DE102013102235A1

DE102013102235A1 - Vorrichtung zur Förderung eines flüssigen Additivs

Info

Publication number: DE102013102235A1
Application number: DE102013102235.9A
Authority: DE
Inventors: Georges Maguin; Jan Hodgson; Cheikh Diouf
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH; Emitec France SAS
Current assignee: Continental Automotive GmbH; ActBlue France SAS
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-09-25
Also published as: CN105189958B; KR20150121236A; EP2964913A1; RU2620899C2; RU2015141287A; EP2964913B1; US9587544B2; CN105189958A; US20160010530A1; JP2016512293A; WO2014135398A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Förderung eines flüssigen Additivs (38), aufweisend einen Tank (2) zur Speicherung des flüssigen Additivs (38), eine Ansaugstelle (3), an der das flüssige Additiv (38) aus dem Tank (2) von einer Pumpe (4) der Vorrichtung (1) angesaugt werden kann, einen Filter (5), der die Ansaugstelle (3) abdeckt, einen Zwischenraum (6) zwischen dem Filter (5) und der Ansaugstelle (3) zumindest teilweise begrenzt und den Zwischenraum (6) von einem Innenraum (7) des Tanks (2) abgrenzt, wobei der Filter (5) eine Filterfläche (8) mit einer Oberkante (9) und einer Unterkante (10) hat, wobei die Oberkante (9) und die Unterkante (10) in senkrechter Richtung (11) 30 mm [Millimeter] bis 80 mm voneinander beabstandet sind und die Ansaugstelle (3) in senkrechter Richtung (11) maximal 5 mm unterhalb der Oberkante (9) positioniert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Förderung eines flüssigen Additivs. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um einer Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine ein flüssiges Additiv zuzuführen. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei Abgasbehandlungsvorrichtungen, bei denen Stickstoffverbindungen im Abgas unter Zuhilfenahme eines Reduktionsmittels zu unschädlichen Substanzen reagieren. Das entsprechende in diesen Abgasbehandlungsvorrichtungen durchgeführte Abgasreinigungsverfahren ist das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion [SCR-Verfahren, SCR = Selective Catalytic Reduction].
Für das SCR-Verfahren wird als Reduktionsmittel üblicherweise Ammoniak verwendet. Ammoniak wird der Abgasbehandlungsvorrichtung normalerweise nicht direkt zugeführt, sondern in Form einer Reduktionsmittelvorläuferlösung, die als flüssiges Additiv gespeichert und bereitgestellt werden kann. Eine verbreitete Reduktionsmittelvorläuferlösung in diesem Zusammenhang ist Harnstoff-Wasser-Lösung. Für die Abgasreinigung ist eine 32,5 prozentige Harnstoff-Wasser-Lösung unter dem Handelsnamen AdBlue^® erhältlich.
Zur Bereitstellung solcher flüssigen Additive in Kraftfahrzeugen ist üblicherweise ein Tank zur Speicherung des flüssigen Additivs und eine Vorrichtung zur Förderung und/oder Bereitstellung des flüssigen Additivs erforderlich. Die Vorrichtung zur Bereitstellung des flüssigen Additivs sollte auch einen Filter umfassen, weil das flüssige Additiv oft Verunreinigungen enthält. Diese Verunreinigungen können Komponenten der Vorrichtung zur Bereitstellung und/oder die Abgasbehandlungsvorrichtung beschädigen und müssen daher aus dem flüssigen Additiv entfernt werden.
Bei solchen flüssigen Additiven ist weiterhin problematisch, dass diese bei niedrigen Temperaturen einfrieren können. Die oben beschriebene Harnstoff-Wasser-Lösung friert beispielsweise bei –11 C° ein. Derart niedrige Temperaturen treten im Kraftfahrzeugbereich insbesondere während langer Stillstandszeiten im Winter auf. Beim Einfrieren dehnt sich das flüssige Additiv aus. Diese Ausdehnung kann Leitungen und Kanäle beschädigen und sogar zerstören, in denen sich noch flüssiges Additiv befindet. Es müssen daher Maßnahmen getroffen werden, eine Beschädigung der Vorrichtung zur Bereitstellung durch einfrierendes Additiv zu verhindern.
Zur effektiven Abgasreinigung ist es zudem erforderlich, dass das flüssige Additiv dosiergenau der Abgasbehandlungsvorrichtung zugeführt wird. Insbesondere sollte vermieden werden, dass Luftblasen in die Vorrichtung zur Förderung von flüssigem Additiv gelangen. Luftblasen beeinflussen die geförderte Menge des flüssigen Additivs, wobei dieser Einfluss oft nicht genau zu bestimmen ist, weil (sensorisch oft) nicht unterschieden werden kann, ob Luftblasen oder flüssiges Additiv gefördert wird.
Darüber hinaus benötigen ein Tank zur Speicherung des flüssigen Additivs und eine Vorrichtung zur Bereitstellung des flüssigen Additivs zusätzlichen Platz und führen zu zusätzlichem Gewicht in einem Kraftfahrzeug. Es ist daher vorteilhaft, wenn eine Vorrichtung zur Förderung von flüssigem Additiv einen Tank möglichst vollständig entleeren kann. Auch wenn der Tank bereits beinah vollständig entleert ist, sollte noch sichergestellt sein, dass keine Luftblasen gefördert werden. Dann könnte der Tank sehr klein ausgelegt werden, so dass wenig zusätzliches Gewicht und wenig Platzbedarf für den Tank erforderlich ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die geschilderten technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu lindern. Es soll insbesondere eine besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Förderung von flüssigem Additiv vorgestellt werden, mit der ein Tank zur Speicherung des flüssigen Additivs einerseits möglichst vollständig und andererseits (auch in dieser Förderphase) zuverlässig keine bzw. besonderes wenige Luftblasen in die Vorrichtung zur Förderung des flüssigen Additivs eingesaugt werden.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den abhängigen 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.
Diese Vorrichtung zur Förderung eines flüssigen Additivs weist zumindest folgende Bauteile auf:

– einen Tank zur Speicherung des flüssigen Additivs,
– eine Ansaugstelle, an der das flüssige Additiv aus dem Tank von einer Pumpe der Vorrichtung angesaugt werden kann,
– einen Filter, der einen Zwischenraum zwischen dem Filter und der Ansaugstelle zumindest begrenzt und den Zwischenraum von einem Innenraum des Tanks abgrenzt.

Der Filter hat weiter eine Filterfläche mit einer Oberkante und einer Unterkante, wobei die Oberkante und die Unterkante in senkrechter Richtung 30 mm [Millimeter] bis 80 mm voneinander beabstandet sind und die Ansaugstelle ist in senkrechter Richtung maximal 5 mm unterhalb der Oberkante positioniert.
Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise eine Einbaueinheit, die in eine Öffnung in einem Tankboden eines Tanks zur Speicherung des flüssigen Additivs eingesetzt werden kann. Die Einbaueinheit weist vorzugsweise ein Gehäuse auf, das in die beschriebene Öffnung im Tankboden hinein gesetzt werden kann, so dass es diese Öffnung fluiddicht verschließt. An dem Gehäuse ist die Ansaugstelle so angeordnet, dass diese sich im Tank befindet, wenn die Einbaueinheit in den Tankboden eingesetzt ist. Vorzugsweise weist die Vorrichtung darüber hinaus einen Leitungsanschluss auf, an der das flüssige Additiv bereitgestellt wird. Der Leitungsanschluss ist vorzugsweise an dem Gehäuse derart angeordnet, die er sich außerhalb des Tanks befindet, wenn die Einbaueinheit in den Tankboden eingesetzt ist.
Von der Ansaugstelle hin zu dem Leitungsanschluss erstreckt sich durch das Gehäuse hindurch ein Förderkanal, entlang dem das flüssige Additiv mit einer Förderrichtung gefördert wird. An diesem Förderkanal ist auch die Pumpe zur Förderung des flüssigen Additivs angeordnet. In dem Gehäuse können auch weitere Komponenten angeordnet sein, die bei der Förderung des flüssigen Additivs mitwirken. Solche Komponenten können beispielsweise Sensoren, Ventile und/oder Steuerelemente sein.
Das Gehäuse hat vorzugsweise eine zylindrische Form, so dass es in eine kreisrunde Öffnung im Tankboden eingesetzt werden kann. Der Filter bildet vorzugsweise eine (im Wesentlichen umschließende) Umfangsfläche um das Gehäuse herum aus. Der Zwischenraum zwischen dem Filter und der Ansaugstelle ist folglich vorzugsweise ein etwa ringförmiger bzw. etwa zylinderförmiger Spalt zwischen dem Filter und dem Gehäuse der Vorrichtung. In dem Zwischenraum können Stützstrukturen angeordnet sein, die den Filter an dem Gehäuse abstützen, so dass die Position des Filters relativ zu dem Gehäuse fest definiert ist.
Mit dem Innenraum ist der (komplette) Raum innerhalb des Tanks bezeichnet, der mit flüssigem Additiv gefüllt ist und nicht dem Zwischenraum zuzuordnen ist. Der Innenraum und der Zwischenraum sind durch den Filter vorzugsweise so voneinander abgegrenzt, dass flüssiges Additiv, welches aus dem Innenraum in dem Zwischenraum gelangen soll, zwangsläufig den Filter passieren muss. Somit hält der Filter Verunreinigungen des flüssigen Additivs in dem Innenraum zurück. So wird das flüssige Additiv gereinigt.
Mit der Filterfläche ist vorzugsweise eine zweidimensionale Ausdehnung des Filters entlang der Umfangsfläche des Gehäuses der Vorrichtung beschrieben. Die Filterfläche beträgt vorzugsweise zwischen 90 cm² und 600 cm² [Quadratzentimeter]. Die Oberkante ist der in senkrechter/vertikaler Richtung höchste Bereich des Filters. Die Unterkante ist der in senkrechter/vertikaler Richtung niedrigste Bereich des Filters. Die senkrechte/vertikale Richtung wird vorzugsweise durch die Schwerkraft definiert, die auf die Vorrichtung einwirkt, wenn die Vorrichtung entsprechend ihrer vorgegebenen Einbauposition in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist. Die Oberkante und die Unterkante sind vorzugsweise linienförmige Grenzbereiche des Filters. In dem Fall, dass der Filter umlaufend um ein Gehäuse herum ausgebildet ist, sind die Oberkante und die Unterkante vorzugsweise jeweils (etwa) ringförmig. Der Abstand von 30 mm bis 80 mm zwischen der Oberkante und der Unterkante stellt die maximale Ausdehnung des Filters in senkrechter/vertikaler Richtung dar und kann auch als Filterhöhe bezeichnet werden.
Die Ansaugstelle ist maximal 5 mm unterhalb der Unterkante des Filters positioniert. Damit ist sichergestellt, dass ein sich in senkrechter Richtung oberhalb der Ansaugstelle befindendes Volumen innerhalb des Zwischenraums möglichst klein ist. Vorzugsweise ist die Ansaugstelle sogar so angeordnet, dass oberhalb der Ansaugstelle in dem Zwischenraum kein (beachtliches) Volumen mehr existiert. Die Ansaugstelle mündet dann von oben in den Zwischenraum.
Durch den definierten Abstand zwischen der Oberkante und der Unterkante des Filters und die Position der Ansaugstelle im oberen Bereich des Filters kann verhindert werden, dass in dem Zwischenraum zwischen dem Filter und der Ansaugstelle in irgendeiner bzw. jeder Betriebssituation der Vorrichtung Luft vorliegt. Beim Ansaugen von flüssigem Additiv an der Ansaugstelle wird das flüssige Additiv immer durch den vollständigen Zwischenraum zwischen der Ansaugstelle und dem Filter gesaugt. Die Ausbildung einer Luftblase mit unbekannter Größe in einem oberen Bereich des Zwischenraums ist nicht möglich. In dem Zwischenraum vorhandene Luft wird immer unmittelbar nach dem Start der Förderung des flüssigen Additivs abtransportiert. Luft gelangt nie unkontrolliert zu einem unbekannten Zeitpunkt von dem Tank in die Vorrichtung zur Entnahme und Förderung. Aus diesem Grund lässt sich mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung eine besonders dosiergenaue Bereitstellung von flüssigem Additiv gewährleisten.
Weiterhin ist die Vorrichtung vorteilhaft, wenn der Filter eine zum Innenraum hin ausgerichtete Außenoberfläche aufweist, die Eingangsöffnungen mit einem hydraulischen Durchmesser zwischen 100 µm [Mikrometer] und 260 µm aufweist.
Der Filter weist vorzugsweise eine Dicke bzw. eine Filtertiefe auf, die beispielsweise zwischen 0,5 mm und 2 mm [Millimeter] beträgt. Die Außenoberfläche begrenzt das Material des Filters hin zum Innenraum des Tanks. Die Eingangsöffnungen stellen Öffnungen dar, an denen das flüssige Additiv in das Material des Filters eintreten kann, um in den Zwischenraum zwischen dem Filter und der Ansaugstelle zu gelangen. Der hydraulische Durchmesser einer Eingangsöffnung ist durch die Umfangslänge und die Fläche der Öffnungen definiert. Im Falle von kreisrunden Eingangsöffnungen entspricht der hydraulische Durchmesser dem tatsächlichen Durchmesser der kreisrunden Eingangsöffnung. Tatsächlich sind die Eingangsöffnungen an der Außenoberfläche des Filters jedoch meist nicht kreisrund sondern weisen eine von der kreisrunden Form abweichende Form auf. Diese abweichende Form ergibt sich beispielsweise durch den Aufbau des Filters aus Drähten, Fasern und/oder aus Kunststofffilamenten. Diese Bestandteile begrenzen die Eingangsöffnungen. Sie bilden Stege zwischen den Eingangsöffnungen aus. Der hydraulische Durchmesser ist durch folgende Formel definiert: Durchmesser_hydraulisch = 4·Querschnittsfläche / Umfangslänge
Der hydraulische Durchmesser der Eingangsöffnungen ist maßgeblich für die kapillaren Kräfte, die sich an der Außenoberfläche ergeben, wenn an der Außenoberfläche eine Grenzfläche zwischen Luft in dem Innenraum des Tanks und flüssigem Additiv in dem Zwischenraum existiert. Die kapillaren Kräfte werden im Wesentlichen durch die Oberflächenspannungen der Luft, dem flüssigen Additiv und das Material des Filters bestimmt. Wenn der hydraulische Durchmesser der Eingangsöffnungen an der Außenoberfläche in dem angegeben Bereich festgelegt ist, ist sichergestellt, dass durch die Eingangsöffnungen keine Luft in den Zwischenraum zwischen dem Filter und der Ansaugstelle gelangt. Dazu sollten weitere Bedingungen eingehalten werden. Beispielsweise sollte der von der Pumpe an der Ansaugstelle beim Ansaugen des flüssigen Additivs erzeugte Unterdruck einen Grenzwert nicht überschreiten, weil sonst die beschriebenen kapillaren Kräfte überwunden werden könnte. Eine weitere zusätzliche Randbedingung ist beispielsweise der Abstand zwischen der Oberkante und der Unterkante des Filters, der in dem weiter oben angegebenen Bereich liegen sollte. Aufgrund des hydrostatischen Drucks des flüssigen Additivs in dem Tank können sich in senkrechter Richtung über die Filterfläche unterschiedliche Drücke einstellen. Wenn die maximale senkrechte Ausdehnung des Filters zwischen 30 mm und 80 mm liegt, kann verhindert werden, dass diese unterschiedlichen Drücke an der Filterfläche bereichsweise zu einer Überwindung der beschriebenen kapillaren Kräfte führen. Noch eine weitere Randbedingung ist beispielsweise eine maximale Fördergeschwindigkeit des flüssigen Additivs. Auch durch eine zu große Fördergeschwindigkeit könnten die beschriebenen kapillaren Kräfte überwunden werden.
Weiterhin ist die Vorrichtung vorteilhaft, wenn sich ausgehend von den Eingangsöffnungen an der Außenoberfläche des Filters hin zu den Ausgangsöffnungen an einer zum Zwischenraum ausgerichteten Innenoberfläche des Filters Kanäle erstrecken.
Die Innenoberfläche stellt die Begrenzung des Filtermaterials des Filters hin zu dem Zwischenraum dar. Die Kanäle, die durch den Filter hin zu den Ausgangsöffnungen an der Innenoberfläche verlaufen, müssen nicht geordnet sein. Dies können chaotisch bzw. irregulär verlaufende Kanäle sein, die sich ggf. durch eine statistisch verteilte Struktur des Filtermaterials ergeben. In derartigen Kanälen des Filters kann eine effektive Reinigung des flüssigen Additivs stattfinden, beispielsweise indem das flüssige Additiv in den Kanälen umgelenkt wird und Verunreinigungen des flüssigen Additivs in dem Filter abgeschieden werden.
Weiterhin ist die Vorrichtung vorteilhaft, wenn die Kanäle ein verzweigtes Kanalsystem bilden.
Ein verzweigtes Kanalsystem ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass nicht immer genau ein Kanal von einer Eingangsöffnung an der Außenoberfläche (fluchtend) hin zu einer Ausgangsöffnung an der Innenoberfläche verläuft, sondern dass auch mehrere Ausgangsöffnungen mit einer Eingangsöffnung und umgekehrt mehrere Eingangsöffnungen mit einer Ausgangsöffnung verbunden sein können. Auch ist möglich, dass zusätzliche Verbindungskanäle bestehen, die mehrere Kanäle von einer Eingangsöffnung zu einer Ausgangsöffnung miteinander verbinden. Das Kanalsystem innerhalb des Filters kann insbesondere eine poröse Struktur bzw. eine Porosität des Filtermaterials des Filters bilden.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn der hydraulische Durchmesser der Kanäle sich ausgehend von den Eingangsöffnungen hin zu den Ausgangsöffnungen verändert.
Eine solche Veränderung des hydraulischen Durchmessers ist vorzugsweise über die gesamte Filterfläche hinweg gesehen einheitlich. Das heißt insbesondere, dass egal durch welche Eingangsöffnung flüssiges Additiv in einen Kanal in dem Filter gelangt, der hydraulische Durchmesser des jeweiligen Kanals sich ausgehend von der Eingangsöffnung hin zu der Ausgangsöffnung immer gleich verändert. Hierbei sind statische Unregelmäßigkeiten in angemessenen Grenzen akzeptabel. Beispielsweise kann der Filter so aufgebaut sein, dass dieser von den Eingangsöffnungen hin zu den Ausgangsöffnungen grobporiger oder feinporiger wird. Auch ist möglich, dass der Filter an den Eingangsöffnungen besonders grob ist, dann feiner wird und anschließend hin zu den Ausgangsöffnungen wieder gröber wird. Durch einen solchen Aufbau können spezifische Kapillarkrafteffekte an der Außenoberfläche und gegebenenfalls auch an der Innenoberfläche des Filters erreicht werden. Dies ermöglicht es, den Eintritt von Luftblasen in den Zwischenraum hinein besonders effektiv zu verhindern und gleichzeitig den Austritt von Luftblasen aus dem Zwischenraum heraus zu ermöglichen, wenn Luftblasen in den Zwischenraum hineingelangt sind.
Weiterhin ist die Vorrichtung vorteilhaft, wenn der Filter aus einem Fasergewirr aufgebaut ist.
Ein Fasergewirr (aus Feinstdrähten, Filamenten, Fasern etc.) stellt eine besonders effektive Möglichkeit dar, einen Filter mit den weiter oben beschriebenen Eigenschaften bereitzustellen. Ein solcher Filter ermöglicht es insbesondere, dass flüssiges Additiv an einer Ansaugstelle im oberen Bereich eines Zwischenraums zwischen dem Filter und der Ansaugstelle entnommen werden kann, weil die beschriebenen Effekte der kapillaren Kräfte an einem solchen Filter auftreten. Die Fasern können beispielsweise Kunststofffasern, Keramikfasern und/oder metallische Fasern sein.
Eine weitere Möglichkeit ist, dass der Filter aus einem offenporigen Schaummaterial gebildet ist. Ein solches (offenes) Schaummaterial weist ebenfalls durchgängige Kanäle auf.
Weiterhin ist die Vorrichtung vorteilhaft, wenn die Pumpe dazu eingerichtet ist, in dem Zwischenraum einen Unterdruck von zwischen 300 Pa [Pascal] und 800 Pa aufzubauen.
Durch den von der Pumpe aufgebauten Unterdruck wird das flüssige Additiv aus dem Innenraum durch den Filter und den Zwischenraum hin zu der Ansaugstelle gesaugt. Ein Unterdruck in dem angegeben Bereich ermöglicht es einerseits, flüssiges Additiv effektiv durch den Filter hin zu der Ansaugstelle zu fördern. Darüber hinaus werden kapillare Kräfte, welche an dem Filter wirken, und welche verhindern, dass Luft in den Zwischenraum gelangt, nicht überwunden. So kann verhindert werden, dass Luft in den Zwischenraum hinein gelangt.
Weiterhin ist die Vorrichtung vorteilhaft, wenn der Zwischenraum eine Dicke zwischen 1 mm [Millimeter] und 10 mm hat.
Der Zwischenraum selbst hat vorzugsweise ebenfalls eine ringförmige bzw. zylinderförmige Gestalt. Der Zwischenraum ist insbesondere bevorzugt als ringförmiger bzw. zylinderförmiger Spalt zwischen dem Filter und einem Gehäuse der Vorrichtung ausgebildet. Die Dicke des Zwischenraums gibt den Abstand zwischen der Innenoberfläche des Filters und dem Gehäuse der Vorrichtung an. Eine Dicke des Zwischenraums in dem angegebenen Bereich ermöglicht es, dass flüssiges Additiv von jeder beliebigen Stelle des Filters mit einem geringen Strömungswiderstand zu der Ansaugstelle gelangen kann. So können Druckunterschiede innerhalb des Zwischenraums verhindert werden, die gegebenenfalls zu einer bereichsweisen Überwindung der weiter oben beschriebenen kapillaren Kräfte führen könnten. Darüber hinaus gewährleistet die Dicke des Zwischenraums in dem angegebenen Bereich, dass eine ausreichende Speicherkapazität für flüssiges Additiv in dem Zwischenraum existiert und der Filter sich gegebenenfalls auch verformen kann, um Druckunterschiede zwischen dem Innenraum und dem Zwischenraum auszugleichen, die beispielsweise auftreten, wenn das flüssige Additiv einfriert.
Zudem soll ein Kraftfahrzeug angegeben werden, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine und eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine, sowie eine beschriebene Vorrichtung, mit der der Abgasbehandlungsvorrichtung ein flüssiges Additiv zugeführt werden kann. Die Abgasbehandlungsvorrichtung weist vorzugsweise eine Zufuhrvorrichtung und einen SCR-Katalysator auf. Die Zufuhrvorrichtung wird über eine Leitung von einer beschriebenen Vorrichtung mit einem flüssigen Additiv aus einem Tank versorgt. An dem SCR-Katalysator können Stickstoffoxidverbindungen im Abgas unter Zuhilfenahme des flüssigen Additivs reduziert werden.
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 beschriebene Vorrichtung mit einem Tank;
2: einen Ausschnitt aus einer beschriebenen Vorrichtung;
3: einen weiteren Ausschnitt einer beschriebenen Vorrichtung;
4: einen Teilbereich eines Filters;,
5: einen weiteren Teilbereich eines Filters; und
6: ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine beschriebene Vorrichtung.
In 1 ist eine Vorrichtung 1 mit einem Tank 2 gezeigt. In dem Tank 2 ist flüssiges Additiv 38 (wie Harnstoff-Wasser-Lösung) gespeichert. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Einbaukomponente 39, die in einen Tankboden 26 des Tanks 2 eingesetzt ist. Diese Einbaukomponente 39 hat ein Gehäuse 27. An dem Gehäuse 27 ist eine Ansaugstelle 3 angeordnet, an der flüssiges Additiv aus dem Tank 2 entnommen werden kann. Darüber hinaus ist an dem Gehäuse 27 ein Leitungsanschluss 28 vorgesehen, an den eine hier nicht dargestellte Leitung (25) angeschlossen werden kann. Durch diese Leitung kann das flüssige Additiv 38 beispielsweise zu einer Abgasbehandlungsvorrichtung geleitet werden. Durch die Einbaukomponente 39 bzw. durch das Gehäuse 27 erstreckt sich ein Förderkanal 29, der die Ansaugstelle 3 mit dem Leitungsanschluss 28 verbindet. Durch den Förderkanal 29 wird das flüssige Additiv 38 mit einer Förderrichtung 41 gefördert. An dem Förderkanal 29 ist auch eine Pumpe 4 angeordnet, die die Förderung des flüssigen Additivs 38 durchführt.
Die Vorrichtung umfasst einen (separaten) Filter, der vorzugsweise umlaufend um das Gehäuse 27 herum ausgebildet ist. Der Filter 5 weist eine Filterfläche 8 auf und grenzt die Ansaugstelle 3 von einem Innenraum 7 des Tanks 2 ab. Zwischen dem Filter 5 und der Ansaugstelle 3 befindet sich ein Zwischenraum 6. Der Zwischenraum 6 verbindet den Filter 5 mit der Ansaugstelle 3. Flüssiges Additiv, das aus dem Innenraum 7 in den Zwischenraum 6 gelangen soll, muss den Filter 5 passieren. Der Filter 5 hat eine Oberkante 9 und eine Unterkante 10. Die Oberkante 9 und die Unterkante 10 sind vorzugsweise jeweils ringförmig umlaufend um das Gehäuse 27 herum ausgebildet. Der Filter 5 hat von der Oberkante 9 zu der Unterkante 10 eine Filterhöhe 32, die in senkrechter Richtung 11 (vertikal) betrachtet wird, wobei die senkrechte Richtung 11 durch die Schwerkraft definiert ist. Die Ansaugstelle 3 befindet sich an dem Zwischenraum 6 an einer Ansaugposition 33, die durch einen Abstand von maximal 5 mm von der Oberkante 9 definiert ist.
In 2 und 3 ist die Funktion des Filters 5 näher erläutert. Jeweils dargestellt ist ein Abschnitt des Zwischenraums 6 zwischen der Ansaugstelle 3 und dem Filter 5. Auch zu erkennen ist jeweils die Außenoberfläche 12 des Filters 5. In dem Zwischenraum 6 liegt jeweils flüssiges Additiv 38 vor. An der Außenoberfläche 12 liegt nur abschnittsweise (in dem unteren dargestellten Bereich) flüssiges Additiv 38 vor. Oberhalb davon liegt an der Außenoberfläche 12 Luft 42 an. An der Außenoberfläche 12 ergeben sich aufgrund der Tatsache, dass auf der einen Seite flüssiges Additiv 38 und auf der anderen Seite abschnittsweise Luft 42 vorliegt, kapillare Kräfte. Der Filter 5 hat jeweils Eingangsöffnungen 13 mit einem hydraulischen Durchmesser 14, durch welchen flüssiges Additiv in den Zwischenraum 6 eintreten kann. Der hydraulische Durchmesser 14 ist für die Größe der kapillaren Kräfte maßgeblich.
Gemäß 2 liegt außerhalb des Filters 5 und in dem Zwischenraum 6 derselbe Druck vor. 2 beschreibt eine Ruhesituation in der an der Ansaugstelle 3 kein flüssiges Additiv 38 angesaugt wird. In den Eingangsöffnungen 13 wirken dann jeweils hydrostatische Kräfte 35 und kapillare Kräfte 34, die sich im Gleichgewicht befinden und die dafür sorgen, dass das flüssige Additiv 38 nicht durch die Eingangsöffnungen 13 aus dem Zwischenraum 6 austritt. Bei der in 2 dargestellten unteren Eingangsöffnung 13 sind die wirkenden hydrostatischen Kräfte 35 größer als bei der oberen dargestellten Eingangsöffnung 13. Dies ergibt sich aufgrund der Schwerkraft, die bei der unteren Eingangsöffnung 13 stärker ist als bei der oberen Eingangsöffnung 13. Aufgrund der größeren hydrostatischen Kraft 35 an der unteren Eingangsöffnung 13 muss auch die kapillare Kraft 34 an der unteren Eingangsöffnung 13 größer sein, um mit der hydrostatischen Kraft 35 im Gleichgewicht zu sein und ein Austreten des flüssigen Additivs 38 durch die Öffnung 13 zu verhindern. Diese größere kapillare Kraft 34 erzeugt eine Verschiebung 36 des flüssigen Additivs 38 zwischen der oberen Eingangsöffnung 13 und der unteren Eingangsöffnung 13. Die hydrostatische Kraft 35 drückt das flüssige Additiv 38 im unteren Bereich weiter aus den Eingangsöffnungen 13 hinaus.
Bei der in 3 dargestellten Situation liegt an der Ansaugstelle 3 ein Unterdruck vor, der flüssiges Additiv aus dem Zwischenraum 6 hinaus hin zu der Ansaugstelle 3 saugt. 3 beschreibt eine Situation während der Förderung von flüssigem Additiv 38. An den Eingangsöffnungen 13 des Filters 5 wirken auch kapillare Kräfte 34, die verhindern, dass Luft 42 in den Zwischenraum 6 gelangt und flüssiges Additiv 38 aus dem Zwischenraum 6 austritt. Zusätzlich wirken auch die im Zusammenhang mit 2 bereits beschriebenen hydrostatischen Kräfte 35. Der Unterdruck an der Ansaugstelle 3 erzeugt an den Eingangsöffnungen 13 allerdings noch eine zusätzliche Druckkraft 40. Die Resultierende aus der Druckkraft 40 und der hydrostatischen Kraft 35 ist an der oberen Eingangsöffnung 13 größer als an der unteren Eingangsöffnung 13, weil die Druckkraft 40 durch den Unterdruck zu der hydrostatischen Kraft 35 entgegen gesetzt ist. Daher muss auch die kapillare Kraft 34 an der oberen Eingangsöffnung 13 größer sein als an der unteren Eingangsöffnung 13. Aus diesem Grund ergibt sich auch gemäß 3 eine Verschiebung 36 des flüssigen Additivs an der oberen Eingangsöffnung 13 gegenüber der unteren Eingangsöffnung 13. Die kapillaren Kräfte 34 wirken in 3 entgegengesetzt zur Wirkungsrichtung in 2. Während gemäß 2 im Wesentlichen ein Austreten des flüssigen Additivs 38 aus dem Zwischenraum 6 verhindert wird, wird gemäß 3 im Wesentlichen ein Eintreten von Luft 42 in den Zwischenraum 6 verhindert.
4 zeigt einen Ausschnitt eines Filters 5 für eine beschriebene Vorrichtung. Der Filter 5 hat eine Außenoberfläche 12 und eine Innenoberfläche 16. An der Außenoberfläche 12 befinden sich Eingangsöffnungen 13 und an der Innenoberfläche 16 befinden sich Ausgangsöffnungen 15. Die Eingangsöffnungen 13 und die Ausgangsöffnungen 15 sind durch Kanäle 17 miteinander verbunden. Die Kanäle 17 sind optional zusätzlich durch Verbindungskanäle 19 untereinander verbunden, so dass ein Kanalsystem 18 innerhalb des Filters 5 ausgebildet ist. Die einzelnen Kanäle 17 haben einen hydraulischen Durchmesser 14, der sich ausgehend von den Eingangsöffnungen 13 hin zu den Ausgangsöffnungen 15 verändern kann.
5 zeigt ebenfalls einen Ausschnitt eines Filters 5, der aus Fasern 31 aufgebaut ist, die ein Fasergewirr 30 bilden. Der Filter 5 hat eine Außenoberfläche 12 und eine Innenoberfläche 16, zwischen denen sich das von den Fasern 31 gebildete Fasergewirr 30 befindet. Die Fasergewirr 30 hat eine Porosität, die durch die in 4 erläuterten Kanäle gebildet ist.
6 zeigt ein Kraftfahrzeug 20, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine 21 und eine Abgasbehandlungsvorrichtung 22 zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine 21. In der Abgasbehandlungsvorrichtung 22 ist ein SCR-Katalysator 23 vorgesehen, mit dem das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion durchgeführt werden kann. Der Abgasbehandlungsvorrichtung 22 ist mit Hilfe einer Zufuhrvorrichtung 24 (wie einem Injektor) ein flüssiges Additiv zuführbar, welches mit einer Vorrichtung 1 aus einem Tank 2 durch eine Leitung 25 hin zu der Zufuhrvorrichtung 24 gefördert werden kann.
Es ist offensichtlich, dass nicht alle in den einzelnen Figuren veranschaulichten technischen Details nicht zwingend in der veranschaulichten Weise kombiniert sein müssen, sondern ggf. auch davon getrennt in Ausführungsvarianten der Erfindung einsetzbar sind. Jedenfalls soll in diesem Zusammenhang nur dann etwas anderes gelten, wenn eine Kombination explizit in der Beschreibung angegeben ist oder der Gegenstand bei ohne eine solche Kombination nicht mehr funktionsfähig wäre.
Die beschriebene Erfindung ermöglicht es in besonders vorteilhafter Weise einen mit flüssigem Additiv gefüllten Tank möglichst vollständig zu entleeren und gleichzeitig sicherzustellen, dass Luftblasen nicht unkontrolliert in eine Vorrichtung zur Förderung des flüssigen Additivs gelangen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Tank
3: Ansaugstelle
4: Pumpe
5: Filter
6: Zwischenraum
7: Innenraum
8: Filterfläche
9: Oberkante
10: Unterkante
11: senkrechte Richtung
12: Außenoberfläche
13: Eingangsöffnung
14: hydraulischer Durchmesser
15: Ausgangsöffnung
16: Innenoberfläche
17: Kanal
18: Kanalsystem
19: Verbindungskanal
20: Kraftfahrzeug
21: Verbrennungskraftmaschine
22: Abgasbehandlungsvorrichtung
23: SCR-Katalysator
24: Zufuhrvorrichtung
25: Leitung
26: Tankboden
27: Gehäuse
28: Leitungsanschluss
29: Förderkanal
30: Fasergewirr
31: Faser
32: Filterhöhe
33: Ansaugposition
34: kapillare Kraft
35: hydrostatische Kraft
36: Verschiebung
37: Dicke
38: flüssiges Additiv
39: Einbaukomponente
40: Druckkraft
41: Förderrichtung
42: Luft

Claims

Vorrichtung (1) zur Förderung eines flüssigen Additivs (38), aufweisend einen Tank (2) zur Speicherung des flüssigen Additivs (38), eine Ansaugstelle (3), an der das flüssige Additiv (38) aus dem Tank (2) von einer Pumpe (4) der Vorrichtung (1) angesaugt werden kann, einen Filter (5), der einen Zwischenraum (6) zwischen dem Filter (5) und der Ansaugstelle (3) zumindest teilweise begrenzt und den Zwischenraum (6) von einem Innenraum (7) des Tanks (2) abgrenzt, wobei der Filter (5) eine Filterfläche (8) mit einer Oberkante (9) und einer Unterkante (10) hat, wobei die Oberkante (9) und die Unterkante (10) in senkrechter Richtung (11) 30 mm [Millimeter] bis 80 mm voneinander beabstandet sind und die Ansaugstelle (3) in senkrechter Richtung (11) maximal 5 mm unterhalb der Oberkante (9) positioniert ist.
Vorrichtung (1) nach Patentanspruch 1, wobei der Filter (5) eine zum Innenraum (7) hin ausgerichtete Außenoberfläche (12) aufweist, die Eingangsöffnungen (13) mit einem hydraulischen Durchmesser (14) zwischen 100 µm [Mikrometer] und 260 µm aufweist.
Vorrichtung (1) nach Patentanspruch 2, wobei sich ausgehend von den Eingangsöffnungen (13) an der Außenoberfläche (12) des Filters (5) hin zu Ausgangsöffnungen (15) an einer zum Zwischenraum (6) ausgerichteten Innenoberfläche (16) des Filters (5) Kanäle (17) erstrecken.
Vorrichtung (1) nach Patentanspruch 3, wobei die Kanäle (17) ein verzweigtes Kanalsystem (18) bilden.
Vorrichtung (1) nach einem der Patentansprüche 3 und 4, wobei der hydraulische Durchmesser (14) der Kanäle (17) sich ausgehend von den Eingangsöffnungen (13) hin zu den Ausgangsöffnungen (15) verändert.
Vorrichtungen nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Filter (5) aus einem Fasergewirr (30) aufgebaut ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Pumpe (4) dazu eingerichtet ist, in dem Zwischenraum (6) einen Unterdruck von zwischen 300 Pa [Pascal] und 800 Pa aufzubauen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Zwischenraum (6) eine Dicke (37) zwischen 1 mm [Millimeter] und 10 mm hat.
Kraftfahrzeug (20) aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (21) und eine Abgasbehandlungsvorrichtung (22) zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine (21), sowie eine Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche mit der der Abgasbehandlungsvorrichtung (22) ein flüssiges Additiv (38) zugeführt werden kann.