CN107002537A - 用于提供液态添加剂的装置 - Google Patents

Abstract

用于提供液态添加剂的装置（1），具有至少一个金属插入件（2），所述金属插入件至少部分地利用由聚乙烯（PE）制成的塑料涂层（4）涂覆，其中在所述塑料涂层（4）处，注塑至少一个由高密度聚乙烯（HD‑PE）或聚丙烯（PP）制成的塑料结构（5）。

Description

用于提供液态添加剂的装置

本发明涉及一种用于提供液态添加剂的装置，所述装置特别适合于提供下述液态添加剂：该液态添加剂用于废气处理装置的废气清洁。

废气处理装置在机动车中通常用于还原在内燃机的废气中的氮氧化合物，在所述废气处理装置中使用用于废气清洁的液态添加剂。在这种废气处理装置中，执行选择性催化还原方法（SCR-法， SCR=Selective Catalytic Reduction）。在SCR法中，内燃机废气中的氮氧化合物借助氨还原。一般在机动车中不直接储存氨，而是以液态添加剂为形式进行储存，所述添加剂在废气外部（在为此设置的、位于废气处理装置外部的反应器中）或在废气内部（在废气处理装置内部）转化为氨。

特别通常地，尿素-水-溶液被用作用于废气清洁的液态添加剂。例如尿素含量为32.5%的、商品名称为AdBlue®的尿素-水-溶液是能够取得的。

在提供这样的液态添加剂时，存在的问题是：该液态添加剂在较低温度时可能冻结。所说明的尿素含量为32.5%的尿素-水-溶液例如在-11℃时冻结。此外，存在的问题是：即使在冷的温度时，液态添加剂通常也必须可供废气处理装置使用，以保证对内燃机废气进行充分清洁。已知的是，为此目的在用于储存液态添加剂的罐内和/或在罐上设置加热装置。此外，存在的问题是：这样的液态添加剂具有腐蚀性,并且不是任何罐以及不是任何输送单元均适合用于输送和提供这样的液态添加剂。

本发明的任务在于，解决或至少缓解所说明的技术问题。尤其是应当说明一种特别有利的、用于提供用于所述废气清洁的液态添加剂的装置，所述装置实现了对液态添加剂的有效加热，并且所述装置对液态添加剂特别具有抵抗力。

该任务利用根据权利要求1的特征的装置予以解决。在从属权利要求中说明了所述装置的其他有利的构造方案。要指出的是：在从属权利要求中单个说明的特征能够以任意的、在技术上有意义的方式相互组合并且指明了本发明的其他构造方案。特别是与附图相关联的描述对本发明进行了进一步的阐明并且说明了本发明的附加的实施例。

应对于提供液态添加剂的装置进行说明，所述装置具有至少一个金属插入件，所述金属插入件至少部分地利用由聚乙烯（PE）制成的塑料涂层涂覆，其中在所述塑料涂层上，注塑至少一个由高密度聚乙烯（HD-PE）或聚丙烯（PP）制成的塑料结构。

所述金属插入件优选是用于罐的金属插入件，所述罐用于液态添加剂。然而所述金属插入件也能够是用于提供液态添加剂的装置的任何其他部分。

由于金属通常具有相对高的导热能力，因此金属插入件或壳体被特别有利地提出，该金属插入件或壳体用于用来提供液态添加剂的装置。更上面已阐明过，在用于液态添加剂的罐处的加热装置以及在用于提供液态添加剂的装置中的加热装置是特别重要的。由金属制成的插入件实现了热量的有效的分配，所述热量由加热装置产生。与此相对，塑料对于液态添加剂特别稳定。因此塑料特别适合于用于液态添加剂的罐。此外，通常能够特别便宜并且简单地制造塑料结构，特别是在需要非常复杂的罐几何形状来使罐适配于在机动车中可用的构造空间时。例如能够借助注塑法制造由塑料制成的罐。

然而，就用于提供液态添加剂的装置而言，金属和塑料的持久并且流体密封的连接一直存在问题。在实验的范畴中证实的是，尤其是由于金属和塑料不同的热膨胀系数，通常仅仅能够将由金属制成的、相对小的构件流体密封地放置进由塑料制成的罐壁中。情况似乎就是这样，因为出现的、绝对的热膨胀在这种情况下不是那么大。然而，这种连接的液体密封性应至少在理论上与尺寸无关。由塑料制成的罐壁通常在某一时刻会由金属制成的较大的构件处脱离。这尤其是由于罐壁和构件的、规律性重复的加热过程和冷却过程。这样的重复的加热产生了在金属和塑料之间的空气间隙，所述空气间隙对于在金属和塑料之间的接触部的导热能力有重要影响。0.4至0.5W/mK[瓦每米开尔文]的导热能力能够减少到少于0.025W/mK。导热能力如此下降进一步扩大了金属和塑料的热膨胀的差，从而进一步增加了在金属和塑料之间的连接的破裂。

通过在此所描述的构思，即利用由聚乙烯（PE）制成的塑料涂层涂覆金属插入件并且之后将塑料结构注塑到该塑料涂层处，解决了这个问题。这种技术在用于提供液态添加剂的装置中实现了塑料和金属的持久连接，所述装置即使长期承受塑料和金属的热膨胀的较大偏差，也不会在塑料和金属之间形成空气间隙。

例如能够使用DuPontTMAbcite®作为聚乙烯。Abcite®是热塑性的涂层粉末，所述涂层粉末保证了用于金属的、非常良好的抗腐蚀保护以及UV-保护。Abcite®此外具有高的抗冲击性，并且能够在宽的范围内变形。尤其是即使在低温时，Abcite也还具有高的抗冲击性。例如在23℃时，Abcite具有760kJ/m²（千焦每平方米）的抗冲击性，并且即使在-40℃时也仍然具有640kJ/m2的抗冲击性。此外，在-100℃至约80℃的大温度范围内，Abcite®的正面特性可供使用。

此外，Abcite®具有高的拉伸强度以及相对低的热膨胀。

特别优选地，将由聚乙烯制成的塑料涂层极化。塑料涂层的极化例如能够借此来实现：在制造期间将塑料涂层暴露给电场。

所述塑料结构能够由高密度聚乙烯（HD-PE）或由聚丙烯（PP）制成。然而，HD-PE是用于塑料结构的优选材料。

高密度聚乙烯（HD-PE，HD-PE=high density polyethylen）具有特别高的强度。其突出之处在于弱分叉的聚合物链，并且因此具有高密度。HD-PE中的聚合物链的取向相对一致。因此HDD-PE在较高质量成分上是晶体。HD-PE的屈服强度通常超过20N/mm²（牛每平方毫米）。在所述屈服强度处的应变是大约12%。密度通常大于0.94g/cm³（克每立方厘米）。弹性模量在室温时超过800N/mm²。特别是在通常出现在用于液态添加剂（该液态添加剂用于废气清洁）的罐中的温度时，PE-HD相对于氧化剂的化学稳定性高。

聚丙烯（PP）也是一种塑料材料。已经证实，当其被用于利用注塑法制造的结构时，其具有类似于HD-PE的特性，所述结构放置在由极化的聚乙烯（PE）制成的塑料涂层上。

聚乙烯的特征尤其在于：其不同于塑料结构的高密度聚乙烯。尤其是，聚乙烯与塑料结构的高密度聚乙烯相比具有较低的强度、低密度、较低的弹性模量以及提高的柔性。

通过由（极化的）聚乙烯或Abcite®制成的涂层，制造出了在所述至少一个插入件的金属材料和塑料结构的塑料之间的柔性过渡层。尤其是，所述涂层能够传递在金属插入件和塑料结构之间的相对大的力，并且同时构成中间层，所述中间层在塑料材料的热膨胀和金属材料的热膨胀之间进行协调。这样，保证了金属插入件和塑料结构的持久的连接。

不仅由（极化的）聚乙烯或Abcite®制成的涂层而且由高密度聚合物制成的塑料结构相对于用于废气清洁的液态添加剂而言是稳定的，并且尤其是对于尿素-水-溶液而言是稳定的。

所述塑料结构利用注塑法注塑到塑料涂层上。这尤其意味着，所述塑料涂层被注塑包覆。所述塑料涂层能够完全地、部分地或者甚至仅仅局部地被注塑包覆。

此外，当所述至少一个金属插入件是用于输送单元（所述输送单元用于液态添加剂）的壳体，并且所述塑料结构构成罐壁的至少一个部段时，所述装置是有利的。

因为在输送单元处也能够布置用于加热所述液态添加剂的加热装置，并且来自于这个加热装置的热量由壳体有效地向外部传导，因此具有金属壳体的、用于液态添加剂的输送单元是特别有利的。尤其是当具有输送单元的壳体被集成进用于液态添加剂的罐中时，这是特别有利的。于是来自于在输送单元中的加热装置的热量能够直接进入到罐的内部，并且由此直接进到所述液态添加剂中。

在将壳体作为金属插入件接合到罐壁中时，在金属插入件和罐壁之间经常出现特别大的连接面。这个特别大的连接面必须被密封。由于罐壁和插入件的热膨胀，通常重要的是：在此在金属和塑料之间建立特别牢固的连接，因为否则的话金属和塑料会由于热膨胀再次相互脱离。正如更上面已经说明的那样，这产生了在金属和塑料之间的空气间隙，并且使金属和塑料之间的导热能力显著下降。已经证实，通过由极化的乙烯制成的塑料涂层的所描述的应用，能够满足这些要求，并且也保证了在金属和塑料之间的足够牢固的连接，所述连接即使在非常大的密封面时（例如在壳体中）也是足够的。用于输送单元的壳体优选具有大于100mm、特别优选地在120和200mm之间的直径。

此外，当所述至少一个金属插入件是嵌入件，并且所述塑料结构构成用于输送单元的壳体（嵌入件被注塑进所述壳体中）时，所述装置是有利的。

将塑料制成的壳体用于对于液态添加剂的输送单元通常也是有利的，所述输送单元构成塑料结构。尤其是在应当提供较复杂的壳体几何形状时，对于壳体来说，塑料是优选材料。然而在由塑料制成的壳体中，通常问题是：没有保证足够的、由所述罐到壳体的或由所述壳体到罐的导热能力。出于这个原因有利的是，将金属插入件或金属嵌入件装入这个壳体中，所述金属插入件或金属嵌入件改善了穿过壳体的导热能力。这样的嵌入件同样是特别大面积的，并且因此需要在塑料和金属之间的特别牢固的连接，所述连接例如能够利用所说明的由聚乙烯制成的塑料涂层特别有效地进行提供。

此外，当所述至少一个金属插入件与加热元件导热地连接时，所述装置是有利的。

特别优选的是，加热元件与金属插入件处于直接的热接触中。这样，加热元件的热量能够特别有效地传导至金属插入件处。加热元件例如能够是PTC-加热元件（PTC=positive temperature coefficient）或者任意其他电阻加热元件。但是也可行的是，所述加热元件是用于一种加热液体的导管，或是任意其他电运行的加热器，或是电阻加热器。

此外，当所述至少一个金属插入件至少部分地延伸穿过由塑料结构构成的罐壁时，所述装置是有利的。

借助所说明的、在金属和塑料之间的连接甚至可行的是：将金属结构流体密封地结合到罐壁中，所述金属结构实现了由所述罐内部到外部的热桥。可行的：将塑料涂层仅仅部分地施加在金属插入件上，其中实际上也仅在具有塑料涂层的部段上实现与塑料结构或罐壁的连接，并且其他区域不具有由聚乙烯制成的塑料涂层。但是也可行的是:利用由聚乙烯制成的涂层完整地涂覆金属插入件或延伸穿过罐壁的金属结构。这样的完整的涂层一方面保护了金属插入件的材料，另一方面这样的涂层通常能够比仅仅部分的涂层简单得多地施加到金属插入件上。如此完整的涂层具有积极的副作用，即在金属结构和液态添加剂之间提供电隔离。

当所述至少一个金属插入件是钟形件时，所述装置也是有利的，所述钟形件至少区域性地包围由塑料结构构成的、用于输送单元的壳体，所述输送单元用于液态添加剂。

特别是就具有壳体的输送单元而言，这样的钟形件是有帮助的，所述钟形件被插入用于液态添加剂的罐的罐底中。在这样的输送单元中，通常仅输送单元的一个相对受限的、用于将热量由输送单元传递进在所述罐中的液态添加剂中的表面可供使用。通过在外部围绕输送单元布置的钟形件，能够显著地扩大该表面。此外，这样的钟形件在罐内额外要求的体积相对小。尤其是，钟形件能够特别简单地（连同输送单元一起）通过在所述罐中的开口进行装入。优选在所述钟形件与输送单元的壳体之间存在空隙，通过所述空隙，液态添加剂能够被输送单元抽吸。

这样的钟形件能够具有一种部段，所述部段延伸穿过所述壳体或穿过所述罐壁。在该部段上优选构造钟形件和壳体的连接部，其中就这个连接部而言，钟形件构成金属插入件并且壳体构成塑料结构。所提及的部段延伸穿过壳体的壁。为了构成所述连接部，将由聚乙烯制成的涂层施加到钟形件的所提及的部段上。

所述作为金属插入件的钟形件特别优选地与在输送单元的壳体内部的加热装置结合。所述钟形件于是构成非常大的金属面，通过所述金属面能够输出在所述罐内部的加热装置的热量。在一种实施方式变型方案中，能够封闭地实施钟形件，使得仅在下部区域中、在还原剂罐的底部附近设置空隙，当所述输送单元输送液态添加剂时，还原剂通过所述空隙被吸入进在钟形件和壳体之间的中间腔室中。在其他实施方式变型方案，钟形件也能够被开槽或打孔，使得该钟形件基本上仅用于在罐中进行热量分配，并且使得在由罐中提取液体时该钟形件对流动路径不具有直接影响。

此外，当所述塑料涂层具有50μm（微米）和500μm（微米）之间的层厚，或者甚至直至1500μm（微米）的层厚时，所述装置是有利的。

金属插入件的、整体上与罐壁连接的面越大，层厚优选越大。涂层越厚，则涂层能够越好地补偿在金属插入件和塑料结构之间的不同的热膨胀。已经证实，50μm至500μm的层厚一方面能够充分准确和简单地进行制造，并且另一方面充分补偿了在插入件的金属结构和塑料结构之间的不同热膨胀。

此外，当所述至少一个金属插入件由铝制成时，所述装置是有利的。

铝具有特别高的导热能力，并且所说明的由聚乙烯制成的塑料涂层特别良好地附着在铝上。所述涂层的极化更进一步提高了在铝和涂层之间的连接的耐久性。

在此，也应当说明一种机动车，所述机动车具有内燃机、废气处理装置，所述废气处理装置具有用于清洁内燃机废气的SCR-催化器并且具有所说明的用于为废气处理装置提供液态添加剂的装置。

下面根据附图对本发明以及技术环境进行进一步说明。附图示出了本发明的特别优选的实施例，然而本发明并不局限于所述实施例上。尤其是应当指出，附图并且尤其是在附图中示出的尺寸关系仅仅是示意性的。附图示出：

图1：所说明的装置的第一实施方式变型方案；

图2：所说明的装置的第二实施方式变型方案；

图3：所说明的装置的第三实施方式变型方案；和

图4：具有所说明的装置的机动车。

在此，首先对图1、2、3的相同特征共同进行说明。图1、2、3分别示出了用于提供液态添加剂的装置1，该装置具有罐3，在该罐中储存有液态添加剂，所述罐具有由塑料制成的罐壁8。

图1中，由塑料制成的罐壁8构成了塑料结构5。将金属插入件2插入在罐底20中的开口中、插入这个塑料结构5中，所述金属插入件构成了用于容纳输送单元7的壳体6。所述壳体6具有塑料涂层4，所述壳体即是金属插入件，所述罐壁8作为塑料结构5被注塑在所述塑料涂层上。在壳体6中的输送单元7具有泵21，利用所述泵在抽吸位置19处由所述罐3中抽取液态添加剂，并且能够在一种提供连接端22处提供液态添加剂。加热元件10位于壳体6中，利用所述加热元件能够加热在罐3中的液体。

在图2中，输送单元7的壳体6由塑料制成，并且金属插入件2由钟形件11构成，所述钟形件围绕壳体6地延伸，其中钟形件11具有一种部段，所述部段具有塑料涂层4并且所述部段延伸穿过壳体6。壳体6根据图2所示也位于罐底20上。壳体6在此构成塑料结构5，所述塑料结构被注塑在金属插入件2上或被注塑到在金属插入件2上的塑料涂层4上。加热元件10与钟形件11直接接触，以通过钟形件11加热在罐3中的液体。在此，在壳体6中的输送单元7与图1相一致地进行构造。

图3示出了一种情况，在该情况中输送单元7的壳体6构成塑料结构5，嵌入件9作为金属插入件2放置进所述塑料结构中，其中所述金属插入件2或嵌入件9分别具有塑料涂层4，在该塑料涂层上注塑了作为塑料结构5的壳体6。壳体6根据图3也位于罐底。在此，在壳体6内部也设置有加热元件10，能够利用所述加热元件透过壳体6对罐3中的液体进行加热。壳体6中的输送单元7在此与图1相对应地进行构造。

图4示出了具有内燃机13和废气处理装置14的机动车12，所述废气处理装置具有用于清洁内燃机13的废气的SCR-催化器15。所述废气处理装置14由喷射器16提供用于执行SCR-法的、进入SCR-催化器15的液态添加剂，其中又通过导管17由具有罐3的装置1中为所述喷射器16提供液态添加剂。为此，所述装置1也具有壳体6和输送单元7，所述壳体和输送单元被插入到装置1的罐3中。

Claims (9)

1.用于提供液态添加剂的装置（1），具有至少一个金属插入件（2），所述金属插入件至少部分地利用由聚乙烯（PE）制成的塑料涂层（4）涂覆，其中在所述塑料涂层（4）上，注塑至少一个由高密度聚乙烯（HD-PE）或聚丙烯（PP）制成的塑料结构（5）。

2.根据权利要求1所述的装置（1），其中所述至少一个金属插入件（2）是用于输送单元（7）的壳体（6），所述输送单元用于液态添加剂，并且所述塑料结构构成罐壁（8）的至少一个部段。

3.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其中所述至少一个金属插入件（2）是嵌入件（9），并且所述塑料结构构成用于输送单元（7）的壳体（6），所述嵌入件（9）被注塑进所述壳体中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其中所述至少一个金属插入件（2）与加热元件（10）导热地连接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其中所述至少一个金属插入件（2）至少部分地延伸穿过由塑料结构（5）构成的罐壁（8）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其中所述至少一个金属插入件（2）是钟形件（11），所述钟形件至少区域性地包围由塑料结构（5）构成的、用于输送单元（7）的壳体（6），所述输送单元用于液态添加剂。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其中所述塑料涂层（4）具有在50μm（微米）和500μm（微米）之间的层厚（18）。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其中所述至少一个金属插入件（2）由铝制成。

9.机动车（12），具有内燃机（13）、废气处理装置（14），所述废气处理装置具有用于清洁所述内燃机（13）的废气的SCR-催化器（15）并且具有根据前述权利要求中任一项所述的、用于为所述废气处理装置（14）提供液态添加剂的装置（1）。