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Die Erfindung betrifft eine Funktionseinheit für einen Reduktionsmittel-Vorratstank mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Vorratstank für ein Reduktionsmittel, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung zur Nachbehandlung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor, mit einer solchen Funktionseinheit.
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Stand der Technik
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Zur Reduzierung der Stickoxid-Emissionen (NOX) werden die Abgase moderner Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, einer Nachbehandlung in einem Reduktionskatalysator unterzogen. Bevor die Abgase in den Reduktionskatalysator gelangen, wird ihnen eine wässrige Harnstofflösung als Reduktionsmittel zugeführt. Die wässrige Harnstofflösung bewirkt die Bildung von Ammoniak, das im nachgeschalteten Reduktionskatalysator mit den Stickoxiden zu harmlosem Stickstoff und Wasser reagiert. Die wässrige Harnstofflösung wird in einem Reduktionsmittel-Vorratstank vorgehalten und über ein Dosiermodul in einen abgasführenden Kanal eindosiert. Um das Reduktionsmittel aus dem Vorratstank dem Dosiermodul zuzuführen, ist ein Fördermodul vorgesehen. Das Fördermodul ist in der Regel im Vorratstank angeordnet, und zwar oftmals gemeinsam mit einer Heizvorrichtung, die ein Gefrieren der wässrigen Harnstofflösung bei niedrigen Außentemperaturen verhindern soll.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2014 210 799 A1 geht beispielhaft eine Heizvorrichtung für einen Reduktionsmittel-Vorratstank hervor, die gemeinsam mit einer Pumpvorrichtung auf einem Gehäuse angeordnet ist und somit eine Funktionseinheit ausbildet, die den Einbau in den Vorratstank erleichtert. Denn das Gehäuse kann in der Weise von unten an eine bodenseitige Öffnung des Vorratstanks angesetzt und über einen Träger mit dem Vorratstank verbunden werden, dass die Heizvorrichtung und die Pumpvorrichtung innerhalb des Vorratstanks zu liegen kommen. Die Heizvorrichtung und die Pumpvorrichtung werden hierzu bevorzugt auf dem Träger angeordnet und der Träger wird mit dem Vorratstank verschweißt. Auf diese Weise kann über den Träger zugleich eine mediendichte Trennung bewirkt werden, die verhindert, dass die im Gehäuse aufgenommenen elektrischen oder elektronischen Bauteile in Kontakt mit der wässrigen Harnstofflösung gelangen.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Funktionseinheit für einen Reduktionsmittel-Vorratstank anzugeben, bei der sichergestellt ist, dass auch von außen keine Feuchtigkeit in das Gehäuse gelangt und die Funktionsfähigkeit der im Gehäuse aufgenommenen elektrischen oder elektronischen Bauteile beeinträchtigt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Funktionseinheit für einen Reduktionsmittel-Vorratstank mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Reduktionsmittel-Vorratstank mit einer solchen Funktionseinheit angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die für einen Reduktionsmittel-Vorratstank vorgeschlagene Funktionseinheit umfasst ein Gehäuse zur Aufnahme mindestens eines elektrischen oder elektronischen Bauteils und einen Träger, mittels dessen das Gehäuse mit dem Reduktionsmittel-Vorratstank verbindbar, insbesondere verschweißbar, ist. Das im Vorratstank bevorratete Reduktionsmittel ist vorzugsweise eine wässrige Harnstofflösung zur Nachbehandlung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor. Erfindungsgemäß weisen das Gehäuse und der Träger ineinandergreifende Kragenabschnitte auf, zwischen denen ein Dichtelement zur Ausbildung einer Radialdichtung angeordnet ist, wobei in den radial außen liegenden Kragenabschnitt ein Stützelement integriert ist.
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Die beiden ineinandergreifenden Kragenabschnitte ermöglichen eine Verbindung von Gehäuse und Träger, die lösbar ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein im Gehäuse aufgenommenes elektrisches oder elektronisches Bauteil, beispielsweise eine Platine oder ein sonstiges Elektronik-Bauteil, defekt ist und ausgetauscht werden muss. Ist die Funktionseinheit mit einem Reduktionsmittel-Vorratstank verbunden, kann das Gehäuse geöffnet werden, ohne dass der Träger ausgebaut werden muss.
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Über das zwischen den beiden Kragenabschnitten liegende Dichtelement wird die gewünschte Abdichtung nach außen erreicht. Der das Dichtelement aufnehmende Spalt ist bevorzugt derart bemessen, dass das Dichtelement komprimiert wird bzw. unter einer radialen Vorspannung an den beiden Kragenabschnitten anliegt. Auf diese Weise kann die Dichtwirkung maximiert werden.
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Um die radiale Vorspannung des Dichtelements dauerhaft aufrechtzuerhalten, gilt es eine Aufweitung des Spalts zu verhindern. Diese Aufgabe kommt dem Stützelement zu, das erfindungsgemäß in den radial außen liegenden Kragenabschnitt integriert ist. Durch die Integration des Stützelements in den radial außen liegenden Kragenabschnitt, vermag sich dieser bei Erwärmung gegenüber dem radial innen liegenden Kragenabschnitt nicht mehr oder nur noch in stark beschränktem Maße auszudehnen. Das Spaltmaß bleibt somit weitgehend unverändert, was zur Folge hat, dass auch die radiale Vorspannung des Dichtelements gegenüber den Kragenabschnitten erhalten bleibt.
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Auf die Integration eines Stützelements in den radial innen liegenden Kragenabschnitt kann verzichtet werden. Denn eine thermisch bedingte Längenausdehnung des radial innen liegenden Kragenabschnitts gegenüber dem radial außen liegenden Kragenabschnitt führt zu einer Verengung des Spalts. Das heißt, dass das Dichtelement stärker komprimiert wird und sich die Dichtwirkung erhöht.
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Aufgrund des Stützelements können demnach das Gehäuse und der Träger aus unterschiedlichen Materialien, insbesondere aus Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, gefertigt werden. Das heißt, dass das Stützelement eine funktionsgerechte Materialauswahl ermöglicht. Beispielsweise kann für den Träger ein Material gewählt werden, das schweißbar ist, so dass eine Verbindung mit einem Reduktionsmittel-Vorratstank durch Schweißen herstellbar ist. Das Material des Gehäuses muss demgegenüber nicht schweißbar sein. Hier kommt es im Wesentlichen auf die Festigkeit und die Steifigkeit des Materials an. Idealerweise sind daher das Gehäuse und der Träger aus unterschiedlichen Materialien gefertigt.
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Das Gehäuse ist vorzugsweise topfförmig gestaltet und nach oben hin offen. Die Öffnung erleichtert das Einsetzen des elektrischen oder elektronischen Bauteils in das Gehäuse. Anschließend kann das Gehäuse durch Aufsetzen des Trägers geschlossen werden, wobei der Träger in der Weise aufgesetzt wird, dass die beiden Kragenabschnitte ineinandergreifen. Vorzugsweise umgreift der Kragenabschnitt des Trägers den Kragenabschnitt des Gehäuses, so dass der Kragenabschnitt des Trägers radial außen zu liegen kommt. Entsprechend weist der Kragenabschnitt des Trägers das Stützelement auf. Der Träger erfährt auf diese Weise eine zusätzliche Aussteifung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Stützelement als geschlossener Ring ausgebildet. Die Ringform verhindert, dass das Stützelement bei Belastung radial ausweichen kann. Das heißt, dass die Stützfunktion des Stützelements durch die Ringform optimiert wird.
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Des Weiteren bevorzugt ist das Stützelement aus einem Material gefertigt, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der im Wesentlichen gleich hoch oder kleiner als der des Materials ist, aus dem der radial innen liegende Kragenabschnitt gefertigt ist. Dadurch ist sichergestellt, dass sich bei einer Erwärmung der Spalt zwischen den beiden Kragenabschnitten nicht weitet. Denn die Längenausdehnung des radial außen liegenden Kragenabschnitts ist auf die Längenausdehnung des integrierten Stützelements beschränkt.
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Das Stützelement kann auf unterschiedliche Art und Weise in den radial außen liegenden Kragenabschnitt integriert werden.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Stützelement mit dem Material des radial außen liegenden Kragenabschnitts umspritzt. Die Integration erfolgt in diesem Fall zeitgleich mit der Herstellung des Trägers bzw. des Gehäuses. Das Stützelement wird zuvor als Einlegeteil in eine Spritzgussform eingelegt und dann mit dem Material des Trägers bzw. des Gehäuses umspritzt.
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Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der radial außen liegende Kragenabschnitt eine Ausnehmung auf, in die das Stützelement durch Verguss eingebracht ist. Das Stützelement wird in diesem Fall nachträglich eingebracht, was die Herstellung des Trägers bzw. des Gehäuses vereinfacht.
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Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Stützelement in eine stirnseitige Nut des radial außen liegenden Kragenabschnitts eingesetzt. Das heißt, dass das Stützelement und der Träger bzw. das Gehäuse unabhängig voneinander hergestellt und anschließend verbunden worden sind. Die Verbindung kann in der Weise erfolgen, dass ein Kraft-, Form- und/oder Stoffschluss erzielt wird, der verhindert, dass das Stützelement aus der Nut herausfällt. Beispielweise kann das Stützelement durch Verclipsen, Verpressen, Verstemmen und/oder Verkleben mit dem Kragenabschnitt verbunden sein.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Nut radial außen von einer Nutflanke begrenzt wird, die gegenüber dem Stützelement freigestellt ist. Die freigestellte Nutflanke hilft innere Spannungen auszugleichen, die auf die verhinderte Längenausdehnung des radial außen liegenden Kragenabschnitts aufgrund des integrierten Stützelements zurückzuführen sind. Denn durch die Freistellung der radial außen liegenden Nutflanke vermag sich die Nut bei Erwärmung zu öffnen. Dies führt zu einer Teilverformung des Kragenabschnitts, durch welche innere Spannungen abgebaut werden. Zudem findet die Verformung in einem unkritischen Bereich des Kragenabschnitts statt, so dass sie keinen Einfluss auf die Funktion des Trägers bzw. des Gehäuses hat. Auch wird die Dichtfunktion des Dichtelements nicht beeinträchtigt, da die radial innen liegende Nutflanke durch das anliegende Stützelement in Position gehalten wird.
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Vorteilhafterweise sind der radial innen liegende Kragenabschnitt am Gehäuse und der radial außen liegende Kragenabschnitt am Träger ausgebildet. Das heißt, dass der Kragenabschnitt des Trägers den Kragenabschnitt des Gehäuses umgreift. Auf diese Weise vergrößert sich der mögliche Kontaktbereich des Trägers mit einem Reduktionsmittel-Vorratstank, um die Verbindung der Funktionseinheit mit dem Vorratstank zu erleichtern. Ferner ist sichergestellt, dass im Falle einer Undichtigkeit im Bereich der Verbindung des Trägers mit dem Vorratstank kein Reduktionsmittel in das Gehäuse einzudringen vermag.
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Das Gehäuse ist bevorzugt aus einem ersten Kunststoff, vorzugsweise aus hochfestem Kunststoff mit oder ohne Füllstoffe, beispielsweise aus Polyamid oder Polybutylenterephthalat (PBT), gefertigt. Diese und vergelichbare Kunststoffe weisen eine ausreichend hohe Festigkeit bzw. Steifigkeit auf.
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Der Träger ist bevorzugt aus einem zweiten Kunststoff, vorzugsweise aus Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) oder aus Polypropylen (PP), gefertigt. PE-HD besitzt den Vorteil, dass es schweißbar ist und somit eine Verbindung des Trägers mit einem Reduktionsmittel-Vorratstank über eine Schweißverbindung ermöglicht. Da PE-HD zudem beständig gegenüber Harnstoff und Ammoniak ist, können der Träger und der Vorratstank aus dem gleichen Material gefertigt werden.
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Da die Vorteile der Erfindung insbesondere in Kombination mit einem Reduktionsmittel-Vorratstank zum Tragen kommen wird ferner ein Reduktionsmittel-Vorratstank mit einer erfindungsgemäßen Funktionseinheit vorgeschlagen. Die Funktionseinheit ist dabei bevorzugt im Bereich einer bodenseitigen Öffnung an den Reduktionsmittel-Vorratstank angesetzt und über den Träger mit dem Reduktionsmittel-Vorratstank verschweißt. Die Schweißverbindung stellt die Abdichtung des Vorratstanks nach außen sicher, wobei der Träger zugleich verhindert, dass das Gehäuse der Funktionseinheit in Kontakt mit dem im Vorratstank bevorrateten Reduktionsmittel gelangt. Das Gehäuse kann demnach aus einem Material gefertigt werden, das weder schweißbar noch anderweitig an das Material des Trägers angepasst sein muss. Insbesondere kann ein Material gewählt werden, das gegenüber dem Material des Trägers eine höhere Festigkeit besitzt. Unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der Materialien können dabei unberücksichtigt bleiben, da ein integriertes Stützelement thermisch bedingten Längenänderungen des Trägers gegenüber dem Gehäuse entgegenwirkt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Dichtkontakt eines zwischen dem Träger und dem Gehäuse angeordneten Dichtelements erhalten bleibt, um die Abdichtung des Gehäuses nach außen zu gewährleisten.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Funktionseinheit gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
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2 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich der Radialdichtung zwischen Gehäuse und Träger,
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3 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Funktionseinheit gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform im Bereich der Radialdichtung zwischen Gehäuse und Träger,
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4 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Funktionseinheit gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform im Bereich der Radialdichtung zwischen Gehäuse und Träger sowie
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5 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Funktionseinheit gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform im Bereich der Radialdichtung zwischen Gehäuse und Träger.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der 1 ist eine Funktionseinheit 1 mit einem Gehäuse 2 und einem Träger 3 zu entnehmen. Die Funktionseinheit 1 ist insbesondere mit einem Reduktionsmittel-Vorratstank (nicht dargestellt) verbindbar. Die Verbindung erfolgt über den Träger 3, und zwar mittels Verschweißen. Die Verschweißung erfolgt im Bereich eines Stegs 11, der auf der Oberseite des Trägers 3 ausgebildet ist.
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Die Verbindung des Trägers 3 mit dem Gehäuse 2 erfolgt über einen Kragenabschnitt 5, der einen Kragenabschnitt 4 des Gehäuses 2 umgreift. Zwischen den beiden Kragenabschnitten 4, 5 ist ein elastomeres Dichtelement 6 eingelegt, das unter einer radialen Vorspannung an den beiden Kragenabschnitten 4, 5 anliegt. Auf diese Weise wird eine Abdichtung des Gehäuses 2 nach außen erreicht.
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Das Gehäuse 2 ist vorliegend aus einem ersten Kunststoff hoher Festigkeit und geringer Wärmedehnung, beispielsweise aus Polyamid, Polybutylenterephthalat (PBT) oder einem vergleichbaren Werkstoff, gefertigt. Der Träger 3 besteht aus einem zweiten Kunststoff, der im Wesentlichen dem Material des Reduktionsmittel-Vorratstanks angepasst ist. Hierbei kann es sich insbeosndere um Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) oder Polypropylen (PP) handeln. Somit weisen der Träger 3 und das Gehäuse 2 unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten auf. Das heißt, dass sie sich bei Erwärmung unterschiedlich stark ausdehnen. Um den Dichtkontakt des Dichtelements 6 mit den Kragenabschnitten 4, 5 nicht zu verlieren, weist der Kragenabschnitt 5 des Trägers 3 ein ringförmiges Stützelement 7 auf, das in den Kragenabschnitt 5 integriert ist. Das umlaufende ringförmige Stützelement 7 beschränkt die Längenausdehnung des Trägers 3 gegenüber dem Gehäuse 2, so dass sich der Spalt, in dem das Dichtelement 6 aufgenommen ist, nicht oder nur unwesentlich weitet. Die Abdichtungsfunktion des Dichtelements 6 bleibt somit erhalten.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist das Stützelement 7 vollständig im Kragenabschnitt 5 des Trägers 3 aufgenommen und von dem Material des Trägers 3 umhüllt. Zur Ausbildung des Stützelements 7 kann demnach ein Material gewählt werden, das vorrangig der Stützfunktion des Stützelements 7 gerecht wird. Der thermische Ausdehnungskoeffizient sollte möglichst gleich oder kleiner als der des Materials des Gehäuses 2 sein, um eine Aufweitung des Dichtspalts sicher zu verhindern.
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Durch die Stützfunktion des Stützelements 7 kann es zu einem unerwünschten Aufbeulen des Trägers 3 kommen. Denn die fehlende Ausdehnungsmöglichkeit in radialer Richtung wird ggf. durch eine Ausdehnung in axialer Richtung kompensiert. Dem kann dadurch entgegengewirkt werden, dass das Stützelement 7 in eine stirnseitige Nut 8 des Kragenabschnitts 5 eingesetzt wird, deren radial außen liegende Nutflanke 10 gegenüber dem Stützelement 7 freigestellt ist. Diese Ausführungsform ist in beispielhaft in der 3 dargestellt. Durch die freigestellte Nutflanke 10 vermag sich die Nut 9 bei Erwärmung zu öffnen, wobei der Träger 3 eine Teilverformung erfährt, die innere Spannungen kompensiert und somit einem Aufbeulen des Trägers 3 entgegenwirkt.
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In der 4 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Funktionseinheit 1 dargestellt, wobei sich die Darstellung wiederum auf den Dichtbereich zwischen dem Gehäuse 2 und dem Träger 3 beschränkt. Hier ist zur Ausbildung des Stützelements 7 eine Vergussmasse in eine Ausnehmung 8 des Kragenabschnitts 5 des Trägers 3 eingebracht.
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Wie beispielhaft in der 5 dargestellt kann das Stützelement 7 auch in der Weise in den Kragenabschnitt 5 des Trägers 3 integriert sein, dass ein Formschluss zwischen dem Stützelement 7 und dem Kragenabschnitt 5 erreicht wird. In der 5 ist das Stützelement 7 nachträglich von unten in die stirnseitige Nut 9 des Kragenabschnitts 5 eingesetzt und verclipst worden. Am Stützelement 7 sind hierzu Rastnasen 12 ausgebildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014210799 A1 [0003]
