DE102012003156A1

DE102012003156A1 - Filterkartusche für eine gefriergefährdete Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102012003156A1
Application number: DE201210003156
Authority: DE
Inventors: Georges Maguin; Christian Koksch; Erik Rega
Original assignee: Mann and Hummel GmbH; Emitec France SAS
Current assignee: Mann and Hummel GmbH; ActBlue France SAS
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2013-08-22
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: DE102012003156B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filterkartusche (1) für eine Fördervorrichtung (2) zur Förderung eines Reduktionsmittels aufweisend zumindest eine Filterwand (3) und zumindest eine Stützwand (4), welche mit der Filterwand (3) einen Innenraum (34) bildet, wobei die zumindest eine Stützwand (4) zumindest einen im Wesentlichen steifen Wandabschnitt (6) und zumindest einen flexiblen Wandabschnitt (7) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filterkartusche für eine gefriergefährdete Flüssigkeit, insbesondere eine Reduktionsmittelfördervorrichtung sowie eine Fördervorrichtung für Reduktionsmittel.
Zur Reinigung der Abgase von Verbrennungskraftmaschinen werden Abgasbehandlungsvorrichtungen eingesetzt, in welche ein Reduktionsmittel zugeführt wird. In solchen Abgasbehandlungsvorrichtungen können mit dem Reduktionsmittel bestimmte Schadstoffe im Abgas besonders wirkungsvoll reduziert werden. Besonders häufig eingesetzt werden sogenannte SCR-Katalysatoren, in welchen Stickstoffoxidverbindungen im Abgas unter Zuhilfenahme von Ammoniak umgesetzt werden. Ammoniak wird in Kraftfahrzeugen regelmäßig nicht direkt bevorratet, sondern in Form einer (flüssigen) Vorlauferlösung, die auch Reduktionsmittelvorläuferlösung genannt wird. Eine besonders häufig eingesetzte Reduktionsmittelvorläuferlösung ist Harnstoff-Wasser-Lösung, welche beispielsweise unter dem Handelsnamen Adblue^® mit einem Harnstoffgehalt von 32,5 Prozent erhältlich ist. Die Reduktionsmittelvorläuferlösung kann in der Abgasbehandlungsvorrichtung und/oder in einem abgasexternen Generator in das eigentliche Reduktionsmittel umgesetzt werden. Der Begriff Reduktionsmittel wird im Folgenden auch für Reduktionsmittelvorläuferlösungen und dergleichen verwendet.
Zur Förderung des Reduktionsmittels in die Abgasbehandlungsvorrichtung ist in Kraftfahrzeugen regelmäßig eine geeignete Fördervorrichtung (z. B. mit einer Pumpe) vorgesehen, welche das Reduktionsmittel aus einem Tank fördert. Bei der Konstruktion einer derartigen Fördervorrichtung ist es problematisch, dass das Reduktionsmittel Verunreinigungen aufweisen kann und die Fördervorrichtung daher Mittel zur Filterung des Reduktionsmttels bereithalten sollte. Dies wird z. B. durch austauschbare Filterkartuschen erreicht, welche in der Fördervorrichtung vorgesehen sind. Weiterhin ist problematisch, dass die bevorzugt eingesetzten wässrigen Reduktionsmittel einfrieren können. Das Reduktionsmittel Adblue^® friert beispielsweise bei –11°C ein. Derartig niedrige Temperaturen können insbesondere während längerer Stillstandsphasen eines Kraftfahrzeuges auftreten. Ein Reduktionsmittel wie Adblue^® ist eine wässrige Lösung. Beim Einfrieren tritt daher eine Volumenzunahme auf. Wenn für die Volumenzunahme nur ein begrenzter Raum zur Verfügung steht, äußert sich die Volumenzunahme in einer drastischen Druckerhöhung. Man spricht vom sogenannten Eisdruck. Eine Fördervorrichtung für Reduktionsmittel sollte daher so konstruiert sein oder betrieben werden, dass sie durch einfrierendes Reduktionsmittel bzw. durch die beschriebene Volumenzunahme und den Eisdruck nicht beschädigt wird. Dies hat sich insbesondere im Bereich des Filters in einer Fördervorrichtung als problematisch herausgestellt.
Es ist Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die eingangs geschilderten technischen Probleme möglichst weitgehend zu lösen. Es soll insbesondere eine Filterkartusche angegeben werden, welche besonders gut davor geschützt ist, beim Einfrieren von Reduktionsmittel in einer Fördervorrichtung beschädigt zu werden. Darüber hinaus soll eine Fördervorrichtung vorgestellt werden, die ebenfalls besonders gut gegen Beschädigungen durch einfrierendes Reduktionsmittel geschützt ist.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Filterkartusche gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Fördervorrichtung gemäß den Merkmalen des Patenanspruchs 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Erfindungsgemäß ist eine Filterkartusche für eine gefriergefährdete Flüssigkeit, aufweisend zumindest eine Filterwand und zumindest eine Stützwand, welche mit der Filterwand einen Innenraum bildet, wobei die zumindest eine Stützwand zumindest einen (im Wesentlichen) steifen Wandabschnitt und zumindest einen flexiblen Wandabschnitt aufweist. Die Filterkartusche ist insbesondere für den Einsatz bei einer Fördereinrichtung zur Förderung eines (wässrigen) Reduktionsmittels geeignet, auf diese Anwendung jedoch nicht beschränkt. Die Filterkartusche ist insbesondere in der Lage, eine Volumenausdehnung in sich zu kompensieren, wenn die darin befindliche Flüssigkeit gefriert. Nachfolgend wird die Ausgestaltung der Filterkartusche vorrangig mit Bezug auf die Verwendung mit einem Reduktionsmittel erläutert, diese Erläuterungen können aber auf andere gefriergefährdete Flüssigkeiten entsprechend gelten.
Eine Filterkartusche weist mindestens eine Filterwand und mindestens eine Stützwand auf. Filterwände sind für das zu filternde Medium passierbar. Dazu hat die Filterwand kleine Öffnungen bzw. kleine Poren. Filterwände weisen bevorzugt eine möglichst große Oberfläche und eine möglichst geringe Wanddicke auf, um einen möglichst geringen Strämungswiderstand für das zu filternde Medium (hier flüssiges Reduktionsmittel wie z. B. eine Harnstoff-Wasser-Lösung) durch die Filterwand hindurch sicherzustellen. Die Filterwirkung einer Filterwand wird durch die Öffnungsgröße bzw. die Porengröße der Filterwand bestimmt. Die Filterwand ist dazu eingerichtet, Partikel im zu filternden Medium zurück zu halten, welche größer sind als die Öffnungsgröße bzw. die Porengröße. Die Öffnungsgröße bzw. Porengröße ist über die gesamte Filterwand bevorzugt einheitlich, um eine einheitliche Filterwirkung zu erreichen.
Durch den Strömungswiderstand der Filterwand bildet sich während des regulären Betriebs mit der üblichen Fördervorrichtung eine Druckdifferenz zwischen dem Innenraum der Filterkartusche und einem Außenbereich um die Filterkartusche herum aus. Diese Druckdifferenz treibt das Reduktionsmittel im Betrieb durch die Filterwand hindurch und wird von dem Strömungswiderstand der Filterwand und dem Volumenstrom an Reduktionsmittel durch die Filterwand bestimmt. Diese Druckdifferenz ist im regulären Betrieb typischerweise gering im Verhältnis zu auftretenden Eisdrücken, beispielsweise kleiner als 0,1 bar. Im Betrieb einer Vielzahl von Einbausituationen der Filterkartusche wird das Reduktionsmittel bei einer Filterkartusche von dem Außenbereich in den Innenraum gesaugt. Dabei ist die Position der Filterkartusche einer Pumpe der Fördervorrichtung vorgelagert, befindet sich also auf der Niederdruckseite. Der im Innenraum vorliegende Druck ist daher im Betrieb normalerweise geringer als der Druck im Außenbereich. Zudem existieren auch Einbausituationen, bei denen das Reduktionsmittel bzw. die gefriergefährdete Fillssigkeit durch die Filterkartusche hindurch gepresst wird. In diesen Fällen ist die Filterkartusche regelmäßig stromabwärts einer Pumpe der Fördervorrichtung angeordnet, also auf der Hochdruckseite. Wenn die Fördervorrichtung außer Betrieb ist oder sich in einer Förderpause befindet, in der kein Reduktionsmittel gefördert wird, existiert (praktisch) kein Volumenstrom an Reduktionsmittel durch die Filterwand. Daher liegt zu diesen Zeitpunkten auch keine Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und einem Außenbereich der Filterkartusche vor.
Die Filterwand allein ist unter Umständen nicht geeignet, der Filterkartusche gleichzeitig ausreichend mechanische Stabilität zu geben. Aufgrund ihrer großen Fläche und ihrer geringen Wanddicke ist die mechanische Stabilität der Filterwand typischerweise gering. Daher weist die Filterkartusche hier zusätzlich zu den Filterwänden Stützwände auf, welche die Position der Filterwand dauerhaft vorgeben und die Filterwand vorteilhafterweise am Rand umrahmen bzw. einfassen. Zumindest eine Stützwand gibt beispielsweise eine Kartuschenform der Filterkartusche vor, in welche die eine Filterwand so eingepasst ist, dass die Stützwand die Filterwand stirnseitig fixiert. Sützwände sind für das zu filternde Medium nicht passierbar und weisen eine ausreichende Wandstärke und Festigkeit auf, um die Form der Filterkartusche zu erhalten, bzw. die Form und Position der Filterwand der Filterkartusche festzulegen. Stützwände sind vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt.
Eine Filterkartusche in einer Fördervorrichtung für Reduktionsmittel bildet bevorzugt eine Art Hohlkörper aus, der einen Innenraum begrenzt und der von einer Außenseite umgeben ist. Das Reduktionsmittel kann z. B. von der Außenseite durch die Filterwand in den von der Filterkartusche gebildeten Innenraum angesaugt werden. Der Innenraum und die Außenseite sind durch die Filterwand und die Stützwand voneinander getrennt. Der Innenraum wird (nur) durch die Filterwand und die Stützwand begrenzt. Im Innenraum hegt bevorzugt gereinigtes Reduktionsmittel vor, welches die Filterwand bereits passiert hat. Im Einfrierfall friert das in einer Filterkartusche verbleibende Reduktionsmittel typischerweise ausgehend von der Filterwand hin zum Zentrum des Hohlkörpers bzw. zum Zentrum des Innenraums der Filterkartusche ein. Dadurch, dass das Zentrum der Filterkartusche zuletzt einfriert, bildet sich in der Filterkartusche regelmäßig ein besonders hoher Eisdruck.
Weiter kann eine Ausgestaltung der Filterkartusche vorsehen, bei der in einem Innenraum der Filterkartusche ein Heizmittel positioniert ist. Das Heizmittel kann hierbei z. B. mit einer metallischen Oberfläche gebildet sein, die einen guten Wärmeübergang hin zum Reduktionsmittel während des aktiven Betriebs realisiert. Das Heizmittel kann Teil der Fördervorrichtung sein, die sich durch eine Öffnung der Filterkartusche in den Innenraum hinein erstreckt. Die Öffnung kann bevorzugt (auch) dazu genutzt werden, um einen Anschluss bin zur Fördervorrichtung zu bilden. Am Beispiel dieser Ausgestaltung sei darauf hingewiesen, dass auch eine Einbausituation der Filterkartusche vorliegen kann, bei der das Einfrieren des Reduktionsmittels bzw. des gefriergefährdeten Flüssigkeit von innen nach außen auftreten kann (Einfrierrichtung). Dabei kann z. B. das (inaktive) Heizmittel aufgrund des Kontaktes bin zur äußeren Fördervorrichtung nach Art einer Wärmesenke wirken und den Einfrierprozess initiieren. Somit gefriert dann zuletzt ein äußerer Umfangsbereich des Innenraums ein, wobei dann eine besondere (nach außen gerichtete) Belastung der Außenwandung der Filterkartusche auftreten kann.
Der hier behandelten Erfindung liegt mm die Idee zugrunde, eine Stützwand einer Filterkartusche wenigstens teilweise flexibel auszuführen, damit die Stützwand sich bereichsweise verformen kann, wenn ein vorgegebener Eisdruck im Innenraum überschritten wird. So kann über die Stützwand Eisdruck aus dem Innenraum der Filterkartusche hinaus abgebaut werden.
Um die Stützwand teilweise flexibel auszuführen weist die Stützwand wenigstens einen flexiblen Wandabschnitt und wenigstens einen steifen Wandabschnitt auf. Mit einem steifen Wandabschnitt der Filterkartusche ist ein Wandabschnitt gemeint, welcher sich insbesondere weder im normalen Betrieb noch im Einfrierfall nennenswert verformt. Mit einem flexiblen Wandabschnitt ist insbesondere ein Wandabschnitt gemeint, welcher sich (über einem unter normalen Betriebsbedingungen der Fördervorrichtung herrschenden Eisdruck) verformen kann, ahne dabei beschädigt zu werden.
Der flexible Wandabschnitt ist bevorzugt in zwei Richtungen bzw. Dimensionen flexibel ausgeführt. Bevorzugt ist, dass dieser flexible Wandabschnitt nach innen hin zum Innenraum der Filterkartusche und (dazu entgegengesetzt) nach außen verformbar ist. Damit kann der flexible Wandabschnitt für beide oben beschriebenen Einfrierrichtungen (von innen nach außen und/oder von außen nach innen} die Volumenexpansion im Einfrierfall kompensieren. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn nicht eindeutig festgelegt ist, von welcher Seite die Eisfront zuerst den flexiblen Wandabschnitt erreicht.
Besonders vorteilhaft ist die Filterkartusche, wenn die zumindest eine Stützwand in dem zumindest einen steifen Wandabschnitt zumindest eine Ablauföffnung aufweist, welche an eine Fördervorrichtung angekoppelt werden kann. Wie bereits ausgeführt, können Filterkartuschen nach Art eines Hohlkörpers ausgeführt sein. Das angesaugte Medium wird dann z. B. von einer Außenseite der Filterkartusche durch die Filterwände in einen Innenraum der Filterkartusche angesaugt und dabei gereinigt. Um das gereinigte Medium aus dem Innenraum der Filterkartusche hinaus zu fördern, weist die Filterkartusche eine Ablauföffnung auf, welche an die Fördervorrichtung angekoppelt werden kann. Im Bereich dieser Ablauföffnung ist insbesondere auch eine Ankopplungsvorrichtung vorgesehen, über welche die Ablauföffnung fluiddicht via ein entsprechend dafür vorgesehenes Gegenstück an einer gegenüberliegenden Öffnung an der Fördervorrichtung angekoppelt werden kann. Eine Ankopplungsvorrichtung kann beispielsweise als Klickverschluss oder als Schraubverschluss ausgeführt sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist die Ankopplungsvorrichtung lösbar ausgeführt, so dass die Filterkartusche ohne dabei beschädigt zu werden von der Fördervorrichtung gelöst werden kann. Die Filterkartusche ist bevorzugt auch austauschbar, so dass über die Lebensdauer einer Fördervorrichtung hinweg mehrere Filterkartuschen in der Fördervorrichtung eingesetzt werden können. Die Filterwand der Filterkartusche weist typischerweise eine gewisse Alterung auf, die sich einerseits dadurch ergibt, dass die Filterwand durch Verunreinigungen in dem zu filternden Reduktionsmittel verschmutzt und andererseits dadurch, dass die Eigenschaften der Filterwand, wie beispielsweise die Filtereigenschaften oder die Flexibilität sich im Laufe der Zeit verändern. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, die Filterkartusche an der Fördervorrichtung austauschbar zu befestigen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Filterkartusche bildet die Filterwand eine (im Wesentlichen) zylindrische Grundform und eine Oberseite und eine Unterseite sind jeweils von einer Stützwand gebildet, wobei die Ablauföffnung an der Oberseite und der flexible Wandabschnitt an der Unterseite angeordnet sind. Die Oberseite und die Unterseite sind regelmäßig jeweils senkrecht zu einer Symmetrieachse der zylindrischen Grundform ausgerichtet. Durch die Begriffe „Oberseite” und „Unterseite” wird keine bevorzugte Einbauausrichtung der Filterkartusche in einer Fördervorrichtung definiert, sondern diese Begriffe bezeichnen nur die räumliche Anordnung der einzelnen Wandabschnitte der Filterkartusche zueinander. Es ist möglich, die Filterkartusche mit einer belieben Ausrichtung der Symmetrieachse (beispielsweise auch waagerecht, senkrecht oder schräg) in einer Fordervorrichtung einzubauen. Eine derartig gestaltete Filterkartusche friert meist von der Umfangsfläche ausgebend ein, so dass sich in einem zylindrisch geformten Eismantel ein immer kleiner werdender innerer Bereich mit flüssigem Reduktionsmittel ausbildet. In diesem Bereich steigt aufgrund der Volumenzunahme von Reduktionsmittel beim Einfrieren der Druck immer weiter an. Hin zu der Ablauföffnung kann dieser Druck nicht entlastet werden, weil die Ablauföffnung an die Fördervorrichtung angeschlossen ist. In der Fördervorrichlung liegt normalerweise auch nur ein begrenztes Volumen vor, in welches der zunehmende Druck abgebaut werden könnte. Darüber hinaus sind in der Fördervorrichtung auch häufig Ventile oder dergleichen vorgesehen, welche eine Weiterleitung des Eisdrucks und der Volumenzunahme in die Fördervorrichtung verhindern. Außerdem kann die Fördervorrichtung auch bereits durch eingefrorenes Reduktionsmittel verblockt sein, wenn der Eisdruck in der Filterkartusche ansteigt. Daher ist es vorteilhaft, den flexiblen Wandabschnitt auf der gegenüberliegenden Unterseite der Filterkartusche vorzusehen. Dieser Wandabschnitt ist in der Fördervorrichtung typischerweise zu einem relativ großen mit Reduktionsmittel gefüllten Volumen hin ausgerichtet, welches z. B. mit Abstand zum Boden der Filterkartusche und/oder mit Kontakt zu einem Kompensationselement ausgeführt ist. Derartige Kompensationselemente können beispielsweise komprimierbare Einlagen aus Gummi oder vergleichbaren Werkstoffen sein.
Die obere Stützwand und die untere Stützwand können durch den Inenraum der Filterkartusche hindurch mit zumindest einer Verbindungsstruktur oder mit zumindest einer Stützstruktur miteinander verbunden sein. Diese Stützstruktur kann beispielsweise nach Art eines Korbes ausgebildet sein, welcher für das Reduktionsmittel (ohne signifikante Behinderung) passierbare Öffnungen aufweist und gleichzeitig die Filterwand von der Innenseite bzw. vom Innenraum her abstützt.
Die Stützwand der Filterkartusche kann (vollständig) mit einem Kunststoff-Material ausgeführt sein. Dabei kann die als ein Spritzgussbauteil sein. Die Stützwand kann mit der Filterwand verklebt und/oder verschweißt sein.
Weiterhin ist die Filterkartusche dann vorteilhaft, wenn der steife Wandabschnitt eine erste Wandstärke und der flexible Wandabschnitt eine zweite Wandstärke aufweist, wobei die zweite Wandstärke kleiner ist als die erste Wandstärke. Eine Wand mit einer geringeren Wandstärke weist typischerweise eine höhere Flexibilität auf. Somit kann ein flexibler Wandabschnitt dadurch gewährleistet bzw. unterstützt sein, dass die Filterkartusche bereichsweise eine dünne Wandstärke hat. So kann beispielsweise sowohl der flexible Wandabschnitt als auch der steife Wandabschnitt aus demselben Material gefertigt sein. Bevorzugt Ist die zweite Wandstärke mindestens fünf Mal kleiner und vorzugsweise sogar zumindest zehn Mal kleiner als die erste Wandstärke. Die unterschiedlichen Wandstärken können beispielsweise dadurch realisiert sein, dass im Bereich des flexiblen Wandabschnitts teilweise Material der Stützwand entfernt wurde. Beispielsweise kann eine Filterkartusche im Bereich eines flexiblen Wandabschnittes mit einem materialabtragendem Fertigungsverfahren, wie Spanen, Schleifen oder Hobeln bearbeitet worden sein, um dort die zweite Wandstärke zu realisieren.
Weiterhin ist eine Filterkartusche bevorzugt, die in dem zumindest einen flexiblen Wandabschnitt der zumindest einen Stützwand eine Wellung aufweist. Mit einer Wellung ist hier insbesondere gemeint, dass die Wandfläche des flexiblen Wandabschnittes vergrößert ist. Dadurch weist der flexible Wandabschnitt eine erhöhte Beweglichkeit auf. Beispielsweise kann die Stützwand in dem flexiblen Wandabschnitt ringförmig um ein Zentrum herum verlaufende Wellungen aufweisen. So kann ein besonders gut verformbarer flexibler Abschnitt gewährleistet werden, der auch große Volumenzunahmen eines Innenraums der Filterkartusche ermöglicht und so große im Innenraum der Filterkartusche auftretende Eisdrücke kompensieren kann. Insbesondere ist die Wellung im Wesentlichen senkrecht zur flächigen Erstreckung der Stützwand ausgebildet.
Weiterhin vorteilhaft ist die Filterkartusche, wenn der steife Wandabschnitt aus einem ersten Material gefertigt ist und der flexible Wandabschnitt aus einem zweiten Material gefertigt ist, wobei das zweite Material einen kleineren Elastizitätsmodul aufweist als das erste Material. Materialien mit einem kleinen Elastizitätsmodul sind regelmäßig leichter verformbar als Materialien mit einem hohen Elastizitätsmodul. Dadurch kann mit Materialien mit verschiedenen Elastizitätsmodulen ein flexibler Wandabschnitt an einer Filterkartusche erzeugt werden. Es ist beispielsweise möglich die Stützwand mehrteilig auszuführen, so dass der steife Wandabschnitt aus einem anderen Bauteil besteht als der flexible Wandabschnitt. Der flexible Wandabschnitt kann beispielsweise eine aufgesetzte Membran sein. Ein solcher flexibler Wandabschnitt kann an der Stützwand bzw. an dem steifen Wandabschnitt beispielsweise angeklebt oder angeschweißt sein. Der flexible Wandabschnitt kann als Spritzgussbauteil ausgeführt und/oder mittels einer Schnappverbindung an der Stützwand fixiert sein.
Besonders vorteilhaft ist es auch, einen flexiblen Wandabschnitt sowohl mit einer Wellung als auch mit einem zweiten Material mit einem kleineren Elastizitätsmodul auszuführen.
Weiterhin ist eine Filterkartusche bevorzugt, bei der die Stützwand eine Aufnahme aufweist, in der eine komprimierbare Einlage angeordnet ist. Diese Aufnahme und die komprimierbare Einlage sind insbesondere auf der Außenseite der Filterkartusche vorgesehen. Die Aufnahme und die komprimierbare Einlage sind in besonders vorteilhafter Weise an der Filterkartusche dort vorgesehen, wo sich auch der flexible Wandabschnitt befindet.
Besonders vorteilhaft ist zudem, wenn der flexible Wandabschnitt, die Aufnahme und die komprimierbare Einlage an der Unterseite einer (zylindrisch geformten) Filterkartusche vorgesehen sind. Diese Unterseite liegt regelmäßig gegenüber einer Oberseite, an welcher sich eine Ablauföffnung und gegebenenfalls eine Ankoppelungsvorrichtung befinden. Sich im Inneren der Filterkartusche aufbauender Eisdruck kann dann über den flexiblen Wandabschnitt zur Außenseite und damit zumindest teilweise auch in die komprimierbare Einlage abgebaut werden.
Im Rahmen der Erfindung wird auch eine Fördervorrichtung für eine gefriergefährdete Flüssigkeit, insbesondere Reduktionsmittel, beansprucht, aufweisend eine Ansaugstelle und eine Abgabestelle, wobei von der Ansaugstelle zu der Abgabestelle ein Förderweg für die gefriergefährdete Flüssigkeit ausgebildet ist, der durch zumindest eine erfindungsgemäße Filterkartusche verläuft.
Die Filterkartusche bzw. die Filterwand der Filterkartusche unterteilt den Förderweg vorteilhafter Weise in einen ersten Wegabschnitt von der Ansaugstelle zu der Filterwand und in einen zweiten Wegabschnitt von der Filterwand zu der Abgabestelle. Eine Pumpe sowie (verschiedene) Ventile, die zur Förderung des Reduktionsmittels in der Fördervorrichtung vorgesehen sein können, befinden sich bevorzugt im zweiten Wegabschnitt, so dass diese durch die Filterkartusche bzw. durch die Filterwand vor Verunreinigung in dem Reduktionsmittel geschützt werden. Der Innenraum der Filterkartusche ist bei dieser Betrachtungsweise zum zweiten Wegabschnitt zuzuordnen. Der zweite Wegabschnitt betrifft damit insbesondere den Teil des Förderweges, der von bereits gefiltertem Reduktionsmittel ausgeführt wird. Der Außenraum um die Filterkartusche herum ist zum ersten Wegabschnitt zu zählen. Druck, welcher in dem Innenraum der Filterkartusche bzw. im zweiten Wegabschnitt auftritt, kann über den flexiblen Wandabschnitt hin zum Außenraum um die Filterkartusche herum bzw. hin zum ersten Wegabschnitt abgebaut werden. Hierbei kommt es nicht zu einer Vermengung von gefiltertem und ungefiltertem Reduktionsmittel.
Damit der Gegenstand der Erfindung verwirklicht Ist, ist es nicht notwendig, dass die Filterkartusche von der Fördervorrichtung lösbar ist. Es ist auch möglich, dass die Filterkartusche integraler Bestandteil der Fördervorrichtung ist und mit weiteren Bauteilen der Fördervorrichtung fest bzw. insbesondere nicht lösbar verbunden ist. Die Filterkartusche kann in die Fördervorrichtung beispielsweise eingeschweißt, eingelötet oder eingestanzt sein.
Im Rahmen der Erfindung auch beansprucht wird ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine, eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine und eine erfindungsgemäße Fördervorrichtung zur Förderung von Reduktionsmittel, insbesondere wässrige Harnstoff-Lösung, in die Abgasbehandlungsvorrichtung. Ein solches Kraftfahrzeug weist typischerweise auch einen Tank für Reduktionsmittel auf, aus welchem heraus die Fördervorrichtung das Reduktionsmittel fördern kann.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
1: eine erste Ausführungsvariante einer Filterkartusche,
2: eine zweite Ausführungsvariante einer Filterkartusche,
3: eine dritte Ausführungsvariante einer Filterkartusche,
4: einen Querschnitt durch eine Filterkartusche,
5: eine vierte Ausführungsvariante einer Filterkartusche,
6: eine fünfte Ausführungsvariante einer Filterkartusche
7: eine Fördervorrichtung, und
8: ein Kraftfahrzeug aufweisend eine Fördervorrichtung.
Die 1, 2, 3, 5 und 6 zeigen jeweils fünf verschiedene Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Filterkartusche 1. Die Filterkartusche 1 gemäß den 1, 2, 3 und 5 weist jeweils eine im Wesentlichen zylindrische Grundform 10 auf, die von der Filterwand 3 gebildet ist. Bei der Filterkartusche 1 aus 6 ist die Grundform 10 kegelförmig. Die Filterwand 3 bildet hierbei eine Art Umfangsfläche der Grundform 10. Auf der Oberseite 11 und auf der Unterseite 12 ist die Grundform 10 jeweils von einer Stützwand 4 abgeschlossen. Die Filterkartuschen 1 sind vorzugsweise jeweils zu einer Symmetrieachse 33 annähernd rotationssymmetrisch. Die Filterwand 3 weist jeweils einen oberen Randbereich 5 und einen unteren Randbereich 35 auf. Der obere Randbereich 5 und der untere Randbereich 35 bilden jeweils eine Kante der Filterwand 3. Der obere Randbereich 5 und der untere Randbereich 35 begrenzen die Fläche der Filterwand 3. Dort ist die Filterwand 3 mit den Stützwänden 4 verbunden. So umrahmen die Stützwände 4 die Filterwand 3. Die Filterwand 3 und die Stützwände 4 begrenzen bei den einzelnen Filterkartuschen 1 gemäß den 1, 2, 3, 5 und 6 jeweils einen Innenraum 34 der Filterkartusche 1.
An der Oberseite 11 ist die Stützwand 4 vollständig als steifer Wandabschnitt 6 ausgeführt. An der Oberseite 11 befindet sich eine Ablauföffnung 8, über welche die Filterkartusche 1 an eine Fördervorrichtung angeschlossen werden kann.
1 zeigt beispielsweise verschiedene Befestigungsmittel, mit denen die Filterkartusche 1 an einer Fördervorrichtung (einzeln oder miteinander kombiniert) fixiert werden kann. Die Ablauföffnung 8 kann insbesondere von einer Ankopplungsvorrichtung 9 umgeben sein, über welche die Filterkartusche 1 vorzugsweise fluiddicht an eine der Ablauföffnung 8 entsprechende Ansaugöffnung an einer Fördervorrichtung angeschlossen werden kann. Die Filterkartusche 1 kann eine Dichtung 37 aufweisen, die eine fluiddichte Verbindung der Filterkartusche an einer Öffnung der Fördervorrichtung sicherstellt.
Die Einfrierrichtung 30 zeigt in den 1, 2, 3, 5 und 6 jeweils an, in welcher Richtung sich das Eis ausbreitet, wenn das Reduktionsmittel einfriert. Zuerst bildet sich Eis an den Filterwänden 3. So entsteht ein (zylindrischer) Raum mit flüssigem Reduktionsmittel, welcher von einer Eisschicht umgeben ist. Bei der Ausführungsvariante gemäß der 6 ist der im Einfrierfall im Innenraum 34 zunächst verbleibende Raum an flüssigem Reduktionsmittel eher kegelförmig. Anschließend dehnt sich die Eisschicht hin zum Zentrum des Innenraums 34 aus. Vorzugsweise friert das Zentrum des Innenraums 34 dann an der Oberseite 11 schneller ein als an der Unterseite 12. So kann erreicht werden, dass sich der Eisdruck hin zum flexiblen Wandabschnitt 7 auf der Unterseite 12 aufbaut.
Der Wandabschnitt 4 an der Unterseite 12 der Filterkartusche 1 ist bei den in den 1, 2, 3, 5 und 6 dargestellten Ausführungsvarianten der Filterkartusche 1 jeweils unterschiedlich gestaltet.
Gemäß 1 ist an der Unterseite 12 ein flexibler Wandabschnitt 7 vorgesehen, welcher von einem steifen Wandabschnitt 6 umgeben ist. Der flexible Wandabschnitt 7 ist mit einer zweiten Wandstärke 18 ausgeführt, während der steife Wandabschnitt 6 mit einer ersten Wandstärke 17 ausgeführt ist. Die zweite Wandstärke 18 ist geringer als die erste Wandstärke 17, um die Flexibilität des flexiblen Wandabschnittes 7 zu gewährleisten.
Gemäß 2 ist an der Unterseite 12 ebenfalls ein flexibler Wandabschnitt 7 vorgesehen, welcher von einem steifen Wandabschnitt 6 umgeben ist. Hier ist allerdings der steife Wandabschnitt 6 aus einem ersten Material 1S und der flexible Wandabschnitt 7 aus einem zweiten Material 16 gefertigt. Das zweite Material 16 hat einen geringeren Elastizitätsmodul als das erste Material 15. Dadurch ist der flexible Wandabschnitt 7 flexibel.
In 3 ist auf der Unterseite 12 ein flexibler Abschnitt 7 dargestellt, welcher von einem steifen Wandabschnitt 6 umgeben ist. Der flexible Wandabschnitt 7 ist hier mit einer Wellung 19 ausgeführt, welche beispielsweise rotationssymmetrisch an der Unterseite 12 ausgeführt sein kann. Gegebenenfalls können mehrere konzentrische Wellungen 19 vorhanden sein.
In 5 ist auf der Unterseite 12 ebenfalls ein flexibler Wandabschnitt 7 ausgebildet. Gegenüberliegend zu dem flexiblen Wandabschnitt 7 ist an der Unterseite 12 eine Aufnahme 13 vorgesehen, in welcher eine komprimierbare Einlage 14 aufgenommen ist. Eisdruck, welcher im Innenraum 34 der Filterkartusche 1 entsteht und über den flexiblen Wandabschnitt 7 abgebaut wird, kann in die komprimierbare Einlage 14 abgeleitet werden. Die Einlage 14 ist gegenüber der äußeren Umgebung der Filterkartusche 1 nicht abgedichtet. Die Einlage 14 ist daher gegebenenfalls getränkt von ungefiltertem Reduktionsmittel.
Bei der in 6 dargestellten Filterkartusche 1 ist der flexible Wandabschnitt 7 auf der Unterseite 12 am Ende der kegelförmigen Grundform 10 der Filterkartusche 1 realisiert. Ein solcher flexibler Wandabschnitt 7 ermöglicht vorzugsweise auch eine Verformung des gesamten unteren Bereichs der Filterkartusche 1. Hierbei kann sich zumindest bereichsweise auch die Filterwand 3 im Bereich der Unterseite 12 verlagern, so dass eine besonders wirkungsvolle Kompensation des Eisdrucks möglich ist.
Die verschiedenen Besonderheiten und Merkmale der Ausführungsvarianten der Filterkartusche 1 gemäß den 1, 2, 3, 5 und 5 sind beliebig miteinander kombinierbar.
In der 4 ist ein Schnitt durch eine Filterkartusche 1 gezeigt, welcher gemäß der Schnittlinie A-A in der 3 angedeutet ist. In dem Schnitt in 4 ist die Filterwand 3 der Filterkartusche 1 zu erkennen. Die Filterwand 3 weist eine Wellenstruktur 29 auf. Durch eine solche Wellenstruktur 29 kann eine besonders große Filteroberfläche der Filterwand 3 bei einem gleichzeitig relativ geringen Platzbedarf für die Filterkartusche 1 realisiert werden. Zu erkennen ist weiterhin die Unterseite 12 der Filterkartusche 1, auf welche man gemäß der 4 entlang der Symmetrieachse 33 schaut. Auf der Unterseite 12 ist die Stützwand 4 mit dem steifen Wandabschnitt 6 und dem flexiblen Wandabschnitt 7 zu sehen.
In 7 ist eine Fördervorrichtung 2 zur Förderung von Reduktionsmittel dargestellt, in welche eine erfindungsgemäße Filterkartusche 1 eingesetzt ist. Die Filterkartusche 1 ist in eine an der Fördervorrichtung 2 vorgesehne Kartuschenaufnahme 28 eingesetzt. Durch die Fördervorrichtung 2 hindurch existiert ausgehend von der Ansaugstelle 20 hin zu der Abgabestelle 21 ein Förderweg 22. Der Förderweg 22 wird durch die Filterkartusche 1 bzw. durch die Filterwand 3 der Filterkartusche 1 in einen ersten Wegabschnitt 23 von der Ansaugstelle 21 zu der Filterwand 3 und in einen zweiten Wegabschnitt 24 von der Filterwand 3 zu der Abgabestelle 21 unterteilt. Eine Pumpe 40 zur Förderung des Reduktionsmittels (oder einer anderen gefrierfähigen Flüssigkeit) ist im zweiten Wegabschnitt 24 vorgesehen, mit der das Reduktionsmittel entlang des Förderweges 22 bewegt wird. Ein im Innenraum 34 der Filterkartusche 1 auftretender Eisdruck kann über den flexiblen Wandabschnitt 7 der Filterkartusche 1 nach außen bzw. in die Kartuschenaufnahme 28 hinein abgebaut werden. In der Kartuschenaufnahme 28 ist dazu eine komprimierbare Einlage 14 vorgesehen. Es ist möglich, dass die komprimierbare Einlage 14 Bestandteil der Filterkartusche 1 ist, wobei hierzu insbesondere auf die 5 und die Erläuterungen hierzu verwiesen wird. Ebenso ist es allerdings auch möglich, dass die komprimierbare Einlage 14 als separates Bauteil in die Fördervorrichtung 2 bzw. in die Kartuschenaufnahme 28 eingesetzt ist. Die Filterkartusche 1 ist über eine Ablauföffnung 8 an die Fördervorrichtung 2 angeschlossen. In der 7 ist zusätzlich gezeigt, dass sich durch die Ablauföffnung 8 eine Heizung 31 der Fördervorrichtung 2 in den Innenraum 34 der Filterkartusche 1 hinein erstreckt. Die Heizung 31 kann gleichzeitig auch eine Wärmeleitstruktur sein, welche im Abstellfall, wenn die Heizung 31 nicht betrieben wird, Wärme aus dem Innenraum 34 abführt. Da die Heizung 31 von oben in die Filterkartusche 1 hinein ragt, kann so sichergestellt werden, dass der Innenraum 34 oben zuerst einfriert und der Eisdruck in Richtung zu dem flexiblen Wandabschnitt 7 abgeleitet wird. In 6 auch dargestellt ist die Einfrierrichtung 30, in welcher die Eisbildung in der Fördervorrichtung 2 im Bereich der Filterkartusche 1 normalerweise auftritt.
Die Kartuschenaufnahme 28 der Fördervorrichtung 2 kann mittels eines Deckels 38 (fluiddicht) verschlossen sein, insbesondere mittels Schrauben 39. Der Deckel 38 kann so ausgeführt sein, dass dieser die Filterkartusche 1 in der Kartuschenaufnahme 28 ortsfest ausrichtet und fixiert. Es ist möglich, dass ein (zusätzlicher) Kartuschenhalter 36 zwischen der Filterkartusche 1 und dem Deckel 38 vorgesehen ist, wobei der Kartuschenhalter 36 vorzugsweise flexibel bzw. verformbar ausgeführt ist. Hierbei kann der Kartuschenhalter 36 mittels des Deckels 38 so vorgespannt sein, dass dieser eine Halte- und/oder Fixierungskraft auf die Filterkartusche 1 ausüben kann. Ein Kartuschenhalter 36 kann an dem (plattenförmigen) Deckel 38 befestigt sein, so dass diese Komponenten bei der Montage/Wartung auch als eine (einzelne) Baueinheit zusammen bewegt werden können.
8 zeigt ein Kraftfahrzeug 25 aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine 26 sowie eine Abgasbehandlungsvorrichtung 27 zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine 26. In die Abgasbehandlungsvorrichtung 27 hinein kann mit einer Fördervorrichtung 2 Reduktionsmittel aus einem Tank 32 gefördert werden.
Bezugszeichenliste

1: Filterkartusche
2: Fördervorrichtung
3: Filterwand
4: Stützwand
5: oberer Randbereich
6: steifer Wandabschnitt
7: flexibler Wandabschnitt
8: Ablauföffnung
9: Ankoppelungsvorrichtung
10: Grundform
11: Oberseite
12: Unterseite
13: Aufnahme
14: komprimierbare Einlage
15: erstes Material
16: zweites Material
17: erste Wandstärke
18: zweite Wandstärke
19: Wellung
20: Ansaugstelle
21: Abgabestelle
22: Förderweg
23: erster Wegabschnitt
24: zweiter Wegabschnitt
25: Kraftfahrzeug
26: Verbrennungskraftmaschine
27: Abgasbehandlungsvorrichtung
28: Kartuschenaufnahme
29: Wellenstruktur
30: Einfrierrichtung
31: Heizung
32: Tank
33: Symmetrieachse
34: Innenraum
35: unterer Randbereich
36: Kartuschenhalter
37: Dichtung
38: Deckel
39: Schraube
40: Pumpe

Claims

Filterkartusche (1) für eine gefriergefährdete Flüssigkeit, aufweisend zumindest eine Filterwand (3) und zumindest eine Stützwand (4), welche mit der Filterwand (3) einen Innenraum (34) bildet, wobei die zumindest eine Stützwand (4) zumindest einen steifen Wandabschnitt (6) und zumindest einen flexiblen Wandabschnitt (7) aufweist.
Filterkartusche (1) nach Patentanspruch 1, wobei die zumindest eine Stützwand (4) in dem zumindest einen steifen Wandabschnitt (6) zumindest eine Ablauföffnung (8) aufweist, welche an eine Fördervorrichtung (2) angekoppelt werden kann.
Filterkartusche (1) nach Patentanspruch 2, wobei die Filterwand (3) eine zylindrische Grundform (10) bildet und eine Oberseite (11) und eine Unterseite (12) jeweils von einer Stützwand (4) gebildet ist, wobei die Ablauföffnung (8) auf der Oberseite (11) und der flexible Wandabschnitt (7) auf der Unterseite (12) angeordnet sind.
Filterkartusche (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der steife Wandabschnitt (6) eine erste Wandstärke (17) und der flexible Wandabschnitt (7) eine zweite Wandstärke (18) aufweist, und die zweite Wandstärke (18) kleiner ist als die erste Wandstärke (17).
Filterkartusche (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die zumindest eine Stützwand (4) in dem zumindest einen flexiblen Wandabschnitt (7) eine Wellung (19) aufweist.
Filterkartusche (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der steife Wandabschnitt (6) aus einem ersten Material (15) gefertigt ist und der flexible Wandabschnitt (7) aus einem zweiten Material (16) gefertigt ist, wobei das zweite Material (16) einen kleineren Elastizitätsmodul aufweist als der erste Material (15).
Filterkartusche (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Stützwand (4) eine Aufnahme (13) aufweist, in der eine komprimierbare Einlage (14) angeordnet ist.
Fördervorrichtung (2) für eine gefriergefährdete Flüssigkeit, aufweisend eine Ansaugstelle (20) und einen Abgabestelle (21), wobei von der Ansaugstelle (20) zu der Abgabestelle (21) ein Förderweg (22) für die gefriergefährdete Flüssigkeit ausgebildet ist, der durch zumindest eine Filterkartusche (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche verläuft.
Kraftfahrzeug (25) aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (26), eine Abgasbehandlungsvorrichtung (27) zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine (26) und eine Fördervorrichtung (2) nach Patentanspruch 8 zur Förderung von Reduktionsmittel in die Abgasbehandlungsvorrichtung (27).