DE102010009182A1

DE102010009182A1 - Heating device for thawing and/or warming liquid in tank used in urea supply system, has float which is secured at heating guard such that secondary portion is movable in relation to primary portion under the action of float

Info

Publication number: DE102010009182A1
Application number: DE102010009182A
Authority: DE
Inventors: Roland 76756 Starck
Original assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Current assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2030-02-25
Also published as: DE102010009182B4

Abstract

The device has a primary portion which is intended for fastening in a tank. A secondary portion which incorporates a heating guard (1) is connected within the primary portion. The secondary portion is movable in relation to the primary portion under the action of a float (2) which is secured at the heating guard. The heating guard is arranged in wound configuration and the extension of the configuration in vertical direction is altered by the action of float as a function of level of liquid which is warmed up.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zum Auftauen oder Erwärmen einer Flüssigkeit in einem Tank, insbesondere zum Auftauen von Harnstofflösung.The invention relates to a heating device for thawing or heating a liquid in a tank, in particular for thawing urea solution.

Heizvorrichtungen werden beispielsweise für Harnstoffversorgungssysteme benötigt, die standardmäßig in Kraftfahrzeugen zur Versorgung eines Abgasreinigungskatalysators mit Reduktionsmittel, beispielsweise Ammoniak, eingebaut sind. Harnstoff wird von Abgasreinigungskatalysatoren als Ammoniaklieferant benötigt. Bei Frost kann Harnstofflösung einfrieren, so dass eine Heizvorrichtung benötigt wird, um Harnstofflösung möglichst rasch aufzutauen, damit der für den Betrieb des Katalysators benötigte Harnstoff zur Verfügung gestellt werden kann.Heaters are needed, for example, for urea supply systems, which are installed as standard in motor vehicles for supplying an exhaust gas purification catalyst with reducing agent, such as ammonia. Urea is needed by emission control catalysts as an ammonia supplier. In the case of frost, urea solution can freeze, so that a heating device is needed to thaw urea solution as quickly as possible, so that the urea needed for the operation of the catalyst can be made available.

Aus der WO 2006/131201 A2 ist eine Heizvorrichtung für einen Harnstofftank bekannt. Die bekannte Heizvorrichtung arbeitet mit mehreren keramischen PTC Elementen, die in einem als Strangpressprofil gebildeten Metallgehäuse eingeschlossen sind, das von einem Kunststoffmantel vor der korrosiven Harnstofflösung geschützt wird. Die Herstellung der bekannten Heizvorrichtung ist allerdings aufwändig, insbesondere verursacht eine zuverlässige Abdichtung des Gehäuses einen erheblichen Aufwand.From the WO 2006/131201 A2 a heater for a urea tank is known. The known heater operates with several ceramic PTC elements which are enclosed in a metal housing formed as an extruded profile, which is protected by a plastic sheath from the corrosive urea solution. However, the production of the known heating device is complicated, in particular causes a reliable sealing of the housing a considerable effort.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie eine Heizvorrichtung für ein Harnstoffversorgungssystem eines Kraftfahrzeugs mit geringerem Aufwand hergestellt werden kann.Object of the present invention is to show a way how a heater for a urea supply system of a motor vehicle can be produced with less effort.

Diese Aufgabe wird durch eine Heizvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved by a heating device with the features specified in claim 1. Advantageous developments of the invention are the subject of dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung dient zum Erwärmen und/oder Auftauen einer Flüssigkeit, insbesondere Harnstofflösung, in einem Tank. Eine Heizvorrichtung gemäß Anspruch 1 hat einen zur Befestigung in einem Tank vorgesehenen Abschnitt, einen zur Befestigung in einem Tank vorgesehenen ersten Abschnitt und einen mit dem ersten Abschnitt verbundenen zweiten Abschnitt, der einen Heizleiter enthält. Erfindungsgemäß ist ein Schwimmkörper vorgesehen, unter dessen Einwirkung der zweite Abschnitt gegenüber dem ersten Abschnitt beweglich ist. Der Schwimmkörper bewirkt bei einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung eine Anpassung des von dem Heizleiter beheizten Volumens an den Flüssigkeitsstand im Tank. Bei hohem Flüssigkeitsstand zieht der Schwimmer den zweiten Abschnitt nach oben, so dass der Heizleiter ein in vertikaler Richtung ausgedehntes Volumen beheizt. In entsprechender Weise bewirkt der Schwimmer eine Anpassung an einen niedrigen Flüssigkeitsstand, so dass sich der Heizleiter dann weniger weit nach oben erstreckt.A heating device according to the invention serves to heat and / or thaw a liquid, in particular urea solution, in a tank. A heater according to claim 1 has a portion to be mounted in a tank, a first portion intended to be mounted in a tank, and a second portion connected to the first portion and containing a heating conductor. According to the invention, a floating body is provided under the action of which the second section is movable relative to the first section. In the case of a heating device according to the invention, the float causes an adaptation of the volume heated by the heating conductor to the liquid level in the tank. When the liquid level is high, the float pulls up the second section so that the heating element heats a vertically expanded volume. In a corresponding manner, the float causes an adaptation to a low liquid level, so that the heating conductor then extends less far upwards.

Die Heizvorrichtung kann beispielsweise einen Arm aufweisen, der den Schwimmkörper trägt und schwenkbar gegenüber dem zur Befestigung vorgesehenen Abschnitt beweglich ist. Der Arm kann den Heizleiter tragen oder von dem Heizleiter gebildet sein. Die Heizvorrichtung kann einen oder mehrere Heizleiter aufweisen. Bevorzugt weist auch der erste Abschnitt einen Heizleiter auf, beispielsweise indem sich ein Heizleiter in dem ersten und dem zweiten Abschnitt erstreckt.The heater may for example comprise an arm which carries the float and is pivotally movable relative to the portion provided for attachment. The arm may carry the heating conductor or be formed by the heating conductor. The heating device may comprise one or more heating conductors. The first section also preferably has a heating conductor, for example by a heating conductor extending in the first and the second section.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung lässt sich wie folgt definieren: Heizvorrichtung mit einen Heizleiter, der in einer gewundenen Konfiguration angeordnet ist, und einen an dem Heizleiter befestigten Schwimmkörper, durch dessen Einwirkung sich die Erstreckung der Konfiguration in der vertikalen Richtung in Abhängigkeit vom Pegelstand der zu erwärmenden Flüssigkeit ändern kann. Die gewundene Konfiguration des Heizleiters kann beispielsweise eine Wendel sein, insbesondere eine Wendel mit nach oben abnehmendem Windungsdurchmesser. Ein erster Abschnitt der gewundenen Konfiguration, beispielsweise eine äußere Windung einer Spirale, wird an dem Tank befestigt. Der Rest der Konfiguration ist als zweiter Abschnitt unter Einwirkung des daran befestigten Schwimmkörpers beweglich.A particularly advantageous embodiment of a heating device according to the invention can be defined as follows: heating device with a heating conductor, which is arranged in a wound configuration, and a float fixed to the heating element, by the action of the extension of the configuration in the vertical direction depending on the level change the liquid to be heated. The tortuous configuration of the heat conductor can be, for example, a helix, in particular a helix with an upward decreasing turn diameter. A first portion of the tortuous configuration, such as an outer turn of a spiral, is attached to the tank. The remainder of the configuration is movable as a second section under the action of the floating body attached thereto.

Der Auftrieb des Schwimmkörpers in der zu erwärmenden Flüssigkeit bewirkt bei einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung, dass sich die gewundene Konfiguration des Heizleiters in der Vertikalen über ein erhebliches Volumen erstreckt und folglich Heizleistung in einem entsprechend großen Volumen freigesetzt wird. Bei sinkendem Pegelstand kann sich die Ersteckung der Konfiguration in der Vertikalen reduzieren, bevorzugt bis auf Null reduzieren, so dass die Heizleistung weiterhin auf die Erwärmung der im Tank enthaltenen Flüssigkeit konzentriert werden kann. Vorteilhaft lässt sich deshalb mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung erreichen, dass auch bei sinkendem Pegelstand der Heizleiter dennoch vollständig oder zumindest größten Teils von der zu erwärmenden Flüssigkeit umgeben ist.The buoyancy of the float in the liquid to be heated, in a heating device according to the invention, causes the tortuous configuration of the heating element to extend over a considerable volume in the vertical direction, thus releasing heating power in a correspondingly large volume. As the water level drops, the configuration can be reduced in the vertical direction, preferably reduced to zero, so that the heating power can continue to be concentrated on the heating of the liquid contained in the tank. Advantageously, it can therefore be achieved with a heating device according to the invention that, even when the level drops, the heating conductor is nevertheless completely or at least largely surrounded by the liquid to be heated.

Bei einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann der Heizleiter die gewundene Konfiguration bilden, beispielsweise indem der Heizleiter ein entsprechend gewundener Heizdraht ist. Der Heizleiter kann mehrere Heizsegmente, beispielsweise PTC-Elemente, aufweisen, die über Leiterabschnitte miteinander verbunden sind. Die Heizsegmente zusammen mit den sie verbindenden Leiterabschnitten bilden dann den Heizleiter, der eine gewundene Konfiguration einnimmt. Weitere Beispiele einer gewundenen Konfiguration sind unter anderem geflochtene, gewirkte oder verwobene Heizleiterfasern, insbesondere Kohlefasern, oder Drähte. Möglich sind auch eine mäander- oder zickzackförmige Gestalt des Heizleiters sowie eine Kette mit relativ zueinander beweglichen Gliedern. Beispielsweise kann eine dehnbare Folie verwendet werden, die mäanderförmige Leiterbahnen trägt. Möglich ist es auch, dass die gewundene Konfiguration den Heizleiter trägt. Beispielsweise kann der Heizleiter auf einem balgartigen Träger angeordnet sein oder es können einzelne Heizleiter, z. B PTC-Elemente, über Leiterabschnitte einer gewundenen Konfiguration miteinander verbunden sein.In a heating device according to the invention, the heating conductor may form the tortuous configuration, for example in that the heating conductor is a correspondingly wound heating wire. The heating conductor can have a plurality of heating segments, for example PTC elements, which are connected to one another via conductor sections. The heating segments, together with the conductor sections connecting them, then form the heating conductor, which assumes a convoluted configuration. Further examples of one twisted configuration include braided, knitted or interwoven Heizleiterfasern, especially carbon fibers, or wires. Also possible are a meandering or zigzag shape of the heating conductor and a chain with relatively movable members. For example, a stretchable film can be used, which carries meander-shaped conductor tracks. It is also possible that the tortuous configuration carries the heating element. For example, the heating element can be arranged on a bellows-type carrier or individual heating conductors, for. B PTC elements, interconnected by conductor sections of a tortuous configuration.

Bevorzugt entsteht bei Streckung der Konfiguration in vertikaler Richtung eine federnde Rückstellkraft. Insbesondere kann die Heizleiterkonfiguration eine Feder bilden, die bei Streckung in vertikaler Richtung eine Rückstellkraft erzeugt. Auf diese Weise wirkt auf den Schwimmer nicht nur die Gewichtskraft des Heizleiters, sondern zusätzlich auch die Rückstellkraft der Feder. Bei eingefrorener Flüssigkeit kann auf diese Weise der Gefahr entgegengewirkt werden, dass der Flüssigkeitspegel unter einer Eisschicht absinkt, der Schwimmkörper aber an der Eisschicht festgefroren bleibt und deshalb ein Teil der Heizleiterkonfiguration nicht mehr von Flüssigkeit umgeben ist.When the configuration is stretched in the vertical direction, a resilient restoring force is preferably created. In particular, the Heizleiterkonfiguration can form a spring which generates a restoring force when stretched in the vertical direction. In this way affects the float not only the weight of the heating element, but also the restoring force of the spring. When frozen liquid can be counteracted in this way the risk that the liquid level drops below an ice layer, the float but remains frozen to the ice layer and therefore part of the Heizleiterkonfiguration is no longer surrounded by liquid.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die gewundene Konfiguration des Heizleiters eine Spirale ist. Bei leerem oder fast leerem Tank kann der Heizleiter als ebene Spirale vorliegen und folglich selbst bei minimalem Pegelstand vollständig von Flüssigkeit bedeckt sein. Bei zunehmendem Pegelstand der Flüssigkeit kann die Spirale wegen der Auftriebskraft des an dem Heizleiter befestigten Schwimmkörpers als Raumspirale vorliegen. Vorteilhaft kann die Konfiguration dann eine Wendel sein, deren Windungen nach oben kleiner werden. Die Form der Wendel kann sich dabei einer konischen Spirale annähern. Besonders bevorzugt ist eine Doppelspirale. Auf diese Weise können eine Hin- und eine Rückleitung des Stroms vorteilhaft geführt werden. Insbesondere können die beiden äußersten Windungen als elektrische Anschlüsse der Heizvorrichtung genutzt werden.An advantageous development of the invention provides that the winding configuration of the heating element is a spiral. When the tank is empty or almost empty, the heating element can be in the form of a flat spiral and therefore completely covered by liquid even at the minimum level. With increasing level of the liquid, the spiral may be present as a space spiral because of the buoyancy of the attached to the heating element float. Advantageously, the configuration can then be a helix whose turns become smaller towards the top. The shape of the helix may approach a conical spiral. Particularly preferred is a double spiral. In this way, a forward and a return of the stream can be performed advantageous. In particular, the two outermost turns can be used as electrical connections of the heater.

Wenn die im Tank enthaltene Flüssigkeit eingefroren ist, umschließt die Heizleiterkonfiguration ein näherungsweise kegelstumpfförmiges Volumen, das sehr schnell aufgetaut werden kann und eine frühzeitige Entnahme von Flüssigkeit ermöglicht. Ein von der Heizleiterkonfiguration umschlossener Eiskonus kann besonders schnell aufgetaut werden, wenn die Rückstellkraft einer Feder die Konfiguration zusammenzieht. Die Rückstellkraft der Feder bewirkt dann nämlich, dass die Heizleiterwindungen stets von oben auf die Mantelfläche des Eiskonus drücken.When the liquid contained in the tank is frozen, the heat conductor configuration encloses an approximately frusto-conical volume that can be thawed very quickly and allows early removal of liquid. An ice cone enclosed by the heat conductor configuration can be thawed particularly quickly when the restoring force of a spring contracts the configuration. The restoring force of the spring then causes namely that the Heizleiterwindungen always press from above on the lateral surface of the Eiskonus.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zur Stabilisierung der Konfiguration wenigstens ein Abstandshalter vorhanden ist, der einer horizontalen Verschiebung von Windungen gegeneinander entgegenwirkt. Der Abstandhalter kann beispielsweise ein an den Windungen befestigter Strang sein, der sich quer zu den Windungen erstreckt. Dabei kann ein flexibler, gummielastisch dehnbarerer Strang als Abstandshalter verwendet werden. Wenn die Konfiguration eine Spirale ist, erstreckt sich der wenigstens eine Strang bevorzugt in radialer Richtung. Auf diese Weise kann die Form der Konfiguration gegen unerwünschte Bewegungen in radialer Richtung stabilisiert werden, während die axiale Beweglichkeit, d. h. die Beweglichkeit in vertikaler Richtung, erhalten bleibt. Besonders bevorzugt sind zur Stabilisierung wenigstens zwei, insbesondere wenigstens drei Stränge vorgesehen, die an den Heizleiterabschnitten, also den Windungen, befestigt sind, an denen sie vorbeigeführt sind. Mit einem oder mehreren solchen Strängen kann ferner auch erreicht werden, dass bei Streckung der Konfiguration in vertikaler Richtung eine federnde Rückstellkraft entsteht. Insbesondere Stränge aus gummielastischem Kunststoff können eine Feder bilden, die bei Streckung der Konfiguration in vertikaler Richtung eine Rückstellkraft bewirkt.A further advantageous embodiment of the invention provides that at least one spacer is present to stabilize the configuration, which counteracts a horizontal displacement of turns against each other. The spacer may be, for example, a strand attached to the windings which extends transversely to the windings. In this case, a flexible rubber-elastic stretchable strand can be used as a spacer. If the configuration is a spiral, the at least one strand preferably extends in the radial direction. In this way, the shape of the configuration can be stabilized against unwanted movements in the radial direction, while the axial mobility, i. H. the mobility in the vertical direction, is maintained. Particularly preferably at least two, in particular at least three strands are provided for stabilization, which are fastened to the heating conductor sections, that is to say the turns, past which they are passed. With one or more such strands can also be achieved that when stretching the configuration in the vertical direction, a resilient restoring force arises. In particular strands of rubber-elastic plastic can form a spring which causes a restoring force when stretching the configuration in the vertical direction.

Besonders vorteilhaft kann als Strang ein Kunststoffband verwendet werden, beispielsweise aus Ethylentetrafluorethylen, Polyethylen, Polypropylen oder Silikon. Kunststoffbänder sind flexibel und gut biegsam, so dass die vertikale Beweglichkeit der Heizleiterkonfiguration allenfalls unwesentlich eingeschränkt wird. Dies gilt insbesondere für dünne Bänder mit einer Stärke von 1 mm oder weniger, vorzugsweise 0,5 mm oder weniger. Einer Verschiebung von Windungen einer Wendel oder einer Spirale gegeneinander in radialer Richtung kann ein Band dagegen einen erheblichen Widerstand entgegensetzen. Dies gilt insbesondere wenn mehrere Kunststoffbänder, beispielsweise drei oder mehr, zur Stabilisierung verwendet werden, die verteilt am Umfang der Heizleiterkonfiguration vorgesehen sind.Particularly advantageously, a plastic strip may be used as a strand, for example ethylene tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene or silicone. Plastic straps are flexible and well flexible, so that the vertical mobility of the heating conductor configuration is at best insignificantly limited. This is especially true for thin tapes having a thickness of 1 mm or less, preferably 0.5 mm or less. A shift of turns of a helix or a spiral against each other in the radial direction, however, a band can oppose a considerable resistance. This is especially true when multiple plastic bands, for example three or more, are used for stabilization, which are distributed around the periphery of the heating conductor configuration.

Als Abstandshalter zur Stabilisierung der Konfiguration können insbesondere bei einer spiralförmigen Konfiguration auch vertikale Stäbe verwendet werden, die eine horizontale Bewegung der Windungen verhindern oder zumindest einschränken.As spacers for stabilizing the configuration, in particular in a helical configuration, vertical bars can also be used which prevent or at least restrict horizontal movement of the turns.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Schwimmkörper in einer Draufsicht gesehen von den Windungen des Heizleiters umgeben ist. Beispielsweise kann der Schwimmkörper im Zentrum einer Spirale angeordnet sein. Auf diese Weise kann der Auftrieb des Schwimmkörpers besonders effizient genutzt werden, um eine Anpassung der vertikalen Erstreckung der Heizleiterkonfiguration an den Pegelstand der zu erwärmenden Flüssigkeit zu bewirken. Der Schwimmkörper kann aber beispielsweise auch als ein Strang ausgebildet sein, der an dem Heizleiter befestigt ist. Beispielsweise kann sich der Strang an dem Heizleiter entlang erstrecken. Möglich ist es auch, dass der zur Stabilisierung verwendete Strang zugleich den Schwimmkörper bildet.A further advantageous embodiment of the invention provides that the float is seen in a plan view surrounded by the turns of the heating element. For example, the float can be arranged in the center of a spiral. In this way, the buoyancy of the float can be used particularly efficiently to adapt the vertical extent of the Heizleitererkonfiguration to the level of the heated To cause liquid. However, the float may for example be formed as a strand which is attached to the heating element. For example, the strand may extend along the heating conductor. It is also possible that the strand used for stabilization also forms the float.

Bevorzugt wird der Schwimmkörper von dem Heizleiter beheizt. Auf diese Weise kann bei eingefrorener Flüssigkeit der Gefahr entgegengewirkt werden, dass der Schwimmkörper an der Eisschicht festgefroren bleibt, obwohl der Flüssigkeitspegel unter einer Eisschicht absinkt. In einem solchen Fall würde ein Teil der Heizleiterkonfiguration aus der Flüssigkeit herausragen und wäre nur noch von Luft umgeben. Indem der Schwimmkörper beheizt wird, lässt sich erreichen, dass er sich frühzeitig von eventuell vorhandenem Eis löst.Preferably, the float is heated by the heating element. In this way, it can be counteracted with frozen liquid of the danger that the float remains frozen to the ice sheet, although the liquid level drops below an ice sheet. In such a case, part of the heating conductor configuration would protrude from the liquid and would be surrounded only by air. By heating the float, it can be achieved that it dissolves early from any existing ice.

Eine Beheizung des Schwimmkörpers kann durch eine geeignete Positionierung des Heizleiters in Bezug auf den Schwimmkörper erreicht werden. Vorteilhaft ist insbesondere, wenn der Heizleiter über dem Schwimmerkörper verläuft, beispielsweise auf einer Oberseite des Schwimmkörpers aufliegt, und/oder den Schwimmkörper umgibt, beispielsweise indem eine oder mehrere Windungen um den Schwimmkörper herumgeführt sind. Um den Schwimmkörper möglichst rasch von Eis zu befreien, können auch mit dem Heizleiter verbundene Wärmeleitkörper verwendet werden, beispielsweise ein über dem Schwimmkörper angeordnetes Metallteil. Als Wärmeleitkörper kann auch eine wärmeleitende Beschichtung des Schwimmkörpers verwendet werden, insbesondere eine metallische Beschichtung.A heating of the float can be achieved by a suitable positioning of the heating element with respect to the float. It is particularly advantageous if the heating conductor extends over the float body, for example, rests on an upper side of the floating body, and / or surrounds the floating body, for example by one or more windings are guided around the float. In order to free the float as quickly as possible from ice, also connected to the heating conductor heat conducting body can be used, for example, arranged above the float metal part. As a heat-conducting body and a heat-conductive coating of the float can be used, in particular a metallic coating.

Der Schwimmkörper ist bevorzugt aus Schaumstoff. Geschlossenzellige Schaumstoffe, die als Schwimmkörper verwendet werden können, sind insbesondere aus Kunststoff kostengünstig erhältlich. Besonders bevorzugt ist der Schwimmkörper aus Gummi, insbesondere Natur- oder Nitrilkautschuk, Ethylentetrafluorethylen, Polyethylen, Polypropylen, Silikon Ethylenpropylendienkautschuk oder einem thermoplastischen Elastomer. Der Schwimmkörper kann beispielsweise auch als Hohlkörper ausgebildet sein. Bei hinreichend geringer Dichte des Kunststoffs kann der Schwimmkörper auch massiv ausgebildet sein. Der Schwimmkörper sollte hinreichend elastisch sein, um bei Frost entstehenden Eisdruck und eine damit verbundene Verformung aushalten zu können.The float is preferably made of foam. Closed-cell foams that can be used as floats are available in particular from plastic cost. Particularly preferred is the floating body made of rubber, in particular natural or nitrile rubber, ethylene tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, silicone ethylene propylene rubber or a thermoplastic elastomer. The float may for example also be formed as a hollow body. With sufficiently low density of the plastic, the float can also be solid. The float should be sufficiently elastic to withstand the formation of ice pressure and associated deformation during frost.

Als Heizleiter wird bevorzugt Heizdraht verwendet. Auf diese Weise lässt sich besonders kostengünstig eine gewundene Konfiguration erzeugen, deren vertikale Ausdehnung sich unter geringer Krafteinwirkung ändern kann. Der Heizdraht kann mit einer metallischen Außenfläche der zu erwärmenden Flüssigkeit ausgesetzt sein. Bevorzugt ist der Heizdraht aber von einer Kunststoffhülle ummantelt und auf diese Weise vor Einwirkung einer korrosiven Flüssigkeit, beispielsweise Harnstofflösung geschützt. Als Material für den Heizdraht sind insbesondere Edelstahllegierungen, geeignet. Vorteilhaft kann auch ein Heizdraht aus Widerstandslegierungen, beispielsweise Kupfernickellegierungen verwendet werden. Insbesondere bei Verwendung eines geeigneten Kunststoffmantels können aber auch andere Materialien verwendet werden, insbesondere PTC-Heizdraht. Bevorzugt hat der Heizleiter einen Durchmesser von 1 bis 2 mm.As a heating conductor heating wire is preferably used. In this way, a convoluted configuration can be produced in a particularly cost-effective manner, the vertical extent of which can change under a small force. The heating wire may be exposed to a metallic outer surface of the liquid to be heated. Preferably, however, the heating wire is covered by a plastic sheath and protected in this way from the action of a corrosive liquid, such as urea solution. As a material for the heating wire in particular stainless steel alloys are suitable. Advantageously, a heating wire of resistance alloys, such as copper nickel alloys can be used. In particular, when using a suitable plastic sheath but other materials can be used, in particular PTC heating wire. The heating conductor preferably has a diameter of 1 to 2 mm.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Heizleiter mit einem Übertemperaturbegrenzer in Reihe geschaltet ist. Als Übertemperaturbegrenzer sind insbesondere polymere PTC-Elmente geeignet. Erwärmt sich der Übertemperaturbegrenzer über eine vorgegebene Schwellentemperatur hinaus, so wird der Heizstrom unterbrochen oder zumindest stark reduziert. Bei polymeren PTC-Elementen steigt der elektrische Widerstand bei Erreichen einer kritischen Schwelltemperatur um mehrere Größenordnungen an, so dass der Heizstrom entsprechend zurück geht.A further advantageous embodiment of the invention provides that the heating element is connected in series with an excess temperature limiter. In particular, polymeric PTC elements are suitable as overtemperature limiters. If the overtemperature limiter warms up beyond a predetermined threshold temperature, the heating current is interrupted or at least greatly reduced. In polymeric PTC elements, the electrical resistance increases by several orders of magnitude when a critical threshold temperature is reached, so that the heating current decreases accordingly.

Bevorzugt ist der Übertemperaturbegrenzer im Zentrum der Heizleiterkonfiguration angeordnet, insbesondere an dem Schwimmkörper. Der Heizleiter kann in diesem Fall aus zwei Abschnitten bestehen, die im Zentrum der Konfiguration durch den Übertemperaturbegrenzer miteinander verbunden sind.The excess temperature limiter is preferably arranged in the center of the heating conductor configuration, in particular on the floating body. The heating conductor in this case may consist of two sections which are interconnected in the center of the configuration by the overtemperature limiter.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Tank mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung. Bevorzugt ist die Heizvorrichtung am Boden des Tanks befestigt ist. Bevorzugt ist dabei die Heizleiterkonfiguration, insbesondere deren äußerste Windung, am Boden des Tanks befestigt.The present invention further relates to a tank with a heating device according to the invention. Preferably, the heater is attached to the bottom of the tank. In this case, the heating conductor configuration, in particular its outermost turn, is preferably fastened to the bottom of the tank.

Bevorzugt ist ein Filtergehäuse wärmeleitend mit der Heizvorrichtung verbunden. Beispielsweise kann das Filtergehäuse unter einer Heizleiterwindung oder zwischen zwei Windungen, angeordnet sein, beispielsweise eingeklemmt sein. Bevorzugt werden Anschlüsse der Heizvorrichtung zum Beheizen des Filtergehäuses genutzt. Bevorzugt ist das Filtergehäuse deshalb in der Nachbarschaft einer Anschlussdurchführung des Tanks angeordnet.Preferably, a filter housing is thermally conductively connected to the heating device. For example, the filter housing under a Heizleiterwindung or between two windings, be arranged, for example, be clamped. Preferably, connections of the heating device are used for heating the filter housing. Preferably, the filter housing is therefore arranged in the vicinity of a connection feedthrough of the tank.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Entnahmeöffnung des Tanks von wenigstens einem Windungsabschnitt des Heizleiters umgeben ist. Weiterhin kann eingefrorene Flüssigkeit in der Entnahmeöffnung durch eine wärmeleitende Verbindung zu dem Heizleiter aufgetaut werden. Bei eingefrorener Flüssigkeit wird zunächst ein von den Heizleiterwindungen umschlossenes Volumen aufgetaut. Die Flüssigkeit des aufgetauten Volumens kann dann sofort entnommen werden, wenn dieses Volumen an die Entnahmeöffnung des Tanks anschließt, d. h. die Entnahmeöffnung von einer Heizleiterwindung umgeben ist.A further advantageous development of the invention provides that a removal opening of the tank is surrounded by at least one turn section of the heating conductor. Furthermore, frozen liquid can be thawed in the removal opening by a heat-conducting connection to the heating conductor. When frozen liquid is first enclosed by the Heizleiterwindungen Thawed volume. The liquid of the thawed volume can then be removed immediately, if this volume connects to the removal opening of the tank, ie the removal opening is surrounded by a Heizleiterwindung.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Teile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszahlen bezeichnet.Further details and advantages of the invention will be explained with reference to embodiments with reference to the accompanying drawings. Identical and corresponding parts are denoted by matching reference numerals.

Es zeigen:Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung in einer perspektivischen Darstellung; 1 an embodiment of a heating device according to the invention in a perspective view;

2 eine Draufsicht zu 1; 2 a plan view too 1 ;

3 eine Draufsicht des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels in einem Flüssigkeitstank; 3 a top view of the in 1 illustrated embodiment in a liquid tank;

4 eine Schnittansicht zu 3; und 4 a sectional view too 3 ; and

5 ein weiteres Ausführungsbeispiel. 5 another embodiment.

Die in den 1 und 2 dargestellte Heizvorrichtung ist zum Erwärmen und/oder Auftauen von Flüssigkeiten in einem Tank vorgesehen, insbesondere korrosive Flüssigkeiten wie Harnstofflösung. In den 3 und 4 ist die Heizvorrichtung im montierten Zustand in einem Tank dargestellt.The in the 1 and 2 shown heater is provided for heating and / or thawing of liquids in a tank, in particular corrosive liquids such as urea solution. In the 3 and 4 the heater is shown in the mounted state in a tank.

Die Heizvorrichtung hat einen flexiblen Heizleiter 1 und einen an dem Heizleiter 1 befestigten Schwimmkörper 2. Der Schwimmkörper 2 ist an einem Ende der Heizvorrichtung angeordnet und gegenüber einem zur Befestigung am Boden eines Tanks vorgesehenen Abschnitt beweglich. Der zu Befestigung vorgesehene Abschnitt kann beispielsweise eine Windung oder ein Teil einer Windung sein.The heater has a flexible heating conductor 1 and one on the heating conductor 1 attached float 2 , The float 2 is disposed at one end of the heater and movable relative to a provided for attachment to the bottom of a tank section. The portion to be fastened may, for example, be a turn or a part of a turn.

Der Heizleiter 1 hat eine gewundene Konfiguration, die eine Feder bildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die gewundene Konfiguration eine konische Spirale. Die Erstreckung der Konfiguration in vertikaler Richtung kann sich durch Einwirkung des Schwimmkörpers 2 in Abhängigkeit vom Pegelstand der zu erwärmenden Flüssigkeit 3 ändern, die in 4 eingezeichnet ist. In 1 hat die konische Spirale ihre maximale Höhe. Bei sinkendem Pegelstand ist der Abstand des Schwimmerkörpers 2 vom Boden des Tanks 4 entsprechend geringer und die Spirale hat dementsprechend eine kleinere Höhe.The heating conductor 1 has a spiral configuration that forms a spring. In the illustrated embodiment, the tortuous configuration is a conical spiral. The extension of the configuration in the vertical direction may be due to the action of the float 2 depending on the level of the liquid to be heated 3 change that in 4 is drawn. In 1 the conical spiral has its maximum height. When the level drops, the distance between the float body 2 from the bottom of the tank 4 correspondingly lower and the spiral accordingly has a smaller height.

Eine Heizleiterkonfiguration Form einer Wendel mit nach oben abnehmendem Windungsdurchmesser ist besonders vorteilhaft, da sich die Konfiguration bei verschwindendem Pegelstand einer ebenen Spirale annähern kann, so dass der Heizleiter 1 selbst bei minimalem Pegelstand noch von Flüssigkeit umgeben ist. Prinzipiell kann die gewundene Konfiguration aber beispielsweise auch eine zylindrische Wendel oder ein Mäander sein. Eine derartige Konfiguration kann unter Einwirkung des Schwimmkörpers 2 ebenfalls ihre Erstreckung in vertikaler Richtung in Abhängigkeit vom Pegelstand der zu erwärmenden Flüssigkeit 3 ändern.A heat conductor configuration in the form of a helix with a winding diameter which decreases in the upward direction is particularly advantageous, since the configuration can approach a plane spiral when the level of the water level drops, so that the heating conductor 1 even at minimum water level is still surrounded by liquid. In principle, however, the tortuous configuration can also be, for example, a cylindrical helix or a meander. Such a configuration may be under the action of the float 2 also their extent in the vertical direction depending on the level of the liquid to be heated 3 to change.

Zur Stabilisierung erstrecken sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel quer zu den Windungen mehrere, bevorzugt wenigstens drei, Abstandshalterstränge 4, die an den Windungen befestigt sind. Unter einer Windung wird dabei ein Heizleiterabschnitt verstanden, der einen Winkel von 360° umschließt, also insbesondere ein vollständiger Umlauf einer Wendel oder Spirale.For stabilization, a plurality of, preferably at least three, spacer strands extend transversely to the turns in the illustrated embodiment 4 , which are attached to the windings. In this case, a winding is understood to mean a heating conductor section which encloses an angle of 360 °, that is to say in particular a complete circulation of a helix or spiral.

Die Stränge 4 sind als Kunststoffbänder ausgeführt und in radialer Richtung der Spirale orientiert. Die Stränge 4 stabilisieren die konische Spirale gegen Verschiebebewegungen der einzelnen Windungen in radialer Richtung, schränken die vertikale Beweglichkeit der einzelnen Windungen gegeneinander jedoch allenfalls unwesentlich ein. Die Stränge 4 sind bevorzugt Kunststoffbänder, beispielsweise aus Ethylentetrafluorethylen, Polyethylen, Polypropylen oder Silikon. Bevorzugt haben die Bänder eine Dicke von nicht mehr als 1 mm, bevorzugt nicht mehr als 0,5 mm, insbesondere nicht mehr als 0,1 mm. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde Folie mit einer Stärke von 25 μm bis 100 μm verwendet.The strands 4 are designed as plastic bands and oriented in the radial direction of the spiral. The strands 4 stabilize the conical spiral against displacement movements of the individual turns in the radial direction, restrict the vertical mobility of the individual turns against each other, however, at most insignificant. The strands 4 are preferably plastic bands, such as ethylene tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene or silicone. Preferably, the bands have a thickness of not more than 1 mm, preferably not more than 0.5 mm, in particular not more than 0.1 mm. In the illustrated embodiment, film with a thickness of 25 microns to 100 microns was used.

Der Heizleiter 1 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Heizdraht, der von einer Kunststoffhülle ummantelt ist. Die Stränge 4 können an dem Heizleiter 1 bzw. dessen Kunststoffhülle durch Kleben oder Schweißen befestigt sein. Bevorzugt ist Runddraht, es kann aber auch Flachdraht oder eine Litze verwendet werden.The heating conductor 1 is in the illustrated embodiment, heating wire, which is covered by a plastic sheath. The strands 4 can on the heating conductor 1 or its plastic sheath be attached by gluing or welding. Preference is round wire, but it can also be used flat wire or a stranded wire.

Der Schwimmkörper 2 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der in 2 dargestellten Draufsicht gesehen von den Windungen des Heizleiters 1 umgeben. Der Schwimmkörper 2 ist also im Zentrum der Spirale angeordnet. Der Schwimmkörper 2 kann beispielsweise aus einem geschlossenzelligem Schaumstoff sein. Als Material sind insbesondere Kautschukverbindungen oder ein anderer chemisch beständiger Kunststoff geeignet. Der Schwimmkörper 2 kann nicht-dargestellte Wärmeleitkörper, bevorzugt aus Metall tragen, beispielsweise eine Kappe. Mit dem Heizleiter 1 verbundene Wärmeleitkörper können beispielsweise die Entnahmeöffnung 8 oder den Schwimmkörper 2 beheizen, so dass sich dieser rasch von eventuell in dem Tank vorhandenen Eis lösen kann. Eine Beheizung des Schwimmkörpers lässt sich auch dadurch erreichen, dass der Heizleiter 1 an der Oberseite und/oder Seitenflächen des Schwimmkörpers anliegt.The float 2 is in the illustrated embodiment in the in 2 shown top view of the turns of the heating element 1 surround. The float 2 is therefore located in the center of the spiral. The float 2 may be, for example, a closed-cell foam. In particular, rubber compounds or another chemically resistant plastic are suitable as the material. The float 2 can wear non-illustrated Wärmeleitkörper, preferably made of metal, such as a cap. With the heating conductor 1 connected heat conducting body, for example, the removal opening 8th or the float 2 heat it so that it can dissolve quickly from any ice in the tank. A heating of the float can also be achieved by that the heating conductor 1 abuts the top and / or side surfaces of the float.

Der Schwimmkörper 2 kann als Füllstandsgeber genutzt werden, beispielsweise indem er über ein Gestänge mit einem Drehwinkelaufnehmer verbunden ist. Ein Füllstandsgeber lässt sich beispielsweise auch einem Nährungssensor realisieren. Der Nährungssensor kann beispielsweise eine Induktivitätsmessung durchführen. Da die Induktivität der von der Heizleiterkonfiguration gebildeten Spule von der Position des Schwimmers abhängt, lässt sich auf diese Weise dessen Position und damit der Füllstand bestimmen. Möglich ist es beispielsweise auch, in oder an dem Schwimmer einen Permanentmagneten zu befestigen, der als Positionsgeber mit einem Magnetfeldsensor zusammenwirkt.The float 2 can be used as a level sensor, for example, by being connected via a linkage with a Drehwinkelaufnehmer. A level sensor can also be implemented, for example, with a proximity sensor. The proximity sensor can, for example, perform an inductance measurement. Since the inductance of the coil formed by the Heizleiterkonfiguration depends on the position of the float, can be determined in this way its position and thus the level. It is also possible, for example, to fix a permanent magnet in or on the float, which cooperates as a position sensor with a magnetic field sensor.

Wenn ein kritischer Pegelstand unterschritten wird, kann, beispielsweise mit einem Reedkontakt, vorteilhaft ein Warn- oder Schaltsignal, erzeugt werden. Vorteilhaft lässt sich auf diese Weise auch ein Schutz vor Überhitzung realisieren, da bei leerem oder fast leerem Tank die Gefahr einer Überhitzung am größten ist. Vorteilhaft lassen sich Überhitzungsschutz und Füllstandsgeber integrieren.If a critical level is undershot, advantageously, for example, with a reed contact, a warning or switching signal can be generated. Advantageously, can be realized in this way, a protection against overheating, as with empty or almost empty tank, the risk of overheating is greatest. Advantageously, overheat protection and level sensors can be integrated.

In den 3 und 4 ist die beschriebene Heizvorrichtung montiert in einem Flüssigkeitstank 5 dargestellt. Die Heizleiterkonfiguration ist an dem Boden des Tanks 5 befestigt, beispielsweise mit Klammern 6. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die Klammern 6 bzw. der sich zwischen ihnen ersteckende Teil des Heizleiters 1 einen zur Befestigung in einem Tank 5 vorgesehenen Abschnitt.In the 3 and 4 the described heater is mounted in a liquid tank 5 shown. The heating conductor configuration is at the bottom of the tank 5 attached, for example with brackets 6 , In the illustrated embodiment form the brackets 6 or the part of the heating conductor extending between them 1 one for mounting in a tank 5 provided section.

Zur Befestigung werden bevorzugt die beiden äußersten Windungen der Spirale genutzt. Um Kippmomente zu reduzieren, ist die Spirale an gegenüberliegenden Punkten am Boden des Tanks 5 befestigt. Der Tank 5 hat an seinem Boden eine Anschlussdurchführung, durch welche zwei Anschlüsse der Heizvorrichtungen hindurchgeführt sind. Die Anschlussdurchführung kann beispielsweise durch einen Stopfen 7 gebildet sein, durch den elektrische Leitungen, beispielsweise zwei Heizdrähte hindurchgeführt sind.For attachment, the two outermost turns of the spiral are preferably used. To reduce tilting moments, the spiral is at opposite points at the bottom of the tank 5 attached. The Tank 5 has at its bottom a connection bushing, through which two connections of the heaters are passed. The connection implementation can, for example, by a plug 7 be formed, are passed through the electrical lines, for example, two heating wires.

Im Boden des Tanks 4 ist eine Entnahmeöffnung 8 angeordnet. Bevorzugt ist die Entnahmeöffnung 8 von der Heizleiterkonfiguration bedeckt. Vorteilhaft wird dann besonders schnell Flüssigkeit im Bereich der Entnahmeöffnung 8 erwärmt bzw. aufgetaut und kann deshalb bei Frost frühzeitig entnommen werden. Dies ist ein wichtiger Vorteil, wenn in dem Tank 5 Harnstofflösung oder eine andere Flüssigkeit 3 enthalten ist, die für den Betrieb eines Kraftfahrzeugs benötigt wird.In the bottom of the tank 4 is a removal opening 8th arranged. The removal opening is preferred 8th covered by the Heizleitererkonfiguration. Advantageously, liquid in the region of the removal opening becomes particularly fast 8th warmed or thawed and can therefore be taken early in case of frost. This is an important advantage when in the tank 5 Urea solution or another liquid 3 is included, which is needed for the operation of a motor vehicle.

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung, das sich von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass zur Stabilisierung der Konfiguration als Abstandhalter anstelle von Bändern 4 Stäbe 9 vorgesehen sind, die sich in vertikaler Richtung erstrecken und jeweils zwischen benachbarten Windungen angeordnet sind. Die Stäbe 9 schränken die vertikale Beweglichkeit der als Leiterkonfiguration allenfalls unwesentlich durch Reibung ein. Eine horizontale Verschiebung der einzelnen Windungen gegeneinander wird durch die zwischen den Windungen angeordneten Stäbe 9 aber wirksam verhindert. 5 shows a further embodiment of a heating device according to the invention, which differs from the embodiment described above substantially only in that to stabilize the configuration as a spacer instead of bands 4 rods 9 are provided, which extend in the vertical direction and are each arranged between adjacent turns. The bars 9 limit the vertical mobility of the as a ladder configuration at most insignificant by friction. A horizontal displacement of the individual turns against each other is due to the rods arranged between the turns 9 but effectively prevented.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Heizleiterheating conductor
22: Schwimmkörperfloat
33: Flüssigkeitliquid
44: AbstandshalterstrangSpacer train
55: Tanktank
66: Klammernclinch
77: StopfenPlug
88th: Entnahmeöffnungremoval opening
99: AbstandhalterstäbeSpacer bars

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2006/131201 A2 [0003]

Claims

Heating device for thawing and / or heating a liquid ( 3 ), in particular urea solution, in a tank ( 5 ), with one for mounting in a tank ( 5 ) provided in the first section, a second section connected to the first section, a heat conductor ( 1 ), characterized by a float ( 2 ) under the action of which the second section is movable relative to the first section.

Heating device according to claim 1, characterized in that the heating conductor ( 1 ) is arranged in a tortuous configuration and the extent of the configuration in the vertical direction under the action of the float ( 2 ) depending on the level of the liquid to be heated ( 3 ) can change.

Heating device according to claim 2, characterized in that the configuration is a spiral, preferably a double spiral.

Heating device according to claim 2 or 3, characterized in that when stretching the configuration in the vertical direction, a resilient restoring force is formed.

Heating device according to one of claims 2 to 4, characterized in that to stabilize the configuration at least one spacer ( 4 . 9 ) is present, which counteracts a horizontal displacement of turns against each other.

Heating device according to claim 5, characterized in that the spacer comprises a strand attached to the windings ( 4 ) which extends transversely to turns.

Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating conductor ( 1 ) Heating wire is.

Heating device according to claim 7, characterized in that the heating wire is covered by a plastic sheath.

Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the position of the end is detected by a level sensor.

Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that with the heating conductor ( 1 ) a the float ( 2 ) associated heat conducting body is connected.

Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating conductor ( 1 ) the float body ( 2 ) at least partially surrounds.

Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating conductor ( 1 ) above the float body ( 2 ) runs.

Tank with a heating device mounted therein according to one of the preceding claims.

Tank according to claim 13, characterized in that the heating device is thermally conductively connected to a filter housing.

Tank according to claim 13 or 14, characterized in that a removal opening ( 8th ) of the tank ( 5 ) of a turn of the heating conductor ( 1 ) is surrounded.