DE10059549A1

DE10059549A1 - Behälter zur Bevorratung von gefriergefährdeten Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE10059549A1
Application number: DE2000159549
Authority: DE
Inventors: Holger Knetsch; Michael Raschke; Andreas Uebelacker; Josef Kreutmair
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: DE10059549B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Behälter (10) zur Bevorratung von gefriergefährdeten Flüssigkeiten, insbesondere zur Bevorratung von Harnstoffwasserlösungen für mit Einrichtungen zur selektiven katalytischen Reduktion ausgerüstete Kraftfahrzeuge. Die Erfindung sieht vor, dass zur Bereitstellung eines Ausgleichsvolumens für den Fall eines durch Gefrieren der Flüssigkeit erhöhten Volumenbedarfs zumindest ein Teil der Behälterwand (12) zum Zulassen von volumenvergrößernden Ausgleichsbewegungen ausgebildet ist, und/oder zumindest ein Teil der Innenfläche der Behälterwand (12) mit einem elastisch und/oder plastisch komprimierbaren Belag (16, 18) versehen ist, und/oder innerhalb des Behälters im Bereich des Behälterbodens wenigstens ein elastisch und/oder plastisch komprimierbarer Körper angeordnet ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Behälter zur Bevorratung von gefriergefährdeten Flüs sigkeiten, insbesondere zur Bevorratung von Harnstoffwasserlösungen für mit Einrichtun gen zur selektiven katalytischen Reduktion ausgerüstete Kraftfahrzeuge, gemäß der Gattung von Patentanspruch 1.

Zur Reduktion der im Abgas von mit Luftüberschuss betriebenen Brennkraftmaschinen wie beispielsweise Diesel- oder Magermotoren werden vorzugsweise geregelte Kataly satoren eingesetzt, welche auf dem Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) basieren. Beim SCR-Verfahren wird zur katalytischen Umsetzung als Reduktions mittel wässrige Harnstofflösung im Kraftfahrzeug in einem Behälter mitgeführt. Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass bei niedrigen Temperaturen die Gefahr des Gefrierens besteht, so dass der Behälter bersten kann.

Zur Lösung dieses Problems wird gemäß der DE 44 32 577 A1 vorgeschlagen, die in Leitungen befindliche Harnstoffwasserlösung mittels Druckluft in einen Vorratsbehälter zurückzuspülen, bis dieser soweit befüllt ist, dass noch ein mit Luft gefülltes Restvolumen verbleibt, um bei Ausdehnung der Harnstoffwasserlösung im Gefrierfall im oberen Behäl terteil ein kompressibles Ausgleichsvolumen zur Verfügung zu haben. Nachteilig bei die ser Vorgehensweise ist jedoch, dass die gefrorene Flüssigkeit Tendenz hat, sich nach allen Seiten gleichermaßen auszudehnen und beim Stand der Technik lediglich in einer Richtung, nach oben hin, ein Ausgleich möglich ist. Unter ungünstigen Verhältnissen, bei spielsweise bei hoher Oberflächenrauhigkeit der Behälterwand oder bei hinterschnittenen Behälterquerschnitten kann jedoch die sich ähnlich wie ein Festkörper verhaltende, ge frierende Flüssigkeit an einer schnellen und freien Bewegung nach oben gehindert sein, so dass weiterhin Gefahr besteht, dass der Behälter berstet.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Behälter der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welcher gegen Schäden durch Gefrieren der von ihm aufgenommenen Flüssigkeit zuverlässig geschützt ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale von An spruch 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Gemäß einer ersten Alternative lässt die Behälterwand volumenvergrößernde Aus gleichsbewegungen zu. Dies kann beispielsweise durch gegeneinander verschiebliche Behälterwandteile oder durch eine elastisch und/oder plastisch verformbare Ausbildung der Behälterwand realisiert werden. Der Vorteil dieser Maßnahmen ist darin zu sehen, dass die Vergrößerungsfähigkeit des Behältervolumens durch die Behälterwand selbst realisiert wird und somit keine zusätzlichen Bauelemente erforderlich sind.

Alternativ kann wenigstens ein Teil der Innenfläche der Behälterwand mit einem elastisch und/oder plastisch komprimierbaren Belag versehen sein, der das Ausgleichsvolumen bildet und im Behälter bodennah angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass der Belag auch bei niedrigem Pegelstand stets in die Flüssigkeit eingetaucht und somit auch stän dig wirksam ist.

Als weitere Alternative zur Bereitstellung des Ausgleichsvolumens kann innerhalb des Behälters wenigstens ein im Bereich des Behälterbodens angeordneter elastisch und/oder plastisch verformbarer Körper vorgesehen sein. In einem solchen Fall braucht der Behälter selbst nicht modifiziert werden. Schließlich können auch zwei oder drei der genannten Alternativen miteinander kombiniert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbil dungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.

Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Maßnahme ist die Behälterwand elastisch verformbar und weist nach Art einer Ziehharmonika wenigstens eine umlaufen de Falte auf.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Behälterwand an wenigs tens einer Stirnseite des Behälters wenigstens eine umlaufende, verformfähige Falte auf weisen. Diese umlaufende Falte kann beispielsweise nach Art einer Sicke gestaltet sein und im Belastungsfall des Behälters aufgrund ihrer Verformbarkeit eine volumenvergrö ßernde Auswölbung zumindest eines Bereiches der Stirnseite des Behälters gestatten.

Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Behälterwand aus mehreren Schichten besteht, von welchen eine äußere Schicht im wesentlichen starr, eine mittlere Schicht dauerhaft elastisch ausgebildet ist und wenigstens ein dem aufgrund einer Ver drängung durch die gefrorene Flüssigkeit benötigten Ausgleichsvolumen entsprechendes Volumen aufweist, und eine innere Schicht ähnlich einer dehnbaren Haut dauerhaft elas tisch ausgebildet und resistent gegenüber der Flüssigkeit ist. Wenn sich nun das Volu men der Flüssigkeit in gefrorenem Zustand vergrößert, so dehnt sich die elastische In nenschicht aus und die mittlere Schicht wird komprimiert, während die starre äußere Schicht ihre Gestalt nicht verändert. Die Dicke und Kompressibilität der mittleren Schicht sind dabei so auszulegen, dass für die Ausdehnung der gefrorenen Flüssigkeit ein aus reichendes Ausgleichsvolumen zu Verfügung gestellt wird.

Gemäß einer zu bevorzugenden Maßnahme beinhaltet der elastisch und/oder plastisch komprimierbare Körper wenigstens eine mit einem komprimierbaren Gas gefüllte, im Be reich des Behälterbodens gehaltene, elastisch und/oder plastisch verformbare Blase, mit wenigstens einem dem aufgrund einer Verdrängung durch die gefrorene Flüssigkeit be nötigten Ausgleichsvolumen entsprechenden Volumen. Eine bodennahe Anordnung der Blase kann beispielsweise durch Befestigung eines Blasenabschnitts am Behälterboden realisiert werden.

Alternativ oder zusätzlich können eine Vielzahl von im Bereich des Behälterbodens ver teilt angeordneten und elastisch und/oder plastisch komprimierbaren Kugeln vorgesehen sein, mit zusammen wenigstens einem dem aufgrund einer Verdrängung durch die ge frorene Flüssigkeit benötigten Ausgleichsvolumen entsprechenden Volumen. Aufgrund der verteilten Anordnung der Kugeln wird die Volumenvergrößerung der Flüssigkeit im Gefrierfall bezogen auf den horizontalen Querschnitt des Behälters besonders gleich mäßig aufgenommen, so dass lokale Spannungsspitzen in der Behälterwand vermieden werden.

Zeichnungen

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung zweier bevorzugter Ausführungsformen des Be hälters gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Behälters;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Behälters;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des Behälters;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform des Behälters.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in Fig. 1 dargestellte und mit 1 bezeichnete bevorzugte Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen Behälters dient zur Bevorratung von Harnstoffwasserlösung, die zur Eindosierung in eine Einrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion des Abgases ei nes Nutzfahrzeugs vorgesehen ist. Hierbei zeigt die obere Hälfte von Fig. 1 den Behäl ter 1 in einem Zustand, in welchem sich die Harnstoffwasserlösung noch flüssig ist, wäh rend die untere Hälfte den Zustand des Behälters 1 bei gefrorener Lösung darstellt.

Eine Behälterwand 2 des Behälters weist bezogen auf die Seitenflächen sich vorzugs weise in vertikaler Richtung erstreckende und umlaufende Falten 4 auf. Die Behälter wand 1 ist aus einem elastischen Material, vorzugsweise aus einem elastischen Kunst stoff gefertigt, so dass sich der Behälter 1 in horizontaler Richtung nach Art einer Zieh harmonika ausdehnen kann, wenn in seinem Inneren Überdruck durch gefrorene Harn stoffwasserlösung herrscht, wie durch die untere Hälfte von Fig. 1 veranschaulicht ist.

Des weiteren ist ebenfalls in Fig. 1 an Hand eines nur teilweise dargestellten Behälters 1 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Behälters gezeigt. Dabei weist die Behälterwand 2 an wenigstens einer Stirnseite 46 des Behälters 1 eine umlaufende Falte 45 in Form einer Sicke auf, welche im Belastungsfall des Behälters 1 aufgrund ihrer Verformbarkeit eine volumenvergrößernde Auswölbung zumindest eines Berei ches 47 der Stirnseite 46 (hier strichliert dargestellt) gestattet.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Behälters 10, bei welcher die Behälter wand 12 in Sandwich-Bauweise aufgebaut ist. Die Behälterwand 12 besteht aus vor zugsweise drei Schichten, von welchen eine äußere Schicht 14 im wesentlichen starr, eine mittlere Schicht 16 dauerhaft elastisch ausgebildet ist und wenigstens ein dem aufgrund einer Verdrängung durch die gefrorene Flüssigkeit benötigten Ausgleichsvolumen entsprechendes Volumen aufweist. Eine innere, gegenüber der mittleren Schicht dünne re Schicht 18 ist ähnlich einer dehnbaren Haut ebenfalls dauerhaft elastisch ausgebildet und resistent gegenüber Harnstoffwasserlösung und dessen Zerfallsprodukte. Die äuße re Schicht 14 nimmt die Kräfte auf, die von außen und innen gegen den Behälter 10 wir ken und besteht vorzugsweise aus einem gegen mechanische und chemische Einflüsse resistenten Kunststoff, die Elastizität der mittleren Schicht 16 wird vorzugsweise durch einen Schaumstoff oder einen schaumstoffähnlichen Stoff realisiert, die innere Schicht 18 besteht beispielsweise aus einer gegenüber Harnstoffwasserlösung und des sen Zerfallsprodukten resistenten Kunststoffhaut. Wenn sich nun das Volumen der Harnstoffwasserlösung in gefrorenem Zustand vergrößert, so dehnt sich die elastische Innenschicht 18 und das Schaumstoffmaterial der mittleren Schicht 16 wird komprimiert, während die starre äußere Schicht 14 ihre Gestalt nicht verändert, wie die untere Hälfte von Fig. 2 zeigt. Die Dicke und Kompressibilität der mittleren Schicht 16 sind dabei so auszulegen, dass für die Ausdehnung der gefrorenen Harnstoffwasserlösung ein ausrei chendes Ausgleichsvolumen zu Verfügung gestellt wird. Vorzugsweise ist die Behälter wand 12 in ihrer Gesamtheit dreischichtig ausgeführt, alternativ kann sie aber auch nur stellenweise aus drei Schichten bestehen, solange nur genügend Ausgleichsvolumen vorhanden ist.

Gemäß einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform kann zumindest ein Teil der Innenfläche der starren Behälterwand 12 mit einem einschichtigen oder aus mehr als zwei Schichten bestehenden elastischen Belag oder Körper versehen sein. Für den Fall, dass die Behälterwand 12 nur abschnittsweise oder an nur einer Stelle mit einem elasti schen Belag oder elastischen Körper versehen ist, so ist dieser Körper oder Belag vor zugsweise im Bereich des Behälterbodens oder nahe zu diesem anzubringen, um si cherzustellen, dass auch bei niedrigem Pegelstand das komprimierbare Ausgleichsvo lumen von der Harnstoffwasserlösung bedeckt ist oder in sie eintaucht.

Gemäß einer weiteren, in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform eines Behälters 20 wird das Ausgleichsvolumen durch eine mit einem komprimierbaren Gas gefüllte, im Bereich des Behälterbodens 22 gehaltene Blase 24 gebildet. Eine bodennahe Anordnung der Blase 24 kann beispielsweise dadurch erzielt werden, indem das Gewicht der Blase 24 einschließlich des von ihr umschlossenen komprimierbaren Gases größer ist als das Gewicht der von ihr verdrängten Harnstoffwasserlösung. Alternativ kann beispielsweise auch ein Abschnitt 26 der Außenfläche der Blase 24 am Behälterboden 22 befestigt sein. Die Blase 24 ist elastisch und/oder plastisch verformbar, so dass sie zusammen mit dem Gas bei Volumenvergrößerung der Harnstoffwasserlösung im Gefrierfall komp rimiert wird und somit ein Ausgleichsvolumen zur Verfügung stellt.

Gemäß einer weiteren, in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform eines Behälters 30 befindet sich im Bereich des Behälterbodens 32 ein Körper 34 aus einem elastisch und/oder plastisch verformbaren Material. Das Material ist dabei resistent gegenüber Harnstoff wasserlösung und dessen Zerfallsprodukten. Anstatt nur ein solcher Körper 34 können innerhalb des Behälters 40 auch eine Vielzahl von komprimierbaren Körpern, beispiels weise in Form von Kugeln 42 im Bereich des Behälterbodens 44 verteilt angeordnet sein (Fig. 5). Die Kugeln 42 bestehen beispielsweise aus einem Kunststoff, der ebenfalls re sistent gegenüber der Harnstoffwasserlösung und deren Zerfallsprodukten ist.

Bei jeder der vorgenannten Ausführungsformen ist der Behälter 1, 10, 20, 30, 40 vor zugsweise zur Aufnahme eines zur Eindosierung von Harnstoffwasserlösung in einen Abgasstrang des Nutzfahrzeugs vorgesehenen Harnstoffwasserlösung-Dosiermoduls ausgebildet, welcher aus Maßstabsgründen nicht dargestellt ist. Hierzu weist der Behäl ter 1, 10, 20, 30, 40 beispielsweise eine in einem eingezogenen Hals ausgebildete Öff nung auf, in welche der Harnstoffwasserlösung-Dosiermodul dichtend eingesetzt wird. Alle zum Anschluss des Harnstoffwasserlösung-Dosiermoduls nötigen Verbindungslei tungen und Kabel können in Vertiefungen, die in den Behälter eingearbeitet sind, verlegt werden. Durch in die Öffnung im Behälter 1, 10, 20, 30, 40 eingesetzte Adapterplatten können auch unterschiedliche Harnstoffwasserlösung-Dosiermodule montiert werden. Das Harnstoffwasserlösung-Dosiermodul umfasst beispielsweise eine Pumpe zum Pumpen der Harnstoffwasserlösung aus dem Behälter 1, 10, 20, 30, 40 in den Abgas strang, ein Steuergerät sowie ein Mischventil zum Zumischen von Luft. Das Harnstoff wasserlösung-Dosiermodul bildet zusammen mit dem Behälter ein Gesamtmodul, das als Baueinheit im Nutzfahrzeug montierbar ist. Das in den nach innen gezogenen Hals des Behälters 1, 10, 20, 30, 40 eingesetzte Dosiermodul kann mittels einer Abdeckung verdeckt werden, welche die Außenfläche des Behälters 1, 10, 20, 30, 40 fortführt und die einfach zu montieren bzw. zu demontieren ist.

Claims

1. Behälter (1; 10; 20; 30; 40) zur Bevorratung von gefriergefährdeten Flüssigkei ten, insbesondere zur Bevorratung von Harnstoffwasserlösungen für mit Ein richtungen zur selektiven katalytischen Reduktion ausgerüstete Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung eines Ausgleichsvolumens für den Fall eines durch Gefrieren der Flüssigkeit erhöhten Volumenbedarfs
zumindest ein Teil der Behälterwand (2; 12) zum Zulassen von volumen vergrößernden Ausgleichsbewegungen ausgebildet ist, und/oder zumindest ein Teil der Innenfläche der Behälterwand (12) mit einem elastisch und/ oder plastisch komprimierbaren Belag (16, 18) versehen ist, und/oder
innerhalb des Behälters (20; 30; 40) im Bereich des Behälterbodens (22; 32; 44) wenigstens ein elastisch und/oder plastisch komprimierbarer Kör per (24; 34; 42) angeordnet ist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterwand (2; 12) im Sinne einer Volumenvergrößerung zumindest teilweise elastisch und/oder plastisch verformbar ausgebildet ist.

3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterwand (2) nach Art einer Ziehharmonika wenigstens eine umlaufende Falte (4) aufweist, und/oder dass die Behälterwand (2) an wenigstens einer Stirnseite (46) des Behälters (1) wenigstens eine umlaufende, verformfähige Falte (45) aufweist.

4. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter wand (12) aus mehreren Schichten besteht, von welchen eine äußere Schicht (14) im wesentlichen starr, eine mittlere Schicht (16) dauerhaft elastisch ausgebildet ist und wenigstens ein dem aufgrund einer Verdrängung durch die gefrorene Flüssigkeit benötigten Ausgleichsvolumen entsprechendes Volumen aufweist, eine innere Schicht (18) ähnlich einer dehnbaren Haut dauerhaft elas tisch ausgebildet und resistent gegenüber der Flüssigkeit ist, insbesondere ge genüber Harnstoffwasserlösung und deren Zerfallsprodukten.

5. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (14) aus einem gegen mechanische und chemische Einflüsse resisten tem Kunststoff, die mittlere Schicht (16) aus einem Schaumstoff oder schaum stoffähnlichem Stoff und die innere Schicht (18) aus einer gegenüber der bevor rateten Flüssigkeit, insbesondere gegenüber Harnstoffwasserlösung und deren Zerfallsprodukten resistenter Kunststoffhaut besteht.

6. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elastisch und/oder plastisch komprimierbare Körper wenigstens eine mit einem kompri mierbaren Gas gefüllte, im Bereich des Behälterbodens (22) gehaltene, elas tisch und/oder plastisch verformbare Blase (24) beinhaltet, mit wenigstens ei nem dem aufgrund einer Verdrängung durch die gefrorene Flüssigkeit benötig ten Ausgleichsvolumen entsprechenden Volumen.

7. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von im Bereich des Behälterbodens (44) verteilt angeordnete und elastisch und/oder plastisch komprimierbare Kugeln (42) vorgesehen sind, mit zusammen we nigstens einem dem aufgrund einer Verdrängung durch die gefrorene Flüssig keit benötigten Ausgleichsvolumen entsprechenden Volumen.

8. Behälter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Maßnahmen vorgesehen sind, welche ein Aufschwimmen des elastisch und/oder plastisch komprimierbaren Körpers (24; 34; 42) verhindern, beispielsweise durch ein ent sprechend hohes Eigengewicht oder durch eine Ankoppelung an den Behälter boden (22; 32; 44).

9. Behälter nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elastisch und/oder plastisch komprimierbare Körper (24; 34; 42) vorzugsweise aus einem Kunststoff besteht, der resistent gegenüber der Flüssigkeit und ins besondere gegenüber Harnstoffwasserlösung und deren Zerfallsprodukten ist.

10. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Aufnahme eines zur Eindosierung von Harnstoffwasserlösung in ei nen Abgasstrang des Kraftfahrzeugs vorgesehenen Harnstoffwasserlösung- Dosiermoduls ausgebildet ist, der zumindest eine Pumpe, ein Steuergerät so wie ein Mischventil zum Zumischen von Luft beinhaltet.