DE102016223257A1 - Tempering device, tank device and method of manufacture - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Temperiereinrichtung (4), insbesondere für einen Tank (2) eines Abgasnachbehandlungssystems mit wenigstens einem aktivierbaren Temperierelement (5), insbesondere elektrisches Heizelement, das durch eine Umspritzung (10) eingehaust ist, und mit zumindest einem Verbindungskabel (7), das eine Versorgungsleitung (8), insbesondere elektrische Leitung, zum Betreiben des Temperierelements (5) und einen in die Versorgungsleitung (8) umgebenden Isoliermantel (9) aufweist, wobei zwischen den die Umspritzung (10) durchdringenden Verbindungskabel (7) und der Umspritzung (10) eine Dichtung (13) vorhanden ist. Es ist vorgesehen, dass die Dichtung (13) durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Isoliermantel (9) und Umspritzung (10) ausgebildet ist.The invention relates to a tempering device (4), in particular for a tank (2) of an exhaust aftertreatment system with at least one activatable tempering element (5), in particular electric heating element, which is enclosed by an encapsulation (10), and with at least one connecting cable (7). a supply line (8), in particular an electric line, for operating the tempering element (5) and an insulating jacket (9) surrounding the supply line (8), wherein between the connecting cable (7) penetrating the encapsulation (10) and the encapsulation ( 10) a seal (13) is present. It is provided that the seal (13) is formed by a material connection between the insulating jacket (9) and encapsulation (10).
Description
Die Erfindung betrifft einen Temperiereinrichtung, insbesondere für einen Tank eines Abgasnachbehandlungssystems, mit wenigstens einem aktivierbaren Temperierelement, insbesondere elektrisches Heizelement, das durch eine Umspritzung eingehaust ist, und mit zumindest einem Verbindungskabel, das eine Versorgungsleitung, insbesondere elektrische Leitung, zum Betreiben des Temperierelements und einen die Versorgungsleitung umgebenden Isoliermantel aufweist, wobei zwischen dem die Umspritzung durchdringenden Isoliermantel und der Umspritzung eine Dichtung vorhanden ist.The invention relates to a tempering device, in particular for a tank of an exhaust aftertreatment system, with at least one activatable tempering, in particular electric heating element, which is housed by an encapsulation, and with at least one connecting cable, the supply line, in particular electrical line, for operating the tempering and a having the supply line surrounding insulating jacket, wherein between the encapsulation penetrating insulating jacket and the encapsulation, a seal is present.
Ferner betrifft die Erfindung eine Tankeinrichtung zum Bereitstellen und Aufbewahren eines insbesondere flüssigen Abgasnachbehandlungsmittels, mit einem Tank und mit der in dem Tank angeordneten Temperiereinrichtung.Furthermore, the invention relates to a tank device for providing and storing a particular liquid exhaust aftertreatment agent, with a tank and with the tempering device arranged in the tank.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der oben genannten Temperiereinrichtung.In addition, the invention relates to a method for producing the above-mentioned tempering.
Stand der TechnikState of the art
Temperiereinrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Zur Reduzierung von Schadstoffemissionen im Abgas wird in der Automobilbranche häufig eine wässrige Harnstofflösung verwendet, die in das Abgas einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird und stromabwärts zusammen mit dem Abgas in einem Katalysator reagiert, um Schadstoffe in dem Abgas zu reduzieren. Das Abgasnachbehandlungsmittel wird üblicherweise in einem Tank aufbewahrt, der im Kraftfahrzeug mitgeführt wird. Dadurch ist das Abgasnachbehandlungsmittel auch den Umgebungsbedingungen ausgesetzt, mit der Folge, dass dann, wenn die Außentemperatur unter den Gefrierpunkt fällt, dass Abgasnachbehandlungsmittel gefrieren kann. Dies wiederum hat zur Folge, dass beim Kaltstart des Kraftfahrzeugs beziehungsweise der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs kein flüssiges Abgasnachbehandlungsmittel zur Reduzierung von Schadstoffen, die insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine in erhöhter Menge auftreten können, zur Verfügung steht.Tempering devices of the type mentioned are already known from the prior art. To reduce emissions of pollutants in the exhaust gas, an aqueous urea solution is often used in the automotive industry, which is injected into the exhaust gas of an internal combustion engine and downstream reacts together with the exhaust gas in a catalyst to reduce pollutants in the exhaust gas. The exhaust aftertreatment agent is usually stored in a tank which is carried in the motor vehicle. Thereby, the exhaust aftertreatment agent is also exposed to the environmental conditions, with the result that when the outside temperature falls below the freezing point, the exhaust aftertreatment agent can freeze. This in turn has the consequence that the cold start of the motor vehicle or the internal combustion engine of the motor vehicle, no liquid exhaust aftertreatment agent for reducing pollutants, which may occur in an increased amount, in particular after a cold start of the internal combustion engine is available.
Aus diesem Grund wird üblicherweise eine Temperiereinrichtung in einen solchen Tank eingebracht, welche ein aktivierbares Temperierelement aufweist, um bei Bedarf die Temperatur im Tank soweit zu erhöhen, dass gegebenenfalls gefrorenes Abgasnachbehandlungsmittel verflüssigt wird. Damit das Heizelement und gegebenenfalls ein mit dem Heizelement verbundener Wärmeleitkörper vor dem verhältnismäßig aggressiven Abgasnachbehandlungsmittel zu schützen, werden diese üblicherweise durch eine Kunststoffumspritzung eingehaust. Damit das Temperierelement trotzdem für seinen Betrieb kontaktierbar ist, ist dieses mit einem Verbindungskabel verbunden, das aus der Umspritzung herausführt und beispielsweise aus dem Tank heraus zu einer Steuereinrichtung geführt werden kann. Üblicherweise wird die Umspritzung mit einem Aufnahmeflansch versehen, durch welchen das Kabel herausgeführt wird. Auf diesen Flansch wird anschließend eine Schließkappe aufgeschoben und an dem Flansch befestigt. Zwischen Schließkappe und Flansch wird dann eine Weichstoffdichtung eingebracht, welche gewährleisten soll, dass nichts von dem Abgasnachbehandlungsmittel durch einen Spalt zwischen Kabel und Umspritzung zu dem Heizelement und/oder dem Wärmeleitkörper gelangen kann. Eine ähnliche Dichtung ist beispielsweise auch in der Offenlegungsschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Temperiereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die ursprüngliche Elastomerdichtung entfällt und ohne erhöhten Materialaufwand und mit einer verringerten Anzahl von Prozessschritten kostengünstig und sicher eine umlaufende Dichtung hergestellt wird. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass die Dichtung durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Isoliermantel und Umspritzung gebildet ist. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung der Temperiereinrichtung ist also vorgesehen, dass direkt zwischen Isoliermantel und Umspritzung eine insbesondere umlaufende stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird, wodurch eine besonders dichte Verbindung zwischen Umspritzung und Verbindungskabel erreicht wird, die darüber hinaus auch genau an der Stelle wirkt, an welcher ansonsten mit einem Eindringen oder Durchdringen von Abgasnachbehandlungsmittel zu rechnen wäre. Das bedeutet, dass durch die Erfindung gerade die kritische Verbindungsstelle zwischen Verbindungskabel und Umspritzung sicher abgedichtet wird. Die stoffschlüssige Verbindung, die insofern nicht zerstörungsfrei wieder lösbar ist, führt dazu, dass das Material des Isoliermantels und das Material der Umspritzung ineinander übergehen und dauerhaft miteinander verbunden werden. Damit kann auch bei hohen Belastungen gewährleistet werden, dass die Dichtwirkung aufrecht erhalten bleibt. Darüber hinaus erfolgt durch die stoffschlüssige Verbindung außerdem eine mechanisch hochbelastbare Verbindung zwischen Verbindungskabel und Umspritzung, sodass auch bei höheren Zugkräften, die auf das Verbindungskabel wirken, die Verbindung nicht gelöst wird.The tempering device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the original elastomeric seal is eliminated and without increased material costs and with a reduced number of process steps cost and safely a peripheral seal is made. According to the invention it is provided that the seal is formed by a cohesive connection between insulating jacket and encapsulation. In the embodiment of the tempering device according to the invention is thus provided that directly between insulating jacket and encapsulation a particular circumferential cohesive connection is made, creating a particularly tight connection between encapsulation and connection cable is achieved, which also acts exactly at the point where otherwise would be expected penetration or penetration of exhaust aftertreatment agent. This means that the critical junction between the connection cable and encapsulation is securely sealed by the invention. The cohesive connection, which in this respect is not non-destructively releasable again, causes the material of the insulating jacket and the material of the encapsulation to merge into one another and be permanently connected to one another. This can be ensured even at high loads that the sealing effect is maintained. In addition, by the cohesive connection also takes place a mechanically heavy-duty connection between the connection cable and extrusion coating, so that even at higher tensile forces acting on the connection cable, the connection is not released.
Vorzugsweise weist die Dichtung eine axiale Längs beziehungsweise Längserstreckung entlang des Isoliermantels zwischen 1 und 5 mm auf. Hierdurch wird eine ausreichende Dichtung sicher gewährleistet.Preferably, the seal has an axial longitudinal or longitudinal extent along the insulating jacket between 1 and 5 mm. This ensures a sufficient seal sure.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umspritzung ein Ende des Verbindungskabels an dem Isoliermantel umfangsseitig vollständig umschließt. Dadurch ist über den gesamten Umfang des Isoliermantels gewährleistet, dass die Dichtung vorliegt und dauerhaft erhalten ist.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the encapsulation completely encloses one end of the connecting cable to the insulating jacket circumferentially. As a result, it is ensured over the entire circumference of the insulating jacket that the seal is present and permanently preserved.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass die Umspritzung im Bereich des Endes einen Aufnahmeflansch bildet, der von der übrigen Spritzung vorsteht. Hierdurch wird unter anderem erreicht, dass die Überlappung von Umspritzung und Verbindungskabel ausreichend groß ist, um eine sichere Dichtung und Halterung des Verbindungskabels an ihrer Umspritzung durch die stoffschlüssige Verbindung gewährleistet ist. Darüber hinaus bietet der Aufnahmeflansch die Möglichkeit, die stoffschlüssige Verbindung nach dem Herstellen der Umspritzung auf einfache Weise herzustellen, wie im späteren erörtert wird. Further, it is preferably provided that the encapsulation in the region of the end forms a receiving flange, which protrudes from the remaining injection. This ensures, among other things, that the overlap of encapsulation and connection cable is sufficiently large to ensure a secure seal and mounting the connection cable to its encapsulation by the cohesive connection. In addition, the receiving flange offers the possibility of producing the cohesive connection in a simple manner after the extrusion coating has been produced, as will be discussed later.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass die Umspritzung und/oder der Isoliermantel hochdichtes Polyethylen aufweist, insbesondere aus diesem gefertigt sind. Unter hochdichten Polyethylen (HDPE), werden insbesondere auch HDPE-Derivate sowie HDPE-Blends, gefüllt und ungefüllt, verstanden.Further, it is preferably provided that the encapsulation and / or the insulating jacket has high-density polyethylene, in particular made of this. Under high density polyethylene (HDPE), in particular, HDPE derivatives and HDPE blends, filled and unfilled understood.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Umspritzung und/oder der Isoliermantel Ethylen-Tetraflourethylen (ETFE) aufweisen, insbesondere aus denen gefertigt sind. Dabei werden unter dem Ethylen-Tetraflourethylen auch ETFE-Derivate, ETFE-Copolymere sowie ETFE-Blends, gefüllt und ungefüllt, verstanden.Furthermore, it is preferably provided that the encapsulation and / or the insulating jacket ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) have, in particular from which are made. Under the ethylene tetrafluoroethylene ETFE derivatives, ETFE copolymers and ETFE blends, filled and unfilled understood.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umspritzung mit dem Isoliermantel verschmolzen ist. Dies ist beispielsweise dadurch erreicht, dass bei der Herstellung die Umspritzung sowie das Material für die Umspritzung soweit aufgeheizt wird, dass es den Isoliermantel ausfschmilzt und dadurch mit diesem verschmilzt. Durch ein vorteilhaftes Spritzdruckverfahren kann außerdem ein ausreichend hoher Druck an dem Verbindungsbereich, insbesondere an dem Aufnahmeflansch, gewährleistet werden, der sicherstellt, dass die Materialien von Isoliermantel und Umspritzung sich miteinander verbinden.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the encapsulation is fused with the insulating jacket. This is achieved, for example, by the fact that, in the production, the encapsulation and the material for the encapsulation are heated to such an extent that it fuses out the insulating jacket and thereby melts with it. By means of an advantageous injection pressure method, it is also possible to ensure a sufficiently high pressure at the connection region, in particular at the receiving flange, which ensures that the materials of insulating jacket and encapsulation join together.
Während der Herstellung der Umspritzung wird eine bevorzugt kontinuierliche Prozesskontrolle im Bereich des Dichtverbundes durchgeführt. Dazu werden in das Spritzgusswerkzeug Temperatur- sowie Drucksensoren eingebracht. Durch diese Sensoren werden die notwendigen Prozessparameter, insbesondere die Einhaltung der notwendigen Temperatur für eine sichere Verschmelzung von Isolierung und Umspritzung, an jedem Bauteil zu 100% kontrolliert.During the production of the encapsulation, a preferably continuous process control is carried out in the area of the sealing compound. For this purpose, temperature and pressure sensors are introduced into the injection mold. Through these sensors, the necessary process parameters, in particular the observance of the necessary temperature for a secure fusion of insulation and encapsulation, are 100% controlled on each component.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Umspritzung mit dem Isoliermantel verschweißt ist. Das Verschweißen erfolgt dabei also erst nachdem die Umspritzung fertig hergestellt ist. Die Umspritzung ist in dem Zustand entweder vollständig oder soweit ausreichend abgekühlt, dass ihre Eigenwärme nicht dazu ausreicht, dass Material des Isoliermantels aufzuschmelzen. Durch den separaten Schweißvorgang lassen sich gezielt eine oder mehreren Schweißstellen, insbesondere Schweißringe, zwischen Isoliermantel und Umspritzung herstellen, die sich über den gesamten Umfang erstrecken. Insbesondere wird für das Verschweißen ein Laserschweißverfahren verwendet.Alternatively or additionally, it is preferably provided that the encapsulation is welded to the insulating jacket. The welding is done so only after the encapsulation is finished. The overmold is either completely or sufficiently cooled in the state that its intrinsic heat is insufficient to melt the material of the insulating jacket. The separate welding process can be targeted to produce one or more welds, in particular welding rings, between insulating jacket and encapsulation, which extend over the entire circumference. In particular, a laser welding method is used for the welding.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Temperierelement in oder an einem ebenfalls von der Umspritzung eingehausten Wärmeleitkörper angeordnet ist. Der Wärmeleitkörper ist beispielsweise als Aluminiumkörper ausgebildet, der in Berührungskontakt mit dem Temperierelement steht und die von dem Temperierelement erzeugte Wärme in den Tank hineinleitet, sodass auch weiter von dem Temperierelement entfernt liegende Bereich des Tanks schnell und effizient aufgetaut werden können, wenn das Temperierelement als Heizelement aktiviert ist.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the tempering is arranged in or on a likewise housed by the encapsulation Wärmeleitkörper. The heat-conducting body is designed, for example, as an aluminum body which is in touching contact with the tempering element and guides the heat generated by the tempering element into the tank, so that even further from the tempering remote area of the tank can be thawed quickly and efficiently when the tempering as a heating element is activated.
Die erfindungsgemäße Tankeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Temperiereinrichtung aus. Es ergeben sich hierbei die bereits genannten Vorteile. Insbesondere ist das Verbindungskabel aus dem Tank herausgeführt, beispielsweise durch eine extra dafür vorgesehene Öffnung, wobei der Öffnung bevorzugt ein Dichtelement zugeordnet ist, um das Austreten von Abgasnachbehandlungsmittel aus dem Tank zu vermeiden.The tank device according to the invention with the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst ein aktivierbares Temperierelement, insbesondere ein elektrisches Heizelement und optional ein Wärmeleitkörper zur Verfügung gestellt werden. Anschließend wird das Temperierelement mit einer Versorgungsleitung eines auch einen Isoliermantel aufweisenden Verbindungskabels verbunden, wobei es sich bei der Versorgungsleitung insbesondere um eine elektrische Leitung handelt. Anschließend wird das Temperierelement, und optional auch der Wärmeleitkörper, und Abschnitt des Verbindungskabels im Bereich des Isoliermantels umspritzt, sodass das Temperierelement zumindest im Wesentlichen durch die Umspritzung eingehaust wird. Anschließend oder beim Umspritzen wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Isoliermantel und Umspritzung hergestellt. Insbesondere wird die stoffschlüssige Verbindung dadurch erreicht, dass beim Umspritzen das Material für die Umspritzung und der Isoliermantel miteinander verschmolzen werden, indem die Temperatur des Materials der Umspritzung derart hoch gewählt wird, dass die Umspritzung selbst den Isoliermantel aufschmilzt. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass nach dem Umspritzen ein Schweißvorgang durchgeführt wird, mittels dessen Umspritzung und Isoliermantel nachträglich durch einen oder mehrere Schweißringe miteinander verschweißt und damit stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Insbesondere wird dazu ein Laserschweißverfahren durchgeführt.The method according to the invention with the features of
Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigen
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1 eine vorteilhafte Tankeinrichtung in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung, und -
2 eine Detailansicht der Tankeinrichtung in einer Längsschnittdarstellung.
-
1 an advantageous tank means in a simplified perspective view, and -
2 a detailed view of the tank means in a longitudinal sectional view.
In dem Tank
Die Temperiereinrichtung
Um die Elemente der Temperiereinrichtung
Zweckmäßigerweise wird die Temperatur des Materials der Umspritzung
Zweckmäßigerweise sind dazu die Umspritzung
Für die Herstellung wird das jeweilige Verbindungskabel
Alternativ zu dem Herstellen der Dichtung
Die vorteilhafte Tankeinrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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