DE102014015714A1

DE102014015714A1 - Heizeinrichtung für eine Vorrichtung zur Aufnahme und Bereitstellung von flüssigem Reduktionsmittel

Info

Publication number: DE102014015714A1
Application number: DE102014015714.8A
Authority: DE
Inventors: Alexander Reinisch; Heiko Lantzsch; Martin Bunnemann
Original assignee: Arte Reverse Engineering GbR (vertretungsberechtigte Gesellschafter Alexander Reinisch 98617 Vachdorf Heiko Lantzsch 99817 Eisenach); Arte Reverse Engineering GbR Vertretungsberechtigte Gesellschafter Alexander Reinisch
Current assignee: Arte Reverse Engineering GbR (vertretungsberechtigte Gesellschafter Alexander Reinisch 98617 Vachdorf Heiko Lantzsch 99817 Eisenach); Arte Reverse Engineering GbR Vertretungsberechtigte Gesellschafter Alexander Reinisch
Priority date: 2014-07-02
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2016-01-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für eine Vorrichtung zur Aufnahme und Bereitstellung von flüssigem Reduktionsmittel, diese bestehend aus einem Tank und einem in den Tankinnenraum hineinreichenden, topfartigen Behältnis, wobei im Behältnis mindestens eine Fördereinheit für das Reduktionsmittel und ein Anschluss zur Abgabe des Reduktionsmittels vorgesehen sind, sowie mit Mitteln zur Befestigung des Behältnisses am oder im Tank, wobei weiterhin ein Moduleinsatz ausgebildet ist, welcher über einen Trägerkörper verfügt, wobei dieser mindestens die Fördereinheit und den Anschluss zur Abgabe des Reduktionsmittels aufnimmt. Erfindungsgemäß sind der Moduleinsatz und/oder der Trägerkörper und/oder Teile des Tanks mehrschichtig ausgebildet, wobei eine der Schichten elektrische Heizelemente aufnimmt oder in mindestens eine der Schichten elektrische Heizelemente eingebettet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für eine Vorrichtung zur Aufnahme und Bereitstellung von flüssigem Reduktionsmittel, diese bestehend aus einem Tank und einem in den Tankinnenraum hineinreichenden, topfartigen Behältnis, wobei im Behältnis mindestens eine Fördereinheit für das Reduktionsmittel und ein Anschluss zur Abgabe des Reduktionsmittels vorgesehen sind, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Reinigung von Abgasen insbesondere mobiler Verbrennungskraftmaschinen gehören Abgasbehandlungsvorrichtungen zum Stand der Technik, die das Abgas der Verbrennungskraftmaschine unter Zuhilfenahme eines dem Abgas zugeführten Reduktionsmittels behandeln.
Eines dieser Abgasreinigungsverfahren basiert auf einer selektiven katalytischen Reduktion, bei welchem die Abgase der Verbrennungskraftmaschine von Stickoxidverbindungen gereinigt werden. Diesbezüglich wird dem Abgas ein die Stickoxidverbindungen reduzierendes Medium zugeführt. Als reduzierendes Medium kommt beispielsweise Ammoniak zum Einsatz. Bei der praktischen Anwendung eines solchen Reduktionsverfahrens muss im Kraftfahrzeug ein Bevorratungsbehältnis für das Reduktionsmittel vorhanden sein und darüber hinaus für einen Transport des Reduktionsmittels zu einem sogenannten Injektor Sorge getragen werden. Als Reduktionsmittel kommt beim derzeitigen Stand der Technik eine Harnstoff-Wasser-Lösung zum Einsatz, die unter dem Handelsnamen AdBlue verfügbar ist.
Die DE 10 2010 010 528 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines derartigen flüssigen Reduktionsmittels, umfassend einen Reduktionsmitteltank zur Bevorratung des Reduktionsmittels, wobei der Tank mindestens eine Heizung aufweist und diese Heizung beweglich im Reduktionsmitteltank angeordnet und als sogenannte aktive Heizung ausgeführt wird. Mit Hilfe der Beheizung ist sichergestellt, dass die vorerwähnte Harnstoff-Wasser-Lösung bei niedrigen Temperaturen nicht einfriert bzw. im eingefrorenen Zustand aufgetaut werden kann.
Bei dem Reduktionsmitteltank mit Temperatursensor nach DE 10 2010 047 277 A1 ist im Tank selbst ein Einsatz befindlich. Am Einsatz ist ein Temperatursensor vorhanden, um die Temperatur des Reduktionsmittels durch einen metallischen Wandabschnitt hindurch zu ermitteln. Auf der Basis der ermittelten Temperatur erfolgt dann eine Steuerung einer entsprechenden Heizeinrichtung, um das bereits erwähnte Einfrieren des Reduktionsmittels zu verhindern.
Bei dem Behältersystem nach DE 10 2004 046 224 B4 ist im Behälter ein Pumpwerk integriert, wobei das Pumpwerk durch ein Spundloch in den Behälter einführbar ist und diesbezüglich noch eine Pumpenlanze mit dem Pumpwerk in Verbindung steht. Der Pumpenkopf ist vom Pumpwerk trennbar und mit einem integrierten Antriebsmotor versehen, wobei das vom Pumpenkopf abgetrennte Pumpwerk derart in das Spundloch des Behälters eingeführt ist, dass der Behälter mit dem eingeführten Pumpwerk eine dichtend abgeschlossene Einheit ausbildet. Der Pumpenkopf umfasst darüber hinaus einen Anschlussflansch zum kraft- und formschlüssigen Anschluss des Pumpenkopfes an das Pumpwerk.
Die Tankanordnung nach DE 10 2011 081 489 A1 geht von einem Reduktionsmitteltank aus sowie einer dem Tank zugeordneten Fördereinrichtung, welche sich außerhalb des Tanks befindet. Zwischen der Fördereinrichtung und dem Tank ist eine Fluidverbindung vorhanden. Diese ist als Ansaugleitung ausgebildet und reicht in einen sogenannten Schwapptopf hinein, wobei letzterer fest im Inneren des Tanks, insbesondere in einer dort vorgesehenen kragenförmigen Ausnehmung fixiert wird.
Bei der DE 10 2010 014 314 A1 ist eine Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Reduktionsmittel gezeigt, welche einen Tank mit einem Innenraum und einen zumindest teilweise im Innenraum des Tanks angeordneten Behälter zeigt.
Dieser Behälter weist außenseitig einen Filter auf mit entsprechender Filterfläche und Filtertiefe. Im Behälter befindet sich eine Fördereinheit für das Reduktionsmittel. Die Fördereinheit steht mit einer Abnahmestelle für das Reduktionsmittel in Verbindung. Der Behälter nach DE 10 2010 014 314 A1 kann in die Wandung des Tanks teilweise eingegossen sein, so dass eine fluiddichte Verbindung entsteht. Möglich ist aber auch, dass am Tank ein Flansch angegossen ist, an welchem der Behälter lösbar befestigt wird. Vorzugsweise ist der Behälter in einer Öffnung in einer Tankwand des Tanks befestigt. Der Behälter ist diesbezüglich topfförmig ausgebildet mit einem Topfboden sowie einer zylinderförmigen Topfwand und einer offenen Seite. Dabei ist der Behälter vorzugsweise so in die Tankwand eingesetzt, dass der Behälter die Öffnung in der Tankwand verschließt. Wie bereits dargelegt, nimmt der Behälter die Fördereinheit, ausgebildet als Pumpe, ein Rücklaufventil, einen Sensor und zumindest eine Heizung zur Aufheizung von eingefrorenem Reduktionsmittel auf. Vorzugsweise sind alle aufgezählten Komponenten im Behälter vorhanden.
Die Vorrichtung nach DE 10 2010 014 314 A1 stellt eine große Filterfläche für das Reduktionsmittel zur Verfügung, wobei die Gefahr der Filterverstopfung reduziert ist.
Aus der EP 1 667 400 A1 ist ein Kunststoffbauteil zum Erwärmen eines Fluids vorbekannt, wobei das Kunststoffbauteil zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Polymer besteht.
Weiterhin zeigt die EP 0 250 720 A1 eine Lösung eines Flüssigkeitsfilters für Diesel-Kraftstoffe auf, wobei definierte Wandbereiche des Filtergehäuses als Filterheizung ausgeführt werden. Diesbezüglich sind die Wandungen des Gehäuses ganz oder teilweise aus elektrischem Kunststoff bestehend.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Heizeinrichtung für eine Vorrichtung zur Aufnahme und Bereitstellung von flüssigem Reduktionsmittel anzugeben, welche in einfacher Weise herstellbar ist und die den speziellen Bedingungen, insbesondere der notwendigen Reagenzienbeständigkeit genügt.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
Es wird demnach von einer Vorrichtung zur Aufnahme und Bereitstellung von flüssigem Reduktionsmittel ausgegangen, welches aus einem Tank und einen in den Tankinnenraum hineinreichenden, topfartigen Behältnis besteht. Im Behältnis befinden sich mindestens eine Fördereinheit für das Reduktionsmittel, gegebenenfalls ein Sensor und ein Anschluss des Reduktionsmittels. Weiterhin sind Mittel zur Befestigung des Behältnisses im oder am Tank ausgebildet.
Weiterhin ist ein Moduleinsatz vorgesehen, welcher über einen Trägerkörper verfügt. Dieser Trägerkörper nimmt bevorzugt lediglich die Fördereinheit und den Sensor sowie gegebenenfalls den Anschluss zur Abgabe des Reduktionsmittels auf und es sind auf oder mittels des Trägerkörpers funktional erforderliche elektrische und/oder hydraulische Verbindungen realisiert derart, dass zu Wartungs- und Servicezwecken der Moduleinsatz in einfacher Weise entnommen werden kann und gegebenenfalls austauschbar ist. Grundsätzlich soll also der Moduleinsatz bzw. der Trägerkörper nur die funktionswesentlichen Komponenten aufnehmen, die üblicherweise einem Verschleiß und einer gewissen Ausfallwahrscheinlichkeit unterliegen. Dies sind im Regelfall die Fördereinheit, d. h. die Reduktionsmittelpumpe und ein Sensor, insbesondere ein Drucksensor zur Überwachung der über die Pumpe variierbaren Druckverhältnisse im Reduktionsmittel-Versorgungssystem, bevorzugt für ein System, welches in einem Kraftfahrzeug Verwendung findet.
Ausgestaltend umfasst der Trägerkörper eine Trägerplatte, welche als elektrischer Verdrahtungsträger ausgebildet ist oder einen solchen Verdrahtungsträger aufnimmt. Zum Einsatz kommen kann hier eine z. B. mehrlagige Leiterplatte oder eine Trägerplatte mit Leadframe-Kontaktierungsmitteln. Der Sensor, der sich auf dem Trägerkörper befindet, ist bevorzugt als Druck- und/oder Temperatursensor oder als entsprechender kombinierter Sensor ausgebildet.
Der Trägerkörper weist darüber hinaus eine zentrale elektrische Anschlusseinheit auf, die z. B. ein Mehrfachkontaktstecker oder eine Mehrfachkontaktbuchse sein kann, welche üblicherweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Denkbar ist hier auch eine sogenannte Fakra-Verbindung.
Der Moduleinsatz ist als ein austauschbares, kartuschenartiges Gebilde ausgeführt, welches z. B. nach Abnahme eines Deckels ohne weiteres und ohne zusätzliche Werkzeuganwendungen zugänglich ist.
Im Raum zwischen dem Behältnis und dem Moduleinsatz kann in an sich bekannter Weise eine Filtereinheit für das Reduktionsmittel angeordnet sein.
Dadurch, dass der Moduleinsatz in einfacher Weise entnommen werden kann, besteht auch ein leichter Zugang zur Filtereinheit, die diesbezüglich ebenfalls leicht austauschbar ist.
Das topfartige Behältnis kann Bestandteil eines Flansches des Tanks sein. Insofern kann das topfartige Behältnis einstückig mit dem Tank bzw. dem Tankkörper ausgebildet werden.
Bevorzugt besteht der Moduleinsatz aus einem Kunststoffmaterial, welches gegen das Reduktionsmittel beständig ist, insbesondere einem HDPE-Material.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Moduleinsatz eine unregelmäßige geometrische Gestalt, die einer diesbezüglichen Aufnahme im Behältnis bzw. eines Flanschabschnitts des Behältnisses komplementär ist, um einen positions- und anschlussgerechten, d. h. lagegerechten Einbau bzw. Austausch zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß ist der Moduleinsatz und/oder der Trägerkörper und/oder das Behältnis und/oder mindestens Teile des Tankbodens und/oder der Tankwandung mehrschichtig ausgebildet und es nimmt eine der Schichten elektrische Heizelemente auf bzw. sind in mindestens eine der Schichten elektrische Heizelemente eingebettet.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird zunächst von einem zweidimensionalen Kunststoffausgangsmaterial für den Moduleinsatz bzw. den Trägerkörper oder den Tankboden ausgegangen. Auf dieses zweidimensionale Kunststoffausgangsmaterial werden die elektrischen Heizelemente form- und/oder stoffschlüssig fixiert. Nach dem Fixieren der Heizelemente erfolgt eine Umformung des dreidimensionalen Kunststoffausgangsmaterials zum gewünschten dreidimensionalen Fertiggebilde.
Während dieses Umformschritts bzw. im Anschluss an den Umformschritt erfolgt ein Umspritzen der dreidimensionalen Struktur, so dass die gewünschte Reagenzienbeständigkeit geschaffen wird.
Insbesondere um den gewünschten Einbau in Flüssigkeitstanks sicherzustellen, wird der mit dem Heizleitermaterial bestückte Kunststoffträger mit einem PE-Material umspritzt. Wenn das Kunststoffausgangsmaterial ebenfalls aus PE besteht, ergibt sich eine sichere Verbindung zwischen Kunststoffträger und Umspritzung sowie eine Optimierung des gewünschten Wärmeübergangs.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der elektrische Heizleiter durch Besticken auf dem Kunststoffträger-Ausgangsmaterial fixiert. Insofern kann als Heizleiter ein mit textiltechnologischem Verfahren hergestelltes und entsprechend verarbeitbares Garn oder ein entsprechender Faden verwendet werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist das flexible elektrische Heizelement auf dem Moduleinsatz und/oder das Behältnis und/oder auf dem Trägerkörper oder dem Tankboden aufgebracht, wobei im Anschluss die bereits dreidimensionalen Gebilde mit aufgebrachten Heizelementen umspritzt werden, um einerseits die gewünschte Reagenzienbeständigkeit zu schaffen sowie um andererseits eine weitere Stabilisierung und innige Verbindung der Heizelemente mit dem Trägermaterial zu bewerkstelligen.
Bei einem dritten Aspekt der Erfindung sind Tankboden und Behältnis einstückig gefertigt und weisen jeweils eine umspritzte Struktur von elektrischen Heizelementen auf. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass das Behältnis auch als Tankflanschmodul ausgebildet sein kann, wobei das Tankflanschmodul dann unmittelbar den Moduleinsatz mit den Funktionsbaugruppen Trägerkörper, Pumpe, Sensor usw. aufnimmt.
Die vorerwähnte Möglichkeit der Ausbildung eines quasi beheizten Tankbodens und/oder beheizter Tankwände findet je nach Größe und Volumen des Tanks und der vorgesehenen Lage im Kraftfahrzeug statt. Wesentlich hierbei ist, dass unter allen Einsatzbedingungen ein Einfrieren der Reduktionsflüssigkeit verhindert wird und ein sicherer Betrieb der diesbezüglichen Abgasreinigungsanlage gewährleistet wird.
Durch eine Segmentierung der Heizelemente in Heizleitergruppen besteht die Möglichkeit, entsprechend der jeweiligen Umgebungstemperaturen und der jeweiligen Einsatzbedingungen die Heizleistung zu steuern bzw. das Zuführen von Wärmeenergie auf bestimmte räumliche Bereiche innerhalb des Tanks zu konzentrieren, um beispielsweise ein schnelles Auftauen der Reduktionsflüssigkeit und eine schnelle Inbetriebnahme der Anlage zu gewährleisten.
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

DE 102010010528 A1 [0004]
DE 102010047277 A1 [0005]
DE 102004046224 B4 [0006]
DE 102011081489 A1 [0007]
DE 102010014314 A1 [0008, 0009, 0010]
EP 1667400 A1 [0011]
EP 0250720 A1 [0012]

Claims

Heizeinrichtung für eine Vorrichtung zur Aufnahme und Bereitstellung von flüssigem Reduktionsmittel, diese bestehend aus einem Tank und einem in den Tankinnenraum hineinreichenden, topfartigen Behältnis, wobei im Behältnis mindestens eine Fördereinheit für das Reduktionsmittel und ein Anschluss zur Abgabe des Reduktionsmittels vorgesehen sind, sowie mit Mitteln zur Befestigung des Behältnisses am oder im Tank, wobei weiterhin ein Moduleinsatz ausgebildet ist, welcher über einen Trägerkörper verfügt, wobei dieser mindestens die Fördereinheit und den Anschluss zur Abgabe des Reduktionsmittels aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Moduleinsatz und/oder der Trägerkörper und/oder Teile des Tanks mehrschichtig ausgebildet sind und eine der Schichten elektrische Heizelemente aufnimmt oder in mindestens eine der Schichten elektrische Heizelemente eingebettet sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper eine zentrale elektrische Anschlusseinheit, ausgebildet als Mehrfachkontaktstecker oder Mehrfachkontaktbuchse, aufweist.
Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Moduleinsatz als austauschbares, kartuschenartiges Gebilde ausgeführt ist.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Moduleinsatz oder das kartuschenartige Gebilde form- und/oder kraftschlüssig im Behältnis fixierbar ist.
Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Moduleinsatz aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere HDPE besteht.
Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Moduleinsatz eine unregelmäßige, geometrische Gestalt besitzt, die einer diesbezüglichen Aufnahme im Behältnis komplementär ist, um einen positions- und anschlussgerechten Einbau bzw. Austausch zu ermöglichen.
Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Moduleinsatz eine unregelmäßige, geometrische Gestalt besitzt, die einer diesbezüglichen Aufnahme im Behältnis komplementär ist, um einen positions- und anschlussgerechten Einbau bzw. Austausch zu ermöglichen.
Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Moduleinsatz und/oder der Trägerkörper aus einem zweidimensionalen Kunststoffausgangsmaterial besteht, auf welches Heizelemente form- und/oder stoffschlüssig fixiert sind, wobei nach dem Fixieren der Heizelemente eine dreidimensionale Umformung des Kunststoffausgangsmaterials erfolgt und anschließend das dreidimensionale Gebilde mit einem weiteren, bevorzugt Kunststoffmaterial umspritzt wird.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Heizelemente durch Sticken auf dem Kunststoffausgangsmaterial befestigt sind.
Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Heizelemente aus leitfähigen Fäden oder Garnen bestehen, welche mittels textiltechnologischen Verfahren verarbeitbar sind.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente über ein Bedrucken des Kunststoffausgangsmaterials mittels leitfähiger Paste erzeugt werden.