-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein eisdruckfestes Fluid-Fördermodul, d.h. ein Fördermodul, das auch durch gefrierendes und sich dabei im Volumen ausdehnendes Fluid nicht beschädigt wird.
-
Es ist bekannt, den Abgasen eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, mit Hilfe eines Fördermoduls ein Fluid, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung („AdBlue®“), beizufügen, um in den Abgasen vorhandene Schadstoffe, insbesondere Stickoxide (NOx), zu reduzieren.
-
Wässrige Harnstofflösung gefriert bei niedrigen Umgebungstemperaturen und der Gefrierpunkt kann durch die Zugabe von Additiven nur in einem begrenzten Bereich abgesenkt werden, ohne die Wirksamkeit der Harnstofflösung bei der Abgasnachbehandlung negativ zu beeinflussen.
-
Harnstofflösung dehnt sich beim Einfrieren aus und die damit verbundene Vergrößerung des Volumens kann zur Zerstörung von Komponenten des Einspritzsystems führen.
-
Aus der
DE 103 62 140 B4 ist eine Abgasnachbehandlungseinrichtung bekannt mit einem Kanal für eine wässrige Harnstofflösung, der ein Überlauf für die wässrige Harnstofflösung ist.
-
Aus der
DE 10 2009 039 735 A1 ist es bekannt, eine Fördervorrichtung zur Förderung von flüssigem Reduktionsmittel mit einem Kompensationselement zu versehen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein eisdruckfestes Fördermodul zur Verfügung zu stellen, das kostengünstig herzustellen und zu montieren ist.
-
Ein erfindungsgemäßes eisdruckfestes Fördermodul hat eine Basis, in der wenigstens ein nach einer Seite offener Fluidkanal ausgebildet ist, und eine auf einer Seite der Basis angeordnete Platte, die beispielsweise als Leiterplatte mit elektrischen Leitern ausgebildet ist. In der Platte ist gegenüber von wenigstens einem der Fluidkanäle wenigstens eine Öffnung ausgebildet. Zwischen der Basis und der Platte ist ein flaches elastisches Element angeordnet, das die in der Basis ausgebildeten Fluidkanäle auf der offenen Seite fluiddicht verschließt und abdichtet.
-
Aufgrund seiner Elastizität kann sich das elastische Element ausdehnen und verformen und so bei Bedarf das Volumen der Fluidkanäle erweitern. Das derart erweiterte Volumen der Fluidkanäle kann das zusätzliche Volumen gefrierenden Fluids, das sich in den Fluidkanälen befindet, aufnehmen und so den Druck, der durch die Vergrößerung des Volumens gefrierenden Fluids im Fördermodul entsteht, abbauen, um eine Beschädigung oder Zerstörung des Fördermoduls durch das vergrößerte Volumen gefrorenen Fluids bzw. durch den in Folge solch einer Volumenvergrößerung erhöhten Druck in den Fluidkanälen zu verhindern.
-
Die Erfindung stellt ein eisdruckfestes Fördermodul zur Verfügung, das einfach herstellbar ist und mit geringem Aufwand zusammengesetzt werden kann. Insbesondere sind keine zusätzlichen Elemente erforderlich, um den erhöhten Druck gefrorenen Fluids zu kompensieren. In der Basis vorhandene Öffnungen, die z.B. durch Schieber im Werkzeug bei der Herstellung in einem Spritzgussverfahren entstehen, müssen nicht zusätzlich abgedichtet werden.
-
Dabei weist das Fördermodul wenigstens eine weitere Komponente auf, die wenigstens einen Fluidanschluss haben kann, der durch eine der in der Platte ausgebildeten Öffnungen geführt ist und in Fluidverbindung mit wenigstens einem der Fluidkanäle in der Basis steht. Eine derartige Komponente lässt sich so zuverlässig fluiddicht und eisdruckfest mit der Basis verbinden, um Fluid aus der Komponente in den Fluidkanal oder aus dem Fluidkanal in die Komponente zu fördern.
-
Dabei hat die wenigstens eine weitere Komponente wenigstens einen Anschlusskanal, der durch eine in der Platte ausgebildete Öffnung in Fluidverbindung mit dem wenigstens einen Fluidkanal (10) steht.
-
In einer Ausführungsform ist das flache, elastische Element mattenförmig ausgebildet. Ein in Form einer Matte ausgebildetes elastisches Element lässt sich besonders einfach in der gewünschten Position zwischen der Basis und der Platte positionieren.
-
In einer Ausführungsform wird die Platte in Richtung auf die Basis gedrückt, um das elastische Element gegen die Basis zu pressen und die Fluidkanäle fluiddicht abzudichten. Durch einen ausreichend großen Anpressdruck lassen sich die Fluidkanäle einfach und effektiv zuverlässig abdichten.
-
In einer Ausführungsform sind Befestigungselemente wie z. B. Schrauben, Nieten oder Clipse vorgesehen, um die Platte im verpressten Zustand mit der Basis zu verbinden. Befestigungselemente ermöglichen eine zuverlässige und dauerhafte Verbindung und Fixierung der Platte mit der Basis, und halten einen Anpressdruck aufrecht, der ausreichend ist, um die Fluidkanäle zuverlässig abzudichten. Alternativ oder zusätzlich kann die Befestigung auch durch eine Heißverstemmung realisiert sein.
-
In einer Ausführungsform ist an wenigstens einer von der Platte und der Basis wenigstens ein Vorsprung bzw. eine Quetschkante ausgebildet, um das elastische Element zu fixieren, wenn die Platte gegen die Basis gedrückt wird. Durch derartige Vorsprünge bzw. Quetschkanten, die in das elastische Element eingreifen, wird das elastische Element sicher zwischen der Platte und der Basis fixiert. Insbesondere wird ein unerwünschtes Verschieben des elastischen Elements bei der Montage und/oder im Betrieb des Fördermoduls, das zu Undichtigkeiten führen könnte, zuverlässig verhindert.
-
In einer Ausführungsform ist in dem elastischen Element wenigstens eine Ausnehmung bzw. Öffnung zur Aufnahme der Vorsprünge bzw. der Quetschkante ausgebildet. Der Formschluss zwischen dem elastischen Element und den Vorsprüngen bzw. der Quetschkante wird so verbessert.
-
In einer Ausführungsform ist in der Platte bzw. zwischen der Platte und dem elastischen Element wenigstens ein Expansionsvolumen ausgebildet, um das elastische Element aufzunehmen und so eine Ausdehnung des elastischen Elements und eine Vergrößerung des Volumens der durch das elastische Element begrenzten Fluidkanäle zu ermöglichen. Dadurch, dass sich das elastische Element in ein Expansionsvolumen ausdehnen kann, wird die Eisdruckfestigkeit des Fördermoduls sichergestellt bzw. verbessert.
-
In einer Ausführungsform weisen die Expansionsvolumina jeweils wenigstens eine Öffnung auf, die ein Be- und Entlüften des jeweiligen Expansionsvolumens ermöglicht. Dies verbessert die Eisdruckfestigkeit des Fördermoduls zusätzlich, da eine Ausdehnung des elastischen Elements zur Vergrößerung des Volumens der Fluidkanäle nicht durch in den Expansionsvolumina eingeschlossene Luft behindert wird.
-
In einer Ausführungsform weist das elastische Element Abstandshalter auf, die ausgebildet sind, um das elastische Element in einem Abstand von der Platte zu halten. Die Abstandshalter verhindern, dass das elastische Element sich bereits vollständig in das jeweilige Expansionsvolumen ausdehnt, wenn das Fluid in den Fluidkanälen nicht gefroren ist und so kein Expansionsvolumen zur Aufnahme des zusätzlichen Volumens gefrierenden Fluids zur Verfügung steht. Die Eisdruckfestigkeit des Fördermoduls wird durch Abstandshalter weiter verbessert.
-
In einer Ausführungsform sind die Basis und/oder die Platte aus Kunststoff geformt. Die Basis und/oder die Platte lassen sich aus Kunststoff besonders einfach und kostengünstig, z. B. in einem Spritzgussverfahren herstellen. Ein aus Kunststoff hergestelltes Fördermodul hat nur ein geringes Gewicht.
-
In einer Ausführungsform enthält das elastische Element Gummi. Unter Verwendung von Gummi lässt sich kostengünstig ein elastisches Element mit hoher Haltbarkeit herstellen, das die Fluidkanäle zuverlässig abdichtet.
-
In einer Ausführungsform ist das elastische Element mit wenigstens einem Wulst ausgebildet, der durch wenigstens eine in der Platte ausgebildete Öffnung geführt ist und im Kontakt mit dem Rand der Öffnung steht. Durch einen derartigen durch eine Öffnung in der Platte geführten Wulst ist die Öffnung in der Platte fluiddicht abdichtbar.
-
In einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Anschlusskanal der wenigstens einen Komponente durch den Wulst der elastischen Matte und die Öffnung in der Platte in einen der Fluidkanäle, die in der Basis ausgebildet sind, geführt. Eine derartige Ausführungsform stellt eine besonders dichte Verbindung zwischen der Komponente und dem Fluidkanal zur Verfügung.
-
In einer Ausführungsform ist die zusätzliche Komponente mit der Basis und/oder der Platte verschraubt. Eine Verschraubung stellt eine zuverlässige lösbare Verbindung zwischen der Komponente und der Basis bzw. der Platte her, die einen ausreichenden Anpressdruck gewährleistet, um die Fluidkanäle fluiddicht abzudichten.
-
In einer alternativen Ausführungsform ist die zusätzliche Komponente mit der Basis und/oder der Platte vernietet. Eine Vernietung ermöglicht eine kostengünstige, zuverlässige und dauerhafte Verbindung zwischen der Komponente und der Basis bzw. der Platte.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
-
Dabei zeigt
- 1 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Fördermodul mit einer zusätzlichen Komponente;
- 2 einen Schnitt durch das in 1 gezeigte Fördermoduls, in einer gegenüber der Figur um 90° gedrehten Ebene;
- 3 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Fördermodul im Bereich eines Fluidkanals, wobei das Fluid im Fluidkanal nicht gefroren ist; und
- 4 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Fördermodul im Bereich eines Fluidkanals, wobei das Fluid im Fluidkanal gefroren ist.
-
1 zeigt eine Schnittansicht durch einen Bereich eines erfindungsgemäßen Fördermoduls mit einer zusätzlichen Komponente.
-
Ein erfindungsgemäßes Fördermodul weist eine Basis 6 auf, in der wenigstens ein auf einer Seite (in dem in den Figuren gezeigten Beispiel auf der oberen Seite) offener Fluidkanal 10 ausgebildet ist, der geeignet ist, Fluid durch das Fördermodul zu fördern.
-
Auf der Basis 6 ist insbesondere im Bereich des Fluidkanals 10 ein elastisches Element 4, das beispielsweise als elastische Gummimatte ausgebildet ist, angeordnet. Auf der von der Basis 6 abgewandten Seite des elastischen Elements 4 befindet sich eine Platte 2, die insbesondere als elektrische Leiterplatte 2 mit in der 1 nicht gezeigten elektrischen Leiterbahnen ausgebildet ist, um Komponenten des Fördermoduls mit elektrischer Energie und/oder Steuer- und Messsignalen zu versorgen.
-
Wenigstens in Teilbereichen der Platte 2 sind zwischen dem elastischen Element 4 und der Platte 2 Expansionsvolumina 14 ausgebildet, die es ermöglichen, dass sich das elastische Element 4 in Richtung der Platte 2 verformt und dabei von einem der Expansionsvolumina 14 aufgenommen wird. Die mögliche Verformung des elastischen Elements 4 wird in den weiteren Figuren im Detail gezeigt.
-
In der Platte 2 ist wenigstens eine Öffnung ausgebildet, die einen Zugang zu dem in der Basis 6 ausgebildeten Fluidkanal 10 ermöglicht. Das elastische Element 4 weist im Bereich der in der Platte 2 ausgebildeten Öffnung einen Wulst 5 auf, der sich durch die Öffnung in der Platte 2 hindurch auf die von dem Fluidkanal 10 abgewandte Seite der Platte 2 erstreckt und den Rand der Öffnung in der Platte 2 umschließt.
-
Oberhalb der Platte 2 befindet sich eine Komponente 3 des Fördermoduls. In der Komponente 3 ist ein in einem rechten Winkel zum Fluidkanal 10 in der Basis 6 verlaufender Anschlusskanal 7 ausgebildet, der sich durch die Öffnung der Platte 2 und den darin angeordneten Wulst 5 des elastischen Elements 4 in den in der Basis 6 ausgebildeten Fluidkanal 10 erstreckt. Durch die beschriebene Anordnung des Anschlusskanals 7 der Komponente 3 in dem in der Basis 6 ausgebildeten Fluidkanal 10 wird eine Fluidverbindung zwischen dem Fluidkanal 10 in der Basis 6 und der weiteren Komponente 3 hergestellt. Diese Fluidverbindung wird durch den Wulst 5 des elastischen Elements 4 im Bereich der Öffnung in der Platte 2 fluiddicht abgedichtet, so dass ein unerwünschtes Austreten von Fluid an der Schnittstelle zwischen dem Anschlusskanal 7 der Komponente 3 und dem Fluidkanal 10, der in der Basis 6 ausgebildet ist, zuverlässig verhindert wird.
-
In der Platte 2 und in der weiteren Komponente 3 sind Entlüftungsöffnungen 16 ausgebildet, die einen Luftaustausch zwischen den Expansionsvolumina 14 und der Umgebung ermöglichen. Bei einer Verformung des elastischen Elements 4 in ein Expansionsvolumen 14 kann so Luft aus dem Expansionsvolumen 14 durch die dem Expansionsvolumen 14 zugeordnete Entlüftungsöffnung 16 austreten, und ein Überdruck im Expansionsvolumen 14, der eine weitere Verformung des elastischen Elements 4 in Richtung der Platte 2 erschweren oder verhindern würde, kann durch die Entlüftungsöffnung 16 abgebaut werden.
-
2 zeigt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fördermoduls, wie es in der 1 gezeigt ist, in einer gegenüber der 1 um 90° gedrehten Ebene.
-
Die Merkmale des Fördermoduls, die mit den bereits in der 1 gezeigten Merkmalen übereinstimmen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht erneut im Detail beschrieben.
-
In der 2 ist zusätzlich erkennbar, dass an der Basis 6 und der Platte 2 jeweils nasenartige Vorsprünge oder Quetschkanten 20 ausgebildet sind, die bei der Montage des Fördermoduls, wenn die Komponente 3 gegen die Basis 6 gedrückt wird, in das elastische Element 4 hineingedrückt werden und dieses so in der gewünschten Position fixieren. Durch die Vorsprünge bzw. Quetschkanten 20 werden Lecks, die bei einer Verschiebung des elastischen Elements 4 parallel zur Oberseite der Basis 6 bzw. der Unterseite der Platte 2 auftreten können, verhindert. Dadurch wird die Dichtheit der Schnittstelle zwischen dem Fluidkanal 7 in der Basis und dem Anschlusskanal 7 der Komponente 3 verbessert.
-
In dem elastischen Element 4 können Ausnehmungen 21 ausgebildet sein, die vorgesehen sind, um die Vorsprünge bzw. Quetschkanten 20 aufzunehmen. Diese Ausnehmungen 21 können bei der Herstellung des elastischen Elements 4 an definierten Stellen des elastischen Elements 4 ausgebildet werden, um beim Zusammenfügen der Basis 6 mit der Platte 2 durch das Zusammenwirken der Ausnehmungen 21 mit den Vorsprüngen bzw. Quetschkanten 20 eine exakte Positionierung des elastischen Elements 4 zu gewährleisten.
-
Sind keine oder nicht ausreichend tiefe Ausnehmungen ausgebildet, wird das elastische Element 4 beim Zusammenfügen der Basis 6 mit der Platte 2 durch die Vorsprünge bzw. Quetschkanten 20 elastisch verformt. Dies hat einen besonders hohen Anpressdruck im Bereich der Vorsprünge bzw. Quetschkanten 20 zur Folge.
-
Die Basis 6, das elastische Element 4, die Platte 2 und die weitere Komponente 3 sind durch Befestigungselemente 18, die sich durch Öffnungen, die in den genannten Elementen ausgebildet sind, erstrecken, fixiert. Die Befestigungselemente 18 können z.B. als Schrauben oder Nieten ausgebildet sein. Die durch die Befestigungselemente 18 erzeugte Kraft, mit der die zusätzliche Komponente 3 und die Platte 2 gegen das elastische Element 4 gedrückt werden, ist dabei so groß, dass eine zuverlässige Abdichtung der Fluidkanäle 10 durch das elastische Element 4 gewährleistet ist.
-
3 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Fördermodul im Bereich eines Fluidkanals 10 im normalen Betrieb, wenn das Fluid im Fluidkanal 10 nicht gefroren ist. Das elastische Element 4 erstreckt sich in diesem Fall über seine gesamte Fläche im Wesentlichen parallel zur Platte 2 und zu der Oberseite der Basis 6, die der Platte 2 zugewandt ist.
-
In der 3 sind beispielhaft in der Platte 2 ausgebildete elektrische Leitungen 12 erkennbar.
-
Auf der vom Fluidkanal 10 abgewandten Seite des elastischen Elements 6 ist ein Expansionsvolumen 14 ausgebildet, das geeignet ist, das elastische Element 6 aufzunehmen, wenn sich dieses in Richtung auf die Platte 2 verformt, um das Volumen des Fluidkanals 10 zu vergrößern. Durch eine in der Platte 2 ausgebildete Entlüftungsöffnung 16 kann dabei Luft aus dem Expansionsvolumen 14 entweichen, um einen Überdruck im Expansionsvolumen 14 zu verhindern.
-
4 zeigt den gleichen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Fördermodul wie die 3, in einem Zustand, im dem der Druck im Fluidkanal 10, z. B. durch Gefrieren von Fluid, das sich im Fluidkanal 10 befindet, erhöht ist. Gefrierendes Fluid kann den Druck im Fluidkanal 10 auf bis zu 9 bar erhöhen.
-
Durch den erhöhten Druck im Fluidkanal 10 wird das elastische Element 4 im Bereich des Fluidkanals 10 in Richtung auf die Platte 2 verformt und dringt in das Expansionsvolumen 14 ein. Durch die Verformung des elastischen Elements 4 wird das Volumen des Fluidkanals 10 vergrößert, so dass zusätzliches Volumen zur Aufnahme des gefrierenden Fluids zur Verfügung steht und der Druckanstieg im Fluidkanal 10 begrenzt wird.
-
Eine Beschädigung oder Zerstörung des Fördermoduls, insbesondere der Fluidkanäle 10 und/oder der daran angeschlossenen Komponenten 3 durch das zusätzliche Volumen bzw. den erhöhten Druck gefrorenen Fluids wird so verhindert. Luft, die sich im in der 3 gezeigten nicht gefrorenen Zustand in dem Expansionsvolumen 14 befindet, kann durch die Entlüftungsöffnung 16 aus dem Expansionsvolumen 14 austreten, so dass das Expansionsvolumen 14 vollständig zur Aufnahme des elastischen Elements 4 zur Verfügung steht, ohne dass durch die Luft im Expansionsvolumen 14 ein Gegendruck erzeugt wird, der einer Ausdehnung des Fluidkanals 10 entgegenwirkt.
-
Bei der an das Fördermodul angeschlossenen Komponente 3 kann es sich um ein Filter, eine Pumpe, einen Drucksensor, ein Drosselmodul und eine andere Komponente handeln, wie sie in Fördermodulen üblicherweise verwendet werden.
-
Die Erfindung stellt ein einfach und kostengünstig herzustellendes eisdruckfestes Fördermodul mit fluiddichten Fluidkanälen zur Verfügung, das eine zuverlässige Fluidverbindung zwischen den Fluidkanälen und weiteren Komponenten des Fördermoduls ermöglicht.
