DE102015016638A1 - Heating device for a device for receiving and providing liquid reducing agent - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für eine Vorrichtung zur Aufnahme und Bereitstellung von flüssigem Reduktionsmittel, diese bestehend aus einem Tank und einem in den Tankinnenraum hineinreichenden, topfartigen Behältnis, wobei im Behältnis mindestens eine Fördereinheit für das Reduktionsmittel und ein Anschluss zur Abgabe des Reduktionsmittels vorgesehen sind, sowie mit Mitteln zur Befestigung des Behältnisses am oder im Tank, wobei weiterhin ein Moduleinsatz ausgebildet ist, welcher über einen Trägerkörper verfügt, wobei dieser mindestens die Fördereinheit und den Anschluss zur Abgabe des Reduktionsmittels aufnimmt. Erfindungsgemäß sind der Moduleinsatz und/oder der Trägerkörper und/oder mindestens Teile des topfartigen Behältnisses mehrschichtig ausgebildet und eine der Schichten nimmt elektrische Heizelemente auf oder in mindestens eine der Schichten sind elektrische Heizelemente eingebettet.The invention relates to a heating device for a device for receiving and providing liquid reducing agent, this consisting of a tank and a reaching into the tank interior, cup-shaped container, wherein in the container at least one conveyor unit for the reducing agent and a connection for dispensing the reducing agent are provided and with means for attaching the container on or in the tank, wherein further a module insert is formed, which has a carrier body, which receives at least the delivery unit and the connection for discharging the reducing agent. According to the invention, the module insert and / or the carrier body and / or at least parts of the pot-like container are designed in a multilayered manner and one of the layers accommodates electrical heating elements or electrical heating elements are embedded in at least one of the layers.
Description
Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für eine Vorrichtung zur Aufnahme und Bereitstellung von flüssigem Reduktionsmittel, diese bestehend aus einem Tank und einem in den Tankinnenraum hineinreichenden, topfartigen Behältnis, wobei im Behältnis mindestens eine Fördereinheit für das Reduktionsmittel und ein Anschluss zur Abgabe des Reduktionsmittels vorgesehen sind, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a heating device for a device for receiving and providing liquid reducing agent, this consisting of a tank and a reaching into the tank interior, cup-shaped container, wherein in the container at least one conveyor unit for the reducing agent and a connection for dispensing the reducing agent are provided according to the preamble of
Zur Reinigung von Abgasen insbesondere mobiler Verbrennungskraftmaschinen gehören Abgasbehandlungsvorrichtungen zum Stand der Technik, die das Abgas der Verbrennungskraftmaschine unter Zuhilfenahme eines dem Abgas zugeführten Reduktionsmittels behandeln.To purify exhaust gases, in particular of mobile internal combustion engines, exhaust gas treatment devices belong to the prior art, which treat the exhaust gas of the internal combustion engine with the aid of a reducing agent supplied to the exhaust gas.
Eines dieser Abgasreinigungsverfahren basiert auf einer selektiven katalytischen Reduktion, bei welchem die Abgase der Verbrennungskraftmaschine von Stickoxidverbindungen gereinigt werden. Diesbezüglich wird dem Abgas ein die Stickoxidverbindungen reduzierendes Medium zugeführt. Als reduzierendes Medium kommt beispielsweise Ammoniak zum Einsatz. Bei der praktischen Anwendung eines solchen Reduktionsverfahrens muss im Kraftfahrzeug ein Bevorratungsbehältnis für das Reduktionsmittel vorhanden sein und darüber hinaus für einen Transport des Reduktionsmittels zu einem sogenannten Injektor Sorge getragen werden. Als Reduktionsmittel kommt beim derzeitigen Stand der Technik eine Harnstoff-Wasser-Lösung zum Einsatz, die unter dem Handelsnamen AdBlue verfügbar ist.One of these exhaust gas purification methods is based on a selective catalytic reduction, in which the exhaust gases of the internal combustion engine are cleaned of nitrogen oxide compounds. In this regard, the exhaust gas is fed to a nitrogen oxide reducing medium. As a reducing medium, for example, ammonia is used. In the practical application of such a reduction process, a storage container for the reducing agent must be present in the motor vehicle and, moreover, a transport of the reducing agent to a so-called injector must be ensured. The reducing agent used in the current state of the art is a urea-water solution which is available under the trade name AdBlue.
Die
Bei dem Reduktionsmitteltank mit Temperatursensor nach
Bei dem Behältersystem nach
Die Tankanordnung nach
Bei der
Dieser Behälter weist außenseitig einen Filter auf mit entsprechender Filterfläche und Filtertiefe. Im Behälter befindet sich eine Fördereinheit für das Reduktionsmittel. Die Fördereinheit steht mit einer Abnahmestelle für das Reduktionsmittel in Verbindung. Der Behälter nach
Die Vorrichtung nach
Aus der
Weiterhin zeigt die
In der
Die
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Heizeinrichtung für eine Vorrichtung zur Aufnahme und Bereitstellung von flüssigem Reduktionsmittel anzugeben, welche in einfacher Weise herstellbar ist und die den speziellen Bedingungen, insbesondere der notwendigen Reagenzienbeständigkeit genügt.From the foregoing, it is therefore an object of the invention to provide a further developed heating device for a device for receiving and providing liquid reducing agent, which can be produced in a simple manner and which meets the specific conditions, in particular the necessary reagent resistance.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.The object of the invention is achieved by the feature combination according to
Es wird demnach von einer Vorrichtung zur Aufnahme und Bereitstellung von flüssigem Reduktionsmittel ausgegangen, welches aus einem Tank und einen in den Tankinnenraum hineinreichenden, topfartigen Behältnis besteht. Im Behältnis befinden sich mindestens eine Fördereinheit für das Reduktionsmittel, gegebenenfalls ein Sensor und ein Anschluss des Reduktionsmittels. Weiterhin sind Mittel zur Befestigung des Behältnisses im oder am Tank ausgebildet.It is therefore assumed that a device for receiving and providing liquid reducing agent, which consists of a tank and a reaching into the tank interior, cup-shaped container. In the container are at least one conveyor unit for the reducing agent, optionally a sensor and a connection of the reducing agent. Furthermore, means for attaching the container are formed in or on the tank.
Weiterhin ist ein Moduleinsatz vorgesehen, welcher über einen Trägerkörper verfügt. Dieser Trägerkörper nimmt bevorzugt lediglich die Fördereinheit und den Sensor sowie gegebenenfalls den Anschluss zur Abgabe des Reduktionsmittels auf und es sind auf oder mittels des Trägerkörpers funktional erforderliche elektrische und/oder hydraulische Verbindungen realisiert derart, dass zu Wartungs- und Servicezwecken der Moduleinsatz in einfacher Weise entnommen werden kann und gegebenenfalls austauschbar ist. Grundsätzlich soll also der Moduleinsatz bzw. der Trägerkörper nur die funktionswesentlichen Komponenten aufnehmen, die üblicherweise einem Verschleiß und einer gewissen Ausfallwahrscheinlichkeit unterliegen. Dies sind im Regelfall die Fördereinheit, d. h. die Reduktionsmittelpumpe und ein Sensor, insbesondere ein Drucksensor zur Überwachung der über die Pumpe variierbaren Druckverhältnisse im Reduktionsmittel-Versorgungssystem, bevorzugt für ein System, welches in einem Kraftfahrzeug Verwendung findet.Furthermore, a module insert is provided which has a carrier body. This carrier body preferably takes only the conveyor unit and the sensor and optionally the connection for dispensing the reducing agent and it realized on or by means of the carrier body functionally required electrical and / or hydraulic connections such that removed for maintenance and service purposes of the module insert in a simple manner and may be interchangeable. In principle, therefore, the module insert or the carrier body should only accommodate the functionally essential components that are usually subject to wear and a certain probability of failure. These are usually the conveyor unit, d. H. the reducing agent pump and a sensor, in particular a pressure sensor for monitoring the variable via the pump pressure ratios in the reducing agent supply system, preferably for a system which is used in a motor vehicle.
Ausgestaltend umfasst der Trägerkörper eine Trägerplatte, welche als elektrischer Verdrahtungsträger ausgebildet ist oder einen solchen Verdrahtungsträger aufnimmt. Zum Einsatz kommen kann hier eine z. B. mehrlagige Leiterplatte oder eine Trägerplatte mit Leadframe-Kontaktierungsmitteln. Der Sensor, der sich auf dem Trägerkörper befindet, ist bevorzugt als Druck- und/oder Temperatursensor oder als entsprechender kombinierter Sensor ausgebildet.Ausgestaltend the support body comprises a support plate, which is designed as an electrical wiring carrier or receives such a wiring carrier. Can be used here a z. B. multilayer printed circuit board or a carrier plate with leadframe contacting means. The sensor, which is located on the carrier body, is preferably designed as a pressure and / or temperature sensor or as a corresponding combined sensor.
Der Trägerkörper weist darüber hinaus eine zentrale elektrische Anschlusseinheit auf, die z. B. ein Mehrfachkontaktstecker oder eine Mehrfachkontaktbuchse sein kann, welche üblicherweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Denkbar ist hier auch eine sogenannte Fakra-Verbindung.The carrier body also has a central electrical connection unit, the z. B. may be a multiple contact or a multiple contact socket, which is commonly used in motor vehicles. Conceivable here is also a so-called Fakra connection.
Der Moduleinsatz ist als ein austauschbares, kartuschenartiges Gebilde ausgeführt, welches z. B. nach Abnahme eines Deckels ohne weiteres und ohne zusätzliche Werkzeuganwendungen zugänglich ist.The module insert is designed as an exchangeable, cartridge-like structure, which z. B. after removal of a lid readily accessible and without additional tool applications.
Im Raum zwischen dem Behältnis und dem Moduleinsatz kann in an sich bekannter Weise eine Filtereinheit für das Reduktionsmittel angeordnet sein.In the space between the container and the module insert, a filter unit for the reducing agent can be arranged in a conventional manner.
Dadurch, dass der Moduleinsatz in einfacher Weise entnommen werden kann, besteht auch ein leichter Zugang zur Filtereinheit, die diesbezüglich ebenfalls leicht austauschbar ist.The fact that the module insert can be removed in a simple manner, there is also an easy access to the filter unit, which is also easily interchangeable in this regard.
Das topfartige Behältnis kann Bestandteil eines Flansches des Tanks sein. Insofern kann das topfartige Behältnis einstückig mit dem Tank bzw. dem Tankkörper ausgebildet werden.The cup-like container may be part of a flange of the tank. In this respect, the cup-shaped container can be formed integrally with the tank or the tank body.
Bevorzugt besteht der Moduleinsatz aus einem Kunststoffmaterial, welches gegen das Reduktionsmittel beständig ist, insbesondere einem HDPE-Material. Preferably, the module insert consists of a plastic material which is resistant to the reducing agent, in particular a HDPE material.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Moduleinsatz eine unregelmäßige geometrische Gestalt, die einer diesbezüglichen Aufnahme im Behältnis bzw. eines Flanschabschnitts des Behältnisses komplementär ist, um einen positions- und anschlussgerechten, d. h. lagegerechten Einbau bzw. Austausch zu ermöglichen.In a preferred embodiment, the module insert has an irregular geometric shape that is complementary to a respective receptacle in the container or a flange portion of the container to a position- and connection-compliant, d. H. to allow installation or replacement in accordance with the requirements.
Erfindungsgemäß ist der Moduleinsatz und/oder der Trägerkörper und/oder das Behältnis und/oder mindestens Teile des topfartigen Behältnisses mehrlagig oder mehrschichtig ausgebildet und es nimmt eine der Schichten elektrische Heizelemente auf bzw. sind in mindestens eine der Schichten elektrische Heizelemente eingebettet.According to the invention, the module insert and / or the carrier body and / or the container and / or at least parts of the pot-like container are designed as multi-layered or multi-layered and one of the layers receives electrical heating elements or if electrical heating elements are embedded in at least one of the layers.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird zunächst von einem ein- oder zweidimensionalen Kunststoffausgangsmaterial für den Moduleinsatz bzw. den Trägerkörper oder den Tankboden ausgegangen. Auf dieses ein- oder zweidimensionale Kunststoffausgangsmaterial werden die elektrischen Heizelemente form- und/oder stoffschlüssig fixiert. Nach dem Fixieren der Heizelemente erfolgt bei Notwendigkeit eine Umformung des Kunststoffausgangsmaterials zum gewünschten mehrdimensionalen Fertiggebilde.According to a first aspect of the invention, a one- or two-dimensional plastic starting material for the module insert or the carrier body or the tank bottom is initially assumed. On this one or two-dimensional plastic starting material, the electric heating elements are positively and / or cohesively fixed. After fixing the heating elements, if necessary, a transformation of the plastic starting material to the desired multi-dimensional finished structure.
Während dieses Umformschritts bzw. im Anschluss an den Umformschritt erfolgt ein Umspritzen der Struktur, so dass die gewünschte Reagenzienbeständigkeit geschaffen wird.During this forming step or subsequent to the forming step, the structure is overmolded so that the desired reagent stability is achieved.
Insbesondere um den gewünschten Einbau in Flüssigkeitstanks sicherzustellen, wird der mit dem Heizleitermaterial bestückte Kunststoffträger mit einem PE-Material umspritzt. Wenn das Kunststoffausgangsmaterial ebenfalls aus PE besteht, ergibt sich eine sichere Verbindung zwischen Kunststoffträger und Umspritzung sowie eine Optimierung des gewünschten Wärmeübergangs.In particular, to ensure the desired installation in liquid tanks, the stocked with the Heizleitermaterial plastic carrier is encapsulated with a PE material. If the plastic starting material also consists of PE, there is a secure connection between the plastic carrier and encapsulation and an optimization of the desired heat transfer.
Bei einer Ausführungsform wird der elektrische Heizleiter durch Besticken auf dem Kunststoffträger-Ausgangsmaterial fixiert. Insofern kann als Heizleiter ein mit textiltechnologischem Verfahren hergestelltes und entsprechend verarbeitbares Garn oder ein entsprechender Faden verwendet werden.In one embodiment, the electrical heating conductor is fixed by embroidering on the plastic carrier starting material. In this respect, can be used as a heat conductor manufactured using textile technology process and processed accordingly yarn or a corresponding thread.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist das flexible elektrische Heizelement auf dem Moduleinsatz und/oder dem Behältnis und/oder auf dem topfartigen Behältnis aufgebracht, wobei im Anschluss die Gebilde mit aufgebrachten Heizelementen umspritzt werden, um einerseits die gewünschte Reagenzienbeständigkeit zu schaffen sowie um andererseits eine weitere Stabilisierung und innige Verbindung der Heizelemente mit dem Trägermaterial zu bewerkstelligen.According to a second aspect of the invention, the flexible electrical heating element is applied to the module insert and / or the container and / or on the cup-shaped container, wherein subsequently the structures are coated with applied heating elements, on the one hand to provide the desired reagent resistance and on the other hand a further stabilization and intimate connection of the heating elements with the carrier material to accomplish.
Bei einem dritten Aspekt der Erfindung sind Tankboden und Behältnis einstückig gefertigt und weisen jeweils eine umspritzte Struktur von elektrischen Heizelementen auf. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass das Behältnis auch als Tankflanschmodul ausgebildet sein kann, wobei das Tankflanschmodul dann unmittelbar den Moduleinsatz mit den Funktionsbaugruppen Trägerkörper, Pumpe, Sensor usw. aufnimmt.In a third aspect of the invention tank bottom and container are made in one piece and each have an overmolded structure of electric heating elements. It should be noted at this point that the container can also be configured as a tank flange module, wherein the tank flange module then immediately the module insert with the functional assemblies carrier body, pump, sensor, etc. receives.
Die vorerwähnte Möglichkeit der Ausbildung eines quasi beheizten Tankbodens und/oder beheizter Tankwände findet je nach Größe und Volumen des Tanks und der vorgesehenen Lage im Kraftfahrzeug statt. Wesentlich hierbei ist, dass unter allen Einsatzbedingungen ein Einfrieren der Reduktionsflüssigkeit verhindert wird und ein sicherer Betrieb der diesbezüglichen Abgasreinigungsanlage gewährleistet wird.The aforementioned possibility of forming a quasi-heated tank bottom and / or heated tank walls takes place depending on the size and volume of the tank and the intended location in the motor vehicle. It is essential that freezing of the reducing liquid is prevented under all conditions of use and safe operation of the relevant emission control system is ensured.
Durch eine Segmentierung der Heizelemente in Heizleitergruppen besteht die Möglichkeit, entsprechend der jeweiligen Umgebungstemperaturen und der jeweiligen Einsatzbedingungen die Heizleistung zu steuern bzw. das Zuführen von Wärmeenergie auf bestimmte räumliche Bereiche innerhalb des Tanks zu konzentrieren, um beispielsweise ein schnelles Auftauen der Reduktionsflüssigkeit und eine schnelle Inbetriebnahme der Anlage zu gewährleisten.Segmenting the heating elements in heating conductor groups makes it possible to control the heating power or to concentrate the supply of heat energy to specific spatial areas within the tank, for example a rapid thawing of the reducing fluid and rapid startup, in accordance with the respective ambient temperatures and the respective operating conditions to ensure the plant.
Bei einem vierten Aspekt der Erfindung besteht der Moduleinsatz und/oder der Trägerkörper und/oder mindestens Teile des topfartigen Behältnisses aus einem Kunststoffausgangsmaterial, auf welches Heizelemente form- und/oder stoffschlüssig fixiert sind, wobei nach dem Fixieren der Heizelemente ein Umspritzen des Kunststoffausgangsmaterials erfolgt.In a fourth aspect of the invention, the module insert and / or the carrier body and / or at least parts of the pot-like container made of a plastic starting material, which are fixed positively and / or cohesively, wherein after fixing of the heating elements, an encapsulation of the plastic starting material takes place.
Die elektrischen Heizelemente sind bei dieser vierten Ausführungsform so ausgebildet, dass zunächst eine Leiterstruktur oder eine Leiterspinne auf dem Kunststoffausgangsmaterial aufgebracht ist. Das Kunststoffausgangsmaterial kann in diesem Fall ein Vorspritzling sein, wobei die Leiterstruktur oder die Leiterspinne einen Einleger darstellt.The electrical heating elements are formed in this fourth embodiment so that first a conductor structure or a conductor spider is applied to the plastic starting material. The plastic starting material may in this case be a pre-molded part, wherein the conductor structure or the conductor spider represents an insert.
Die Leiterstruktur oder die Leiterspinne wird dann mit einem dotierten, leitfähigen, insbesondere spritzbaren Material bedeckt oder umgeben.The conductor structure or the conductor spider is then covered or surrounded by a doped, conductive, in particular injectable material.
Die mit dem dotierten, leitfähigen Material bedeckte oder umgebene Leiterstruktur oder Leiterspinne weist isolierende, elektrisch trennende Abschnitte auf, welche bevorzugt aus dem Kunststoffausgangsmaterial bestehen. In diesem Fall kann der Moduleinsatz und/oder der Trägerkörper und/oder mindestens Teile des topfartigen Behältnisses aus dem Kunststoffausgangsmaterial als Trennwände ausgebildete Abschnitte besitzen, wobei bei einer Ausführungsform zwischen jeweils zwei Trennwänden die Leiterstruktur hineinreicht und der Raum zwischen den Trennwänden mit dem dotierten, leitfähigen Material gefüllt bzw. ausgespritzt wird. Durch diese Maßnahme entsteht ein kompakter, nicht nur flächiger, sondern quasi dreidimensionaler leistungsfähiger Heizleiter.The conductor structure or conductor spider covered or surrounded by the doped, conductive material has insulating, electrically separating sections, which preferably consist of the Plastic starting material exist. In this case, the module insert and / or the carrier body and / or at least parts of the pot-like container of the plastic starting material may have formed as partitions sections, wherein in one embodiment between each two partitions, the conductor structure extends into and the space between the partitions with the doped, conductive Material is filled or injected. This measure creates a compact, not only flat, but quasi-three-dimensional powerful heating conductor.
Wenn die Heizelemente aus einem spritzfähigen Kaltleitermaterial in Form eines entsprechend dotierten Kunststoffs gefertigt werden, stellt sich der positive Effekt beim Bestromen der Heizelemente eines Kaltleiters dergestalt ein, dass bedingt durch den positiven Temperaturkoeffizienten bei steigender Temperatur sich der Widerstand der Heizelemente erhöht. Dies führt zu einer vorteilhaften Strombegrenzung im Sinne einer Selbstregelung einer entsprechend realisierten Heizung.If the heating elements are made of a heatable PTC material in the form of a suitably doped plastic, the positive effect when energizing the heating elements of a PTC thermistor is such that due to the positive temperature coefficient with increasing temperature, the resistance of the heating elements increases. This leads to an advantageous current limitation in the sense of self-regulation of a correspondingly realized heating.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher beschrieben werden.The invention will be described below with reference to an embodiment and with the aid of figures.
Hierbei zeigen die
Die
Die derart ausgebildete Leiterspinne kann als Einleger für den späteren Trägerkörper verwendet werden.The conductor spider formed in this way can be used as an insert for the later carrier body.
Einen entsprechenden Trägerkörper
Der Trägerkörper
Die
Die Dotierung des leitfähigen Materials ist so realisiert, dass ein Kaltleiter, d. h. ein Heizelement mit positivem Temperaturkoeffizienten, gebildet wird.The doping of the conductive material is realized so that a PTC thermistor, i. H. a heating element with a positive temperature coefficient is formed.
Die so geschaffene Anordnung kann dann im Sinne einer Komplettierung umspritzt werden, wobei bezüglich dieses Spritzmaterials HDPE bevorzugt zum Einsatz kommt.The arrangement thus created can then be encapsulated in the sense of a completion, with respect to this spray HDPE is preferably used.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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