DE102017103846B4

DE102017103846B4 - Einfüllstutzen mit Magnetelement

Info

Publication number: DE102017103846B4
Application number: DE102017103846.9A
Authority: DE
Inventors: Nicola Fiore; Igor Al; Sergio Zaccagni; Frank Horlacher; Maximilian Kraus; Niels Johannes Kersten; IJsbrand Velzeboer
Original assignee: Reutter GmbH; Bakker Holding Son BV
Current assignee: Reutter GmbH; Bakker Holding Son BV
Priority date: 2017-02-24
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2037-02-25
Also published as: DE102017103846A1; US20180244149A1

Abstract

Einfüllstutzen (1), umfassendeinen Durchlass (D), wobei sich der Durchlass (D) entlang einer Längsachse (A) erstreckt,mindestens ein permanentmagnetisches Element (704), wobei das mindestens eine permanentmagnetische Element (704) außerhalb des Durchlasses (D) zumindest abschnittsweise kreisringförmig um die Längsachse (A) angeordnet ist, wobei durch das mindestens eine permanentmagnetische Element (704) ein permanentes magnetisches Feld im Durchlass (D) erzeugbar ist,gekennzeichnet durch mindestens ein ferromagnetisches Element (703), wobei das mindestens eine ferromagnetische Element (703) außerhalb des Durchlasses (D) zumindest abschnittsweise kreisringförmig um die Längsachse (A) angeordnet ist,wobei das mindestens eine permanentmagnetische Element (704) und das mindestens eine ferromagnetische Element (703) in Richtung der Längsachse (A) gesehen zumindest abschnittsweise benachbart und überlappend angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Einfüllstutzen mit Magnetelement gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 3.
DE 20 2012 004 118 U1 offenbart einen gattungsgemäßen Einfüllstutzen. Derartige Einfüllstutzen und entsprechende Zapfpistolen bilden ein System zum Befüllen eines Tanks mit wässriger Harnstofflösung, AUS 32, für ein System zur Reduktion von Stickoxid, NOx, mittels selektiver katalytischer Reduktion, SCR. Der Einfüllstutzen weist einen Magnetring auf, der aus Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) gefertigt ist. Diese Legierung ist für die Herstellung sehr starker Dauermagnete besonders gut geeignet. Der Anteil an den Kosten für Einfüllstutzen, den die Kosten für derartige Magnete ausmachen, ist jedoch beträchtlich. Wünschenswert sind zudem eine Gewichtsreduktion, eine Funktionsoptimierung und eine sparsame Verwendung von Metallen der Seltenen Erden.
Ein Einfüllstutzen mit einem demgegenüber verbesserten Magnetring ist daher wünschenswert.
Dies wird durch einen Einfüllstutzen gemäß den unabhängigen Ansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 schematisch einen Längsschnitt durch einen Einfüllstutzen und ein Auslaufrohr einer Zapfpistole,
2 schematisch einen ersten Längsschnitt durch einen Befüllkopfabschnitt und ein Auslaufrohr,
3 schematisch eine erste Ausführungsform eines Magnetrings,
4 schematisch eine zweite Ausführungsform des Magnetrings,
5 einen Verlauf einer Zugkraft.

1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen Einfüllstutzen 1. Der Einfüllstutzen 1 ist vorzugsweise bezüglich einer Achse A symmetrisch. Der Einfüllstutzen 1 erstreckt sich in Längsrichtung entlang der Achse A. Die Achse A ist in einer Einbaulage des Einfüllstutzens vorzugsweise um einen Winkel α gegen eine Horizontale a geneigt.
Der Einfüllstutzten weist einen Befüllkopfabschnitt 2 auf. Der Befüllkopfabschnitt 2 erstreckt sich vorzugsweise symmetrisch entlang der Längsachse A. Der Befüllkopfabschnitt 2 weist einen Durchlass D mit einem vorzugsweise im Wesentlichen runden ersten Innenquerschnitt auf. Der erste Innenquerschnitt hat vorzugsweise einen ersten Innendurchmesser d1. Der Befüllkopfabschnitt 2 erstreckt sich vorzugsweise von einem offenen Ende O des Einfüllstutzens 1 um eine erste Länge 11 entlang der Längsachse. Der Befüllkopfabschnitt 2 weist am offenen Ende O eine Phase 8 auf, durch die der Durchlass D sich vom offenen Ende O her auf den ersten Innenquerschnitt verjüngt. Am offenen Ende weist der Befüllkopfabschnitt 2 einen vorzugsweise im Wesentlichen runden zweiten Innenquerschnitt auf. Der zweite Innenquerschnitt hat vorzugsweise einen zweiten Innendurchmesser d2 der größer ist als der erste Innendurchmesser d1. Vorzugsweise verjüngt die Phase 8 den Innenquerschnitt unter einem Winkel β.
Im Befüllkopfabschnitt ist ein Magnetring 3 angeordnet. Der Magnetring 3 ist vorzugsweise senkrecht zur Längsachse A angeordnet und umgibt den Durchlass D. Ein Abstand zwischen einer dem offenen Ende O zugewandten Stirnseite des Magnetrings 3 und dem offenen Ende O weist eine zweite Länge 12 auf.
Eine Mündung M eines Auslaufrohrs 5 einer Zapfpistole ist mit einer Stahlkugel oder einem anderen Element aus magnetischem oder ferromagnetischem Material oder einem Magnetschalter 4 ausgestattet. Im Folgenden wird der Magnetschalter 4 als Beispiel erläutert. Die Funktion mit einem ferromagnetischen Schalter, der Stahlkugel, oder anderen Elementen ist dieselbe. Der Magnetschalter 4 ist ausgebildet, eine Rückleitung des Auslaufrohrs 5 in dem Ventil in einer Ruhelage normalerweise zu verschließen. Die Rückleitung, das Ventil und der Magnetschalter 4 sind Teil eines Sensorsystems der Zapfpistole, welches ein unbeabsichtigtes Auslaufen von flüssigem Harnstoff aus der Mündung M verhindern soll. Der Einfüllstutzen 1 ist ausgebildet das Auslaufrohr 5 aufzunehmen. Dabei dringt das Auslaufrohr 5 in Längsrichtung durch den Durchlass D vom offenen Ende O her vorzugsweise bis zu einer maximalen Tiefe ein, in der die Mündung M auf der dem offenen Ende O abgewandten Seite über den Befüllkopfabschnitt 2 um eine dritte Länge 13 herausragt. Dabei erreicht die Zapfpistole einen Endanschlag der z.B. durch Phase 8 gebildet ist. Dies markiert eine Endposition des Auslaufrohrs 5 im Einfüllstutzen 1 und im Befüllkopfabschnitt 2. Das Auslaufrohr 5 weist vorzugsweise einen Außenumfang auf, der dem Innenumfang der Phase 8 entspricht. In diesem Fall ist die Phase 8 der mechanische Anschlag der das Eindringen des Auslaufrohrs 5 in den Einfüllstutzen 1 begrenzt.
Der Magnetring 3 ist damit so am oder im Einfüllstutzen 1 angeordnet, dass er beim Einführen des Auslaufrohrs 5 in den Einfüllstutzen 1 mit dem Magnetschalter 4 interagiert, um die Rückleitung im Auslaufrohr 5 mittels des Ventils zu öffnen, wenn das Auslaufrohr 5 die Endposition im Einfüllstutzen 1 erreicht.
Der Magnetschalter 4 wirkt mit dem Magnetring 3 so zusammen, dass das Ventil unabhängig vom Ventiltyp und der Anordnung im Normalzustand sicher schließt und nur dann sicher öffnet, wenn der Magnetring 3 und der Magnetschalter 4 in der Endposition, d.h. einer spezifizierten Position zueinander, angeordnet sind. Anstelle eines Magnetschalters 4 können auch äquivalente Geräte verwendet werden, die durch den Magnetring 3 wie der Magnetschalter 4 betätigt werden können.
In den folgenden Figuren sind Bauteile mit gleicher oder ähnlicher Funktion mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
2 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen derartigen Befüllkopfabschnitt 2 und ein derartiges Auslaufrohr 5 bei dem ein Ventil in einer Anordnung parallel zur Längsachse A eingesetzt wird. Sowohl die Art der Anordnung als auch der Typ des Ventils sind dabei derart, dass der Magnetring 3 das Ventil erst nahe der oder in der Endposition sicher öffnet. In jeder anderen Position schließt das Ventil sicher. Das Ventil umfasst den Magnetschalter 4. Der Magnetschalter 4 umfasst einen Permanentmagneten, der beispielsweise als Stabmagnet ausgeführt ist, und dessen Südpol beim Einführen des Auslaufrohrs 5 in den Befüllkopfabschnitt 2 auf einer dem offenen Ende O zugewandten Seite des Magnetschalters 4 angeordnet ist. Ein Ventil eines anderen Typs kann eine Stahlkugel umfassen. Anstelle eines Stabmagnets kann der Magnet beliebige Form haben, beispielsweise kann der Magnet ein stabförmiges, kugelförmiges, ringförmiges oder blockförmiges Element sein. Beispielsweise kann auch die Kugel oder ein anderer Körper aus einem magnetischen oder ferromagnetischen Material verwendet werden.
Unabhängig vom Ventiltyp wird das Ventil im Normalzustand beispielsweise durch eine Druckfeder 6, die auf den Magnetschalter 4 als ein Verschlussteil des Ventils wirkt in einer geschlossenen Stellung gehalten. Zum Öffnen des Ventils wirkt der Federkraft eine Magnetkraft entgegen, die durch ein Magnetfeld des Magnetrings 3 erzeugt wird. Der Magnetschalter 4 muss so ausgelegt sein, dass das Ventil im Magnetfeld des Magnetrings 3 sicher öffnet. Dadurch sind auch Mindestanforderungen an den Magnetring 3 definiert. Der Magnetring 3 und der Magnetschalter 4 sind vorzugsweise derart angeordnet, dass sich ein Kräftegleichgewicht beim Befüllen einstellt oder eine öffnende Kraftkomponente überwiegt. Dazu ist ein Nordpol des Magnetrings 3 im Befüllkopfabschnitt 2 auf der dem offenen Ende O zugewandten Seite des Magnetrings 3 angeordnet. Ein Südpol ist auf der dem offenen Ende O abgewandten Seite des Magnetrings 3 angeordnet. Der Magnetring 3 und der Stabmagnet 4 sind also im Beispiel in entgegengesetzter Polarisierung zueinander orientiert.
Ausführungsformen des Magnetrings 3 werden in den folgenden Beispielen beschrieben.
3 zeigt eine erste Ausführungsform eines Magnetrings 700 in einer Aufsicht 701 und einem Querschnitt 702.
Der Magnetring 700 hat vorzugsweise Kreisringform mit einem Innendurchmesser I und einem Außendurchmesser S Innendurchmesser I und Außendurchmesser S sind so gewählt, dass der Magnetring 700 in den SCR Einfüllstutzen einsetzbar ist.
Der Magnetring 700 hat eine Höhe H. Der Magnetring 700 umfasst vorzugsweise ferromagnetisches Material 703 und magnetisches Material 704. Ein Südpol des magnetischen Materials 704 ist auf einer dem ferromagnetischen Material 703 zugewandten Seite des magnetischen Materials 704 angeordnet. Ein Nordpol des magnetischen Materials 704 ist auf einer dem ferromagnetischen Material 703 abgewandten Seite des magnetischen Materials 704 angeordnet. Die Höhe H setzt sich aus einer ersten Höhe H1 des magnetischen Materials 704 und einer zweiten Höhe H2 des ferromagnetischen Materials 703 zusammen.
Der Magnetring 700 wird entsprechend dieser magnetischen Polung wie oben beschrieben im Befüllkopfabschnitt 2 angeordnet. Durch diese Kombination und Anordnung wird das Magnetfeld im Bereich des Magnetschalters 4 konzentriert. Dadurch wird das zum sicheren Öffnen und Offenhalten des Ventils in der Endposition erforderliche Magnetfeld erzeugt, ohne dass die gesamte Höhe H mit magnetischem Material ausgefüllt ist.
Die Außenmaße des Magnetrings 700 sind derart, dass der Magnetring 700 in den vorgesehenen Bereich des Befüllkopfabschnitts 2 für den Magnetring 3 einsetzbar ist. Gegebenenfalls kann ein nicht permanentmagnetischer, nicht ferromagnetischer Abstandhalter vorgesehen sein, um einen eventuell verbleibenden Abstand zwischen dem Magnetring 700 und dem Befüllkopfabschnitt zu füllen.
Für unterschiedliche zweite Höhen H2 des ferromagnetischen Materials 703 bei konstanter Höhe H variiert die erste Höhe H1 des magnetischen Materials 704: H1=H-H2. Je weniger magnetisches Material 704 verwendet wird, desto günstiger ist der Magnetring 700 herstellbar. Die Anforderungen nach sicherem Öffnen müssen allerdings in jedem Fall für das beschriebene Ventil und die beschriebene Anordnungen gewahrt bleiben.
Allgemein kann jede andere Ausführung einer derart Bimetall-Anordnung verwendet werden. Es können auch andere permanent magnetische Materialien verwendet werden.
Alternativ zum Magnetring 700 kann auch Anstelle der Bimetall-Anordnung eine Anordnung ohne ferromagnetisches Material verwendet werden. Dies wird im Folgenden beschrieben.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Magnetrings 900. Der Magnetring 900 hat vorzugsweise die Kreisringform wie für den Magnetring 700 beschrieben. Eine Höhe H des Magnetrings 900 entspricht der Höhe des magnetischen Materials. Die Höhe H ist von 10mm verschieden.
Der Magnetring 900 wird wie oben für den Magnetring 3 beschrieben im Befüllkopfabschnitt 2 angeordnet. Entsprechend ergibt sich dieselbe magnetische Polung wie für den Magnetring 3 beschrieben.
Die Höhe H des magnetischen Materials und damit des Magnetrings 900 ist von 10 mm verschieden. Der Magnetring 900 ist so angeordnet, dass das Magnetfeld in einem Bereich maximiert wird, in dem sich der Magnetschalter 4 befindet, wenn sich das Auslaufrohr 5 im Befüllkopfabschnitt 2 in der Endposition befindet.
Durch diese Kombination und Anordnung wird das Magnetfeld im Bereich des Magnetschalters 4 konzentriert. Dadurch wird das zum sicheren Öffnen und Offenhalten des Ventils in der Endposition erforderliche Magnetfeld mit einem Magneten geringerer Höhe erzeugt.
Die Außenmaße des Magnetrings 900 sind derart, dass der Magnetring 900 in einen SCR Einfüllstutzen einsetzbar ist. Der Magnetring 900 wird so angeordnet, dass die maximale Magnetfeldstärke, d.h. die maximale Zugkraft erreicht wird, wenn der Magnetschalter 4 in der Endposition das Ventil vollständig offen hält. Dazu sind die Berührungsflächen von Nordpol und Südpol der Permanentmagnete bei Verwendung des Magnetschalters 4 nicht in derselben Ebene angeordnet. Der Magnetring 900 ist im Einfüllstutzen 1 so angeordnet, dass ein vom Magnetring 900 erzeugtes Magnetfeld in vorgegebener Endposition des Magnetschalters 4 eine maximale Zugkraft in Richtung der Längsachse A entfaltet.
5 zeigt einen Verlauf einer Zugkraft, die auf das Verschlussteil des Ventils in einer ersten Anordnung gemäß 3 wirkt. Der Verlauf endet am rechten Rand von 5 in einer Nulllage in der die Berührungsflächen von Nordpol und Südpol der Permanentmagnete in derselben Ebene angeordnet sind wie in 1 oder 2 dargestellt ist.
Dargestellt ist eine Kurve für eine Höhe H des magnetischen Materials. Magnetisches Material unterschiedlicher Dicke weist einen vergleichbaren Verlauf auf, abhängig von der Höhe, die betrachtet wird. Je weniger magnetisches Material verwendet wird, desto günstiger ist ein Magnetring herstellbar. Die Anforderungen nach sicherem Öffnen müssen allerdings in jedem Fall für das beschriebene Ventil und die beschriebene Anordnungen gewahrt bleiben. Diese ergeben sich aus einer Zugkraft, wie in 5 dargestellt. Auf der x-Achse ist ein Abstand in Millimetern, mm, angegeben Auf der y-Achse ist eine Kraft in Newton, N, angegeben. Der Verlauf der Zugkraft startet in diesem Beispiel bei 0mm und 0N und steigt bis zu einem Maximalwert von 1,64N bei 6mm an. Danach fällt die Zugkraft ab auf 0.23N bei 15mm.
Die Magnetringe 700, 900 sind in Richtung der Längsachse A gesehen vom offenen Ende 0 des Einfüllstutzens 1 gesehen in einer ersten Entfernung angeordnet. Die erste Entfernung ist abhängig von der Höhe H und/oder der Stärke des magnetischen Materials und wird so festgelegt, dass sich in der Endposition, in der sich das Auslaufrohr 5 im Durchlass D befindet, die maximale Zugkraft in Richtung der Längsachse A in einer zweiten Entfernung in Richtung der Längsachse A gesehen vom offenen Ende 0 des Einfüllstutzens 1 entfaltet. Die erste Entfernung weicht in diesem Fall vorzugsweise von der zweiten Entfernung ab.
Magnetringe 700, 900 werden vorzugsweise aus mehreren zueinander unmittelbar benachbarten Kreisringsektorenelementen gefertigt.
Es kann auch vorgesehen sein, Kreisringsektorenelemente zu verwenden, die voneinander beabstandet sind. Der Kreisring aus ferromagnetischem Material des Magnetrings 700 kann einstückig sein. Als ferromagnetisches Material wird beispielsweise Stahl eingesetzt.
Der Abstandshalter kann auch Teil des Magnetrings sein. Anstelle des Abstandshalters kann auch ein Luftspalt vorgesehen sein. Dann wird der Magnetring beispielsweise entlang seiner Innenseite, Außenseite oder entlang der anderen Stirnseite im Befüllkopfabschnitt 2 fixiert.
Der Magnetring 900 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass das Magnetfeld M parallel zur Längsrichtung entlang der Längsachse A, d.h. mit einem Austrittswinkel von 0° austritt.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Magnetring 900 derart ausgebildet ist, dass das Magnetfeld M in einem anderen Austrittswinkel, d.h. nicht parallel zur Längsrichtung austritt. Vorzugsweise tritt das Magnetfeld M beispielsweise in einem Austrittswinkel zwischen 0° und 45° aus. Dadurch kann die Lage des Maximums des Magnetfelds besonders einfach beeinflusst werden. Beispielsweise werden dazu zumindest abschnittsweise um den Austrittswinkel gegen die Längsachse A gekippte, stabmagnetförmige Elemente, kreisringförmig nebeneinander angeordnet. Zusätzlich kann ein Stahlring als ferromagnetisches Material 703 wie für den Magnetring 700 beschrieben die stabmagnetförmigen Elemente tragen. Anstelle des Stahlrings können Segmente aus Stahl verwendet werden. Anstelle von Stahl kann ein anderes ferromagnetisches Material verwendet werden.

Claims

Einfüllstutzen (1), umfassend einen Durchlass (D), wobei sich der Durchlass (D) entlang einer Längsachse (A) erstreckt, mindestens ein permanentmagnetisches Element (704), wobei das mindestens eine permanentmagnetische Element (704) außerhalb des Durchlasses (D) zumindest abschnittsweise kreisringförmig um die Längsachse (A) angeordnet ist, wobei durch das mindestens eine permanentmagnetische Element (704) ein permanentes magnetisches Feld im Durchlass (D) erzeugbar ist, gekennzeichnet durch mindestens ein ferromagnetisches Element (703), wobei das mindestens eine ferromagnetische Element (703) außerhalb des Durchlasses (D) zumindest abschnittsweise kreisringförmig um die Längsachse (A) angeordnet ist, wobei das mindestens eine permanentmagnetische Element (704) und das mindestens eine ferromagnetische Element (703) in Richtung der Längsachse (A) gesehen zumindest abschnittsweise benachbart und überlappend angeordnet sind.
Einfüllstutzen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entweder ein kreisringförmiges ferromagnetisches Element (703) das mindestens eine permanentmagnetische Element (704) trägt, oder dass mehrere kreisringsektorförmig angeordnete ferromagnetische Elemente (703), die unmittelbar benachbart zueinander oder voneinander beabstandet angeordnet sind, das mindestens eine permanentmagnetische Element (704) tragen.
Einfüllstutzen (1), umfassend einen Durchlass (D), wobei sich der Durchlass (D) entlang einer Längsachse (A) erstreckt, mindestens ein permanentmagnetisches Element (900), wobei das mindestens eine permanentmagnetische Element (900) außerhalb des Durchlasses (D) zumindest abschnittsweise kreisringförmig um die Längsachse (A) angeordnet ist, wobei durch das mindestens eine permanentmagnetische Element (900) ein permanentes magnetisches Feld im Durchlass (D) erzeugbar ist, gekennzeichnet dadurch, dass das mindestens eine permanentmagnetische Element (900) in Richtung der Längsachse (A) gesehen eine Höhe (H) aufweist, die von 10mm verschieden ist, wobei das mindestens eine permanentmagnetische Element (900) so im Einfüllstutzen (1) angeordnet ist, dass ein vom mindestens einen permanentmagnetischen Element (900) erzeugtes Magnetfeld in einer vorgegebenen Position im Durchlass (D) eine maximale Zugkraft in Richtung der Längsachse (A) aufweist.
Einfüllstutzen (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine permanentmagnetische Element (900) in Richtung der Längsachse (A) gesehen von einem offenen Ende (O) des Einfüllstutzens (1) aus in einer ersten Entfernung angeordnet ist, die von einer zweiten Entfernung der vorgegebenen Position im Durchlass (D) abweicht.
Einfüllstutzen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere permanentmagnetische Elemente (704, 900) entweder unmittelbar zueinander benachbart als ein Kreisringelement, oder voneinander beabstandet als mehrere Kreisringsektorenelemente angeordnet sind.
Einfüllstutzen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Magnetisierung des permanentmagnetischen Elements (704, 900) parallel zur Längsachse (A) verläuft.
Einfüllstutzen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Magnetisierung des permanentmagnetischen Elements (704, 900) nicht parallel zur Längsachse (A) verläuft.