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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinheit mit integriertem Ansaugkanal für ein Förderaggregat, mit welchem ein gefrierfähiger Betriebs-/Hilfsstoff gefördert wird, der im Rahmen einer Abgasnachbehandlung zur Stickoxidreduzierung in den Abgastrakt einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine eindosiert wird, sowie auf eine Verwendung der Heizeinheit.
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Stand der Technik
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Gängige Abgasnachbehandlungssysteme, die bei selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen zum Einsatz kommen, wandeln durch Einbringen eines Reduktionsmittels die im Abgas befindlichen Stickoxide NOx in H2O und N2 um. Die gängigen Abgasnachbehandlungssysteme für selbstzündende Verbrennungskraftmaschinen arbeiten nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR), wobei es sich bei dem eingesetzten Reduktionsmittel in den meisten Fällen um eine Harnstoff-Wasser-Lösung handelt, die auch unter dem Namen AdBlue® bekannt ist. Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst einen Vorratstank, in dem das gefrierfähige Reduktionsmittel bevorratet wird. Der Vorratstank umfasst einen Filter, gegebenenfalls einen Filterdeckel sowie eine Tankheizung als drei voneinander getrennte Komponenten. In manchen Systemen ist zusätzlich ein Wärmeleitpin integriert, der sich in einem Ansaugkanal erstreckt. Beim Dosieren wird das gefrierfähige Reduktionsmittel durch den Filter über den Ansaugkanal zu einem Förderaggregat gefördert. Der Filter kann auf einem Träger aufgebracht sein, wobei der Filter aus dem eigentlichen Filter, einem Filtervlies sowie einem Filterdeckel besteht, die stoffschlüssig miteinander gefügt sein können und so einen Ansaugkanal für ein Förderaggregat bilden. Bei kalten Temperaturen unterhalb von -11°C wird das gefrierfähige Reduktionsmittel im Vorratstank und im Ansaugkanal aufgetaut. Dazu wird eine dem Vorratstank zugeordnete Tankheizung lokal auf kleinen Flächen am Filterdeckel befestigt, um einen Wärmeübergang von der Tankheizung zum Ansaugkanal darzustellen. Zusätzlich wird der Wärmeleitpin aus besonders wärmeleitfähigem Material, so zum Beispiel Edelstahl in den Filterdeckel des Filters im Vorratstank integriert, um einen zusätzlichen Wärmetransfer von der Heizung über das Reduktionsmittel im Vorratstank über den Wärmeleitpin schließlich in den Ansaugkanal zu ermöglichen.
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Ein träges Auftauverhalten ist die Folge, es wird ein zusätzliches Element in Gestalt des Wärmeleitpins aus Edelstahl benötigt, ferner stellen sich in Summe relativ große thermische Widerstände dar, die das Auftauverhalten bei gefrorenem Reduktionsmittel innerhalb des Systems nicht unterstützen. Des Weiteren ist die Herstellung bzw. das Erzeugen stoffschlüssiger Verbindungen zwischen den Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems recht aufwändig.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Fördermodul für einen gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoff zur Eindosierung in einen Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, welches eine Heizeinheit umfasst, die mindestens einen Heizkörper enthält sowie einen Ansaugkanal eines Förderaggregates. Der Ansaugkanal ist in den mindestens einen Heizkörper eingebettet. Der Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung liegt in der Reduktion der thermischen Widerstände bis zum Ansaugkanal, wodurch ein stark verbessertes Auftauen im Ansaugkanal gefrorenen Betriebs-/Hilfsstoffes möglich ist.
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Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung weiter folgend ist der Ansaugkanal als Wärmeleithülse ausgeführt. Die Wärmeleithülse wird insbesondere aus einem metallischen Material so zum Beispiel Edelstahl gefertigt, wobei das gewählte Material einen besonders guten Wärmeübergang ermöglicht. Zudem besteht die Möglichkeit, die als Ansaugkanal dienende Wärmeleithülse aus einem anderen Material wie beispielsweise Edelstahl, Aluminium, Bornitridkeramik oder ähnlich gut wärmeleitenden Materialien zu fertigen.
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In vorteilhafter Weise umfasst die Wärmeleithülse einen kurzen Schenkel und einen langen Schenkel, wodurch je nach Konfiguration des mindestens einen Heizkörpers, unterschiedlichen Einbauszenarien Rechnung getragen werden kann.
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Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung weiter folgend umfasst die Wärmeleithülse ein erstes Ende mit einer Anschrägung, welches in einen Filterhohlraum eines Filters hineinragt. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung mit einer Anschrägung an einem Ende der Wärmeleithülse, kann ein Filtervlies durchstochen werden oder eine Membran oder dergleichen, so dass bei der Montage des in die mindestens einen Heizkörpers integrierten, als Ansaugkanal dienenden Wärmeleithülse eine Fluidverbindung hergestellt wird.
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Ferner weist die Wärmeleithülse ein zweites Ende auf, welches mit einem Zulauf zum Förderaggregat zur Förderung des gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoffes in Verbindung steht.
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In vorteilhafter Weise durchsticht eine Anschrägung an einem Ende der Wärmeleithülse ein Filtervlies des Filters, wodurch in einem Filterhohlraum bevorratetes Medium in die Wärmeleithülse gelangt und über den Zulauf zum Förderaggregat strömt.
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Schließlich bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Fördermoduls in einem Abgasnachbehandlungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine zum Eindosieren eines gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoffes in den Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere von Harnstoff-Wasser-Lösung in das Abgas der Verbrennungskraftmaschine.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung setzt die Anzahl der Wärmeübergangsstellen im Vergleich zur bisherigen Lösung drastisch herab. Der als Wärmeleithülse ausgebildete Ansaugkanal ist unmittelbar in den mindestens einen Heizkörper der Heizeinheit des Fördermoduls integriert, sodass ein direkter Wärmeübergang über die Wärmeleithülse an in dieser vorhandenen gefrorenen Betriebs-/Hilfsstoff erfolgen kann. Dadurch besteht die Möglichkeit, den Ansaugkanal direkt aufzutauen und damit die zum Auftauen des gefrorenen Betriebs-/Hilfsstoffes erforderliche Zeitspanne drastisch herabzusetzen, so dass bereits bei Start der Verbrennungskraftmaschine das Abgasnachbehandlungssystem wirksam ist und die NOx-Anteile im Abgas bereits in der Startphase drastisch reduziert.
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Des Weiteren kann die Auslegung des Filters zur Filterung des gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoffes vereinfacht werden, da in den Filter gemäß der erfindungsgemäßen Lösung nunmehr ein Ansaugkanal zu integrieren ist, der erfindungsgemäß bereits in den mindestens einen Heizkörper der Heizeinheit eingebettet ist. Bei der Montage des Fördermoduls kann bei Integration des als Wärmeleithülse ausgebildeten Ansaugkanals in den mindestens einen Heizkörper der Heizeinheit der Filter über die Anschrägung an einem Ende des Ansaugkanals direkt kontaktiert werden. Dazu wird das Filtervlies, welches den Hohlraum des Filters begrenzt einfach angestochen, es besteht kein Erfordernis weiterer Montageelemente. Alternativ zum Filtervlies kann der Filter auch mindestens eine Membran aufweisen.
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Die Wärmeleithülse kann auch mit einer Umspritzung versehen sein, durch welche die Wärmeleithülse innerhalb des mindestens einen Heizkörpers fixiert und positioniert wird.
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Figurenliste
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es zeigt:
- 1 den Verlauf eines Ansaugkanales mit vorgeschaltetem Filterelement gemäß einer bisherigen Lösung,
- 2 die Ansicht eines Fördermoduls,
- 3 eine Detaildarstellung des in den mindestens einen Heizkörper eingebetteten als Wärmeleithülse ausgebildeten Ansaugkanales und
- 4 eine perspektivische Ansicht einer Wärmeleithülse.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Fördermoduls 10, mit einem Trägerteil 12. Dieses ist topfförmig ausgestaltet und umfasst einen Topfboden 30. In einem Abstand 44 vom Topfboden 30 befindet sich ein Filter 26. Der Filter 26 wird durch eine Filterumrandung 28 gebildet und umfasst ein beidseitig angebrachtes Filtervlies 34. Eine Oberseite des Filtervlieses 34 ist mit Bezugszeichen 40 bezeichnet, eine Unterseite des Filtervlieses 34 mit Position 42. Der Filter 26 ist einem Ansaugkanal 38 vorgeschaltet, der unterhalb eines Heizkörpers 36 verläuft. Aus einem Filterhohlraum 46 strömt dem Ansaugkanal 38 gefrierfähiger Betriebs-/Hilfsstoff zu, wobei der Ansaugkanal 38 in einen Zulauf für ein in 1 nicht dargestelltes Förderaggregat mündet.
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Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass sich Bereiche des Ansaugkanales 38, in dem bei niedrigen Außentemperaturen gefrierfähiger Betriebs-/Hilfsstoff friert, weit vom Heizkörper 36 entfernt sind und deshalb ein schlechtes Auftauverhalten von gefrorenem Betriebs-/Hilfsstoff im Ansaugkanal 38 gemäß der Darstellung in 1 vorliegt.
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Darstellung der Erfindung
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2 zeigt die perspektivische Ansicht ein Fördermodul 10.
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Das Fördermodul 10 umfasst ein Förderaggregat 14 sowie eine Heizeinheit 22, die mindestens einen Heizkörper 36 (hier nicht dargestellt) enthält. Das Fördermodul 10 umfasst das Trägerteil 12, welches in Form eines Topfes 16 ausgeführt ist und von einer Umrandung 18 begrenzt ist. Die Unterseite des Topfes 16 wird durch den Topfboden 30 gebildet, der gleichzeitig einen Sumpf 32 darstellt. Aus der perspektivischen Draufsicht auf das Fördermodul 10 gemäß 2 geht hervor, dass der Filter 26 im Ansaugbereich 24 des Förderaggregates 14 liegt und durch die Filterumrandung 28 begrenzt ist. Die Krümmung der Filterumrandung 28 entspricht der Krümmung der Umrandung des Topfes 16.
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Das Förderaggregat 14 sowie die Heizeinheit 22 werden über eine elektrische Kontaktierung 20 kontaktiert. Das in 2 in der perspektivischen Draufsicht dargestellte Fördermodul 10 befindet sich insbesondere im Bodenbereich eines hier nicht dargestellten Vorratstanks, in dem der gefrierfähige Betriebs-/Hilfsstoff bevorratet wird.
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Der Darstellung gemäß 3 ist eine als Ansaugkanal dienende Wärmeleithülse 50 zu entnehmen, die in einen Heizkörper 36 eingebettet ist.
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Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass nach der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung der in 1 dargestellte Ansaugkanal 38 durch eine Wärmeleithülse 50 gebildet wird. Die Wärmeleithülse 50 wird bevorzugt aus einem metallischen Material wie beispielsweise Edelstahl gefertigt und ist in den mindestens einen Heizkörper 36 der in 2 dargestellten Heizeinheit 22 des Fördermoduls 10 eingebettet. Die Wärmeleithülse 50 kann von einer Umspritzung 60 umgeben sein. Mittels der Umspritzung 60 kann die Wärmeleithülse 50 innerhalb des mindestens einen Heizkörpers 36 der Heizeinheit 22 fixiert und positioniert werden. Die Wärmeleithülse kann aus Werkstoffen mit gut wärmeleitenden Materialien wie beispielsweise Edelstahl, Aluminum, Bornitrid- oder Bornitridkeramik gefertigt werden.
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Die in 3 dargestellte Wärmeleithülse 50 weist einen kurzen Schenkel 66 sowie einen langen Schenkel 68 auf. Am langen Schenkel 68 ist ein erstes Ende 52 in Form einer Anschrägung 54 ausgebildet. Ein zweites Ende 56 der Wärmeleithülse 50 erstreckt sich zu einem Zulauf 62 des in 2 dargestellten Förderaggregates 14 des Fördermoduls 10.
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Ein Strömungsquerschnitt 64 der Wärmeleithülse 50 ist vom ersten Ende 52 bis zum zweiten Ende 56, im Wesentlichen konstant.
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Der kurze Schenkel 66 der Wärmeleithülse 50 durchsetzt einen Filterträger 58, an welchem der Filter 26 aufgenommen ist. Das mit der Anschrägung 54 versehene erste Ende 52 der Wärmeleithülse 50 durchsticht das Filtervlies 34 an der Oberseite 40, so dass das erste Ende 52 der Wärmeleithülse 50 in den Filterhohlraum 46 des Filters 26 ragt, so dass das Förderaggregat 14 gemäß der Darstellung in 2 über die Wärmeleithülse im Filterhohlraum 46 bevorrateten Betriebs-/Hilfsstoff ansaugen kann. Das zweite Ende 56 der Wärmeleithülse 50 durchsetzt mit dem kurzen Schenkel 66 den Filterträger 58 und mündet in den Zulauf 62 zum Förderaggregat 14 gemäß der Darstellung in 2.
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Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass der Filterträger 58 mit der Filterumrandung 28 des Filters 26 verbunden ist. Durch die Anschrägung 54 wird eine relativ einfach herzustellende Fluidverbindung zwischen der Wärmeleithülse 50 zum Filterhohlraum 46 einerseits und andererseits zum Zulauf 62 des Förderaggregates 14 gemäß der Darstellung in 2 geschaffen. Anstelle des in 3 dargestellten Filtervlieses 34 kann der Filter 26 auch ein Membranmaterial aufweisen, ferner besteht die Möglichkeit einen Trichterbereich im Filter 26 auszubilden, in welchen das erste Ende 52 der Wärmeleithülse 50 zum Ansaugen gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoffes hineinragt.
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Durch das Einbetten der den Ansaugkanal bildenden Wärmeleithülse 50 werden weniger Wärmeübergangsstellen zu dem mindestens einen Heizkörper 36 der Heizeinheit 22 gemäß der Darstellung in 2 geschaffen. Wird die Wärmeleithülse 50 mit einer Umspritzung 60 versehen, so kann sie durch diese innerhalb des Heizkörpers 36 fixiert und positioniert werden. Gefrorener Betriebs-/Hilfsstoff kann durch den mindestens einen Heizkörper 36 der Heizeinheit 22 gemäß 2 unmittelbar aufgetaut werden, so dass insbesondere in der Kaltstartphase einer Verbrennungskraftmaschine einsatzfähiger Betriebs-/Hilfsstoff zur Reduzierung der Stickoxide in der Startphase der Verbrennungskraftmaschine vorliegt und das Auftauverhalten innerhalb des durch die Wärmeleithülse 50 gebildeten Ansaugkanales erheblich verbessert ist, im Vergleich zu der in 1 dargestellten Lösung.
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Der Darstellung gemäß 4 ist eine Darstellung der den Ansaugkanal bildenden Wärmeleithülse 50 zu entnehmen.
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Aus der Darstellung gemäß 4 geht hervor, dass die Wärmeleithülse 50 den kurzen Schenkel 66 sowie den langen Schenkel 68 aufweist. Der Strömungsquerschnitt 64, die Wärmeleithülse 50 gemäß der Darstellung in 4 ist im Wesentlichen konstant.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
