DE102014211251A1 - Versorgungsmodul für ein Abgasnachbehandlungssystem - Google Patents

Versorgungsmodul für ein Abgasnachbehandlungssystem Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Versorgungsmodul (10) zur Förderung eines Betriebs-/Hilfsstoffes eines Abgasnachbehandlungssystems. Das Versorgungsmodul (10) umfasst einen Trägerkörper (24) an dem ein Förderaggregat (16) und ein Filter (12) aufgenommen sind. Auf dem Trägerkörper (24) ist ein topfförmiges Heizelement (56) angeordnet, das ein Reservoir (66) für den Betriebs-/Hilfsstoff bildet.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Versorgungsmodul für ein Abgasnachbehandlungssystem, mit welchem ein Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere ein Reduktionsmittel dem Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird.
  • DE 10 2013 217 333 A1 betrifft einen Im-Tank-Filter und ein für diesen geeignetes Filtermedium. Der Im-Tank-Filter dient der Filterung einer Flüssigkeit und weist eine erste Filterseite und eine zweite Filterseite auf. Zwischen diesen ist ein Aufnahmeraum angeordnet, ferner ist über einen Anschluss gefilterte Flüssigkeit aus dem Aufnahmeraum ableitbar. Zum Bilden eines Gehäuses ist eine ringförmige Umfangswand vorgesehen, welche die erste Filterseite und die zweite Filterseite umschließt, wobei zumindest eine Filterseite ein plissiertes Filtermedium aufweist.
  • DE 10 2013 222 288 A1 bezieht sich auf ein Versorgungsmodul zur Förderung eines Betriebs-/Hilfsstoffes. Ein Versorgungsmodul zur Förderung eines Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines gefrierfähigen Reduktionsmittels für ein Abgasnachbehandlungssystem umfasst ein Trägerteil, an dem ein Förderaggregat und ein Filter aufgenommen sind. Das Filter stellt eine Halterung für eine dieses im Wesentlichen umschließende Heizung dar. Der Filterkörper des Filters umfasst eine erste und eine zweite Gehäusehälfte. Die Heizung wird durch eine Anzahl von Heizdrahtwindungen gebildet. Das Filter ist auf einer Aufsatzfläche eines topfförmig ausgebildeten Trägerteiles positioniert.
  • Das Filter des Versorgungsmodules hat die Aufgabe, den Urschmutz sowie den zusätzlich während der Nachtankvorgänge eingebrachten Schmutz zu filtern, um sensible Bauteile, beispielsweise das Förderaggregat sowie das den Betriebs-/Hilfsstoff in den Abgastrakt eindosierende Dosiermodul zu schützen. Die Hauptschmutzbeladung über die Lebensdauer des Filters entsteht durch den eingebrachten Schmutz beim Nachtanken (zumindest 75 %). Da das Filter für die Lebensdauer des Versorgungsmoduls ausgelegt werden soll, muss dessen Kapazität entsprechend hoch sein, um diese Anforderung zu erfüllen. Dadurch und durch den nur begrenzt zur Verfügung stehenden Bauraum bedingt ergibt sich ein relativ hoher Filteraufbau. Um das Filter gemäß DE 10 2013 222 288 A1 ist ein Widerstandsheizer in Gestalt eines Heizdrahtes mit konstantem Querschnitt gewickelt, der die Aufgabe hat, in gefrorenem Zustand im Filterinneren eingeschlossenes Reduktionsmedium einerseits sowie das das Filter umgebende Tankvolumen andererseits aufzutauen. Um Bauteile und Kosten zu sparen sowie eine effiziente Heizleistung sicherzustellen, wird in der Lösung gemäß DE 10 2013 222 288 A1 der Stützkörper für die Heizdrahtwindungen der Widerstandsheizung der Filterkörper des Filters genutzt. Durch die beschriebenen Anforderungen an das Filter und an den Heizdraht, der auslegungsbedingt eine Länge von mehr als 3 m aufweist, ergeben sich Betriebszustände für die Filterheizungskombination in Abhängigkeit vom Füllstand des Betriebs-/Hilfsstoffes im Vorratstank. Bei dem Betriebs-/Hilfsstoff handelt es sich insbesondere um ein gefrierfähiges Reduktionsmittel, beispielsweise Harnstoff oder eine Harnstoff-Wasser-Lösung, die bei Außentemperaturen von unter –11°C gefriert.
  • Die sich ergebenden Betriebszustände in Abhängigkeit der Füllhöhe des Betriebs-/Hilfsstoffes im Vorratstank zwischen „vollständig mit Flüssigkeit bedeckt“ und „nur im trägernahen Bereich mit Flüssigkeit bedeckt“ oder auch „vollständig an Luft liegend“.
  • Im Falle einer nur teilweisen oder gar keiner Flüssigkeitsbedeckung des Filters und der Heizung mit dem gefrierfähigen Reduktionsmittel im Vorratstank, kommt es zu einer starken Temperaturerhöhung freiliegender Heizdrahtbereiche. Die Ursache dafür ist eine zu hohe lokale Energieabgabe, die nicht an die Umgebung abgegeben werden kann. Um Bauteilbeschädigungen des Filters sowie des Trägerteiles durch unzulässig hohe Temperaturen zu vermeiden, wird bei der Lösung gemäß DE 10 2013 222 288 A1 die Heizleistung durch ein Steuergerät vermindert. Die damit verbundene Reduzierung der Heizleistung führt jedoch zu einer Verschlechterung des Auftauverhaltens in diesen Betriebszuständen.
  • Darstellung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein Versorgungsmodul zur Förderung eines Betriebs-/Hilfsstoffes eines Abgasnachbehandlungssystems vorgeschlagen, welches einen Trägerkörper aufweist, an dem ein Förderaggregat und ein Filter aufgenommen sind. Auf dem Trägerkörper befindet sich ein topfförmig konfiguriertes Heizelement, welches ein Reservoir zur Aufnahme eines Vorrates von Betriebs-/Hilfsstoff bildet.
  • Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird eine Kombination eines Widerstandsheizelementes zusammen mit einer das Versorgungsmodul nahezu voll umschließende Topfstruktur erreicht. Anstelle einzelner Heizdrahtwindungen wird ein eine relativ große Oberfläche aufweisendes Heizelement vorgeschlagen, welches eine Topfwand umfasst, in welche Heizdrähte oder Stanzgitter eingebettet sein können. Andererseits besteht die Möglichkeit, die Topfwand als Stahlband zu fertigen und die Topfwand über elektrische Anschlüsse mit einem Steuergerät zu verbinden.
  • In vorteilhafter Weise ist die Topfwand des topfförmigen Heizelementes als Edelstahlband oder als Stahlband einstückig ausgebildet und an einer Stoßfuge gefügt.
  • Alternativ besteht die Möglichkeit, die Topfwand des topfförmigen Heizelementes als Kunststoffumspritzung auszubilden, in die ein oder mehrere Heizdrähte oder Stanzgitter eingebettet sein können, so dass ein ein geschlossenes Reservoir bildendes topfförmiges Bauteil erhalten wird.
  • Anstelle einer einstückigen Ausbildung der Topfwand des topfförmigen Heizelementes besteht die Möglichkeit, die Topfwand aus einer ersten Topfhälfte und einer zweiten Topfhälfte, die jeweils separate Bauteile darstellen, zu fügen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird die Topfwand des topfförmigen Heizelementes in einer Topfhöhe ausgebildet, die im Wesentlichen einer Bauhöhe des Förderaggregates entspricht, welches von der Topfwand umschlossen ist. Die Topfwand wird auf der Oberseite des Trägerkörpers angeordnet, auf der auch das den Betriebs-/Hilfsstoff fördernde Förderaggregat aufgenommen ist. Entspricht die Topfhöhe im Wesentlichen beispielsweise der Bauhöhe des Förderaggregates, welches ebenfalls auf der Oberseite des Trägerkörpers aufgenommen ist, wird durch die Topfwand ein wirkungsvoller Schwappschutz geschaffen. So lassen sich Schwappbewegungen bei Bergfahrten bzw. bei hohen Beschleunigungen des Fahrzeugs verkraften, wobei gewährleistet ist, dass stets ein Restvolumen des Betriebs-/Hilfsstoffes im Ansaugbereich des Förderaggregates verbleibt, so dass es an diesem zu keinen Druckeinbrüchen kommt. Zusätzlich verhindert das topfförmige Heizelement im Heizbetrieb das Wegfließen aufgetauten Mediums in einen noch gefrorenen Tankbereich.
  • In vorteilhafter Weise umschließt die Topfwand des topfförmigen Heizelementes einen als Kreissegment ausgeführten Filterkörper. Die Krümmung des Kreissegmentes entspricht der Krümmung der Topfwand; ferner kann der Filterkörper hinsichtlich seiner Höhe so dimensioniert werden, dass dessen Höhe im Wesentlichen der Topfhöhe entspricht. Weiterhin kann der Filterkörper ebenfalls direkt in das topfförmige Heizelement integriert werden, was zu einer weiteren Bauraum-, Kosten- und Bauteileinsparung führt.
  • Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Versorgungsmodul wird insbesondere in einem Abgasnachbehandlungssystem verwendet zur Förderung und Beheizung eines gefrierfähigen Reduktionsmittels, insbesondere einer Harnstoff-Lösung oder einer Harnstoff-Wasser-Lösung zur Reduktion von NOx-Bestandteilen im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung zur Ausbildung des Versorgungsmoduls für ein Abgasnachbehandlungssystem vermeidet insbesondere kritische, d.h. zu hohe Bauteiltemperaturen die bei freiliegenden Widerstandsheizungen, die nicht von einem Medium benetzt sind, auftreten können. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann aufgrund der großen Oberfläche des topfförmigen Heizelementes die gesamte zur Verfügung stehende elektrische Leistung im Heizbetrieb genutzt werden. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausgestaltung des topfförmigen Heizelementes ist eine signifikante Erhöhung der Heizoberfläche zur Erhöhung des Kontaktbereiches mit dem zu erwärmenden Betriebs-/Hilfsstoff realisierbar. Die gesamte pro Heizvorgang auftaubare Menge des Betriebs-/Hilfsstoffes im Vorratstank kann erhöht werden. Durch die Topfwand des topfförmigen Heizelementes wird ein geschlossenes Flüssigkeitsreservoir realisiert, welches oberhalb des Versorgungsmoduls liegt und ein verbessertes Auftau- und Dosierbereitschaftsverhalten sowie einen Schwappschutz bei Schräglagen und Beschleunigung des Fahrzeugs bietet. Aufgrund des sehr einfachen Aufbaus des erfindungsgemäß vorgeschlagenen topfförmigen Heizelementes, lassen sich die Kosten reduzieren durch Vereinfachung des Aufbaus sowie durch eine einfache Montage des Heizelementes auf der Oberseite des Trägerkörpers des Versorgungsmoduls. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich des Weiteren der zur Verfügung stehende Bauraum in optimaler Weise zur Bereitstellung eines geschlossenen Reservoirs für aufzutauenden Betriebs-/Hilfsstoff ausnutzen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird zum einen durch die deutlich größere Ausdehnung des topfförmigen Heizelementes dessen Oberfläche vergrößert, wodurch sich die lokale Leistung der Heizung verringert. Die lokale Leistung der Heizung kann derart eingestellt werden, dass die maximal an Luft erreichbare Temperatur des topfförmigen Heizelementes kritische Bauteilgrenztemperaturen nicht überschreitet. Des Weiteren kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung vermieden werden, die Heizleistung insgesamt zu reduzieren, um unzulässig hohe Temperaturen an einzelnen Bauteilen zu verringern. Es kann vielmehr die gesamte vom Steuergerät zur Verfügung gestellte Heizleistung verwendet und zum Auftauen des Betriebs-/Hilfsstoffes eingesetzt werden. Durch die größere Ausdehnung des eine große Oberfläche aufweisenden topfförmigen Heizelementes werden nun auch Bereiche des Vorratstankes erreicht, die mit lokal begrenzten Heizelementen nicht erreicht werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, die maximale Auftaumenge in einem Vorratstank zu erhöhen.
  • Weiterhin ist das topfförmige Heizelement so ausgebildet, dass dies umlaufend im Vorratstank ausgebildet ist und eine 360°-Verteilung der Heizleistung ermöglicht. Damit kann eine Vergrößerung des Wirkbereiches des topfförmigen Heizelementes erreicht werden, wobei sich der Wirkbereich nach innen in Richtung auf das Versorgungsmodul erstreckt und nach außen hin in Richtung des Versorgungstankes. Durch die topfförmige Konfiguration des Heizelementes wird eine Wärmeabstrahlung in horizontale Richtung ebenfalls signifikant verbessert, was zur Vermeidung kaminartiger Kavitäten führt.
  • Durch das topfförmige Heizelement werden zwei weitere Aufgaben erfüllt: zum einen wird beim Auftauen des Betriebs-/Hilfsstoffs der flüssige Betriebs-/Hilfsstoff im Inneren des Versorgungsmoduls gehalten. Ein Abfließen in einen noch gefrorenen Tankbereich wird verhindert. Zum anderen wird zusätzlich bei Schwappbewegungen und Bergfahrten bzw. hohen Beschleunigungen des Fahrzeugs ein Restvolumen im Ansaugbereich des Förderaggregates des Versorgungsmoduls gehalten, so dass Druckeinbrüche bei der Förderung des Betriebs-/Hilfsstoffes vermieden werden.
  • Es besteht die Möglichkeit, durch Integration von Sensoren in das topfförmige Heizelement eine Bauteilüberwachung zu realisieren, was zu einer Erhöhung der Betriebssicherheit sowie zu einer Verbesserung der Steuerung des topfförmigen Heizelementes genutzt werden kann. Des Weiteren kann in einer vorteilhaften Ausführungsvariante eine thermische Kontaktierung des topfförmigen Heizelementes mit mindestens einem Heizleiter durch einen Verguss oder durch einen bei Wärmezufuhr expandierenden Kunststoff nach der Montage erreicht werden. So könnte beispielweise mindestens ein Heizdraht oder mindestens ein Heizleiter mit einer Folie beschichtet werden, welche sich bei Wärmeeinwirkung einmalig ausdehnt und auf diese Weise montagebedingte Arbeits- und Luftspalte ausgleicht, d.h. schließt. Dadurch lässt sich eine weitere Reduzierung thermischer Verluste erreichen. Aufgrund der beidseitigen Wärmeabstrahlung des topfförmigen Heizelementes nach innen in Richtung auf das Versorgungsmodul und nach außen auf die dieses umgebenden Vorratstank, ist ein effektiver Wärmeeintrag sowie eine wesentlich bessere Auftauleistung erzielbar. Es kann eine sich um 360° erstreckende umlaufende Wärmeabstrahlung erreicht werden, wobei diese im Wesentlichen horizontal verläuft. Wird ein Filterkörper integriert, kann eine Filter-Heiztopf-Kombination realisiert werden. Werden topfförmige Heizelemente aus Kunststoffmaterial, insbesondere aus HDPE gefertigt, so kann das topfförmige Heizelement direkt mit einem Versorgungsmodul, welches ebenfalls aus HDPE gefertigt ist, stoffschlüssig verbunden werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben:
  • Es zeigt:
  • 1 die perspektivische Ansicht eines Versorgungsmoduls eines Abgasnachbehandlungssystems,
  • 2 die Anbindung des Versorgungsmoduls gemäß der Darstellung in 1 an einen Vorratstank im Bereich des Tankbodens,
  • 3 eine perspektivische Draufsicht auf ein topfförmiges Heizelement,
  • 4.1 bis 4.4 schematische Darstellungen von Ausführungsalternativen der Topfwand,
  • 5 ein topfförmiges Heizelement als Kunstkörper mit aufgebrachtem Filtermaterial und um dieses gewickelte Heizdrähten und
  • 6 eine Verbindung von Heizdrähten mit einem HDPE-Topf durch Verguss oder durch ein bei Wärmezufuhr expandierendes Material.
  • Ausführungsvarianten
  • Der Darstellung gemäß 1 ist ein Versorgungsmodul 10 zu entnehmen, das einen quaderförmig ausgebildeten Filter 12 aufweist. Das Versorgungsmodul 10 umfasst ferner ein Förderaggregat 16 mit welchem angesaugter Betriebs-/Hilfsstoff über einen hydraulischen Anschluss 26 einem in 1 nicht dargestellten Dosiermodul eines Abgasnachbehandlungssystems zuführt. Des Weiteren umfasst das Versorgungsmodul 10 gemäß der perspektivischen Darstellung in 1 eine Heizung 18, die mehrere Heizdrahtwindungen 20 aufweist, die um einen Filterkörper des Filters 12 herumgewickelt sind. Das Filter 12 und das Förderaggregat 16 sind auf der Oberseite eines Trägerkörpers 24, welcher beispielsweise als Spritzgusskunststoffbauteil gefertigt ist, aufgenommen. Die Heizung 18, mehrere Heizdrahtwindungen 20 umfassend, ist über elektrische Anschlüsse 22 elektrisch kontaktiert und mit einem in 1 nicht dargestellten Steuergerät verbunden. Neben dem hydraulischen Anschluss 26 umfasst der Trägerkörper 24 weitere Anschlussstecker 28.
  • 2 zeigt wie das in 1 in perspektivischer Draufsicht dargestellte Versorgungsmodul an einen Vorratstank, insbesondere im Bereich von dessen Tankboden angebunden ist.
  • 2 zeigt, dass das Versorgungsmodul 10 von der Unterseite her am Tankboden 32 eines Vorratstanks 30 montiert wird. Im Inneren des Vorratstanks 30 ist durch Bezugszeichen 34 ein Flüssigkeitspegel angedeutet, bis zu dem der Vorratstank 30, ausgehend vom Tankboden 32, mit einem gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoff, im vorliegenden Falle Harnstoff oder eine Harnstoff-Wasser-Lösung, befüllt. ist. Der Flüssigkeitspegel 34 gemäß der Darstellung in 2 reicht im Vorratstank 30 nur bis zu einer bestimmten Höhe. Der Flüssigkeitspegel 34 definiert dadurch an der Heizung 18, die um das Filter 12 in Form von Heizdrahtwindungen 20 gewickelt ist, einen unbenetzten Bereich 36. Im unbenetzten Bereich 36 liegen die Heizdrahtwindungen 20 der Heizung 18 frei. Hier liegt kein Medium vor, an welches die Heizleistung abgegeben werden könnte. Unterhalb des Flüssigkeitspegels 34 wird ein benetzter Bereich 38 definiert, innerhalb dessen die einzelnen Heizdrahtwindungen 20 der Heizung 18 vom Betriebs-/Hilfsstoff benetzt sind, der die von der Heizung 18 zur Verfügung gestellte Heizleistung aufnimmt.
  • Aus der Darstellung der 2 ergibt sich des Weiteren, dass sich an der Unterseite des Trägerkörpers 24 des Versorgungsmoduls 10 der hydraulische Anschluss 26 sowie Anschlussstecker 28 zur elektrischen Kontaktierung der Heizung 18 befinden.
  • 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines topfförmig ausgebildeten Heizelementes, welches auf der Oberseite des Trägerkörpers des Versorgungsmodules angeordnet ist.
  • 3 zeigt, dass gemäß dieser Lösung das Förderaggregat 16, welches sich auf der Oberseite des Trägerkörpers 24 befindet, von einem topfförmigen Heizelement 56 umschlossen ist. Das topfförmige Heizelement 56 wird durch eine umlaufende Topfwand 58 gebildet. Die Topfwand 58 des topfförmigen Heizelementes 56 umschließt einen als Kreissegment 52 ausgebildeten Filterkörper 50 des Filters 12. Die Bauhöhen der Topfwand 58 und die des Filterkörpers 50 entsprechen im Wesentlichen einander. In vorteilhafter Weise entspricht die Krümmung, in der der Filterkörper 50 als Kreissegment ausgeführt ist der Krümmung, den die Topfwand 58 aufweist.
  • Die Topfwand 58 stellt das topfförmige Heizelement 56 dar, in welches ein oder mehrere Heizdrähte ein oder mehrere Stanzgitter aufgenommen sein können. Idealerweise wird die Topfwand 58 als Stahlband oder Edelstahlband ausgeführt. Die Topfwand 58 kann auch als Kunststoffumspritzung (vgl. Darstellung gemäß 4) ausgebildet sein, in welche mindestens ein Heizdraht und mindestens ein Stanzgitter eingebettet sein kann. Aus 3 geht hervor, dass das topfförmige Heizelement 56 derart auf der Oberseite des Trägerkörpers 24 des Versorgungsmoduls 10 angebracht ist, das im Innenbereich ein nahezu geschlossenes Reservoir 66 entsteht, in welchem ein Vorrat von gefrierfähigem Betriebs-/Hilfsstoff bevorratet werden kann. Bevorzugt wird die Topfwand 58 als Edelstahlband oder auch als Stahlband einstückig gefertigt. Das topfförmige Heizelement 56 kann durch mindestens einen Heizdraht, mindestens ein Heizband oder ein sonstiges gezogenes Profil dargestellt werden. Allen diesen Ausführungsvarianten des topfförmigen Heizelementes 56 ist gemeinsam, dass dies auch mit einer geeigneten Isolierung aus Kunststoff darstellbar sind. Das topfförmige Heizelement 56 wird nicht durch ein Trennverfahren, wie beispielsweise dem Stanzen hergestellt, so dass Verschnitt und eine damit einhergehende Materialvergeudung vermieden werden können. Die Topfwand 58 wird bevorzugt aus einem Bandmaterial von einer Spule hergestellt, so dass ein Verschnitt durch Bearbeitungsverfahren nicht anfällt. An der in 3 dargestellten Stoßfuge 60 werden die beiden Enden der Topfwand 58 beispielsweise durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren miteinander verbunden. Durch diese Vorgehensweise können unterschiedliche Geometrien von topfförmigen Heizelementen 56 ohne Materialverschnitt einfach und kostengünstig hergestellt werden.
  • Alternativ besteht die Möglichkeit, die Topfwand 58 des topfförmigen Heizelementes 56 aus zwei separaten schalenförmigen Topfhälften 78 bzw. 80 herzustellen. Die beiden Topfhälften 78, 80 wären an den Stoßstellen, d.h an sich ergebenden Stoßfugen 60 ebenfalls durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren, wie beispielsweise dem Laserschweißen oder dem Reibschweißen oder dergleichen miteinander verbindbar. Die Herstellung des topfförmigen Heizelementes 56 kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial wie HDPE oder dergleichen erfolgen. Dadurch können stoffschlüssige Fügeverfahren, wie beispielsweise das Ultraschallschweißen eingesetzt werden. Durch diese Fertigungsverfahren wird ein zweiteiliger Topf erhalten mit einem gekammerten Heizbereich sowie der Möglichkeit, Sensoren in dieses Material unmittelbar bei der Herstellung einzubringen, d.h. einzubetten oder zu vergießen.
  • Aus der perspektivischen Draufsicht auf das topfförmige Heizelement 56 ergibt sich, dass dieses eine relativ große Oberfläche aufweist, die mit ihrer Innenseite 62 das nahezu geschlossene Reservoir 66 begrenzt. Aufgrund der Größe der Oberfläche besteht ein großer Kontaktbereich mit dem im geschlossenen Reservoir bevorrateten Betriebs-/Hilfsstoff, so dass sich der im geschlossenen Reservoir 66 befindende Betriebs-/Hilfsstoff vollumfänglich beheizt werden kann. Aufgrund der Größe der Oberfläche der Topfwand 58 kann die lokale Leistung des topfförmigen Heizelementes 56 hingegen verringert werden. Diese kann in der Art und Weise eingestellt werden, dass die maximal an Luft erreichbare Temperatur des topfförmigen Heizelementes 56 keine kritischen Bauteilgrenztemperaturen erreicht oder gar überschreitet. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung des topfförmigen Heizelementes kann die gesamte vom Steuergerät des Abgasnachbehandlungssystems zur Verfügung gestellte Heizleistung verwendet und zum Auftauen des gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoffes genutzt werden. Durch die größere Ausdehnung des Heizelementes, d.h. des topfförmigen Heizelementes 56, d.h. durch dessen stark vergrößerte Oberfläche in Gestalt der Topfwand 58 können nun auch Bereiche beheizt werden, die sich mit lokal begrenzten Heizelementen nicht oder nur schwierig erreichen ließen.
  • Des Weiteren geht aus der Darstellung gemäß 3 hervor, dass die Topfwand 58 des topfförmigen Heizelementes 56 in einer Topfhöhe 72 ausgebildet ist, die im Wesentlichen der Bauhöhe des Förderaggregates 16 des Versorgungsmoduls 10 entspricht. Durch die Topfhöhe 72 und auch natürlich abhängig vom Durchmesser des topfförmigen Heizelementes 56 wird maßgeblich das nahezu geschlossene Reservoir 66 bestimmt, in dem der zu fördernde bzw. aufzutauende oder in flüssigem Zustand zu haltende Vorrat von Betriebs-/Hilfsstoff bevorratet wird.
  • Die Topfhöhe 72 bewirkt des Weiteren, dass bei Schwappbewegungen des flüssigen Betriebs-/Hilfsstoffes innerhalb des geschlossenen Reservoirs 66, die bei Bergfahrten oder bei hohen Beschleunigungen eines Fahrzeugs auftreten können, stets ein Restvolumen des flüssigen Betriebs-/Hilfsstoffes im Ansaugbereich des Förderaggregates 16 verbleibt, so dass Druckeinbrüche vermieden werden. Das topfförmige Heizelement 56 bzw. dessen Topfwand 58 werden bevorzugt aus einem leitfähigen Material, insbesondere bandförmigem Edelstahlmaterial gefertigt, so dass der notwendige elektrische Widerstand des topfförmigen Heizelementes 56 über die Gesamtlänge des topfförmigen Heizelementes entlang des Randes 70 sichergestellt ist.
  • Aus der perspektivischen Ansicht gemäß 3 ergibt sich zudem, dass der bevorzugt als Kunststoffspritzgussbauteil hergestellte Trägerkörper 24 des Versorgungsmodules 10 eine umlaufende Dichtfläche 68 aufweist. Entlang der Dichtfläche 68 wird das Versorgungsmodul 10 von der Unterseite mit einem Tankboden 32 des Vorratstankes 30 (vergleiche Darstellung gemäß 2) gefügt. Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass ein weiteres Kunststoffbauteil, an welchem die Anschlussstecker 28 bzw. der hydraulische Anschluss 26 ausgebildet sind, mittels ein oder mehrerer Verbindungen 54 beispielsweise Spannbügel oder Spannclipse mit dem Trägerkörper 24 des Versorgungsmoduls 10 lösbar verbunden ist.
  • Den Darstellungen gemäß der 4.1 bis 4.4 sind Ausführungsvarianten der Topfwand des topfförmigen Heizelementes zu entnehmen.
  • Anstelle eines Bandabschnittes eines Stahlbandes oder eine Edelstahlbandes besteht auch die Möglichkeit, die Topfwand 58 des topfförmigen Heizelementes 56 als Kunststoffspritzgusshybridbauteil zu fertigen. Aus der schematischen Schnittdarstellung gemäß 4.1 geht hervor, dass in eine Kunststoffumspritzung 76 eine Anzahl von Heizdrähten 74 eingebettet sein kann, so dass sich besagtes Hybridbauteil, eben jene Kunststoffumspritzung 76 und die Heizdrähte 74 umfassend, ergibt. Entsprechend der Anzahl der in die Kunststoffumspritzung 76 eingebetteten Heizdrähte 74 lässt sich die Heizleistung bzw. die beheizbare Oberfläche der Topfwand 58 einstellen. An der Innenseite 62 der Topfwand 58 gibt diese dann die eingespeiste Heizleistung an den im nahezu geschlossenen Reservoir 66 bevorrateten Betriebs-/Hilfsstoff ab.
  • 4.2 bis 4.4 zeigen zusätzliche Ausführungsvarianten der Topfwand des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Heizelementes.
  • So ist beispielsweise der 4.2 zu entnehmen, dass in die Topfwand 58 mindestens ein Heizdraht 74 integriert ist, der als Stanzgitter ausgeführt ist. Der mindestens eine Heizdraht 74 ist von einer Kunststoffumspritzung 76 umgeben. Die Topfwand 58 des erfindungsgemäß vorgeschlagenen topfförmigen Heizelementes 56 realisiert sowohl eine Wärmeabstrahlung zur Innenseite 62 hin in Richtung auf das Versorgungsmodul 10 als auch eine Wärmeabstrahlung in Richtung auf die Außenseite 64 hin in Richtung des Vorratstankes. Die Wärmeabstrahlung erfolgt im Wesentlichen in horizontale Richtung. Der Darstellung gemäß 4.3 ist eine weitere Ausführungsvariante der Topfwand 58 des erfindungsgemäß vorgeschlagenen topfförmigen Heizelementes 56 zu entnehmen. In dieser Ausführungsvariante sind die einzelnen Heizdrähte 74, die von der Kunststoffumspritzung 76 umgeben sind, als gezogene Profile 82 ausgeführt. Hier erfolgt die Wärmestrahlung ebenfalls im Wesentlichen in horizontale Richtung über die Innenseite 62 in Richtung des Versorgungsmodules 10 sowie über die Außenseite 64 in Richtung auf den Vorratstank.
  • 4.4 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der Gestaltung der Topfwand 58 des topfförmigen Heizelementes 56. Gemäß dieser Ausführungsvariante sind die in die Kunststoffumspritzung 76 der Topfwand 58 eingelassenen Heizdrähte 74 beidseits von einer Folie 84 überdeckt. Bei der Zufuhr von Wärme, angedeutet durch den Pfeil 86 in 4.4 nimmt die Folie 84 einen expandierten Zustand an und geht in eine expandierte Folie 88 über. Durch das Expandieren der ursprünglich flachen Folie 84 zur expandierten Folie 88 werden Luftspalte und Montagespalte geschlossen, so dass ein verbesserter Wärmeübergang, ausgehend von den Heizdrähten 74 in Richtung auf die Innenseite 62 bzw. der Außenseite 64 der Topfwand 58 des topfförmigen Heizelementes 56 realisiert werden kann.
  • 5 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen topfförmigen Heizelementes.
  • Gemäß dieser Ausführungsvariante ist das topfförmige Heizelement 56, welches einen Grundkörper darstellt, an seiner Innenseite 62 und an seiner Außenseite 64 mit einem Filtermaterial 90 beschichtet. Um die Topfwand 58 des topfförmigen Heizelementes 56 gemäß der Ausführungsvariante in 5 verlaufen umwickelte Heizdrähte 92. Die Topfwand 58 des topfförmigen Heizelementes 56 ist auf dem Trägerkörper 24 aufgenommen, der über mindestens eine Verbindung 54, die beispielsweise als Verclipsung ausgebildet sein kann, mit einem Flanschteil verbunden ist, von welchem aus sich der hydraulische Anschluss 26 und mindestens ein elektrischer Anschlussstecker 28 aus in radiale Richtung erstreckt. An der Oberseite des Trägerkörpers 24 befindet sich eine umlaufende Dichtfläche 68. Wie aus der perspektivischen Darstellung gemäß 5 des Weiteren hervorgeht, umschließt die Topfwand 58 des topfförmigen Heizelementes 56 das Förderaggregat 16 des Versorgungsmodules 10. Durch die Topfwand 58 des topfförmigen Heizelementes 56 gemäß der Ausführungsvariante nach 5 erfolgt eine Wärmeabstrahlung sowohl in horizontaler Richtung auf die Innenseite 62 als auch in horizontaler Richtung zur Außenseite 64 hin.
  • 6 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsvariante des topfförmigen Heizelementes.
  • 6 zeigt, dass das topfförmige Heizelement 56 an seiner Außenseite eine Verrippung 102 aufweist. Die Verrippung 102 wird durch in Umfangsrichtung umlaufende Stege gebildet, zwischen welche jeweils eine Windung des Heizdrahtes 74 eingelegt ist. Die Heizdrähte 74 können in die Kunststoffumspritzung 76 eingebettet sein und/oder von einer mit Bezugszeichen 94 gekennzeichneten Kunststoffabdeckung überdeckt sein. In die Kunststoffumspritzung 76 gemäß der Ausführungsvariante in 6 kann mindestens ein Temperatursensor 96 eingelassen sein, über welchen die Temperatur in der Kunststoffumspritzung 76 und damit auf die Temperaturen der Topfwand 58 an der Innenseite 62 und an der Außenseite 64 zurückgeschlossen werden kann. Wie aus der Darstellung gemäß 6 weiter hervorgeht, befinden sich an den Fügestellen 98 bzw. 100 Kontaktstellen zwischen dem topfförmigen Heizelement 56 und seiner Kunststoffabdeckung 94. Diese Fügestellen werden bevorzugt als stoffschlüssige Fügestellen ausgebildet, die beispielsweise im Wege des Ultraschallschweißens hergestellt werde können. In der in 6 dargestellten Ausführungsvariante sind die Heizdrähte 74 thermisch durch Vergießen oder durch Vergussmaterial von einer Kunststoffumspritzung 76 umgeben oder können beispielsweise über die in Zusammenhang mit 4 dargestellte Folie 84 umgeben sein, die bei Zufuhr von Wärme expandiert und Montage- bzw. Luftspalte schließt.
  • Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereiches eine Vielzahl von Abwandlungen möglich,, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (18)

  1. Versorgungsmodul (10) zur Förderung eine Betriebs-/Hilfsstoffes eines Abgasnachbehandlungssystems mit einem Trägerkörper (24), an dem ein Förderaggregat (16) und ein Filter (12) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Trägerkörper (24) ein topfförmiges Heizelement (56) angeordnet ist, welches ein Reservoir (66) für den Betriebs-/Hilfsstoff bildet.
  2. Versorgungsmodul gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das topfförmige Heizelement (56) eine Topfwand (58) aufweist, die als Edelstahlband oder als Stahlband ausgeführt ist.
  3. Versorgungsmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Topfwand (58) als Kunststoffumspritzung (76) beschaffen ist, in die mindestens ein Heizdraht (74), ein Stanzgitter oder mindestens ein gezogenes Profil (82) oder eine bei einmaliger Erwärmung expandierte Folie (84, 88) zur Überbrückung von Montage- oder Luftspalten zur Verbesserung der thermischen Kontaktierung aufgenommen ist.
  4. Versorgungsmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Topfwand (58) aus einem Stück Bandmaterial gefertigt und an einer Stoßfuge (60) gefügt ist.
  5. Versorgungsmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Topfwand (58) als eine erste Topfhälfte (78) und als eine zweite Topfhälfte (80) ausgeführt ist und die beiden Topfhälften (78, 80) eine geschlossene Heizkammer bilden.
  6. Versorgungsmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Topfwand (58) des topfförmigen Heizelementes (56) in einer Topfhöhe (72) ausgebildet ist, die im Wesentlichen einer Bauhöhe des Förderaggregates (16) entspricht, das von der Topfwand (58) umschlossen ist.
  7. Versorgungsmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Topfwand (58) einen als Kreissegment (52) ausgeführten Filterkörper (50) umschließt.
  8. Versorgungsmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Krümmung des Kreissegments (52) einer Krümmung der Topfwand (58) und eine Höhe des Filterkörpers (50) im Wesentlichen einer Topfhöhe (72) entsprechen.
  9. Versorgungsmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kunststoffumspritzung (76) der Topfwand (58) mindestens ein Stanzgitter eingelassen ist.
  10. Versorgungsmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Topfhälften (78, 80) stoffschlüssig miteinander gefügt sind.
  11. Versorgungsmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Heizkammer ein drahtförmiges Heizelement, ein Heizdraht, ein bandförmiges Heizelement, ein gezogenes Profil (82) oder ein Stanzgitter eingelassen ist, welches von einer Kunststoffumspritzung (76) umspritzt ist oder als gewickelter Heizdraht (74) eine Topfwand (58) des topfförmigen Heizelementes (56) umschließt.
  12. Versorgungsmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Topfwand (58) des topfförmigen Heizelementes (56) mindestens ein Sensor, insbesondere ein Temperatursensor (96) eingebettet ist.
  13. Versorgungsmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizdrähte (74) oder ein bandförmiges Heizelement oder ein gezogenes Profil (82) oder ein Stanzgitter im Inneren der Topfwand (58) des topfförmigen Heizelementes (56) unter Einschluss einer wärmeexpandierenden Folie (84, 88) zur besseren thermischen Kontaktierung in die Topfwand (58) eingebettet sind.
  14. Versorgungsmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizdrähte (74) oder ein bandförmiges Heizelement oder ein gezogenes Profil (82) oder ein Stanzgitter im Inneren der Topfwand (58) des topfförmigen Heizelementes (56) mit einem Verguss zur besseren thermischen Kontaktierung in die Topfwand (58) eingebettet sind.
  15. Versorgungmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite (62) und an der Außenseite (64) der Topfwand (58) des topfförmigen Heizelementes (56) ein Filtermaterial (90) angeordnet ist.
  16. Versorgungsmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Heizdraht (74) oder ein bandförmiges Heizelement oder ein gezogenes Profil (82) oder ein Stanzgitter sich durch die Topfwand (58) in 360° umlaufend durch das topfförmige Heizelement (56) erstreckt.
  17. Versorgungsmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das topfförmige Heizelement (56) mit dem Filtermaterial (90) eine Heizer-Filter-Kombination darstellt.
  18. Verwendung des Versorgungsmodules (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 in einem Abgasnachbehandlungssystem zur Förderung und Beheizung eines gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels wie Harnstoff oder einer Harnstoff-Wasser-Lösung.
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