DE102015017122B4

DE102015017122B4 - Betriebsflüssigkeitsbehälter

Info

Publication number: DE102015017122B4
Application number: DE102015017122.4A
Authority: DE
Inventors: Nicolai Schuhmacher
Original assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Current assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2023-03-23
Anticipated expiration: 2035-07-04
Also published as: DE102015017122A1

Abstract

Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) aufweisendzumindest eine Komponente (2) ausgewählt aus der Gruppe umfassend eine Förderpumpe (21), eine Filtereinrichtung (22), einen Qualitätssensor (23) und/oder einen Füllstandsgeber (24) und zudemzumindest eine Heizeinrichtung (3),dadurch gekennzeichnet, dassdie Heizeinrichtung (3) außerhalb des Betriebsflüssigkeitsbehälters (1) an der Wandung (4) des Betriebsflüssigkeitsbehälters (1) und/oder innerhalb der Wandung (4) des Betriebsflüssigkeitsbehälters (1) angeordnet ist und, dass die Heizeinrichtung (3) eine gekapselte folienförmige Heizeinrichtung (3) ist, die eine Schicht eines Heizpolymers aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Betriebsflüssigkeitsbehälter, aufweisend eine Heizeinrichtung, zur Bevorratung von Betriebsflüssigkeiten, welche die Tendenz aufweisen, bei niedrigen Umgebungstemperaturen einzufrieren.
Ein Betriebsflüssigkeitsbehälter kann vorzugsweise ein Flüssigkeitsbehälter für eine wässrige Harnstofflösung sein, die für ein SCR-Verfahren (Selectiv Catalytic Reduction) benötigt wird, um bei Dieselfahrzeugen die Stickoxydemission zu senken. Diese wässrige Harnstofflösung wird von dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang, zum Beispiel mittels einer Dosierpumpe oder eines Injektors, eingespritzt. Solche bei Kraftfahrzeugen verwendete Harnstofflösungen weisen in der Regel die Tendenz auf, bei Temperaturen unterhalb von ungefähr -11 °C einzufrieren. Der Betriebsflüssigkeitsbehälter kann jedoch auch ein Kraftstofftank, insbesondere ein Kraftstofftank für Dieselkraftstoffe sein, da Dieselkraftstoff ebenfalls bei niedrigen Temperaturen einfrieren kann. Ein weiteres Beispiel für einen Betriebsflüssigkeitsbehälter ist ein Behälter für Scheibenwischwasser.
Im Folgenden wird auf einen Betriebsflüssigkeitsbehälter für wässrige Harnstofflösungen Bezug genommen, wobei sämtliche Ausführungen entsprechend auch für Flüssigkeitsbehälter für Kraftstoffe, Scheibenwischwasser, oder allgemein für Betriebsflüssigkeitsbehälter anwendbar sind.
Bei Umgebungstemperaturen, die unter dem Gefrierpunkt der Betriebsflüssigkeiten liegen, frieren diese ein und müssen für einen ordnungsgemäßen Betrieb des Fahrzeugs möglichst innerhalb einer kurzen Zeit nach dem Start des Fahrzeugs aufgetaut werden. Zu diesem Zweck werden im Stand der Technik elektrisch betriebene Heizungen verwendet, die in den Betriebsflüssigkeitsbehältern angeordnet sind und zum Auftauen der Betriebsflüssigkeit verwendet werden. Insbesondere bei großen Behältern, sehr kalten Umgebungstemperaturen (Kaltländer) und/oder kurzen Betriebsdauern des Fahrzeugs (WDC = Work Drive Cycle) sind solche im Betriebsflüssigkeitsbehälter integrierte Heizungen überfordert. Hinzu kommt nachteilhafterweise, dass solche im Betriebsflüssigkeitsbehälter angeordnete Heizeinrichtungen zum einen beständig gegenüber der Betriebsflüssigkeit sein müssen, zum anderen auch mit Schutzmaßnahmen versehen werden müssen, die sie beispielsweise gegen den Eisdruck der gefrorenen Betriebsflüssigkeit oder gegen die kinetische Energie der in den Betriebsflüssigkeitsbehälter eingefüllten Betriebsflüssigkeit oder des dort vorhandenen Eises beim Betanken schützt. Gleiches, insbesondere hinsichtlich der Beständigkeit gegenüber der Betriebsflüssigkeit, gilt ebenfalls für die Konnektierung der Heizeinrichtung, d. h. beispielsweise der Kabel und Stecker, die z. B. mit Kriechsperren versehen werden müssen. Ein weiterer Nachteil der im Stand der Technik bekannten Heizeinrichtungen liegt darin, dass diese in der Regel mit dem im Betriebsflüssigkeitsbehälter angeordneten Fördermodul verbunden sind und/oder mit diesem gemeinsam geregelt werden.
Aus DE 10 2009 041 719 A1 ist eine Behälteranordnung für ein Fahrzeug, mit einem SCR-Tank zum Speichern eines Hilfsmittels, welches in einen Abgastrakt des Fahrzeugs einbringbar ist, bekannt. Zum Beheizen des Hilfsmittels ist wenigstens eine Heizeinrichtung vorgesehen, welche wenigstens eine Heizfolie umfasst. Die Heizfolie ist zumindest an einer Unterseite des SCR-Tanks auf einer Außenseite des SCR-Tanks angeordnet.
Aus DE 10 2008 014 415 A1 ist ein Flüssigkeitsbehälter für ein Kraftfahrzeug mit einer Behälterwand aus Kunststoff, die mindestens ein metallisches Widerstandsheizelement trägt, bekannt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Behälterwand zum Schutz vor Überhitzung mindestens ein PPTC-Element trägt, das mit dem mindestens einen Heizelement in Reihe geschaltet ist.
Aus DE 10 2005 037 201 A1 ist ein Heizsystem, insbesondere für ein Harnstoff-Versorgungssystem eines Abgasreinigungskatalysators einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend eine Tankheizung zum Beheizen eines Flüssigkeitstanks, insbesondere eines Harnstofftanks, und eine Filterheizung zum Beheizen eines Filters zum Filtern von in dem Tank gespeicherter Flüssigkeit, wobei die Filterheizung durch einen als Widerstandsheizelement ausgebildeten Heizabschnitt einer elektrischen Anschlussleitung der Tankheizung gebildet wird, bekannt.
Aus US 4 571 481 A ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erhitzen von Flüssigkeiten, z.B. Dieselkraftstoff, mittels eines konduktiven Polymerheizers, der keinen Isoliermantel hat, so dass ein direkter physischer Kontakt zwischen der Flüssigkeit und den elektrisch leitenden Teilen des Heizers besteht, bekannt. Dies führt zu einer verbesserten Wärmeübertragung auf die Flüssigkeit. Das Heizelement ohne Ummantelung besteht aus einem Paar länglicher, voneinander beabstandeter Elektroden, die in einen länglichen Streifen eines leitfähigen Polymers, wie z. B. vernetztes Polyvinylidenfluorid, eingebettet sind, das das PTC-Verhalten unterbindet. Das Heizgerät befindet sich in einem Behälter, durch den der zu erhitzende Dieselkraftstoff von einer Eingangsöffnung zu einer Ausgangsöffnung fließt. Die Außenfläche des Polymerstreifens liegt frei und wird direkt vom fließenden Dieselkraftstoff berührt.
Aus DE 26 55 543 C2 ist ein elektrisches Heizelement enthaltend ein schichtförmiges, aus einem elektrisch leitfähigen Polymer aufgebautes Element, das ein organisches Polymer und darin dispergierte elektrisch leitende Partikel einer solchen Menge enthält, dass das Element elektrisch leitfähig wird, bekannt.
Aus EP 1 473 447 A1 ist ein Flüssigkeitsbehälter für Kraftfahrzeuge, insbesondere für eine wässrige Harnstofflösung, mit einem Behälterinnenraum, in welchen die Flüssigkeit einfüllbar ist, und einer oben liegenden Behälterwand für einen flüssigkeitsdichten Abschluss des Behälterinnenraums, wobei zwischen einem maximalen Flüssigkeitspegel bei maximalem Füllstand im Behälterinnenraum und einer Innenseite der oben liegenden Behälterwand ein Freiraum vorgesehen ist, der einer Volumenvergrößerung einschließlich dem Ausblühen der im Behälterinnenraum gefrorenen Flüssigkeit entspricht, bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Betriebsflüssigkeitsbehälter bereitzustellen, der ein verlässliches, kostengünstiges und schnelles Auftauen der Betriebsflüssigkeit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Betriebsflüssigkeitsbehälter mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in dessen Unteransprüchen angegeben.
Der Betriebsflüssigkeitsbehälter der vorliegenden Erfindung weist zumindest eine Komponente auf, die ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend eine Förderpumpe, eine Filtereinrichtung, einen Qualitätssensor und/oder einen Füllstandsgeber. Zudem weist der Betriebsflüssigkeitsbehälter zumindest eine Heizeinrichtung auf, wobei diese Heizeinrichtung außerhalb des Betriebsflüssigkeitsbehälters an der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters und/oder innerhalb der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet ist.
Einer der Kerngedanken der vorliegenden Erfindung liegt damit darin, die Heizeinrichtung nicht in Kontakt mit der Betriebsflüssigkeit kommen zu lassen, wodurch diese vorteilhafterweise zum einen nicht beständig gegenüber dieser Betriebsflüssigkeit zu sein braucht, noch gegen mechanische Belastungen abgesichert werden muss, wie dies beispielsweise durch den Eisdruck der gefrorenen Betriebsflüssigkeit oder das Aufprallen der Betriebsflüssigkeit auf die Heizeinrichtung beim Befüllen des Betriebsflüssigkeitsbehälters auftreten kann.
Bei der Förderpumpe des erfindungsgemäßen Betriebsflüssigkeitsbehälters handelt es sich um eine Förderpumpe, die zum Fördern der Betriebsflüssigkeit geeignet ist. Bevorzugt wird hierbei die Betriebsflüssigkeit mittels einer zumindest teilweise innerhalb des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordneten Förderleitung aus dem Betriebsflüssigkeitsbehälter gepumpt. Weiter bevorzugt wird, falls es sich bei der Betriebsflüssigkeit um eine wässrige Harnstofflösung handelt, diese über die Förderleitung mittels einer Injektionseinrichtung dem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs zugeführt.
Die Filtereinrichtung der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise ein Filterelement auf und dient der Filterung der zu fördernden Betriebsflüssigkeit.
Unter einem Qualitätssensor im Sinne der Erfindung ist ein Sensor zu verstehen, mit dem bevorzugt eine Fehlbefüllung des Betriebsflüssigkeitsbehälters detektierbar ist. Die Detektion der korrekt eingefüllten Betriebsflüssigkeit kann über verschiedenste physikalische Parameter der Betriebsflüssigkeit erfolgen, beispielsweise über eine Dichtemessung oder über Leitfähigkeitsmessung der eingefüllten Betriebsflüssigkeit.
Als Füllstandsgeber kann beispielsweise ein Ultraschallsensor Verwendung finden, der bevorzugt so innerhalb des Betriebsflüssigkeitsbehälters platziert wird, so dass dieser an der Stelle des höchstmöglichen Flüssigkeitsstandes der Betriebsflüssigkeit angeordnet wird. Als Füllstandsgeber kann jedoch beispielsweise auch eine sogenannte Kombi-Sensor-Einheit vorgesehen sein, die sowohl einen (Ultraschall-) Füllstandssensor als auch einen Dichtesensor als Qualitätssensor umfasst. Der Dichtesensor dient dazu, die korrekte Konzentration der wässrigen Harnstofflösung im Betriebsflüssigkeitsbehälter zu gewährleisten bzw. eine von der Norm abweichende Konzentration zu detektieren.
Die Komponenten ausgewählt aus der Gruppe umfassend eine Förderpumpe, eine Filtereinrichtung, einen Qualitätssensor und/oder einen Füllstandsgeber lassen sich im Sinne der vorliegenden Erfindung frei miteinander kombinieren. Vorteilhafterweise sind jedoch einzelne, mehrere oder alle dieser Komponenten im Betriebsflüssigkeitsbehälter angeordnet. Noch bevorzugter sind einzelne, mehrere, oder alle dieser Komponenten in einem Modulgehäuse angeordnet, über das die Komponente von außen und durch eine Öffnung im Boden des Betriebsflüssigkeitsbehälters austauschbar eingesetzt werden kann. Noch bevorzugter ist ein solches Modulgehäuse mit dem Boden des Betriebsflüssigkeitsbehälters auf der Innenseite dieses Behälters flüssigkeitsdicht verbunden. Solche in einem Modulgehäuse angeordnete Komponenten können auch als Fördermodul bezeichnet werden.
Der Betriebsflüssigkeitsbehälter weist weiterhin ein Vorratsvolumen zur Bevorratung der Betriebsflüssigkeit auf, das durch die Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters begrenzt wird. Die Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters weist zwei Seiten bzw. Oberflächen auf, wobei diejenige Seite bzw. Oberfläche, die in Kontakt mit der Betriebsflüssigkeit stehen kann, als Innenseite bzw. innere Oberfläche bezeichnet wird, während diejenige Seite bzw. Oberfläche, die nach Befüllung des Behälters nicht in Kontakt mit der Betriebsflüssigkeit steht, als Außenseite bzw. äußere Oberfläche des Betriebsflüssigkeitsbehälters bezeichnet wird.
Weiterhin beziehen sich vorzugsweise alle Angaben zur Richtung bzw. Ausrichtung in Bezug auf den Betriebsflüssigkeitsbehälter (z. B. der „Boden“, bzw. „Behälterboden“, oder die „tiefste Stelle“) auf einen ordnungsgemäß in ein Kraftfahrzeug verbauten Betriebsflüssigkeitsbehälter und dessen so gegebene räumliche Anordnung.
Der Betriebsflüssigkeitsbehälter gemäß der vorliegenden Erfindung weist weiterhin eine Heizeinrichtung auf, die außerhalb des Betriebsflüssigkeitsbehälters an der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters und/oder innerhalb der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet ist. Damit ist die Heizeinrichtung an der Außenseite bzw. der äußeren Oberfläche der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet und/oder zwischen der Außenseite und der Innenseite bzw. zwischen der äußeren Oberfläche und der inneren Oberfläche des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet. Vorzugsweise ist die Heizeinrichtung an der Außenseite bzw. der äußeren Oberfläche der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet, da hierdurch eine besonders leicht umzusetzende Anbringung ermöglicht wird.
Für den Fall, dass die Heizeinrichtung außerhalb des Betriebsflüssigkeitsbehälters an der Wandung desselben angeordnet ist, ist diese vorzugsweise direkt an dieser angebracht. In anderen kontaktiert die Oberfläche der Heizeinrichtung die äußere Oberfläche des Betriebsflüssigkeitsbehälters. Hierunter soll verstanden werden, dass Heizeinrichtung und äußere Oberfläche des Betriebsflüssigkeitsbehälters so in Kontakt miteinander stehen, dass ein Wärmefluss zwischen Heizeinrichtung und Oberfläche gegeben ist. Dies schließt nicht aus, dass zwischen Heizeinrichtung und äußerer Oberfläche des Betriebsflüssigkeitsbehälters eine dazwischenliegenden Haftvermittlungsschicht, wie beispielsweise einem Klebstoff oder einem Kunststoff, angeordnet ist. Weiter vorzugsweise ist die Heizeinrichtung stoffschlüssig mit der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters verbunden, beispielsweise durch Verklebung.
Der Betriebsflüssigkeitsbehälter kann aus thermoplastischem Kunststoff ausgebildet sein. Vorzugweise wird dieser im Spritzgussverfahren oder durch ein Blasformverfahren hergestellt. Vorzugsweise ist die Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters mehrschichtig ausgeführt, d. h. sie weist zumindest zwei thermoplastische Kunststoffschichten auf. In einem solchen Fall kann die Heizeinrichtung bevorzugt zwischen zwei solchen thermoplastischen Kunststoffschichten - und damit innerhalb der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters - angeordnet werden.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Betriebsflüssigkeitsbehälter um einen Betriebsflüssigkeitsbehälter für Fahrzeuge, weiter bevorzugt für Kraftfahrzeuge.
Die Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt eine Heizeinrichtung zur Bereitstellung wenigstens einer eisfreien Teilmenge der Betriebsflüssigkeit, weiter bevorzugt zur Bereitstellung wenigstens einer eisfreien Teilmenge und weiter bevorzugt zur Bereitstellung wenigstens einer eisfreien Teilmenge der Betriebsflüssigkeit bei niedrigen Umgebungstemperaturen. Insbesondere liegen diese niedrigen Umgebungstemperaturen bevorzugt in einem Temperaturbereich von ≤ -10°C.
Die Heizeinrichtung kann an jeder geeigneten Stelle an oder innerhalb der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet sein, die das Auftauen der Betriebsflüssigkeit ermöglicht oder dazu führt, dass diese trotz niedriger Umgebungstemperaturen in einem flüssigen Aggregatzustand bleibt. Bevorzugt ist die Heizeinrichtung im Bereich des Bodens des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet. Hierunter soll die untere Hälfte, das untere Drittel, oder bevorzugt das untere Viertel des Betriebsflüssigkeitsbehälters verstanden werden. Noch bevorzugter ist die Heizeinrichtung in einem Bereich nahe oder an der tiefsten Stelle des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die eingefrorene Betriebsflüssigkeit bevorzugt an der Stelle aufgetaut wird, an der sie in der Regel auch aus dem Betriebsflüssigkeitsbehälter entnommen wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Heizeinrichtung nahe, oder an der Öffnung im Boden des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet, durch welche die Betriebsflüssigkeit entnommen wird. Bevorzugt weist der Betriebsflüssigkeitsbehälter eine Öffnung im Bereich seines Bodens auf, durch die die Betriebsflüssigkeit entnommen werden kann. Noch bevorzugter ist diese Öffnung im unteren Viertel und/oder im Bereich der - oder bevorzugt an der - tiefsten Stelle des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet.
Besonders vorteilhaft kann die Heizeinrichtung an einer anderen Stelle als im Bereich der Öffnung des Betriebsflüssigkeitsbehälters bzw. des Fördermoduls angeordnet sein. Dies kann bedeuten, dass die Heizeinrichtung nicht an der tiefsten Stelle des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass ein Auftauen auch an weiteren Stellen als an dem Modul erfolgt, was zu einem verbesserten Auftauverhalten führt. Weiterhin ist eine solche Anordnung insbesondere bei Einfrieren in Schräglage des Fahrzeugs von Vorteil. Es sind jedoch auch Kombinationen denkbar und bevorzugt, an der die Heizeinrichtung sowohl im Bereich der Öffnung des Betriebsflüssigkeitsbehälters als auch an einer weiteren, davon entfernten Stelle angeordnet ist. Hierzu eignet sich insbesondere eine Folienförmige Heizeinrichtung, die großflächig an dem Betriebsflüssigkeitsbehälter angebracht werden kann.
Die Heizeinrichtung ist nicht Teil des Fördermoduls, wie im Stand der Technik bekannt. Sie kann jedoch vorzugsweise zusätzlich zu einem solchen Fördermodul mit integriertem Heizelement verbaut sein. Dies hat den Vorteil, dass eingefrorene Betriebsflüssigkeit auch an einer anderen Stelle, als der Position des Fördermoduls - welches im Regelfall an der tiefsten Stelle des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet ist - aufgetaut werden kann. Besonders vorteilhaft ist dies bei einem Einfrieren der Betriebsflüssigkeit in Schräglage des Kraftfahrzeugs.
Die Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung kann jegliche geeignete Form aufweisen. Die Heizeinrichtung kann flexibel ausgeführt sein. Die Heizeinrichtung kann folienförmig und/oder flexibel ausgeführt sein. Hierunter soll verstanden werden, dass die Heizeinrichtung aus zumindest einer Schicht aufgebaut ist, die vorzugsweise flexibel ist. Hierdurch wird vorteilhafterweise gewährleistet, dass die Heizeinrichtung die Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters auch dann sehr effizient und über eine möglichst große Fläche kontaktieren kann, wenn dieser eine Kontur aufweist. In anderen Worten führt eine folienförmige und/oder flexible Ausführung der Heizeinrichtung dazu, dass sich diese auf einfache Art und Weise an eine vorgegebene Form des Betriebsflüssigkeitsbehälters anpasst und an der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters und/oder innerhalb der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet werden kann.
Eine folienförmige Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung besteht bevorzugt aus zumindest drei Schichten. Die erste Schicht, im Folgenden als Substratschicht bezeichnet, dient als Trägerschicht und zum Aufbringen der Heizeinrichtung auf die Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters. Diese Substratschicht besteht bevorzugt aus einem Polyimid, PET und/oder einem Flüssigkristallpolymer. Weiter bevorzugt weist die Substratschicht eine Schichtdicke von ungefähr 25 bis 100 µm, weiter bevorzugt von 25 bis 50 µm auf. Die zweite, über der ersten Schicht der folienförmigen Heizeinrichtung angeordnete Schicht wird als Heizpolymerschicht bezeichnet. Diese führt bei Anlegen einer elektrischen Spannung zu einer Wärmeentwicklung, bevorzugt durch das Aussenden von infraroter Strahlung. Die Heizpolymerschicht weist bevorzugt eine Schichtdicke von 5 bis 50 µm, noch bevorzugter von ungefähr 20 µm auf. Als dritte Schicht der folienförmigen Heizeinrichtung, die wiederum über der Heizpolymerschicht angeordnet ist, ist eine Schutzschicht vorgesehen. Diese weist bevorzugt eine Schichtdicke von 15 bis 50 µm auf. Die folienförmige Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung kann weiterhin zusätzliche Schichten, wie z. B. Haftvermittlungsschichten enthalten. Bevorzugt weist sie zwischen Schutzschicht und Substratschicht eine oder mehrere Elektroden auf, welche die Heizpolymerschicht elektrisch kontaktieren. Die folienförmige Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung kann auch als gekapselte folienförmige Heizeinrichtung bezeichnet werden, da die eigentliche Heizpolymerschicht auf der einen Seite durch eine Substratschicht und auf der anderen Seite durch die Schutzschicht gekapselt vorliegt, und somit vorteilhafterweise vor Umwelteinflüssen geschützt ist. Wie bereits zuvor ausgeführt, wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine solche flexible folienförmige Heizeinrichtung stoffschlüssig, d. h. zum Beispiel mittels Verklebung oder Verschweißung mit der Außenwand des Betriebsflüssigkeitsbehälters verbunden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Betriebsflüssigkeitsbehälter zumindest eine Isolationsschicht, noch bevorzugter eine thermische Isolationsschicht auf. Hierdurch wird vorteilhaft gewährleist, dass die durch die Heizeinrichtung erzeugte Wärme nicht an die Umgebung, sondern vorrangig an den Betriebsflüssigkeitsbehälter und damit an die eingefrorene Betriebsflüssigkeit abgegeben wird, wodurch ein effizienterer Betrieb der Heizeinrichtung gewährleistet ist. Bevorzugt ist die Isolationsschicht die äußerste Schicht des Betriebsflüssigkeitsbehälters der vorliegenden Erfindung. Weiter vorzugsweise ist diese über der Heizeinrichtung angebracht und/oder bedeckt diese zumindest teilweise. Beispielsweise kann die Isolationsschicht auf die Schutzschicht der folienförmigen Heizeinrichtung aufgebracht sein. Insbesondere, aber nicht ausschließlich für den Fall, dass die Heizeinrichtung in der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet ist, kann die Isolationsschicht auch auf die äußere Oberfläche des Betriebsflüssigkeitsbehälters angebracht werden, bevorzugt wird sie hierbei - zumindest teilweise - oberhalb der Heizeinrichtung angebracht. Hiermit ist gemeint, dass die Isolationsschicht in einem Bereich der äußeren Oberfläche der Wandung des Behälters angebracht wird, in welchem auch die Heizeinrichtung angeordnet ist. Als bevorzugte Isolationsschichten im Sinne der Erfindung kommen insbesondere PU-Schaum und/oder Aluminiumfolie in Betracht.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Heizeinrichtung Eigenschaften eines PTC-Thermistors auf. Solche PTC-Thermistoren (Positive Temperature Coefficient) sind dem Fachmann wohlbekannt und werden auch als Kaltleiter bezeichnet. Hierbei handelt es sich um stromleitende Materialien, die den Strom bei tieferen Temperaturen besser leiten können als bei höheren. In anderen Worten vergrößert sich mit steigender Temperatur ihr elektrischer Widerstand. Charakteristisch für einen Kaltleiter ist es, dass der Widerstand nicht linear zur Temperatur ansteigt. Wie dem Fachmann bekannt ist, erhöht sich die Leistung des Kaltleiters bei sinkenden Temperaturen automatisch und führt so umgekehrt zu einer erhöhten Heizleistung. Ebenso wird die Leistung bei steigenden Temperaturen selbstständig zurückgefahren. Hierdurch wird eine Heizeinrichtung bereitgestellt, die eine hohe Effizienz und Wirtschaftlichkeit aufweist, weiterhin wird durch die zuvor beschriebene automatische Reduzierung der Heizleistung einer PTC-Heizeinrichtung (PTC-Effekt) wirksam eine Überhitzung vermieden, was zu einer erhöhten Sicherheit der Heizeinrichtung führt. Dies ist insbesondere für die Verwendung solcher Heizeinrichtungen in den Betriebsflüssigkeitsbehältern der vorliegenden Erfindung vorteilhaft. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Heizpolymerschicht einer folienförmigen Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung einen PTC-Thermistor bzw. einen Kaltleiter auf.
Vorteilhafterweise kann die Maximaltemperatur des Kaltleiters in gewissen Grenzen und basierend auf dessen Aufbau bestimmt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt diese Maximaltemperatur in einem Bereich von ≥ 50°C und ≤ 100°C, bevorzugter in einem Bereich von ≥ 60°C bis ≤ 90°C und am bevorzugten in einem Bereich zwischen ≥ 70°C und ≤ 80°C.
Bevorzugt ist die Heizeinrichtung eine elektrisch betriebene Heizeinrichtung. Generell kann die Heizeinheit der vorliegenden Erfindung mit Gleichstrom oder Wechselstrom betrieben werden. Bevorzugt wird diese jedoch mit Gleichstrom betrieben.
Ein weiterer Vorteil des zuvor beschriebenen PTC-Effekts ist es, dass eine Regelung der Heizeinrichtung im Wesentlichen entfallen kann. Dementsprechend wird in einer bevorzugten Ausführungsform die den Kaltleiter aufweisende Heizeinrichtung nicht geregelt. Noch bevorzugter ist diese jedoch steuerbar ausgeführt. Hierbei ist die Heizeinrichtung bevorzugt direkt oder indirekt mit einem Temperatursensor verbindbar, wobei es sich noch bevorzugter um einen Temperatursensor zur Ermittlung der Umgebungstemperatur handelt, wie dieses regelmäßig in Kraftfahrzeugen zu finden ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Heizeinrichtung mit einem Temperatursensor verbindbar oder mit diesem verbunden, und wird so angesteuert, dass es lediglich bei einer Außentemperatur bzw. einer Umgebungstemperatur von ≤ -10°C aktiviert wird. Hierdurch wird vorteilhafterweise ein komplettes Einfrieren der Betriebsflüssigkeit verhindert, bei höheren Temperaturen jedoch ein unnötiges Heizen vermieden. In anderen Worten wird die Heizeinrichtung nur bei einer niedrigen Umgebungstemperatur, bevorzugter bei einer Umgebungstemperatur von ≤ -10°C eingeschaltet bzw. aktiviert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Heizeinrichtung mit einer Spannungsversorgung sowie einer Steuereinheit elektrisch verbunden, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, die Heizeinrichtung beim Unterschreiten einer bestimmten Temperatur, vorzugsweise beim Unterschreiten einer Temperatur von ≤ -10°C, einzuschalten. Die Steuereinheit kann weiterhin mit einem Temperatursensor, vorzugsweise einem Temperatursensor zur Ermittlung der Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeugs elektrisch verbunden sein.
Insbesondere bei einer folienförmigen Heizeinrichtung mit dem zuvor beschriebenen Schichtaufbau und darin integrierten Elektroden ist vorteilhafterweise eine elektrische Kontaktierbarkeit dieser Heizeinrichtung an nahezu beliebiger Stelle möglich. Somit können Anschlüsse, wie z. B. Spannungsversorgung der Heizeinrichtung, sehr flexibel an dieser angeordnet werden.
Besonders bevorzugt wird bei einer in der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordneter Heizeinrichtung und/oder einer innerhalb des Betriebsflüssigkeitsbehälters an der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordneten Heizeinrichtung die elektrische Kontaktierung der Heizeinrichtung durch die Schweißnähte des Betriebsflüssigkeitsbehälters herausgeführt. Dies hat den Vorteil, dass die elektrische Kontaktierung nicht mit der Betriebsflüssigkeit in Kontakt kommt und somit nicht kostenaufwendig gegenüber dieser geschützt werden muss. Vorzugsweise besteht der Betriebsflüssigkeitsbehälter aus mehreren Teilen, die miteinander verschweißt werden, noch bevorzugter besteht er aus zwei miteinander verschweißten Halbschalen. Durch diese Verschweißung der einzelnen Schalen des Betriebsflüssigkeitsbehälters entstehen an den Kontaktflächen Schweißnähte.
Ein Betriebsflüssigkeitsbehälter kann zumindest eine Komponente ausgewählt aus der Gruppe umfassend eine Förderpumpe, eine Filtereinrichtung, einen Qualitätssensor und/oder einen Füllstandsgeber und zudem zumindest eine Heizeinrichtung aufweisen, wobei die Heizeinrichtung innerhalb des Betriebsflüssigkeitsbehälters an der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet ist und, dass der elektrische Kontaktierung der Heizeinrichtung durch die Schweißnähte eines mehrschaligen Behälters herausgeführt werden.
Ein Betriebsflüssigkeitsbehälter kann zumindest eine Komponente ausgewählt aus der Gruppe umfassend eine Förderpumpe, eine Filtereinrichtung, einen Qualitätssensor und/oder einen Füllstandsgeber und zudem zumindest eine Heizeinrichtung aufweisen, wobei die Heizeinrichtung innerhalb der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet ist und, dass der elektrische Kontaktierung der Heizeinrichtung durch die Schweißnähte eines mehrschaligen Behälters herausgeführt werden.
Die zuvor beschrieben einzelnen Ausführungsformen der Erfindung sind frei miteinander kombinierbar, solange nicht explizit etwas Gegenteiliges ausgeführt wurde, oder ein offensichtlicher Ausschluss entgegensteht.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den erläuterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:

1: eine schematische Ansicht eines Betriebsflüssigkeitsbehälters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei dem eine folienförmige Heizeinrichtung außerhalb des Betriebsflüssigkeitsbehälters an der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet ist und eine Isolationsschicht aus PU-Schaum verwendet wurde;
2: eine schematische Ansicht eines Betriebsflüssigkeitsbehälters gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei dem eine folienförmige Heizeinrichtung innerhalb der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet ist und eine Isolationsschicht aus Aluminiumfolie verwendet wurde.

In der nun folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile so dass eine in Bezug auf eine Figur durchgeführte Beschreibung bezüglich eines Bauteils auch für die anderen Figuren gilt, so dass eine wiederholende Beschreibung vermieden wird.
Ferner wird in der folgenden Beschreibung auf einen, wässrige Harnstofflösung enthaltenden, SCR-Flüssigkeitsbehälter Bezug genommen, wobei die vorliegende Erfindung allgemein auf Betriebsflüssigkeitsbehälter, beispielsweise in Form eines Tanks für Dieselkraftstoff anwendbar ist.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Betriebsflüssigkeitsbehälters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) wurde im Spritzgussverfahren aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt und in ein Kraftfahrzeug (nicht gezeigt) eingebaut.
Der Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) wurde aus zwei Halbschalen zusammengesetzt, die miteinander verschweißt wurden. An den Kontaktstellen zwischen den beiden verschweißten Halbschalen sind Schweißnähte ausgebildet (nicht gezeigt).
In seinem Vorratsvolumen (5) bevorratet der Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) die Betriebsflüssigkeit (6), die eine wässrige Harnstofflösung ist, welche bei einer Temperatur von etwa -11 °C einfriert.
Der Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) besitzt eine Wandung (4), die das Vorratsvolumen (5) einschließt. Diese Wandung weist eine innere Oberfläche (42) auf, die mit der Betriebsflüssigkeit (6, 61) in Kontakt steht. Des Weiteren weist die Wandung (4) des Betriebsflüssigkeitsbehälters (1) auch eine äußere Oberfläche (41) auf, die nicht mit der Betriebsflüssigkeit (6, 61) in Kontakt steht.
Der Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) weist weiterhin ein Fördermodul (29) auf, welches als Komponenten (2) eine Filtereinrichtung (22) umfassend ein Filterelement geeignet zur Filterung der Betriebsflüssigkeit, sowie ein Fördermodul (29) geeignet zur Förderung der Betriebsflüssigkeit (6, 61) aus dem Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) aufweist.
Der Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) weist weiterhin eine Öffnung (8) in seiner Wandung (4) auf. Durch diese Öffnung wird die Betriebsflüssigkeit (6, 61) aus dem Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) entnommen. Die Öffnung in im Bereich des Bodens des Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) angeordnet, insbesondere an dessen tiefster Stelle.
Das zuvor beschriebene Fördermodul (29) mit seinen darin befindlichen Komponenten (2, 21, 22) ist in dieser Öffnung (8) angeordnet. Weiterhin ist zu erkennen, dass das Fördermodul (29) damit ebenfalls im Bereich des Bodens des Betriebsflüssigkeitsbehälters (1) angeordnet ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass es an einer möglichst tiefliegenden Stelle des Betriebsflüssigkeitsbehälters (1) angeordnet ist und somit die Entnahme der Betriebsflüssigkeit (6, 61) zuverlässig erfolgen kann.
Ebenfalls im Bereich des Bodens des Betriebsflüssigkeitsbehälters (1) und im Bereich der Öffnungen (8) der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters (1) ist eine Heizeinrichtung (3) an der äußeren Oberfläche der Wandung (41) des Betriebsflüssigkeitsbehälters (1) angeordnet. Die Heizeinrichtung ist folienförmig und flexibel ausgeführt. Weiterhin umfasst die Heizeinrichtung einen PTC-Thermistor (Kaltleiter). Die folienförmige Heizeinrichtung (3) ist schichtförmig aufgebaut und umfasst insbesondere eine Substratschicht, die die äußere Oberfläche der Wandung (41) kontaktiert, gefolgt von einer Heizpolymerschicht umfassend den Kaltleiter, weiter gefolgt von einer Schutzschicht, welche oberhalb der Heizpolymerschicht angeordnet ist. Damit kann die folienförmige Heizeinrichtung (3) als gekapselte Heizeinrichtung bezeichnet werden.
Beachtenswert ist, dass die Heizeinrichtung nicht ausschließlich im Bereich der Öffnung (8) des Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordnet ist. Es wird somit ein effektiveres Auftauen gewährleistet, insbesondere bei in Schräglage des KFZ eingefrorener Betriebsflüssigkeit.
Die Heizeinrichtung (3) wird elektrisch und mit Gleichstrom betrieben. Hierzu sind in der gekapselten folienförmigen Heizeinrichtung (3) Elektroden angeordnet, die die Heizpolymerschicht elektrisch kontaktieren.
Die Heizeinrichtung (3) ist so ausgeführt, dass deren Maximaltemperatur in einem Bereich von ≥ 70°C und ≤ 80°C liegt. Des Weiteren ist die Heizeinrichtung (3) nicht geregelt. Sie ist lediglich an ein Steuergerät angeschlossen, das über einen damit verbundenen Temperatursensor zur Bestimmung der Umgebungstemperatur die Heizeinrichtung derart ansteuert, dass diese lediglich dann aktiviert bzw. eingeschaltet wird, wenn die Umgebungstemperatur unterhalb von ungefähr - 10°C liegt. Hiermit wird ein Einfrieren der wässrigen Harnstofflösung (61) wirkungsvoll vermieden, gleichzeitig aber auch gewährleistet, dass die Heizeinrichtung als elektrischer Verbraucher aktiviert wird, wenn dies nicht erforderlich ist.
Der Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) weist weiterhin eine thermische Isolationsschicht (7) auf, die ebenfalls im Bereich des Bodens des Betriebsflüssigkeitsbehälters (1) angeordnet ist. Insbesondere wurde diese Isolationsschicht (7) über der Heizeinrichtung (3) aufgebracht und deckt diese vollständig ab. Mit Hilfe dieser thermischen Isolationsschicht (7), die im Bereich des Bodens des Betriebsflüssigkeitsbehälters (1), insbesondere im Bereich der Öffnung (8), d. h. der Entnahmestellung für die Betriebsflüssigkeit (6, 61) angeordnet ist, wird somit gewährleistet, dass die von der PTC-Heizeinrichtung (3) erzeugte Wärme effizient an den Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) bzw. dessen Wandung (4) und letztendlich an die Betriebsflüssigkeit (6, 61) abgegeben wird. Die Isolationsschicht (7) besteht aus PU-Schaum, der unkompliziert auf die Heizeinrichtung (3) und die Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters (4) aufgebracht wurde.
Die Heizeinrichtung (3) wurde durch ein Verkleben mit der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters (4) stoffschlüssig mit diesem verbunden. Vorteilhafterweise wird durch den zusätzlich aufgetragenen PU-Schaum (71) der Isolationsschicht (7) die Haftung der Heizeinrichtung (3) an der äußeren Oberfläche der Wandung (41) des Betriebsflüssigkeitsbehälters (1) noch verbessert.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Betriebsflüssigkeitsbehälters der vorliegenden Erfindung. Hierbei wurde die folienförmige Heizeinrichtung (3) innerhalb der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters (4) angeordnet
Die in 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung entspricht im Wesentlichen der in 1 dargestellten Ausführungsform. Unterschiede ergeben sich lediglich hinsichtlich der Wandung (4), der Anordnung der Heizeinrichtung (3) sowie der Isolationsschicht (7). Hierauf wird im Folgenden eingegangen, ohne die zuvor gemachten Ausführungen zu wiederholen.
Bezüglich der Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters (4) ist dieser mehrschichtig ausgeführt und umfasst zumindest zwei Schichten aus einem thermoplastischen Kunststoff. Insbesondere wurde der Betriebsflüssigkeitsbehälter mittels Extrusionsblasformen hergestellt.
Die folienförmige Heizeinrichtung (3) des in 2 gezeigten Betriebsflüssigkeitsbehälters (1) ist an einer ähnlichen Stelle, d. h. im Bodenbereich des Betriebsflüssigkeitsbehälters und nahe der Öffnung desselben angeordnet, ist jedoch zwischen der äußeren Oberfläche der Wandung (41) und der inneren Oberfläche der Wandung (42) positioniert. Durch diese Positionierung werden ebenfalls die oben beschriebenen Vorteile der Anordnung der Heizeinrichtung erreicht.
Auch bezüglich der Isolationsschicht (7) ergeben sich Unterschiede zu der in 1 dargestellten Ausführungsform. Diese wird im Fall der Ausführungsform der 2 aus einer Aluminiumfolie gebildet, die ebenfalls im Bereich des Bodens bzw. der Öffnung (8) des Betriebsflüssigkeitsbehälters (1) auf die äußere Oberfläche der Wandung (41) aufgeklebt wurde. Erneut wird durch diese Isolationsschicht (7, 72) eine verbesserte Effizienz der Heizleistung der Heizeinrichtung (3) gewährleistet.
Bezugszeichenliste

1: Betriebsflüssigkeitsbehälter
2: Komponente
21: Förderpumpe
22: Filtereinrichtung
29: Fördermodul
3: Heizeinrichtung, folienförmige Heizeinrichtung
4: Wandung des Betriebsflüssigkeitsbehälters
41: Äußere Oberfläche der Wandung
42: Innere Oberfläche der Wandung
43: mehrschichtige Wandung
5: Vorratsvolumen
6: Betriebsflüssigkeit
61: wässrige Harnstofflösung
7: Isolationsschicht
71: PU-Schaum
72: Aluminiumfolie
8: Öffnung in der Wandung
23: Qualitätssensor
24: Qualitätssensor

Claims

Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) aufweisend zumindest eine Komponente (2) ausgewählt aus der Gruppe umfassend eine Förderpumpe (21), eine Filtereinrichtung (22), einen Qualitätssensor (23) und/oder einen Füllstandsgeber (24) und zudem zumindest eine Heizeinrichtung (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (3) außerhalb des Betriebsflüssigkeitsbehälters (1) an der Wandung (4) des Betriebsflüssigkeitsbehälters (1) und/oder innerhalb der Wandung (4) des Betriebsflüssigkeitsbehälters (1) angeordnet ist und, dass die Heizeinrichtung (3) eine gekapselte folienförmige Heizeinrichtung (3) ist, die eine Schicht eines Heizpolymers aufweist.
Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) nach Anspruch 1, wobei die Heizeinrichtung (3) im Bereich des Bodens des Betriebsflüssigkeitsbehälters (1) angeordnet ist.
Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die folienförmige Heizeinrichtung (3) zumindest eine Substratschicht, eine Heizpolymerschicht, sowie eine Schutzschicht aufweist.
Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Heizeinrichtung (3) einen Kaltleiter aufweist.
Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) nach Anspruch 4, wobei die Heizeinrichtung (3) nicht geregelt wird.
Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Maximaltemperatur der Heizeinrichtung (3) in einem Bereich von ≥ 50°C und ≤ 100°C liegt.
Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) zumindest eine Isolationsschicht (7) aufweist