DE102018210455A1

DE102018210455A1 - Tankvorrichtung

Info

Publication number: DE102018210455A1
Application number: DE102018210455.7A
Authority: DE
Inventors: Knut Geisler; Andreas Reissner; Conrad Bubeck; Till Zenthoefer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2020-01-02
Also published as: WO2020001916A1

Abstract

Tankvorrichtung (50) eines Kraftfahrzeugs für ein Reduktionsmittel zur Nachbehandlung des Abgases des Kraftfahrzeugs, mit einem Vorratsbehälter (1) für das Reduktionsmittel und mit einem Tankeinbaumodul (13) umfassend mindestens eine Förderpumpe (9) zum Herausfördern des Reduktionsmittels aus dem Vorratsbehälter (1) zu einer Einbringstelle in einen Abgastrakt des Kraftfahrzeugs, wobei das Tankeinbaumodul (13) eine benachbart zur Förderpumpe (9) angeordnete Heizeinrichtung (16) aufweist, wobei mindestens eine Zusatzheizeinrichtung (70) vorgesehen ist, wobei die Zusatzheizeinrichtung in einer Wand (40) des Vorratsbehälters (1) eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzheizeinrichtung (70) eine Ummantelung (76) aufweist, welche in das Innere des Vorratsbehälters (1) ragt und welche einen zumindest teilweise von außerhalb des Vorratsbehälters (1) zugänglichen Raumbereich (71) umgibt, in welchem ein Heizelement (74) angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Tankvorrichtung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Es ist schon eine Tankvorrichtung mit einer Heizeinrichtung aus der EP2652275 bekannt, bei der ein Aluminiumköper vorgesehen ist, der über keramische PTC-Heizelemente elektrisch erwärmt wird. Der Aluminiumkörper weist eine verzweigte Form auf, und zum Korrosionsschutz ist die Heizeinrichtung mit einer Kunststoffschicht ummantelt. Diese zu einem Tankeinbaumodul bzw. Fördermodul gehörende Baugruppe ist oberhalb eines Filterelements des Tankeinbaumoduls angeordnet. Im Falle der Verwendung des zugeordneten Tanks als Behältnis für ein Reduktionsmittel zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden einer Brennkraftmaschine speziell in der Form einer wässrigen Harnstofflösung („AdBlue“) liegt bei tiefen Außentemperaturen unterhalb von -11 Grad Celsius die Situation vor, daß die wässrige Harnstofflösung einfrieren kann. In diesem Fall erwärmt die Heizeinrichtung das angrenzende gefrorene AdBlue und taut dieses auf, so dass ein Herauspumpen der Flüssigkeit wieder möglich ist bzw. möglich bleibt.
Aus der nachveröffentlichten DE 10 2018 203 204 ist es bereits bekannt, ein Tankeinbaumodul mit einer Heizeinrichtung zu versehen, welche beispielsweise Glühstiftkerzen als wärmeliefernde Elemente aufweist.
Aus der DE 10 2013 217 927 ist es bekannt, neben einer in einem Vorratstank für ein Reduktionsmittel zur Abgasnachbehandlung eingebauten, eine Heizung aufweisenden Tankeinbaueinheit eine Zusatzheizung im Bereich des Vorratstanks vorzusehen. Diese Zusatzheizung besteht aus einer im Tankinnern angeordneten Drahtheizung. Diese ist über eine Zwischenplattform der Tankeinbaueinheit elektrisch kontaktiert.
Aus der DE 20 2006 010 615 ist es bekannt, einen Vorratstank für eine in einem Kraftfahrzeug beispielsweise zur Abgasnachbehandlung benötigte Flüssigkeit mit dem Kühlwasser der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs zu beheizen.
Die DE 10 2008 011 464 offenbart eine Integration einer Heizschicht in die Wandung eines Vorratstanks für ein Reduktionsmittel zur Abgasnachbehandlung.
Aus der DE 10 2008 015 599 ist es bekannt, eine Heizung in Form einer Mikrowellen-Strahlungsquelle außerhalb eines Flüssigkeitstanks anzuordnen, um die Flüssigkeit im Tank mittels elektromagnetischer Strahlung zu beheizen.
Aus der DE 10 2015 214 401 ist eine Tankvorrichtung eines Kraftfahrzeugs für ein Reduktionsmittel zur Nachbehandlung des Abgases des Kraftfahrzeugs bekannt, mit einem Vorratsbehälter für das Reduktionsmittel und mit einer Tankeinbaueinheit umfassend mindestens eine Förderpumpe zum Herausfördern des Reduktionsmittels aus dem Vorratsbehälter zu einer Einbringstelle in einen Abgastrakt des Kraftfahrzeugs, wobei die Tankeinbaueinheit eine benachbart zur Förderpumpe angeordnete Heizeinrichtung aufweist, wobei mindestens eine Zusatzheizung vorgesehen ist, welche in einer Wand des Vorratsbehälters integriert ist.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Tankvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil eines einfachen Aufbaus und einer einfachen Austauschbarkeit eines Heizelements, das im Übrigen auch bei großen bzw. ausgedehnten Tank-Geometrien vom Tankeinbaumodul weit entfernte Bereiche schnell auftaut.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Tankvorrichtung möglich.
Besonders vorteilhaft ist hierbei der Einsatz einer Glühstiftkerze bzw. eines Heizkörpers einer beispielsweise kommerziell erhältlichen Glühstiftkerze. Ein solches Heizelement hat eine höhere Heizleistung bzw. eine höhere Energiedichte als keramische PTC-Heizelemente und gewährt daher eine schnelle Aufheizung insbesondere großer Tanks.
Besonderes vorteilhaft ist ferner die Ausbildung einer Kunststoffummantelung der Zusatzheizeinrichtung als Bestandteil der Wandung des Flüssigkeitstanks, so daß kein Verschweissen bzw. keine Schweißnähte erforderlich sind und somit keine Gefahr von Undichtheiten besteht.
Besonders vorteilhaft ist ferner eine von außerhalb des Vorratsbehälters austauschbare Anordnung des Heizelements zu Zwecken einer Instandsetzung oder Überholung.
Weitere Vorteile ergeben sich durch die in den weiteren abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung genannten Merkmale.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen

1 eine Tankvorrichtung,
2 eine erfindungsgemäße Tankvorrichtung,
3 eine Zusatzheizeinrichtung,
4 a) und b) die Herstellung einer Zusatzheizeinrichtung,
5 eine weitere Zusatzheizeinrichtung,
6 eine weitere Zusatzheizeinrichtung und
7 eine weitere Zusatzheizeinrichtung.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Tankvorrichtung 50 mit einem Flüssigkeitstank bzw. Vorratsbehälter 1 in Querschnittsseitenansicht, in dem sich eine gefrorene wässrige Harnstofflösung 2 befindet.
Im Bodenbereich 40 des Tanks ist ein Fördermodul bzw. Tankeinbaumodul 13 angeordnet, über das eine sich im Tank befindliche Flüssigkeit abgepumpt und ihrem Bestimmungszweck, beispielsweise einer Nachbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, zugeführt werden kann. Das Herausführen einer flüssigen Phase der wässrigen Harnstofflösung aus dem Tank erfolgt durch den Modulboden 15 des Tankeinbaumoduls hindurch in nicht näher dargestellter Weise über eine hierfür vorgesehene Leitungsdurchführung durch den Modulboden nach unten. Das Tankeinbaumodul 13 weist zum Herausführen der flüssigen Phase eine Förderpumpe 9 auf, welche über eine Filtereinrichtung 14 die Flüssigkeit ansaugt und durch den Modulboden hindurch nach außen abgibt. Bevor die Flüssigkeit die Filtereinrichtung 14 passieren kann, durchströmt sie ein wärmeleitendes Bauteil 8, hier in Form eines Metallsiebs. Das Metallsieb leitet von einer oberhalb der Filtereinrichtung angeordneten Heizeinrichtung 16 erzeugbare Wärme gut an die Filtereinrichtung weiter.
Die Heizeinrichtung 16 weist einen Heizkörper 3 in Form eines Kegelheizers auf. Der Heizkörper besitzt also die Form eines auf den Kopf gestellten Gefäßes für eine Flüssigkeit, das eine konische Form aufweist, wobei der Heizkörper auf Höhe des Gefäßbodens, der im Tank oben, also dem Flüssigkeitsspiegel 18 zugewandt, angeordnet ist, eine größere Querschnittsfläche aufweist als im unteren, offenen Bereich, der vom Flüssigkeitsspiegel 18 abgewandt angeordnet ist. Der Heizkörper besitzt Einlassbohrungen 5 in der Seitenwand bzw. der lateralen Wand 19, die den vom Kegelheizer umgebenen Teilbereich 17 des Flüssigkeitsvolumens im Tank mit dem restlichen Bereich des Flüssigkeitsvolumens fluidtechnisch verbinden. Der Heizkörper ist aus einem gut wärmeleitendem Material gefertigt und wird mittels elektrischer Heizelemente 6 der Heizeinrichtung 16 beheizt. Die Heizelemente 6 können als PTC-Elemente oder, wie dargestellt, als im unteren Bereich angeordnete Glühstiftkerzen 6 ausgebildet sein. Die elektrische Kontaktierung der Glühstiftkerzen kann jeweils über Anschlußkabel 7 für den Pluskontakt und über das elektrisch leitend mit dem Heizkörper 3 verbundene Metallsieb 8 für den Minuskontakt 10 erfolgen. Kabel 7 und Minuskontakt 10 sind lediglich schematisch dargestellt und werden in nicht näher dargestellter Weise über den Modulboden 15 zum Anschluß einer Stromversorgung bzw. einer Ansteuerung oder Regeleinheit nach außen geführt.
In 1 ist eine Situation gezeigt, in der die gesamte Flüssigkeit 2 innerhalb des Tanks 1 gefroren ist. In dieser Situation kann das Fördermodul 13 keine Flüssigkeit aus dem Tank herausfördern. Eine Teilmenge an wässriger Harnstofflösung ist innerhalb des Kegelheizers 3 gefroren. Auf mittlerer Höhe des Kegelheizers ist dieser Teilbereich 17 des Flüssigkeitsvolumens nur über die Einlassbohrungen 5 des Kegelheizers mit der Hauptmenge des AdBlue 2 im Tank fluidtechnisch verbunden, wobei die wässrige Harnstofflösung in den Einlassbohrungen Eisbrücken bildet. Im oberen Bereich des Kegelheizers liegt in der illustrierten Situation ein Lufteinschluss 4 vor. Wird nun die Heizeinrichtung 16 eingeschaltet, so wird die gefrorene Flüssigkeit erwärmt und schließlich aufgetaut.
2 zeigt eine Tankvorrichtung 50 mit einem Tankeinbaumodul 13, wobei die Tankvorrichtung im Unterschied zur Anordnung nach 1 zusätzlich eine Heizeinrichtung bzw. Zusatzheizeinrichtung 70 aufweist. Die Zusatzheizeinrichtung 70 sitzt unabhängig vom Tankeinbaumodul an einer anderen Stelle im Tank und kann unabhängig von der Heizeinrichtung des Tankeinbaumoduls betrieben werden. Die Zusatzheizeinrichtung 70 weist einen metallischen Grundkörper 72 auf, der einen Hohlraum bzw. Innenraum 73 aufweist, in dem ein Heizelement 74 eingeführt ist, das durch den Grundkörper getragen wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Heizelement als elektrisch betreibbare Glühstiftkerze ausgeführt. Der Grundkörper ist auf seiner Außenseite von einer Kunststoffschicht bzw. einer Kunststoffummantelung 76 als Korrosionsschutz umgeben, wobei die Kunststoffummantelung flüssigkeitsdicht das Innere des Vorratsbehälters 1 von einem Raumbereich 71 trennt, der mit dem Grundkörper 72 und dem Heizelement 74 befüllt ist. Die Stromversorgung wird über elektrische Anschlussleitungen 78 sichergestellt. Der Pluskontakt ist hierbei direkt mit dem Anschluss der Glühstiftkerze verbunden und der Minuskontakt entweder mit dem Grundkörper (wie abgebildet) oder dem Gehäuse der Glühstiftkerze oder dem Glührohr der Glühstiftkerze.
Die Glühstiftkerze dient als Wärmequelle und heizt den Grundkörper auf. Dieser wiederum gibt die Wärmeenergie über die vorzugsweise aus Kunststoff ausgeführte Ummantelung an die wässrige Harnstofflösung im Inneren des Tanks ab.
3 zeigt eine Zusatzheizeinrichtung, bei der die Kunststoffummantelung 76 einen Befestigungsbereich 80 aufweist. Im Befestigungsbereich findet bei der Herstellung der Tankvorrichtung eine Laserverschweißung 82 mit der Tankwand bzw. vorzugsweise dem Boden 40 des Flüssigkeitstanks statt. Nach einer solchen Verschweissung mit der Kunststoffwand des Flüssigkeitstanks bzw. Vorratsbehälters ragt die Kunststoffummantelung in das Innere des Vorratstanks, und die Glühstiftkerze 74 ist von außerhalb des Vorratstanks elektrisch kontaktierbar.
4 zeigt eine Zusatzheizeinrichtung, bei der die Kunststoffummantelung 760 als Teil einer Tankwand bzw. des Bodens des Flüssigkeitstanks ausgebildet ist, ein Schweißvorgang wie bei der Anordnung gemäß 3 ist daher nicht erforderlich. Anders ausgedrückt, der Flüssigkeitstank bzw. seine Tankwand bzw. sein Boden 40 ist von vornherein mit einer von außerhalb des Tanks zugänglichen Kavität ausgebildet, die einen Teil des Innenraums des Tanks für sich beansprucht. In diese Kavität wird gemäß 4a) in Fügerichtung 84 der metallische Grundkörper 72 eingefügt, entweder separat oder bereits zusammen mit einem eingebauten Heizelement als Baugruppe, so daß die Anordnung gemäß 4b) resultiert.
Die 5 bis 7 zeigen verschiedene Arten der Befestigung einer Glühstiftkerze bzw. eines Heizers einer Glühstiftkerze, unabhängig davon, ob die Kunststoffummantelung der Zusatzheizeinrichtung integraler Bestandteil einer Tankwand ist oder ob diese im Bereich einer hierfür vorgesehenen Ausnehmung in der Tankwand flüssigkeitsdicht mit der Tankwand verschweißt wird.
5 offenbart eine Verbindung der Glühstiftkerze 74 mit dem Grundkörper 72 durch Verschraubung unter Verwendung des Gehäusegewindes 75 der Glühstiftkerze.
6 offenbart eine Verbindung der Glühstiftkerze 74 mit dem Grundkörper 72 unter Einsatz einer Klammereinrichtung 86.
7 offenbart die Verwendung nur eines Heizers 88 einer Glühstiftkerze, d.h. eines Bauteils ohne das sonst bei einer Glühstiftkerze kommerziell eingesetzte Gehäuse, wobei eine starre Befestigung dieses Heizers 88 durch ein Einpressen in den Grundkörper 72 erfolgt. Elektrisch kontaktiert wird der Heizer einerseits über seinen Anschlussbolzen 90 und andererseits über den mit dem Heizer in elektrischer Verbindung stehenden Grundkörper 72.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2652275 [0002]
DE 102018203204 [0003]
DE 102013217927 [0004]
DE 202006010615 [0005]
DE 102008011464 [0006]
DE 102008015599 [0007]
DE 102015214401 [0008]

Claims

Tankvorrichtung (50) eines Kraftfahrzeugs für ein Reduktionsmittel zur Nachbehandlung des Abgases des Kraftfahrzeugs, mit einem Vorratsbehälter (1) für das Reduktionsmittel und mit einem Tankeinbaumodul (13) umfassend mindestens eine Förderpumpe (9) zum Herausfördern des Reduktionsmittels aus dem Vorratsbehälter (1) zu einer Einbringstelle in einen Abgastrakt des Kraftfahrzeugs, wobei das Tankeinbaumodul (13) eine benachbart zur Förderpumpe (9) angeordnete Heizeinrichtung (16) aufweist, wobei mindestens eine Zusatzheizeinrichtung (70) vorgesehen ist, wobei die Zusatzheizeinrichtung in einer Wand (40) des Vorratsbehälters (1) eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzheizeinrichtung (70) eine Ummantelung (76) aufweist, welche in das Innere des Vorratsbehälters (1) ragt und welche einen zumindest teilweise von außerhalb des Vorratsbehälters (1) zugänglichen Raumbereich (71) umgibt, in welchem ein Heizelement (74) angeordnet ist.
Tankvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement von außerhalb des Vorratsbehälters austauschbar angeordnet ist.
Tankvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (76) durch die Wand (40) des Vorratsbehälters gebildet ist.
Tankvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Befestigungsbereich (80) der Ummantelung (76) mit der Wand (40) flüssigkeitsdicht verschweißt (82) ist.
Tankvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ummantelung (76) und dem Heizelement (74) ein gut wärmeleitender Grundkörper (72) angeordnet ist.
Tankvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (72) metallisch ist.
Tankvorrichtung nach Anpruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (72) einen Innenraum 73 umgibt, in welchem das Heizelement (74) angeordnet ist, so daß sich vom Heizelement (74) erzeugte Wärme über den Grundkörper (72) flächig auf die Ummantelung (76) verteilen kann.
Tankvorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (74) mit dem Grundkörper (72) verschraubt (75) ist.
Tankvorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (74) mit dem Grundkörper (72) über eine Klammereinrichtung (86) verbunden ist.
Tankvorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (74) mit dem Grundkörper (72) verpresst ist.
Tankvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Tankboden (40) ist.
Tankvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand eine Seitenwand des Vorratsbehälters ist.
Tankvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand die Oberseite des Vorratsbehälters ist.
Tankvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement ein PTC-Heizelement ist.
Tankvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement eine Glühstiftkerze (74) oder ein Heizer (88) einer Glühstiftkerze ist.
Tankvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement von außerhalb des Vorratsbehälters elektrisch kontaktierbar (78) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Tankvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ummantelung (76) für die Zusatzheizeinrichtung (70) bereitgestellt wird und daß in einem weiteren Schritt ein Grundkörper (72) in die Ummantelung (76) eingeführt wird.