DE102018208643A1

DE102018208643A1 - Kfz-Tankbaugruppe und Entnahmemodul mit einem porösen Förderkörper

Info

Publication number: DE102018208643A1
Application number: DE102018208643.5A
Authority: DE
Inventors: Werner Farina; Fabrizio Chini; Mirco Bragagnolo
Original assignee: Roechling Automotive AG and Co KG; Roechling Automotive SE and Co KG
Current assignee: Roechling Automotive Se De
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2019-12-05
Also published as: CN110549843A; US11230186B2; US20190366836A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kfz-Tankbaugruppe (11) zum Speichern und Abgeben einer Betriebsflüssigkeit, umfassend einen Tank (10) mit einem Tankvolumen (32), in welches Betriebsflüssigkeit durch eine Einfüllöffnung (14) einleitbar ist und aus welchem Betriebsflüssigkeit durch eine Entnahmeöffnung (62) entnehmbar ist, und weiter umfassend eine Förderpumpe (48) mit einer Saugseite (58) und einer Druckseite (64), wobei die Saugseite (58) zur Bereitstellung eines relativ zum Druck im Tankvolumen (32) niedrigeren Entnahme-Unterdrucks an der Entnahmeöffnung (62) mit der Entnahmeöffnung (62) Druck übertragend verbunden ist, wobei im Tank (10) ein ein Porenvolumen bildendes Material aufgenommen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das ein Porenvolumen bildende Material als poröser Förderkörper (70) mit vorbestimmtem Körpervolumen nur einen Teil des Tankvolumens (32) belegt und ein anderer Teil des Tankvolumens (32) vom porösen Förderkörper (70) frei ist, wobei der poröse Förderkörper (70) dazu ausgebildet ist, im Tank (10) gespeicherte Betriebsflüssigkeit unter Ausnutzung von Kapillarwirkung in seinem Porenvolumen aufzunehmen, wobei der poröse Förderkörper (70) einen Abgabeabschnitt (70a) aufweist, welcher derart mit der Entnahmeöffnung (62) in Wirkverbindung steht, dass der an der Entnahmeöffnung (62) bereitgestellte Entnahme-Unterdruck in Poren des Abgabeabschnitts (70a) einen die dort auftretende Kapillarwirkung überwindenden Abgabe-Unterdruck bewirkt, wobei sich der übrige poröse Förderkörper (70b) von dem Abgabeabschnitt (70a) und von der Entnahmeöffnung (62) weg erstreckt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kfz-Tankbaugruppe zum Speichern und Abgeben einer Betriebsflüssigkeit, umfassend einen Tank mit einem Tankvolumen, in welches Betriebsflüssigkeit durch eine Einfüllöffnung einleitbar ist und aus welchem Betriebsflüssigkeit durch eine Entnahmeöffnung entnehmbar ist, und weiter umfassend eine Förderpumpe mit einer Saugseite und einer Druckseite, wobei die Saugseite zur Bereitstellung eines relativ zum Druck im Tankvolumen niedrigeren Entnahme-Unterdrucks an der Entnahmeöffnung mit der Entnahmeöffnung Druck übertragend verbunden ist, wobei im Tank ein ein Porenvolumen bildendes Material aufgenommen ist.
Eine gattungsgemäße Tankbaugruppe ist aus der DE 38 80 271 T2 bekannt. Diese Druckschrift offenbart einen Kraftstofftank, welcher mit Faserstrukturen gefüllt ist, um Schwappbewegungen eines Kraftstoffs im Tank zu behindern und um, etwa im Fall einer Beschädigung des Tanks, ein zu schnelles Auslaufen von Flüssigkeit aus dem Tank zu verhindern. Schwappbewegungen eines Kraftstoffs im Tank können zu elektrostatischer Aufladung und somit zu einer unerwünschten Funkenbildung im Umfeld des gespeicherten Kraftstoffs führen. Die im bekannten Kraftstofftank aufgenommenen Faserstrukturen dienen somit dem Explosionsschutz. Die das vollständige Tankvolumen ausfüllenden Faserstrukturen sind außerdem elektrisch leitfähig ausgebildet, um eine auch bei eingeschränkten Schwappbewegungen etwaig entstehende elektrostatische Aufladung zur Tankwand und damit zu einem Massepotenzial ableiten zu können.
Darüber hinaus sind an Kraftfahrzeugen weitere Betriebsflüssigkeitstanks bekannt, welche beispielsweise Wasser speichern, um dieses zur Minderung der bei der Verbrennung von Kraftstoff im Verbrennungsmotor entstehenden Schadstoffe in das Frischgas einzuspritzen (s. hierzu DE 10 2016 205103 A1 , US 2006/0266307 A1 , DE 10 2016 203056 A1 , DE 10 2014 222467 A1 und WO 2017/137101 A1 ). Zusätzlich oder alternativ zu dieser Manipulation des Frischgases zur Reduktion der Schadstoffemissionen ist es bekannt, wässrige Harnstofflösung in das bei der Verbrennung entstandene Abgas einzuspritzen. Hierfür wird wässrige Harnstofflösung als Betriebsflüssigkeit in Tanks bevorratet (siehe hierzu DE 10 2015 210682 A1 ).
Alle genannten Betriebsflüssigkeiten werden während eines bestimmungsgemäßen Gebrauchs der Tankbaugruppe durch Förderpumpen dem Tank entnommen und einem jeweiligen Verbraucher zugeführt.
Während bei brennbaren Kraftstoffen aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften die Gefahr eines Einfrierens nicht gegeben ist, weisen die Tankbaugruppe zur Bevorratung von Wasser oder wasserhaltigen Betriebsflüssigkeiten Heizvorrichtungen auf, um ein Einfrieren der Betriebsflüssigkeit zu verhindern oder eingefrorene Betriebsflüssigkeit aufzutauen.
An Kraftfahrzeugen ist das Einfrieren von Betriebsflüssigkeit jedoch nicht das einzige Risiko einer mangelhaften Entnahme von Betriebsflüssigkeit aus dem Tank. Neben dem statischen Entnahmerisiko des Einfrierens bestehen dynamische Entnahmerisiken, etwa wenn in dem mit einem Kraftfahrzeug mitgeführten Tank der Tankbaugruppe aufgrund von beschleunigter Bewegung die darin bewegliche Betriebsflüssigkeit durch Beschleunigungskräfte von der Entnahmeöffnung weg bewegt und vorübergehend entfernt von dieser gehalten wird. Die Förderpumpe kann dann durch die Entnahmeöffnung keine Betriebsflüssigkeit ansaugen und dem zugeordneten Verbraucher zuführen. Dies kann bei langgezogenen Kurvenfahrten oder langen Beschleunigungsphasen aus dem Stand in eine hohe Geschwindigkeit zu einer nennenswerten Beeinträchtigung der Versorgung eines Verbrauchers mit Betriebsflüssigkeit führen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs genannte Kfz-Tankbaugruppe derart weiterzubilden, dass sie, verglichen mit dem Stand der Technik, bei möglichst großer Speichereffizienz die Entnahme von Betriebsflüssigkeit daraus mit größerer Sicherheit bereitstellt.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Tankbaugruppe der eingangs genannten Art, bei welcher das ein Porenvolumen bildende Material als poröser Förderkörper mit vorbestimmtem Körpervolumen nur einen Teil des Tankvolumens belegt und ein anderer Teil des Tankvolumens vom porösen Förderkörper frei ist, wobei der poröse Förderkörper dazu ausgebildet ist, im Tank gespeicherte Betriebsflüssigkeit unter Ausnutzung von Kapillarwirkung in seinem Porenvolumen aufzunehmen. Der poröse Förderkörper weist einen Abgabeabschnitt auf, welcher derart mit der Entnahmeöffnung in Wirkverbindung steht, dass der an der Entnahmeöffnung bereitgestellte Entnahme-Unterdruck in Poren des Abgabeabschnitts einen die dort auftretende Kapillarwirkung überwindenden Abgabe-Unterdruck bewirkt. Der übrige poröse Förderkörper erstreckt sich von dem Abgabeabschnitt und von der Entnahmeöffnung weg
Dadurch, dass der poröse Körper nur einen Teil des Tankvolumens belegt, ist auch nur ein Teil des Tankvolumens durch das ein Porenvolumen bereitstellende Material des porösen Förderkörpers belegt. Der vom porösen Förderkörper freie Teil des Tankvolumens steht vollumfänglich und uneingeschränkt der Aufnahme und Speicherung von Betriebsflüssigkeit zur Verfügung.
Eine Kapillarwirkung eines Porenvolumens bezüglich einer vorgegebenen Betriebsflüssigkeit ist zum einen abhängig von physikalischen Größen, die sowohl von der Wahl der Betriebsflüssigkeit als auch des Poren bildenden Matrixmaterials des Förderkörper ab hängen. Die Kapillarwirkung ist zum anderen abhängig von der mittleren Porengröße der im Förderkörper ausgebildeten Poren. Selbst bei bereits festgelegten Materialien für die Betriebsflüssigkeit und die Poren bildende Matrix des Förderkörpers kann durch Einstellung der Porengröße ein aus einem vorbestimmten Material gebildeter poröser Förderkörper so ausgebildet werden, dass er eine vorgegebene Betriebsflüssigkeit kapillarwirkungsinduziert ohne sonstige äußere Krafteinwirkung, mit Ausnahme der unvermeidlichen Schwerkraft, in seinem Porenvolumen fördert.
Ohne weitere Maßnahmen würde sich der in einem Tankvolumen angeordnete poröse Förderkörper lediglich mit Betriebsflüssigkeit vollsaugen. Da jedoch, beispielsweise aufgrund entsprechender räumlicher Anordnung zueinander, der Abgabeabschnitt des Förderkörpers mit der Entnahmeöffnung derart in Wirkverbindung steht, dass der Entnahme-Unterdruck im Abgabeabschnitt die dort auftretende Kapillarwirkung überwindet, kann die Förderpumpe über die Entnahmeöffnung dem Abgabeabschnitt Betriebsflüssigkeit entziehen. Hierdurch entsteht wiederum ein Konzentrationsunterschied innerhalb des Förderkörpers betreffend die Füllung von Poren mit Betriebsflüssigkeit in unterschiedlichen Bereichen des Förderkörpers. Zwar reicht der von der Entnahmeöffnung her dem Abgabeabschnitt aufgeprägte Abgabe-Unterdruck wegen der großen Oberfläche der die Poren einfassenden Förderkörper-Matrix und der dadurch bewirkten Fluidreibung nicht tief in den Förderkörper hinein. Jedoch sorgt der durch die lokale Entnahme von Betriebsflüssigkeit aus dem Abgabeabschnitt entstehende Konzentrationsunterschied für eine kapillarwirkungsinduzierte Förderbewegung von Betriebsflüssigkeit aus Bereichen mit stärker mit Betriebsflüssigkeit gefüllten Poren in den Abgabeabschnitt mit entleerten bzw. teilweise entleerten Poren.
Um Betriebsflüssigkeit über eine ausreichend große Distanz innerhalb des Tankvolumens kapillar zur Entnahmeöffnung hin fördern zu können und somit die Entnahmesicherheit des Tanks zu erhöhen, erstreckt sich der übrige Förderkörper sowohl von dem Abgabeabschnitt als auch von der Entnahmeöffnung weg.
Der poröse Förderkörper ist daher in der Lage, aufgrund der bereitgestellten Kapillarwirkung Betriebsflüssigkeit selbst dann von einem weiter entfernt von der Entnahmeöffnung gelegenen Abschnitt des Tankvolumens zu dem der Entnahmeöffnung näher gelegenen Abgabeabschnitt zu fördern, wenn die Entnahmeöffnung aufgrund von dynamischen Wirkungen der Tankbewegung vorübergehend nicht von Betriebsflüssigkeit umspült ist.
Grundsätzlich kann bei ausreichend starkem Entnahme-Unterdruck die Entnahmeöffnung mit Abstand von einer Oberfläche des Abgabeabschnitts des Förderkörpers angeordnet sein und dennoch einen ausreichend großen Abgabe-Unterdruck zumindest in einem Randbereich des Abgabeabschnitts erzeugen, so dass Betriebsflüssigkeit vom Abgabeabschnitt zur Entnahmeöffnung hin gefördert wird. Eine vorteilhafte möglichst kontinuierliche Entnahme von Betriebsflüssigkeit bei beschleunigungsbedingt von der Entnahmeöffnung weg bewegter Betriebsflüssigkeit kann dadurch erzielt werden, dass die Entnahmeöffnung vollständig durch den Abgabeabschnitt des porösen Förderkörpers bedeckt ist. Dann wirkt der Entnahme-Unterdruck der Entnahmeöffnung unmittelbar auf den Abgabeabschnitt als Abgabe-Unterdruck. Das vollständige Bedecken der Entnahmeöffnung kann sehr effektiv dadurch realisiert sein, dass der Abgabeabschnitt eine die Entnahmeöffnung bildende Mündung einer Entnahmeleitung berührt, vorzugsweise längs ihres gesamten Umfangs um die Entnahmeöffnung.
Betriebsflüssigkeit kann durch Beschleunigungskräfte, wie etwa Fliehkraft, umso leichter von der Entnahmeöffnung weg bewegt werden, je weniger Betriebsflüssigkeit sich bezogen auf die maximal mögliche Einfüllmenge an Betriebsflüssigkeit im Tank befindet. Zur Sicherstellung einer kontinuierlichen Entnahme von Betriebsflüssigkeit aus dem Tank weist dieser bevorzugt eine Entlüftungsleitung auf, durch welche bei Entnahme von Betriebsflüssigkeit aus dem Tank Gas, in der Regel Luft, in den Tank nachströmen kann. Dadurch ist sichergestellt, dass zwischen dem Druck eines im Tank enthaltenen Gases, der dann in der Regel der Umgebungsdruck ist, und dem von der Förderpumpe erzeugten Entnahme-Unterdruck an der Entnahmeöffnung stets ein Mindest-Druckunterschied besteht.
Zur kapillarwirkungsinduzierten Förderung von Betriebsflüssigkeit durch das Porenvolumen des Förderkörpers hin zum Abgabeabschnitt reicht bereits ein geringes Förderkörpervolumen aus. Zur möglichst guten Ausnutzung des Tankvolumens zur Speicherung von Betriebsflüssigkeit ist daher gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der Förderkörper ein flächiger Förderkörper mit einer ersten Außenfläche und einer in Dickenrichtung mit Abstand von dieser angeordneten zweiten Außenfläche ist, wobei die Abmessung des Förderkörpers in Dickenrichtung dessen kleinste Abmessung ist. Die Dicke des Förderkörpers ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass dann, wenn der Förderkörper mit einer seiner Außenflächen die Entnahmeöffnung bedeckt, die Wirkung des Entnahme-Unterdrucks auf der entgegengesetzten, von der Entnahmeöffnung fernliegenden Außenfläche die Kapillarwirkung des Förderkörpers bezogen auf die Betriebsflüssigkeit nicht mehr überwindet. Der Förderkörper ist bevorzugt nicht dicker als 20 mm, besonders bevorzugt nicht dicker als 12 mm. Bevorzugt sind die erste und die zweite Außenfläche parallel zueinander, wobei nicht ausgeschlossen sein soll, dass durch Verprägung oder/und Verrippung einer oder beider Außenflächen abschnittsweise der Förderkörper versteift ist. Um einen möglichst geringen Anteil an Tankvolumen durch den bevorzugt flächigen Förderkörper zu belegen, sind bevorzugt mehr als 70 % der Oberflächen der ersten und der zweiten Außenfläche parallel zueinander angeordnet. Die Außenflächen können ganz oder teilweise eben sein oder können wenigstens abschnittsweise um wenigstens eine Krümmungsachse gekrümmt sein.
Für eine hohe Speichereffizienz, die Betriebsflüssigkeit betreffend, belegt der Förderkörper nicht mehr als 30 %, vorzugsweise nicht mehr als 15 % des Tankvolumens. Das Porenvolumen des Förderkörpers ist dabei Teil des Förderkörpers.
Grundsätzlich ist der Tank bevorzugt derart ausgebildet, dass er einen Tankboden, eine dem Tankboden mit Abstand gegenüberliegende Tankdecke sowie eine den Tankboden und die Tankdecke verbindende Tankseitenwand aufweist.
Da eine Förderung von Betriebsflüssigkeit aus einem der Tankdecke nahen Bereich wegen des dann in der Regel vorliegenden hohen Füllgrads des Tanks unproblematisch ist, Beschleunigungskräfte jedoch bei niedrigerem Füllgrad die Betriebsflüssigkeit zu einem Seitenwandabschnitt des Tanks bewegen, erstreckt sich der Förderkörper von der Entnahmeöffnung weg bevorzugt zu einem von der Entnahmeöffnung entfernt gelegenen Abschnitt der Tankseitenwand hin. Der Förderkörper kann sich von der Entnahmeöffnung mehrarmig zu mehreren unterschiedlichen und voneinander entfernt gelegenen, vorzugsweise einen Winkel zwischen sich einschließenden Tankseitenwandabschnitten hin erstrecken.
Zur Sicherstellung einer Förderung von Betriebsflüssigkeit zur Entnahmeöffnung hin, selbst bei betragsmäßig hohen Beschleunigungskräften, ist bevorzugt ein von der Entnahmeöffnung entfernt gelegenes Längsende des Förderkörpers dem Abschnitt der Tankseitenwand näher gelegen als der Entnahmeöffnung. Optional reicht der Förderkörper bis zur Tankseitenwand und berührt diese.
Da die Entnahmesicherheit mit zunehmender Entleerung des Tanks durch Beschleunigungskräfte immer stärker gefährdet ist, befindet sich zur Sicherstellung einer Flüssigkeitsentnahme selbst bei überwiegend entleertem Tank bevorzugt wenigstens ein von der Entnahmeöffnung entfernt gelegenes Längsende des Förderkörpers näher beim Tankboden als bei der Tankdecke. Aus den genannten Gründen ist die Entfernung des Längsendes des Förderkörpers von der Tankdecke bevorzugt mehr als doppelt so groß, besonders bevorzugt mehr als viermal so groß, wie dessen Entfernung vom Tankboden. Um die im Förderkörper wirkenden Kapillarkräfte nicht unnötig gegen die Schwerkraft wirken zu lassen, befindet sich gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung der gesamte Förderkörper in dem oben genannten tankbodennäheren Höhenabschnitt des Tankvolumens.
Um gewährleisten zu können, dass der Förderkörper über seine gesamte Erstreckung hinweg Betriebsflüssigkeit fördern kann, schwankt die mittlere Porengröße über den gesamten Förderkörper hinweg um nicht mehr als 15 %, bevorzugt um nicht mehr als 10 %, bezogen auf den kleinsten auftretenden Wert.
Zur Bereitstellung seines Porenvolumens kann der Förderkörper als poröses Material ein Fasergewirr, insbesondere ein bindemittelfreies Fasergewirr, wie etwa ein Vlies oder einen Filz, oder ein gebundenes Fasergewirr, wie einen LWRT, oder/und ein Fasergeflecht oder/und ein Fasergewebe oder/und einen offenzelligen Schaum umfassen. In allen genannten Materialien ist die mittlere Porengröße bei der Fertigung einstellbar. Ein Vlies oder ein Filz kann durch Vernadeln verdichtet und verfestigt sein. LWRT als formbeständiges Material kann durch Teilkompaktierung eine gewünschte mittlere Porengröße erhalten.
Die Entnahmeöffnung kann in einer der genannten Tankwände: Tankseitenwand oder/und Tankboden, ausgebildet sein, wobei dabei der Tankboden bevorzugt ist, da er im fertig montierten Zustand den geodätisch tiefsten Punkt des Tanks aufweist, der während einer bestimmungsgemäßen Entleerung des Tanks am längsten von Betriebsflüssigkeit benetzt ist.
Die Entnahmeöffnung kann am Ende einer Entnahmeleitung ausgebildet sein, sodass die Förderpumpe an einem zu deren Anordnung vorteilhaften Ort vorgesehen sein kann und dennoch die Entnahme der Betriebsflüssigkeit an einem anderen, dafür besonders geeigneten Ort erfolgen kann. Die Entnahmeleitung kann abschnittsweise oder vollständig in einem Gehäuse ausgebildet sein, etwa als ein sich in einer Gehäusewandung oder/und einem Gehäuseboden erstreckender Kanalabschnitt. Ein solches Gehäuse kann eine das Tankvolumen umgebende Tankschale oder ein Gehäuse eines vormontierten Entnahmemoduls sein, welches zur Sicherstellung der Entnahmefunktion wenigstens die Förderpumpe aufweist.
Um die Förderpumpe vor dem Einfluss unerwünschter Partikel in der Betriebsflüssigkeit zu schützen, kann zwischen der Förderpumpe und der Entnahmeöffnung eine Förderleitung vorgesehen sein, in welcher ein Filter zur Reinigung der in der Förderleitung geförderten Betriebsflüssigkeit vorgesehen ist. Eine solche Förderleitung ist die zuvor genannte Entnahmeleitung.
Um für den Filter ein möglichst großes Einbauvolumen bereitstellen zu können, ist der Filter bevorzugt im Bereich der Entnahmeöffnung vorgesehen. Dann ist der Filter auch ohne großen Aufwand austauschbar, etwa bei entsprechender Verschmutzung nach einer gewissen Betriebsdauer. In der Regel ist auch der Filter ein poröser Körper wie der Förderkörper, wobei die mittlere Porengröße des Filters vorzugsweise kleiner ist als jene des Förderkörpers. Fördertechnisch vorteilhaft bilden der Förderkörper und der Filter ein kontinuierlich zusammenhängendes poröses Volumen, durch das hindurch Betriebsflüssigkeit auf der Saugseite der Förderpumpe zu dieser hin gefördert wird. Daher sind bevorzugt der Filter und der Abgabeabschnitt des Förderkörpers in Anlageeingriff aneinander angeordnet. Der Abgabeabschnitt des Förderkörpers kann dann überdies als eine Art Vorfilter für den Filter der Förderleitung dienen, was sich positiv auf die Betriebslebensdauer des Filters auswirken kann.
Um auch bei tiefen Temperaturen Betriebsflüssigkeit aus dem Tank entnehmen zu können, weist die Tankbaugruppe gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung eine Heizvorrichtung auf. Diese ist bevorzugt im Tankvolumen angeordnet, um Wärme unmittelbar an die Betriebsflüssigkeit abgeben zu können. Um auch die kapillare Förderwirkung des Förderkörpers bei tiefen Temperaturen aufrechterhalten zu können, verlaufen bevorzugt Heizvorrichtung und Förderkörper wenigstens abschnittsweise parallel zueinander. Wegen der mit zunehmender Entleerung des Tanks zunehmenden Verlagerungswirkung von Beschleunigungskräften ist besonders bevorzugt ein vom Abgabeabschnitt weg verlaufender Abschnitt des Förderkörpers zwischen dem Tankboden und einem Wärmeabgabeabschnitt der Heizvorrichtung angeordnet. Dies ermöglicht, zumindest einen Abschnitt des Förderkörpers sowohl besonders nahe beim Tankboden anzuordnen als auch diesen zu beheizen.
Zur Ausrüstung und insbesondere zur Nachrüstung einer Vielzahl von körperlich unterschiedlich gestalteten Tanks mit dem kapillar fördernden Förderkörper ist es vorteilhaft, wenn der Tank eine das Tankvolumen umgebende Tankschale mit einer Montageöffnung sowie ein vormontiertes Entnahmemodul aufweist, wobei das Entnahmemodul eine an der Tankschale im Bereich der Montageöffnung anbringbare Modulbasis, die Entnahmeöffnung und, an der Modulbasis gehaltert, wenigstens die Förderpumpe aufweist. Bevorzugt weist das Entnahmemodul auch den Förderkörper auf. Somit kann das Entnahmemodul unabhängig von dem Tank, in oder an welchem es später angeordnet ist, hergestellt und an eine beliebig, aber zur Aufnahme des Entnahmemoduls ausreichend groß gestalteten Tankschale montiert werden. Die Modulbasis deckt dabei bevorzugt die Montageöffnung vollständig ab, wenn das Entnahmemodul an der Tankschale betriebsbereit montiert ist.
Die eingangs genannte Aufgabe wird daher in vorteilhafter Weise auch gelöst durch ein Entnahmemodul zur Entnahme von Betriebsflüssigkeit aus einem Tankvolumen, umfassend: eine zur Anbringung an eine Tankschale ausgebildete Modulbasis, eine an der Modulbasis gehalterte Förderpumpe mit einer Saugseite und einer Druckseite, eine mit der Saugseite der Förderpumpe Druck übertragend verbundene Entnahmeleitung, welche an ihrem der Förderpumpe fernliegenden Endabschnitt eine Entnahmeöffnung aufweist, sowie einen die Entnahmeöffnung bedeckenden porösen Förderkörper, welcher sich von der Entnahmeöffnung weg erstreckt. Für den Förderkörper des Entnahmemoduls gilt das oben zum Förderkörper der Tankbaugruppe Gesagte.
Die Modulbasis kann eine Tragplatte sein, welche die Förderpumpe und gegebenenfalls weitere Funktionseinheiten trägt, wie etwa die oben bereits genannte Heizvorrichtung, einen Füllstandsensor, einen Qualitätssensor zur Erfassung eines Qualitätszustands, etwa Reinheit, der in dem Tank aufgenommenen Betriebsflüssigkeit und dergleichen.
Die Modulbasis kann ein Gehäuse umfassen, welches wiederum die oben genannte Entnahmeöffnung aufweisen kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter eine Verwendung eines Tanks, wie er oben beschrieben und weitergebildet ist, zum Speichern von Wasser oder wässriger Harnstofflösung in einem Kraftfahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft weiter eine Verwendung eines porösen Förderkörpers mit verglichen mit dem Tankvolumen kleinerem Körpervolumen zur kapillarwirkungsinduzierten Förderung von Betriebsflüssigkeit, insbesondere von wässriger Betriebsflüssigkeit, von einem von einer Entnahmeöffnung fernliegenden Ort zu einer einen Entnahme-Unterdruck bereitstellenden Entnahmeöffnung in einem Betriebsflüssigkeitstank sowie zur Abgabe von Betriebsflüssigkeit an die Entnahmeöffnung.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einer wie oben beschrieben ausgebildeten Tankbaugruppe.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden grobschematischen Zeichnung näher erläutert. Die als 1 bezeichnete Zeichnung zeigt eine grobschematische Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Kfz-Tankbaugruppe.
In 1 ist ein Flüssigkeitstank einer erfindungsgemäßen Kfz-Tankbaugruppe 11 allgemein mit 10 bezeichnet. Der Flüssigkeitstank 10 umfasst bevorzugt ein oberes Schalenteil 12, das eine Einfüllöffnung 14 mit einem die Einfüllöffnung 14 umgebenden Flanschrand 16 aufweist. An den Flanschrand 16 kann eine Einfüllleitung, etwa ein in 1 nicht dargestelltes Befüllrohr, angeschlossen werden. Die Einfüllöffnung 14, oder wenn vorhanden die Einfüllleitung, sind bevorzugt durch einen Deckel 17 verschließbar.
Der Flüssigkeitstank 10 umfasst weiterhin ein unteres Schalenteil 18, das eine Montageöffnung 20 mit einem in die Montageöffnung 20 eingesetzten und diese verschließenden vormontierten Entnahmemodul 22 aufweist.
Das obere Schalenteil 12 und das untere Schalenteil 18 sind bevorzugt längs eines jeweiligen umlaufenden Fügeflansches 24 bzw. 26 miteinander gefügt, beispielsweise verklebt oder verschweißt. Die Fügeflansche 24 und 26 berühren sich längs einer Fügefläche 28, die bevorzugt eben ist.
Der Tank 10 weist eine Tankschale 30 auf, die ein Tankvolumen 32 des Tanks 10 umgibt. Die Tankschale 30 umfasst eine Tankdecke 34, einen der Tankdecke 34 entgegengesetzten Tankboden 36 und eine die Tankdecke 34 und den Tankboden 36 verbindende umlaufende Tankseitenwand 38.
Die Tankschale 30 kann selbstverständlich abweichend vom dargestellten Beispiel mehr als zwei Schalenteile 12 und 18 aufweisen oder kann auch einstückig gebildet sein, etwa durch Blasformen.
Das untere Schalenteil 18 ist - ebenso wie das obere Schalenteil 12 - bevorzugt durch Spritzgießen hergestellt.
Mittels einer die Tankdecke 34 durchsetzenden Entlüftungsleitung 40 kann beim Einfüllen von Betriebsflüssigkeit in den Tank 10 dort vorhandenes Gas ausströmen und kann bei der Entnahme von Betriebsflüssigkeit aus dem Tank 10 Gas einströmen. Im Tank 10 unvermeidlich enthaltenes Gas, insbesondere Luft, weist daher etwa Umgebungsdruck auf.
Der Pfeil g gibt die Orientierung des Tanks 10 im fertig in einem Kraftfahrzeug eingebauten Zustand bezüglich der Schwerkraftwirkungsrichtung an. Aufgrund dieser Orientierung wird sich Betriebsflüssigkeit bei fehlenden äußeren Kräften mit Ausnahme der Schwerkraft auf dem Tankboden 36 sammeln.
Die Entnahme von Betriebsflüssigkeit aus dem Tank 10 erfolgt durch das oben genannte Entnahmemodul 22. Es weist eine Trag- oder Montageplatte 42 als Modulbasis auf. Auf der Montageplatte 42 ist ein haubenförmiges Gehäuse 44 angeordnet. Die Montageplatte 42 ist in die Montageöffnung 20 eingesetzt und mit dem Tankboden 36 verbunden, beispielsweise durch Kleben oder Kunststoffschweißen. Die Montageplatte 42 ist somit mit der Montageöffnung 20 flüssigkeitsdicht verbunden.
In dem zwischen der Montageplatte 42 und dem haubenförmigen Gehäuse 44 gebildeten Aufnahmeraum 46 ist eine Förderpumpe 48 und ein Eingangsteil 50 einer Heizvorrichtung 52 aufgenommen. Sowohl die Förderpumpe 48 als auch die Heizvorrichtung 52 sind elektrisch betriebene Funktionseinheiten, weshalb das Entnahmemodul 22 von der Außenseite des Tanks her durch eine elektrische Anschlussformation 54 mit elektrischer Energie versorgbar ist.
Die Heizvorrichtung 52 weist ein flächiges Wärmeabgabebauteil 56 auf, etwa eine zwischen zwei Schutzfolien angeordnete Widerstandsheizbahn.
Auf der Saugseite 58 der Förderpumpe 48 führt eine Entnahmeleitung 60 zum Gehäuse 44. Die Entnahmeleitung 60 mündet dort in einer Entnahmeöffnung 62. Durch diese saugt die Förderpumpe 48 Betriebsflüssigkeit aus dem Tankvolumen 32 an und fördert es auf seiner Druckseite 64 über eine Förderleitung 66 zu einem nicht dargestellten Verbraucher. Ein solcher Verbraucher kann eine Einspritzdüse für Wasser oder für wässrige Harnstofflösung sein.
Zur Reinigung der von der Förderpumpe 48 angesaugten Betriebsflüssigkeit ist im Bereich der Entnahmeöffnung 62 ein Filterbauteil 68 austauschbar angeordnet.
Zur Erhöhung der Entnahmesicherheit von Betriebsflüssigkeit aus dem Tank 10 mittels der Förderpumpe 48 ist im Tankvolumen 32, im dargestellten Beispiel fest mit dem Gehäuse 44 des Entnahmemoduls 22 verbunden, ein poröser Förderkörper 70 vorgesehen.
Ein Lupenausschnitt links unten in 1 zeigt vergrößert grobschematisch eine beispielhafte Struktur des Materials des Förderkörpers 70: Ein Fasergewirrmaterial 80 mit Fasern 82 als Matrixmaterial des Förderkörpers 70 bildet Poren 84 in den zwischen den Fasern 80 bestehenden Zwischenräumen.
Der Förderkörper 70 ist vorteilhafterweise einstückig ausgebildet aus einem flächigen Vlies, welches abgewinkelt im Tank 10 angeordnet ist. Ein der Entnahmeöffnung 62 nächstgelegener und sowohl das Filterbauteil 80 als auch die Mündung der Entnahmeleitung 60 zur Bildung einer zusammenhängenden porösen Anordnung aus Förderkörper 70 und Filterbauteil 80 berührender Abgabeabschnitt 70a bedeckt die an der Mündung der Entnahmeleitung 60 gebildete Entnahmeöffnung 62 vollständig. Von der Förderpumpe 48 erzeugter Entnahme-Unterdruck wirkt somit über die Entnahmeleitung 60 und die Entnahmeöffnung 62 unmittelbar auf den Abgabeabschnitt 70a.
Die Porosität, d. h. die mittlere Porengröße, des Förderkörpers 70 ist über seine gesamte Ausdehnung im Wesentlichen gleich oder schwankt um nicht mehr als 15 %.
Die mittlere Porengröße ist derart gewählt, dass der Förderkörper 70 Betriebsflüssigkeit im Tank 10 unter Ausnutzung von Kapillarwirkung in das Innere des Förderkörpers 70 hinein fördert. Der Förderkörper 70 saugt sich daher nach Befüllung des Tanks 10, eingetaucht in Betriebsflüssigkeit, voll, bis sein Porenvolumen mit Betriebsflüssigkeit gefüllt ist.
Der von der Förderpumpe 48 an der Entnahmeöffnung 62 bereitgestellte Entnahme-Unterdruck wirkt sich aufgrund der Abdeckung der Entnahmeöffnung 62 durch den Abgabeabschnitt 70a, gegebenenfalls gemindert um Reibungseffekte, als Abgabe-Unterdruck in das Porenvolumen des Abgabeabschnitts 70a hinein aus. Der von der Förderpumpe 48 bereitgestellte Entnahme-Unterdruck ist dabei so gewählt, dass der im Porenvolumen des Abgabeabschnitts 70a im Bereich der Entnahmeöffnung 62 wirkende Abgabe-Unterdruck die Kapillarwirkung der Poren des Förderkörpers 70 überwindet. Folglich kann die Förderpumpe 48 aus dem Abgabeabschnitt 70a Betriebsflüssigkeit fördern.
Wird dem Förderkörper 70 im Abgabeabschnitt 70a Betriebsflüssigkeit entnommen, strömt diese aus den weiter von der Entnahmeöffnung 62 entfernt gelegenen Bereichen des Förderkörpers 70 aufgrund von Kapillarwirkung selbst dann in den Abgabeabschnitt 70a, wenn der Abgabe-Unterdruck aufgrund von Reibungseffekten an der großen Oberfläche im Inneren des Förderkörpers 70 keinerlei Wirkung mehr hat.
Folglich kann die Förderpumpe 48 so lange kontinuierlich Betriebsflüssigkeit aus dem Tank 10 entnehmen, solange irgendein Abschnitt des Förderkörpers 70 in Kontakt mit der Betriebsflüssigkeit steht.
Wird die Betriebsflüssigkeit aufgrund von Fliehkräften von dem vergleichsweise zentralen Ort der Entnahmeöffnung 62 im Tankvolumen 32 weg zur Tankseitenwand 38 bewegt, etwa in 1 nach links, kann die Förderpumpe 48 dennoch Betriebsflüssigkeit aus dem Tank 10 entnehmen, denn ein sich an den Abgabeabschnitt 70a anschließender Förderschenkel 70b des Förderkörpers 70 erstreckt sich von der Entnahmeöffnung 62 weg zur Seitenwand 38 hin.
Da der Effekt eines Entzugs von Betriebsflüssigkeit bezüglich der Entnahmeöffnung 62 durch Flieh- oder allgemein Beschleunigungskräfte mit zunehmender Entleerung des Tanks 10 immer größer wird, ist wenigstens der Förderschenkel 70b möglichst nahe am Tankboden 36 angeordnet, beispielsweise im Bereich der untersten 20 % der lichten Tankhöhe im Bereich seiner Anordnung, und erstreckt sich nahe an die Tankseitenwand 38 heran, berührt diese gegebenenfalls oder liegt dieser wenigstens näher als der Entnahmeöffnung 62.
Vorzugsweise erstreckt sich der Förderschenkel 70b parallel zum flächigen Wärmeabgabe Bauteil 56, und zwar besonders bevorzugt zwischen diesem und dem Tankboden 36, um selbst dann, wenn außerhalb des Tanks 10 Temperaturen herrschen, die zum Einfrieren der Betriebsflüssigkeit im Tank 10 führen könnten, Betriebsflüssigkeit in flüssigem Aggregatzustand aus dem Tank 10 entnehmen zu können.
Der Förderkörper 70 ist als flächiger Förderkörper 70 mit einander größtenteils parallelen Außenflächen 72 und 74 ausgebildet, die in Dickenrichtung D des Förderkörpers 70 mit Abstand voneinander angeordnet sind.
Wie in der rechten Bildhälfte von 1 strichliniert angedeutet ist, kann der Förderkörper 70 das Gehäuse 44 teilweise, etwa um mehr als 180° und weniger als 290°, oder auch vollständig umgeben. Die Entnahmeöffnung 62 kann, der Winkelerstreckung des Förderkörpers 70 um das Gehäuse 44 folgend, sich über einen Winkelbereich von mehr als 180° um eine die Montageöffnung 20 zentral und orthogonal durchsetzende Einführachse E, längs welcher das Entnahmemodul 22 in die Entnahmeöffnung eingeführt ist, erstrecken. Zur Stabilisierung des Gehäuses 44 kann eine in Umfangsrichtung die Einführachse E lange Entnahmeöffnung 62, gegebenenfalls mehrfach, unterbrochen ausgebildet sein.
Die Entnahmesicherheit der Kfz-Tankbaugruppe 11 ist daher gegenüber vergleichbaren Tankbaugruppe des Standes der Technik ohne porösen Förderkörper 70 erheblich erhöht.
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 3880271 T2 [0002]
DE 102016205103 A1 [0003]
US 2006/0266307 A1 [0003]
DE 102016203056 A1 [0003]
DE 102014222467 A1 [0003]
WO 2017/137101 A1 [0003]
DE 102015210682 A1 [0003]

Claims

Kfz-Tankbaugruppe (11) zum Speichern und Abgeben einer Betriebsflüssigkeit, umfassend einen Tank (10) mit einem Tankvolumen (32), in welches Betriebsflüssigkeit durch eine Einfüllöffnung (14) einleitbar ist und aus welchem Betriebsflüssigkeit durch eine Entnahmeöffnung (62) entnehmbar ist, und weiter umfassend eine Förderpumpe (48) mit einer Saugseite (58) und einer Druckseite (64), wobei die Saugseite (58) zur Bereitstellung eines relativ zum Druck im Tankvolumen (32) niedrigeren Entnahme-Unterdrucks an der Entnahmeöffnung (62) mit der Entnahmeöffnung (62) Druck übertragend verbunden ist, wobei im Tank (10) ein ein Porenvolumen bildendes Material (80) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Porenvolumen bildende Material (80) als poröser Förderkörper (70) mit vorbestimmtem Körpervolumen nur einen Teil des Tankvolumens (32) belegt und ein anderer Teil des Tankvolumens (32) vom porösen Förderkörper (70) frei ist, wobei der poröse Förderkörper (70) dazu ausgebildet ist, im Tank (10) gespeicherte Betriebsflüssigkeit unter Ausnutzung von Kapillarwirkung in seinem Porenvolumen aufzunehmen, wobei der poröse Förderkörper (70) einen Abgabeabschnitt (70a) aufweist, welcher derart mit der Entnahmeöffnung (62) in Wirkverbindung steht, dass der an der Entnahmeöffnung (62) bereitgestellte Entnahme-Unterdruck in Poren des Abgabeabschnitts (70a) einen die dort auftretende Kapillarwirkung überwindenden Abgabe-Unterdruck bewirkt, wobei sich der übrige poröse Förderkörper (70b) von dem Abgabeabschnitt (70a) und von der Entnahmeöffnung (62) weg erstreckt.
Kfz-Tankbaugruppe (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeöffnung (62) vollständig durch den Abgabeabschnitt (70a) des porösen Förderkörpers (70) bedeckt ist.
Kfz-Tankbaugruppe (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderkörper (70) ein flächiger Förderkörper (70) mit einer ersten Außenfläche (72) und einer in Dickenrichtung (D) mit Abstand von dieser angeordneten zweiten Außenfläche (74) ist, wobei die Abmessung des Förderkörpers (70) in Dickenrichtung (D) dessen kleinste Abmessung ist, und wobei bevorzugt mehr als 70 % der Oberflächen der ersten und der zweiten Außenfläche (72, 74) parallel zueinander sind.
Kfz-Tankbaugruppe (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (10) einen Tankboden (36), eine dem Tankboden (36) mit Abstand gegenüberliegende Tankdecke (34) sowie eine den Tankboden (36) und die Tankdecke (34) verbindende Tankseitenwand (38) aufweist, wobei sich der Förderkörper (70) von der Entnahmeöffnung (62) weg zu einem von der Entnahmeöffnung (62) entfernt gelegenen Abschnitt der Tankseitenwand (38) hin erstreckt.
Kfz-Tankbaugruppe (11) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Entnahmeöffnung (62) entfernt gelegenes Längsende des Förderkörpers (70) dem Abschnitt der Tankseitenwand (38) näher gelegen ist als der Entnahmeöffnung (62), vorzugsweise die Tankseitenwand (38) berührt.
Kfz-Tankbaugruppe (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (10) einen Tankboden (36), eine dem Tankboden (36) mit Abstand gegenüberliegende Tankdecke (34) sowie eine den Tankboden (36) und die Tankdecke (34) verbindende Tankseitenwand (38) aufweist und sich wenigstens ein von der Entnahmeöffnung (62) entfernt gelegenes Längsende des Förderkörpers (70) näher beim Tankboden (36) als bei der Tankdecke (34) befindet, wobei bevorzugt die Entfernung des Längsendes des Förderkörpers (70) von der Tankdecke (34) mehr als doppelt so groß ist, besonders bevorzugt mehr als viermal so groß ist wie dessen Entfernung vom Tankboden (36).
Kfz-Tankbaugruppe (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Porengröße über den gesamten Förderkörper (70) hinweg um nicht mehr als 15 %, bevorzugt um nicht mehr als 10 % bezogen auf den kleinsten auftretenden Wert schwankt.
Kfz-Tankbaugruppe (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderkörper (70) als poröses Material (80) ein Fasergewirr (80), insbesondere ein bindemittelfreies Fasergewirr (80), wie etwa ein Vlies oder einen Filz, oder ein gebundenes Fasergewirr, wie einen LWRT, oder/und ein Fasergeflecht oder/und ein Fasergewebe oder/und einen offenzelligen Schaum umfasst.
Kfz-Tankbaugruppe (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Förderpumpe (48) und der Entnahmeöffnung (62) eine Förderleitung (60) vorgesehen ist, in welcher ein Filter (68) zur Reinigung der in der Förderleitung (60) geförderten Betriebsflüssigkeit vorgesehen ist.
Kfz-Tankbaugruppe (11) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (68) an der Entnahmeöffnung (62) vorgesehen ist, wobei bevorzugt der Filter (68) und der Abgabeabschnitt (70a) des Förderkörpers (70) in Anlageeingriff aneinander angeordnet sind.
Kfz-Tankbaugruppe (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Heizvorrichtung (52) aufweist, welche im Tankvolumen (32) angeordnet ist, wobei bevorzugt Heizvorrichtung (52) und Förderkörper (70) wenigstens abschnittsweise parallel zueinander verlaufen, wobei besonders bevorzugt ein vom Abgabeabschnitt weg verlaufender Abschnitt (70b) des Förderkörpers (70) zwischen einem Tankboden (36) und einem Wärmeabgabeabschnitt (56) der Heizvorrichtung (52) angeordnet ist.
Kfz-Tankbaugruppe (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (10) eine das Tankvolumen (32) umgebende Tankschale (30) mit einer Montageöffnung (20) sowie ein vormontiertes Entnahmemodul (22) aufweist, wobei das Entnahmemodul (22) eine an der Tankschale (30) im Bereich der Montageöffnung (20) anbringbare Modulbasis (42), die Entnahmeöffnung (62) und, an der Modulbasis (42) gehaltert, wenigstens die Förderpumpe (48) aufweist, wobei das Entnahmemodul (22) bevorzugt auch den Förderkörper (70) aufweist.
Entnahmemodul (22) zur Entnahme von Betriebsflüssigkeit aus einem Tankvolumen (32), umfassend: eine zur Anbringung an eine Tankschale (30) ausgebildete Modulbasis (42), eine von der Modulbasis (42) getragene Förderpumpe (48) mit einer Saugseite (58) und einer Druckseite (64), eine mit der Saugseite (58) der Förderpumpe (48) Druck übertragend verbundene Entnahmeleitung (60), welche an ihrem der Förderpumpe (48) fernliegenden Endabschnitt eine Entnahmeöffnung (62) aufweist, sowie einen die Entnahmeöffnung (62) bedeckenden porösen Förderkörper (70), welcher sich von der Entnahmeöffnung (62) weg erstreckt.
Verwendung einer Tankbaugruppe (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Speichern von Wasser oder wässriger Harnstofflösung in einem Kraftfahrzeug.
Verwendung eines porösen Förderkörpers (70) zur kapillarwirkungsinduzierten Förderung von Betriebsflüssigkeit von einem von einer Entnahmeöffnung fernliegenden Ort zu einer einen Entnahme-Unterdruck bereitstellenden Entnahmeöffnung (62) in einem Betriebsflüssigkeitstank (10) sowie zur Abgabe von Betriebsflüssigkeit an die Entnahmeöffnung (62).