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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank, insbesondere SCR-Tank, mit einem Tankinnenraum zur Aufnahme von Betriebsflüssigkeit, insbesondere wässriger Harnstofflösung, wobei der Tank zur Aufnahme eines vorbestimmten Nenn-Betriebsflüssigkeitsvolumens ausgebildet ist, welches während der Dauer seiner Präsenz im Tank wenigstens vorübergehend in flüssiger Phase vorliegt, wobei im Tankinnenraum eine Sicherungsstruktur zur Bereitstellung eines von Betriebsflüssigkeit im Falle einer Volumenänderung, insbesondere als Folge eines Phasenübergangs, der Betriebsflüssigkeit einnehmbaren Ausweichraums vorgesehen ist, wobei – bei Betrachtung eines Bezugszustands des Tanks in einer Orientierung, die einer Einbaulage des fertig montierten Tanks in einem auf horizontalem Untergrund stehenden Kraftfahrzeug entspricht – an der Sicherungsstruktur wenigstens zwei Durchtrittsöffnungen derart vorgesehen sind, dass Betriebsflüssigkeit nur mit einer der Schwerkraftwirkungsrichtung entgegengesetzten Strömungskomponente in den Ausweichraum einströmen und mit einer in Schwerkraftwirkungsrichtung verlaufenden Strömungskomponente aus dem Ausweichraum ausströmen kann.
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Dabei ist insbesondere – aber nicht nur – an einen SCR-Tank gedacht, also an einen Tank, welcher zur Aufnahme von wässriger Harnstofflösung ausgebildet ist, die zur Zuführung in das Abgas eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt ist. SCR steht dabei für "Selective Catalytic Reduction", also für eine selektive katalytische Reduktion, durch welche mithilfe von wässriger Harnstofflösung im Kraftfahrzeugabgas enthaltene Stickoxide zu Stickstoff reduziert werden.
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Ein Problem von wässriger Harnstofflösung ist, dass sie unter den üblichen Atmosphärenbedingungen, denen Kraftfahrzeuge ausgesetzt sind (etwa 1000 hPa Luftdruck), bereits bei einer Temperatur von –11 °C zu gefrieren beginnt. Das Einfrieren von wässriger Harnstofflösung ist nicht nur ein Problem für die dann erschwerte Durchführung der selektiven katalytischen Reduktion, sondern stellt für einen die wässrige Harnstofflösung aufnehmenden Tank aufgrund seiner Volumenausdehnung – also einer Verringerung der Dichte bei ansonsten gleicher Masse der wässrigen Harnstofflösung – beim Übergang von der flüssigen in die feste Phase eine erhebliche mechanische Belastung dar.
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Ein Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
DE 454 339 A bekannt.
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Aus dieser Druckschrift ist bekannt, Sicherungsstrukturen in Form von Rohren an definierten Orten in einem Wasser speichernden Tank eines Kraftfahrzeugs fest anzuordnen. Aus dieser Druckschrift ist weiter bekannt, dass die Sicherungsstrukturen an jenen Stellen angeordnet sein sollten, wo das Wasser beim Einfrieren am längsten flüssig bleibt, also dort, wo das Wasser zuletzt gefriert. Die Rohre weisen ein Volumenreservoir in Form eines mit Luft gefüllten Teilvolumens des Rohrvolumens auf und sind an ihrer unteren Seite mit Löchern zum Durchlass von Wasser versehen. Das als ein Volumenreservoir für das sich beim Gefrieren ausdehnende Wasser ausgebildete Rohr ist bei Befüllung des bekannten Tanks mit dem Nenn-Volumen an Wasser vollständig in dieses untergetaucht. Daher ist aufgrund des erhöhten hydrostatischen Drucks an den Durchtrittsöffnungen bei Nenn-Befüllung stets Wasser im Inneren des Rohrs. Um jedoch einem Austritt von Luft aus dem Rohr infolge betriebsbedingter Bewegungen des Kraftfahrzeugs und des in demselben montierten Tanks und dergleichen entgegenzuwirken, empfiehlt die
DE 454 339 A , das Rohrvolumen durch Zwischenwände in mehrere Teilvolumina zu unterteilen.
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Einfrierversuche mit Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstanks üblicher Bauformen des Standes der Technik, welche zur Aufnahme von wässriger Harnstofflösung ausgebildet und bestimmt sind, haben ein erstaunliches Einfrierverhalten von wässriger Harnstofflösung bei Unterschreiten ihres Gefrierpunktes gezeigt. Die in einem Tank aufgenommene wässrige Harnstofflösung gefriert dabei von den Seiten zur Mitte hin, so dass zunächst ein flüssiger Kern im Zentrum der aufgenommenen Harnstofflösung verbleibt. Dieser flüssige Kern bewirkt schließlich beim Durchfrieren der Harnstofflösung eine lokale Ausbeulung an der freien Oberfläche der Harnstofflösung im Tank, die stets vorhanden ist, da im Tank bei Befüllung mit dem Nenn-Betriebsflüssigkeitsvolumen ein Gasvolumen zwischen der Betriebsflüssigkeit, also im vorliegenden diskutierten Fall der wässrigen Harnstofflösung, und der Deckenwandung verbleibt. Diese lokale Ausbeulung kann dann, wenn sie bis zur Deckenwandung reicht, lokal eine sehr hohe Belastung auf die Deckenwandung ausüben, die sogar deren Aufbrechen bewirken kann. Dieses Aufbrechen wird häufig noch dadurch erleichtert, dass Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstanks aus Kunststoff hergestellt sind und der verwendete Kunststoff in der Regel bei den beim Einfrieren von wässriger Harnstofflösung herrschenden niedrigen Temperaturen spröder ist als bei 20 °C und darüber.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Tank der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass er ein Einfrieren von in ihn eingefüllter wässriger Harnstofflösung möglichst schadlos übersteht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank der eingangs genannten Art, bei welchem sich an wenigstens eine Durchtrittsöffnung eine Steigleitung anschließt, an deren von der Durchtrittsöffnung in Schwerkraftwirkungsrichtung entfernt gelegenem Steigleitungslängsende eine Durchlassöffnung zum Ein- und Ausströmen von Betriebsflüssigkeit in die bzw. aus der Steigleitung und mittels der Steigleitung in den bzw. aus dem Ausweichraum vorgesehen ist, wobei wenigstens bei Präsenz des Nenn-Betriebsflüssigkeitsvolumens im Tank die Durchlassöffnung der wenigstens einen Steigleitung in die Betriebsflüssigkeit eingetaucht ist.
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Bei Versuchen wurde festgestellt, dass das Risiko, dass sich im Tankinnenraum beim Durchfrieren von wässriger Harnstofflösung als Betriebsflüssigkeit eine lokale Ausbeulung an der freien Oberfläche der Betriebsflüssigkeit bildet, umso geringer ist, je langsamer die Betriebsflüssigkeit gefriert. Die Geschwindigkeit des Ein- bzw. Durchfrierens der Betriebsflüssigkeit hängt dabei vor allem von der Außentemperatur des Tanks ab.
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Regelmäßig unterscheiden sich bei einer den Tank umgebenden zeitlich nicht konstanten, etwa unter die Gefriertemperatur der Betriebsflüssigkeit absinkenden, Außentemperatur die Temperaturen der in unterschiedlichen Bereichen des Tankinnenraums befindlichen Betriebsflüssigkeit. Weist die Sicherungsstruktur wenigstens eine Steigleitung auf, kann diese Steigleitung beispielsweise in einen solchen Bereich des Tankinnenraums hineinreichen, in welchem die Betriebsflüssigkeit am längsten flüssig bleibt, also zuletzt gefriert. Die Betriebsflüssigkeit in diesem Bereich ist folglich wärmer als die Betriebsflüssigkeit in anderen Bereichen des Tanks. Beginnt die im Tank befindliche Betriebsflüssigkeit zu gefrieren, gelangt die wärmere, noch flüssige Betriebsflüssigkeit im Bereich der Steigleitung – angetrieben beispielsweise durch das Verdrängen der wärmeren Betriebsflüssigkeit durch das sich bildende Eis – durch die Steigleitung in den Ausweichraum der Sicherungsstruktur. Genauer strömt die Betriebsflüssigkeit von der Durchlassöffnung entlang der Steigleitung zu der sich an die Steigleitung anschließenden Durchtrittsöffnung in den Ausweichraum und weiter zu wenigstens einer anderen Durchtrittsöffnung der Sicherungsstruktur. Grenzt diese andere Durchtrittsöffnung an einen Bereich an, in dem sich kältere Betriebsflüssigkeit befindet, so kann die wärmere Betriebsflüssigkeit Wärmeenergie an die kältere Betriebsflüssigkeit abgeben.
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Zum einen wird auf diese Weise die noch flüssige Betriebsflüssigkeit des bei Tanks des Stands der Technik zu einer lokalen Ausbeulung führenden flüssigen Kerns auf andere Bereiche des Tankinnenraums umverteilt. Zum anderen wird durch die Umverteilung der noch flüssigen und somit wärmeren Betriebsflüssigkeit des flüssigen Kerns auf Bereiche des Tankinnenraums mit kälterer Betriebsflüssigkeit der Temperaturunterschied der Betriebsflüssigkeit innerhalb des Tanks verringert. Dadurch gefriert die im Tank aufgenommene Betriebsflüssigkeit bei gleichen tiefen Außentemperaturen langsamer als bei einem Tank des Stands der Technik. Demzufolge ist das Risiko einer Ausbildung einer lokalen Ausbeulung von gefrorener Betriebsflüssigkeit verringert oder sogar beseitigt, so dass sich auch die Kräfte verringern, welche auf die Tankwandung und auf im Tank etwaig angeordnete Komponenten, wie beispielsweise ein Pumpenmodul, beim Einfrieren der in den Tank eingefüllten Betriebsflüssigkeit einwirken. Sowohl der Tank selbst als auch in ihm etwaig angeordnete Komponenten sind dann vor einer Zerstörung geschützt. Hierfür werden erfindungsgemäß keine aktiven Komponenten, wie etwa Pumpen, Rührer oder dergleichen benötigt. Die Sicherungsstruktur bewirkt allein aufgrund ihrer Gestalt und ihrer Anordnung innerhalb des Tanks den beschriebenen Temperaturausgleich.
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Bevorzugt weist die Steigleitung außer der Durchlassöffnung und der Durchtrittsöffnung an ihren beiden Steigleitungslängsenden keine weiteren Öffnungen auf. Der Ausweichraum ist durch die wenigstens eine mit einer Steigleitung versehene Durchtrittsöffnung bevorzugt nur durch die Steigleitung erreichbar.
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Um sicherstellen zu können, dass nach der bestimmungsgemäßen Befüllung des Tanks mit einem Nenn-Betriebsflüssigkeitsvolumen die erfindungsgemäße Wirkung herstellbar ist, ist wenigstens in diesem Befüllungszustand die Durchlassöffnung der wenigstens einen Steigleitung in die Betriebsflüssigkeit eingetaucht. Es ist bevorzugt, dass die wenigstens eine Steigleitung auch noch bei einem im Tank befindlichen Betriebsflüssigkeitsvolumen von 60 % bis 80 % des Nenn-Betriebsflüssigkeitsvolumens in die Betriebsflüssigkeit eingetaucht ist. Je leerer der Tank ist bzw. je mehr sich das im Tank befindliche Betriebsflüssigkeitsvolumen vom Nenn-Betriebsflüssigkeitsvolumen unterscheidet, umso größer ist das von Betriebsflüssigkeit freie und in der Regel mit Gas gefüllte Volumen des Tankinnenraums, welches für die Volumenzunahme der Betriebsflüssigkeit im Falle einer Außentemperatur unter der Gefriertemperatur der Betriebsflüssigkeit zur Verfügung steht, so dass es mit fortschreitender Entleerung des Tanks auf das Vorhandensein einer Sicherungsstruktur immer weniger ankommt.
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Zur Sicherstellung eines vorteilhaft konstanten Gasdrucks in dem über dem Betriebsflüssigkeitsspiegel im Tank vorhandenen Gas kann der Tank mit einer Entlüftungsleitung versehen sein.
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Unter einer Steigleitung soll eine solche Leitung zum Zu- und Abführen von Betriebsflüssigkeit in den bzw. aus dem Ausweichraum der Sicherungsstruktur verstanden werden, deren Länge wesentlich, vorzugsweise wenigstens fünfmal, größer als die Dicke der Wandung der Sicherungsstruktur im Bereich der Durchtrittsöffnung ist.
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Um die Durchströmung der Sicherungsstruktur und den damit verbundenen Temperaturausgleich zwischen Betriebsflüssigkeit in verschiedenen Bereichen des Tankinnenraums gewährleisten zu können, ist die Sicherungsstruktur bevorzugt aus einem unter den zu erwartenden Kräften unverformbaren Material gebildet. Das für die Sicherungsstruktur verwendete Material kann beispielsweise Kunststoff umfassen oder sein. Kunststoff ist ein leichtes, kostengünstiges und gut verarbeitbares Material.
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Der oben genannte Bezugszustand gilt für die gesamte nachfolgende Beschreibung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstanks, sofern nichts Abweichendes ausgesagt ist.
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Oft ist der Bereich des Tankinnenraums, in welchem die Betriebsflüssigkeit zuletzt gefriert, nicht bekannt, da das Einfrierverhalten der im Tank aufgenommenen Betriebsflüssigkeit stark von den jeweils herrschenden Gegebenheiten der Außenumgebung des Tanks abhängig ist. Um unterschiedliche Bereiche, insbesondere der Tankwandung nähere und fernere Bereiche, des Tankinnenraums mit der Sicherungsstruktur erreichen zu können, schließt sich bevorzugt an jede der Durchtrittsöffnungen eine Steigleitung an, an deren von der Durchtrittsöffnung in Schwerkraftwirkungsrichtung entfernt gelegenem Steigleitungslängsende eine Durchlassöffnung zum Ein- und Ausströmen von Betriebsflüssigkeit in die bzw. aus der Steigleitung und mittels der Steigleitung in den bzw. aus dem Ausweichraum vorgesehen ist, wobei die von den jeweiligen Durchtrittsöffnungen in Schwerkraftrichtung entfernt gelegenen Steigleitungslängsenden der Steigleitungen voneinander gesondert und bevorzugt mit Abstand voneinander ausgebildet sind.
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Sind bei Präsenz wenigstens des Nenn-Betriebsflüssigkeitsvolumens im Tank alle Durchlassöffnungen in die Betriebsflüssigkeit eingetaucht, so dass eine definierte Gasmenge in der Sicherungsstruktur eingeschlossen ist, verhindern die Steigleitungen, dass ein Teil der eingeschlossenen Gasmenge entweicht, wenn sich das Kraftfahrzeug in einer von einer horizontalen Lage abweichenden Lage befindet. Aus Gründen einer einfachen Montage der Sicherungsstruktur im Tankinnenraum handelt es sich bei dem Gas bevorzugt um Luft. Aufgrund des Vorsehens von Steigleitungen kann somit auf die in der
DE 454 339 A empfohlenen Zwischenwände verzichtet werden. Die in den Ausweichraum eindringende Betriebsflüssigkeit kann dann stets frei im Ausweichraum strömen und den oben beschriebenen Temperaturausgleich herbeiführen.
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Um die gewünschten Bereiche des Tankinnenraums erreichen zu können, können die Steigleitungen, d. h. die Strömungspfade zwischen den Durchtrittsöffnungen und den ihnen zugeordneten Durchlassöffnungen, unterschiedlich lang sein. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, eine kurze Steigleitung in solchen Bereichen des Tankinnenraums anzuordnen, bei denen erwartet wird, dass das Gefrieren der Betriebsflüssigkeit zuerst einsetzt. Gefriert die in einer solchen kurzen Steigleitung vorhandene Betriebsflüssigkeit, kann die kurze Eissäule von in den Ausweichraum einströmender wärmerer Betriebsflüssigkeit wieder aufgeschmolzen werden.
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In einer einfachen Ausführungsform umfasst die Sicherungsstruktur einen sich entlang einer Strukturlängsachse oder/und einer Haupterstreckungsebene erstreckenden Hauptkörper, an welchem die wenigstens eine Steigleitung vorgesehen ist. Aus Gründen einer einfachen Herstellung der Sicherungsstruktur ist auch die wenigstens eine Steigleitung bevorzugt ein sich entlang einer Steigleitungslängsachse erstreckender Körper. Bevorzugt verläuft die Strukturlängsachse oder/und die Haupterstreckungsebene parallel zum Betriebsflüssigkeitsspiegel. Ebenso bevorzugt verläuft die Steigleitungslängsachse zur Reduzierung von Strömungswiderständen in der wenigstens einen Steigleitung orthogonal zum Betriebsflüssigkeitsspiegel. Ein Fachmann wird auch einem leeren Tank ohne Weiteres ansehen, wie der Betriebsflüssigkeitsspiegel einer darin eingefüllten Betriebsflüssigkeit relativ zum Tank orientiert ist.
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Der Hauptkörper oder/und die Steigleitung kann ein gerader Körper sein. Unter einem geraden Körper wird ein Körper verstanden, bei welchem die Mantelfläche orthogonal zur Grundfläche steht. Beispielsweise kann der Hauptkörper oder/und die wenigstens eine Steigleitung zylinderförmig sein. Bei einem zylinderförmigen Körper ist der einer in ihm strömenden Flüssigkeit entgegengesetzte Strömungswiderstand besonders gering.
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Um in einer Längserstreckungsrichtung des Tanks sowohl beide Randbereiche als auch einen zwischen diesen gelegenen mittleren Bereich des Tankinnenraums mit der Sicherungsstruktur erreichen zu können, können an dem Hauptkörper wenigstens drei Steigleitungen vorgesehen sein, wobei eine erste Steigleitung näher an einem ersten Strukturlängsende als an einem zweiten Strukturlängsende des Hauptkörpers, eine zweite Steigleitung näher an dem zweiten Strukturlängsende als an dem ersten Strukturlängsende des Hauptkörpers und eine dritte Steigleitung axial zwischen der ersten Steigleitung und der zweiten Steigleitung angeordnet ist. Im einfachsten Fall kann der Hauptkörper der Sicherungsstruktur dann genau drei Steigleitungen aufweisen.
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Gefriert beispielsweise die Betriebsflüssigkeit in einem an die Durchlassöffnung der dritten Steigleitung angrenzenden Bereich des Tankinnenraums zuletzt, stellen für die noch flüssige, wärmere Betriebsflüssigkeit die dritte Steigleitung eine Art Einlassleitung in den Ausweichraum und die erste und zweite Steigleitung eine Art Auslassleitung aus dem Ausweichraum dar. Beim Fortschreiten des Einfrierens der im Tank aufgenommenen Betriebsflüssigkeit wird die noch flüssige Betriebsflüssigkeit von dem sich bildenden Eis nach oben zur Deckenwandung hin und durch die dritte Steigleitung gedrückt und strömt dann über die erste und zweite Steigleitung in die Randbereiche des Tankinnenraums, um dort einen Temperaturausgleich herbeizuführen.
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Bevorzugt ist die Sicherungsstruktur abzüglich der wenigstens einen Steigleitung, also etwa der Hauptkörper, bei Präsenz des Nenn-Betriebsflüssigkeitsvolumens im Tank oberhalb des Betriebsflüssigkeitsspiegels angeordnet, um das für die Betriebsflüssigkeit zur Verfügung stehende Volumen im Tankinnenraum nicht zu verringern. Das dem Hauptkörper nächstgelegene Steigleitungslängsende und der Hauptkörper bilden dann eine Überströmbarriere, die erst von der Betriebsflüssigkeit in der wenigstens einen Steigleitung überwunden werden muss, bevor sie durch die der Steigleitung zugeordnete Durchtrittsöffnung in den Ausweichraum einströmen, den Ausweichraum durchströmen und zu einer anderen Durchtrittsöffnung aus dem Ausweichraum wieder in einen anderen Bereich des Tanks ausströmen kann. Dadurch kann gewährleistet werden, dass ein Wärme- und Stofftransport tatsächlich nicht vor Beginn eines Gefriervorgangs einsetzt.
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Jedoch ist es auch möglich, die Sicherungsstruktur unterhalb des Betriebsflüssigkeitsspiegels anzuordnen und als Volumenreservoir zu verwenden. Strömt Betriebsflüssigkeit aufgrund einer mit einem Phasenübergang einhergehenden Volumenausdehnung von im Tank befindlicher Betriebsflüssigkeit in die Sicherungsstruktur ein, wird die eingeschlossene Gasmenge komprimiert, so dass ein größeres Volumen der Sicherungsstruktur für die Betriebsflüssigkeit zur Verfügung steht. Auch in diesem Fall können dann, wenn alle Durchtrittsöffnungen mit Steigleitungen versehen sind, die dem Hauptkörper nächstgelegenen Steigleitungslängsenden bei ausreichender vertikaler Länge der Steigleitungen die zuvor genannte Überströmbarriere bilden.
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Zudem können die Steigleitungen unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen. Beispielsweise kann eine Steigleitung mit einer vergleichsweise kleinen Querschnittsfläche in dem Bereich angeordnet sein, bei dem erwartet wird, dass die Betriebsflüssigkeit zuletzt gefriert. Kann während eines Gefriervorgangs noch flüssige Betriebsflüssigkeit nur noch über die dieser Steigleitung zugeordnete Durchtrittsöffnung und Durchlassöffnung in die Sicherungsstruktur und schließlich in den Ausweichraum einströmen, da alle anderen Durchtrittsöffnungen oder Durchlassöffnungen aufgrund gefrorener Betriebsflüssigkeit unzugänglich geworden sind, kann die noch flüssige und wärmere Betriebsflüssigkeit umso schneller in die Bereiche mit der bereits gefrorenen Betriebsflüssigkeit gelangen und diese wenigstens teilweise aufschmelzen, je kleiner die Querschnittsfläche dieser noch durchströmbaren Steigleitung ist.
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Bevorzugt befinden sich die Durchtrittsöffnungen bei Präsenz des Nenn-Betriebsflüssigkeitsvolumens im Tank auf einer Höhe mit dem Betriebsflüssigkeitsspiegel. Unterschreitet dann die den Tank umgebende Außentemperatur die Gefriertemperatur der Betriebsflüssigkeit, dehnt sich im Tank aufgenommene Betriebsflüssigkeit infolge ihres Phasenübergangs von der flüssigen Phase in die feste Phase aus und bewirkt auf diese Weise durch eine Verdrängung noch nicht gefrorener Betriebsflüssigkeit unmittelbar eine Vermischung der durch unterschiedliche Durchtrittsöffnungen in den Ausweichraum strömenden Betriebsflüssigkeit und dadurch den oben beschriebenen Temperaturausgleich.
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Die Durchtrittsöffnungen können von dieser Lage auch abweichend angeordnet sein, solange gewährleistet ist, dass bei Präsenz wenigstens des Nenn-Betriebsflüssigkeitsvolumens im Tank, bevorzugt bei einem Befüllungszustand von 60 % bis 100 % des Nenn-Betriebsflüssigkeitsvolumens, die Betriebsflüssigkeit durch die Durchtrittsöffnungen in den Ausweichraum strömen kann, insbesondere aufgrund des Durchfrierens der Betriebsflüssigkeit. Die Durchtrittsöffnungen können beispielsweise in einer zum Betriebsflüssigkeitsspiegel parallelen Ebene angeordnet sein. Weist die Sicherungsstruktur einen geraden Hauptkörper auf, besteht dann zwischen jeweils zwei Durchtrittsöffnungen kein Gefälle. Allerdings ist es auch möglich, zwischen wenigstens zwei Durchtrittsöffnungen ein Gefälle vorzusehen. Dies kann dazu genutzt werden, durch ein positives oder ein negatives Gefälle zwischen einer ersten und einer zweiten Durchtrittsöffnung das Erreichen von Betriebsflüssigkeit von der ersten zu der zweiten Durchtrittsöffnung zu erschweren bzw. zu erleichtern.
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Grundsätzlich können mehrere Sicherungsstrukturen im Tank bzw. im Tankinnenraum vorgesehen sein. Um jedoch die Anzahl an Bauteilen im Tank gering zu halten, kann genau eine Sicherungsstruktur im Tankinnenraum vorgesehen sein.
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An der Sicherungsstruktur kann eine in den Tankinnenraum auskragende flächige Schwappschutzformation angeordnet sein. Um die Montage der Sicherungsstruktur und der Schwappschutzformation zu vereinfachen, kann vorgesehen sein, dass die Schwappschutzformation einstückig mit der Sicherungsstruktur ausgebildet ist. Die Schwappschutzformation kann zum einen eine Schwappbewegung der in den Tank eingefüllten Betriebsflüssigkeit und eine damit einhergehende Geräuschbildung mindern und zum anderen – in Zusammenwirkung mit der Sicherungsstruktur – eine sich beispielsweise im mittleren Bereich des Tanks ausbildende Ausbeulung von gefrorener Betriebsflüssigkeit weiter abschwächen. Hierzu kann sich die Schwappschutzformation über die Sicherheitsstruktur, insbesondere in Schwerkraftwirkungsrichtung über die wenigstens eine Steigleitung, hinaus erstrecken. "Flächig" bedeutet dabei, dass die Dicke der Schwappschutzformation in Dickenrichtung ihre geringste Ausdehnung aufweist, welche sogar erheblich kleiner sein kann als ihre anderen beiden zueinander und zur Dickenrichtung orthogonalen Abmessungen.
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Das zu der wenigstens einen Steigleitung Gesagte gilt entsprechend für alle Steigleitungen.
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Die Sicherungsstruktur kann im Tankinnenraum auf einfache Weise dadurch gehalten sein, dass wenigstens eine sich innerhalb des Tankinnenraums erstreckende Halterungsstruktur vorgesehen ist. Die wenigstens eine Halterungsstruktur erstreckt sich zur stabilen und festen Halterung der Sicherungsstruktur bevorzugt zwischen der Deckenwandung und der Bodenwandung des Tanks.
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Der Tank kann aus Kunststoff hergestellt sein, sei es durch Blasformverfahren oder/und Spritzgussverfahren.
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Dabei ist es aus Gründen einer einfachen Herstellung des Tanks bevorzugt, wenn der Tank eine obere Tankschale und eine untere Tankschale umfasst. Für eine einfache Montage der wenigstens einen Halterungsstruktur und der Sicherungsstruktur kann dann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Halterungsstruktur eine von der oberen Tankschale in den Tankinnenraum auskragende erste Halterungsformation sowie eine von der unteren Tankschale in den Tankinnenraum auskragende und von der ersten Halterungsformation verschiedene zweite Halterungsformation umfasst, wobei die Sicherungsstruktur in Schwerkraftwirkungsrichtung zwischen der ersten Halterungsformation und der zweiten Halterungsformation angeordnet ist. Die Anzahl an Montageschritten kann verringert werden, wenn die erste Halterungsformation einstückig mit der oberen Tankschale oder/und die zweite Halterungsformation einstückig mit der unteren Tankschale ausgebildet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Halterungsformation und die zweite Halterungsformation an ihren von der Tankwandung entfernt gelegenen Halterungslängsenden jeweils eine Anlageformation aufweisen, wobei die Anlageformationen die Sicherungsstruktur im montierten Zustand des Tanks zur Halterung der Sicherungsstruktur wenigstens teilweise umschließen. Auf diese Weise ermöglicht die Halterungsstruktur, eine stabile Anordnung der Sicherungsstruktur im Tank auch ohne die Verwendung von zwischen der Sicherungsstruktur und der Halterungsstruktur wirkenden Verbindungsmitteln, wie Schrauben, Kleber und dergleichen, herzustellen. Dies kann durch ein vollständiges Umschließen der Sicherungsstruktur von den Anlageformationen noch verbessert sein. Sowohl eine Montage der Sicherungsstruktur im Tank als auch eine Entnahme derselben aus dem Tank ist durch das Vorsehen von Anlageformationen einfach möglich.
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Sind die erste Halterungsformation und die zweite Halterungsformation als flächige Formationen ausgebildet, können sie zudem als Schwappschutz dienen. "Flächig" bedeutet auch hier, dass die erste und die zweite Halterungsformation (abzüglich einer möglichen Anlageformation) in Dickenrichtung ihre geringste Ausdehnung aufweisen, welche sogar erheblich kleiner sein kann als ihre anderen beiden zueinander und zur Dickenrichtung orthogonalen Abmessungen. Ebenso ist es möglich, Schwappschutzwände selbst zur Halterung der Sicherungsstruktur im Tankinnenraum zu verwenden.
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Die wenigstens eine Halterungsstruktur bzw. die erste oder/und die zweite Halterungsformation kann zur Verbesserung der Steifigkeit derselben mit Rippen und dergleichen versehen sein.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben werden. Es stellt dar:
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1 eine grobschematische Längsschnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstank.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Kraftfahrzeugbetriebsflüssigkeitstanks allgemein mit 10 bezeichnet. Der Tank 10 ist in 1 in einem Bezugszustand dargestellt, welcher einem Zustand entspricht, in dem der Tank 10 in einem auf horizontalem Untergrund stehenden Kraftfahrzeug vollständig montiert ist. Die Schwerkraftwirkungsrichtung ist in 1 mit g bezeichnet.
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Der Tank 10 umfasst einen von einer Tankwandung 12 eingefassten Tankinnenraum 14. Die Tankwandung 12 weist eine Deckenwandung 16, eine der Deckenwandung 16 in Schwerkraftwirkungsrichtung g gegenüberliegende Bodenwandung 18 und eine die Deckenwandung 16 und die Bodenwandung 18 verbindende Seitenwandung 20 auf.
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Im dargestellten Beispiel umfasst der Tank 10 eine obere Tankschale 22 und eine untere Tankschale 24, welche unter Bildung einer Fügefläche 26 in an sich bekannter Weise zu dem Tank 10 gefügt sind.
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Der Tank 10 kann durch eine in 1 nicht dargestellte Einfüllöffnung, welche bevorzugt in der Deckenwandung 16 ausgeführt ist, mit wässriger Harnstofflösung als Betriebsflüssigkeit B gefüllt werden. Im dargestellten Beispiel ist der Tank 10 mit einem Nenn-Betriebsflüssigkeitsvolumen gefüllt. Der sich einstellende Betriebsflüssigkeitsspiegel ist mit 28 bezeichnet. Oberhalb des Betriebsflüssigkeitsspiegels 28, genauer zwischen dem Betriebsflüssigkeitsspiegel 28 und der Deckenwandung 16, befindet sich Luft.
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Im Tankinnenraum 14 aufgenommene Betriebsflüssigkeit B kann durch eine in 1 nicht dargestellte Entnahmeöffnung, welche bevorzugt in der Bodenwandung 18 ausgebildet ist, entnommen werden. Hierzu kann in der Entnahmeöffnung ein in 1 nicht dargestelltes Entnahmemodul angeordnet sein, welches Funktionskomponenten enthält, wie etwa eine Förderpumpe, einen Füllstandssensor, eine Heizung und dergleichen. Das Entnahmemodul kann dann eine Abzapföffnung aufweisen, an welche eine Betriebsflüssigkeitsleitung angeschlossen sein kann, die zu einer Einspritzvorrichtung führt, um aus dem Tank 10 entnommene Betriebsflüssigkeit B, hier: wässrige Harnstofflösung, zur selektiven katalytischen Reduktion in einem Abgasstrahl des den Tank 10 tragenden Kraftfahrzeugs einzuspritzen.
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Der Tank 10 weist in seinem Tankinnenraum 14 eine Sicherungsstruktur 30 mit einem Ausweichraum 32 auf. Die Sicherungsstruktur 30 ist in einem mittleren Bereich des Tanks 10 bzw. des Tankinnenraums 14 angeordnet.
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Die Sicherungsstruktur 30 weist einen sich entlang einer Strukturlängsachse 34 erstreckenden zylinderförmigen Hauptkörper 36 auf, welcher den Ausweichraum 32 einfasst und an seiner der Bodenwandung 18 zugewandten unteren Seite 38 drei Durchtrittsöffnungen 40, 42 und 44 aufweist. An jede der Durchtrittsöffnungen 40, 42 und 44 schließt sich eine zylinderförmige Steigleitung 46, 48 bzw. 50 an. Die Steigleitungen 46, 48 und 50 weisen die gleiche Querschnittsgestalt und Querschnittsfläche wie der Hauptkörper 36 auf. Die Durchtrittsöffnungen 40 und 42 bzw. die Steigleitungen 46 und 48 sind an den entgegengesetzten Strukturlängsenden 52 und 54 des Hauptkörpers 36 an diesem vorgesehen. Im mittleren Bereich des Hauptkörpers 36 axial zwischen den Steigleitungen 46 und 48 ist die Durchtrittsöffnung 44 bzw. die Steigleitung 50 am Hauptkörper 36 vorgesehen.
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Die Steigleitungen 46, 48 und 50 erstrecken sich entlang von Steigleitungslängsachsen 56, 58 bzw. 60, welche in einem rechten Winkel vom Hauptkörper 36 bzw. von der Strukturlängsachse 34 in Schwerkraftwirkungsrichtung g zur Bodenwandung 18 hin verlaufen.
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An den vom Hauptkörper 36 entfernt gelegenen Steigleitungslängsenden 62, 64 und 66 der Steigleitungen 46, 48 bzw. 50 sind Durchlassöffnungen 68, 70 bzw. 72 vorgesehen, welche von oben her in die Betriebsflüssigkeit B eintauchen. Im dargestellten Beispiel liegen die Steigleitungslängsenden 62, 64 und 66 in einer gemeinsamen horizontalen Ebene, so dass die Durchlassöffnungen 68, 70 bzw. 72 auf einer Höhe angeordnet sind.
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Die untere Seite 38 des Hauptkörpers 36 und folglich die Durchtrittsöffnungen 40, 42 und 44 sind auf der Höhe des Betriebsflüssigkeitsspiegels 28 des im Tankinnenraum 14 befindlichen Nenn-Betriebsflüssigkeitsvolumens angeordnet, wodurch im Ausweichraum 32 ein Wärme- und Stofftransport mit Beginn eines Gefriervorgangs einsetzt. Der Hauptkörper 36 bzw. der Ausweichraum 32, also die Sicherungsstruktur 30 abzüglich der Steigleitungen 46, 48 und 50, ist vor einem Gefriervorgang (wie in 1 dargestellt) mit Luft gefüllt.
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Die Sicherungsstruktur 30 und die im mittleren Bereich des Hauptkörpers 36 vorgesehene Steigleitung 50 sind bevorzugt deshalb im mittleren Bereich des Tanks 10 angeordnet, da die in den Tank 10 eingefüllte Betriebsflüssigkeit B, also wässrige Harnstofflösung, in dem Fall, dass die den Tank 10 umgebende Außentemperatur die Gefriertemperatur der Betriebsflüssigkeit B unterschreitet, regelmäßig von der Tankwandung 12, insbesondere von der Bodenwandung 18 oder/und der Seitenwandung 20, her zufriert und somit im mittleren Bereich des Tanks 10 am längsten flüssig bleibt. Mit dem Phasenübergang geht eine Volumenausdehnung der Betriebsflüssigkeit B einher. Ohne Sicherungsstruktur 30 kann sich dadurch im mittleren Bereich des Tanks 10 eine erhebliche Ausbeulung von gefrorener Betriebsflüssigkeit B zur Deckenwandung 16 hin ausbilden. Es ist deshalb vorteilhaft, eine Sicherheitsstruktur 30 mit einem Ausweichraum 32 vorzusehen, welche dazu eingerichtet ist, noch flüssige, wärmere Betriebsflüssigkeit B aus dem mittleren Bereich des Tanks 10 bei ihrer Bewegung entgegen der Schwerkraftwirkungsrichtung g in eine Bewegung derselben mit einer Komponente orthogonal zur Schwerkraftwirkungsrichtung g umzulenken und die wärmere Betriebsflüssigkeit B den der Bodenwandung 18 oder/und der Seitenwandung 30 näheren Bereichen des Tanks 10 mit kälterer Betriebsflüssigkeit B zuzuführen.
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An der Sicherungsstruktur 30 sind vier Schwappschutzwände 74a, 74b, 74c und 74d vorgesehen, welche sich entlang der Strukturlängsachse 34 des Hauptkörpers 36 in einem Abstand voneinander und in Schwerkraftwirkungsrichtung g über die Steigleitungslängsenden 62, 64 und 66 der Steigleitungen 46, 48 bzw. 50 hinaus, d. h. parallel zur Zeichenebene der 1, erstrecken. Die Schwappschutzwände 74b und 74c sind zwischen den Steigleitungen 46 und 50 bzw. den Steigleitungen 48 und 50 angeordnet. Die Schwappschutzwände 74a und 74d erstrecken sich über die Strukturlängsenden 52 bzw. 54 des Hauptkörpers 36 hinaus. Die vier Schwappschutzwände 74a, 74b, 74c und 74d bilden eine flächige Schwappschutzformation 74, durch welche die Beweglichkeit der im Tank 10 aufgenommenen Betriebsflüssigkeit B orthogonal zur Strukturlängsachse 34 eingeschränkt ist.
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Zur Halterung der Sicherungsstruktur 30 kragen von der Deckenwandung 16 in Schwerkraftwirkungsrichtung g zwei Halterungsformationen 76a und 78a in den Tankinnenraum 14 aus, welche an ihrem der Deckenwandung 16 entfernt gelegenen Halterungslängsende eine in 1 nicht sichtbare, der Bodenwandung 18 zugewandte zylindersegmentförmige Anlageformation aufweisen. Auf ähnliche Weise kragen von der Bodenwandung 18 entgegen der Schwerkraftwirkungsrichtung g zwei Halterungsformationen 76b und 78b in den Tankinnenraum 14 aus, welche an ihrem der Bodenwandung 18 entfernt gelegenen Halterungslängsende eine in 1 nicht sichtbare, der Deckenwandung 16 zugewandte zylindersegmentförmige Anlageformation aufweisen. Diese Anlageformationen umgreifen die Sicherungsstruktur 30 bzw. den Hauptkörper 36, so dass die Sicherungsstruktur 30 zwischen den Anlageformationen fest gehalten ist. Die beiden Halterungsformationen 76a und 76b bilden eine Halterungsstruktur 76 und die beiden Halterungsformationen 78a und 78b bilden eine Halterungsstruktur 78. Die Halterungsstrukturen 76 und 78 verlaufen parallel zur Zeichenebene der 1 und sind zwischen Steigleitung 46 und Schwappschutzwand 74b bzw. zwischen Steigleitung 48 und Schwappschutzwand 74c angeordnet. Die Halterungsstrukturen 76 und 78 sind einstückig mit dem Tank 10 ausgebildet, wobei genauer die zwei Halterungsformationen 76a und 78a einstückig mit der oberen Tankschale 22 und die zwei Halterungsformationen 76b und 78b einstückig mit der unteren Tankschale 24 ausgebildet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 454339 A [0004, 0005, 0019]
