse 6 auszubilden. Die vorteilhafte Ausbildung sorgt somit dafür, dass das Dosiermodul 1 besser gekühlt wird und somit die interne, aktive Kühlung, die durch den Durchfluss des Abgasnachbehandlungsmittels bewirkt wird, effizienter genutzt werden kann. Die dadurch vorliegenden niedrigen Temperaturen sorgen für eine längere Haltbarkeit des Dosierventils 5, im Wesentlichen aufgrund verringerten Verschleißes. Durch die vorteilhafte Ausbildung reicht es aus, das Dosierventil 3 mittels eines Einspritzvorgangs zu kühlen. Es muss nicht mehr das gesamte Dosiermodul 1 gekühlt werden, sodass das zum Kühlen genutzte Einspritzvolumen und damit der Verbrauch am Abgasnachbehandlungsmittel verringert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008/0236147 A1 [0003]
