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Stand der Technik
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Bei Abgasnachbehandlungssystemen, die zum Beispiel mit dem Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion betrieben werden, kommt ein Betriebs-/Hilfsstoff zum Einsatz, der gefrierfähig ist. Bei dem Betriebs-/Hilfsstoff handelt es sich beispielsweise um ein Reduktionsmittel welches beispielsweise unter dem Namen AdBlue® vertrieben wird. Unterhalb einer Außentemperatur von –10°C gefriert ein derartiges im Wege der selektiven katalytischen Reduktion eingesetztes Reduktionsmittel, bei dem es sich um Harnstoff oder um eine Harnstoff-Wasser-Lösung handelt. Im Abgas enthaltene Stickoxide NOX werden durch Einsatz des Reduktionsmittels zu N2 und H2O reduziert, sodass der Anteil von Stickoxiden NOX im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen, erheblich reduziert werden kann.
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Bei heute eingesetzten Abgasnachbehandlungssystemen wird der Betriebs-/Hilfsstoff in einem Vorratstank bevorratet, in dem sich eine Tankeinbaueinheit befindet. Die Tankeinbaueinheit umfasst ein Förderaggregat, einen Filter sowie eine Heizung. Die modular ausgebildete Tankeinbaueinheit wird an der Unterseite des Vorratstanks im Bereich einer Tankbodenöffnung mit dem Vorratstank verbunden, in der Regel mit diesem verschweißt. Der Durchmesser der Tankeinbaueinheit ist in der Regel abhängig vom Durchmesser der Öffnung im Tankboden.
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Aufgrund der gegebenen Einbauverhältnisse stellt diese Lösung hinsichtlich des Auftauverhaltens des gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoffes nur eine unbefriedigende Lösung dar. So kann durch die Heizung bereits aufgetautes Reduktionsmittel lediglich bis zu einem bestimmten Füllstand innerhalb der Tankeinbaueinheit gehalten werden, ohne dass dieses aufgetaute Reduktionsmittel wieder auf gefrorene Bereiche des Betriebs-/Hilfsstoffes am Boden des Tankbodens überschwappt und dort wieder gefriert. Einerseits gelangt dadurch bereits aufgetauter Betriebs-/Hilfsstoff außerhalb des Ansaugbereiches des Förderaggregates der Tankeinbaueinheit, andererseits stellt das Wiedergefrieren bereits durch die Heizung aufgetauten Betriebs-/Hilfsstoffes einen höchst unbefriedigenden Zustand hinsichtlich der Nutzung der Heizleistung der Tankeinbaueinheit dar. Je nach Fahrzustand kann es passieren, dass bereits aufgetautes Reduktionsmittel auf der Eisschicht wieder gefriert und damit außerhalb des Auftauvermögens der Serienheizung, d.h. der Heizung die an der Tankeinbaueinheit serienmäßig vorgesehen ist, gelangt und verbleibt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Tankeinbaueinheit für einen Vorratstank zur Bevorratung eines gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoffes vorgeschlagen, welche ein Einbauten der Tankeinbaueinheit umgebendes Topfelement umfasst, dessen Topfwand Topfwandteile umfasst, die zur Veränderung eines innerhalb der Topfwandteile zu bevorratenden Flüssigkeitsvolumens verstellbar sind, insbesondere in Radialrichtung verstellbar sind.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung zu Grunde liegenden Gedankens sind die Topfwandteile ineinander gerollt ausgebildet und stehen in Bezug auf eine radiale Schwenkbewegung unter einer den Topfwandteilen innewohnenden Vorspannung. Die Topfwandteile sind im Wesentlichen in radiale Richtung oberhalb des Tankbodens verschwenkbar und überstreichen einen an die Tankbodenöffnung, die zur Aufnahme der Tankeinbaueinheit vorgesehen ist, angrenzenden Bereich des Tankbodens.
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Das Topfelement weist in einer Einbauposition einen ersten Durchmesser auf. Der erste Durchmesser der Topfwand des Topfelementes entspricht im Wesentlichen dem Durchmesser der Öffnung im Tankboden, sodass die Tankeinbaueinheit mitsamt der an dieser aufgenommenen Einbauten beim initialen Fügen in der Tankbodenöffnung des Vorratstankes zu Aufnahme des Betriebs-/Hilfsstoffes gefügt werden kann. In einer Endposition hingegen weist das Topfelement aufgrund der Radialverstellung der Topfwandteile einen zweiten, erweiterten Durchmesser auf, der den ersten Durchmesser übersteigt, den die Topfwand des Topfelementes in ihrer Einbauposition einnimmt.
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Die Topfwandteile des Topfelementes, die im Einbauzustand ineinander gerollt sind, erreichen ihre Endposition durch ein Verschwenken in radiale Richtung, wobei das Verschwenken dadurch initialisiert wird, das nach Lösen einer Verriegelung der Topfwandteile in ihrer Einbauposition, diese nach radialem Ausschwenken aufgrund der ihnen innenwohnenden Vorspannung ihre Endposition im Vorratstank einnehmen. Die im Einbauzustand ineinander gerollten Topfwandteile umfassen eine Verriegelung, die entweder als eine Einfachverriegelung oder als eine Mehrfach, – so zum Beispiel eine Doppelverriegelung ausgebildet ist. Je nach Ausführungsvariante der Verriegelung, umfasst diese einen Einfachnocken oder Doppelnocken, der in eine zu seiner Geometrie korrespondierende Öffnung im jeweils zu verriegelnden Topfwandteil der beiden Topfwandteile einrastet. In der Endposition der beiden zueinander relativ bewegbaren Topfwandteile verrastet der als Einfach- oder Doppelnocken ausgebildete Nocken in der Endposition, d.h. in der Position, in der die beiden verstellbaren Topfwandteile ihren zweiten, erweiterten Durchmesser annehmen, sodass innerhalb der Topfwand, die nunmehr den zweiten, erweiterten Durchmesser aufweist, ein größeres aufgetautes Flüssigkeitsvolumen bevorratet und im aufgetauten Zustand gehalten werden kann.
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Für den Fall, dass die Verriegelung als Einfachverriegelung ausgebildet ist, ist ein weiteres Öffnen bzw. Aufspringen der beiden zueinander relativ bewegbare Topfwandteile aufgrund der diesen innenwohnenden Vorspannung verhindert. Ist die Verriegelung hingegen als eine Mehrfachverriegelung, d.h. Doppelverriegelung ausgeführt, so kann eben einem unerwünschten Aufspringen der beiden unter Vorspannung stehenden Topfwandteile darüber hinaus zusätzlich ein Zusammendrücken der beiden relativ zueinander bewegbaren Topfwandteile, etwa bei Eisgang oder bei Eisdruck, d.h. bei Gefrieren des außerhalb der beiden Topfwandteilen befindlichen Betriebs-/Hilfsstoffvorrates verhindert werden.
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In der Endposition der beiden relativ zueinander bewegbaren Topfwandteile im verriegelten Zustand, wird diese Endposition durch die jeweils den Topfwandteilen innenwohnende Vorspannkraft aufrechterhalten. In der Endposition weist das Topfelement ein zusätzliches Flüssigkeitsvolumen für aufgetauten Betriebs-/Hilfsstoff auf, sodass die durch das serienmäßig vorgesehene Heizelement der Tankeinbaueinheit aufgetaute Menge des gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoffes im aufgetauten Zustand verbleibt und dem Ansaugbereich des Förderaggregates vollständig zur Verfügung steht und insbesondere die vom Heizelement der Tankeinbaueinheit erzeugte Heizleistung effektiv genutzt wird.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung bietet den Vorteil, dass ein nach einem beispielsweise als Schweißvorgang ausgestalteten Fügevorgang der Tankeinbaueinheit mit dem Vorratstank, ein Topfdurchmesser einer Topfwand vergrößert werden kann, sodass das Auftauverhalten der Tankeinbaueinheit, die mit dem Vorratstank gefügt ist, wesentlich verbessert ist, und insbesondere einer einmal durch die Heizleistung des serienmäßig vorgesehenen Heizelementes aufgetauter Vorrat eines Flüssigkeitsvorrat an Betriebs-/Hilfsstoff für das Förderaggregat in dessen Ansaugbereich gehalten wird. Es kann eine serienmäßig ohnehin im Tankboden vorgesehene Öffnung zur Aufnahme der Tankeinbaueinheit vorgesehen bleiben, ohne dass es einer Modifikation bedarf. Der Fügevorgang zwischen der Tankeinbaueinheit und dem Boden des Vorratstanks kann unter Beibehaltung bewährter Fügeprozesse nach wie vor als Schweißvorgang ausgeführt werden.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung bietet eine bessere Nutzung der aufgetauten Reduktionsmittelmenge, sodass einerseits ein einmal aufgetauter Vorrat zur Förderung durch das Förderaggregat vorgehalten wird und andererseits die Heizleistung zum Auftauen gefrorenen Betriebs-/Hilfsstoffes zur Verfügung steht.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann des Weiteren erreicht werden, dass die Nachhaltigkeit des Auftauens verbessert wird, in dem einmal aufgetauter Betriebs-/Hilfsstoff nicht mehr auf gefrorene Bereiche des Betriebs-/Hilfsstoffes außerhalb der Topfwand des Topfelementes der Tankeinbaueinheit gelangt und dort wieder anfriert, so dass die vom Heizelement aufgebrachte Heizleistung für diese Betriebs-/Hilfsstoffmenge verloren ist. Ein Gefrieren einmal aufgetauten Betriebs-/Hilfsstoffes, der bereits aufgetaut war außerhalb des Ansaugbereiches des Förderaggregates für den Betriebs-/Hilfsstoff, wird für die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung definitiv ausgeschlossen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es zeigt:
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1 Eine Tankeinbaueinheit, die mit einem Vorratstank gefügt ist, der aufgetauten und gefrorenen Betriebs-/Hilfsstoff enthält gemäß des Standes der Technik,
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2 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Tankeinbaueinheit,
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3 eine Draufsicht auf die Tankeinbaueinheit gemäß 2 mit verschwenkbaren Tankwandteilen in einer Einbauposition und einer Endposition,
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4 Ausführungsvarianten einer Einfachverriegelung und einer Doppelverriegelung und
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5 die Darstellung eines zusätzlichen Flüssigkeitsvolumens, welches von der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Tankeinbaueinheit im aufgetauten Zustand bevorratet werden kann und welches im aufgetauten Zustand verbleibt.
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1 zeigt einen Vorratstank 10, der einen Betriebs-/Hilfsstoff 12, bevorzugt ein Reduktionsmittel wie beispielsweise eine Harnstoff-Lösung, eine Harnstoff-Wasser-Lösung enthält. Das Reduktionsmittel ist auch unter der Bezeichnung AdBlue® erhältlich. Der Vorratstank 10 wird durch einen Tankboden 14 begrenzt, in dem sich eine Tankbodenöffnung 16 befindet. Ein Durchmesser der Tankbodenöffnung 16 ist mit Bezugszeichen 18 bezeichnet. Durch die Tankbodenöffnung 16 erstreckt sich die Tankeinbaueinheit 20, die an einer Fügestelle 22 mit der Unterseite des Tankbodens 14 im Bereich der Tankbodenöffnung 16 bevorzugt verschweißt wird. Die Tankeinbaueinheit 20 umfasst ein Förderaggregat 24, einen Filter 26 sowie mindestens ein Heizelement 28.
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Der Darstellung gemäß 1 ist zu entnehmen, dass sich auf der Oberseite des Tankbodens 14 des Vorratstankes 10 in einer Entfernung von der Tankeinbaueinheit 20 eisförmiger Betriebs-/Hilfsstoff 30 befindet. Eine Eisschicht 32 hat sich auf der Oberseite des Tankbodens 14 gebildet. Im Bereich des Heizelementes 28, welches sich oberhalb des Filters 26 in der Tankeinbaueinheit 20 befindet, ist aufgetauter Betriebs-/Hilfsstoff 34 vorhanden. Kommt es aufgrund des jeweiligen Fahrzustandes eines Fahrzeugs zu einer durch den Pfeil 36 angedeuteten Schwappbewegung, gelangt bereits aufgetauter Betriebs-/Hilfsstoff 34 auf die Oberseite der Eisschicht 32 des eisförmigen Betriebs-/Hilfsstoffes 30 und gefriert dort wieder, angedeutet durch Bezugszeichen 37.
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Ausführungsformen der Erfindung
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2 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Tankeinbaueinheit mit einem Topfelement.
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Aus dem Schnitt gemäß 2 geht hervor, dass analog zur Darstellung gemäß 1 in die Tankbodenöffnung 16 des Tankbodens 14 die Tankeinbaueinheit 20 eingelassen ist. Die Tankeinbaueinheit 20 ist an der Fügestelle 22 bevorzugt durch eine Schweißverbindung stoffschlüssig mit der Unterseite des Tankbodens 14 unterhalb der Tankbodenöffnung 16 gefügt. Die Fügestelle 22 stellt gleichzeitig die Abdichtung des Vorratstankes 10 nach außen dar, so dass der in diesem bevorratete Betriebs-/Hilfsstoff, bei dem es sich bevorzugt um ein Reduktionsmittel handelt, nicht nach außen gelangt.
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2 zeigt, dass die Tankeinbaueinheit 20 ein Topfelement 38 umfasst. Das Topfelement 38 wird durch eine Topfwand 44 gebildet. Wie 2 weiter zeigt, weist das Topfelement 38 in einer Einbauposition 40 einen ersten Topfdurchmesser 50 auf und in einer Endposition – gestrichelt angedeutet durch Bezugszeichen 42 – einen zweiten, erweiterten Topfdurchmesser 52 auf.
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3 zeigt eine Draufsicht auf die Tankeinbaueinheit, die in 2 im Schnitt dargestellt ist.
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Aus der Draufsicht gemäß 3 geht hervor, dass die Topfwand 44 durch ein erstes Topfwandteil 46 sowie ein zweites Topfwandteil 48 gebildet ist. Die beiden Topfwandteile 46, 48 befinden sich in der Einbauposition 40 im ineinander gerollten Zustand. Wie in 2 dargestellt, wird in der Einbauposition 40, d.h. im zusammengerollten Zustand der beiden Topfwandteile 46, 48, die Tankeinbaueinheit 20 in die Tankbodenöffnung 16 des Tankbodens 14 des Vorratstankes 10 eingeführt und an der Fügestelle 22 stoffschlüssig mit einem Flansch gefügt, bevorzugt verschweißt. Sobald die Tankeinbaueinheit 20 mit dem Tankboden 14 gefügt ist, können die Topfwandteile 46, 48 der Topfwand entriegelt werden und aufgrund der ihnen innewohnenden Vorspannung in radialer Richtung aufschwenken und ihre aufgeschwenkten Positionen – in 3 durch 46‘ bzw. 48‘ bezeichnet – erreichen. Die Verriegelung 56 hält die Topfwandteile 46 bzw. 48 in der Einbauposition 40 im ineinander gerollten Zustand, sodass die Montage der Tankeinbaueinheit 20 in der Tankbodenöffnung 16 möglich ist; danach erfolgt die durch 54 angedeutete Ausschwenkbewegung der Topfwandteile 46, 48 in radiale Richtung. Angedeutet durch Bezugszeichen 62 und 63 werden die Topfwandteile 46, 48 nach Erreichen der ausgeschwenkten Positionen 46‘ bzw. 48‘ in ihrer Endposition 42 verriegelt. Die Verriegelung 56 kann als eine Einfachverriegelung 62 oder eine Mehrfach- beispielsweise eine Doppelverriegelung 63 ausgeführt sein, wie nachfolgend noch eingehender beschrieben werden wird.
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Aus der Draufsicht gemäß 3 geht hervor, dass die Tankeinbaueinheit 20 das Heizelement 28 sowie das Förderaggregat 24 umfasst. Das Heizelement 28 befindet sich auf der Oberseite des Filters 26. Die aufgezählten Komponenten der Tankeinbaueinheit 20 sind von den in ihrer Einbauposition 40 verriegelten Topfwandteilen 46 bzw. 48 umschlossen.
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Der Darstellung gemäß 4 sind Verriegelungen der relativ zueinander bewegbaren Topfwandteile der Tankeinbaueinheit zu entnehmen.
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Ist die Verriegelung 56 als Einfachverriegelung 62 ausgebildet, so verrastet ein Nocken 60, der in dieser Ausführungsvariante der Verriegelung als Einfachnocken 66 ausgebildet ist, in eine korrespondierende Öffnung 58 des Topfwandteiles 46 in ausgeschwenkter Position 46‘ ein. Der als Einfachnocken 66 ausgebildete Nocken 60 der Einfachverriegelung 62 ist in diesem Falle am innenliegenden der beiden Topfwandteile 48, welche sich ebenfalls in der ausgeschwenkten Position 48 befinden, ausgebildet. Durch die Einfachverriegelung 62 wird ein weiteres Aufspringen der beiden zueinander relativ bewegbaren Topfwandteile 46, 48 verhindert, die unter einer Vorspannkraft stehen, deren Wirkrichtung durch Bezugszeichen 64 angedeutet ist.
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Im Falle einer Doppelverriegelung 63 ist der Nocken 60 als Doppelnocken 68 ausgebildet. Der Doppelnocken 68 rastet ebenfalls in die korrespondierende, ausgebildete Öffnung 58 gegenüberliegender Topfwandteile 46, 48 ein, welche sich in der ausgeschwenkten Position 46‘ befinden, ebenso wie sich das zweite Topfwandteil 48 in seiner ausgeschwenkten Position 48‘ befindet. Durch die Mehrfachverriegelung 63 – hier ausgestaltet als eine Doppelverriegelung – wird nicht nur ein weiteres Aufspringen der beiden nach wie vor unter Vorspannung stehender Topfwandteile 46, 48 in radiale Richtung verhindert, sondern es besteht die Möglichkeit, zusätzlich ein Zusammendrücken der beiden Topfwandteile 46, 48 zum Beispiel bei auftretendem Eisschlag oder bei Eisdruck zu verhindern. So bleibt ein zusätzlich nutzbares Flüssigkeitsvolumen im Inneren der Tankeinbaueinheit 20, insbesondere im Ansaugbereich des Förderaggregates 24 erhalten.
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Durch Bezugszeichen 70 ist eine Bewegung des Doppelnockens 68 angedeutet, welche im Falle eines von der Außenseite 72 wirkenden Eisdruckes eine Relativbewegung der beiden Topfwandteile 46, 48 relativ zueinander bewirkt. Bezugszeichen 74 bezeichnet die Innenseite der Tankeinbaueinheit 20, die durch die relativ zueinander bewegbaren Topfwandteile 46, 48 begrenzt ist.
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5 zeigt die erfindungsgemäß vorgeschlagene Tankeinbaueinheit und das in dieser bevorratete Flüssigkeitsvolumen des Betriebs-/Hilfsstoffes.
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5 zeigt, dass die Einbauposition 40 gestrichelt angedeutet ist, und sich die beiden verschwenkbaren ersten und zweiten Topfwandteile 46 bzw. 48 in ihrer Endposition 42 befinden, in der sie auch miteinander verriegelt sind. Im Vergleich zur Einbauposition 40 – in 5 gestrichelt dargestellt – bieten die ausgeschwenkten Positionen 46‘ und 48‘ befindlichen Topfwandteile 46, 48 ein zusätzliches nutzbares Flüssigkeitsvolumen 76, welches sich auf der Innenseite 74 der Topfwand 44 befindet. Das zusätzlich nutzbare Flüssigkeitsvolumen 76 befindet sich im Einwirkungsbereich des serienmäßig vorgesehenen mindestens einen Heizelementes 28 die Tankeinbaueinheit 20, sodass der Betriebs-/Hilfsstoff 12 im aufgetauten Zustand 34 verbleibt und demzufolge auch durch das Filterelement 26 des Förderaggregates 24 in flüssiger Form angesaugt werden kann. Durch die Topfwandteile 46, 48 wird ein Herausschwappen aufgetauten Betriebs-/Hilfsstoffes von der Innenseite 74 der Topfwand 44 auf deren Außenseite 72 verhindert, sodass die durch das serienmäßig vorgesehene mindestens eine Heizelement 28 aufgebrachte Heizleistung auch für den Auftauvorgang vollständig zur Verfügung steht. Der Durchmesser der Tankbodenöffnung 16 im Tankboden 14 des Vorratstankes 10 ist in der Darstellung gemäß 5 durch Bezugszeichen 18 angedeutet. An der Fügestelle 22 ist die Tankeinbaueinheit 20 mit einem Flansch an der Unterseite des Tankbodens 14 gefügt. Auf der Außenseite 72 der Topfwand 44, gebildet durch das erste Topfwandteil 46 sowie das zweite Topfwandteil 48, befindet sich der Betriebs-/Hilfsstoff im eisförmigen Zustand 30, es hat sich die Eisschicht 32 auf der Oberseite des Tankbodens 14 gebildet. Durch das zusätzlich nutzbare Flüssigkeitsvolumen 76, welches durch das in 3 dargestellte Ausschwenken der ineinander gerollten Topfwandteile 46, 48 entsteht, erhöht sich das nutzbare Volumen auf der Innenseite 74 der Tankeinbaueinheit 20. Dies wiederrum führt zu einer erheblichen Verbesserung der Nutzung der Auftauleistung des serienmäßig vorgesehenen mindestens einen Heizelementes 28.
