DE102016211175A1

DE102016211175A1 - Heizvorrichtung für einen Tank, Tankvorrichtung für ein Abgasnachbehandlungssystem, Abgasnachbehandlungssystem

Info

Publication number: DE102016211175A1
Application number: DE102016211175.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Kiontke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2017-12-28
Also published as: WO2017220373A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung (3) für einen Tank (2), insbesondere eines Abgasnachbehandlungssystem, mit einem Heizkörper (11), der von einem Gehäuse (8) aus einem elektrisch isolierenden Material zumindest im Wesentlichen eingehaust und durch eine Ansteuereinrichtung elektrisch kontaktierbar ist. Es ist vorgesehen, dass der Heizkörper (11) als Heizwiderstand ausgebildet und einem Wärmeleitelement zugeordnet ist, wobei sich das Wärmeleitelement durch das Gehäuse als geschlossene Wärmeleitwand (7) erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für einen Tank, insbesondere eines Abgasnachbehandlungssystems, mit einem Heizkörper, der von einem Gehäuse aus einem elektrisch isolierenden Material zumindest im Wesentlichen eingehaust und durch eine Ansteuereinrichtung elektrisch kontaktierbar ist.
Ferner betrifft die Erfindung eine Tankeinrichtung für ein Abgasnachbehandlungssystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Tank zur Aufnahme und Bereitstellung eines insbesondere flüssigen Abgasnachbehandlungsmittels und mit einer in dem Tank angeordneten/anordenbaren Heizvorrichtung.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Abgasnachbehandlungssystem.
Stand der Technik
Heizvorrichtungen, Tankeinrichtungen und Abgasnachbehandlungssysteme der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Um die Anforderungen an Schadstoffemissionen im Abgas von Brennkraftmaschinen bei Kraftfahrzeugen zu erfüllen, ist es bekannt, das Abgas durch entsprechende Abgasnachbehandlungssysteme nachzubehandeln. Zusätzlich zu dem Einsatz eines oder mehrerer Katalysatoren wird häufig ein flüssiges Abgasnachbehandlungsmittel in das Abgas eingespritzt, welches zusammen mit dem Abgas in einem stromabwärts liegenden Katalysator in vorteilhafter Weise reagiert und gezielt Schadstoffe im Abgas reduziert. Weit verbreitet ist das sogenannte SCR-Verfahren (SCR = selektive katalytische Reduktion), bei welchem eine wässrige Harnstofflösung als Abgasnachbehandlungsmittel in das Abgas stromaufwärts eines SCR-Katalysators eingespritzt wird, sodass in dem Katalysator der Harnstoff mit dem Abgas reagiert und Stickoxide im Abgas reduziert.
Weil bekannte flüssige Abgasnachbehandlungsmittel bei Temperaturen knapp unterhalb von 0°C bereits gefrieren können, ist es außerdem bekannt, in einem das Abgasnachbehandlungsmittel bereitstellenden Tank eine Heizvorrichtung vorzusehen, welche bei Bedarf gefrorenes Abgasnachbehandlungsmittel erhitzt und auftaut. Eine bekannte Lösung sieht dabei vor, dass die Heizvorrichtung ein Stanzgitter umfasst, das von einem Kunststoff umspritzt und elektrisch kontaktierbar ist. Durch Beaufschlagen des Stanzgitters mit einer elektrischen Spannung wird Hitze erzeugt, die durch die Umspritzung in den Tank gelangt und dort gegebenenfalls gefrorenes Abgasnachbehandlungsmittel erwärmt. Üblicherweise erstreckt sich das Stanzgitter als Körper über den gesamten aufzuwärmenden Bereich und wird im Betrieb entsprechend von Strom durchflossen. Durch Vorsehen variierender Querschnitte im Stanzgitter können aktive und passive Heizbereiche eingestellt werden, wobei größere Querschnitte eine geringe Flächenleistung aufweisen als kleinere Querschnitte, die einen höheren elektrischen Widerstand für den Strom bedeuten.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine homogene Wärmeverteilung durch die Heizvorrichtung erreicht wird, wobei passive Heizungsbereiche vermieden werden. Darüber hinaus wird die Temperaturlast auf das Gehäuse aufgrund der verbesserten beziehungsweise homogenisierten Wärmeverteilung optimiert. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Heizvorrichtung kostengünstiger herstellbar und weist eine hohe Robustheit auf. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass der Heizkörper als Heizwiderstand ausgebildet und einem Wärmeleitelement zugeordnet ist, wobei sich das Wärmeleitelement durch das Gehäuse als geschlossene Wärmeleitwand erstreckt. Der Wärmetransport durch das Gehäuse wird somit durch das Wärmeleitelement und nicht durch den Heizkörper selbst realisiert. Der Heizkörper ist dadurch insbesondere im Vergleich zum Wärmeleitelement kleiner dimensionierbar. Die Wärme wird somit lokal durch den Heizkörper erzeugt und durch das Wärmeleitelement in der Heizvorrichtung vorteilhaft verteilt. Dadurch, dass sich das Wärmeleitelement als geschlossene Wärmeleitwand durch das Gehäuse erstreckt, ist eine homogenisierte Wärmeverteilung in dem Gehäuse sicher gewährleistet. Darüber hinaus kann auf eine aufwendige Herstellung des Stanzgitters verzichtet werden. Das Wärmeleitelement ist vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer gefertigt und daher kostengünstig realisierbar. Weil die Wärmeleitwand außerdem im Vergleich zu einem Stanzgitter verhältnismäßig stabil und robust ist, entfällt bei der Herstellung ein Vor-Umspritzen des Stanzgitters zu dessen Stabilisierung. Auch hierdurch wird die Herstellung weiter vereinfacht und Kosten werden reduziert.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse eine Umspritzung des Wärmeleitelements ist. Dadurch ist das Gehäuse kostengünstig und einfach herstellbar. Darüber hinaus erfolgt eine vorteilhafte Wärmeübertragung von dem Wärmeleitelement auf das Gehäuse, da ein Berührungskontakt des Wärmeleitelements zu dem Gehäuse über die gesamte Fläche gewährleistet ist.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass sich das Gehäuse und das eine Wärmeleitelement eine Zylindermantelwand bildend ringförmig erstrecken. Die Heizvorrichtung erhält somit eine zylinderförmige Gestalt, deren Mantelwand von Gehäuse und Wärmeleitelement beziehungsweise Wärmeleitwand gebildet werden. Dadurch ist insbesondere das Umfassen einer Flüssigkeitsentnahmestelle in dem Tank durch die Heizvorrichtung möglich, um insbesondere dort ein schnelles und sicheres Auftauen gefrorenen Abgasnachbehandlungsmittels zu gewährleisten.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Gehäuse eine Aufnahmetasche aufweist, in welche der Heizwiderstand eingesteckt ist. Der Heizwiderstand ist somit nicht von dem Gehäuse umspritzt, wie das Wärmeleitelement, sondern nachträglich in das Gehäuse eingesteckt. Dadurch ist eine Vormontage und bei Bedarf ein einfacher Austausch des Heizwiderstands beziehungsweise Heizkörpers auf einfache Art und Weise möglich.
Bevorzugt weist die Aufnahmetasche an einer Stirnseite der Zylindermantelwand eine Aufnahmeöffnung auf, durch welche der Heizwiderstand in die Aufnahmetasche einsetzbar/eingesetzt ist. Damit ist der Heizwiderstand beziehungsweise der Heizkörper axial in das Gehäuse einführbar. Dadurch wird ermöglicht, dass sich der Heizwiderstand in einem Bereich des Gehäuses befindet, der sich insbesondere nicht im Kontakt mit dem im Tank befindlichen Abgasnachbehandlungsmittel befindet. Dadurch können auch elektrische Verbindungsleitungen, die zu dem Heizwiderstand führen, durch einen Bereich verlaufen, der nicht in Kontakt mit dem Abgasnachbehandlungsmittel steht. Insbesondere ist die Aufnahmeöffnung bei der Montage in dem Tank einer Öffnung des Tanks derart zugeordnet, dass durch die Öffnung und die Aufnahmeöffnung die elektrischen Leitungen gelegt werden können, wobei das auf den Tank aufgesetzte Gehäuse die Öffnung und die Aufnahmeöffnung gegenüber dem Tankinnenraum abdichtet, sodass die elektrisch leitfähigen Elemente sicher von dem Abgasnachbehandlungsmittel getrennt sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Heizwiderstand in Berührungskontakt mit dem Wärmeleitelement ist. Dadurch wird ein vorteilhafter Wärmeübergang von dem Heizwiderstand in das Wärmeleitelement gewährleistet. Dazu erstreckt sich das Wärmeleitelement beziehungsweise die Wärmeleitwand zweckmäßigerweise durch die Aufnahmeöffnung hindurch beziehungsweise bildet eine Innenwand der Aufnahmeöffnung, sodass der Heizwiderstand beim Einsetzen in die Aufnahmeöffnung automatisch in Berührungskontakt mit dem Wärmeleitelement gelangt. Bevorzugt weist die Aufnahmeöffnung eine gegenüber dem Wärmeleitelement schräg verlaufende Fläche auf, durch welche der Heizwiderstand beim Einführen in die Aufnahmetasche gegen das Wärmeleitelement gedrängt wird. Dadurch wird beim Einstecken des Heizwiderstands in die Aufnahmeöffnung der Berührungskontakt zu dem Wärmeleitelement auf einfache Art und Weise hergestellt und im Betrieb aufrechterhalten. Der Heizwiderstand wird dabei zwischen dem Gehäuse und dem Wärmeleitelement eingeklemmt beziehungsweise -gespannt, sodass ein dauerhafter Berührungskontakt sicher gewährleistet ist.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass an dem Gehäuse wenigstens ein weiteres Funktionselement, insbesondere ein Temperatursensor, ein Füllstandsensor und/oder eine Fördereinrichtung angeordnet ist. Mittels des Temperatursensors lässt sich beispielsweise die Temperatur des Abgasnachbehandlungsmittels und damit der Bedarf für ein Auftauen beziehungsweise einen Betrieb der Heizvorrichtung feststellen. Mittels des Füllstandsensors lässt sich der Füllstand des Tanks ermitteln und mittels der Fördereinrichtung ist das Abgasnachbehandlungsmittel aus dem Tank entnehmbar. Dazu weist die Fördereinrichtung insbesondere eine ansteuerbare Pumpe auf, deren Sauganschluss insbesondere innerhalb der Zylindermantelwand, vorzugsweise mittig, angeordnet ist.
Weiterhin weist das Gehäuse vorzugsweise Mittel zur Befestigung an dem Tank auf. Bei den Mitteln kann es sich beispielsweise um Schraubenöffnungen, um Klemmmittel, Schraubmittel oder Steckmittel handeln. Hierdurch ist eine einfache Befestigung des Gehäuses an dem Tank beziehungsweise an einer Tankwand, insbesondere an einem Tankboden, möglich.
Die erfindungsgemäße Tankeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Heizvorrichtung aus. Es ergeben sich hierbei die bereits genannten Vorteile.
Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Tankeinrichtung aus. Es ergeben sich auch hierbei die bereits genannten Vorteile.
Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erörtert werden. Dazu zeigen
1 eine Schnittdarstellung einer vorteilhaften Tankeinrichtung und
2 eine perspektivische Darstellung einer Heizvorrichtung der Tankeinrichtung.
1 zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung eine Tankeinrichtung 1 mit einem Tank 2, in welchem eine Heizvorrichtung 3 angeordnet ist. Von dem Tank 2 ist in der Schnittdarstellung lediglich der Tankboden 4 gezeigt. Auf dem Tankboden 4 liegt die Heizvorrichtung 3 auf, die im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist.
2 zeigt die Heizvorrichtung 3 in einer perspektivischen Darstellung. Die Heizvorrichtung 3 weist eine Zylindermantelwand 5 auf, die sich ringförmig erstreckt beziehungsweise einen geschlossenen Ring bildet. Eine erste Stirnseite 6 ist dabei dem Tankboden 4 zugeordnet.
Die Zylindermantelwand 5 ist im Wesentlichen durch eine im Ring zumindest im Wesentlichen durchgehend geschlossene Wärmeleitwand 7 und ein die Wärmeleitwand 7 umgebendes Gehäuse 8 gebildet. Die Wärmeleitwand 7 bildet ein Wärmeleitelement, das von dem Gehäuse 8 umspritzt ist. Vorzugsweise ist das Gehäuse aus HDPE (hochdichtes Polyethylen) gefertigt. Dadurch, dass die Wärmeleitwand 7 von dem Material des Gehäuses 8 umspritzt ist, ist ein sicherer Berührungskontakt zwischen Gehäuse 8 und Wärmeleitwand 7 gewährleistet, sodass eine vorteilhafte Wärmeübertragung erfolgen kann.
Das Gehäuse 8 weist weiterhin eine Aufnahmetasche 9 auf, die an der Stirnseite 6 eine Aufnahmeöffnung 10 aufweist. Durch die Aufnahmeöffnung ist in die Aufnahmetasche 9 axial ein Heizkörper 11 eingesteckt, der als elektrischer Heizwiderstand ausgebildet und durch elektrische Leitungen 12, 13, die in 1 beispielhaft gezeigt sind, elektrisch kontaktiert ist. Die Leitungen 12, 13 führen zum Beispiel zu einer Ansteuereinrichtung oder einem Steuergerät, welches bei Bedarf den Heizkörper 11 mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, sodass durch den erzeugten Stromfluss und den entsprechenden Widerstand des Heizwiderstands beziehungsweise Heizkörpers 11 Wärme erzeugt wird. Der Tankboden 4 weist der Aufnahmeöffnung 10 zugeordnet eine entsprechende Öffnung 14 auf, durch welche die Leitungen 12, 13 nach außen geführt werden können.
Durch die Aufnahmeöffnung 9 erstreckt sich auch die Wärmeleitwand 7 hindurch, sodass sie eine Seitenwand der Aufnahmeöffnung 9 bildet. Der Heizkörper 11 ist direkt an der Wärmeleitwand 7 angeordnet, sodass diese im Berührungskontakt miteinander stehen. Optional ist zwischen dem Heizkörper 11 und der Wärmeleitwand 7 ein viskoses Wärmeleitmittel 15 zwischengeschaltet, das insbesondere fertigungsbedingte Erhebungen oder Vertiefungen im Material der Wärmeleitwand 7 und/oder des Heizkörpers 11 ausgleicht.
Bevorzugt ist die Aufnahmetasche 9 derart ausgebildet, dass der Heizkörper 11 zwischen Gehäuse und Wärmeleitwand 7 eingeklemmt ist, um eine sichere Berührungskontaktierung zu gewährleisten. Optional kann dazu die der Wärmeleitwand 7 gegenüberliegende Seitenwand der Aufnahmetasche 9 schräg ausgerichtet sein, wie durch eine gestrichelte Linie 16 angedeutet, sodass beim Einstecken des Heizkörpers 11 in die Aufnahmetasche 9 dieser gegen die Wärmeleitwand 7 gepresst wird.
Das Gehäuse 8 ist zweckmäßigerweise mit dem Tankboden 4 verschraubt, verklebt und/oder verschweißt, sodass die Aufnahmetasche 9 nur zur Außenseite des Tanks 2 hin geöffnet beziehungsweise zugängig ist. Dadurch ist sichergestellt, dass die elektrischen Komponenten der Heizvorrichtung 3 sicher vor in dem Tank 2 befindlichen Abgasnachbehandlungsmittel geschützt sind.
Weil sich die Wärmeleitwand 7 geschlossen durch das Gehäuse 8 erstreckt und mit dem Heizkörper 11 in Kontakt ist, wird die von dem Heizkörper 11 erzeugte Wärme bei seiner Ansteuerung vorteilhaft in die Wärmeleitwand 7 übertragen, welche die Wärme in den Tankinnenraum gleichmäßig beziehungsweise homogen verteilt. Dadurch wird auch eine lokale Temperaturlast auf das Gehäuse 8 reduziert und damit die Haltbarkeit der Heizvorrichtung 3 erhöht. Durch die vorteilhafte vollumfängliche Wärmeverteilung wird die Leistung zum Aufwärmen des gefrorenen Abgasnachbehandlungsmittels insbesondere bei geringen Füllständen oder Schräglagen reduziert und die Gesamtleistung der Heizvorrichtung 3 über alle Füllstände erhöht. Die Heizvorrichtung 3 nutzt den vorhandenen Bauraum im Tank 2 optimal aus und gewährleistet bei optimierter Wärmeverteilung über den gesamten Umfang eine Reduzierung stromführender Bereiche, was beispielsweise Vorteile in Bezug auf die Auswahlsicherheit oder Dauerhaltbarkeit der Heizvorrichtung 3 bietet. Dadurch, dass die Wärmeleitwand 7 insbesondere anstelle eines herkömmlichen Stanzgitters verwendet wird, werden Kosten und Herstellungsaufwand reduziert. Insbesondere entfällt eine Vorumspritzung, die zum Stabilisieren des Stanzgitters notwendig wäre.
Dadurch, dass sich stromführende Teile lediglich in der Aufnahmetasche 9 befinden und von dieser durch die Aufnahmeöffnung 10 und die Öffnung 14 hinausgeführt sind, wird vermieden, dass elektrochemische Wechselwirkungen zwischen unterschiedlichen Materialen im Tank erfolgen können. Insbesondere ist das Gehäuse 8 dazu aus demselben Material wie der Tank 2 gefertigt, wodurch auch ein Verschweißen von Heizvorrichtung 3 mit Tank 2 erleichtert wird.

Claims

Heizvorrichtung (3) für einen Tank (2), insbesondere eines Abgasnachbehandlungssystem, mit einem Heizkörper (11), der von einem Gehäuse (8) aus einem elektrisch isolierenden Material zumindest im Wesentlichen eingehaust und durch eine Ansteuereinrichtung elektrisch kontaktierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper (11) als Heizwiderstand ausgebildet und einem Wärmeleitelement zugeordnet ist, wobei sich das Wärmeleitelement durch das Gehäuse als geschlossene Wärmeleitwand (7) erstreckt.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) eine Umspritzung des Wärmeleitelements ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gehäuse (8) und das Wärmeleitelement eine Zylindermantelwand (5) bildend ringförmig erstrecken.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) eine Aufnahmetasche (9) aufweist, in welche der Heizwiderstand eingesteckt ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmetasche (9) an einer Stirnseite (6) der Zylinderwand (5) eine Aufnahmeöffnung (10) aufweist, durch welche der Heizwiderstand in die Aufnahmetasche (9) einsetzbar/eingesetzt ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand in Berührungskontakt mit dem Wärmeleitelement ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (8) wenigstens ein weiteres Funktionselement, insbesondere ein Temperatursensor, ein Füllstandsensor und/oder eine Fördereinrichtung angeordnet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) Mittel zur Befestigung an dem Tank (2) aufweist.
Tankeinrichtung (1) für ein Abgasnachbehandlungssystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Tank (2) zur Aufnahme und Bereitstellung eines insbesondere flüssigen Abgasnachbehandlungsmittels, und mit einer in dem Tank (2) angeordneten/anordenbaren Heizvorrichtung (3), gekennzeichnet durch die Ausbildung der Heizvorrichtung (3) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8.
Abgasnachbehandlungssystem mit einer Tankeinrichtung (1) nach Anspruch 9.