-
Stand der Technik
-
DE 44 36 397 B4 bezieht sich auf eine Einrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen. Die Einrichtung umfasst ein Abgassammelsystem, in dem ein Reduktionskatalysator zur Reduktion von NO
x Bestandteilen des Abgases der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die Einrichtung umfasst ferner eine Dosiereinrichtung, umfassend ein elektrisch gesteuertes Dosierventil zum dosierten Einbringen eines Reduktionsmittels in den Strom des dem Katalysattor zugeführten Abgases, abhängig von einem im Kennfeld gespeicherten Wert des NO
x-Gehaltes im Abgas bei verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine sowie des Katalysators. Das Ventil zur Steuerung der Luftzufuhr ist ein elektrisch gesteuertes Steuerventil, welches stromabwärts der Austrittsöffnung des Dosierventiles angeordnet ist und dessen Austrittsöffnung unmittelbar in den Abgasstrom der Brennkraftmaschine mündet. Das Steuerventil ist von einem Körper aufgenommen, der von einem Kühlmedium umströmbar ist, sodass das Steuerventil gekühlt ist.
-
US 2008 0236147 A1 bezieht sich auf ein Einspritzsystem, welches im Rahmen der selektiven katalytischen Reduktion an einem Kraftfahrzeug zur Reduktion von NO
x-Anteilen im Abgas eingesetzt wird. Gemäß dieser Lösung umfasst das Einspritzsystem einen Injektor, der über einen elektrischen Anschluss mit Strom versorgt wird. Innerhalb des elektrischen Anschlusses befindet sich ein elektrischer Kontakt, der zur Aufnahme eines Steckers einer Anschlussleitung konfiguriert ist.
-
DE 10 2009 060 065 A1 offenbart eine Fluidleitung für Harnstoff-Wasser-Lösungen in NO
x-Reduktionseinrichtungen, die gemäß der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) arbeiten. Die Fluidleitung ist aus einem thermischen Vulkanisat hergestellt. Das thermische Vulkanisat weist gummiartige Eigenschaften auf und ist auch unter der Bezeichnung „Thermoplastik-Elastomer“ bekannt. Das thermische Vulkanisat zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Beständigkeit gegenüber aggressiven Flüssigkeiten aus und weist eine sehr hohe Flexibilität sowie eine hervorragende Biegsamkeit auf. Eine aus thermischem Vulkanisat gefertigte Fluidleitung gemäß
DE 10 229 060 065 A1 wird zum Verbinden von Tanks, Pumpen, Einspritzdüsen oder zur Aufnahme von Kupplungen eingesetzt.
-
Darstellung der Erfindung
-
Aus der Darstellung gemäß 1 geht ein Dosiermodul 10 hervor, welches ein Einspritzventil zum Zwecke des Einbringens eines Betriebs-/Hilfsstoffes aufnimmt. Um mit dessen Ventilspitze so nah wie möglich an den Abgasstrom zu gelangen, wird in diesem Dosiermodul 10 eine Ventilaufnahme aktiv gekühlt. Dies geschieht durch einen Anschluss eines Gehäuses 12 an einen Kühlmittelkreislauf des Fahrzeugs. Dadurch wird sichergestellt, dass auch bei abgasnaher Positionierung des Einspritzventiles, die Ventilspitzentemperatur im Betrieb nicht über 120°C ansteigt. Konzeptbedingt ist es bei dem Dosiermodul 10 gemäß der Darstellung in 1 so, dass ein Anschlussstück aus Kunststoff, beispielsweise PA 66, gefertigt wird. Über dieses wird ein Zulauf kontaktiert, der außerhalb eines als Kühlkörper dienenden mehrteilig ausgebildeten Gehäuses 12 angebracht ist. Ein Anschlussstück, welches den Zulauf 18 umfasst, ist somit einer höheren Umgebungstemperatur ausgesetzt und kann sich deshalb unter kritischen Betriebszuständen, beispielsweise einer hohen Umgebungstemperatur, im Betrieb oder bei Auftreten eines „Heißabstellers“ stark aufheizen und dadurch deutlich an Festigkeit einbüßen. Diese führt zu kritischen Zuständen wie beispielsweise einem Bruch oder dem Auftreten von Undichtigkeiten. Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass sich am Dosiermodul ein temperaturexponierter Bereich 28 im Bereich des Zulaufes 20 befindet, an den sich ein isolierter Bereich 30 anschließt, an den sich wiederum ein wassergekühlter Bereich 32 anschließt. Das Gehäuse 12 umfasst einen ersten Gehäuseabschnitt 14, einen zweiten Gehäuseabschnitt 16 sowie einen dritten Gehäuseabschnitt 18. Im dritten Gehäuseabschnitt 18 befindet sich ein Zulauf 20 zum Zuströmen eines Kühlmediums, im zweiten Gehäuseabschnitt befindet sich ein Kühlmediumrücklauf 26. Im unteren Teil des Dosiermoduls 10 gemäß der Darstellung in 1 vgl. Position 24 befindet sich ein topfförmiger Einsatz, welcher den wassergekühlten Bereich 32 begrenzt.
-
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Anschließen eines Dosiermoduls vorgeschlagen, wobei das Dosiermodul zum Eindosieren eines Betriebs-/Hilfsstoffes in den Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine dient und an ein Abgasnachbehandlungssystem mittels eines Zulaufes angeschlossen ist, wobei dieser Zulauf mit einem Dosierventilkörper des Dosiermoduls verbunden ist. Dieser ist durch ein mehrteiliges Gehäuse gekapselt, welches ein Anschlussstück umfasst, das einen glockenförmigen Anschlussteil und einen in verschiedenen Winkelstellungen positionierten Zulauf für den Betriebs-/Hilfststoff aufweist. Das Anschlussstück, den glockenförmigen Anschlussteil und den Zulauf umfassend, stellt ein beide genannte Komponenten umfassendes metallisches Bauteil dar, wobei das glockenförmige Anschlussteil und der Zulauf stoffschlüssig, insbesondere durch Ausbildung einer Laserschweißnaht miteinander fest verbunden sind.
-
Um den Anforderungen, die eine Großserienfertigung an die genannten Bauteile stellt, gerecht zu werden, kann das glockenförmig ausgebildete Anschlussteil im Wege des Tiefziehverfahrens hergestellt werden. Der Zulauf für den Betriebs-/Hilfsstoff, bei dem es sich insbesondere um ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise Harnstoff oder eine Harnstoff-Wasser-Lösung handelt, kann aus einem entsprechenden Standardrohr in die benötigte Geometrie aufgeweitet werden; alternativ besteht die Möglichkeit, den Zulauf des Anschlussstückes durch das Hydroforming-Verfahren auszubilden. In Bezug auf das Anschlusstück aus metallischem Material stellt der Zulauf eine erste Schnittstelle zum Abgasnachbehandlungssystem dar, während der glockenförmige Anschlussteil des Anschlussstückes eine zweite Schnittstelle darstellt, nämlich die Schnittstelle zum Dosierventilkörper des Dosiermoduls. Der glockenförmige Anschlussteil des Ansschlusstückes umschließt im montierten Zustand eine beispielsweise als O-Ring ausgebildete Weichdichtung, die am Außenumfang des Dosierventilkörpers angebracht ist.
-
Zur Umsetzung geforderter kundenspezifischer Ausrichtungen des Zulaufes kann diesen kundenspezifischen Anforderungen bei der Herstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anschlusstückes Rechnung getragen werden. So besteht die Möglichkeit, bei der Fertigung des glockenförmigen Anschlussteiles aus metallischem Material im Wege des Tiefziehverfahrens und eines anschließenden spanabhebenden Bearbeitungsschrittes eine entsprechende Anschlussöffnung, in welcher der Zulauf insbesondere unter Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung gefügt wird, in unterschiedlichen Winkelstellungen anzubringen. So besteht einerseits die Möglichkeit, in Bezug auf die Symmetrieachse des glockenförmig ausgebildeten Anschlussteiles den Zulauf aus metallischem Material als geraden Abgang, d.h. in einer ersten Winkelstellung parallel verlaufend zur Vertikalachse anzuordnen; darüber hinaus besteht die Möglichkeit, den Zulauf in Bezug auf das glockenförmige Anschlussteil in einer weiteren zweiten Winkelstellung, beispielsweise unter einem Winkel von 30°, 45° oder 60° anzuordnen, je nachdem, welche kundenspezifischen Anforderungen an die Winkelstellung des Zulaufes unter Berücksichtigung des jeweils zur Verfügung stehenden Einbauraumes gestellt werden. Darüberhinaus ist es selbstverständlich möglich, den Zulauf in Bezug auf den glockenförmigen Anschlussteil auch im rechten Winkel, d.h. in einer 90°-Anordnung in Bezug auf die Vertikalachse d.h. die Symmetrieachse des glockenförmigen Anschlussteiles, mit diesem zu verbinden. Als bevorzugtes stoffschlüssiges Fügeverfahren zwischen den beiden metallischen Komponenten, d.h. dem Zulauf und dem glockenförmigen Anschlussteil, hat sich das Laserschweißverfahren bewährt, das in der Großserienfertigung besonders rationell und effektiv eingesetzt werden kann.
-
Vorteile der Erfindung
-
In vorteilhafter Weise kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine robustere Ausbildung eines Dosierventiles zum Einbringen eines Betriebs-/Hilfsstoffes in den Abgasttrakt einer Verbrennungskraftmaschine erreicht werden, insbesondere wird eine höhere Temperaturbelastbarkeit in dem nicht-wassergekühlten und dem nicht-isolierten, d.h. einem temperaturexponierten Teil des Dosiermodules erreicht. Des Weiteren kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung bei der Herstellung des Anschlussstückes aus beiden metallischen Komponenten eine Berücksichtigung kundenspezifischer Anforderungen erreicht werden. Zur Umsetzung geforderter kundenspezifischer Ausrichtungen des Anschlusstückes, welches die Schnittstelle zum Abgasnachbehandlungssystem darstellt, kann der Zulauf, d.h. ein oberes, aus metallischem Material gefertigtes Teil, unter verschiedenen Winkelstellungen und Positionen mit dem unteren Metallteil, d.h. dem glockenförmig ausgebildeten Anschlussteil verbunden werden.
-
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Anschlussstück, welches sich im temperaturexponierten Teil des Dosiermodules befindet, wird auch bei sehr hohen Umgebungstemperaturen nicht geschädigt. Aufgrund der Änderung der Materialwahl von Kunststoff auf Metall beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anschlußstück läßt sich eine höhere Wärmekapazität des Anschlußstückes erreichen. Im Falle eines Heißabstellers ist hierdurch ein verzögertes Aufheizen erreichbar, so dass sich dadurch ein verbesserter Bauteilschutz insbesondere in Bezug auf die im oberen Bereich des Dosierventilkörpers verbaute Dichtung erreichen lässt. Des Weiteren kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine vollständig spanlose Herstellung des Anschlußstückes realisiert werden, was sich insbesondere sehr günstig bei einer Großserienfertigung auswirkt. Durch die mehrteilige Ausführung des Anschlußstückes lassen sich beliebige Winkelstellungen flexibel darstellen und realisieren. Bei den bisher eingesetzten Lösungen, d.h. aus einem Kunststoffmaterial gefertigten Anschlußstücken, stellte bei der Wahl der verschiedenen Winkelstellungen eine Rasterung einen limitierenden Faktor dar, der durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene stoffschlüssige Fügen umgangen werden kann, so dass erheblich höhere Freiheitsgrade in Bezug auf die Winkel und Drehlagen des Anschlußstückes realisiert werden können, so dass Fahrzeugherstellervorgaben in vollem Umfang entsprochen werden kann.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
-
Es zeigt:
-
1 ein Dosierventil gemäß des Standes der Technik mit exponiertem Bereich, isoliertem Bereich und wassergekühltem Bereich,
-
2 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dosierventils mit einem Anschlusstück, welches als gerader Abgang ausgebildet ist,
-
3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dosiermodules, bei dem der Zulaufteil des Anschlusstückes in verschiedenen Winkelstellungen orientiert ist,
-
4 eine Ansicht des glockenförmigen Anschlussteiles und
-
5 eine im rechten Winkel verlaufende Verbindung zwischen einem Zulauf und einem glockenförmigen Anschlussteil.
-
Ein in 1 im Schnitt dargestelltes Dosiermodul 10 umfasst ein Gehäuse 12, welches einen ersten Gehäuseabschnitt 14, einen weiteren, zweiten Gehäuseabschnitt 16 und schließlich einen dritten Gehäuseabschnitt 18 aufweist. Am dritten Gehäuseteil 18 befindet sich ein Zulauf 22 für ein Kühlmedium Unterhalb des dritten Gehäuseabschnittes 18 befindet sich ein Topf 24. Im zweiten Gehäuseabschnitt 16 ist ein Kühlmediumrücklauf 26 vorgesehen, durch welchen das Kühlmedium dem Kühlmediumkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine – um ein Beispiel zu nennen – wieder zugeführt wird. Mit Bezugszeichen 28 ist ein temperaturexponierter Bereich bezeichnet, ein isolierter Bereich 30 schließt sich an diesen an wohingegen ein wassergekühlter Bereich durch Bezugszeichen 32 angedeutet ist.
-
Ausführungsvarianten
-
2 ist ein Schnitt durch eine Ausführungsvariante des Dosiermoduls zu entnehmen, bei dem ein Anschlusstück aus metallischem Werkstoff als gerader Abgang ausgebildet ist und einen Zulauf sowie ein glockenförmiges Anschlussteil umfasst.
-
Der Darstellung gemäß 2 kann entnommen werden, dass das Dosiermodul 10 das mehrteilig ausgebildete Gehäuse 12 umfasst, den ersten Gehäuseabschnitt 14, den zweiten Gehäuseabschnitt 16 und den dritten Gehäuseabschnitt 18 umfassend. Über den Kühlmediumzulauf 22 strömt Kühlmedium dem dritten Gehäuseabschnitt 18 zu, der durch den Topf 24 an der Spitze eines Dosierventilkörpers 36 verschlossen ist. Vom Topf 24, beziehungsweise dem dritten Gehäuseabschnitt 18, strömt das Kühlfluid über mindestens eine Überströmöffnung 36 dem zweiten Gehäuseabschnitt 16 zu.
-
Der zweite Gehäuseabschnitt 16 umfasst einerseits einen vom Kühlfluid durchströmten Bereich, der durch eine Trennrippe 48 von einem Bereich getrennt ist, in dem eine Luftspaltisolierung 56 vorliegt. Im Bereich des zweiten Gehäuseabschnittes 16 ist der Dosierventilkörper 36 durch eine Luftspaltisolierung 56 gekühlt ebenso wie eine elektrische Kontaktierungsstelle 58. Zur Luftspaltisolierung 56 gehört neben einem zweiten Hohlraum 54 auch ein erster Hohlraum 50, der vom ersten Gehäuseabschnitt 14 begrenzt ist und von diesem durch ein an der Geometrie des Dosierventilkörpers 36 aufgenommenes Trennelement 52, beispielsweise eine Trennwand, getrennt ist.
-
Im oberen Bereich des Dosierventiles 10 befindet sich das aus metallischem Material gefertigte Anschlusstück 34, welches einerseits das Zulaufteil 20 umfasst und andererseits das mit diesem stoffschlüssig verbundene glockenförmige Anschlussteil 60. Wie aus der Darstellung gemäß 2 hervorgeht, umschließt das glockenförmig ausgebildete Anschlussteil 60 mit einer Innenwand 62 ein beispielsweise als O-Ring ausgebildetes Dichtelement 40, das am Umfang des Dosierventilkörpers 36 angeordnet ist. Somit bildet das glockenförmige Anschlussteil 60 im montierten Zustand des Anschlussstückes 34 eine erste Schnittstelle 76 zum Dosierventilkörper 36.
-
Aus der Darstellung gemäß 2 geht des Weiteren hervor, dass eine Außenwand 64 des glockenförmig ausgebildeten Anschlussteiles 60 dem ersten Hohlraum 50, der durch den ersten Gehäuseabschnitt 14 begrenzt ist, zuweist. In Bezug auf eine Vertikalachse 38 verläuft der Zulauf 20 zu dieser fluchtend, d.h. der Zulauf 20 ist im Ausführungsbeispiel gemäß 2 als gerader Abgang 66 ausgeführt.
-
Der Darstellung gemäß 3 ist eine perspektivische Draufsicht auf das Dosiermodul zu entnehmen.
-
Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass das Gehäuse 12 den ersten Gehäuseabschnitt 14, den zweiten Gehäuseabschnitt 16 sowie den dritten Gehäuseabschnitt 18 umfasst. Seitlich am Gehäuse 12 erstreckt sich der elektrische Kontakt 58, der teilweise von den schalenförmig ausgebildeten ersten und zweiten Gehäuseabschnitten 14, 16 überdeckt wird.
-
Am ersten Gehäuseabschnitt 14 ist das Anschlusstück 34 zu erkennen, welches aus metallischem Material gefertigt ist. In der perspektivischen Draufsicht gemäß 3 ist dargestellt, dass der Zulauf 20 in einer ersten Winkelstellung 68 in Bezug auf das glockenförmige Anschlussteil 60 des Anschlusstückes 34 verlaufen kann. Je nach kundenspezifischen Anforderungen, kann der Zulauf 20, wie in 3 ebenfalls dargestellt ist, in einer zweiten Winkelstellung 70 in Bezug auf die Vertikalachse 38 des glockenförmigen Anschlussteils 60 verlaufen. Die zweite Winkelstellung 70 kann beispielsweise in Bezug auf die Vertikalachse 38 30°, 45°, 60° oder ganz allgemein beliebige Winkel betragen, je nach kundenspezifischen Anforderungen, die vom zur Verfügung stehenden Einbauraum abhängen.
-
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass in einer dritten Winkelstellung 72 der Zulauf 20 im 90°-Winkel in Bezug auf das glockenförmige Anschlussteil 60 verläuft. Das Gehäuse 12, die genannten Gehäuseabschnitte 16, 18 umfassend, umschließt den in 2 im Schnitt dargestellten Dosierventilkörper 36 vollständig. Das Gehäuse 12 umfasst an einer Ventilspitze innerhalb des wassergekühlten Bereichs den Topf 24, den dritten Gehäuseabschnitt 18, an dem sich der Kühlmediumzulauf 22 befindet, ferner den zweiten Gehäuseabschnitt 16, der den Kühlmediumrücklauf 26 umfasst und besagten ersten Gehäuseabschnitt 14, welcher das Anschlusstück 34 umfasst, dass aus metallischem Material gefertigt ist, um die Temperaturrobustheit zu erhöhen.
-
Der Darstellung gemäß 4 ist das glockenförmige Anschlussteil des Anschlussstückes zu entnehmen.
-
Aus 4 geht hervor, dass das glockenförmig ausgebildete Anschlussteil 60 aus metallischem Material die Innenwand 62 umfasst, die gemäß der Schnittdarstellung in 2 die Dichtung 40, die am Mantel 42 des Dosierventilkörpers 36 aufgenommen ist, umschließt. Die Außenseite des glockenförmigen Anschlussteils 60 ist durch Bezugszeichen 64 kenntlich gemacht. Die Öffnung, die durch die Innenwand 62 und die Außenwand 64 begrenzt ist, stellt eine erste Schnittstelle 76 zum in 2 geschnitten dargestellten Dosierventilkörper 36 dar. Mit Bezugszeichen 74 ist eine seitliche Öffnung am glockenförmigen Anschlussteil 60 bezeichnet, die entsprechend kundenspezifischer Anforderung die spätere Winkelposition 68, 70, 72 (vgl. Darstellung gemäß 3) für den ebenfalls aus metallischem Material gefertigten Zulauf 20 darstellt. Die beiden metallischen Teile, d.h. der Zulauf 20 und das glockenförmige Anschlussteil 60, werden im Wege eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens, insbesondere im Wege des Laserschweißverfahrens miteinander gefügt.
-
5 schließlich zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anschlusstückes aus metallischem Material.
-
Die Ausführungsform des Anschlusstückes 34 gemäß der Darstellung in 5 zeichnet sich dadurch aus, dass der Zulauf 20, der die zweite Schnittstelle 78 zum Abgasnachbehandlungssystem darstellt, in einem 90°-Winkel vgl. Position 80 in 5 in Bezug auf die vertikale Achse 38 des Anschlusstückes 34 aus metallischem Material orientiert ist. Auch gemäß dieser Ausführungsvariante stellt das glockenförmige Anschlussteil 60 die erste Schnittstelle 76 zum in 2 im Schnitt dargestellten Dosierventilkörper 36 dar. Der 90°-Winkel vgl. Position 80 entspricht der in 3 dargestellten dritten Winkelstellung 72 in Bezug auf die Vertikalachse 38 des glockenförmigen Anschlussteiles 60 des metallischen Anschlusstückes 34.
-
Durch die Umsetzung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird einerseits eine höhere Temperaturrobustheit des Anschlusstückes 34 durch die Verwendung von metallischem Material erreicht, insbesondere in Bezug auf den in 1 dargestellten temperaturexponierten Bereich. Des Weiteren kann durch die Berücksichtigung kundenspezifischer Anforderungen in Bezug auf die Winkelstellungen 68, 70 und 72 des Zulaufes 20 schon bei der Fertigung des Anschlussteiles 34 aus metallischem Material, Kundenwünschen in hohem Maße Rechung getragen werden. Neben den exemplarisch in 3 dargestellten drei Winkelstellungen 68, 70, 72 des Zulaufes 20 in Bezug auf die vertikale Achse 38 des glockenförmigen Anschlussteiles 60 sind selbstverständlich beliebige Winkelstellungen des Zulaufes 20 in Bezug auf die Vertikalachse 38 möglich, auch wenn zeichnerisch nicht dargestellt.
-
Um einer Großserienfertigung mit den daraus resultierenden Kostenanforderungen gerecht zu werden, wird das glockenförmige Anschlussteil 60, welches die erste Schnittstelle zum Dosierventilkörper 36 darstellt, bevorzugt im Tiefziehverfahren hergestellt. Der Zulauf 20, ebenfalls aus metallischem Material gefertigt und die zweite Schnittstelle 78 zum Abgasnachbehandlungssystem darstellend, wird aus Standardrohr auf die benötigte Geometrie aufgeweitet oder alternativ im Hydroformingverfahren hergestellt. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann nicht nur den Anforderungen einer Großserienfertigung besser Rechnung getragen werden, sondern das Anschlußstück ist in einer erheblich erhöhten Festigkeit ausgebildet, die über den gesamten Temperaturbereich vorliegt, so dass eine robuste, d.h. temperaturunabhängige Montage beim Fahrzeughersteller in vollem Umfang gegeben ist.
-
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 4436397 B4 [0001]
- US 20080236147 A1 [0002]
- DE 102009060065 A1 [0003]
- DE 10229060065 A1 [0003]
