DE102010063201B4

DE102010063201B4 - Leitungselement zum Befördern eines flüssigen oder gasförmigen Mediums und Abgasnachbehandlungsanordnung

Info

Publication number: DE102010063201B4
Application number: DE102010063201.5A
Authority: DE
Inventors: Christoph WALETZEK; Markus Weiss
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2024-02-29
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: DE102010063201A1

Abstract

Leitungselement (1, 2, 3) zum Befördern eines flüssigen oder gasförmigen Mediums, insbesondere eines Hilfsmittels zur Nachbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise einer wässrigen Harnstofflösung zur Entstickung der Abgase, mit einem Mittel (9) zum zumindest teilweisen Ausgleich einer etwaigen Schwankung eines Drucks des Mediums in dem Leitungselement, wobei ein erstes starres Leitungsstück (5) und ein zweites starres Leitungsstück (7) des Leitungselements über das Mittel dicht und fest (11) verbunden sind, wobei das Mittel ein die Ausgleichsfunktion des Mittels übernehmendes elastisches Leitungsstück (9) aufweist, und wobei das Medium über das elastische Leitungsstück von dem ersten zum zweiten Leitungsstück oder umgekehrt vom zweiten zum ersten Leitungsstück transportiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssigkeitsführende Querschnitt des Leitungselements im Bereich des elastischen Leitungsstücks (9) kleiner ist als im Bereich der beiden starren Leitungsstücke (5, 7), wobei das elastische Leitungsstück (9) infolge eines auf der Außenseite des Leitungsstücks aufgebrachten Querschnittsverkleinerungsmittels (15, 31) eingeschnürt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Leitungselement bzw. einer Abgasnachbehandlungsanordnung nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Aus der DE 100 58 015 A1 ist es bereits bekannt, eine Ventilanordnung einer Abgasnachbehandlungsanordnung federnd dergestalt zu lagern, dass im Falle eines Gefrierens der in einen Abgastrakt einzudosierenden Flüssigkeit der entstehende Eisdruck durch Zurückweichen der Ventilanordnung aufgefangen bzw. auf ein nicht schädigendes Maß begrenzt werden kann. Des Weiteren ist aus dieser Schrift die Verwendung eines kompressiblen Körpers bekannt, der bei einem Phasenübergang vom flüssigen in den festen Zustand einer wässrigen Lösung zusammengedrückt wird und dadurch den Eisdruck auffangen kann.
Rohre zur Führung bzw. Weiterleitung von Flüssigkeiten, seien es nun starre Rohre oder in ihrem Längsverlauf biegbare Leitungen, bieten einen gleichbleibenden unveränderlichen Durchmesser und damit einen unveränderlichen flüssigkeitsführenden Querschnitt, somit sind die Volumen und die Durchflussmengen festgelegt. Durch Druckstöße oder molekulare Volumenänderungen wie beim Übergang des Wassers von der flüssigen in die feste Phase können Leitungssysteme beschädigt bzw. in ihrer Festigkeit beeinträchtigt werden.
Aus der DE 10 2008 044 708 A1 ist es vorbekannt, ein SCR-System mit zumindest einem Kompensationselement zu versehen.
Die nachveröffentlichte DE 10 2010 053 737 A1 zeigt eine beheizbare Fluidleitung mit mindestens einer Rohrleitung und mindestens einer sich über mindestens einen Teilbereich der Rohrleitungslälnge erstreckenden Heizleiter.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Leitungselement bzw. die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil einer Robustheit gegenüber Systemdruckschwankungen unterschiedlichen Ursprungs. So kann in vorteilhafter Weise ein Eisdruck reversibel beziehungsweise zerstörungsfrei aufgefangen werden, das Leitungselement bzw. die Anordnung sind flexibel, um Volumenänderungen auf molekularer Ebene des durchfließenden Mediums auszugleichen, insbesondere beim Phasenübergang des Wassers von der flüssigen in die feste Phase. Ebenso können systembedingte Druckschwankungen im laufenden Betrieb abgepuffert werden, insbesondere kurzzeitig auftretende Druckspitzen. Darüber hinaus steht durch die Variabilität des elastischen Leitungssstücks, welches unter anderem in seiner Länge passend ausgewählt werden kann, ein großes Einsatzgebiet in verschiedensten Medien und Temperaturbereichen offen. Ferner ist ein elastisches Leitungsstück als Verbindungsglied auf alle starren Leitungsstücke, insbesondere Rohre, applizierbar und stellt eine dichte und robuste Verbindung insbesondere zweier Rohre her. Hierbei wird der flüssigkeitsführende Querschnitt des Leitungselements im Bereich des elastischen Leitungsstücks kleiner gewählt als im Bereich zumindest einer der beiden starren Leitungsstücke, so dass in vorteilhafter Weise neben der Funktion einer Druckkompensation gleichzeitig eine Drosselfunktion bzw. Volumenstrombegrenzung bereitgestellt wird, die entsprechend der Anwendung durch Wahl des Durchmessers des elastischen Leitungsstücks geeignet voreingestellt werden kann.
Weitere Vorteile ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung genannten Merkmale.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen

1 ein Leitungselement mit einem elastischen Leitungsstück,
2 ein zweites Leitungselement mit einem elastischen Leitungsstück,
3 ein weiteres Leitungselement mit einem elastischen Leitungsstück und einem Querschnittseinstellelement bzw. einer Umfassung und
4 eine Abgasnachbehandlungsanordnung mit einem Leitungselement mit einem elastischen Leitungsstück.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein Leitungselement 1 für flüssige oder gasförmige Medien in einer Querschnittsseitenansicht. Zwei starre Leitungsstücke 5 und 7 des Leitungselements in Form von Metallrohren, von denen ihre einander zugewandten Enden dargestellt sind, sind jeweils über an den starren Leitungsstücken am Außenumfang angeordnete Rasthaken 11 mit einem elastischen Leitungsstück 9 in Form eines Schlauchstücks flüssigkeitsdicht und fest verbunden, so dass ein vom Leitungselement geführtes flüssiges Medium entlang einer Fließrichtung 17 beispielsweise nach Durchströmen des starren Leitungsstücks 7 durch das elastische Leitungsstück 9 fließt, um anschließend von dem starren Leitungsstück 5 weitertransportiert zu werden. Die Bezeichnung „elastisches“ Leitungsstück bedeutet hierbei, dass bei etwaigen plötzlichen Veränderungen des Drucks des Mediums in dem Leitungselement, sei es nun eine Druckveränderung infolge eines Eisdrucks aufgrund eines Gefrierens eines eine wässrige Phase enthaltenden Mediums bei tiefen Umgebungstemperaturen oder eine Druckveränderung infolge eines abgasnachbehandlungssystembedingten Druckstoßes, das Leitungsstück im flüssigkeitsführenden Querschnitt 19 beziehungsweise 20 nachgibt, sich dieser also reversibel bzw. zerstörungsfrei vergrößert und damit die Druckveränderung zumindest teilweise kompensieren kann, um Schäden an an dem Leitungselement angeschlossenen Komponenten zu vermeiden. Das elastische Leitungsstück 9 ist am Außenumfang in einem mittleren Bereich zwischen den beiden starren Leitungsstücken von einem Querschnittsverkleinerungsmittel 15 in Form eines O-Rings aus einem Elastomer-Material umgeben, so dass der flüssigkeitsführende Querschnitt 20 auf Höhe des O-Rings infolge der Einschnürung des elastischen Leitungsstücks kleiner ist als der flüssigkeitsführende Querschnitt 19 in der Nähe des Endes der beiden starren Leitungsstücke 5 und 7.
Ein Schlauchstück aus einem elastischen, aber dichten Material dient also als Verbindungsstück zwischen zwei starren Rohren, wobei der Schlauch mit beiden Rohren fest und dicht verbunden ist Die Enden der beiden Rohre 5 und 7 haben einen definierten Abstand 13, der von dem Schlauchstück überbrückt wird. Das Querschnittsverkleinerungsmittel 15, welches vorzugsweise in der Mitte des Schlauchstücks angeordnet ist, definiert dauerhaft, vorzugsweise dauerhaft über die Lebenszeit des Leitungselements, und relaxationsfrei eine Querschnittsreduzierung, welche eine Drosselfunktion des Leitungselements 1 gewährleistet. Dabei ist die Länge des Schlauchstücks (bzw. der Abstand 13) und die Stärke der Einschnürung zur Einstellung eines gewünschten Querschnitts 20 und zur Erzielung der gewünschten Drosselfunktion in geeigneter Weise aufeinander abgestimmt. Der Querschnitt 20 kann hierbei beispielsweise von „sehr klein“ bis ungefähr dem Innendurchmesser 21 bzw. 22 der Leitungsstücke 5 bzw. 7 entsprechend gewählt werden.
In einer alternativen Ausführungsform kann statt eines O-Rings ein Federring aus Metall oder Kunststoff als Querschnittsverkleinerungsmittel 15 verwendet werden. Ein Federring ist hierbei ein Ring, der in einem kleinen Bereich aufgebrochen ist und somit eine radiale Federwirkung entfalten kann. In einer weiteren altemativen Ausführungsform kann auch eine Spiralfeder eingesetzt werden. Eine Spiralfeder ist hierbei eine Feder, deren Enden fest miteinander verbunden sind, so dass sie einen geschlossenen Ring bildet.
2 zeigt ein weiteres Leitungselement 2 in Querschnittsseitenansicht, bei dem gleiche oder ähnliche Bestandteile bzw. Merkmale wie bei dem Leitungselement 1 mit gleichem Bezugszeichen versehen sind und nicht nochmals beschrieben werden. Anstelle eines übergestülpten O-Rings ist das elastische Leitungsstück 9 in der Mitte mit einer aufvulkanisierten Elastomerschale beaufschlagt, wodurch sich entsprechend der geeignet gewählten Herstellungsparameter eine definierte Drosselfunktion des Leitungselements 2 einstellen lässt. Beim Leitungselement 2 dient also die aufvulkanisierte Elastomerschale als Querschnittsverkleinerungsmittel 31.
3 zeigt ein weiteres Leitungselement 3 in Querschnittsseitenansicht, das im Vergleich zu den in den 1 und 2 dargestellten Leitungselementen 1 und 2 zusätzlich ein Querschnittseinstellmittel 43 besitzt Dieses Querschnittseinstellmittel 43 weist ein Rohrstückpaar 45, 47 auf, welches nur zur Hälfte dargestellt ist: entsprechend dem oben dargestellten grob schraffierten Querschnittsprofil befindet sich auf der Unterseite des elastischen Leitungsstücks 9 der rotationssymmetrische, jedoch nicht dargestellte Querschnitt Das Rohrstückpaar umgreift also das Leitungselement 3 auf Höhe des elastischen Leitungsstücks und ist über seine Rasthaken 44 mit dem elastischen Leitungsstück verrastet. Das Rohrstück 45 greift über die Gewindepassung 46 an seinem endständigen, dem Rohrstück 47 zugewandten Außenumfang in die Innenseite des Rohrstücks 47 ein.
Dargestellt ist das Leitungselement, bei dem sich das Querschnittseinstellmittel in einer ersten Einstellung befindet. Wird das erste Rohrstück 45 weiter in das zweite Rohrstück 47 eingeschraubt, wird also beispielsweise der verbleibende Gewindehub 51 voll aufgebraucht, rücken die beiden starren Leitungsstücke 5 und 7 näher zusammen, der Abstand 13 geht über in den kleineren Abstand 41, und die beiden starren Leitungsstücke nehmen die Position 55 bzw. 57 ein. Das elastische Leitungsstück 9 wird hierbei zusammengestaucht und nimmt die Position 53 ein. Einerseits entspannt sich dadurch etwas das Querschnittsverkeinerungsmittel 15, andererseits wird der drosselnde Querschnitt 20 des elastischen Leitungsstücks verkleinert. Das bewirkt eine stärkere Drosselfunktion des Leitungselements 3 bei gleichzeitig weicherem Dämpfungsverhalten.
4 zeigt eine Abgasnachbehandlungsanordnung 70 mit einem Tank 71 zur Aufbewahrung einer die Bezeichnung „AdBlue“ tragenden wässrigen Harnstofflösung 72, mit einer Pumpe 73 und einem Dosierventil 75. Das Dosierventil 75 ragt mit seiner Ventilöffnung in die Abgasleitung 77 einer Brennkraftmaschine 76 eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs. Abgasstromabwärts des Dosierventils 75 ist in der Abgasleitung 77 ein Katalysator 78 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet. Die Druckseite der Pumpe 73 ist über ein Leitungselement 74 mit dem Dosierventil 75 verbunden, und der Tank 71 ist an seiner Unterseite über ein Leitungselement 1 gemäß 1 mit der Saugseite der Pumpe 73 verbunden.
Die Pumpe 73 saugt AdBlue aus dem Tank 71 an und führt dieses dem Einspritzventil 75 zu. Das auf diese Weise dem Abgastrakt zugeführte AdBlue bewirkt am Katalysator 78 eine selektive katalytische Reduktion der im Abgas der Brennkraftmaschine 76 enthaltenen Stickoxide. Das Leitungselement 1, dessen starre Leitungsstücke 7 bzw. 5 mit dem Tank bzw. mit der Dosierpumpe verbunden sind, gewährleistet mittels des elastischen Leitungsstücks 9 eine Kompensation eines etwaigen Eisdrucks, wenn das Fahrzeug bei tiefen Außentemperaturen abgestellt wird. Hierdurch werden sowohl der Tank als auch die starren Leitungsstücke 5 und 7 sowie die Pumpe 73 vor Gefrierschäden bewahrt.
Alternativ oder zusätzlich kann auch das Leitungselement 74 erfindungsgemäß mit einem elastischen Leitungsstück versehen werden.

Claims

Leitungselement (1, 2, 3) zum Befördern eines flüssigen oder gasförmigen Mediums, insbesondere eines Hilfsmittels zur Nachbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise einer wässrigen Harnstofflösung zur Entstickung der Abgase, mit einem Mittel (9) zum zumindest teilweisen Ausgleich einer etwaigen Schwankung eines Drucks des Mediums in dem Leitungselement, wobei ein erstes starres Leitungsstück (5) und ein zweites starres Leitungsstück (7) des Leitungselements über das Mittel dicht und fest (11) verbunden sind, wobei das Mittel ein die Ausgleichsfunktion des Mittels übernehmendes elastisches Leitungsstück (9) aufweist, und wobei das Medium über das elastische Leitungsstück von dem ersten zum zweiten Leitungsstück oder umgekehrt vom zweiten zum ersten Leitungsstück transportiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssigkeitsführende Querschnitt des Leitungselements im Bereich des elastischen Leitungsstücks (9) kleiner ist als im Bereich der beiden starren Leitungsstücke (5, 7), wobei das elastische Leitungsstück (9) infolge eines auf der Außenseite des Leitungsstücks aufgebrachten Querschnittsverkleinerungsmittels (15, 31) eingeschnürt ist.
Leitungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Leitungsstück (9) mit den starren Leitungsstücken (5, 7) verrastet ist.
Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden starren Leitungsstücke (5; 7) als Rohr ausgebildet ist.
Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Leitungsstück (9) als Schlauch ausgebildet ist.
Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsverkleinerungsmittel einen O-Ring (15), insbesondere einen elastischen O-Ring, einen Federring und/oder eine Spiralfeder aufweist.
Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsverkleinerungsmittel aus einer aufvulkanisierten Elastomerschale (31) besteht.
Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnittseinstellmittel (43) zur Einstellung des flüssigkeitsführenden Querschnitts des elastischen Leitungsstücks vorgesehen ist.
Leitungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittseinstellmittel eine das Leitungselement zumindest im Bereich des elastischen Leitungssstücks begrenzende Umfassung (45, 47) aufweist, wobei die Umfassung eingerichtet ist zur Einstellung eines Abstands (13, 41) zwischen den starren Leitungsstücken (5, 7).
Abgasnachbehandlungsanordnung mit Komponenten (71, 73, 75) zur Bereitstellung und/oder Förderung und/oder Zuführung einer Flüssigkeit, insbesondere eines Hilfsmittels zur Nachbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine (76), vorzugsweise einer wässrigen Harnstofflösung zur Entstickung der Abgase, in einen Abgastrakt (77) der Brennkraftmaschine (76), wobei mindestens zwei der Komponenten (71, 73, 75) zumindest mittelbar mit einem Leitungselement (1, 2, 3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Befördern der Flüssigkeit zwischen den Komponenten verbunden sind.