DE102012217430A1

DE102012217430A1 - Heizvorrichtung für einen Reduktionsmittel-Vorratstank sowie Reduktionsmittel-Vorratstank

Info

Publication number: DE102012217430A1
Application number: DE201210217430
Authority: DE
Inventors: Juergen Hanneke; Jochen Winkler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-03-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für einen Reduktionsmittel-Vorratstank, wobei das Reduktionsmittel vorzugsweise eine wässrige Harnstofflösung zur Nachbehandlung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor ist, umfassend wenigstens ein Heizelement (1) sowie ein das Heizelement (1) aufnehmendes Gehäuse (2). Erfindungsgemäß ist das Gehäuse zumindest teilweise aus einem Edelstahlblech hergestellt. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Reduktionsmittel-Vorratstank mit einer solchen Heizvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für einen Reduktionsmittel-Vorratstank mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Vorratstank für ein Reduktionsmittel, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung zur Nachbehandlung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor, mit einer solchen Heizvorrichtung.
Stand der Technik
Aufgrund stetig steigender gesetzlicher Anforderungen an die Emissionswerte von Verbrennungsmotoren werden zur Einhaltung der vorgegebenen Grenzwerte die Abgase aus Verbrennungsmotoren einer Nachbehandlung unterzogen. Zur Reduzierung des Stickoxidausstosses, insbesondere bei Dieselmotoren, werden Reduktionskatalysatoren eingesetzt, mittels derer die Stickoxid-Emissionen (NO_X) deutlich abgesenkt werden können. Bevor die Abgase in den Katalysator gelangen, wird ihnen ein Reduktionsmittel zugeführt, wie beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, welche die Bildung von Ammoniak bewirkt, das wiederum mit den Stickoxiden im nachgeschalteten Katalysator zu harmlosem Stickstoff und Wasser reagiert. Die Bevorratung der wässrigen Harnstofflösung erfolgt in einem Vorratstank, der in der Regel derart am Fahrzeug angeordnet, dass das hierin enthaltene Reduktionsmittel den Außentemperaturen ausgesetzt ist. Da die wässrige Harnstofflösung bei Temperaturen unter –11°C gefriert, ist der Vorratstank mit einem Heizelement ausgestattet, das ein Einfrieren verhindert bzw. ein Auftauen von bereits gefrorenem Reduktionsmittel bewirken soll. Bei dem Heizelement kann es sich beispielsweise um eine elektrische Heizung handeln. Besonders vorteilhaft lassen sich bei hohen Temperaturen selbst abregelnde PTC-Heizelemente (Positive Temperature Coefficient), die in einen flächigen Trägerkörper integriert sind, als Heizelemente einsetzen. Unabhängig von der konkreten Ausführung des Heizelements wird dieses bevorzugt im Bodenbereich eines in den Tank eingesetzten topfförmigen Behälters angeordnet, der sicherstellen soll, dass auch bei geringem Füllstand das Heizelement von einer ausreichenden Menge Reduktionsmittel umgeben ist. Ein solcher Reduktionsmittel-Vorratstank mit einem im Bodenbereich angeordneten Heizelement geht beispielsweise aus der DE 10 2010 001 745 A1 hervor.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2011 011 367 A1 ist ferner eine Tankheizung bekannt, welche wenigstens ein in einem Metallgehäuse angeordnetes Heizelement umfasst. Das Metallgehäuse ist von einem Kunststoffmantel umgeben, um es vor einem korrosiven Tankinhalt, insbesondere Harnstofflösung, zu schützen. Um den Herstellungsaufwand zu verringern, wird in dieser Offenlegungsschrift vorgeschlagen, den Kunststoffmantel durch Pulverbeschichtung herzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizvorrichtung für einen Reduktionsmittel-Vorratstank anzugeben, die zum Einen robust und zum Anderen einfach herzustellen ist. Zudem soll die Heizvorrichtung einen hohen Wirkungsgrad besitzen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Heizvorrichtung für einen Reduktionsmittel-Vorratstank mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Die vorgeschlagene Heizvorrichtung für einen Reduktionsmittel-Vorratstank, wobei das Reduktionsmittel vorzugsweise eine wässrige Harnstofflösung zur Nachbehandlung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor ist, umfasst wenigstens ein Heizelement sowie ein das Heizelement aufnehmendes Gehäuse. Erfindungsgemäß ist das Gehäuse zumindest teilweise aus einem Edelstahlblech hergestellt. Insbesondere sind die Teile des Gehäuses aus Edelstahl hergestellt, welche mit dem Reduktionsmittel, vorzugsweise der wässrigen Harnstofflösung, in Kontakt stehen und das Heizelement umschließen. Edelstahl weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf und ist dementsprechend robust in der Verwendung mit aggressiven Medien. Der Einsatz von Edelstahl zur Ausbildung des Gehäuses macht demzufolge eine zusätzliche Ummantelung des Gehäuses mit einem Kunststoffmaterial, wie dies üblicherweise der Fall ist, entbehrlich. Bevorzugt ist das Gehäuse vollständig aus einem Edelstahlblech hergestellt und weist keine zusätzliche Kunststoffbeschichtung auf. Das heißt, dass das Gehäuse der vorliegenden Erfindung nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, als Verbundkörper hergestellt ist, sondern im Querschnitt durchgehend aus einem Werkstoff, nämlich Edelstahl, gefertigt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuse mehrteilig ausgebildet und umfasst einen Gehäusetopf und/oder einen Gehäusedeckel als Gehäuseteile. Die mehrteilige Ausführung des Gehäuses erleichtert das Einsetzen des wenigstens einen Heizelementes, das durch das Gehäuse vor den aggressiven Medien, insbesondere vor der Harnstofflösung, geschützt wird. Weiterhin bevorzugt ist wenigstens ein Gehäuseteil, beispielsweise der Gehäusetopf und/oder der Gehäusedeckel als Tiefziehteil ausgeführt. Die Herstellung eines Gehäuseteils mittels Tiefziehen vereinfacht das Verfahren und senkt damit die Herstellungskosten.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse wenigstens eine Rippe ausbildet oder mit einer Rippe verbunden ist. Die Rippe dient der Verteilung der Wärme, welche durch das Heizelement erzeugt wird. Die Rippe kann massiv oder hohl ausgebildet sein und/oder Bestandteil eines Kühlrippenbandes sein, das mit dem Gehäuse verbunden ist. Sofern die Rippe nicht bereits durch das Gehäuse selbst ausgebildet wird, ist sie vorzugsweise mittels einer Schweißverbindung, insbesondere einer Laser- oder Widerstandsschweißung, mit dem Gehäuse verbunden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass mehrere Heizelemente in dem Gehäuse aufgenommen sind, um die Heizleistung zu steigern. Vorzugsweise ist zwischen den Heizelementen eine wärmeleitende Vergussmasse angeordnet, welche die mehreren Heizelemente voneinander trennt und im Gehäuse lagefixiert. Die Vergussmasse bildet zudem einen zusätzlichen Schutz der Heizelemente vor den im Tank befindlichen Medien aus, sollte das Gehäuse defekt sein. Vorzugsweise wird eine silikonhaltige Vergussmasse verwendet.
Bevorzugt sind mehrere elektrische Heizelemente im Gehäuse aufgenommen und über eine Kabelbrücke verbunden.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die mehreren elektrischen Heizelemente über ein durch das Gehäuse geführtes Kabel mit einer externen Stromquelle und/oder Steuereinheit verbindbar sind. Die Verbindung mit einer Steuereinheit ermöglicht eine bedarfsgerechte Steuerung oder Regelung der Heizelemente, wodurch der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht wird. Im Bereich einer Kabeldurchführung durch das Gehäuse wird weiterhin bevorzugt durch die Anordnung eines Dichtelementes eine Abdichtung bewirkt, welche sicherstellt, dass das im Tank bevorratete Medium nicht in das Gehäuse eindringt.
Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Heizelement ein PTC-Element, insbesondere ein Kaltleiter auf keramischer Basis, ist. Derartige Heizelemente sind besonder kleinvolumig und demzufolge auf begrenztem Raum leicht unterzubringen.
Zur Herstellung der Heizvorrichtung werden vorzugsweise die PTC-Heizelemente mittels einer Kabelbrücke verbunden und in ein Gehäuseteil des Gehäuses, beispielsweise dem Gehäusedeckel, eingesetzt. Die Anschlusskabel werden dabei durch das Gehäuseteil geführt und die Durchführungen mittels geeigneter Dichtelemente abgedichtet. Ein weiteres Gehäuseteil des Gehäuses, vorzugsweise der Gehäusetopf, wird mit einer definierten Menge wärmeleitender Silikonvergussmasse gefüllt und anschließend die mit dem Gehäusedeckel verbundenen Heizelemente in die Vergussmasse eingetaucht, so dass der Gehäusedeckel am Gehäusetopf anliegt. Die Vergussmasse verteilt sich dabei gleichmäßig zwischen den Heizelementen und bewirkt nach deren Aushärten eine Lagefixierung der Elemente. Zur Fixierung des Gehäusedeckels am Gehäusetopf wird vorzugsweise die Verbindung mittels einer umlaufenden Laserschweißnaht bewirkt, welche zugleich der Abdichtung dient. Dadurch ist sichergestellt, dass kein im Tank bevorratetes Medium in das Gehäuse eindringen und die Heizelemente beschädigen kann. Ferner kann auf eine zusätzliche Kunststoffummantelung des Gehäuses verzichtet werden, da Edelstahl säureresistent und korrosionsbeständig ist. Zudem handelt es sich bei Edelstahl um einen allgemein verfügbaren und günstigen Werkstoff, so dass die Herstellungskosten insgesamt gesenkt werden können.
Zur dichten Ausführung des Gehäuses wird vorgeschlagen, dass der Gehäusedeckel und/oder die Rippen bei einer Schweißverbindung mit dem Gehäusetopf verbunden ist bzw. sind. Hierzu wird weiterhin bevorzugt mittels Laser- oder Widerstandsschweißen eine umlaufende Schweißnaht an den Verbindungsstellen gesetzt. Dadurch ist nicht nur die Verbindung der Gehäuseteile miteinander, sondern auch eine Abdichtung im Bereich der Verbindungsstellen gewährleistet.
Da die Vorteile der Erfindung insbesondere in der Anwendung als Tankheizung für einen Reduktionsmittel-Vorratstank zum Tragen kommen, wird ferner ein Reduktionsmittel-Vorratstank mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung vorgeschlagen. Diese ist vorzugsweise im Bodenbereich des Vorratstanks angeordnet und/oder kann Bestandteil des Vorratstanks sein. Die Anordnung im Bodenbereich des Vorratstanks stellt sicher, dass auch bei geringem Füllstand des Tanks ein Gefrieren des Reduktionsmittels verhindert wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung und
2 einen schematischen Längsschnitt durch die Heizvorrichtung der 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Dem Querschnitt der 1 ist ein Gehäusetopf 3 eines mehrteiligen Gehäuse 2 zu entnehmen, das aus tiefgezogenem Edelstahlblech hergestellt ist und einen rechteckigen Querschnitt besitzt. Im Inneren des Gehäusetopfes 3 sind zwei Heizelemente 1 angeordnet und mittels einer Silokonvergussmasse 6, welche die Zwischenräume im Gehäusetopf 3 vollständig ausfüllt, fixiert. Der im Querschnitt rechteckige Gehäusetopf 3 ist außen von einem Rippenband umgeben, das einzelne Rippen 5 in Schlaufenform ausbildet, welche der Wärmeverteilung dienen.
Das Rippenband ist mittels einer Schweißverbindung mit dem Gehäusetopf 3 verbunden. Die Verbindungsstellen sind mit kleinen Pfeilen angedeutet.
Dem Längsschnitt der 2 ist zu entnehmen, dass der Gehäusetopf 3 mit einem weiteren Gehäuseteils in Form eines Gehäusedeckels 4 verbunden ist, wobei auch diese Verbindung mittels einer umlaufenden Schweißnaht 10 erfolgt. Die Schweißnaht 10 dichtet somit zugleich die Verbindungsstelle ab. Die im Gehäuse 2 angeordneten Heizelemente 1 sind miteinander über eine Kabelbrücke 7 verbunden, wobei jedes Heizelement 1 ein weiteres Kabel 8 aufweist, das durch den Gehäusedeckel 4 geführt ist, um die Verbindung mit einer externen Stromquelle und/oder Steuereinheit (nicht dargestellt) zu ermöglichen. Im Bereich der Kabeldurchführungen sind Dichtelemente 9 angeordnet, welche die Durchführungen abdichten. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass kein Medium von außen in das Gehäuse eindringen und die Heizelemente 1 beschädigen kann. Indem vorliegend nicht nur das Gehäuse 2, sonder auch die Rippen 5 aus Edelstahl gefertigt sind, bedarf es keiner weiteren Kunststoffummantelung, um das Gehäuse 2 und/oder die Rippen 5 vor aggressiven Medien zu schützen. Die beispielhaft dargestellte, erfindungsgemäße Heizvorrichtung erweist sich demnach als äußerst robust und insbesondere als Heizvorrichtung für einen Reduktionsmittel-Vorratstank geeignet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010001745 A1 [0002]
DE 102011011367 A1 [0003]

Claims

Heizvorrichtung für einen Reduktionsmittel-Vorratstank, wobei das Reduktionsmittel vorzugsweise eine wässrige Harnstofflösung zur Nachbehandlung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor ist, umfassend wenigstens ein Heizelement (1) sowie ein das Heizelement (1) aufnehmendes Gehäuse (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) zumindest teilweise aus einem Edelstahlblech hergestellt ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mehrteilig ausgebildet ist und einen Gehäusetopf (3) und/oder einen Gehäusedeckel (4) als Gehäuseteile umfasst, wobei wenigstens ein Gehäuseteil (3, 4) als Tiefziehteil ausgeführt ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) wenigstens eine Rippe (5) ausbildet oder mit einer Rippe (5) verbunden ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Heizelemente (1) in dem Gehäuse (2) aufgenommen sind, wobei zwischen den Heizelementen (1) eine wärmeleitende, vorzugsweise silikonhaltige Vergussmasse (6) angeordnet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektrische Heizelemente (1) im Gehäuse (2) aufgenommen und über eine Kabelbrücke (7) verbunden und/oder über ein durch das Gehäuse (2) geführtes Kabel (8) mit einer externen Stromquelle und/oder Steuereinheit verbindbar sind.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Heizelement (1) ein PTC-Element, insbesondere ein Kaltleiter auf keramischer Basis, ist.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (4) und/oder die Rippe (5) über eine Schweißverbindung mit dem Gehäusetopf (3) verbunden ist bzw. sind.
Reduktionsmittel-Vorratstank mit einer Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.