DE102009046965A1

DE102009046965A1 - Substitution einer Entlüftungsleitung in einem mit einem Reduktionsmittel befüllten Tank

Info

Publication number: DE102009046965A1
Application number: DE102009046965A
Authority: DE
Inventors: Roland Herwig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-11-23
Filing date: 2009-11-23
Publication date: 2011-05-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Tank zur Bevorratung eines Reduktionsmittels, insbesondere eines flüssigen Reduktionsmittels, mit dem Stickstoffoxide aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine zu Stickstoff und Wasser reduzierbar sind, wobei der Tank eine bei einem Aggregatzustandswechsel des Reduktionsmittels einen Volumenausgleich ermöglichende Vorrichtung aufweist. Erfindungsgemäß wird ein Tank zur Bevorratung eines Reduktionsmittels bereitgestellt, der gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist und der auch benutzt werden kann, wenn das in dem Tank befindliche Reduktionsmittel gefroren ist. Dies wird dadurch erreicht, dass in die Tankwandung des Tanks ein Heizelement 10 integriert ist, das eine Verbindung von einer bodenseitigen Entnahmestelle 4 für Reduktionsmittel mit einer mit Reduktionsmittel unbefüllbaren einfüllstutzenseitigen Kopfwand herstellt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Tank zur Bevorratung eines Reduktionsmittels, insbesondere eines flüssigen Reduktionsmittels, mit dem Stickstoffoxide aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine zu Stickstoff und Wasser reduzierbar sind, wobei der Tank eine bei einem Aggregatzustandswechsel des Reduktionsmittels einen Volumenausgleich ermöglichende Vorrichtung aufweist.
Stand der Technik
Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei mit einem Dieselkraftstoff betriebenen selbstzündenden Brennkraftmaschinen, muss aufgrund der anstehenden verschärften Abgasgesetzgebung unter anderem der Anteil an Stickoxiden im Abgas reduziert werden. Zur Reduzierung des Stickoxid-Anteils im Abgas wird beispielsweise eine selektive katalytische Reduktion (SCR) durchgeführt, bei der die Stickoxide mit Hilfe von Reduktionsmitteln wie beispielsweise Ammoniak, zu Stickstoff und Wasser reduziert werden.
Das Reduktionsmittel wird üblicherweise in einem Tank gelagert und von einem Fördermodul gesteuert über eine Leitung von Tank zu einem Dosiermodul gefördert, mit dem das Reduktionsmittel in die Abgasleitung der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
Die derzeit eingesetzten üblichen flüssigen Reduktionsmittel gefrieren je nach zugesetztem Antifrostmittel bei einer Temperatur im Bereich von –11°C bis –40°C. Durch den Phasenwechsel vom flüssigen Aggregatzustand in den festen Aggregatzustand erfährt das Reduktionsmittel eine Volumenausdehnung von ungefähr 7%. Um ein Bersten des Tanks durch ein Gefrieren des Reduktionsmittels zu vermeiden, ist bei derzeit verwendeten Tanks zur Bevorratung des Reduktionsmittels eine elastische Vorrichtung vorgesehen, die die Volumenausdehnung ermöglicht.
Ein derartiger Tank ist aus der DE 10 2006 050 808 A1 bekannt. Dieser Tank enthält eine elastische Vorrichtung, die sich derart verformen lässt, dass bei einer Volumenzunahme des Reduktionsmittels der Raum, in dem das Reduktionsmittel enthalten ist, vergrößert wird. Diese Vorrichtung enthält beispielsweise einen elastisch verformbaren Abschnitt der Tankhülle oder einen elastisch verformbaren Körper, der in dem Tank so angeordnet ist, dass er nicht an der Tankhülle anliegt.
Ein weiterer Tank bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines Tanks ist aus der DE 100 42 121 A1 bekannt. Dieser Tank wird aus einem schlauchförmigen Kunststoffvorformling in einer Blasform- oder Koextrusionsblasformanlage hergestellt. Dabei wird der coextrudierte Kunststoffvorformling zu wenigstens einem flächigen Halbzeug aufgeschnitten, anschließend werden die erhaltenen flächigen Halbzeuge zu Halbschalen thermoverformt und schließlich die thermogeformten Halbschalen zu dem Tank verschweißt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Tank zur Bevorratung eines Reduktionsmittels bereitzustellen, der gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist und der auch benutzt werden kann, wenn das in dem Tank befindliche Reduktionsmittel gefroren ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in die Tankwandung des Tanks ein Heizelement integriert ist, dass eine Verbindung von einer bodenseitigen Entnahmestelle für Reduktionsmittel mit einer mit Reduktionsmittel unbefüllbaren einfüllstutzenseitigen Kopfwand herstellt. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass es selbstverständlich möglich ist, gefrorenes Reduktionsmittel aus einem Tank zu entnehmen, wenn dieses Reduktionsmittel im Bereich der Entnahmestelle durch eine geeignete Heizeinrichtung aufgetaut wird. Wird das Reduktionsmittel dermaßen aufgetaut und entnommen, entsteht im Bereich der Entnahmestelle ein Hohlraum und ein damit verbundener Unterdruck. Diesen Unterdruck abbauen zu können, muss eine auch in gefrorenen Zustand des Reduktionsmittels funktionierende Entlüftungsleitung vorhanden sein, durch die der Hohlraum mit der Umgebung verbunden ist. Diese Entlüftungsleitung wird durch die erfindungsgemäße Integration des Heizelementes in den Tank gebildet. Dabei ist durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine besonders einfache und kostengünstig realisierbare Entlüftung realisiert.
Vorteile der Erfindung
In Weiterbildung der Erfindung ist das Heizelement eine Drahtlitze, eine Flächenheizung und/oder eine Folienheizung. Solche Heizelemente sind verfügbar und können in einen beliebig verformten Tank eingesetzt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist das Heizelement in die Tankwandung bei dessen Herstellungsvorgang eingeformt. Dies stellt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dar, da hierfür kein besonderer Arbeitsgang notwendig ist. Eine solche Einformung umfasst ein vollständiges Einlassen des Heizelements in die Tankwandung oder aber auch nur ein abschnittsweises Einformen oder Befestigen des Heizelements in beziehungsweise an der Tankwandung.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Heizelement in die Tankwandung beim Spritzgießvorgang des Tanks eingearbeitet. Möglich ist es aber auch das Heizelement bei einem durch ein Blasverfahren hergestellten Tank oder bei einem durch ein Schaumverfahren hergestellten Tank bei den entsprechenden Herstellungsverfahren in die Tankhülle ganz oder teilweise einzuarbeiten. Bevorzugt ist das Material des Tanks ein Kunststoffwerkstoff, insbesondere HDPE.
In weiterer Ausgestaltung ist der Tank aus einer Unterschale und einer Oberschale zusammengesetzt. Diese Ausgestaltung ist die bevorzugte Ausführungsform, mit der problemlos beliebige Ausgestaltungen des Tanks hergestellt werden können. Die Unterschale und die Oberschale werden nach dem jeweiligen Herstellungsvorgang miteinander verschweißt oder verklebt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Heizelement an der Trennstelle zwischen Unterschale und Oberschale trennbar ausgebildet und bei dem Zusammenfügvorgang der Tankschalen miteinander verbindbar. Dadurch ist es möglich, auch bei einem aus einer Unterschale und einer Oberschale zusammengesetzten Tank das Heizelement bei dem Herstellungsvorgang der beiden Schalen in diese einzulassen.
In weiterer Ausgestaltung ist das Heizelement an der Trennstelle zusammensteckbar. Dies stellt eine besonders einfach zu realisierende Verbindung dar, zu der auch keine weiteren Hilfsbauteile erforderlich sind. Dabei ist die Steckverbindung so ausgestaltet, das beim Zusammenfügen der Unterschale und der Oberschale automatisch die Steckverbindung hergestellt wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Heizelement an der Kopfwand mit einem Entlüftungsventil verbunden. Durch dieses Entlüftungsventil wird eine Verbindung zu der Umgebung hergestellt und es kann durch das Entlüftungsventil ein Druckausgleich im Tank stattfinden. Die Luft strömt entlang einer von dem Heizelement aufgetauten Belüftungszone, die die Entlüftungsleitung darstellt, entlang dem Heizelement bis zu der Entnahmestelle und stellt den Volumenausgleich für das entnommene Reduktionsmittel her.
Bevorzugt ist das Entlüftungsventil eine halbdurchlässige Membran, die wiederum in weiterer Ausgestaltung direkt in die Tankhülle eingespritzt ist. Dies stellt eine besonders einfache Herstellung sicher.
Um ein Bersten des Tanks durch ein Gefrieren des Reduktionsmittels zu vermeiden, kann in dem erfindungsgemäßen Tank eine elastische Vorrichtung vorgesehen sein, die die Volumenausdehnung ermöglicht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch den erfindungsgemäß ausgestalteten Tank in einer schematischen Darstellung,
2 eine Detailansicht A gemäß 1 und
3 eine Detailansicht B gemäß 1.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Der Tank gemäß 1 ist aus einer Unterschale 1 und einer Oberschale 2 zusammengesetzt. Dazu weisen die Unterschale 1 und die Oberschale 2 jeweils einen Flansch 3a, 3b auf, die vorzugsweise miteinander verschweißt oder verklebt sind. Bodenseitig weist die Unterschale 1 eine Entnahmestelle 4 auf, an die ein Fördermodul 5 angeschlossen ist. Das Fördermodul 5 ist über eine Leitung 6 mit einem Dosiermodul 7 verbunden, durch das das Reduktionsmittel gesteuert in die Abgasleitung der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die Entnahmestelle 4 in dem Tank ist von einem Filter 16 abgedeckt, der mögliche Verunreinigungen in dem Tank zurückhält.
Im Bereich der Entnahmestelle 4 ist oberhalb des Filters 16 in dem Tank eine Heizvorrichtung 8 eingesetzt, mit der das bei entsprechenden Umgebungsbedingungen gefrorene Reduktionsmittel angenähert in dem Bereich 9 aufgetaut wird. Mit der Heizvorrichtung 8 ist ein insbesondere litzenförmiges Heizelement 10 verbunden, dass eine Verbindung zwischen der Entnahmestelle 4 in den Bereich 9 der Unterschale 1 und einem Entlüftungsventil 11 in einer mit Reduktionsmittel unbefüllbaren einfüllstutzenseitigen Kopfwand der Oberschale 2 herstellt. Der maximale Füllstand für Reduktionsmittel in den Tank ist durch die maximale Füllstandshöhe 12 definiert.
Das Heizelement 10 schafft eine eine Entlüftungsleitung darstellende Belüftungszone 13, die von der Entnahmestelle 4 zu dem reduktionsmittelfreien Bereich oberhalb der maximalen Füllstandshöhe 12 reicht, so dass bei einer Entnahme von Reduktionsmittel durch die Entnahmestelle 4 der sich in dem Bereich 9 bildende Hohlraum mit Luft, die durch das Entlüftungsventil 11 in den Tank gelangt, aufgefüllt wird.
Die in 2 dargestellte Ansicht A stellt eine Möglichkeit des abschnittsweisen Angusses 14 des Heizelements 10 an die Unterschale 1 bzw. die Oberschale 2 dar. Das Heizelement 10 kann aber auch vollständig während des Herstellungsvorgangs der Unterschale 1 bzw. der Oberschale 2 in diese eingeformt werden.
3 zeigt in einer Detailansicht B die Steckverbindung 15 des Heizelements 10 im Bereich der Flansche 3a, 3b der Unterschale 1 und der Oberschale 2. Die Steckverbindung 15 weist ein Steckerteil und ein Kupplungsteil auf, die so ausgebildet und in der Unterschale 1 und Oberschale 2 angeordnet sind, dass diese bei der Zusammenfügung der beiden Schalen zuverlässig die elektrischen Kontakte herstellen und andererseits die Zusammenfügung der Schalen nicht behindern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006050808 A1 [0005]
DE 10042121 A1 [0006]

Claims

Tank zur Bevorratung eines Reduktionsmittels, insbesondere eines flüssigen Reduktionsmittels, mit dem Stickstoffoxide aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine zu Stickstoff und Wasser reduzierbar sind, wobei der Tank eine bei einem Aggregatzustandswechsel des Reduktionsmittels einen Volumenausgleich ermöglichende Vorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Tankwandung des Tanks ein Heizelement (10) integriert ist, das eine Verbindung von einer bodenseitigen Entnahmestelle (4) für Reduktionsmittel mit einer mit Reduktionsmittel unbefüllbaren einfüllstutzenseitigen Kopfwand herstellt.
Tank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (10) eine Drahtlitze, eine Flächenheizung und/oder eine Folienheizung ist.
Tank nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (10) in die Tankwandung eingeformt ist.
Tank nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (10) in die Tankwandung beim Spritzgießvorgang der Tankwandung eingearbeitet ist.
Tank nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank aus einer Unterschale (1) und einer Oberschale (2) zusammengesetzt ist.
Tank nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (10) an der Trennstelle zwischen Unterschale (1) und Oberschale (2) trennbar ausgebildet ist.
Tank nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (10) an der Trennstelle zusammensteckbar ist.
Tank nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (10) an der Kopfwand mit einem Entlüftungsventil (11) verbunden ist.
Tank nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüftungsventil (11) eine halbdurchlässige Membran ist.
Tank nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran in die Oberschale (2) eingespritzt ist.