DE102014223517A1

DE102014223517A1 - Beheizbarer Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank und Verfahren zur Herstellung der Heizeinrichtung für diesen

Info

Publication number: DE102014223517A1
Application number: DE102014223517.0A
Authority: DE
Inventors: Fabrizio Chini; Ivan De Metri; Luca Marini; Francesca Brunori
Original assignee: Roechling Automotive AG and Co KG
Current assignee: Roechling Automotive AG and Co KG
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2016-05-19
Also published as: US10892073B2; US20160138455A1

Abstract

Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10), insbesondere zur Speicherung von wässriger Harnstofflösung (16), mit einer ein Tankvolumen (14) umschließenden Tankschale (12) und einer die Tankschale (12) durchsetzenden Tanköffnung (18), wobei im Tankvolumen (14) eine flächige Heizeinrichtung (22) mit einer elektrischen Widerstandsheizbahn (24) vorgesehen ist, welche sandwichartig zwischen zwei einander flächig gegenüberliegenden und die Widerstandsheizbahn (24) einhüllenden Kunststofffolien (34, 36) angeordnet ist, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kunststofffolien (34, 36) einander flächig gegenüberliegen und zumindest an ihren aufeinander zu weisenden Flächen je eine Lage (34a, 36a) aus kompatiblen thermoplastischen Kunststoffen aufweisen, welche lokal miteinander wenigstens längs einer die elektrische Widerstandsheizbahn (24) umgebenden Fügebahn (54, 56) miteinander verbunden sind, wobei innerhalb dieser Fügebahn (54, 56) Spaltbereiche (58, 60, 62, 64) vorgesehen sind, in denen sich Kunststofffolienabschnitte ohne Zwischenanordnung eines Widerstandsheizbahnabschnittes zwischen ihnen unverbunden gegenüber liegen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank, insbesondere zur Speicherung von wässriger Harnstofflösung, mit einer ein Tankvolumen umschließenden Tankschale und einer die Tankschale durchsetzenden Tanköffnung, wobei im Tankvolumen eine flächige Heizeinrichtung mit einer elektrischen Widerstandsheizbahn vorgesehen ist, welche sandwichartig zwischen zwei einander flächig gegenüberliegenden und die Widerstandsheizbahn einhüllenden Kunststofffolien angeordnet ist.
Gemäß einer unter einen gemeinsamen Erfindungsgedanken fallenden Abwandlung der vorliegenden Erfindung betrifft diese auch einen Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank, insbesondere zur Speicherung von wässriger Harnstofflösung, mit einer ein Tankvolumen umschließenden Tankschale und einer die Tankschale durchsetzenden Tanköffnung, wobei im Tankvolumen eine flächige Heizeinrichtung mit einer elektrischen Widerstandsheizbahn vorgesehen ist, welche sandwichartig zwischen zwei parallelen, die Widerstandsheizbahn einhüllenden Kunststofffolien angeordnet ist.
Betriebsflüssigkeiten in Kraftfahrzeugen, die in dafür vorgesehenen Tanks gespeichert und während des Kraftfahrzeugbetriebs aus diesem kontinuierlich oder diskontinuierlich entnommen werden, drohen je nach ihrer chemischen Zusammensetzung bei kalten Außenbedingungen, denen das Kraftfahrzeug ausgesetzt sein kann, zu erstarren.
Im Falle von wässriger Harnstofflösung, wie sie bei modernen Kraftfahrzeugen in sogenannten SCR-Systemen zur selektiven katalytischen Reaktion (SCR = "Selective Catalytic Reduction") zur Abgasreinigung verwendet wird, liegt die Erstarrungstemperatur bei üblichen atmosphärischen Außenbedingungen von etwa 1.000 hPa Luftdruck bei etwa –11 °C. Derartige Außentemperaturen werden in vielen Gegenden der Welt zur jeweiligen Winterjahreszeit ohne Weiteres erreicht oder sogar unterschritten.
Um die Betriebsflüssigkeiten, insbesondere wässrige Harnstofflösung, in einem Kraftfahrzeug betriebsbereit und folglich flüssig zu halten, wurden daher beheizbare Betriebsflüssigkeitstanks vorgeschlagen. Ein gattungsgemäßer Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank ist aus der US 8 625 978 B2 bekannt.
Diese Druckschrift schlägt ohne Nennung weiterer Details vor, die beiden Folien, zwischen welchen die Widerstandsheizbahn angeordnet ist, fest miteinander zu verbinden, um die Widerstandsheizbahn vor dem Einfluss von wässriger Harnstofflösung zu schützen. Beispielhaft nennt die Druckschrift eine Vulkanisierung als mögliches Verbindungsverfahren. Dabei kommt Vulkanisation nur für eine eingeschränkte Materialauswahl in Betracht, nämlich für Kautschuk und Kautschuk-basierte Elastomere und damit verwandte Polymere.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die gattungsgemäße Lehre weiter zu verbessern.
Durch die bereits aus der gattungsbildenden Druckschrift bekannte Anordnung der Widerstandsheizbahn zwischen zwei Folien wird der Vorteil erreicht, dass die von der Widerstandsheizbahn abgegebene Wärmeenergie möglichst schnell und möglichst vollständig an die umgebende Betriebsflüssigkeit abgegeben werden kann. Denn mangels Masse stellen die Kunststofffolien nur eine geringe eigene Wärmekapazität dar und bieten mangels übermäßiger Dicke auch keinen übermäßig hohen Wärmedurchgangswiderstand. Dafür kommt es bei den Folien – gerade wegen der geringen Materialdicke – umso mehr auf eine sorgfältige Abschirmung der Widerstandsheizbahn vor den Einflüssen der Betriebsflüssigkeit an. Gerade eine Betriebsflüssigkeit wie wässrige Harnstofflösung kann auf übliche Widerstandsheizbahnmaterialien, wie Metalle oder Kohlenstoff, stark korrosiv wirken.
Nun wirken Kunststofffolien abhängig von der Foliendicke und der jeweiligen Materialwahl einer Diffusion von Betriebsflüssigkeitsbestandteilen in Dickenrichtung durch die Kunststofffolien hindurch in bekannter und reproduzierbarer Weise entgegen. Die größte Unsicherheit hinsichtlich der Abschirmungswirkung, die die beiden Kunststofffolien zum Schutz der zwischen ihnen angeordneten Widerstandsheizbahn entfalten, liegt daher in der Verbindung der beiden Folien miteinander.
Zur Erhöhung der Schutzwirkung der beiden Folien für die Widerstandsheizbahn schlägt die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Erfindungsgedanken einen Tank der eingangs genannten Art vor, bei welchem die Kunststofffolien der Heizeinrichtung einander flächig gegenüberliegen und zumindest an ihren aufeinander zu weisenden Flächen je eine Lage aus kompatiblen thermoplastischen Kunststoffen aufweisen, welche lokal wenigstens längs einer die elektrische Widerstandsheizbahn umgebenden Fügebahn miteinander verbunden sind, wobei innerhalb dieser Fügebahn Spaltbereiche vorgesehen sind, in denen sich Kunststofffolienabschnitte ohne Zwischenanordnung eines Widerstandsheizbahnabschnittes zwischen ihnen unverbunden gegenüber liegen. Mit einer derartigen umlaufenden Fügebahn, die beispielsweise einfach und mit hoher Wiederholgenauigkeit hinsichtlich Fügequalität und Fügegestalt durch ein Spiegelschweißverfahren erzeugt werden kann, kann die Widerstandsheizbahn hermetisch zwischen den beiden Kunststofffolien eingeschlossen werden.
Zwischen den beiden Kunststofffolien, innerhalb des von den Kunststofffolien und der Fügebahn abgeschlossenen Volumens, in dem die Widerstandsheizbahn angeordnet ist, kann somit Gas eingeschlossen sein, sodass im Bereich der Widerstandsheizbahn durch eine oder beide Kunststofffolien hindurchdiffundierende Betriebsflüssigkeitsbestandteile nicht sofort an die Widerstandsheizbahn gelangen, sondern zunächst in den zwischen den Folien gebildeten Gasraum der Spaltbereiche eintreten. Dadurch steigt die diffusionsbedingt unvermeidliche Konzentration an Betriebsstoffbestandteilen im Bereich zwischen den Kunststofffolien nur langsam an, da die durch die Kunststofffolien hindurchdiffundierenden Betriebsstoffbestandteile in dem Gas zwischen den Spaltbereichen gelöst und verdünnt werden. Mögliche Korrosionsvorgänge können dadurch weiter verzögert werden.
Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung der Heizeinrichtung kann diese flächig, d.h. mit geringer Dicke und mit im Verhältnis zur Dicke der Heizeinrichtung vergleichsweise großen Abmessungen in den zur Dickenrichtung orthogonalen Flächenhaupterstreckungsrichtungen ausgebildet werden.
Zur lokal gezielten Einleitung von Wärmeenergie in das Tankvolumen kann vorgesehen sein, dass die Widerstandsheizbahn in ihrer Erstreckungsfläche – also in ihrer durch zwei zueinander orthogonale Haupterstreckungsrichtungen und deren Linearkombinationen definierten Fläche – wenigstens zwei Aktivbereiche mit einer höheren Heizbahndichte pro Flächeneinheit und wenigstens einen Passivbereich mit einer niedrigeren Heizbahndichte pro Flächeneinheit bildet. Die Wärmeübertragung zwischen Widerstandsheizbahn und Tankvolumen findet dann im Wesentlichen in den Aktivbereichen statt. Zur weiteren mechanischen Stabilisierung der Heizeinrichtung kann dabei vorgesehen sein, dass die Kunststofffolien in dem Passivbereich – oder gegebenenfalls in mehreren Passivbereichen, so diese vorhanden sind – ohne Zwischenanordnung eines Widerstandsheizbahnabschnittes zur Bildung von Verbindungspunkten oder/und Verbindungsstegen miteinander punkt- oder/und linienförmig verbunden sind.
Durch die Ausbildung von derartigen Verbindungsbereichen, insbesonere von Verbindungsstegen, können Bereiche der Widerstandsheizbahn, die im Betrieb erhebliche Potentialdifferenzen aufweisen, körperlich durch Kunststoffmaterial voneinander getrennt werden. Da Korrosion auch durch Potentialdifferenzen getrieben ist, kann durch Ausbildung von Verbindungsbereichen die Korrosionsneigung der Widerstandsheizbahn an besonders gefährdeten Stellen vermindert werden.
Die so gebildeten Verbindungspunkte oder/und Verbindungsstege können weiter vorteilhaft zur örtlich gezielten Anordnung oder sogar Festlegung der Heizeinrichtung im Tankvolumen, insbesondere an der Tankschale, dienen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die flächige Heizeinrichtung in einem Verbindungspunkt oder/und in einem Verbindungssteg ein Festlegemittel zur relativen Festlegung der Heizeinrichtung an der Tankschale aufweist.
Festlegemittel können dabei Vorsprünge sein. Bevorzugt sind die Festlegemittel jedoch Öffnungen, welche von Vorsprüngen oder Clipsen durchdrungen werden können, sodass die Heizeinrichtung mittels der bevorzugt als durchsetzende Öffnungen ausgebildeten Festlegemittel formschlüssig an der Tankschale festgelegt werden können.
Da die Spaltabschnitte der beiden Kunststofffolien zwischen sich ein Volumen definieren, in das eine Widerstandsheizbahn oder ein Abschnitt derselben einfach aufgenommen werden kann, ist es bevorzugt, dass in einem Spaltabschnitt der Kunststofffolien wenigstens ein Aktivbereich der Widerstandsheizbahn angeordnet ist, wobei bevorzugt mehrere Spaltabschnitte vorgesehen sind, in denen je ein Aktivbereich angeordnet ist. Sogleich können in den Passivbereichen die die Heizeinrichtung versteifenden und ihre Festlegung befördernden Verbindungspunkte und -stege ausgebildet sein.
Die Verbindungspunkte oder/und -stege können ebenfalls durch Spiegelschweißen erzeugt werden und zwar vorteilhafterweise mit demselben Schweißwerkzeug, mit dem auch die um die Widerstandsheizbahn umlaufende Fügebahn erzeugt wird.
Grundsätzlich muss jedoch nicht die gesamte Widerstandsheizbahn in Spaltabschnitten der miteinander verbundenen Kunststofffolien angeordnet sein. Beispielsweise kann zur verbesserten Lagefixierung der Widerstandsheizbahn relativ zu den beiden Kunststofffolien vorgesehen sein, dass die Kunststofffolien wenigstens in einem einen Widerstandsheizbahnabschnitt zwischen sich aufweisenden Verbindungsabschnitt, vorzugsweise vollständig, mit Ausnahme jener Orte des Verbindungsabschnitts, an denen ein Widerstandsheizbahnabschnitt vorgesehen ist, vollflächig miteinander verbunden sind. In dem Verbindungsabschnitt, welcher sich jedoch nicht über den gesamten innerhalb der Fügebahn liegenden Bereich erstrecken muss, sind die Kunststofffolien vollständig miteinander verbunden, mit Ausnahme jener Orte, an denen zwischen den Kunststofffolien ein Abschnitt der Widerstandsheizbahn gelegen ist, sodass sich dort die Kunststofffolien nicht zur Herstellung einer Verbindung miteinander berühren können.
Zur Klarstellung sei angemerkt, dass je nach Querschnittsgestalt der Widerstandsheizbahn zu einer oder beiden Seiten derselben in der Fügefläche der beiden Kunststoffflächen ein kleiner längs der Widerstandsheizbahn verlaufender Zwickel verbleiben kann, obwohl die Kunststofffolien ansonsten vollflächig verbunden sind. Dieser Zwickel kann beispielsweise aufgrund der Materialelastizität der Kunststofffolien längs der Widerstandsheizbahn verbleiben. Ein solcher unvermeidlicher Zwickel, welcher verglichen mit der Querschnittsfläche der Widerstandsheizbahn lediglich eine geringfügige Querschnittsfläche aufweist, soll im Sinne der vorliegenden Anmeldung nichts an der Beurteilung einer vollflächigen Verbindung der Kunststofffolien miteinander ändern.
Alternativ zu der eingangs genannten Lösung können die beiden Kunststofffolien parallel zu einander angeordnet sein und über die gesamte Flächenerstreckung der Widerstandsheizbahn und zum Schutze derselben radial über diese hinaus vollflächig miteinander verbunden sein. Dann ist die Widerstandsheizbahn vollständig zwischen den beiden Kunststofffolien durch deren Verbindung miteinander fixiert. Für jeden Querschnitt der Widerstandsheizbahn in einer zur lokalen Verlaufsrichtung der Heizbahn orthogonalen Schnittebene liegt damit zu beiden Seiten eine Fügestelle der beiden Kunststofffolien miteinander benachbart, vorausgesetzt der Abstand zwischen zwei Widerstandsheizbahnabschnitten ist so groß, dass sich die möglicherweise neben dem jeweiligen Heizbahnabschnitt befindlichen Zwickel nicht zu einem gemeinsamen Hohlraum verbinden.
Folglich wird die oben genannte Aufgabe auch gelöst durch einen Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank, insbesondere zur Speicherung von wässriger Harnstofflösung, mit einer ein Tankvolumen umschließenden Tankschale und einer die Tankschale durchsetzenden Tanköffnung, wobei im Tankvolumen eine flächige Heizeinrichtung mit einer elektrischen Widerstandsheizbahn vorgesehen ist, welche sandwichartig zwischen zwei parallelen, die Widerstandsheizbahn einhüllenden Kunststofffolien angeordnet ist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Kunststofffolien zumindest an ihren aufeinander zu weisenden Flächen je eine Lage aus kompatiblen thermoplastischen Kunststoffen aufweisen, welche in einem Verbindungsabschnitt unter vollständigem Einschluss der Widerstandsheizbahn, mit Ausnahme jener Orte des Verbindungsabschnitts, an denen ein Widerstandsheizbahnabschnitt vorgesehen ist, vollflächig miteinander verbunden sind.
Die hier beschriebene vollflächige Verbindung der beiden Kunststofffolien miteinander kann erreicht werden durch ein Schweißverfahren, wie etwa ein Infrarotschweißverfahren, bei welchem Wärmeenergie gleichzeitig über die gesamte beabsichtigte Fügefläche eingetragen werden kann, oder durch ein Laminationsverfahren, insbesondere ein vakuumunterstütztes Laminationsverfahren.
In einer einfach und kostengünstig herzustellenden Ausführungsform kann daran gedacht sein, dass wenigstens eine der Kunststofffolien, vorzugsweise jede der beiden Kunststofffolien, nur aus einer Lage thermoplastischen Kunststoffs besteht.
Alternativ hierzu kann zur Vermeidung von unerwünschter thermischer Verformung einer der oder beider Kunststofffolien daran gedacht sein, dass eine Kunststofffolie als mehrlagiges Folienlaminat ausgebildet ist, deren zur jeweils anderen Kunststofffolie hinweisende, bezogen auf das Laminat außen liegende thermoplastische Kunststofflage einen bei ansonsten gleichen Bedingungen niedrigeren Schmelz- oder/und Erweichungspunkt aufweist als eine weitere Lage, vorzugsweise als alle weiteren Lagen des Folienlaminats. In diesem Falle ist es ausreichend, lediglich die zur Verbindung mit der jeweils anderen Kunststofffolie außen liegende thermoplastische Kunststofflage zu erweichen, indem die Temperatur des Kunststofffolienlaminats über die Erweichungs- oder/und Schmelztemperatur dieser Lage hinaus erhöht wird, jedoch nicht so hoch, dass die Erweichungs- oder/und Schmelztemperatur der wenigstens einen anderen Kunststofflagen des Laminats erreicht werden würde. Somit bleibt die Gestalt der wenigstens einen weiteren Kunststofflage, deren Erweichungs- oder/und Schmelztemperatur nicht erreicht wird, erhalten, was zu einer verbesserten Gestaltstabilität der Kunststofflage während und nach der Verbindung mit der jeweils anderen Kunststofflage führt. Vorteilhafterweise sind beide Kunststofffolien als das oben bezeichnete mehrlagige Folienlaminat ausgebildet.
Vorzugsweise liegt die Dicke einer Kunststofffolie zwischen 100 und 300 µm, und zwar unabhängig davon, ob die Kunststofffolie einlagig oder mehrlagig ausgebildet ist.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Lagen einer Kunststofffolie durch Haftvermittler miteinander verbunden sein können, bevorzugt ist jedoch zur Vermeidung von unnötigen Haftvermittlerlagen daran gedacht, dass wenigstens die unmittelbar an die außen liegende und zur jeweils anderen Kunststofffolie hinweisende thermoplastische Kunststofflage angrenzende und mit dieser verbundene weitere Kunststofflage aus bezogen auf das Material der außen liegenden thermoplastischen Kunststofflage kompatiblem Kunststoffmaterial gebildet ist, welches bei ansonsten gleichen Bedingungen einen höheren Schmelz- oder/und Erweichungspunkt aufweist als jenes der außen liegenden und zur jeweils anderen Kunststofffolie hinweisenden Kunststofflage. Besonders bevorzugt können alle an einer als mehrlagiges Folienlaminat ausgebildeten Kunststofffolie beteiligten Kunststofflagen aus kompatiblem Kunststoffmaterial gebildet sein.
Es hat sich jedoch hinsichtlich der Abschirmungswirkung einerseits und eines ausreichenden Wärmedurchgangs pro Zeiteinheit andererseits als ausreichend erwiesen, dass die Kunststofffolie genau zwei Lagen umfasst. Zur Verbesserung der Abschirmungswirkung zur Abschirmung der Widerstandsheizbahn gegenüber Einflüssen von durch die Kunststofffolie hindurchdiffundierenden Betriebsflüssigkeitsbestandteilen kann vorgesehen sein, dass zwischen zwei Kunststofflagen eine Metalllage vorgesehen ist, beispielsweise eine Aluminiumlage. Diese kann weniger als 20, bevorzugt weniger als 10 µm dick sein. Alternativ oder zusätzlich kann als weitere Erhöhung einer Abschirmungswirkung eine Lage aus Ethylvinylalkohol, PVDC oder einem anderen geeigneten Folienwerkstoff zur Bildung einer Gasbarriere (Wasserdampf gilt dabei auch als Gas) an dem mehrlagigen Folienlaminat einer Kunststofffolie vorgesehen sein. Bevorzugt weist die Kunststofffolie nur genau die zwei Kunststofflagen auf.
Bevorzugt ist die vorliegend diskutierte Heizeinrichtung am Boden des Tanks angeordnet, welcher im fertigmontierten Zustand am geodätisch tiefstgelegenen Bereich des Tanks vorgesehen ist. Um eine möglichst vollständige Entleerung des Tanks zu ermöglichen, ist bevorzugt eine Entleerungsöffnung des hier beschriebenen Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstanks den Boden des Tanks durchsetzend angeordnet.
Um die Betriebsflüssigkeit in dem hier diskutierten erfindungsgemäßen Tank nicht nur flüssig, sondern betriebsbereit zu halten, also flüssig in der Nähe der Entnahmeöffnung, ist vorzugsweise die Heizeinrichtung die Entnahmeöffnung oder eine mit der Entnahmeöffnung zur Betriebsflüssigkeitsentnahme zusammenwirkende Vorrichtung, etwa eine Ansaugvorrichtung oder dergleichen, umgebend angeordnet. Dabei weist die flächige Heizeinrichtung vorzugsweise eine sie durchsetzende Öffnung auf, die ebenso bevorzugt vollständig von den beiden Kunststofffolien und der elektrischen Widerstandsheizbahn umgeben ist. In der durchsetzenden Öffnung der Heizeinrichtung kann die mit der Entnahmeöffnung zusammenwirkende Vorrichtung angeordnet sein. Bevorzugt weist die elektrische Heizeinrichtung eine scheibenartige Gestalt mit einer Durchsetzungsöffnung in der "Scheibe" auf, sodass eine um die Widerstandsheizbahn umlaufende Fügebahn nicht nur radial außen, sondern zur Abdichtung auch am entnahmeöffnungsnäheren Rand radial innen um die Widerstandsheizbahn umläuft.
Bevorzugt erstreckt sich die flächige Heizeinrichtung bezogen auf die Strömungsrichtung an der Entnahmeöffnung bzw. am Entnahmeanschluss des Tanks in einem Winkel von etwa 60 bis 90°. Die Entnahmeströmungsrichtung der Betriebsflüssigkeit ist in der Regel mit der Schwerkraftwirkungsrichtung identisch, damit die Schwerkraft die Entnahme der Betriebsflüssigkeit wenigstens unterstützen kann.
Eine weitere potenzielle Schwachstelle der Heizeinrichtung, an welcher Bestandteile der Betriebsflüssigkeit schädlich angreifen können, sind die Anschlüsse der elektrischen Widerstandsheizbahn an ihre elektrische Energieversorgung. Hierzu müssen in der Regel elektrische Leitungen durch wenigstens eine der Kunststofffolien hindurchgeführt werden. Um diese Schwachstelle möglichst zu entschärfen, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass elektrische Anschlussleitungen, welche zur Versorgung der Widerstandsheizbahn mit elektrischer Energie eine der Kunststofffolien durchsetzen oder an dieser vorbei verlaufen, durch einen unmittelbar mit der durchsetzten bzw. umgangenen Kunststofffolie verbundenen und von dieser weg verlaufenden thermisch erweichbaren Kunststoff umfassenden Isolationskörper geführt sind.
Eine Umgehung der Kunststofffolie kann dadurch erfolgen, dass sich eine oder beide Kunststofffolien nicht über einen Anschlussbereich der Widerstandsheizbahn erstrecken, der Anschlussbereich etwa aus dem Kunststofffolienpaket herausragt.
Der Isolationskörper kann vorteilhaft einfach und schnell als Spritzgussbauteil ausgeführt sein, welches unmittelbar an die durchsetzte bzw. umgangene Kunststofffolie angespritzt ist und damit stoffschlüssig mit dieser in Verbindung steht. Durch diese stoffschlüssige Verbindung kann ein Diffusionsangriff von Betriebsflüssigkeitsbestandteilen an die Verbindungsstelle zwischen Anschlussleitungen und Heizbahn weitestgehend ausgeschlossen werden. Der Isolationskörper kann ausreichend dick ausgebildet werden, um eine Diffusion zu den Anschlussstellen hin zu vermeiden, ohne eine Wärmeübertragung von der Heizbahn zur Betriebsflüssigkeit zu behindern, da es in der Regel ausreicht, den Isolationskörper lokal nur im Bereich der Anschlussstellen vorzusehen, während die übrige flächige Erstreckung der Heizeinrichtung nur die vergleichsweise dünnen Kunststofffolien um die Heizbahn herum aufweist.
Um die Anschlussleitungen möglichst gut mechanisch zu fixieren, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Isolationskörper wenigstens einen der Heizeinrichtung nahen Abschnitt der Anschlussleitungen benetzt bzw. im ausgehärteten Zustand berührt. Vorzugsweise ist der Isolationskörper massiv ausgeführt.
Alternativ zu einem massiven einstückigen Spritzgussbauteil kann der Isolationskörper auch aus zwei oder mehr Teilkörpern zusammengefügt sein. Jeder Teilkörper kann wiederum aus Spritzgussbauteilen gebildet sein. Wenigstens ein Teilkörper kann als Teilschalenkörper ausgebildet sein, welcher mit Abstand von den von ihm umgriffenen Anschlussleitungen diese umhüllend vor dem Einfluss der betriebsmäßig außerhalb des Isolationskörpers befindlichen Betriebsflüssigkeit schützt.
Als besonders beständig gegenüber der hier bevorzugten Betriebsflüssigkeit einer wässrigen Harnstofflösung hat sich als thermisch erweichbarer Kunststoff des Isolationskörpers ein Polyolefin, insbesondere Polypropylen, oder ein mit dem Material der durchsetzten Kunststofffolie kompatibler Heißklebstoff („Hotmelt“) erwiesen. Grundsätzlich kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung jeder mit dem Material der durchsetzten Kunststofffolie kompatible Kunststoff zur Herstellung des Isolationskörpers verwendet werden.
Um die Anschlussleitungen möglichst über ihre gesamte Erstreckungslänge im Tankvolumen vor den Einflüssen der Betriebsflüssigkeit zu schützen, ist es weiter vorteilhaft, wenn der Isolationskörper mit seinem von der Heizeinrichtung fernliegenden Endbereich mit der Tankschale in Verbindung steht. Dann kann der Isolationskörper auch mit der Tankschale fest verbunden sein, etwa durch Verkleben oder/und Verschweißen oder/und Verschrauben. Eine Wandung des Isolationskörpers kann sogar einen Wandabschnitt der Tankschale bilden. In diesem Falle kann der Isolationskörper mit einem Einsatzabschnitt in eine entsprechend der Gestalt des Einsatzabschnitts ausgeformte Ausnehmung der Tankschale eingesetzt oder an diese angesetzt und mit der Tankschale verbunden sein. Wenigstens ein Teil des Einsatzabschnittes kann dann einen Außenwandabschnitt der Tankschale bilden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann die Tankschale sie durchsetzende elektrische Leitungsabschnitte aufweisen, deren ins Tankvolumen einragende Längsenden ebenfalls vom Isolationskörper umgeben sind.
Alternativ kann mit dem Isolationskörper ein unmittelbar mit dem flächigen Heizelement zusammenhängender Stecker gebildet werden, welcher an Kontaktleitungen angeschlossen werden kann, die die Tankschale von außen nach innen in das Tankvolumen hinein durchsetzen. Beispielsweise können an Anschlussbereiche der Widerstandsheizbahn Anschlusspins elektrisch leitend angebracht sein, etwa durch Vernieten oder/und Verlöten. Die so fest mit den Anschlussbereichen der Widerstandsheizbahn elektrisch leitend verbundenen Pins können wiederum durch einen schalenförmigen oder massiven Isolationskörper umgeben sein. Der Isolationskörper umgibt vorzugsweise auch die Anschlussbereiche der Widerstandsheizbahn, um diese vor Betriebsflüssigkeit zu schützen. Bildet man die Anschlussbereiche an Längsenden von Leitungsbereichen aus, die von einer Hauptfläche des Heizelements weg in einer verglichen mit der Hauptfläche des Heizelements schmalen Bahn von dieser abstehen, dann kann der wie oben gebildete unmittelbar an die Anschlussbereiche durch Spritzgießen oder durch Montage von fertigen Spritzgussteilen angeordnete Stecker relativ zu dem Heizelement mit vergleichsweise geringen Kräften bewegt und in eine Anschlussorientierung gebracht werden, in welcher der Stecker einfach auf in der Tankschale vorgesehene Kontaktleitungen aufgeschoben werden kann.
Alternativ kann wiederum der den Stecker bildende Abschnitt des Isolationskörpers der zuvor genannte Einsatzabschnitt sein, mit welchem der Isolationskörper, vorzugsweise unter Bildung eines Außenwandabschnitts der Tankschale, in eine Ausnehmung der Tankschale eingesetzt oder an eine solche Ausnehmung angesetzt und mit dieser verbunden ist. In diesem Fall kann eine Verkabelung im Isolationskörper zur Energieversorgung der Heizeinrichtung entfallen. Die zuvor genannten, unmittelbar mit Anschlussbereichen der Heizbahn verbundenen Anschlusspins können im fertig montierten Zustand an der Außenseite der Tankschale von einer Energieversorgungsleitung unmittelbar kontaktiert werden, etwa durch Herstellen einer Steckverbindung.
Die Tankschale kann im Spritzgussverfahren gebildet sein oder auch im Blasformverfahren. In der Regel besteht die Tankschale aus zwei oder mehr Schalenteilen.
Um die Anschlussleitungen selbst zusätzlich oder alternativ zum Isolationskörper vor einem ihre Funktion nachteilig beeinflussenden Angriff von Betriebsflüssigkeitsbestandteilen abzuschirmen, kann weiter vorgesehen sein, dass elektrische Anschlussleitungen, welche zur Versorgung der Widerstandsheizbahn mit elektrischer Energie eine der Kunststofffolien durchsetzen, wenigstens in einem im Tankvolumen gelegenen Leitungsabschnitt jeweils mit einer Isolation umhüllt sind, welche zumindest an ihrer Außenseite ein mit einem Material der durchsetzten Kunststofffolie kompatibles Material aufweisen.
Da insbesondere wässrige Harnstofflösung aggressiv auf Metall und metallische Bauteile einwirken kann, kann zum weiteren Schutz der Anschlussleitungen vorgesehen sein, dass die Anschlussleitungen wenigstens in einem im Tankvolumen gelegenen Leitungsabschnitt eine gemeinsame Überisolation aufweisen, welche die einzeln isolierten Anschlussleitungen samt deren Einzelisolation umgibt und welche zumindest an ihrer Außenseite ein mit einem Material der durchsetzten Kunststofffolie oder/und des Isolationskörpers kompatibles Material aufweist.
Weiterhin kann ein zwischen der Überisolation und den Einzelisolationen der Anschlussleitungen verbleibender Raum mit einem Füllmaterial gefüllt sein, um einen im Tankvolumen gelegenen Leitungsabschnitt der Anschlussleitungen mit einem weiteren Schutz gegen diffundierende Betriebsflüssigkeitsanteile abzuschirmen. Auch hier ist es vorteilhaft, wenn das Füllmaterial mit wenigstens einem Material der durchsetzten Kunststofffolie oder/und des Isolationskörpers kompatibel ist, um die Möglichkeit der Verschweißung des Füllmaterials mit der Kunststofffolie oder/und dem Isolationskörper zu haben und so einen möglicherweise vorhandenen Spaltraum zwischen Kunststofffolie und Längsende der Isolation zu vermeiden.
Als besonders beständig gegen wässrige Harnstofflösung hat sich ein Polyolefin, insbesondere Polypropylen, oder ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) erwiesen, weshalb eines oder beide dieser Kunststoffe als Material der Einzelisolation oder/und der Überisolation oder/und des Füllmaterials bevorzugt sind. Grundsätzlich kann jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung jedes mit dem Kunststoff der Kunststofffolien kompatible Material verwendet werden.
Gemäß einem weiteren, mit den vorgenannten durch eine gemeinsame erfinderische Idee verbundenen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann eine Heizeinrichtung für einen Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank, wie er oben beschrieben wurde, hergestellt werden durch ein Spiegelschweißverfahren, welches folgende Schritte umfasst:

– Bereitstellen einer ersten Kunststofffolie,
– Bereitstellen einer zweiten Kunststofffolie,
– Anordnen einer Widerstandsheizbahn zwischen den beiden Kunststofffolien, und
– Spiegelverschweißen der beiden Kunststofffolien mittels einer Spiegelschweißeinrichtung und dadurch erzeugen einer außen um die Widerstandsheizbahn umlaufenden Fügebahn.

Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung folgende Schritte umfassen:

– Bereitstellen der ersten Kunststofffolie,
– Bereitstellen der zweiten Kunststofffolie,
– Anordnen einer Widerstandsheizbahn zwischen den beiden Kunststofffolien,
– Fixieren der Gruppe aus erster und zweiter Kunststofffolie mit dazwischen angeordneter Widerstandsheizbahn zwischen zwei parallelen Platten,
– Erwärmen der fixierten Gruppe und dadurch Erweichen oder Aufschmelzen wenigstens einer thermoplastischen Kunststofflage einer Kunststofffolie, welche Lage sich in unmittelbarer Nachbarschaft zu der jeweils anderen Kunststofffolie befindet,
– Zusammendrücken der Platten,
– Abkühlen lassen der fixierten Gruppe, und
– Entnehmen der fixierten Gruppe aus dem Bereich zwischen den Platten.

Die Platten selbst können dabei beheizbar sein, etwa wiederum durch elektrische Widerstandsheizung oder durch Durchleitung eines Fluids mit erhöhter Temperatur.
Bevorzugt erfolgt das Erwärmen der fixierten Gruppe zwischen den Platten mit einem Infrarotstrahler als Wärmequelle. Als Platten können dann Glasplatten verwendet werden.
Wiederum zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung dann, wenn Bereiche der Kunststofffolien durch Lamination miteinander verbunden werden sollen, folgende Schritte umfassen:

– Bereitstellen der ersten Kunststofffolie,
– Bereitstellen der zweiten Kunststofffolie,
– Anordnen einer Widerstandsheizbahn zwischen den beiden Kunststofffolien,
– Evakuieren der des Bereichs zwischen den Kunststofffolien,
– Erhöhen der Temperatur der Kunststofffolien über die Erweichungs- oder/und Schmelztemperatur wenigstens einer thermoplastischen Kunststofflage einer Kunststofffolie, welche Lage sich in Anlage an der jeweils anderen Kunststofffolie befindet,
– Abkühlenlassen der Gruppe.

Die Nennung der Verfahrensschritte soll dabei, sofern es nicht aus logischen Gründen zwingend ist, keine Ablaufreihenfolge indizieren, wenngleich ein Ablauf in der genannten Reihenfolge jeweils bevorzugt ist.
Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass zunächst die Widerstandsheizbahn durch ein Spiegelschweißverfahren zwischen den bereitgestellten Kunststofffolien durch Erzeugen einer um die Widerstandsheizbahn umlaufenden Fügebahn eingeschlossen werden kann, woraufhin ein Abschnitt des von der Fügebahn umschlossenen Bereichs oder der vollständige Bereich durch das oben beschriebene Plattenschweißverfahren, bevorzugt mit einer Infrarot-Wärmequelle, oder durch das beschriebene Laminationsverfahren unter Einwirkung von Vakuum zur Erzeugung einer vollflächigen Verbindung der Kunststofffolien miteinander in diesem Abschnitt herangezogen werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:
1 eine grobschematische Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstanks mit Heizelement,
2 eine Draufsicht auf den mit einem Heizelement bedeckten Boden des Betriebsflüssigkeitstanks von 1,
3 eine Querschnittsansicht durch das Heizelement in einer zur lokalen Verlaufsrichtung der Widerstandsheizbahn orthogonalen Schnittebene und
4 eine Querschnittsansicht durch das Heizelement mit daran angespritztem Isolationskörper zur Herstellung eines elektrischen Anschlusses des Heizelements an eine Stromversorgung.
In 1 ist ein lediglich grobschematisch dargestellter erfindungsgemäßer Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank allgemein mit 10 bezeichnet. Der Tank 10 ist in einer Längsschnittdarstellung dargestellt.
Der Tank 10 weist eine Tankschale 12 auf, welche aus mehreren Teilschalen zusammengesetzt sein kann. Diese Teilschalen können beispielsweise im Spritzgussverfahren oder in einem Blasformverfahren hergestellt worden sein.
Die Tankschale 12 umgibt ein Tankvolumen 14, in dem eine Betriebsflüssigkeit 16, etwa wässrige Harnstofflösung, aufgenommen ist, wie sie für eine selektive katalytische Reaktion zur Abgasreinigung in Kraftfahrzeugen mit Brennkraftmaschinen verwendet wird. Der zur Zeichenebene von 1 orthogonale Flüssigkeitsspiegel der Betriebsflüssigkeit 16 ist orthogonal zur Schwerkraftwirkungsrichtung.
Der Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank 10 ist durch eine Tanköffnung 18 befüllbar. Die Betriebsflüssigkeit ist wiederum durch eine Entnahmeöffnung 20 aus dem Tankvolumen 14 entnehmbar. An die Tanköffnung 18 und die Entnahmeöffnung 20 können in an sich bekannter Weise Einfüll- bzw. Entnahmestutzen oder -leitungen anschließen. Über der Entnahmeöffnung 20 kann eine mit ihr zur Entnahme von Betriebsflüssigkeit 16 aus dem Tankvolumen 14 zusammenwirkende Vorrichtung 23 vorgesehen sein, etwa ein Teil eine Ansaugvorrichtung oder die gesamte Ansaugvorrichtung oder dergleichen.
Vorzugsweise ist im Bereich des Tankbodens 10a im Tankvolumen 14 ein flächiges Heizelement 22 vorgesehen, welches sich vorteilhafterweise im Wesentlichen parallel zum Tankboden 10a erstreckt und in seiner Erstreckungsfläche, welche orthogonal zur Zeichenebene der 1 verläuft, eine wesentlich größere Abmessung aufweist als in seiner in der Zeichenebene von 1 liegenden Dickenrichtung.
Das Heizelement 22 ist in an sich aus dem Stand der Technik bereits bekannter Weise aus einem Kunststofffoliensandwich gebildet, bei welchem zwischen zwei Kunststofffolien 34 und 36 eine elektrische Widerstandsheizbahn 24 (siehe 2, 3 und 4) aufgenommen ist. Aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung ist in 1 keine Widerstandsheizbahn dargestellt.
Die Heizeinrichtung 22 kann an einer Stelle mit einem Isolationskörper 26 zusammenwirken, in welchem elektrische Anschlussleitungen an die elektrische Widerstandsheizbahn herangeführt sind. Der Isolationskörper 26 kann beispielsweise durch Umspritzen des Foliensandwiches der Heizeinrichtung 22 im Spritzgussverfahren aus thermoplastischem Material hergestellt sein.
Zur Vereinfachung der elektrischen Energieversorgung der Heizeinrichtung 22 kann durch die Tankschale 12 eine elektrische Kontaktleitung 28 hindurchgeführt sein. Auch diese elektrische Kontaktleitung 28 kann bei der Herstellung der Tankschale 12 oder einer ihrer Teilschalen im Spritzgussverfahren durch Einlegen des Kontaktleitungsmaterials die Tankschale 12 durchsetzend in diese eingegossen sein. Dies stellt eine maximale Dichtigkeit der Tankschale 12 an der Stelle der Durchführung der elektrischen Kontaktleitung 28 bereit.
Ebenso kann in der Tankschale 12 bereits eine Buchse 30 zur Aufnahme einer elektrischen Steckverbindung ausgebildet sein.
Alternativ kann die Buchse 30 am Isolationskörper 26 ausgebildet sein und durch Anordnen des die Buchse 30 tragenden Einsatzabschnitts des Isolationskörpers 26 in oder an einer die Tankschale 12 durchsetzenden Ausnehmung und durch Fügen von Einsatzabschnitt und Tankschale 12 unter Bildung einer dichten Verbindung, gegebenenfalls unter Zwischenanordnung einer Dichtung, mit der Tankschale unter Bildung eines die Buchse 30 aufweisenden Außenwandabschnitts der Tankschale 12 verbunden sein.
In 2 ist eine Draufsicht auf den vom Heizelement 22 bedeckten Tankboden 10a des Tanks von 1 dargestellt. Die geschnittene Tankschale 12 ist nicht schraffiert.
Es ist gut zu erkennen, dass das Heizelement 22 nahezu den gesamten Boden des Tanks 10 bedeckt. Die elektrische Widerstandsheizbahn 24 ist zur Vergrößerung der Heizfläche in Mäanderform verlegt.
Die elektrische Widerstandsheizbahn 24 kann durch einen gesondert geformten elektrischen Leiter gebildet sein, welcher zwischen die Kunststofffolien 34 und 36 (siehe 3 und 4) gelegt sein kann. Der Leiter kann photochemisch hergestellt oder aus einer Leiterfolie ausgeschnitten sein. Die elektrische Widerstandsheizbahn 24 kann jedoch auch auf die Folie 34 aufgedruckt sein, etwa im Siebdruckverfahren.
Durch die mäandrische Verlegung der elektrischen Widerstandsheizbahn 24 werden Aktivbereiche 38, 40, 42 und 44 mit höherer Heizbahndichte bereitgestellt. Ebenso werden Passivbereiche 48, 50 und 52 vorgesehen, in welchen die Flächendichte an elektrischer Widerstandsheizbahn pro Flächeneinheit geringer ist als in den zuvor genannten Aktivbereichen. Neben den explizit genannten und mit Bezugszeichen versehenen Aktiv- und Passivbereichen zeigt die Widerstandsheizbahn 24 noch weitere Aktiv- und Passivbereiche.
Entscheidend für die Langlebigkeit des hier vorgeschlagenen Betriebsflüssigkeitstanks 10 ist der wirksame Schutz der elektrischen Heizbahn 24 vor Einflüssen aus der Betriebsflüssigkeit 16. Gerade dann, wenn es sich dabei um eine wässrige Harnstofflösung handelt, können Bestandteile aus der Flüssigkeit 16 durch Kunststoffe hindurchdiffundieren und ihre schädliche Wirkung, etwa in Form von Korrosion, an der Widerstandsheizbahn 24 entfalten.
Vorliegend werden mehrere Möglichkeiten zur Abschirmung der elektrischen Widerstandsheizbahn 24 vor Einflüssen der Betriebsflüssigkeit 16 vorgeschlagen.
Gemäß einem ersten Gedanken der vorliegenden Erfindung können die Folien 34 und 36 in einem Spiegelschweißverfahren lokal miteinander verschweißt werden, um ein Eindringen von Betriebsflüssigkeit zwischen die beiden Folien 34 und 36 zu verhindern. So kann durch das Spiegelschweißverfahren eine die elektrische Widerstandsheizbahn 24 außen umgebende Fügebahn 54 erzeugt werden, welche nicht nur einfach und sicher herzustellen ist, sondern welche auch den zwischen den beiden thermoplastischen Kunststofffolien 34 und 36 hergestellten Fügespalt sicher und für lange Zeit gegen eine Diffusion von Betriebsflüssigkeitsanteilen sichert. Durch Ausgestaltung des Spiegelschweißwerkzeugs kann die Breite der Fügebahn 54 passend gewählt werden.
Besonders vorteilhaft an der vorliegenden Heizeinrichtung 22 ist, dass sie die Entnahmeöffnung 20 bzw. die mit ihr zur Entnahme von Betriebsflüssigkeit 16 zusammenwirkende Vorrichtung 23 des Tanks 10 umgibt und somit gestattet, die Betriebsflüssigkeit 16 unmittelbar am Entnahmeort flüssig zu halten. Daher ist durch das vorgeschlagene Spiegelschweißverfahren auch eine radial innere Fügebahn 56 ausgebildet, welche wie die radial außen umlaufende Fügebahn 54 die Heizbahn 24, im Gegensatz zu dieser jedoch von der Entnahmeöffnung 20 her, gegen ein Erreichen durch Betriebsflüssigkeit 16 schützt.
Zwischen den beiden Fügebahnen 54 und 56 können Spaltbereiche vorgesehen sein, in denen sich die Kunststofffolien 34 und 36 unverbunden unter Zwischenanordnung der Heizbahn 24 gegenüberliegen. Die Spaltbereiche liegen insbesondere dort vor, wo die Heizbahn besonders dicht pro Flächeneinheit verlegt ist, also mithin bevorzugt in den Aktivbereichen 40, 42, 44 und 46 der Heizbahn 24. Die Spaltbereiche seien dabei mit 58, 60, 62 und 64 bezeichnet.
Es kann, es muss jedoch nicht, die gesamte zwischen den beiden Fügebahnen 54 und 56 gelegene Folienfläche als Spaltbereich unverbunden vorliegen. Zur körperlichen Trennung von Bereichen mit unterschiedlichem elektrischem Potential, zur Versteifung der Heizeinrichtung 22 und insbesondere zur Erleichterung von deren Festlegung an der Tankschale 12 können punktförmige und stegförmige Fügeverbindungen zwischen den Folien 34 und 36 geschaffen sein, in welchen die Kunststofffolien 34 und 36 ebenfalls miteinander verbunden sind, wie dies auch längs der Fügebahnen 54 und 56 der Fall ist. Die Verbindungspunkte, siehe beispielsweise Verbindungspunkte 66, 68, 70 und 72, und die Verbindungsstege 74 und 76 dienen nicht nur der Versteifung, sondern können auch Festlegungsmittel tragen, wie kreuzförmige Öffnungen, durch welche Befestigungsstifte hindurchgeführt sein können. Beispielhaft sei an die kreuzförmige Öffnung 78 in Verbindungspunkt 66 verwiesen.
Zur besonderen Versteifung ist es vorteilhaft, wenn die Verbindungsstege 74 oder/und 76, wie im dargestellten Beispiel, von einer der Fügebahnen 54 oder 56 ausgehend in die Fläche der Heizeinrichtung hinein verlaufen. Im vorliegenden Beispiel gehen die Verbindungsstege 74 und 76 von der radial inneren Fügebahn 56 aus.
Alternativ oder zusätzlich zu dem Spiegelschweißverfahren können die Folien 34 und 36 jedoch auch durch ein Flächenschweißverfahren flächig miteinander verbunden sein, sodass sie abschnittsweise überall dort miteinander verbunden sind, wo keine Widerstandsheizbahn 24 einen unmittelbaren Kontakt der beiden Kunststofffolien 34 und 36 behindert.
Eine flächige Verbindung der beiden Kunststofffolien miteinander kann dadurch erzeugt werden, dass eine Anordnung aus der sandwichartig zwischen den Folien 34 und 36 angeordneten Heizbahn 24 zwischen zwei Platten fixiert wird und die Platten zur Erzeugung eines Fügedrucks mit Kraft aufeinander zu beaufschlagt werden. Weiter werden dabei die Kunststofffolien aus thermoplastischem Kunststoff erwärmt, sodass sich wenigstens die aneinander anliegenden Grenzflächen der Kunststofffolien erweichen und miteinander verschmelzen. Die Erwärmung kann durch Beheizung der Platten oder durch Bestrahlung der Folien durch die Platten hindurch erfolgen, etwa mithilfe einer Infrarotstrahlungsquelle.
Im Ergebnis sieht dann der Folienverbund mit zwischen angeordneter Heizbahn 24 im Querschnitt aus wie in 3 dargestellt. Aufgrund der Oberflächenspannung können beiderseits der Heizbahn 24 kleine Zwickelbereiche 80 und 82 verbleiben, in denen die Folien 34 und 36 unverbunden bleiben. Wie die Darstellung von 3 zeigt, sind derartige Zwickelbereiche 80 und 82, wenn sie denn auftreten, jedoch in ihrer Querschnittsfläche erheblich kleiner als die Querschnittsfläche der Heizbahn 24, sodass derartige Zwickel 80 und 82 vernachlässigbar sind. Die Folien 34 und 36 sollen daher auch beim Auftreten derartiger Zwickel 80 und 82 als vollflächig miteinander verbunden im Sinne der vorliegenden Anmeldung gelten.
Als besonders widerstandsfähig gegenüber wässrigen Harnstofflösungen haben sich Polyolefinfolien, insbesondere Polypropylenfolien, erwiesen.
Um unerwünschten thermischen Verzug durch das Fügen der beiden Folien zu vermeiden, können die Folien 34 und 36 mehrlagig ausgebildet sein, wobei die zum Fügen in Anlage aneinander kommenden Außenlagen 34a und 36a beider Folien 34 bzw. 36 aus kompatiblem Material, aus den oben genannten Gründen vorzugsweise aus Polypropylen, gebildet sein sollen.
Wenigstens eine weitere, vorzugsweise alle weiteren Lagen 34b und 36b jeder Folie 34 und 36 weisen einen höheren Erweichungs- oder/und Schmelzpunkt auf als die der jeweils anderen Folie nächstgelegene Außenlage 34a oder 36a, sodass zum Fügen der beiden Folien die Folien lediglich auf eine Temperatur erwärmt zu werden brauchen, die über dem Erweichungs- oder/und Schmelzpunkt der zur jeweils anderen Kunststofffolie 34 oder 36 hinweisenden Außenlage 36a oder 34a liegt, jedoch unter dem Schmelz- oder/und Erweichungspunkt der wenigstens einen weiteren Lage 34b und 36b der Kunststofffolien 34 und 36 liegt. Somit können die wenigstens eine Lage 34b und 36b mit höherem Schmelz- oder/und Erweichungspunkt einer Kunststofffolie 34 und 36 beim Fügen deren Formtreue sicherstellen, während die Außenlage 34a oder 36a mit niedrigerem Erweichungs- oder/und Schmelzpunkt eine sichere Fügeverbindung mit der jeweils anderen Kunststofffolie 36a oder 34a eingehen.
In 4 ist der elektrische Anschluss der Heizeinrichtung 22 an eine elektrische Energieversorgung grobschematisch dargestellt.
Zu diesem Zweck können die Folien 34 und 36, welche zwischen sich die Heizbahn 24 halten, lokal von einem Isolationskörper 26 eingefasst sein, etwa durch Umspritzen im Spritzgussverfahren. Der Isolationskörper 26 kann hierzu aus einem thermoplastischen Material oder einem Hot Melt gebildet sein, welches wenigstens mit einer vom Isolationskörper 26 benetzten Außenlage der Kunststofffolien 34 und 36 kompatibel ist.
Bevorzugt sind die Folien 34 und 36 entweder einlagig oder maximal zweilagig ausgebildet.
Ebenfalls bevorzugt sind in den Isolationskörper 26 die elektrischen Anschlussleitungen ebenfalls eingespritzt. Grobschematisch ist in 4 eine Anschlussleitungsanordnung 86 dargestellt, die in den vorzugsweise spritzgegossenen Isolationskörper 26 eingegossen ist. Beispielsweise kann dies erfolgen, indem die Folienanordnung mit dazwischenliegender Heizbahn 24 und bereits an diese angelöteter Anschlussleitungsanordnung 86 in eine Spritzgussform eingelegt werden und dann bei der Bildung des Isolationskörpers 26 vollständig mit Spritzgussmasse umspritzt werden.
Die Anschlussleitungsanordnung 86 umfasst bevorzugt, wie in 4 dargestellt, zwei elektrische Anschlussleitungen, von denen aufgrund der Lage der Schnittebene nur die eine Anschlussleitung 88 dargestellt ist. Die weitere Anschlussleitung kann vor oder hinter der dargestellten Anschlussleitung 88 gelegen sein.
Jede Anschlussleitung 88 kann mit einer Isolation umgeben sein, etwa aus Polypropylen oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM). Die Isolation der einzelnen Anschlussleitungen 88 ist in 4 mit 90 bezeichnet. Die beiden Anschlussleitungen 88 können in einer zusätzlichen gemeinsamen Isolationsumhüllung 92 geführt sein, welche ebenfalls aus einem der oben genannten Materialien Polypropylen oder EPDM gebildet sein kann. Der zwischen der Isolationsumhüllung 92 und der Einzelumhüllung 90 vorhandene Raum kann zur Vermeidung eines Einkriechens von Betriebsflüssigkeit mit Material ausgefüllt sein, vorteilhafterweise wiederum Polypropylen oder EPDM. Das Füllmaterial ist in 4 in weißer Farbe dargestellt und mit 94 bezeichnet.
Der Isolationskörper 26, welche alternativ zur Darstellung in 4 auch als Schalenkörper aus mehreren Teilschalen zusammengesetzt gebildet sein kann, kann mit der Innenwand der Tankschale 12 verbunden sein, etwa durch Verkleben, Verschweißen und dgl., um einen Spaltraum zwischen Isolationskörper und Innenwandung der Tankschale 12 ebenfalls gegen den Eintritt von Betriebsflüssigkeit 16 zu sichern.
Die Anschlussleitungen 88 sind vorzugsweise mit den Kontaktleitungen 28 elektrisch leitend verbunden, die durch die Tankschale 12 hindurchgeführt sind.
Eine vollflächige Verbindung zwischen den Folien 34 und 36 kann auch durch ein zwischen den Folien 34 und 36 angelegtes Vakuum – selbstverständlich nach vorherigem Einbringen der Heizbahn 24 zwischen den Folien 34 und 36 – erzeugt werden, sodass der Fügedruck zur möglichst vollflächigen Verbindung der beiden Folien 34 und 36 auch durch den atmosphärischen Luftdruck oder einen anderen Fluiddruck aufgebracht werden kann. Wiederum kann die Verbindung der beiden Folien 34 und 36 unter Einwirkung des Fügedrucks durch entsprechende Temperaturerhöhung, wie oben geschildert, erreicht werden.
Abweichend vom oben Gesagten können die beiden Folien 34 und 36 auch ohne Spaltbereiche vollständig vollflächig miteinander verbunden sein, wobei dann die Heizbahn 24 innerhalb der Verbindungsfläche gelegen ist, um zu verhindern, dass Betriebsflüssigkeit die Heizbahn 24 erreicht.
Die Heizeinrichtung 32 ist im betriebsbereiten Zustand entweder nur in das Tankvolumen 14 eingelegt oder nur an vereinzelten Punkten mit der Tankschale 12 verbunden und an dieser fixiert, sodass die freien Oberflächen sowohl der Folie 34 wie auch der Folie 36 von Betriebsflüssigkeit 16 benetzt sein können. So kann die Heizeinrichtung 22 möglichst effektiv Wärme an die Betriebsflüssigkeit 16 abgeben.
Als Kompromiss zwischen möglichst guter Abschirmung der Heizbahn vor Einflüssen der Betriebsflüssigkeit und möglichst geringer Behinderung der Abgabe von Wärmeenergie von der Heizbahn 24 an die Betriebsflüssigkeit 16 sind bei den vorgeschlagenen Polyolefinfolien 34 und 36 Foliendicken im Bereich von 100 bis 300 µm vorgeschlagen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8625978 B2 [0005]

Claims

Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10), insbesondere zur Speicherung von wässriger Harnstofflösung (16), mit einer ein Tankvolumen (14) umschließenden Tankschale (12) und einer die Tankschale (12) durchsetzenden Tanköffnung (18), wobei im Tankvolumen (14) eine flächige Heizeinrichtung (22) mit einer elektrischen Widerstandsheizbahn (24) vorgesehen ist, welche sandwichartig zwischen zwei einander flächig gegenüberliegenden und die Widerstandsheizbahn (24) einhüllenden Kunststofffolien (34, 36) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolien (34, 36) einander flächig gegenüberliegen und zumindest an ihren aufeinander zu weisenden Flächen je eine Lage (34a, 36a) aus kompatiblen thermoplastischen Kunststoffen aufweisen, welche lokal miteinander wenigstens längs einer die elektrische Widerstandsheizbahn (24) umgebenden Fügebahn (54, 56) miteinander verbunden sind, wobei innerhalb dieser Fügebahn (54, 56) Spaltbereiche (58, 60, 62, 64) vorgesehen sind, in denen sich Kunststofffolienabschnitte ohne Zwischenanordnung eines Widerstandsheizbahnabschnittes zwischen ihnen unverbunden gegenüber liegen.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsheizbahn (24) in ihrer Erstreckungsfläche wenigstens zwei Aktivbereiche (38, 40, 42, 44) mit einer höheren Heizbahndichte pro Flächeneinheit und wenigstens einen Passivbereich (48, 50, 52) mit einer niedrigeren Heizbahndichte pro Flächeneinheit bildet, wobei die Kunststofffolien (34, 36) in dem Passivbereich (48, 50, 52) oder gegebenenfalls in mehreren Passivbereichen (48, 50, 52) ohne Zwischenanordnung eines Widerstandsheizbahnabschnittes zur Bildung von Verbindungspunkten (66, 68, 70, 72) oder/und Verbindungsstegen (74, 76) miteinander punkt- oder/und linienförmig verbunden sind.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die flächige Heizeinrichtung (22) in einem Verbindungspunkt (66) oder/und in einem Verbindungssteg (76) ein Festlegemittel (78) zur relativen Festlegung der Heizeinrichtung (22) an der Tankschale (12) aufweist.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Spaltbereich (58, 60, 62, 64) der Kunststofffolien (34, 36) wenigstens ein Aktivbereich (38, 40, 42, 44) der Widerstandsheizbahn (24) angeordnet ist, wobei bevorzugt mehrere Spaltbereiche (58, 60, 62, 64) vorgesehen sind, in denen je ein Aktivbereich (38, 40, 42, 44) angeordnet ist.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolien (34, 36) wenigstens in einem einen Widerstandsheizbahnabschnitt aufweisenden Verbindungsabschnitt, vorzugsweise vollständig, mit Ausnahme jener Orte des Verbindungsabschnitts, an denen ein Widerstandsheizbahnabschnitt vorgesehen ist, vollflächig miteinander verbunden sind.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10), insbesondere zur Speicherung von wässriger Harnstofflösung (16), mit einer ein Tankvolumen (14) umschließenden Tankschale (12) und einer die Tankschale (12) durchsetzenden Tanköffnung (18), wobei im Tankvolumen (14) eine flächige Heizeinrichtung (22) mit einer elektrischen Widerstandsheizbahn (24) vorgesehen ist, welche sandwichartig zwischen zwei parallelen, die Widerstandsheizbahn (24) einhüllenden Kunststofffolien (34, 36) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolien (34, 36) zumindest an ihren aufeinander zu weisenden Flächen je eine Lage (34a, 36a) aus kompatiblen thermoplastischen Kunststoffen aufweisen, welche in einem Verbindungsabschnitt unter vollständigem Einschluss der Widerstandsheizbahn (24), mit Ausnahme jener Orte des Verbindungsabschnitts, an denen ein Widerstandsheizbahnabschnitt vorgesehen ist, vollflächig miteinander verbunden sind.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Kunststofffolien (34, 36), vorzugsweise jede der beiden Kunststofffolien (34, 36), nur aus einer Lage aus thermoplastischem Kunststoff besteht.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kunststofffolie (34, 36) als mehrlagiges Folienlaminat ausgebildet ist, deren zur jeweils anderen Kunststofffolie (34, 36) hinweisende, bezogen auf das Laminat außen liegende thermoplastische Kunststofflage (34a, 36a) einen bei ansonsten gleichen Bedingungen niedrigeren Schmelz- oder/und Erweichungspunkt aufweist als eine weitere Lage (34b, 36b), vorzugsweise als alle weiteren Lagen (34b, 36b) des Folienlaminats.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Kunststofffolien (34, 36) als mehrlagiges Folienlaminat ausgebildet ist, deren zur jeweils anderen Kunststofffolie (34, 36) hinweisende, bezogen auf das Laminat außen liegende thermoplastische Kunststofflage (34a, 36a) einen bei ansonsten gleichen Bedingungen niedrigeren Schmelz- oder/und Erweichungspunkt aufweist als eine weitere Lage (34b, 36b), vorzugsweise als alle weiteren Lagen (34b, 36b) des Folienlaminats.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die unmittelbar an die außen liegende thermoplastische Kunststofflage (34a, 36a) angrenzende und mit dieser verbundene weitere Kunststofflage (34b, 36b) aus bezogen auf das Material der außen liegenden thermoplastischen Kunststofflage (34a, 36a) kompatiblem Kunststoffmaterial gebildet ist, welches bei ansonsten gleichen Bedingungen einen höheren Schmelz- oder/und Erweichungspunkt aufweist als jenes der außen liegenden Kunststofflage (34a, 34b).
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie (34, 36) genau zwei Kunststofflagen (34a, 34b, 36a, 36b), vorzugsweise genau zwei Lagen (34a, 34b, 36a, 36) umfasst.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Anschlussleitungen (88), welche zur Versorgung der Widerstandsheizbahn (24) mit elektrischer Energie eine der Kunststofffolien (34, 36) durchsetzen oder an dieser vorbei verlaufen, durch einen unmittelbar mit der durchsetzten bzw. umgangenen Kunststofffolie (36) verbundenen und von dieser weg verlaufenden thermisch erweichbaren Kunststoff umfassenden Isolationskörper (26) geführt sind.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationskörper (26) als Spritzgussbauteil an die durchsetzte bzw. umgangene Kunststofffolie (36) angespritzt ist und einen der Heizeinrichtung (22) nahen Abschnitt der Anschlussleitungen (88) benetzt.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationskörper (26) aus zwei oder mehr Teilkörpern, insbesondere Teilschalenkörpern, zusammengefügt ist.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der thermisch erweichbare Kunststoff des Isolationskörpers (26) ein Polyolefin, insbesondere Polypropylen, oder ein mit dem Material der durchsetzten Kunststofffolie kompatibler Heißklebstoff („Hotmelt“) ist.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationskörper (26) mit seinem von der Heizeinrichtung (22) fernliegenden Endbereich mit der Tankschale (12) in Verbindung steht.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach einem der vorhergehenden, insbesondere nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Anschlussleitungen (88), welche zur Versorgung der Widerstandsheizbahn (24) mit elektrischer Energie eine der Kunststofffolien (34, 36) durchsetzen oder umgehen, wenigstens in einem im Tankvolumen (14) gelegenen Leitungsabschnitt jeweils mit einer Isolation (90, 92) umhüllt sind, welche zumindest an ihrer Außenseite ein mit einem Material der durchsetzten bzw. umgangenen Kunststofffolie (36) kompatibles Material aufweisen.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleitungen (88) wenigstens in einem im Tankvolumen (14) gelegenen Leitungsabschnitt eine gemeinsame Überisolation (92) aufweisen, welche die einzeln isolierten Anschlussleitungen (88) samt deren Einzelisolation (90) umgibt und welche zumindest an ihrer Außenseite ein mit einem Material der durchsetzten Kunststofffolie (36) oder/und des Isolationskörpers (26) kompatibles Material aufweist.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen Überisolation (92) und den Einzelisolationen (90) wenigstens in einem im Tankvolumen (14) gelegenen Leitungsabschnitt mit einem Füllmaterial (94) gefüllt ist, welches mit einem Material der durchsetzten Kunststofffolie (36) oder/und des Isolationskörpers (26) kompatibel ist.
Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Einzelisolation (90) oder/und der Überisolation (92) oder/und das Füllmaterial (94) ein Polyolefin, insbesondere Polypropylen, oder ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) ist.
Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung (22) für einen Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche unter Einbeziehung des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Bereitstellen einer ersten Kunststofffolie (34), – Bereitstellen einer zweiten Kunststofffolie (36), – Anordnen einer Widerstandsheizbahn (24) zwischen den beiden Kunststofffolien (34, 36), und – Spiegelverschweißen der beiden Kunststofffolien (34, 36) mittels einer Spiegelschweißeinrichtung und dadurch erzeugen einer außen um die Widerstandsheizbahn (24) umlaufenden Fügebahn (54).
Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung (22) für einen Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche unter Einbeziehung des Anspruchs 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Bereitstellen der ersten Kunststofffolie (34), – Bereitstellen der zweiten Kunststofffolie (36), – Anordnen einer Widerstandsheizbahn (24) zwischen den beiden Kunststofffolien (34, 36), – Fixieren der Gruppe aus erster und zweiter Kunststofffolie (34, 36) mit dazwischen angeordneter Widerstandsheizbahn (24) zwischen zwei parallelen Platten, – Erwärmen der fixierten Gruppe und dadurch Erweichen oder Aufschmelzen wenigstens einer thermoplastischen Kunststofflage (34a, 36a) einer Kunststofffolie (34, 36), welche Lage (34a, 36a) sich in unmittelbarer Nachbarschaft zu der jeweils anderen Kunststofffolie (34, 36) befindet, – Zusammendrücken der Platten, – Abkühlen lassen der fixierten Gruppe, und – Entnehmen der fixierten Gruppe aus dem Bereich zwischen den Platten.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen mit einem Infrarotstrahler als Wärmequelle erfolgt.
Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung (22) für einen Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche unter Einbeziehung des Anspruchs 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Bereitstellen der ersten Kunststofffolie (34), – Bereitstellen der zweiten Kunststofffolie (36), – Anordnen einer Widerstandsheizbahn (24) zwischen den beiden Kunststofffolien (34, 36), – Evakuieren der des Bereichs zwischen den Kunststofffolien (34, 36), – Erhöhen der Temperatur der Kunststofffolien (34, 36) über die Erweichungs- oder/und Schmelztemperatur wenigstens einer thermoplastischen Kunststofflage (34a, 36a) einer Kunststofffolie (34, 36), welche Lage (34a, 36a) sich in Anlage an der jeweils anderen Kunststofffolie (34, 36) befindet, – Abkühlenlassen der Gruppe.