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Stand der Technik
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Die
Immissionsgrenzwerte für Stickoxide erfordern vor allem
bei schweren Kraftfahrzeugen Abgasnachbehandlungseinrichtungen,
die eine selektive katalytische Reduktion (SCR) der in den Rohemissionen
der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide vornehmen. Dieses
sogenannte SCR-Verfahren zur Abgasreinigung ist aus dem Stand der
Technik bekannt, sodass auf eine detaillierte Erläuterung
der bei diesem Verfahren ablaufenden chemischen Vorgänge
verzichtet werden kann.
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Ein
Beispiel einer solchen Abgasnachbehandlungseinrichtung ist aus der
DE 10 2006 012 855
A1 bekannt. Dort wird eine wässerige Harnstofflösung
in einem Tank gespeichert und von einem Fördermodul und
mit Hilfe eines Dosierventils bedarfsabhängig in ein Abgasrohr
der Brennkraftmaschine eingedüst.
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Bei
diesem System wird das Fördermodul direkt mit dem Tank
verschraubt und bildet eine kompakte Einheit. Die Schnittstelle
zwischen Tank und Fördermodul besteht daher aus einer Saugleitung, einer
Rücklaufleitung. Das Fördermodul wird in aller Regel
mit drei Schrauben auf einer ersten Befestigungsplatte des Tanks
befestigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Flexibilität
der Einspritzeinrichtung hinsichtlich Bauraumbedarf und Anordnung
von Tank und Fördermodul relativ zueinander zu erhöhen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Einspritzeinrichtung
für Harnstoffwasserlösung mit einem Fördermodul
und mit einem Tank, wobei das Fördermodul eine Pumpe, eine
Saugleitung und eine Rücklaufleitung umfasst, wobei an
dem Tank eine erste Durchführung für die Saugleitung
vorgesehen ist, dadurch gelöst, dass zwischen Tank und
Fördermodul ein Zwischenelement mit einer Verbindungsleitung
angeordnet ist, dass die Verbindungsleitung an einem dem Tank zugewandten
Ende mit der ersten Durchführung in dem Tank zusammenwirkt,
und dass das Zwischenelement an einem dem Fördermodul zugewandten
Ende eine der ersten Durchführung entsprechende zweite
Durchführung aufweist.
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Durch
dieses erfindungsgemäße Zwischenelement ist es
möglich, bei Bedarf das Fördermodul und den Tank
an unterschiedlichen Stellen im Kraftfahrzeug zu positionieren und
die erforderliche hydraulische Verbindung zwischen Tank und Fördermodul
mit dem Zwischenelement herzustellen.
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Dadurch,
dass das Zwischenelement an dem dem Fördermodul zugewandten
Ende eine der ersten Durchführung des Tanks entsprechende
zweite Durchführung aufweist, ist es ohne konstruktive Änderungen
an Tank oder Fördermodul möglich, alternativ den
Tank und das Fördermodul direkt miteinander zu verbinden
oder Fördermodul und Tank an unterschiedlichen Stellen
des Fahrzeugs zu positionieren und die dann erforderliche hydraulische
Verbindung durch das Zwischenelement herzustellen.
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Man
gewinnt also durch das erfindungsgemäße Zwischenelement
Flexibilität, ohne dass an dem Fördermodul oder
dem Tank Änderungen vorgenommen werden müssten.
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Die
Verbindungsleitung des Zwischenelements kann eine Saugleitung, eine
Rücklaufleitung und/oder mindestens eine elektrische Leitung
umfassen.
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Dadurch
ist es möglich, auch die Rücklaufleitung des Fördermoduls
hydraulisch mit dem Tank zu verbinden. Die mindestens eine elektrische
Leitung dient dazu, die elektrischen Heizungen beispielsweise des
Tanks, des Fördermoduls und/oder des Zwischenelements mit
elektrischer Energie zu versorgen. Dabei können die elektrischen
Heizungen des Zwischenelements entweder über den Tank oder
das Fördermodul mit elektrischer Energie versorgt werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Tank eine erste
Befestigungsplatte ausgebildet, und an dem dem Tank zugewandten
Ende des Zwischenelements eine mit der ersten Befestigungsplatte
zusammenwirkende erste Adapterplatte ausgebildet. Dadurch ist es
möglich, das Zwischenelement in der gleichen Weise wie
sonst das Fördermodul mit dem Tank zu verbinden. Dies kann
bevorzugt über drei gleichmäßig über
den Umfang verteilte Schrauben erfolgen.
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Dadurch
ist es möglich, zwischen einem bereits in Serie gefertigten
Fördermodul, das ursprünglich für die
direkte Verbindung mit dem Tank vorgesehen war, ein erfindungsgemäßes
Zwischenelement einzufügen und dadurch, ohne jegliche konstruktive Änderungen
am Fördermodul bzw. dem Tank, die Flexibilität
hinsichtlich Anordnung der genannten Komponenten/Baugruppen zu erhöhen.
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Dadurch
ist es auch möglich, bei vorgegebenen Bauraum das Tankvolumen
zu vergrößern indem das Fördermoduls
an einen anderen Einbauort verlagert wird. Durch werden die Intervalle,
innerhalb derer Harnstoffwasserlösung nachgefüllt
werden muss, verlängert.
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Um
zu gewährleisten, dass das Zwischenelement einenends mit
dem Tank und anderenends mit dem Fördermodul verbindbar
ist, sind in der ersten Befestigungsplatte des Tanks Befestigungsmittel, insbesondere
Gewindehülsen, Durchgangsbohrungen und/oder Teile einer
Schnappverbindung, ausgebildet.
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Selbstverständlich
sind die an dem Zwischenelement vorgesehene ausgebildete erste Adapterplatte
und die am Fördermodul ausgebildete zweite Adapterplatte
so gestaltet, dass sie mit den Befestigungsplatten eine lösbare
Verbindung ermöglichen.
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So
können z. B. in der ersten Adapterplatte des Zwischenelements
und der zweiten Adapterplatte des Fördermoduls Durchgangsbohrungen
vorgesehen sein, die ein Verschrauben von Tank und Zwischenelement
sowie Zwischenelement und Fördermodul erlauben.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das Zwischenelement mindestens eine elektrische Heizung aufweist, wobei
in besonders bevorzugter Ausgestaltung im Bereich der ersten Adapterplatte
und der zweiten Befestigungsplatte jeweils eine Heizung vorgesehen
ist. Zusätzlich kann auch in der Leitung eine elektrische Heizung
vorgesehen sein. Dadurch wird das Einfrieren der Harnstoffwasserlösung
auch unter ungünstigen klimatischen Bedingungen wirkungsvoll
verhindert.
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Um
den Bauraumbedarf zu optimieren und weitere Flexibilität
hinsichtlich der Anordnung der beteiligten Baugruppen zu erhalten,
kann es sein, dass die Leitung, insbesondere die Saugleitung und/oder der
Rücklaufkanal seitlich aus der ersten Adapterplatte und/oder
der zweiten Befestigungsplatte des Zwischenelements austreten. Dann
nämlich kann die Bauhöhe reduziert werden. Es
kann natürlich auch vorteilhaft sein, die Leitung senkrecht
aus den genannten Platten herauszuführen.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mündet
die Rücklaufleitung in den Saugkanal der Verbindungsleitung.
Dadurch kann der Rücklaufkanal in der Leitung entfallen,
ohne Einschränkungen in der Funktionalität.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen
entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen
beschriebenen Merkmale können sowohl einzeln als auch in
beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Zeichnung
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Es
zeigen
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1 bis 3 Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer Einspritzeinrichtungen.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Einspritzeinrichtung dargestellt. Sie umfasst einen Tank 1,
ein Fördermodul 3 sowie ein Dosiermodul 5.
Zwischen dem Tank 1 und dem Fördermodul 3 ist
ein Zwischenelement 7 mit einer Leitung 9 angeordnet.
Die Leitung 9 umfasst zwei Kanäle, nämlich
einen Saugkanal 9.1 und einen Rücklaufkanal 9.2.
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Der
Saugkanal 9.1 mündet in eine Saugleitung 11 des
Fördermoduls 3. Die Saugleitung 11 wird durch
ein 4/2-Wegeventil 13 in einen ersten Abschnitt 11.1 und
einen zweiten Abschnitt 11.2 unterteilt. Entsprechendes
gilt für eine Förderleitung 15, die von dem
4/2-Wegeventil 13 in einen ersten Abschnitt 15.1 und
einen zweiten Abschnitt 15.2 unterteilt wird. Zwischen
der Saugleitung 11 und der Förderleitung 15 ist eine
Pumpe 17 vorgesehen.
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Stromabwärts
des 4/2-Wegeventils 13 ist in der Förderleitung 15 ein
Dosiermodul 5, welches ein schaltbares Dosierventil 19 und
einem Anschlussflansch umfasst. Mit Hilfe des Dosiermodul 5 wird
die von der Förderpumpe 17 aus dem Tank 1 geförderte Harnstoff-Wasser-Lösung
bei Bedarf in den Abgasstrang (nicht dargestellt) einer Brennkraftmaschine eingedüst.
Des Weiteren können Filter (ohne Bezugszeichen) vorgesehen
sein.
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Von
der Förderleitung 15 zweigt eine Rückleitung 23 ab,
die bevorzugt mit einer Druckhalteeinrichtung, hier in Form einer
Drossel 25, versehen ist. Die Rückleitung 23 mündet
bei dem in 1 dargestellt Ausführungsbeispiel
in den Rücklaufkanal 9.2 der Leitung 7.
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Die
Einspritzeinrichtung arbeitet wie folgt:
Im Normalbetrieb hat
das 4/2-Wegeventil 13 die in der 1 dargestellte
erste Schaltstellung. Dies bedeutet im Bezug auf das 4/2-Wegeventil 13,
dass der erste Abschnitt 11.1 der Saugleitung mit dem zweiten Abschnitt 11.2 der
Saugleitung 11 verbunden wird. Entsprechendes gilt für
den ersten Abschnitt 15.1. der Förderleitung und
den zweiten Abschnitt 15.1 der Förderleitung.
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Um
in der Förderleitung 15 einen vorgegebenen Druck
aufrechtzuerhalten, wird die Förderpumpe 7 mit
verminderter Drehzahl betrieben, wenn das Dosierventil 19 geschlossen
ist und infolgedessen keine Harnstoff-Wasser-Lösung in
den Abgasstrang eingedüst wird. Infolgedessen gelangt der
von der Förderpumpe 17 geförderte Fluidstrom über
die Rückleitung 23 und den Rücklaufkanal 9.2 der
Leitung 7 wieder in den Tank 1. Aufgrund der als
Drossel 25 ausgebildeten Druckhalteeinrichtung in der Rückleitung 23 wird ein
vorgegebener Druck in der Förderleitung 15 aufgebaut
beziehungsweise aufrechterhalten.
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Wenn
nun eine nicht dargestelltes Steuergerät der Brennkraftmaschine
ermittelt hat, dass Harnstoff-Wasser-Lösung in den Abgasstrang
eingedüst werden soll, wird bei laufender Förderpumpe 17 das Dosierventil
von der in 1 gezeigten Sperrstellung in
die Durchflussstellung (nicht dargestellt) umgeschaltet. Infolgedessen
wird Harnstoff-Wasser-Lösung in den Abgasstrang eingedüst.
Sobald die vorgegebene Menge eingedüst wurde, wird das
Dosierventil 19 wieder geschlossen.
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Um
die Förderleitung 15 und die Saugleitung 11 und
die Leitung 7 entleeren zu können, wird das 4/2-Wegeventil 13 bei
abgestellter Brennkraftmaschine in die zweite Schaltstellung (nicht
dargestellt) gebracht und gleichzeitig das Dosierventil 19 in
die Durchflussstellung gebracht. Dadurch saugt die Förderpumpe 17 über
den zweiten Abschnitt der Förderleitung 15.2 und
den zweiten Abschnitt der Saugleitung 11.2 Luft aus dem
Abgasstrang der Brennkraftmaschine an und fördert diese über
den ersten Abschnitt der Druckleitung 15.1 und den ersten
Abschnitt der Saugleitung 11.1 in den Saugkanal 9.1 der Leitung 7.
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Durch
diese Maßnahme ist es möglich, die Leitungen des
Systems inklusive des 4/2-Wege-Ventils 13 beziehungsweise
mit Luft anstelle von Harnstoff-Wasserstoff-Lösung zu füllen,
so dass diese Leitungen und die betroffenen Komponenten nicht gefrierfest
ausgeführt werden müssen. Dadurch ergibt sich
eine erhebliche Kostenersparnis und gleichzeitig wird die Gefahr
von Schäden deutlich reduziert. Wenn die Brennkraftmaschine
wieder in Betrieb genommen wird, sind die genannten Komponenten
mit Luft gefüllt, so dass eine gewisse Zeit vergeht, bis
die Förderpumpe 17 die Saugleitung 11 und
einen Teil der Förderleitung 15 mit Harnstoff-Wasser-Lösung gefüllt
hat.
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Da
bei geschlossenem Dosierventil 19 keine Harnstoff-Wasser-Lösung
in den zweiten Abschnitt 15.2. der Förderleitung
gefördert wird, wird unmittelbar nach dem Öffnen
des Dosierventils 19 zunächst etwas Luft in den
Abgasstrang eingeblasen und erst anschließend Harnstoff-Wasser-Lösung
eingedüst. Dieses ”Luftvolumen” ist bei
der Ermittlung der Ansteuerdauer des Dosierventils 19 beim
ersten Eindüsen von Harnstoff-Wasser-Lösung nach
einer Entleerung der Leitungen und der anschließenden Wieder-Inbetriebnahme
der Brennkraftmaschine durch das Steuergerät entsprechend
zu berücksichtigen.
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Um
das erfindungsgemäße Zwischenelement 7 mit
dem Tank 1 verbinden zu können, ist an dem Tank 1 eine
erste Befestigungsplatte 27 ausgebildet. An einem dem Tank 1 zugewandten
Ende des Zwischenelements 7 ist eine erste Adapterplatte 29 ausgebildet.
Die erste Befestigungsplatte 27 und die erste Adapterplatte 29 können über
nur symbolisch dargestellte Schraubverbindungen (s. die strichpunktierten
Linien ohne Bezugszeichen) miteinander verschraubt werden.
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In
der ersten Befestigungsplatte 27 ist eine erste Durchführung 31 vorgesehen,
durch die der Saugkanal 9.1 des Zwischenelements 7 in
den Tank 1 eingeführt werden kann. In gleicher
Weise wird der Rücklaufkanal 9.2 durch die erste
Befestigungsplatte 27 hindurchgeführt. Selbstverständlich
kann die erste Durchführung 31 sowohl den Saugkanal 9.1 als
auch den Rücklaufkanal 9.2 vorgesehen sein.
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An
dem dem Fördermodul 3 zugewandten Ende des Zwischenelements 7 ist
eine zweite Adapterplatte 33 ausgebildet, wobei die zweite
Adapterplatte 33 mit dem Fördermodul 3 ebenfalls
durch Schrauben miteinander verbunden ist. An der zweiten Adapterplatte 33 ist
eine zweite Durchführung 37 ausgebildet, die baugleich
mit der ersten Durchführung 31 in der ersten Befestigungsplatte 27 ausgebildet
ist. Entsprechendes gilt auch für die weitere Durchführung
(ohne Bezugszeichen) in der zweiten Adapterplatte 33, in
die die Rücklaufleitung 23 des Fördermoduls 3 mündet.
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Dies
bedeutet, dass die erste Befestigungsplatte 27 und die
zweite Adapterplatte 33 hinsichtlich ihrer Hauptabmessungen
gleich ausgeführt sind, so dass es möglich wäre,
auf das Zwischenelement 7 zu verzichten und das Fördermodul 3 direkt
auf dem Tank 1 festzuschrauben oder auf andere Weise zu befestigen.
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Dazu
müssen die Positionen von der ersten Durchführung 31 und
der zweiten Durchführung 37 sowie der Schraublöcher,
mit denen (ohne Bezugszeichen) gleich sein. Auch die Durchführung
für die Rückleitung 23 bzw. den Rücklaufkanal 9.2 in
der zweiten Befestigungsplatte 33 bzw. der ersten Befestigungsplatte 37 müssen
gleich sein.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel treten
der Saugkanal 9.1 und der Rücklaufkanal 9.2 senkrecht
aus der ersten Adapterplatte 29 aus. Im Gegensatz dazu,
münden sie seitlich in die zweite Befestigungsplatte 33.
Durch diese exemplarische Konfiguration wird deutlich, dass die
Kanäle 9.1 und 9.2 je nach vorhandenem
Bauraum entweder senkrecht oder seitlich in die Platten 29 bzw. 33 eingeführt
werden können.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind
an der ersten Adapterplatte 39 eine elektrische Widerstandsheizung 39 und
auch an der zweiten Adapterplatte 33 eine elektrische Widerstandsheizung 39 vorgesehen.
Die Widerstandsheizung 39 wird in die Platten 29 bzw. 33 eingebettet,
wenn diese aus Kunststoff gespritzt werden. Bei Bedarf kann die elektrische
Widerstandsheizung in großflächige Aluminiumkörper
(nicht dargestellt) gesteckt werden und diese Aluminiumkörper
dann in die Platten 29 und 35 integriert werden.
Dies ist besonders dann gut möglich, wenn die Platten aus
thermoplastischem Kunststoff bestehen und somit durch Spritzen hergestellt werden.
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Idealerweise
sollten die Aluminiumkörper in unmittelbarer Nähe
der Kanäle 9.1 und 9.2 verlaufen, so
dass die Wärmeübertragung auf die in den Kanälen
befindliche Harnstoffwasserlösung optimal ist.
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Als
elektrische Widerstandsheizung 39 werden bevorzugt Widerstandselemente
mit positivem Temperaturkoeffizient verwandt, so dass sich eine Selbstregelung
der Heizleistung in Abhängigkeit von der Temperatur ergibt.
Diese sogenannten PTC-Heizungen sind am Markt verfügbar.
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Die
Saugkanäle 9.1 und 9.2 müssen
bei Umgebungstemperaturen unter –11°C in aller
Regel beheizt werden, um ein Einfrieren des Reduktionsmittels zu
verhindern. Dazu wird vorteilhafterweise ebenfalls eine Widerstandsheizung
eingesetzt. Diese Heizung ist in 1 nicht
dargestellt. Es versteht sich von selbst, dass es in diesem Fall
sinnvoll und vorteilhaft ist, die Kanäle 9.1 und 9.2 möglichst
nahe beieinander zu führen und beispielsweise durch eine
zwischen den beiden Kanälen angeordnete ohmsche Widerstandsheizung
zu beheizen.
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Selbstverständlich
ist es auch möglich, eine Heizwendel um die beiden Kanäle 9.1 und 9.2 herumzuwickeln,
und dadurch die Heizleistung zu erhöhen.
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In 2 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Einspritzeinrichtung dargestellt. Gleiche Bauteile werden mit gleichen
Bezugszeichen versehen und es gilt das bezüglich 1 Gesagte
entsprechend.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel ist das der ersten Befestigungsplatte 27 des
Tanks 1 zugewandte Ende des Zwischenelements 7 als
Kunststoffspritzteil mit zwei zylindrischen Enden (ohne Bezugszeichen)
ausgebildet. In dem ersten zylindrischen Ende mündet der
Saugkanal 9.1, während in dem zweiten zylindrischen
Ende der Rücklaufkanal 9.2 mündet. In 2 ist
die erste Adapterplatte 29 teilweise geschnitten dargestellt,
um den Verlauf der Kanäle 9.1, 92. und
die Anordnung der Heizung 39 zu verdeutlichen.
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Um
die beiden zylindrischen Enden herum sind O-Ringe 35 angeordnet.
Mit diesen beiden zylindrischen Enden wird das Zwischenelement 7 in
die erste Durchführung 31.1 und 31.2 der
ersten Befestigungsplatte 27 eingeführt und mit
Hilfe der O-Ringe 35 abgedichtet. Wenn man nun das zu diesem
Ausführungsbeispiel gehörende Fördermodul 3 betrachtet,
wird deutlich, dass auch die Saugleitung 11 und die Rückleitung 23 in
zwei gleich gestaltete zylindrische Enden münden, die mit
O-Ringen versehen sind. Diese zylindrischen Enden des Fördermoduls 3 werden
in die entsprechenden zweiten Durchführungen 37.1 und 37.2 der
zweiten Adapterplatte 33 dichtend eingeführt.
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Wenn
das erfindungsgemäße Zwischenelement 7 nicht
erforderlich sein sollte, kann es ersatzlos entfallen und das Fördermodul 3 wird
direkt in die ersten Durchführungen 37.1 und 37.2 der
ersten Befestigungsplatte 27 des Tanks 1 eingesteckt
und mit dem Tank 1 verschraubt.
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Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel tritt die Leitung 9 senkrecht
aus ersten Adapterplatte 27 aus und seitlich in die zweite
Adapterplatte 33 ein.
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In 3 ist
eine zweite Adapterplatte 33 stark vereinfacht dargestellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel mündet der Rücklaufkanal 9.2 innerhalb
der zweiten Adapterplatte 33 in den Saugkanal 9.1,
so dass zwischen der zweiten Adapterplatte 33 und der nicht
dargestellten ersten Adapterplatte 27 des Zwischenelements 7 nur
eine Leitung mit einem Saugkanal 9.1 ausgebildet sein muss.
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Damit
die Strömungsrichtung innerhalb des Saugkanals 9.1 sichergestellt
ist, ist in dem Rücklaufkanal 9.1 ein Rückschlagventil 49 eingebaut.
Dieses Rückschlagventil 49 hat vorzugsweise einen
niedrigen Öffnungsdruck von beispielsweise 2 bar. Dieser Öffnungsdruck
hat sich insbesondere dann bewährt, wenn die Förderpumpe 17 einen
Förderdruck von etwa 5 bar hat.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006012855
A1 [0002]