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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen einer Vorrichtung zur Förderung eines flüssigen Additivs. Vorrichtungen zur Förderung eines flüssigen Additivs werden beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt, um der Abgasbehandlungsvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine ein flüssiges Additiv zuzuführen. Weit verbreitet sind Abgasbehandlungsvorrichtungen, in welchen die Reduzierung von Stickstoffoxidverbindungen im Abgas unter Zuhilfenahme eines flüssigen Additivs erfolgt. Für solche Abgasbehandlungsvorrichtungen können entsprechende Fördervorrichtungen eingesetzt werden.
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Ein besonders häufig in derartigen Abgasbehandlungsvorrichtungen durchgeführtes Abgasreinigungsverfahren ist das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion [SCR-Verfahren, SCR = selective catalytic reduction]. Bei diesem Verfahren wird als Reduktionsmittel zur Reduzierung von Stickstoffoxidverbindungen häufig Ammoniak eingesetzt. Ammoniak kann in einer Abgasbehandlungsvorrichtung aus einer Harnstoff-Wasser-Lösungen gewonnen werden. Die Harnstoff-Wasser-Lösung wird dabei durch Thermolyse (thermisch) und/oder durch Hydrolyse (durch Mithilfe eines Hydrolysekatalysators) zu Ammoniak umgesetzt. Die Harnstoff-Wasser-Lösung kann der Abgasbehandlungsvorrichtung als flüssiges Additiv mit Hilfe einer beschriebenen Vorrichtung zur Förderung zugeführt werden. Eine entsprechende Harnstoff-Wasser-Lösung ist beispielsweise unter dem Handelsnamen AdBlue® mit einem Harnstoffgehalt von 32,5 % erhältlich.
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Problematisch für Vorrichtungen zur Förderung von flüssigem Additiv ist, dass diese Additive (wie beispielsweise die beschriebene Harnstoff-Wasser-Lösung) bei niedrigen Temperaturen einfrieren können. Die beschriebene Harnstoff-Wasser-Lösung friert beispielsweise bei –11°C ein. Derartig niedrige Temperatu-ren treten bei Kraftfahrzeugen beispielsweise während langer Stillstandzeiten im Winter auf. Aus diesem Grund sind in Vorrichtungen zur Förderung von flüssigen Additiven regelmäßig Heizungen vorgesehen. Mit den Heizungen kann das eingefrorene Additiv in der Vorrichtung aufgetaut werden oder es kann das Einfrieren des Additivs verhindert bzw. verzögert werden. Heizungen werden normalerweise mit elektrischer Energie betrieben. Auch sind Flüssigkeitsheizungen bekannt, bei denen ein Heizfluid eine Heizungsschleife durchläuft. Bei Heizschleifen wird als Heizungsfluid typischerweise (erwärmtes) Kühlwasser einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt.
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Problematisch bei derartigen Heizungen ist, dass die Einbringung von Wärme regelmäßig nicht in unmittelbarer Nähe des eingefrorenen flüssigen Additivs erfolgt und daher spezielle Mittel zur Weiterleitung der Wärme von der Heizung an das Additiv notwendig sind. Derartige Mittel zur Wärmeleitung sind häufig nicht oder nur schwer in eine Vorrichtung zur Förderung integrierbar. Außerdem können solche Mittel die von der Heizung erzeugte Wärme normalerweise auch nur zeitversetzt und unter Wärmeverlusten an das flüssige Additiv abgeben. Außerdem haben die Materialien, die mit dem flüssigen Additiv in einer Vorrichtung zur Förderung typischerweise in Kontakt sind, häufig nur eine geringe thermische Leitfähigkeit und wirken daher als Wärmeisolierung zwischen einer Heizung und dem flüssigen Additiv. In dem Fall, das Harnstoff-Wasser-Lösung als flüssiges Additiv verwendet wird, sind dies beispielsweise spezielle harnstoffbeständige Kunststoffe. Dies erschwert es zusätzlich geeignete Mittel zur Wärmeleitung vorzusehen.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu lindern. Es soll insbesondere ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Beheizen einer Vorrichtung zur Förderung eines flüssigen Additivs offenbart werden.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen einer Vorrichtung zur Förderung eines flüssigen Additivs, wobei die Vorrichtung mindestens eine Pumpe mit mindestens einer Pumpenkammer und mindestens einer beweglichen Pumpenkammerwand hat und die bewegliche Pumpenkammerwand zur Förderung des flüssigen Additivs verformt wird. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf:
- a) Erzeugen einer Vibrationsbewegung mit mindestens einem Aktuator;
- b) Übertragen der Vibrationsbewegung auf die bewegliche Pumpenkammerwand; und
- c) Umsetzen der Vibrationsbewegung in Wärme in der beweglichen Pumpenkammerwand.
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Die Vorrichtung zur Förderung des flüssigen Additivs entnimmt das flüssige Additiv beispielsweise an einer Ansaugstelle aus einem Tank, in dem das flüssige Additiv gespeichert ist. Ausgehend von der Ansaugstelle wird das flüssige Additiv entlang eines Förderkanals in der Vorrichtung mit einer Förderrichtung hin zu einem Leitungsanschluss gefördert. An dem Leitungsanschluss wird das flüssige Additiv von der Vorrichtung bereitgestellt. An dem Leitungsanschluss kann eine Versorgungsleitung angeschlossen werden, die hin zu einer Zufuhrvorrichtung führt. Die Zufuhrvorrichtung kann an einer Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet sein und mit der Zufuhrvorrichtung kann das flüssige Additiv der Abgasbehandlungsvorrichtung zugeführt werden.
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Für die Förderung hat die Vorrichtung mindestens eine Pumpe. Die Pumpe ist vorzugsweise in den Förderkanal integriert. Durch eine Bewegung der (bevorzugt einzigen) beweglichen Pumpenkammerwand wird die mindestens eine Pumpenkammer verformt. Durch diese Verformung erfolgt die Förderung des flüssigen Additivs. Zum Antrieb der Bewegung der beweglichen Pumpenkammerwand hat die Vorrichtung bzw. die Pumpe vorzugweise mindestens einen Aktuator. Der Aktuator kann beispielsweise von einem elektromagnetischen Antrieb betätigt werden. Der Aktuator kann beispielsweise einen Rotationsantrieb und/oder einen Linearantrieb aufweisen. Der Aktuator kann auch ein Übertragungsmittel umfassen mit dem die Bewegung des Aktuators auf die bewegliche Pumpenkammerwand übertragen wird. Das Übertragungsmittel kann bevorzugt auch dazu dienen, eine lineare Bewegung in eine Rotationsbewegung oder umgekehrt eine Rotationsbewegung in eine lineare Bewegung umzusetzen, je nachdem, ob der Aktuator zur Erzeugung einer linearen Bewegung oder zur Erzeugung einer Rotationsbewegung eingerichtet ist, und in Abhängigkeit davon, ob die bewegliche Pumpenkammerwand gemäß einer linearen Bewegung oder gemäß einer Rotationsbewegung bewegt werden soll. Das Übertragungsmittel kann beispielsweise ein Pleuel, eine Nocke, eine Nockenwelle oder eine Kurvenscheibe zur entsprechenden Umsetzung von Bewegungen umfassen.
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Die in Schritt a) erzeugte Vibrationsbewegung zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass der Aktuator der Vorrichtung schnell hin und her bewegt wird. Die Vibrationsbewegung stellt keine reguläre Bewegung des Aktuators das, wie sie zur Förderung des flüssigen Additivs durchgeführt wird. Die maximale Auslenkung der Vibrationsbewegung beträgt beispielsweise weniger als 5 % und vorzugsweise weniger als 2 % und besonders bevorzugt sogar weniger als 1 % der maximalen Auslenkung der Bewegung des Aktuators bei der regulären Förderung. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, dass die bewegliche Pumpenkammerwand von eingefrorenem Additiv innerhalb der Pumpenkammer behindert sein kann. Aus diesem Grund sollen keine große Auslenkungen erzeugt werden. Die Auslenkung kann auch als Amplitude, Hub, etc. bezeichnet werden. Die Vibrationsbewegung hat vorzugsweise eine besonders hohe Frequenz. Vorzugsweise bewegt der Aktuator sich bei der Vibrationsbewegung mit mindestens 200 Hz [1/Sekunde] hin und her. Besonders bevorzugt bewegt der Aktuator sich sogar mit mindestens 1.000 Hz oder mindestens 5.000 Hz hin und her. Die Übertragung der Vibrationsbewegung auf die bewegliche Pumpenkammerwand erfolgt in Schritt b) vorzugsweise genauso, wie auch die Übertragung der normalen Förderbewegung. Hierfür sind innerhalb der Vorrichtung bzw. innerhalb der Pumpe der Vorrichtung beispielsweise die weiter oben beschriebenen Übertragungsmittel vorgesehen. Die Vibrationsbewegung hat mechanischen Leistung, die sich aus der Amplitude und der Frequenz der Vibrationsbewegung in Kombination mit der durch die Vibrationsbewegung übertragenen Kraft ergibt. Die mechanische Leistung ist mechanische Energie, die auf die bewegliche Pumpenkammerwand pro Zeit einwirkt. Diese mechanische Leistung wird in Schritt c) in Heizleistung umgesetzt. Die Steifigkeit der beweglichen Pumpenkammerwand ist ein besonders wichtiger Parameter für die Wärme, die erzeugt wird. Die Steifigkeit der beweglichen Pumpenkammerwand hat einen großen Einfluss auf den Zusammenhang von Kraft und Amplitude. Die Kraft, die auf die bewegliche Pumpenkammerwand wirkt, ist das Produkt der Amplitude und der Steifigkeit. Die Heizenergie, die während eines Vibrationszyklus erzeugt wird, kann nach folgender Formel bestimmt werden. In diesem Zusammenhang ist ein Vibrationszyklus eine Bewegung der beweglichen Pumpenkammerwand von einer entspannten Startposition in eine ausgelenkte Position, die von der Startposition um die Amplitude abweicht: EWärme = 1 / 2·KSteifigkeit·x2 Amplitude
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Die bewegliche Pumpenkammerwand ist in direktem Kontakt zu dem flüssigen Additiv in der Pumpenkammer. Daher kann die Wärme, welche in der beweglichen Pumpenkammerwand erzeugt wird, besonders schnell an das flüssige Additiv weitergeleitet werden. Häufig ist die bewegliche Pumpenkammerwand aus Materialien gefertigt, die thermisch isolierend wirken. Von daher ist es sehr schwierig, Wärmeenergie von außen durch die bewegliche Pumpenkammerwand in die Pumpenkammer einzuleiten. Dementsprechend ist es besonders vorteilhaft, Wärme mit dem beschriebenen Verfahren direkt in der beweglichen Pumpenkammerwand zu erzeugen. In dem Fall, dass gefrorenes Additiv in der Pumpenkammer vorliegt, schmilzt die Wärme, die in der beweglichen Pumpenkammerwand erzeugt wird, das Additiv in direktem Kontakt mit der beweglichen Pumpenkammerwand zuerst auf. Dieses flüssige Additiv verbessert den Wärmetransport von der beweglichen Pumpenkammerwand zu dem gefrorenen Additiv, weil die Wärmeleitung zu flüssigem Additiv besser ist als zu gefrorenem Additiv. Außerdem vergrößert das flüssige Additiv in direktem Kontakt zu der beweglichen Pumpenkammerwand die mögliche Amplitude der beweglichen Pumpenkammerwand. In dem Fall, dass eine größere Amplitude möglich ist, vergrößert das die Leistung, die in die bewegliche Pumpenkammerwand eingebracht und in Heizenergie umgesetzt werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn während der Vibrationsbewegung der beweglichen Pumpenkammerwand in Schritt b) keine Förderung von flüssigem Additiv erfolgt.
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Die Frequenz der Vibrationsbewegung kann beispielsweise so hoch gewählt werden, dass das flüssige Additiv in der Pumpenkammer durch die Vibrationsbewegung nicht gefördert wird. Zusätzlich und/oder alternativ kann die Amplitude der Vibration so klein gewählt werden, dass das flüssige Additiv in der Pumpenkammer durch die Vibrationsbewegung nicht gefördert wird. Dieser Effekt ergibt sich, weil das flüssige Additiv auf die Vibrationsbewegung träge reagiert. Dieses träge Verhalten ergibt sich durch die Masse und die Viskosität des flüssigen Additivs. Es ist auch möglich, dass durch die Vibrationsbewegung lediglich eine Menge an flüssigem Additiv jeweils entlang der Förderrichtung vor und wieder zurück gefördert wird. So ergibt sich über den Zeitraum der Vibrationsbewegung hinweg in Summe ebenfalls keine Förderung von flüssigem Additiv (insbesondere auch kein Austritt von Additiv am Leitungsanschluss). In dem Fall, dass das Additiv in der Pumpe vollständig gefroren ist, tritt eine Förderung des flüssigen Additivs in keinem Fall auf, weil die Pumpe durch das gefrorene Additiv blockiert ist.
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Da praktisch keine Förderung von flüssigem Additiv erfolgt, kann das beschriebene Verfahren dazu benutzt werden, die Vorrichtung (nur) zu beheizen. Dies ist beispielsweise während einer Prozedur zum Starten des Betriebs einer Vorrichtung vorteilhaft, um eingefrorenes flüssiges Additiv in der Vorrichtung aufzutauen.
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Weiterhin vorteilhaft ist das Verfahren, wenn in Schritt c) durch die Vibrationsbewegung regelmäßig wiederholt eine Stauchung der beweglichen Pumpenkammerwand erfolgt und die Vibrationsbewegung durch die Stauchung in Wärme umgesetzt wird.
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Beim Stauchen (Walken) der beweglichen Pumpenkammerwand wird die bewegliche Pumpenkammerwand nicht oder nur unwesentlich verschoben. Stattdessen ändert sich das (innere) Volumen der beweglichen Pumpenkammerwand. Wenn die bewegliche Pumpenkammerwand lediglich gestaucht wird, ist es besonders einfach, eine Förderung von flüssigem Additiv durch die Vibrationsbewegung zu vermeiden, weil die Vibrationsbewegung sich praktisch nicht auf das Pumpenkammervolumen auswirkt, sondern vollständig bereits innerhalb der Pumpenkammerwand kompensiert wird. Die Stauchung wird durch innere Reibung in der Pumpenkammerwand in Wärme umgesetzt.
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Weiterhin ist das Verfahren vorteilhaft, wenn in Schritt c) durch die Vibrationsbewegung regelmäßig wiederholt eine Deformierung der beweglichen Pumpenkammerwand erfolgt und die Vibrationsbewegung durch die Deformierung in Wärme umgesetzt wird.
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Die Deformierung der beweglichen Pumpenkammerwand bedingt insbesondere eine Auslenkung der beweglichen Pumpenkammerwand. Bei einer Auslenkung und/oder Deformierung der beweglichen Pumpenkammerwand verschiebt sich die Pumpenkammerwand so, dass eine sehr geringe Veränderung des Pumpenkammervolumens auftritt. Diese Veränderung ist allerdings vorzugsweise so klein, dass keine oder nur eine unwesentliche Förderung von flüssigem Additiv auftritt. Bei der Auslenkung und/oder Deformierung treten in der beweglichen Pumpenkammerwand vorzugsweise Biegemomente auf, die durch innere Reibung in der Pumpenkammerwand Wärme erzeugen. Die Erzeugung von Wärme aus einer Vibrationsbewegung mit Hilfe von Auslenkungen und/oder Deformierungen ist mit beinahe jedem flexiblen Material möglich. Daher besteht für die Auslegung der Pumpenkammerwand besonders großer Freiraum, wenn die Vibrationsbewegung durch Auslenkungen und/oder Deformierungen in Wärme umgesetzt wird.
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Weiterhin ist das Verfahren bevorzugt, wenn die Pumpe mindestens eine Pumpenkammer mit einem geschlossenen Pumpenkammervolumen hat, das zur Förderung des flüssigen Additivs regelmäßig vergrößert und verkleinert wird.
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Eine Pumpe, bei der das Pumpenkammervolumen zur Förderung regelmäßig vergrößert und verkleinert wird, ist typischerweise eine Kolbenpumpe oder eine Membranpumpe. Bei einer solchen Pumpe mündet der Förderkanal der Vorrichtung typischerweise an einem Einlass in die Pumpenkammer und tritt an einem Auslass wieder aus der Pumpenkammer aus. Der Einlass und der Auslass sind durch Ventile verschlossen. Die Ventile sind typischerweise unidirektional öffnend. Durch die Öffnungsrichtung der Ventile wird die Förderrichtung der Pumpe vorgegeben. Bei der beschriebenen Vibrationsbewegung zur Erzeugung von Wärme in der beweglichen Pumpenkammerwand wird die bewegliche Pumpenkammerwand vorzugsweise so schnell bewegt, dass entweder gar keine Veränderung des Pumpenkammervolumens auftritt oder das Pumpenkammervolumen nur so geringfügig verändert wird, dass im Wesentlich kein flüssiges Additiv durch den Einlass in die Pumpenkammer eintritt und durch den Auslass aus der Pumpenkammer austritt. Bei einer Pumpe mit einem sich regelmäßig vergrößernden und verkleinernden Pumpenkammervolumen kann eine lineare Vibrationsbewegung besonders gut in Wärme umgesetzt werden.
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Auch vorteilhaft ist das Verfahren, wenn die Pumpe mindestens eine Pumpenkammer mit mindestens einem geschlossenen Pumpenkammervolumen aufweist, das zur Förderung des flüssigen Additivs kontinuierlich verschoben wird.
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Bei einer solchen Pumpe wird beispielsweise eine Abdichtung entlang der Förderrichtung in der Pumpenkammer bewegt. Die Abdichtung wird zu Beginn der Pumpenkammer erzeugt, dann durch die Pumpenkammer entlang der Förderrichtung verschoben und dann am Ende der Pumpenkammer wieder aufgelöst. Vorzugsweise sind mehrere derartige Abdichtungen gleichzeitig vorgesehen. Zwischen den einzelnen Abdichtungen existieren jeweils geschlossene Pumpenkammervolumina. Bei einer solchen Pumpe kann die Vibrationsbewegung beispielsweise in einer schnellen Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der Abdichtungen realisiert sein. Durch eine solche Vibrationsbewegung ist keine Förderung von flüssigem Additiv möglich, weil bei der Rückwärtsbewegung immer die gleiche Menge des flüssigen Additivs zurückbewegt wird, wie die bei der Vorwärtsbewegung geförderte Menge.
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Eine solche Pumpe kann eine Peristaltikpumpe sein. Eine Peristaltikpumpe kann mit einem Schlauch realisiert sein, der die Pumpenkammer ausbildet und welcher durch einen Exzenter abschnittsweise zusammengedrückt wird. Die zusammengedrückten Stellen des Schlauches bilden die Abdichtungen aus. Es ist auch möglich, eine solche Pumpe mit einer Membran zu realisieren, welche durch einen Exzenter abschnittsweise verformt wird, um Abdichtungen auszubilden. Bei einer solchen Pumpe ist regelmäßig ein häufig ein dickeres flexibles Material als bewegliche Pumpenkammerwand notwendig. Ein solches dickes flexibles Material hat normalerweise eine besonders geringe Wärmeleitfähigkeit und wirkt daher isolierend. Daher ist es bei einer solchen Pumpe besonders vorteilhaft, Wärme zur Aufheizung der Pumpenkammer mit dem beschriebenen Verfahren in der beweglichen Pumpenkammerwand zu erzeugen.
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Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn die bewegliche Pumpenkammerwand eine Membran mit Einlagen umfasst, wobei die Einlagen dazu eingerichtet sind, die Vibrationsbewegung in Wärme umzusetzen.
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Bei der Ausführung der beweglichen Pumpenkammerwand als Membran mit Einlagen ist es möglich, die Wärme in der Membran besonders zielgerichtet zu erzeugen. Die Membran hat vorzugsweise ein Matrixmaterial, in dem die Einlagen eingelegt sind. Das Matrixmaterial ist dabei vorzugsweise für eine besonders gute Flexibilität ausgelegt. Die Einlagen sind dafür ausgelegt durch Verformung Wärme zu erzeugen.
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Weiterhin vorteilhaft ist das Verfahren, wenn die bewegliche Pumpenkammerwand von dem Aktuator wärmetechnisch getrennt ist.
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Eine solche wärmetechnische Trennung kann beispielsweise durch eine thermische Isolierung erreicht werden, die zwischen dem Aktuator und der Pumpenkammerwand vorgesehen ist. Die thermische Isolierung kann Teil der Übertragungsmittel sein. Durch eine wärmetechnische Trennung kann beispielsweise erreicht werden, dass die in der beweglichen Pumpenkammerwand erzeugte Wärme besonders zielgerichtet in das flüssige Additiv eingeleitet wird und nicht nach außen als Verlustwärme abgeleitet wird. Darüber hinaus kann eine Aufheizung des Aktuators und des Antriebs des Aktuators vermieden werden. Dies verbessert ggf. den Wirkungsgrad des Aktuators bzw. des elektrischen Antriebs, weil der Wirkungsgrad eines elektrischen Antriebs regelmäßig bei niedrigen Temperaturen höher ist, insbesondere in dem Fall, dass der elektrische Widerstand der Spulen des elektrischen Antriebs sich in Abhängigkeit der Temperatur ändert.
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Der Aktuator ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die für das Verfahren notwendige Vibrationsbewegung erzeugt werden kann, ohne dass eine signifikante Erwärmung des Aktuators bzw. des Antriebs des Aktuators (beispielsweise verglichen mit dem normalen Förderbetrieb) selbst auftritt. Die Erwärmung des Aktuators ergibt sich aus einer Verlustleistung des Antriebs und ist daher vom Wirkungsgrad des Antriebs abhängig. Vorzugsweise ist die mit Hilfe der Vibrationsbewegung in der Membran produzierte Wärmemenge (die Wärmeleistung) größer als die Verlustleistung des Antriebs, besonders bevorzugt mindestens doppelt so groß, bzw. sogar mindestens fünf Mal so groß.
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Zudem wird hier nun auch eine Vorrichtung zur Förderung eines flüssigen Additivs beschrieben, wobei die Vorrichtung eine mindestens Pumpe mit mindestens einer Pumpenkammer und mindestens einer beweglichen Pumpenkammerwand hat und die bewegliche Pumpenkammerwand zur Förderung des flüssigen Additivs verschoben wird und die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Diese Vorrichtung kann alle im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale einer Vorrichtung zur Förderung eines flüssigen Additivs aufweisen.
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Besonders bevorzugt findet die Erfindung Anwendung bei einem Kraftfahrzeug, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine, eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine und eine beschriebene Vorrichtung, mit der ein flüssiges Additiv zu der Abgasbehandlungsvorrichtung gefördert werden kann und mit der das beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung einer beschriebenen Vorrichtung;
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2: eine erste Skizze einer ersten Ausführungsvariante einer Pumpe;
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3: eine zweite Skizze einer ersten Ausführungsvariante einer Pumpe;
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4: eine Skizze einer zweiten Ausführungsvariante einer Pumpe; und
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5: ein Kraftfahrzeug aufweisend eine beschriebene Vorrichtung.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1, mit der flüssiges Additiv an einer Ansaugstelle 19 aus einem Tank herausgefördert werden kann. Ausgehend von der Ansaugstelle 19 verläuft ein Förderkanal 21 mit einer Förderrichtung 20 durch die Vorrichtung 1 hindurch hin zu einem Leitungsanschluss 22, an dem das flüssige Additiv bereitgestellt werden kann. Die Vorrichtung 1 weist eine Pumpe 2 auf, die in den Förderkanal 21 integriert ist. Der Förderkanal 21 mündet in die Pumpenkammer der Pumpe 2 an einer Eintrittsstelle 31 und tritt an einer Austrittsstelle 32 wieder aus der Pumpenkammer 3 aus. Die Eintrittsstelle 31 und die Austrittsstelle 32 sind jeweils durch Ventile 23 verschlossen, die die Förderrichtung 20 durch den Förderkanal 21 vorgeben.
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Die Pumpenkammer 3 hat ein Pumpenkammervolumen 4 und eine bewegliche Pumpenkammerwand 5. Die bewegliche Pumpenkammerwand 5 kann bewegt werden, um das Pumpenkammervolumen 4 zu vergrößern und zu verkleinern. Durch das Vergrößern und Verkleinern des Pumpenkammervolumens 4 erfolgt eine Förderung von flüssigem Additiv. Die bewegliche Pumpenkammerwand 5 ist bei der Vorrichtung gemäß 1 von einer Membran 7 gebildet. In der Membran 7 sind gemäß 1 Einlagen 8 vorgesehen, in denen eine Vibrationsbewegung der Membran 7 bzw. der beweglichen Pumpenkammerwand 5 in Wärme umgesetzt werden kann.
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Zur Bewegung der beweglichen Pumpenkammerwand 5 hat die Vorrichtung 1 einen Aktuator 6, dessen Bewegung von einem Übertragungsmittel 14 auf die Membran übertragen werden kann. Der Aktuator kann beispielsweise ein Kolben sein, der in einer Führung 15 hin und her bewegt wird und welcher von einem elektromagnetischen Antrieb 9 bewegt wird.
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In 2 und 3 sind verschiedene Möglichkeiten dargestellt, wie eine Vibrationsbewegung 25 bei einer Pumpe 2 erfolgen kann. Zu erkennen sind jeweils der Aktuator 6, die Pumpenkammer 3, das Pumpenkammervolumen 4 und die bewegliche Pumpenkammerwand 5. Die bewegliche Pumpenkammerwand 5 ist jeweils von einer Membran 7 gebildet. Die Vibrationsbewegung 25 ist durch Pfeile angedeutet. In 2 ist zu erkennen, dass die bewegliche Pumpenkammerwand zumindest abschnittsweise um eine Auslenkung 28 verschoben wird. Durch die Auslenkung 28 wird das Pumpenkammervolumen 4 verändert und es in tritt in einem Verformungsbereich 27 eine Verformung der beweglichen Pumpenkammerwand 5 auf. Hierdurch wird in der beweglichen Pumpenkammerwand 5 Wärme erzeugt. Gemäß 3 tritt eine Stauchung 29 auf, bei der das innere Volumen der beweglichen Pumpenkammerwand 5 bzw. der Membran 7 verändert wird und keine Veränderung des Pumpenkammervolumens 4 auftritt. Trotzdem ergibt sich auch bei der Stauchung 29 gemäß 3 eine Verformung in einem Verformungsbereich 27, so dass Wärme in der Membran 7 erzeugt wird.
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4 zeigt eine andere Pumpe 2 für eine Vorrichtung für das hier beschriebene Verfahren. Bei dieser Pumpe 2 ist die Pumpenkammer 3 zumindest teilweise kreisbogenförmig geformt und hat ebenfalls eine bewegliche Pumpenkammerwand 5. Die bewegliche Pumpenkammerwand 5 ist beispielsweise von einem Schlauch 26 gebildet. Die bewegliche Pumpenkammerwand 5 kann auch von einem sonstigen Material gebildet sein, wie beispielsweise einer relativ dicken Membran. Die bewegliche Pumpenkammerwand 5 wird von einem Aktuator 6 zumindest abschnittsweise so verformt, dass zumindest eine Abdichtung 30 ausgebildet ist. Im Betrieb der Pumpe 2, werden Abdichtungen 30 regelmäßig an einer Eintrittsstelle 31 der Pumpenkammer 4 ausgebildet und dann entlang der Förderrichtung 20 durch die Pumpe 4 bis zu der Austrittsstelle 32 verschoben und dort wieder aufgelöst. Dazu hat der Aktuator 6 zumindest eine Nocke 33 als Übertragungsmittel 14 zwischen dem Aktuator 6, bzw. dem Antrieb des Aktuators 6 und der beweglichen Pumpenkammerwand 5. Die zumindest eine Nocke 33 verformt die bewegliche Pumpenkammerwand 5 und bildet so die Abdichtungen 30 aus. Zwischen zwei Abdichtungen 30 ist ein geschlossenes Pumpenvolumen vorhanden. Durch eine Bewegung des Aktuators 6 erfolgt eine Verschiebung der Abdichtungen 30 und damit eine Verschiebung der geschlossenen Pumpenvolumina.
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Wenn das beschriebene Verfahren bei der Pumpe 2, gemäß 4 angewendet wird, macht der Aktuator 6 eine kleine vibrationsartige Rotationsbewegung vor und zurück. Dabei wird kein flüssiges Additiv gefördert, weil die bei der Vorwärtsbewegung geförderte Menge an flüssigem Additiv jeweils sofort bei der Rückwärtsbewegung wieder zurück gefördert wird. Durch die Verformung der beweglichen Pumpenkammerwand 5 wird dort allerdings zielgerichtet Wärme erzeugt. Das in 4 gezeigte Prinzip, das auch im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert ist, kann insbesondere für jeden Pumpentyp angepasst werden, der nach dem peristaltischen Prinzip arbeitet. Ein wichtiges Merkmal dieser Pumpen ist eine bewegliche Pumpenkammerwand, die für die Förderung verformt wird. Es ist in diesem Zusammenhang besonders vorteilhaft, wenn eine Deformierung der beweglichen Pumpenkammerwand während des Betriebs gleichmäßig verteilt über die gesamte bewegliche Pumpenkammerwand erfolgt. Dies ermöglicht eine Einbrigung der Wärme in die Pumpe über eine große Oberfläche.
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5 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine 11 und eine Abgasbehandlungsvorrichtung 12 zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine 11. In der Abgasbehandlungsvorrichtung 12 ist ein SCR-Katalysator 17 vorgesehen, mit welchem die Abgase der Verbrennungskraftmaschine durch das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion gereinigt werden können. Zur Durchführung des Verfahrens der selektiven katalytischen Reduktion kann der Abgasbehandlungsvorrichtung 12 mit einem Injektor 18 flüssiges Additiv zugeführt werden. Das flüssige Additiv ist in dem Tank 13 gespeichert und kann aus dem Tank 13 mit einer Vorrichtung 1 entnommen und über eine Versorgungsleitung 24 zu dem Injektor 18 gefördert werden. Das Kraftfahrzeug 10 weist ein Steuergerät 16 auf, mit welchem die Durchführung des beschriebenen Verfahrens gesteuert werden kann.
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Durch das hier beschriebene Verfahren wird die Beheizung einer Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Additiv besonders einfach und kostengünstig möglich, weil keine zusätzlichen Heizungen in der Vorrichtung notwendig sind. Außerdem kann die Wärme dem flüssigen Additiv besonders zielgerichtet zugeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Pumpe
- 3
- Pumpenkammer
- 4
- Pumpenkammervolumen
- 5
- bewegliche Pumpenkammerwand
- 6
- Aktuator
- 7
- Membran
- 8
- Einlage
- 9
- elektromagnetischer Antrieb
- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Abgasbehandlungsvorrichtung
- 13
- Tank
- 14
- Übertragungsmittel
- 15
- Führung
- 16
- Steuergerät
- 17
- SCR-Katalysator
- 18
- Injektor
- 19
- Ansaugstelle
- 20
- Förderrichtung
- 21
- Förderkanal
- 22
- Leitungsanschluss
- 23
- Ventil
- 24
- Versorgungsleitung
- 25
- Vibrationsbewegung
- 26
- Schlauch
- 27
- Verformungsbereich
- 28
- Auslenkung
- 29
- Stauchung
- 30
- Abdichtung
- 31
- Eintrittsstelle
- 32
- Austrittstelle
- 33
- Nocke
