DE102016221140A1

DE102016221140A1 - Tankeinbaueinheit

Info

Publication number: DE102016221140A1
Application number: DE102016221140.4A
Authority: DE
Inventors: Juergen Hanneke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2018-05-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tankeinbaueinheit (1) zum Einsetzen in einen Vorratstank (2), insbesondere für Betriebsstoffe von Kraftfahrzeugen, umfassend ein Basisfilterelement (3), ein Grundmodul (4) zur Aufnahme des Basisfilterelements (3), und eine Haltevorrichtung (7) mit einem Zusatzfilterelement (8, 9), wobei sich das Basisfilterelement (3) entlang einer Filterfläche (5) der Oberfläche (6) des Grundmoduls (4) erstreckt, wobei durch die Haltevorrichtung (7) das Zusatzfilterelement (8, 9) derart gehalten ist, dass das Basisfilterelement (3) zwischen dem Grundmodul (4) und dem Zusatzfilterelement (8, 9) angeordnet ist, und wobei eine Grundfläche (15) des Zusatzfilterelements (8, 9) größer ist als die Filterfläche (5) des Grundmoduls (4).

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tankeinbaueinheit. Außerdem betrifft die Erfindung einen Vorratstank umfassend eine derartige Tankeinbaueinheit. In dem Vorratstank sind insbesondere Kraftstoffe oder anderweitige Betriebsstoffe speicherbar, die zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs benötigt werden.
Aus dem Stand der Technik sind Tankeinbaueinheiten bekannt. Generell werden Tankeinbaueinheiten verwendet, um Betriebsstoffe mittels Sensoren zu überwachen und mittels Pumpen aus dem Vorratstank abzupumpen. Dabei ist vorgesehen, dass ein Basisfilterelement vorhanden ist, über das eine Filterung der Betriebsstoffe durchgeführt wird. Die Tankeinbaueinheit weist eine Grundfläche auf, auf dem das Basisfilterelement angebracht ist. Es ist grundsätzlich ein Anliegen, Tankeinbaueinheiten mit möglichst geringen Volumen herzustellen. In diesem Fall wird die Grundfläche, die für das Basisfilterelement Verfügung steht, verringert. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an die Güte des gefilterten Betriebsstoffs, so dass eine hochwertige Filterung notwendig ist.
Tankeinbaueinheiten werden üblicherweise direkt mit dem Tank verschweißt. Durch das Verschweißen sind Außenabmessungen der Tankeinbaueinheiten limitiert. Somit ist nicht möglich, die Filterfläche durch Vergrößern der Tankeinbaueinheit ebenfalls zu vergrößern.
Aus der DE 10 2013 224 734 A1 ist eine Tankbaueinheit bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Tankeinbaueinheit ermöglicht eine Vergrößerung der aktiven Filterfläche ohne Vergrößerung der Tankeinbaueinheit selbst. Somit ist eine Filtrationskapazität erhöht, was insbesondere durch aufeinander abgestimmte Filterebenen erfolgt.
Dazu umfasst die Tankeinbaueinheit ein Basisfilterelement, ein Grundmodul und eine Haltevorrichtung. Das Grundmodul dient zur Aufnahme des Basisfilterelements. Die Haltevorrichtung umfasst ein Zusatzfilterelement. Dabei ist vorgesehen, dass das Zusatzfilterelement durch die Haltevorrichtung derart gehalten ist, dass das Basisfilterelement zwischen dem Grundmodul und dem Zusatzfilterelement angeordnet ist. Das Basisfilterelement ist bevorzugt auf der Oberfläche des Grundmoduls angeordnet. Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Basisfilterelement derart auf dem Grundmodul angeordnet ist, dass sich das Basisfilterelement entlang einer Filterfläche der Oberfläche des Grundmoduls erstreckt. Die Filterfläche ist somit ein Teilbereich der gesamten Oberfläche des Grundmoduls. Die Filterfläche kann bevorzugt Öffnungen umfassen, um Inhalte aus dem Vorratstank zu entnehmen. Soll ein Fluid aus dem Vorratstank genommen werden, so muss dieses zunächst durch das Basisfilterelement hindurch gelangen, um den Vorratstank durch besagte Öffnung der Filterfläche zu verlassen. Dies bedeutet, dass das Basisfilterelement unmittelbar benachbart zu der Oberfläche des Grundmoduls angeordnet ist, wobei die Oberfläche im Bereich der Filterfläche vorteilhafterweise Öffnungen aufweist. Außerdem ist vorgesehen, dass eine Grundfläche des Zusatzfilterelements größer ist als die Filterfläche des Grundmoduls.
Durch das Zusatzfilterelement ist somit ein weiteres Filterelement an der Tankeinbaueinheit angebracht. Das zusätzliche Filterelement ist dabei in einer zusätzlichen Ebene bezüglich des Basisfilterelements angeordnet. Auf diese Weise ist die Filterfläche erhöht, wobei die Filterfläche nicht mehr allein abhängig von der Größe der Oberfläche des Grundmoduls ist.
Dabei wird die Tankbaueinheit bevorzugt derart durchströmt, dass das ungereinigte Fluid (z.B. Harnstofflösung, Diesel, Benzin oder andere Betriebsstoffe) zunächst durch das Zusatzfilterelement strömt und anschließend durch das Basisfilterelement. Auf diese Weise liegt die Reinseite entlang der Strömungsrichtung betrachtet hinter dem Basisfilterelement.
Das Grundmodul dient als Trägerelement. So ist insbesondere vorgesehen, dass das Grundmodul die Haltevorrichtung trägt. Außerdem trägt das Grundmodul das Basisfilterelement. Das Grundmodul ist außerdem mit dem Vorratstank, insbesondere stoffschlüssig, verbindbar, besonders bevorzugt verschweißbar. Somit weist das Grundmodul eine Vielzahl von Komponenten auf, um den Inhalt des Vorratstanks mittels Sensoren zu überwachen und um den Inhalt des Vorratstanks zu entnehmen.
Das Basisfilterelement umfasst bevorzugt einen Rahmen, an dem zumindest ein filteraktives Medium angeordnet ist. Insbesondere handelt es sich bei dem filteraktiven Medium um einen Tiefenfilter. Die Porengröße des Tiefenfilters beträgt bevorzugt zwischen 70 Mikrometern und 30 Mikrometern, besonders bevorzugt 50 Mikrometer.
Bei einem Tiefenfilter werden durch Fluidbewegungen Partikel in das filteraktive Medium transportiert und lagern sich dort ab. Das Ablagern kann beispielsweise durch Diffusion, Sedimentation oder Interzeption bewirkt werden. Die Partikel haften dann an dem filteraktiven Medium insbesondere durch van-der-Waals-Kräfte oder durch Elektrostatik. Im Gegensatz dazu bildet sich bei einem Oberflächenfilter auf einer Oberfläche ein Filterkuchen aus ausgefilterten Partikeln aus. Dieser Filterkuchen dient selbst ebenfalls als filteraktive Schicht. Bei einem Tiefenfilter wird das Ausbilden eines Filterkuchens vermieden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Die Tankeinbaueinheit weist bevorzugt eine Heizvorrichtung auf. Die Heizvorrichtung ist insbesondere zwischen Basisfilterelement und Zusatzfilterelement angeordnet. Durch die Heizvorrichtung ist ermöglicht, den Inhalt des Vorratstanks aufzuheizen, wobei insbesondere der Inhalt aufgeheizt werden muss, der nahe an dem Basisfilterelement liegt. In dem Bereich des Basisfilterelements ist die Gefahr des Einfrierens des Inhalts des Vorratstanks am größten. Somit besteht die Gefahr, dass das Basisfilterelement aufgrund von Gefrierung verstopft. Dies wird durch die Heizung verhindert.
Besonders vorteilhaft ist die Heizvorrichtung näher an dem Basisfilterelement als an dem Zusatzfilterelement angeordnet. Auf diese Weise ergibt sich keinerlei negative Beeinflussung der Auftauzeit. Insbesondere besteht eine Gefahr des Einfrierens des Basisfilterelements, wobei eine Gefahr des Einfrierens des Zusatzfilterelements geringer ist. Somit ist die Heizvorrichtung hauptsächlich darauf ausgelegt, das Basisfilterelement aufzutauen. Durch die Einbaulage kann jedoch zusätzlich vorteilhaft auch Fluid in der Umgebung des Zusatzfilterelements aufgetaut werden. Beispielsweise kann bezüglich der Schwerkraftrichtung das Zusatzfilterelement oberhalb des Basisfilterelements angeordnet sein. Wird nun durch die Heizvorrichtung das Fluid (z.B. Diesel oder Harnstofflösung) in der Umgebung des Basisfilterelements aufgetaut bzw. verflüssigt (z.B. aus einem gelierten Zustand), so kann das angewärmte Fluid nach oben steigen und seinerseits ein Auftauen bzw. Verflüssigen von Fluid in der Umgebung des Zusatzfilterelements bewirken. Das Auftauen des Basisfilterelements kann z.B. für die Funktion einer z.B. mit der Tankbaueinheit verbundenen Brennkraftmaschine relevant sein, um eine schnelle Betriebsbereitschaft zu gewährleisten.
Ein Abstand zwischen Heizvorrichtung und dem Basisfilterelement beträgt bevorzugt zwischen einen Millimeter und 8 Millimeter. Insbesondere beträgt besagter Abstand zwischen 3 Millimetern und 6 Millimetern. Besonders vorteilhaft beträgt der Abstand zwischen der Heizvorrichtung und dem Zusatzfilterelement zumindest 5 Millimeter, insbesondere zumindest 10 Millimeter. Auf diese Weise lässt sich das beschriebene Auftauen des Basisfilterelements vorteilhafterweise erreichen. Durch den größeren Abstand zu dem Zusatzfilterelement erfolgt keine negative Beeinflussung der Auftauzeit durch das Vorhandensein des Zusatzfilterelements. Somit ergeben sich ähnliche oder dieselben Auftauzeiten wie bei herkömmlichen Tankeinbaumodulen.
Das Basisfilterelement umfasst bevorzugt ein hydrophiles oder oleophiles Filtermaterial. Das hydrophile oder oleophile Filtermaterial stellt somit ein filteraktives Medium des Basisfilterelements dar. Dadurch, dass das Filtermaterial hydrophil oder oleophil ist, ergibt sich eine Reservoirwirkung des Basisfilterelements. So speichert das Basisfilterelement den Inhalt des Vorratsmoduls, wodurch das Basisfilterelement stets ausreichend mit dem Inhalt des Vorratstanks getränkt ist. Dies ist besonders vorteilhaft bei der Verwendung von z.B. wässrigen Lösungen als Fluid, z.B. von Harnstofflösung. Somit wird ein ungewolltes Belüften des Basisfilterelements vermieden. Je nachdem ob in dem Vorratstank eine wässrige Lösung, wie beispielsweise Harnstoff, oder eine ölige Komponente, wie beispielsweise Diesel, vorhanden ist, kann das Filtermaterial entweder hydrophil oder oleophil sein.
Das Zusatzfilterelement umfasst insbesondere ein erstes Zusatzfilterelement und wenigstens ein zweites Zusatzfilterelement. Es versteht sich, dass auch eine Vielzahl von Zusatzfilterelementen vorgesehen sein kann. Das erste Zusatzfilterelement und das wenigstens eine zweite Zusatzfilterelement sind insbesondere separate Filterelemente. Unter separaten Elementen ist zu verstehen, dass sowohl das erste Zusatzfilterelement als auch das zweite Zusatzfilterelement eigenständige Elemente sind, die unabhängig voneinander an der Haltevorrichtung angebracht sind. Das erste und das wenigstens eine zweite Zusatzfilterelement sind bevorzugt voneinander beabstandet angeordnet. Sie stehen bevorzugt nicht flächig miteinander in mechanischem Kontakt. Es ist zu verstehen, dass bevorzugt jedes einzelne der Zusatzfilterelemente von seinem jeweilig benachbarten Zusatzfilterelement beabstandet angeordnet sein kann. Dabei ist vorgesehen, dass das zweite Zusatzfilterelement zwischen dem ersten Zusatzfilterelement und dem Basisfilterelement angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich insbesondere ein Kaskadenfilter realisieren, wobei der Kaskadenfilter neben den beiden Zusatzfilterelementen das Basisfilterelement umfasst. Auf diese Weise ist eine Filterleistung der Tankeinbaueinheit vergrößert. Insbesondere lässt sich somit der Inhalt des Vorratstanks sehr rein aus dem Vorratstank entnehmen.
Ein Abstand zwischen dem ersten Zusatzfilterelement und dem zweiten Zusatzfilterelement beträgt bevorzugt zwischen 1 Zentimeter und 5 Zentimeter Insbesondere beträgt besagter Abstand zwischen 2 Zentimeter und 4 Zentimeter. Dadurch beeinflussen sich vorteilhaft die einzelnen Zusatzfilterelemente nicht gegenseitig, z.B. durch eine mechanische Berührung. Das zwischen den Zusatzfilterelementen vorhandene Fluid kann sich nach dem Durchtritt durch ein Zusatzfilterelement zunächst beruhigen bevor es durch das nächste Zusatzfilterelement geleitet wird bzw. fließt.
Zumindest das erste Zusatzfilterelement umfasst bevorzugt ein hydrophobes oder oleophobes Filtermaterial. Auf diese Weise ist, insbesondere zusammen mit der zuvor beschriebenen hydrophilen oder oleophilen Auslegung des Filtermaterials des Basisfilterelement, ein Startverhalten und oder ein Lüftungsverhalten des Basisfilterelement nicht beeinträchtigt. Unter Startverhalten ist das durch Auslegung des Basisfilterelements generierte Verhalten des Fluids zu dem Zeitraum zu verstehen, während dem, ausgehend von einer Ruhelage, bei der kein Fluid den Basisfilter durchströmt, der Fluidstrom bis zum Erreichen eines gewünschten Fluidstroms erhöht wird.
Ebenso lässt sich auf diese Weise die zuvor beschriebene Reservoirwirkung des Basisfilters vollständig nutzen. Das zweite Zusatzfilterelement kann wahlweise ein hydrophobes oder oleophobes Filtermaterial und/oder ein hydrophiles oder oleophiles Filtermaterial umfassen.
Eine Porengröße des Filtermaterials des ersten Zusatzfilterelements ist insbesondere größer als eine Porengröße eines Filtermaterials des zweiten Zusatzfilterelements. Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Porengröße eines Filtermaterials des zweiten Zusatzfilterelements größer ist als eine Porengröße eines Filtermaterials des Basisfilterelements. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Porengröße des ersten Zusatzfilterelements zwischen 150 Mikrometern und 250 Mikrometern, bevorzugt 200 Mikrometer, beträgt. Eine Porengröße des zweiten Zusatzfilterelements beträgt bevorzugt zwischen 50 Mikrometern und 150 Mikrometern, insbesondere 100 Mikrometer. Eine Porengröße des Basisfilterelements beträgt schließlich bevorzugt zwischen 25 Mikrometern und 75 Mikrometern, insbesondere 50 Mikrometer. Auf diese Weise ist eine Kaskade innerhalb der Filterung sichergestellt. Somit kann die gesamte Kaskade mehr Partikel aufnehmen als das Basisfilterelement allein. Aufgrund der Auslegung der Tankeinbaueinheit, insbesondere aufgrund der Tatsache, dass die Grundfläche des Zusatzfilterelements größer ist als die Filterfläche, ist eine Filterleistung des Zusatzfilterelements, insbesondere das erste Zusatzfilterelements und das zweite Zusatzfilterelements zusammen, größer als die des Basisfilterelements. Somit ist das Basisfilterelement, das bevorzugt als Tiefenfilter ausgebildet ist, weiterhin, wie auch im Stand der Technik, das die Partikelsättigung und damit die Lebensdauer bestimmende Bauteil der Tankeinbaueinheit, sodass die Lebensdauer der Tankeinbaueinheit nicht durch das Zusatzfilterelement beeinträchtigt ist.
Das Basisfilterelement weist bevorzugt eine erste Filterschicht und eine parallel zur ersten Filterschicht angeordnete zweite Filterschicht auf. Unter dem Begriff parallel ist dabei keine strenge geometrische Parallelität zu verstehen, sondern es sind außerdem Winkelabweichungen bis zu 15 Grad möglich. Erste und zweite Filterschicht können dabei z.B. voneinander beabstandet ausgebildet sein. Sie stehen dann nicht flächig miteinander in Kontakt. Ein solcher Abstand kann z.B. wenigstens 500µm betragen oder z.B. wenigstens 1mm. Beispielsweise kann der Abstand 1mm bis 3mm betragen. Strömungstechnisch sind die erste Filterschicht und die zweite Filterschicht somit hintereinander geschaltet. Das Basisfilterelement weist einen gemeinsamen Rahmen auf, an dem die erste Filterschicht und die zweite Filterschicht angebracht sind. Auf diese Weise wird eine sichere und zuverlässige Filterung gewährleistet. Insbesondere stellen sowohl die erste Filterschicht als auch die zweite Filterschicht einem Tiefenfilter dar.
Ein Flächeninhalt der Filterfläche beträgt insbesondere maximal 90 Prozent, bevorzugt maximal 70 Prozent, besonders bevorzugt maximal 60 Prozent, eines Flächeninhalts der Grundfläche des Zusatzfilterelement. Es ist somit ersichtlich, dass eine geometrische Erstreckung des Basisfilterelements geringer ist als eine geometrische Erstreckung des Zusatzfilterelements. Unabhängig davon, ob das Zusatzfilterelement ein einziges Zusatzfilterelement ist, oder ein erstes Zusatzfilterelement und wenigstens ein zweites Zusatzfilterelement aufweist, ist sichergestellt, dass das Zusatzfilterelement mehr Partikel aufnehmen kann als das Basisfilterelement. Somit ist eine Lebensdauer der Tankeinbaueinheit durch das Basisfilterelement bestimmt und wird nicht durch das Zusatzfilterelement beschränkt.
Die Haltevorrichtung leitet bevorzugt Fluid von dem Zusatzfilterelement zu dem Basisfilterelement. Die Haltevorrichtung kann einen z.B. Topf darstellen bzw. als Topf ausgebildet sein, wobei dieser Topf einerseits durch das Zusatzfilterelement und andererseits durch das Basisfilterelement begrenzt ist. Somit ist sichergestellt, dass eine Kaskadenwirkung bei der Filterung vorhanden ist, da ein Inhalt des Vorratstanks zunächst das Zusatzfilterelement und anschließend erst das Basisfilterelement passieren muss, um aus dem Vorratstank zu gelangen. Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass die Haltevorrichtung eine Zusatzöffnung aufweist. Über die Zusatzöffnung ist Fluid zu dem Basisfilterelement unter Umgehung des Zusatzfilterelements leitbar. Somit stellt die Zusatzöffnung eine Notlaufeigenschaft dar. Sollte das Zusatzfilterelement derart mit Partikeln belegt bzw. durch Partikel zugesetzt sein, dass nicht mehr ausreichend Fluid hindurchtreten kann, so kann Fluid weiterhin durch die Zusatzöffnung hindurch fließen und so zu dem Basisfilterelement gelangen. Dabei sind eine Lage und eine Abmessung der Zusatzöffnung bevorzugt derart gewählt, dass im Normalbetrieb nur geringe Strömungsgeschwindigkeiten und Durchflussvolumina durch die Zusatzöffnung vorhanden sind. Somit gelangen im Normalbetrieb keine Partikel in nennenswerter Anzahl zu dem Basisfilterelement. Die Zusatzöffnung stellt damit eine reine Notlaufeigenschaft dar.
An dem Grundmodul ist außerdem vorteilhafterweise eine Pumpe angeordnet. Die Pumpe ist von einem Pumpendom abgedeckt. Dabei ist vorgesehen, dass die Haltevorrichtung an den Pumpendom angebracht ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Haltevorrichtung einstückig mit dem Pumpendom ausgebildet ist. Alternativ ist vorgesehen, dass die Haltevorrichtung mit dem Pumpendom formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder reibschlüssig verbunden ist. Besonders vorteilhaft ist die Haltevorrichtung mit dem Pumpendom verklebt oder verschweißt.
Das Grundmodul weist außerdem einen Füllstandsensor auf. Alternativ oder zusätzlich weist das Grundmodul einen Qualitätssensor auf. Sowohl der Füllstandsensor als auch der Qualitätssensor sind insbesondere außerhalb der Haltevorrichtung auf dem Grundmodul angebracht. Es ist somit ersichtlich, dass sowohl der Füllstandsensor als auch der Qualitätssensor auf dem Grundmodul angeordnet werden können, womit zusätzliche Sensoren in der Tankeinbaueinheit integriert sind. Gleichzeitig ist eine Filterleistung der Tankeinbaueinheit durch die Aufnahme der Haltevorrichtung und des Zusatzfilterelements erhöht.
Die Erfindung betrifft schließlich einen Vorratstank. Der Vorratstank umfasst eine Tankbaueinheit wie zuvor beschrieben. In dem Vorratstank sind insbesondere Betriebsstoffe zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs speicherbar. Besonders vorteilhaft lassen sich in dem Vorratstank Kraftstoffe und/oder Zusatzstoffe, wie insbesondere Harnstofflösungen, zum Betreiben eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs aufnehmen. Durch die Tankeinbaueinheit ist sichergestellt, dass eine hochwertige Filterung des Inhalts des Vorratstanks beim Entnehmen des Inhalts vorhanden ist.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:

1 eine schematische Abbildung eines Vorratstanks gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine erste schematische Abbildung einer Tankeinbaueinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine zweite schematische Abbildung der Tankeinbaueinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine dritte schematische Abbildung der Tankeinbaueinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 eine vierte schematische Abbildung der Tankeinbaueinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
6 eine schematische Abbildung eines Basisfilterelement der Tankeinbaueinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen Vorratstank 2 umfassend eine Tankeinbaueinheit 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Vorratstank 2 ist über einen Einfüllstützen 21 befüllbar, während der Vorratstank 2 über einen Entnahmestutzen 22 entleerbar ist. Der Entnahmestutzen 22 ist dabei mit der Tankeinbaueinheit 1 verbunden. Somit lässt sich gefiltertes Fluid aus dem Vorratstank 2 entnehmen.
2 zeigt schematisch die Tankeinbaueinheit 1 aus 1 in einer Seitenansicht. 3 zeigt die Tankeinbaueinheit 1 entlang des in 2 angedeuteten Schnitts A-A. Die Tankeinbaueinheit 1 ist zum Einsetzen in den Vorratstank 2 ausgebildet. Dazu umfasst die Tankeinbaueinheit 1 ein Grundmodul 4, das als Träger für sämtliche weiteren Komponenten der Tankeinbaueinheit 1 dient. Das Grundmodul 4 weist einen Schweißrand 19 auf, an dem die Tankeinbaueinheit 1 mit dem Körper des Vorratstanks 2 verschweißbar ist. Um den Vorgang des Verschweißens zu vereinfachen, ist das Grundmodul 4 mit einem runden Querschnitt ausgebildet.
Auf dem Grundmodul 4 ist ein Basisfilterelement 3 angebracht. Das Basisfilterelement 3 deckt bevorzugt eine Öffnung innerhalb des Grundmoduls 4 ab, in das der Entnahmestutzen 22 mündet. Somit ist ein Fluid filterbar, bevor es über den Entnahmestutzen 22 aus dem Vorratstank 2 entnommen wird.
Außerdem weist die Tankeinbaueinheit 1 eine Pumpe auf, wobei die Pumpe von einem Pumpendom 14 abgedeckt ist. Der Pumpendom 14 ist über Montageschrauben 20 mit dem Grundmodul 4 verschraubt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist der Pumpendom 14 in 3 nicht geschnitten gezeigt.
Um die Filterfähigkeit der Tankeinbaueinheit 1 zu erhöhen, weist die Tankeinbaueinheit 1 zusätzlich ein erstes Zusatzfilterelement 8 und wenigstens ein zweites Zusatzfilterelement 9 auf. Das erste Zusatzfilterelement 8 und das zweite Zusatzfilterelement 9 sind an einer Haltevorrichtung 7 angebracht. Die Haltevorrichtung 7 ist durch ein Montagehilfsmittel 23 mit dem Pumpendom 14 verbunden. Insbesondere handelt es sich bei dem Montagehilfsmittel 23 um Klebstoff. Das Halteelement 7 ist insbesondere aus einem flexiblen bzw. elastischen Material gefertigt. Dies ermöglicht es, auf einfache Verbindungstechniken zurückzugreifen um dadurch ein eisdruckrobustes Design zu erzielen.
Das erste Zusatzfilterelement 8 ist bevorzugt aus einem hydrophoben Filtermaterial gebildet. Das zweite Zusatzfilterelement 9 ist wahlweise aus einem hydrophoben oder einem hydrophilen Filtermaterial gebildet. Das erste Zusatzfilterelement 8 und das zweite Filterelement 9 sind unabhängige Filterelemente, die insbesondere einzeln und unabhängig voneinander an der Haltevorrichtung 7 gehalten sind. Das Filtermaterial des ersten Zusatzfilterelements 8 ist bevorzugt ein Oberflächenfilter. Das Filtermaterial des zweiten Zusatzfilterelements 9 ist bevorzugt ein Tiefenfilter oder ein Oberflächenfilter. Dabei ist vorgesehen, dass eine Porengröße des Filtermaterials des ersten Zusatzfilterelements 8 ungefähr 200 Mikrometer beträgt, während eine Porengröße des Filtermaterials des zweiten Zusatzfilterelements 9 ungefähr 100 Mikrometer beträgt. Das erste Zusatzfilterelement 8 und das zweite Zusatzfilterelement 9 weisen bevorzugt einen Abstand zwischen 1 Zentimeter und 5 Zentimeter, insbesondere zwischen 2 Zentimeter und 4 Zentimeter, auf.
Soll Fluid aus dem Vorratstank 2 entnommen werden, so muss dieses zunächst das erste Zusatzfilterelement 8, anschließend das zweite Zusatzfilterelement 9 und zuletzt das Basisfilterelement 3 durchströmen. Auf diese Weise wird eine Kaskadenfilterung realisiert, die eine umfassende Filterung des Fluids sichergestellt. Gleichzeitig lässt sich die Abmessung des Grundmoduls 4 und damit des Basisfilterelements 3 verringern. Die verringerte Filterleistung durch das kleinere Basisfilterelement 3 lässt sich durch das erste Zusatzfilterelement 8 und das zweite Zusatzfilterelement 9 zumindest ausgleichen.
Das Basisfilterelement 3 weist bevorzugt ein hydrophiles Filtermaterial auf. Somit besteht die Gefahr, dass bei geringen Außentemperaturen das Basiselement 3 einfriert. Aus diesem Grund ist eine Heizvorrichtung 10 vorhanden. Die Heizvorrichtung 10 dient zum Auftauen des Basisfilterelements 3. Bevorzugt ist die Heizvorrichtung 10 zwischen dem Basisfilterelement 3 und dem zweiten Zusatzfilterelement 9 angebracht. Dabei ist ein Abstand der Heizvorrichtung 10 zu dem Basiselement 3 geringer als ein Abstand der Heizvorrichtung 10 zu dem zweiten Zusatzfilterelement 9. Insbesondere beträgt ein Abstand zwischen der Heizvorrichtung 10 und dem Basisfilterelement 3 zwischen einem Millimeter und 8 Millimetern, bevorzugt zwischen 3 Millimetern und 6 Millimetern. Gleichzeitig beträgt ein Abstand zwischen der Heizvorrichtung 10 und dem zweiten Zusatzfilterelement 9 zumindest 5 Millimeter, bevorzugt zumindest 10 Millimeter. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das zweite Zusatzfilterelement 9 und das erste Zusatzfilterelement 8 die Auftauzeit des Basiselements 3 nicht beeinflussen, da keine thermischen Rahmenbedingungen beeinflusst werden. Somit weist die Tankeinbaueinheit 1 dieselbe thermische Charakteristik wie aus dem Stand der Technik bekannte Tankeinbaueinheiten auf.
Durch die zuvor beschriebene Verwendung von hydrophobem Filtermaterial für das erste Zusatzfilterelement 8, und insbesondere auch für das zweite Zusatzfilterelement 9, wird die Reservoirwirkung und die Entlüftungsfähigkeit des Basisfilterelements 3 nicht beeinflusst. Aufgrund der Einbaulage kann das aufgewärmte bzw. verflüssigte Fluid nach oben steigen und dort dann auch das Auftauen bzw. Verflüssigen des Fluids in der Umgebung des ersten Zusatzfilterelements 8 und/oder zweiten Zusatzfilterelements 9 bewirken. Die Tankeinbaueinheit 1 weist somit gegenüber bekannten Tankeinbaueinheiten eine vergrößerte aktive Filterfläche auf, während gleichzeitig die thermischen Charakteristiken der Tankeinbaueinheit 1 zumindest gleich gut ausgebildet sind wie bei herkömmlichen Tankbaueinheiten.
Die Tankeinbaueinheit 1 weist außerdem eine Notlaufeigenschaft auf. Dazu umfasst die Haltevorrichtung 7 eine Zusatzöffnung 13. Die Zusatzöffnung 13 dient zum Transportieren von Fluid zu dem Basisfilterelement 3 unter Umgehung des ersten Zusatzfilterelements 8 und des zweiten Zusatzfilterelements 9. Dabei ist vorgesehen, dass eine Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Zusatzöffnung 13 gering ist, so dass im normalen Betrieb keine Partikel in nennenswerter Anzahl zu dem Basisfilterelement 3 gelangen können. Sollten jedoch das erste Zusatzfilterelement 8 und/oder das zweite Zusatzfilterelement 9 derart mit Partikeln beladen sein, dass der Durchfluss von Fluid durch sie hindurch eingeschränkt ist, so greift die Notlaufeigenschaft, indem Fluid durch die Zusatzöffnung 13 zu dem Basisfilterelement 3 gelangt. Von dem Basisfilter 3 gelangt das Fluid zu dem Entnahmestutzen 22 und kann somit selbst bei verstopftem ersten Zusatzfilterelement 8 und/oder verstopftem zweitem Zusatzfilterelement 9 aus dem Vorratstank 2 entnommen werden.
4 zeigt die Tankeinbaueinheit 1 entlang des in 2 angedeuteten Schnitts B-B. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist der Pumpendom 14 nicht geschnitten gezeigt.
Auf dem Grundmodul 4 ist eine Filterfläche 5 definiert. Die Filterfläche 5 ist ein Teil der Oberfläche 6 des Grundmoduls 4 und stellt denjenigen Teil der Oberfläche 6 des Grundmoduls 4 dar, auf dem das Basisfilterelement 3 angeordnet ist. Besonders vorteilhaft entspricht die Filterfläche 5 einer Öffnung des Grundmoduls 4, wobei die Öffnung in dem Entnahmestutzen 22 mündet.
Wie insbesondere aus 4 erkennbar ist, ist eine Flächenerstreckung bzw. Größe der Filterfläche 5 aufgrund von weiteren Bauteilen der Tankeinbaueinheit 1 beschränkt. So können auf der Oberfläche 6 des Grundmoduls 4 außerdem z.B. ein Füllstandsensor 16 sowie ein Qualitätssensor 17 angebracht sein. Außerdem ist auf der Oberfläche 6 des Grundmoduls 4 die von dem Pumpendom 14 abgedeckte Pumpe angeordnet. Da einer aus der Verringerung der Filterfläche 5 resultierenden Verringerung der Filterleistung der Tankeinbaueinheit 1 durch das erste Zusatzfilterelement 8 und das zweite Zusatzfilterelement 9 entgegengewirkt werden kann, erlaubt die Tankeinbaueinheit 1 vorteilhafterweise das Integrieren weiter Komponenten, insbesondere Sensoren, beispielsweise Sensoren wie zuvor beschrieben.
5 zeigt die die Tankeinbaueinheit 1 entlang des in 2 angedeuteten Schnitts C-C. Wiederum ist aus Gründen der Übersichtlichkeit der Pumpendom 14 nicht geschnitten gezeigt.
Aus 5 ist die Grundfläche 15 ersichtlich über die sich das zweite Zusatzfilterelement 9 erstreckt. Ebenso erstreckt sich das erste Zusatzfilterelement 8 über die Grundfläche 15. Dabei ist offensichtlich, dass die Grundfläche 15 größer ist als die Filterfläche 5 des Grundmoduls 4.
Aufgrund der Größenverhältnisse zwischen der Grundfläche 15 des ersten Zusatzfilterelement 8 sowie des zweiten Zusatzfilterelement 9 und der Filterfläche 5 des Basisfilterelements 3 ist insbesondere sichergestellt, dass eine Filterkapazität des ersten Zusatzfilterelements 8 und des zweiten Zusatzfilterelements 9 größer ist als die des Basisfilterelements 3. In einer bevorzugten Ausgestaltung, in der alle Filterelemente Tiefenfilter sind, können somit das erste Zusatzfilterelement 8 und das zweite Zusatzfilterelement 9 mehr Partikel aufnehmen als das Basisfilterelement 3. Auch bei Ausgestaltung als Oberflächenfilter ist aufgrund der gegenüber der Filterfläche 5 größeren Grundfläche 15 eine höhere Filterkapazität für das erste Filterelement 8 und das zweite Filterelement 9 gegeben. Somit stellt das Basisfilterelement 3, insbesondere aufgrund seiner maximalen Partikelsättigung, ein die Lebensdauer der Tankeinbaueinheit 1 bestimmendes Bauteil dar.
Eine Schnittansicht des Basisfilterelements 3 ist in 5 gezeigt. Daraus ist ersichtlich, dass das Basisfilterelement 3 einen gemeinsamen Rahmen 18 aufweist, an dem sowohl eine erste Filterschicht 11 als auch eine zweite Filterschicht 12 angebracht ist. Die erste Filterschicht 11 und die zweite Filterschicht 12 sind beabstandet voneinander und insbesondere parallel an dem Rahmen 18 aufgebracht. Außerdem können die erste Filterschicht 11 und die zweite Filterschicht 12 z.B. ein hydrophiles Filtermaterial umfassen. Somit ist ein Belüften des Basisfilterelements 3 vermieden. Gleichzeitig dient das Basisfilterelement 3 als Reservoir, das den Inhalt des Vorratstanks 2 speichert. Das Filtermaterial weist außerdem bevorzugt eine Porengröße von 50 Mikrometern auf und ist insbesondere als Tiefenfilter ausgebildet.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Zusatzfilterelemente 8, 9 vorhanden. In anderen Ausführungsbeispielen können weitere Zusatzfilterelemente vorhanden sein. Die Anzahl der Zusatzfilterelemente 8, 9 richtet sich insbesondere nach dem zu erwartenden Verschmutzungsgrad des Fluides, das innerhalb des Vorratstank 2 vorhanden ist, sowie nach einem gewünschten Reinheitsgrad des aus dem Vorratstank 2 entnommenen Fluides.
In Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass eine wässrige Lösung, wie insbesondere Harnstoff, in dem Vorratstank 2 bevorratet ist. Alternativ kann der Vorratstank 2 auch ölige Substanzen aufnehmen. In diesem Fall muss lediglich hydrophiles Filtermaterial durch olephiles Filtermaterial und hydrophobes Filtermaterial durch oleophobes Filtermaterial ersetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013224734 A1 [0004]

Claims

Tankeinbaueinheit (1) zum Einsetzen in einen Vorratstank (2), insbesondere für Betriebsstoffe von Kraftfahrzeugen, umfassend • ein Basisfilterelement (3), • ein Grundmodul (4) zur Aufnahme des Basisfilterelements (3), und • eine Haltevorrichtung (7) mit einem Zusatzfilterelement (8, 9), • wobei sich das Basisfilterelement (3) entlang einer Filterfläche (5) der Oberfläche (6) des Grundmoduls (4) erstreckt, • wobei durch die Haltevorrichtung (7) das Zusatzfilterelement (8, 9) derart gehalten ist, dass das Basisfilterelement (3) zwischen dem Grundmodul (4) und dem Zusatzfilterelement (8, 9) angeordnet ist, und • wobei eine Grundfläche (15) des Zusatzfilterelements (8, 9) größer ist als die Filterfläche (5) des Grundmoduls (4).
Tankeinbaueinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizvorrichtung (10) zwischen Basisfilterelement (3) und Zusatzfilterelement (8,9) angeordnet ist.
Tankeinbaueinheit (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (10) näher an dem Basisfilterelement (3) als an dem Zusatzfilterelement (8, 9) angeordnet ist.
Tankeinbaueinheit (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen der Heizvorrichtung (10) und dem Basisfilterelement (3) zwischen 1 mm und 8 mm, bevorzugt zwischen 3 mm und 6 mm, beträgt und/oder dass ein Abstand zwischen der Heizvorrichtung (10) und dem Zusatzfilterelement (8, 9) zumindest 5 mm, insbesondere zumindest 10 mm, beträgt.
Tankeinbaueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisfilterelement (3) ein hydrophiles oder oleophiles Filtermaterial umfasst.
Tankeinbaueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzfilterelement (8, 9) ein erstes Zusatzfilterelement (8) und zumindest ein zweites Zusatzfilterelement (9) umfasst, wobei das zweite Zusatzfilterelement (9) zwischen dem ersten Zusatzfilterelement (8) und dem Basisfilterelement (3) angeordnet ist.
Tankeinbaueinheit (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen dem ersten Zusatzfilterelement (8) und dem zweiten Zusatzfilterelement (9) zwischen 1 cm und 5 cm, bevorzugt zwischen 2 cm und 4 cm, beträgt.
Tankeinbaueinheit (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste Zusatzfilterelement (8) ein hydrophobes oder oleophobes Filtermaterial umfasst.
Tankeinbaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Porengröße eines Filtermaterials des ersten Zusatzfilterelements (8) größer als eine Porengröße eines Filtermaterials des zweiten Zusatzfilterelements (9) ist, wobei die Porengröße des Filtermaterials des zweiten Zusatzfilterelements (9) größer als eine Porengröße eines Filtermaterials des Basisfilterelements (3) ist.
Tankeinbaueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisfilterelement (3) eine erste Filterschicht (11) und eine parallel zur ersten Filterschicht (11) angeordnete zweite Filterschicht (12) aufweist.
Tankeinbaueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flächeninhalt der Filterfläche (5) des Grundmoduls (4) maximal 90 %, bevorzugt maximal 75 %, besonders bevorzugt maximal 60 %, eines Flächeninhalts der Grundfläche (15) des Zusatzfilterelements (8,9) umfasst.
Tankeinbaueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (7) Fluid von dem Zusatzfilterelement (8, 9) zu dem Basisfilterelement (3) leitet, wobei die Haltevorrichtung (7) eine Zusatzöffnung (13) aufweist, über die Fluid zu dem Basisfilterelement (3) unter Umgehung des Zusatzfilterelements (8,9) leitbar ist.
Tankeinbaueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Grundmodul (4) eine Pumpe angeordnet ist, die von einem Pumpendom (14) abgedeckt ist, wobei die Haltevorrichtung (7) an dem Pumpendom (14) angebracht ist.
Tankeinbaueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Grundmodul (3) ein Füllstandsensor (16) und/oder ein Qualitätssensor (17) angeordnet ist, insbesondere außerhalb der Haltevorrichtung (7).
Vorratstank (2) umfassend eine Tankeinbaueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit dem Vorratstank (2) insbesondere Betriebsstoffe, besonders bevorzugt Brennkraftstoffe oder Harnstofflösung, für Kraftfahrzeuge speicherbar sind.