DE10059549B4

DE10059549B4 - Behälter zur Bevorratung von gefriergefährdeten Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE10059549B4
Application number: DE2000159549
Authority: DE
Inventors: Holger Knetsch; Michael Raschke; Andreas Dipl.-Ing. Übelacker; Josef Dipl.-Ing.(FH) 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: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: DE10059549A1

Abstract

Behälter (1; 10; 20; 30; 40) zur Bevorratung von gefriergefährdeten Flüssigkeiten, insbesondere zur Bevorratung von Harnstoffwasserlösungen für mit Einrichtungen 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 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 (20; 30; 40) im Bereich des Behälterbodens (22; 32; 44) wenigstens ein elastisch und/oder plastisch komprimierbarer Körper (24; 34; 42) angeordnet ist.

Description

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

Aus den EP 0 560 344 A1 , DE 40 18 648 A1 und US 5 975 331 sind gattungsgemäße Behälter für Gase oder Flüssigkeiten bekannt, die zwecks innerem oder äußerem Volumenausgleich mit wenigstens einer Membran ausgestattet sind.

Zu Reduktion der im Abgas von mit Luftüberschuß betriebenen Brennkraftmaschinen wie beispielsweise Diesel- oder Magermotoren werden vorzugsweise geregelte Katalysatoren eingesetzt, welche auf dem Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) basieren. Beim SCR-Verfahren wird zur katalytischen Umsetzung als Reduktionsmittel wässrige Hanrstofflösung 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 einem Vorratsbehälter zurückzuspulen, bis dieser soweit befüllt ist, dass noch ein mit Luft gefülltes Restvolumen verbleibt, um bei Ausdehnung der Harnstoffwasserlösung im Gefrierfall im oberen Behälterteil ein kompressibles Ausgleichsvolumen zur Verfügung zu haben. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist jedoch, dass die gefrorene Flüssigkeit Tendenz hat, sich nach allen selten gleichermaßen auszudehnen und beim Stand der Technik lediglich in einer Richtung nach oben hin, ein Ausgleich möglich ist. Unter ungünstigen Verhältnissen, beispielsweise bei hoher Oberflächenrauhigkeit der Behälterwand oder bei hinterschnittenen Behälter Behälterquerschnitten kann jedoch die sich ähnlich wie ein Festkörper verhal tende, gefrierende 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 Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Gemäß einer ersten Alternative lässt die Behälterwand volumenvergrößernde Ausgleichsbewegungen 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 ständig 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 Weiterbildungen 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 umlaufende Falte auf.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Behälterwand an wenigstens einer Stirnseite des Behälters wenigstens eine umlaufende, verformfähige Falte aufweisen. Diese umlaufende Falte kann beispielsweise nach Art einer Sicke gestaltet sein und im Belastungsfall des Behälters aufgrund ihrer Verformbarkeit eine volumenvergrößernde 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 Verdrängung durch die gefrorene Flüssigkeit benötigten Ausgleichsvolumen entsprechendes Volumen aufweist, und eine innere Schicht ähnlich einer dehnbaren Haut dauerhaft elastisch ausgebildet und resistent gegenüber der Flüssigkeit ist. Wenn sich nun das Volumen der Flüssigkeit in gefrorenem Zustand vergrößert, so dehnt sich die elastische Innenschicht 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 ausreichendes 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 Bereich des Behälterbodens gehaltene, elastisch und/oder plastisch verformbare Blase, mit wenigstens einem dem aufgrund einer Verdrängung durch die gefrorene Flüssigkeit benötigten 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 verteilt angeordneten und elastisch und/oder plastisch komprimierbaren Kugeln vorgesehen sein, mit zusammen wenigstens einem dem aufgrund einer Verdrängung durch die gefrorene 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 gleichmäßig aufgenommen, so dass lokale Spannungsspitzen in der Behälterwand vermieden werden.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 eine schematische Darstellung zweier bevorzugter Ausführungsformen des Behälters gemäß der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Behälters;
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Behälters;
4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des Behälters;
5 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform des Behälters.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in 1 dargestellte und mit 1 bezeichnete bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Behälters dient zur Bevorratung von Harnstoffwasserlösung, die zur Eindosierung in eine Einrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion des Abgases eines Nutzfahrzeugs vorgesehen ist. Hierbei zeigt die obere Hälfte von 1 den Behälter 1 in einem Zustand, in welchem sich die Harnstoffwasserlösung noch flüssig ist, während die untere Hälfte den Zustand des Behälters 1 bei gefrorener Lösung darstellt.
Eine Behälterwand 2 des Behälters weist bezogen auf die Seitenflächen sich vorzugsweise in vertikaler Richtung erstreckende und umlaufende Falten 4 auf. Die Behälterwand 1 ist aus einem elastischen Material, vorzugsweise aus einem elastischen Kunststoff gefertigt, so dass sich der Behälter 1 in horizontaler Richtung nach Art einer Ziehharmonika ausdehnen kann, wenn in seinem Inneren Überdruck durch gefrorene Harnstoffwasserlösung herrscht, wie durch die untere Hälfte von 1 veranschaulicht ist.
Des weiteren ist ebenfalls in 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 Bereiches 47 der Stirnseite 46 (hier strichliert dargestellt) gestattet.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Behälters 10, bei welcher die Behälterwand 12 in Sandwich-Bauweise aufgebaut ist. Die Behälterwand 12 besteht aus vorzugsweise drei Schichten, von welchen eine äußere Schicht 14 im wesentlichen starr, eine mittlere Schicht 16 dauerhaft elastisch ausgebildet ist und wenigstens ein dem auf grund einer Verdrängung durch die gefrorene Flüssigkeit benötigten Ausgleichsvolumen entsprechendes Volumen aufweist. Eine innere, gegenüber der mittleren Schicht dünnere Schicht 18 ist ähnlich einer dehnbaren Haut ebenfalls dauerhaft elastisch ausgebildet und resistent gegenüber Harnstoffwasserlösung und dessen Zerfallsprodukte. Die äußere Schicht 14 nimmt die Kräfte auf, die von außen und innen gegen den Behälter 10 wirken 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 dessen 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 2 zeigt. Die Dicke und Kompressibilität der mittleren Schicht 16 sind dabei so auszulegen, dass für die Ausdehnung der gefrorenen Harnstoffwasserlösung ein ausreichendes Ausgleichsvolumen zu Verfügung gestellt wird. Vorzugsweise ist die Behälterwand 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 elastischen Belag oder elastischen Körper versehen ist, so ist dieser Körper oder Belag vorzugsweise im Bereich des Behälterbodens oder nahe zu diesem anzubringen, um sicherzustellen, dass auch bei niedrigem Pegelstand das komprimierbare Ausgleichsvolumen von der Harnstoffwasserlösung bedeckt ist oder in sie eintaucht.
Gemäß einer weiteren, in 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 komprimiert wird und somit ein Ausgleichsvolumen zur Verfügung stellt.
Gemäß einer weiteren, in 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 Harnstoffwasserlösung und dessen Zerfallsprodukten. Anstatt nur ein solcher Körper 34 können innerhalb des Behälters 40 auch eine Vielzahl von komprimierbaren Körpern, beispielsweise in Form von Kugeln 42 im Bereich des Behälterbodens 44 verteilt angeordnet sein (5). Die Kugeln 42 bestehen beispielsweise aus einem Kunststoff, der ebenfalls resistent gegenüber der Harnstoffwasserlösung und deren Zerfallsprodukten ist.
Bei jeder der vorgenannten Ausführungsformen ist der Behälter 1, 10, 20, 30, 40 vorzugsweise 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 Behälter 1, 10, 20, 30, 40 beispielsweise eine in einem eingezogenen Hals ausgebildete Öffnung auf, in welche der Harnstoffwasserlösung-Dosiermodul dichtend eingesetzt wird. Alle zum Anschluss des Harnstoffwasserlösung-Dosiermoduls nötigen Verbindungsleitungen 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 Abgasstrang, ein Steuergerät sowie ein Mischventil zum Zumischen von Luft. Das Harnstoffwasserlösung-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

Behälter (1; 10; 20; 30; 40) zur Bevorratung von gefriergefährdeten Flüssigkeiten, insbesondere zur Bevorratung von Harnstoffwasserlösungen für mit Einrichtungen 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 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 (20; 30; 40) im Bereich des Behälterbodens (22; 32; 44) wenigstens ein elastisch und/oder plastisch komprimierbarer Körper (24; 34; 42) angeordnet ist.
Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterwand (2; 12) im Sinne einer Volumenvergrößerung zumindest teilweise elastisch und/oder plastisch verformbar ausgebildet ist.
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.
Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterwand (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 elastisch ausgebildet und resistent gegenüber der Flüssigkeit ist, insbesondere gegenüber Harnstoffwasserlösung und deren Zerfallsprodukten.
Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (14) aus einem gegen mechanische und chemische Einflüsse resistentem Kunststoff, die mittlere Schicht (16) aus einem Schaumstoff oder schaumstoffähnlichem Stoff und die innere Schicht (18) aus einer gegenüber der bevorrateten Flüssigkeit, insbesondere gegenüber Harnstoffwasserlösung und deren Zerfallsprodukten resistenter Kunststoffhaut besteht.
Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elastisch und/oder plastisch komprimierbare Körper wenigstens eine mit einem komprimierbaren Gas gefüllte, im Bereich des Behälterbodens (22) gehaltene, elastisch und/oder plastisch verformbare Blase (24) beinhaltet, mit wenigstens einem dem aufgrund einer Verdrängung durch die gefrorene Flüssigkeit benötigten Ausgleichsvolumen entsprechenden Volumen.
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 wenigstens einem dem aufgrund einer Verdrängung durch die gefrorene Flüssigkeit benötigten Ausgleichsvolumen entsprechenden Volumen.
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 entsprechend hohes Eigengewicht oder durch eine Ankoppelung an den Behälterboden (22; 32; 44).
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 insbesondere gegenüber Harnstoffwasserlösung und deren Zerfallsprodukten ist.
Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Aufnahme eines zur Eindosierung von Harnstoffwasserlösung in einen Abgasstrang des Kraftfahrzeugs vorgesehenen Harnstoffwasserlösung-Dosiermoduls ausgebildet ist, der zumindest eine Pumpe, ein Steuergerät sowie ein Mischventil zum Zumischen von Luft beinhaltet.