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Entnahmeeinrichtung, Tankvorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Entnahmeeinrichtung für eine Tankvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, wobei die in einem Flüssigkeit bereitstellenden Tank der Tankvorrichtung anordenbare Entnahmeeinrichtung wenigstens eine Entnahmeöffnung, durch welche die Flüssigkeit aus dem Tank entnehmbar ist, und eine erste Heizeinrichtung mit einem der Entnahmeöffnung zugeordneten ersten Heizelement aufweist.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Tankvorrichtung mit einer derartigen Entnahmeeinrichtung.
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Stand der Technik
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In modernen Kraftfahrzeugen wird zur Erfüllung aktueller Abgasnormen häufig ein Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen, welches in das Abgas eingespritztes Abgasnachbehandlungsmittel, häufig eine wässrige Harnstofflösung, dazu nutzt, um Schadstoffe des Abgases zu reduzieren. Die dabei eingesetzten Abgasnachbehandlungsmittel müssen zu ihrer Verwendung im flüssigen Zustand vorliegen. Damit auch ein Betrieb unterhalb ihres Gefrierpunktes möglich ist, ist es bekannt, eine Heizeinrichtung in dem die Flüssigkeit bereitstellenden Tank vorzusehen. So beschreibt beispielsweise die noch nicht veröffentlichte
DE 10 2011 088 684 eine Entnahmeeinrichtung für eine Tankvorrichtung eines Fahrzeugs der gattungsgemäßen Art. Die Entnahmeeinrichtung ist in eine Öffnung des Tanks einsetzbar und weist eine Entnahmeöffnung sowie eine der Entnahmeöffnung zugeordnete Heizeinrichtung auf. Die Heizeinrichtung ist dabei dazu ausgebildet, die Flüssigkeit in der Nähe der Entnahmeöffnung aufzutauen, so dass möglichst schnell nach Inbetriebnahme des Fahrzeugs flüssiges Abgasnachbehandlungsmittel zur Verfügung steht.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Entnahmeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass flüssiges Abgasnachbehandlungsmittel auch in verschiedensten Betriebszuständen ausreichend zur Verfügung steht, insbesondere auch bei unterschiedlichen Tankfüllständen wird gewährleistet, dass größere Bereiche des Tanks und das darin verfügbare Volumen aufgetaut und nutzbar gemacht werden können. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens eine zweite Heizeinrichtung vorgesehen ist, die wenigstens ein zumindest im Wesentlichen beabstandet von der Entnahmeöffnung angeordnetes und sich zumindest bereichsweise durch den Tank erstreckendes Heizelement aufweist. Damit sind mindestens zwei Heizeinrichtungen vorgesehen, die unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Die erste Heizeinrichtung dient zum Auftauen der Flüssigkeit im Bereich der Entnahmeöffnung, die zweite zum Auftauen von Flüssigkeit im übrigen Tankvolumen. Das zusätzliche, insbesondere breitflächige Auftauen entfernt von der Entnahmeöffnung hat den Vorteil, dass, wenn im Bereicht der Entnahmeöffnung die aufgetaute Flüssigkeit bereits entnommen ist, das dadurch gegebenenfalls freigelegte erste Heizelement wieder mit neuer Flüssigkeit versorgt wird, so dass die von dem ersten Heizelement erzeugte beziehungsweise in den Tank abgegebene Wärme nicht ungenutzt in ein Gasvolumen abgegeben wird.
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Vorzugsweise ist daher vorgesehen, dass sich das zweite Heizelement flächig durch den Tank erstreckt. Dabei kann sich das zweite Heizelement sowohl horizontal als auch vertikal durch den Tank erstrecken. Dadurch werden weite Bereiche des Tanks mittels der zweiten Heizeinrichtung aufgetaut, so dass die aufgetaute Flüssigkeit der Entnahmeöffnung der ersten Heizeinrichtung beziehungsweise dem ersten Heizelement zuführbar ist.
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Besonders bevorzugt sind die Heizeinrichtungen unabhängig voneinander aktivierbar, so dass in Abhängigkeit von der Betriebssituation eine oder beider Heizeinrichtungen aktiviert werden können, um ein optimales Ergebnis zu erzielen, wobei das optimale Ergebnis in Abhängigkeit von Energieeffizienzgesichtspunkten und auch in Abhängigkeit von dem möglichst schnellen Bereitstellen einer möglichst großen Mange an flüssigem Abgasnachbehandlungsmittel/Flüssigkeit erfolgen kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Heizelement als Heizdraht, insbesondere als Drahtgeflecht oder Spiraldraht, ausgebildet ist. Der Heizdraht kann auf einfache Art und Weise durch den Tank geführt werden, wobei seine Eigensteifigkeit dafür sorgt, dass er in der gewünschten Position verbleibt. Mittels des Drahtgeflechts lassen sich große Mengen aufgetauter Flüssigkeit zur Verfügung stellen. Der Spiraldraht hat den Vorteil, dass er eine größere Oberfläche, die zur Abgabe von Wärme genutzt werden kann aufweist, um in kurzer Zeit eine große Menge der Flüssigkeit aufzutauen. Das zweite Heizelement ist vorzugsweise unbeschichtet ausgebildet, um eine optimale Wärmeübertragung in das Tankvolumen zu gewährleisten. Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass das zweite Heizelement beschichtet ausgebildet ist, um es vor einem direkten Kontakt mit der Flüssigkeit zu schützen, so dass es insbesondere eine hohe Lebensdauer erreicht.
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Gemäß einer alternativen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Heizelement als Heizmatte ausgebildet ist. Die Heizmatte weist eine besonders große Oberfläche auf, mittels derer gefrorene Flüssigkeit aufgetaut werden kann. Sie hat jedoch den Nachteil, dass sie nicht durchlässig für die Flüssigkeit ist. Dieser Nachteil kann jedoch auch als Vorteil genutzt werden, um mittels der Heizmatte aufgetaute Flüssigkeit gezielt der Entnahmeöffnung zuzuführen. Dazu ist die Heizmatte insbesondere derart ausgebildet und geformt und/oder ausgerichtet, dass aufgetaute Flüssigkeit der Entnahmeöffnung zugeführt wird. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass in die Heizmatte der zuvor genannte Heizdraht einfach oder mehrfach integriert ist, wobei die übrige Heizmatte durch eine Kunststoffumspritzung des Heizdrahts, insbesondere als Gummimatte, ausgebildet ist.
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Gemäß einer weiteren alternativen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Heizelement als Wärmetauscherrohr oder -Schlauch ausgebildet ist, das von einer Flüssigkeit und/oder einem Gas durchströmbar ist. In diesem Fall wird das Heizelement von einem die Wärme bereitstellenden Gas oder einer die Wärme bereitstellenden Flüssigkeit, oder einer Kombination daraus, durchströmt. Die zweite Heizeinrichtung weist hierzu vorzugsweise eine entsprechende Fördereinrichtung zum Fördern der Flüssigkeit und/oder des Gases auf, sowie gegebenenfalls eine Heizvorrichtung, die die zu fördernde Flüssigkeit und/oder das Gas erwärmt. Wie der Heizdraht kann auch das Wärmtauscherrohr derart geformt werden, dass die Wärme gewünschte Stellen in dem Tank erreicht. Ist das Heizelement als Wärmetauscherschlauch ausgebildet, so lässt sich das zweite Heizelement auch einfach beispielsweise durch eine Öffnung des Tanks in den Tank einbringen. Hierdurch wird insbesondere erreicht, dass das zweite Heizelement im verbauten Zustand eine Erstreckung aufweist, die über den Rand der Öffnung des Tanks hinausgeht.
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Insbesondere ist hierzu vorgesehen, dass das zweite Heizelement zumindest abschnittsweise verformbar, insbesondere elastisch verformbar ausgebildet ist. Dadurch ist es möglich, das zweite Heizelement vor dem Einbringen der Entnahmeeinrichtung in den Tank in einen Zustand zu verformen, in welchem es durch die Öffnung in den Tank einführbar ist. Durch seine Eigenelastizität oder durch den im Wärmetauscherschlauch erzeugten Druck ist ein automatisches Verformen des zweiten Heizelementes in die gewünschte Form nach dem Einsetzen in den Tank möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Entnahmeöffnung ein Schwalltopf zugeordnet ist. Der Schwalltopf ist insbesondere als Wand beziehungsweise Steg ausgebildet, der die Entnahmeöffnung, insbesondere beabstandet zu der Entnahmeöffnung, umgibt. Dabei ist die Wand vorzugsweise nicht durchgängig ausgebildet, sondern weist über den Umfang verteilt einen oder mehrere Durchbrüche auf, durch welche Flüssigkeit in den Innenraum des Schwalltopfs und damit zu der Entnahmeöffnung gelangen kann. Der Schwalltopf dient dazu, Fluidbewegungen der Flüssigkeit, welche beispielsweise durch Bewegungen der Tankvorrichtung beziehungsweise des Fahrzeugs produziert werden, zumindest zum Teil zu unterbinden, um zu vermeiden, dass in dem Entnahmebereich befindliche und aufgetaute Flüssigkeit in einen anderen Bereich des Tanks gelangt und dort wieder gefriert, bevor sie für ihren Einsatzzweck genutzt beziehungsweise entnommen werden kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das zweite Heizelement zumindest abschnittsweise an dem Schwalltopf befestigt ist. Besonders bevorzugt weist der Schwalltopf beziehungsweise die Wand mehrere Durchbrüche auf, durch welche das Heizelement, insbesondere in Form eines Heizdrahtes und/oder des Wärmetauscherrohrs oder -Schlauches durchgeführt und insbesondere darin gehalten ist. Für den Fall, dass das zweite Heizelement als Heizmatte ausgebildet ist, so ist diese bevorzugt derart an dem Schwalltopf befestigt, dass eine mechanische Überlastung durch den Eisdruck gefrorener Flüssigkeit vom Schwalltopf und nicht von dem Heizelement aufgenommen wird. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die Befestigung eine Relativbewegung zwischen dem zweiten Heizelement und dem Schwalltopf erlaubt. Bevorzugt ist außerdem vorgesehen, dass die Verbindung einen Wärmeübergang von dem zweiten Heizelement zu dem Schwalltopf ermöglicht, so dass die Wand des Schwalltopfes selbst ebenfalls zum Aufwärmen und Auftauen gegebenenfalls gefrorener Flüssigkeit genutzt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Entnahmeeinrichtung zusammen mit den Heizeinrichtungen, der Entnahmeöffnung und gegebenenfalls einer der Entnahmeöffnung zugeordneten Entnahmefördereinrichtung und/oder dem Schwalltopf eine Tankeinbaueinheit beziehungsweise ein Entnahmemodul bildet, das insgesamt in den Tank einsetzbar ist. Insbesondere ist die Entnahmeeinrichtung dabei derart ausgebildet, dass sie in die Öffnung des Tanks einsetzbar und in der Öffnung des Tanks mit dem Tank das Tankvolumen dicht verschließend befestigbar ist.
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Die erfindungsgemäße Tankvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Entnahmeeinrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die zuvor genannten Vorteile. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1 eine Tankvorrichtung eines Fahrzeugs in einer vereinfachten Schnittdarstellung,
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2 eine Entnahmeeinrichtung der Tankvorrichtung in einer Draufsicht und
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Entnahmeeinrichtung in einer perspektivischen Darstellung.
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1 zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung eine Tankvorrichtung 1, die einen Tank 2 zum Bereitstellen eines Abgasnachbehandlungsmittels für ein Abgasnachbehandlungssystem eines Kraftfahrzeugs aufweist, der in einem Boden mit einer Öffnung 3 versehen ist, in welcher eine Entnahmeeinrichtung 4 zur Entnahme der in dem Tank 2 befindlichen Flüssigkeit angeordnet ist.
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Die Entnahmeeinrichtung 4 weist einen die Öffnung 3 verschließenden Deckel 5 auf, an dem eine Fördereinrichtung 6 angeordnet ist, die einer Entnahmeöffnung 7 zugeordnet ist, um im Bereich der Entnahmeöffnung 7 befindliche Flüssigkeit aus dem Tank 2 heraus zu befördern.
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Weiterhin sind an dem Deckel 5 eine erste Heizeinrichtung 8 sowie eine zweite Heizeinrichtung 9 gehalten. Die Heizeinrichtung 8 ist der Entnahmeöffnung 7 zugeordnet, um in der Nähe der Entnahmeöffnung 7 befindliche Flüssigkeit aufzutauen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist dabei die erste Heizeinrichtung 8 ein Festkörperheizelement 10 auf, das beispielsweise als PTC-Element (PTC = Positive Temperature Coefficient = positiver Temperaturkoeffizient) ausgebildet ist. Das erste Heizelement 10 ist benachbart zu der Entnahmeöffnung 7 an dem Deckel 5 angeordnet.
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Die zweite Heizeinrichtung 9 weist ein zweites Heizelement 11 auf, das flexibel ausgebildet ist und sich flächig durch den Tank 2, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel parallel zu dem Boden des Tanks 2, erstreckt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das zweite Heizelement 11 als Wärmetauscherschlauch ausgebildet. Die zweite Heizeinrichtung 9 weist dabei eine Fördereinrichtung auf, die zum Fördern von erhitztem Gas und/oder erhitzter Flüssigkeit durch das zweite Heizelement 11 ausgebildet ist. Insbesondere bildet die zweite Heizeinrichtung 9 einen Flüssigkeitskreislauf, bei welchem das Medium durch das zweite Heizelement 11 hindurch gefördert und vor oder nach der Fördereinrichtung erhitzt wird.
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Durch die flexible Ausbildung des zweiten Heizelementes 11 wird erreicht, dass auch im von der Entnahmeöffnung 7 entfernten Bereich des Tanks gegebenenfalls gefrorene Flüssigkeit aufgetaut werden kann. Dabei lässt sich das flexible zweite Heizelement vor dem Einsetzen der Entnahmeeinrichtung 4 in den Tank 2 derart verformen, dass es durch die Öffnung 3 in den Tank 2 einbringbar ist. Anschließend kann es sich frei in dem Tank 2 entfalten, um seine gewünschte Endposition zu erreichen. Dabei kann das Entfalten beispielsweise auch durch das Einstellen eines höheren Förderdrucks der zweiten Heizeinrichtung 9 erreicht werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Wärmetauscherschlauch eine Eigensteifigkeit aufweisen, die ein Zurückverformen in eine Ausgangsform bewirkt oder zumindest begünstigt.
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2 zeigt die Tankvorrichtung 1 in einer Draufsicht. Das zweite Heizelement 11 erstreckt sich dabei in mehrere Richtungen parallel zum Boden des Tanks 2 und bildet einen geschlossenen Kreislauf. Die Fördereinrichtung 6 und Mittel zum Erhitzen des geförderten Mediums durch den Druckschlauch können dabei im Tank 2 oder, wie in 1 dargestellt, auch außerhalb des Tanks 2 an dem Deckel 5 oder beabstandet dazu angeordnet sein. Auch die der Entnahmeeinrichtung 4 zugeordnete Fördereinrichtung 6 kann außerhalb des Tanks 2 oder anderweitig angeordnet und durch eine entsprechende Leitung mit der Entnahmeöffnung 7 verbunden sein.
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Wie aus 1 und 2 weiterhin ersichtlich, weist die Entnahmeeinrichtung 4 einen Schwalltopf 12 auf, der eine kreisförmig verlaufende Wand umfasst, die die Entnahmeöffnung 7 sowie die erste und die zweite Heizeinrichtung 8, 9 umgibt. Der Schwalltopf 12 ist nach oben hin offen und nach unten hin mit dem Deckel 5 verbunden. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Schwalltopf 12 einstückig mit dem Deckel ausgebildet ist. Der Schwalltopfs weist über seinen Umfang verteilt wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Durchbrüche auf, durch welche Flüssigkeit in das Innere des Schwalltopfs 12 gelangen kann. Darüber hinaus weist der Schwalltopf mehrere Öffnungen 13 auf, durch welche das zweite Heizelement 11 geführt und gehalten ist. Der Schwalltopf 12 bewirkt somit, dass einerseits einmal aufgetaute Flüssigkeit den Bereich der Entnahmeöffnung 7 nicht ohne Weiteres wieder verlässt, und dass andererseits das zweite Heizelement 11 in einer gewünschten Position angeordnet/ausgerichtet ist.
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3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Tankvorrichtung 1. Aus den vorherigen Figuren bereits bekannte Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die oben stehende Beschreibung verwiesen wird. Im Folgenden soll im Wesentlichen auf die Unterschiede eingegangen werden.
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Der wesentliche Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel liegt darin, dass die Tankvorrichtung 1 im Ausführungsbeispiel gemäß 3 anstelle eines Wärmetauscherschlauchs eine Heizmatte als zweites Heizelement 11 aufweist. Die Heizmatte oder Heizfolie ist dabei an der Außenseite des Schwalltopfs 12 angeordnet, wobei sie mehrere blütenförmige Abschnitte aufweist, die sich von dem Schwalltopf 12 nach außen erstrecken. Die Heizmatte ist ebenfalls flexibel ausgebildet, um ein einfaches Einführen in den Tank 2 durch die Öffnung 3 zu gewährleisten. Die Heizmatte wird wie das erste Heizelement 10 elektrisch betrieben und ragt in Bereiche des Tanks 2 außerhalb des Schwalltopfs 12, so dass dort ebenfalls gefrorene Flüssigkeit aufgetaut werden und der Entnahmeöffnung 7 zugeführt werden kann.
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Vorzugsweise ist die Heizmatte derart mit dem Schwalltopf 12 verbunden, dass die mechanische Belastung durch den Eisdruck von dem Schwalltopf 12 und nicht von der Heizmatte aufgenommen wird. Dies wird beispielsweise durch eine flexible Anbindung der Heizmatte an dem Schwalltopf 12 erreicht.
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Durch die vorteilhafte Tankvorrichtung 1 ist es nunmehr möglich, verschiedenste Betriebszustände abzudecken und auch einen Betrieb bei unterschiedlichen Tankfüllständen zu ermöglichen, da größere Bereiche des Tanks 2 abgedeckt und aufgetaut werden können. Das Heizkonzept ist dabei zweistufig ausgebildet. Die Hauptheizung wird von der ersten Heizeinrichtung 8, die insbesondere als Spotheizer ausgebildet ist, umgesetzt, um ein ausreichendes Volumen innerhalb kürzester Zeit im Bereich der Entnahmeöffnung 7 aufzutauen. Für ein längerfristig nutzbares Auftauvolumen wird die zweite Heizeinrichtung 9 zusätzlich aktiviert. Das zweite Heizelement 11 kann alternativ zur Ausbildung als Druckschlauch auch als Wärmetauscherrohr, als Draht-, Drahtgeflecht- oder Spiraldrahtheizung ausgebildet sein und wie die Heizmatte elektrisch betrieben werden. Auch ist es denkbar, das Heizelement 10 der ersten Heizeinrichtung 8 entsprechend dem Heizelement 11 der zweiten Heizeinrichtung 9 auszubilden. So ist es beispielsweise denkbar, auch das erste Heizelement als Heizmatte, Heizfolie oder Drahtleitung auszubilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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