DE102009060065B4

DE102009060065B4 - Fluidleitung

Info

Publication number: DE102009060065B4
Application number: DE102009060065.5A
Authority: DE
Inventors: Marc van Hooren; Burkhard Wirth
Original assignee: Veritas AG
Current assignee: Veritas AG
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2029-12-23
Also published as: US8657147B2; DE102009060065C5; DE202009019165U1; DE102009060065A1; US20110147393A1

Abstract

Fluidleitung zum Befüllen, Entgasen oder Entleeren eines Behälters, der zur Aufnahme einer Harnstoff enthaltenden Flüssigkeit geeignet ist, insbesondere einer Harnstofflösung, sowie zum Transport einer Harnstoff enthaltenden Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung zu mehr als 90 Gew.-% aus TPV besteht, dass die Fluidleitung eine für den Einbau vorgesehene Form aufweist, und dass die Form der Fluidleitung dreidimensional ist und Krümmungen, Biegungen oder dergleichen aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fluidleitung nach dem Obergriff des unabhängigen Anspruchs 1 zum Befüllen, Entgasen oder Entleeren eines Behälters, der zur Aufnahme einer Harnstoff enthaltenden Flüssigkeit geeignet ist, insbesondere einer Harnstofflösung, sowie zum Transport einer Harnstoff enthaltenden Flüssigkeit, und einen Behälter nach Anspruch 5 mit einer Harnstoff enthaltenden Flüssigkeit, insbesondere einer Harnstofflösung, wobei eine Fluidleitung an dem Behälter angelenkt ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Fluidleitung zur Verwendung in Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion in Fahrzeugmotoren nach Anspruch 6 und einen Bausatz mit einer Fluidleitung und einem Behälter, zur Verwendung in Fahrzeugmotoren nach 7, wobei die Fluidleitung und/oder der Behälter im Wesentlich aus TPV bestehen.
Des weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 8 mit einer Fluidleitung und einem Behälter, der geeignet ist zur Aufnahme einer Harnstoff enthaltenden Flüssigkeit, insbesondere einer Harnstofflösung, wobei mittels der Fluidleitung die Harnstoff enthaltende Flüssigkeit transportiert und/oder der Behälters befüllt, entleert oder entgast wird.
Bei der Verbrennung von Dieseltreibstoff in Fahrzeugen entstehen im besonderen Maße Stickoxide, die mittels herkömmlicher Katalysatortechnik nicht oder nur unzureichend gefiltert werden können. Zur Reduzierung der Stickoxide werden deshalb bereits seit einiger Zeit SCR-Katalysatoren eingesetzt, die auf einer selektiven katalytischen Reduktion beruhen. Hierbei wird eine Harnstofflösung in den Abgasstrom eingespritzt, so dass sich die Stickoxide zum großen Teil in Stickstoff und Wasserdampf umwandeln. Diese Technik bzw. die Harnstofflösung sind auch unter dem Markennamen AdBlue bekannt.
Die Harnstofflösung wird in hierfür speziellen Behältnissen bzw. Tanks gespeichert, von wo aus sie über Leitungen und Rohre mittels Dosierpumpen Injektoren zugeführt wird, um in den Abgasstrom eingespritzt zu werden.
Für die Leitungen und Rohre kommt bislang üblicherweise als Material Polyamid, vorzugsweise PA 12, zum Einsatz. Die Polyamidrohre werden vorgeformt, damit sie, einmal eingebaut, relativ steif ihre Krümmungen und Geometrien bewahren. Darüber hinaus können Polyamidrohre und -leitungen auch mit weiteren Materialien beschichtet werden, die die Rohre und Leitungen resistent gegenüber der Harnstoff enthaltenden Flüssigkeit machen. Bei bekannten Polyamidrohren findet eine sogenannte Hydrolyse statt, bei der das Material in Kontakt mit Wasser chemisch aufgespaltet wird. Die Harnstofflösung besteht nur zu etwa einem Drittel aus Harnstoff; der Rest ist Wasser. Demnach besteht bei Polyamid eine nicht nachgewiesene dauerhafte Beständigkeit gegenüber der Harnstofflösung, so dass beschichtetes Polyamid vorzugsweise eingesetzt wird.
Die bei der selektiven katalytischen Reduktion zum Einsatz kommenden Bauteile, wie die Rohre und Leitungen zur Befüllung, Entnahme, Rückführung und auch Entgasung der Tanks, müssen gerade bei Personenkraftwagen recht verwinkelt und platzsparend ausgelegt werden. Insofern ergeben sich komplexe Geometrien der Leitungen und Rohre. Die Polyamidrohre werden, wie bereits erwähnt, hierfür vorgeformt, damit die Rohre an die Gegebenheiten leicht anpassbar sind. Beim Einbau werden die Polyamidrohre aufgrund der Platzverhältnisse gebogen, gestreckt oder auch gestaucht, so dass es zu Weißbrüchen kommen kann. Hierdurch werden die Rohre, auch wenn sie nicht brechen, geschwächt.
In der Druckschrift US 2008/0202616 A1 ist ein Schlauch zum Fluidtransport offenbart.
In der Druckschrift WO 2007/032035 A1 ist eine beheizte Rohrleitung zum Reinigen von Abgas durch selektive katalytische Reduktion offenbart.
In der Druckschrift EP 1 619 218 B1 sind thermoplastische Vulkanisate (TPV) offenbart, welche durch dynamische Vulkanisation erzeugt werden.
In der Druckschrift EP 1 847 711 A1 ist eine peristaltische Pumpe zum Zirkulieren eines Mediums, z.B. Flüssigkeit, offenbart. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die eingangs genannten Fluidleitungen und Behälter für Harnstofflösungen weiterzuentwickeln und eine Einbaufähigkeit, insbesondere auch vor dem Hintergrund des Nachrüstens, weiter zu verbessern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Fluidleitung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach besteht die Fluidleitung im Wesentlichen aus TPV, einem thermischen Vulkanisat.
Das Material ist ein Blend aus einem EPDM (Butylkautschuk) und einem Polypropylen. Polypropylen eignet sich insbesondere gut für aggressive Medien, da es gegenüber Laugen und dergleichen sehr beständig ist. Dieser Blend wird vulkanisiert, so dass es gummiartige Eigenschaften aufweist.
Weiterhin weist TPV zusätzlich auch hervorragende Wiederaufbereitungseigenschaften auf und ist wieder verwendbar. Daher ist es gut umweltverträglich, was ebenfalls zu einer höheren Rentabilität im Herstellungsprozess beiträgt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Fluidleitung zu mehr als 90 Gew.-%, vorzugsweise zu mehr als 95 Gew.-%, bevorzugt zu mehr als 99 Gew.-%, aus TPV.
Das Material hat sich in Versuchen als hoch beständig gegenüber aggressiven Flüssigkeiten verschiedenster Art und Güte erwiesen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungsansätzen, die insbesondere Mehrschichtrohre vorsehen, kann nicht nur die Fertigung, sondern auch die Entsorgung der erfindungsgemäßen Fluidleitung wesentlich vereinfacht werden, weil im wesentlichen nur ein einziges Material bereit zu stellen, zu verarbeiten und später auch zu entsorgen ist, was sich in ökonomischer und vor allem in ökologischer Hinsicht als vorteilhaft herausstellt.
Demnach ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Fluidleitung wenigstens einschichtig, in anderen Fällen auch mehrschichtig ausgebildet, wobei wenigstens eine mit der Harnstofflösung in Kontakt tretende Schicht der Fluidleitung und/oder des Behälters aus TPV besteht. Im Falle, dass die Fluidleitung einschichtig aufgebaut ist, ist sowohl wenigstens eine Oberfläche eines Innenrohrs als auch eines Außenrohrs aus TPV gebildet. Alternativ könnte es aber zweckdienlich sein, die äußere Oberfläche mit einer Schutzschicht zu versehen, die gegen äußere Einflüsse und Flammen schützt. Solche zusätzlichen Schichten können sehr dünn aufgetragen sein durch aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren, oder weisen abschnittsweise auch höhere Stärken auf, die dem Fluidrohr zusätzlich positive Eigenschaften verleihen, wie beispielweise partielle Stabilisierung, erhöhte Hitzeresistenz oder dergleichen.
Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst, die mit einer Fluidleitung mit einem Behälter gelöst, wobei die Fluidleitung, die an den Behälter mit einer Harnstoff enthaltenden Flüssigkeit, insbesondere einer Harnstofflösung angelenkt ist im Wesentlichen aus TPV besteht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist insbesondere wenigstens eine der Fluidleitungen teilweise innerhalb des Behälters angeordnet. Zur Entnahme von Harnstofflösung aus dem Tank ist es nicht immer möglich eine Entnahmeöffnung an einem vertikal unteren Bereich des Tanks vorzusehen, wo die Harnstofflösung durch Schwerkraft abfließen kann. Somit erstreckt sich die Fluidleitung wenigstens teilweise in den Tank. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn auch eine äußere Oberfläche der Fluidleitung aus TPV besteht, um die gleichen Eigenschaften aufzuweisen, wie eine innere Oberfläche, durch die die Harnstofflösung geführt wird. Um dieses auf einfache Weise zu erlangen, ist die Fluidleitung als TPV-Monorohr ausgebildet. Die erfindungsgemäße Fluidleitung kann damit auch insbesondere in einem voll mit einer Harnstofflösung umspülten Zustand (In-Tank-Anwendung) beständig gegenüber dem AdBlue ausgeführt werden, so dass auch die Gefahr einer Delamination bei mehrschichtigen Leitungen erheblich reduziert wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens zwei Fluidleitungen mit dem Behälter verbunden. Bedingt durch die SCR-Technik kann es notwendig sein, nicht nur ein Rohr zum Betanken des Behälters vorzusehen, sondern auch ein Rohr, mit der die überschüssige Harnstofflösung zurückgeführt werden kann. Ebenso bedarf es auch Öffnungen mit daran angelenkten Rohren, die eine Entgasung des Tanks ermöglichen.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Fluidleitung flexibel ausgebildet zum erleichterten Aufschieben von Kupplungsmitteln und nachträglichem Einbau in Fahrzeuge. TPV ist im Gegensatz zu herkömmlich verwendetem Material flexibel und biegsam. Hierdurch lassen sich Kupplungen zum Verbinden der Fluidleitung mit anderen Bauteilen, wie beispielsweise dem Tank, einer Pumpe oder einer Einspritzdüse, leicht verbinden. Insbesondere muß ein Endbereich einer Fluidleitung nicht an einer Kupplungsstück angepasst ausgebildet sein. Die aus einem Vormaterial hergestellten Rohre und Leitungen werden beim Vulkanisieren gleichzeitig in Form gebracht, um platzsparend in einem entsprechenden Motor eingebaut zu werden. Dir Rohre weisen demnach nach dem Vulkanisieren einen dreidimensionalen Verlauf auf. Durch die hohe Flexibilität kann die Länge der Rohre gegenüber dem Stand der Technik größer gewählt werden, da die Gefahr des Weißbruchs bei der Verarbeitung bzw. beim Einbau der Rohre nicht mehr besteht.
Eine vorstehend beschriebene und ausgebildete Fluidleitung findet Verwendung in Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion in Fahrzeugmotoren.
Die Erfindung wird weiterhin durch einen Bausatz mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Danach weist der Bausatz eine Fluidleitung und einen Behälter wie vorstehend beschrieben auf, die zur Verwendung in Fahrzeugmotoren, insbesondere zum nachträglichen Einbau in Fahrzeugmotoren, geeignet sind. Aufgrund der hohen Flexibilität und Biegsamkeit bietet sich gerade die erfindungsgemäße Fluidleitung an, nachträglich in Fahrzeuge eingebaut zu werden. Entgegen den Leitungen des Standes der Technik, kann die vorliegende Fluidleitung leicht an die Gegebenheiten beispielsweise in einem Motorraum angepasst und eingebaut werden.
Eine Vorrichtung zur Lösung der erfinderischen Aufgabe weist die Merkmale des Anspruchs 8 auf. Danach besteht die Fluidleitung im Wesentlichen aus TPV, vorzugsweise zu mehr als 90 Gew.-%, vorzugsweise zu mehr als 95 Gew.-%, bevorzugt zu mehr als 99 Gew.-%, aus TPV und wobei wenigstens eine mit der Harnstofflösung in Kontakt tretende Oberfläche der Fluidleitung und/oder des Behälters aus TPV besteht. Ein Fahrzeug nach Anspruch 8 weist alle Vorteile, die durch die Verwendung von aus TPV bestehenden Fluidleitungen entstehen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Fluidleitung mit Tank und
2 eine perspektivische Ansicht einer Fluidleitung.
Eine erfindungsgemäße Fluidleitung 1 mit einem Behälter ist in 1 exemplarisch in perspektivischer Ansicht gezeigt. Es ist vorgesehen, den Tank 2 mit einer Flüssigkeit zu befüllen, die Harnstoff enthält. Die Harnstofflösung wird für die Abgasreinigung in Kraftfahrzeugen eingesetzt, indem die Lösung in den Abgasstrom eingespritzt wird und eine Aufspaltung der Stickoxide in Stickstoff und Wasserstoff bewirkt. Dieses Verfahren wird auch selektive katalytische Reduktion genannt und ist unter der Abkürzung SCR-Verfahren bekannt, nach der englischen Bezeichnung „selective catalytic reduction“. Darüber hinaus ist die Harnstofflösung in Deutschland unter dem Markennamen AdBlue im Markt eingeführt.
Die Lagerung der Harnstofflösung erfolgt in speziellen Behältnissen, nämlich in den in 1 dargestellten Tanks 2, die im Wesentlichen aus Polyamid bestehen und auf einer inneren Oberfläche mit TPV beschichtet sind. Bei der Entwicklung von Fahrzeugen oder Motoren ist es einfach solche Tanks 2 in das Fahrzeug bzw. den Motorraum einzuplanen. Anders verhält es sich aber, wenn eine Anlage zur Abgasreinigung nach dem SCR-Verfahren nachträglich in ein Fahrzeug oder einen Motor eingebaut werden soll. Beim nachträglichen Einbau der Tanks 2 und Fluidleitungen 1 sind zum Teil komplexe Geometrien erforderlich, da nur begrenzt Platz zur Verfügung steht.
Mit den erfindungsgemäßen Leitungen wird der Einbau bedeutend erleichtert. Die Leitungen bestehen nämlich aus TPV, was im Rahmen der Erfindung bedeutet, dass die Fluidleitungen 1 zu mehr als 90 Gew.-%, vorzugsweise zu mehr als 95 Gew.-%, bevorzugt zu mehr als 99 Gew.-%, aus TPV bestehen. Bevorzugter Weise bestehen die Bauteile zu 100 Gew.-% aus TPV und sind als einschichtiges TPV-Monorohr ausgebildet. Jedoch können auch kleinere Anteile anderer Materialien vorliegen, beispielsweise wenn die Fluidleitung 1 mit verschiedenen Funktionsabschnitten wie Anschlüssen, Markierungen, Kupplungen und dergleichen mehr ausstattet ist. Ebenso können die Leitungen auf einer Außenseite eine andere als aus TPV bestehende Schicht aufweisen, die vor äußeren Einflüssen schützt, die aber nicht die Flexibilität beeinträchtigt.
Die Fluidleitungen 1 sind besonders flexibel und biegsam ausgebildet, was den Einbau erleichtert. Die Fluidleitungen 1 können so auch an schwer zugänglichen Stellen installiert werden oder durch Engpässe hindurch geführt werden, ohne eine Streckgrenze des Materials zu überschreiten. Bei der Vulkanisierung werden die Leitungen und Rohre aus dem Vormaterial gleichzeitig in eine für den Einbau vorgesehene Form gebracht. Die Form einer Fluidleitung 1 ist demnach nicht ausschließlich linear, sondern ist vorzugsweise dreidimensional und weist Krümmungen, Biegungen oder dergleichen auf. Nach der Vulkanisierung weisen die Rohre trotz der vorgegebenen dreidimensionalen Form eine hohe Flexibilität auf, die den Einbau erheblich erleichtert.
Die Fluidleitung 1 aus TPV weist gute Ozon-, UV- und Chemikalienbeständigkeit auf, wobei TPV in einem Temperaturbereich von –60° bis +135° C einsetzbar ist. Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäßen Fluidleitungen 1 folgende mechanische Eigenschaften auf:
Dichte: 0,94 g/cm³
Biegesteifigkeit/Zugfestigkeit: 12 MPa
Bruchdehnung: 5 MPa
Wegen zu erwartender Toleranzen können die angegebenen Werte schwanken, so dass für die Biegeteile auch noch zwischen 11 und 13 MPa und für die Bruchdehnung zwischen 12 und 18 MPa möglich sind. Aufgrund dieser mechanischen Eigenschaften weisen die Fluidleitungen Verhältnisse von Außen- zu Innendurchmesser von 2:1 bis 1,2:1 auf. In jedem Fall ist die Wandstärke der Fluidleitungen 1 wenigstens 1 mm und nicht mehr als 5 mm, wobei Toleranzen von bis zu 0,3 mm auftreten können, so dass auch Wandstärken von 0,7 bis 5,3 mm erreichbar sind.
Die Fluidleitungen 1 sind unterschiedlich einsetzbar. Generell werden die Fluidleitungen 1 zum Transport der Harnstofflösung eingesetzt, was das Betanken bzw. auch die Entnahme mit einschließt. Ebenso kommen die Leitungen bei der Entgasung der Tanks 2 zum Einsatz, so dass ein Tank 2 mehrere Anschlüsse mit Leitungen aufweisen kann.
Es ist auch vorgesehen, die Fluidleitung 1 aus TPV wenigstens zum Teil innerhalb des Tanks 2 anzuordnen. In solchen Fällen besteht die Fluidleitung 1 zu nahezu 100 % aus TPV, damit wenigstens eine äußere und eine innere Oberfläche der Leitung aus TPV besteht. Die Fluidleitungen 2 sind in solchen Fällen als TPV-Monorohr ausgebildet.
Mit der Biegsamkeit lassen sich zudem auch auf einfache Art und Weise Anschlüsse und Kupplungen an den Fluidleitungen 1 befestigen. Die Leitungen können einfach auf die Anschlüsse und Kupplungen aufgeschoben werden. Ebenso können die Leitungen geweitet werden, um die Kupplungen, z. B. in Form von Tri-Konnektoren, aufzuschieben.
Die erfindungsgemäßen Leitungen aus TPV zeichnen sich besonders vorteilhaft durch ihr Rückstellverhalten aus. Neben der Flexibilität nehmen sie ihre Ursprungsform immer wieder an, wenn die Leitung zum Einbau geweitet oder verbogen wurde. Das eignet sich besonders beim nachträglichen Einbau, denn die Leitungen können entsprechend des Verlaufs in dem Motor oder Fahrzeug hinsichtlich Geometrie und eventuellen Krümmungen konzipiert werden und danach flexibel eingebaut werden. Es braucht dabei nicht darauf geachtet zu werden, dass eine Leitung über eine Streckgrenze hinaus verbogen wird, was bei Rohren aus dem Stand der Technik regelmäßig zu Brüchen führt.

Claims

Fluidleitung zum Befüllen, Entgasen oder Entleeren eines Behälters, der zur Aufnahme einer Harnstoff enthaltenden Flüssigkeit geeignet ist, insbesondere einer Harnstofflösung, sowie zum Transport einer Harnstoff enthaltenden Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung zu mehr als 90 Gew.-% aus TPV besteht, dass die Fluidleitung eine für den Einbau vorgesehene Form aufweist, und dass die Form der Fluidleitung dreidimensional ist und Krümmungen, Biegungen oder dergleichen aufweist.
Fluidleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung zu mehr als 95 Gew.-%, bevorzugt zu mehr als 99 Gew.-%, aus TPV besteht.
Fluidleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung ein Außen- zu Innendurchmesserverhältnis von 2:1 bis 1,3:1, vorzugsweise eine Wandstärke von wenigstens 0,7 mm bis höchstens 5,3 mm, insbesondere von 1 mm bis 5 mm aufweist.
Fluidleitung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung wenigstens einschichtig ist, wobei wenigstens eine mit der Harnstofflösung in Kontakt tretende Schicht der Fluidleitung im wesentlichen aus TPV besteht.
Behälter mit einer Harnstoff enthaltenden Flüssigkeit, insbesondere einer Harnstofflösung, wobei eine Fluidleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 an dem Behälter angelenkt ist, wobei die Fluidleitung im Wesentlichen aus TPV besteht.
Eine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 ausgebildete Fluidleitung zur Verwendung in Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion in Fahrzeugmotoren.
Bausatz mit einer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 ausgebildeten Fluidleitung und einem Behälter nach Anspruch 5, zur Verwendung in Fahrzeugmotoren, wobei die Fluidleitung und/oder der Behälter im Wesentlichen aus TPV bestehen.
Fahrzeug mit einer Fluidleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 und einem Behälter, der geeignet ist zur Aufnahme einer Harnstoff enthaltenden Flüssigkeit, insbesondere einer Harnstofflösung, wobei mittels der Fluidleitung die Harnstoff enthaltende Flüssigkeit transportiert und/oder der Behälter befüllt, entleert oder entgast wird, wobei zumindest die Fluidleitung im Wesentlichen aus TPV besteht.