DE102017203283A1

DE102017203283A1 - Heizeinrichtung

Info

Publication number: DE102017203283A1
Application number: DE102017203283.9A
Authority: DE
Inventors: Juergen Hanneke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2018-09-06
Also published as: WO2018157997A1

Abstract

Es wird eine Heizeinrichtung (2) für eine Tankeinbaueinheit (1) eines Flüssigkeitstanks (34) mit einem Heizelement (8) zur Einbringung von thermischer Energie eines im Flüssigkeitstank (34) bevorratbaren Mediums vorgeschlagen, bei der ein weiteres Heizelement (12) vorgesehen ist, welches eingerichtet ist zum nicht zerstörenden Verformen, insbesondere zum Aufrollen bzw. Ausrollen, zur Verlagerung in eine bestimmungsgemäße Endposition (120).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Heizeinrichtung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Systeme für Flüssigkeiten generell, insbesondere für Reduktionsmittel zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine, benötigen zur Bereitstellung der Flüssigkeit an einem Verbraucher einen Tank, einen Fördermechanismus für die Flüssigkeit, beispielsweise eine Pumpe, und entsprechende Leitungen, die Tank, Fördermechanismus und Verbraucher miteinander verbinden.
Auf Grund der physikalischen Eigenschaften einer als Reduktionsmittel verwendeten wässrigen Harnstofflösung, bei -11°C zu gefrieren, müssen Tanks hierfür mit Heizungen ausgestattet werden. Diese ermöglichen auch bei tiefen Temperaturen einen flüssigen Aggregatszustand des Mediums. Die heute verwendeten Heizungen sind in der Regel strombetrieben und geben ihre Wärme zum Beispiel über Wärmeleitkoerper in einem eng begrenzten Bereich ans Medium ab.
Es ist schon ein solche Heizeinrichtung aus der DE 10 2015 200 168 bekannt, welche auf einem eine Pumpe enthaltenden Versorgungmodul montiert ist. Das Heizelement dieses Versorgungsmoduls zum Einbau in einem unteren Bereich eines Flüssigkeitstanks ist starr und unbeweglich montiert und dient zur Erwärmung eines in einem Tank befindlichen Mediums, beispielsweise zum Auftauen einer gefrorenen wässrigen Harnstofflösung.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil der Bereitstellung einer verbesserten Heizleistung. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die zur Verfügung gestellte elektrische Energie durch eine großräumigere Verteilung im Tank besser ausgenutzt werden kann.
Hierbei ist in vorteilhafter Weise ein flexibles Heizelement vorgesehen, das auf einer Tankeinbaueinheit eine Baueinheit mit einem Standardheizelement, das beispielsweise als Widerstandsheizer oder als PTC-Heizung ausgebildet ist („PTC“ = „Positive Temperature Coefficient“), bilden kann.
Des Weiteren ermöglicht das eingebundene flexible Heizelement in vorteilhafter Weise die Verwendung eines flexiblen Standardheizelements für verschiedene Tankformen.
Es ergibt sich hierbei in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, durch eine geeignete Wahl der Abmessung bzw. der Länge bzw. der Geometrie des flexiblen Heizelements zur Verfügung stehende Wärme effizient im ganzen Tank zu verteilen.
Somit kann ein kontinuierlicher Wärmeeintrag in das gesamte Tankvolumen erfolgen, und zwar durch geeignete räumliche Anordnung des flexiblen Heizelements in seine bestimmungsgemäße Endposition unter Erzielung einer erhöhten Auftaumenge eines zuvor gefrorenen sich im Tank befindlichen Mediums bei gleicher zugeführter elektrischer Leistung gegenüber bekannten elektrischen Heizeinrichtungen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Heizeinrichtung möglich.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen

1 eine Tankeinbaueinheit in Querschnittseitenansicht,
2 die Tankeinbaueinheit in Draufsicht von oben,
3 eine Montagesituation,
4 eine weitere Montagesituation,
5 eine Seitenansicht eines Teiles eines Tanks mit eingebauter Tankeinbaueinheit,
6 eine Draufsicht von oben auf den vorgenannten Teilbereich des Tanks,
7 eine Heizeinrichtung in Seitenansicht und
8 eine Draufsicht von oben auf einen Teilbereich der Heizeinrichtung.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Tankeinbaueinheit 1 zum Einbau in eine Öffnung der Wandung eines Flüssigkeitstanks derart, daß nach Einbau sich auf der Tankeinbaueinheit 1 angeordnete Baueinheiten wie eine beispielsweise elektrische Heizeinrichtung 2 und ein einer nicht näher dargestellten Förderpumpe 33 zugeordnetes Pumpengehäuse 3 innerhalb des Tanks befinden, der durch den Einbau der Tankeinbaueinheit in diesem Bereich bis auf eine nicht näher dargestellte mit der Pumpe verbundene Förderleitung und wahlweise auch einer Rücklaufleitung flüssigkeitsdicht verschlossen wird. Die Tankeinbaueinheit weist einen Bodenbereich 4 auf, der sowohl die Baueinheiten als auch eine an die Geometrie des Bodenbereichs angepaßte, insbesondere kreisförmige Umrandung 5, letztere als Bestandteil des Bodenbereichs, trägt. Ein unterhalb der Heizeinrichtung 2 angeordnetes Filterelement 7 zur Filterung der Flüssigkeit bzw. einer im Tank befindlichen wässrigen Harnstofflösung (Handelsname „AdBlue“) ist lateral zumindest teilweise von der Umrandung umgeben und unterhalb des fest angeordneten Heizelements 8 der elektrischen Heizeinrichtung 2 angeordnet. Oberhalb des fest angeordneten Heizelements 8 befindet sich ein weiteres, flexibles Heizelement 12, welches in 1 und auch in der Draufsicht gemäß 2 in einem aufgerollten Zustand abgebildet ist, welcher nicht die bestimmungsgemäße Endposition in einem Tank darstellt. Das flexible Heizelement 12 ist hierbei einenendes über eine Verbindung 10 mit dem fest angeordneten Heizelement 8 mechanisch verbunden. Über diese Verbindung 10 kann wahlweise auch die Versorgung des flexiblen Heizelements 12 mit elektrischer Energie über die ohnehin für das fest angeordnete Heizelement 8 vorhandene Stromversorgung erfolgen.
In der Draufsicht gemäß 2 ist daneben noch ein Schallrohr 6 für einen Ultraschallsensor zur Füllstandsmessung bzw. zur Bestimmung der Qualität des Tankinhalts erkennbar. Das Filterelement ist in Draufsicht ungefähr nierenförmig ausgebildet und folgt in einem gewissen Abstand dem Verlauf des Pumpengehäuses 3. Das fest angeordnete Heizelement 8 weist mehrere Seitenarme 14 auf, die vorzugsweise jeweils das darunter angeordnete Filterelement lateral überragen, jedoch innerhalb der Tankeinbaueinheit und insbesondere innerhalb der Umrandung 5 verbleiben. Das weitere, flexible Heizelement 12 ist beispielsweise als flexible Widerstandsleitung, insbesondere als flexible PTC-Widerstandsleitung, ausgebildet und über die als Schweiß- bzw. Klebverbindung ausgeführte Verbindung 10 insbesondere direkt mit dem Heizelement 8 verbunden, wobei das Heizelement 8 vorzugsweise als ein ebenfalls mit PTC-Charakteristik versehenes Standardheizelement ausgebildet ist, wie es beispielsweise in der DE 10 2012 213 417 beschrieben ist. Eine sogenannte PTC-Widerstandsleitung bzw. eine sogenannte PTC-Charakteristik besitzt bzw. beschreibt einen positiven Temperaturkoeffizienten, d.h. mit zunehmender Temperatur nimmt der elektrische Widerstand der Widerstandsleitung bzw. des Heizelements zu, wodurch eine Selbstregulierung der Heizleistung gewährleistet wird.
Durch die Verbindung 10 kann das weitere Heizelement gemeinsam mit den übrigen Bauteilen auf der Tankeinbaueinheit verbaut und nachfolgend in den Flüssigkeitstank eingebracht werden.
Die in 3 dargestellte Montagesituation zeigt eine Tankeinbaueinheit 1 kurz vor ihrer Verbindung mit dem Flüssigkeitstank 34, der in einer Querschnittsseitenansicht teilweise mit Abschnitten der unteren (22) bzw. oberen (24) Tankwand abgebildet ist. Der Tank weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel in der unteren Tankwand 22 eine Öffnung 25 auf, in die die Tankeinbaueinheit mit Einbaurichtung 20 von unten in den Tank eingeführt wird, so daß danach insbesondere die Heizungen, das Pumpengehäuse und das Filterelement sich im Tankinnenraum 21 befinden. Im Anschluß daran wird der Rand 23 des Bodenbereichs 4 der Tankeinbaueinheit und/oder die Umrandung 5 flüssigkeitsdicht mit der unteren Tankwand 22 verbunden, beispielsweise in Form einer Flanschverbindung oder durch Verschweißen bzw. Verschmelzen der beiden Kunststoffteile (Tankwand, Bodenbereich der Tankeinbaueinheit). Eine geeignete flexible Montagehilfe 30 beispielsweise in Form eines nach unten geöffneten Säckchens oder Tütchens 29, das während des Einbaus der Tankeinbaueinheit über das flexible Heizelement gestülpt ist, kann nach der Befestigung des Bodenbereichs der Tankeinbaueinheit an der unteren Tankwandung über eine durch eine obere, beispielsweise der Befüllöffnung 26 des Tanks geführte Schnur 31 abgezogen und aus dem Tank entfernt werden, so daß sich das flexible Heizelement nachfolgend frei im Tank entfalten kann, wie es in 4 dargestellt ist. Der Pfeil 32 bezeichnet dabei die Richtung der Entnahme der Montagehilfe, und das weitere, flexible Heizelement 12 befindet sich nun in einer entfalteten bzw. ausgerollten Lage 120, die sich auch jenseits des Rands 23 des Bodenbereichs bzw. jenseits der Umrandung 5 in den Tank hinein erstreckt.
Wahlweise kann auch eine starre Montagehilfe in Form eines mehr oder weniger starren Röhrchens verwendet werden, das zunächst über das flexible Heizelement gezogen ist und nach Einbau der Tankeinheit über die Öffnung 26 von der Heizung abgezogen wird.
Es besteht wahlweise auch die Möglichkeit, durch beispielsweise an der inneren Tankwandung befestigte Führungsstege oder anders geartete Leiteinrichtungen den flexiblen Teil der Heizung in eine bestimmte Richtung zu lenken.
Der flexible Anteil der Heizung bzw. das weitere Heizelement 12 kann, wie in 5 in Seitenansicht bzw. in 6 in Draufsicht dargestellt, ferner mit einem oder mehreren Wärmeleitkörpern 40 ausgerüstet werden, um eine Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche zu erzielen. Dies führt dazu, dass bei Ausgestaltung des weiteren Heizelements als PTC-Widerstandsleitung dieses insbesondere bei niedrigen Füllständen 42 vorteilhafterweise später in die Abregelung kommt. Dadurch wird neben einer Verwendung einer Selbstabregelung an sich bzw. eines weiteren flexiblen Heizelements mit lateral großer Ausdehnung in seiner bestimmungsgemäßen Endposition an sich nochmals eine Effizienzsteigerung der Heizung erzielt. Je großflächiger bereits zu Beginn beispielsweise eine zunächst gefrorene wässrige Harnstofflösung 44 aufgetaut wird, umso eher also großflächig aufgetaute Lösung vorhanden ist, umso schneller läßt sich mithilfe dieser bereits aufgetauten und damit warmen Flüssigkeit weiteres Harnstoffeis auftauen.
Die 7 und 8 veranschaulichen in Seitenansicht bzw. in Draufsicht, wie die räumliche Anordnung des weiteren, flexiblen Heizelements 12 nach Einbringung der Tankeinbaueinheit in einen Tank abgesehen von seiner Anbindung an die Verbindung 10 nicht an eine bestimmte Richtung gebunden ist, sondern in vertikaler Richtung über einen Winkel von zirka 180 Grad bzw. in horizontaler Richtung über einen Winkel von zirka 360 Grad erfolgen kann.
Die Heizeinrichtung umfaßt also ein Heizelement 8, welches, in einem begrenzten Bereich der Tankeinbaueinheit Wärmeenergie abgeben kann, während das weitere Heizelement 19 durch seine räumliche Ausdehnung, insbesondere seine Länge, bzw. durch seine bestimmungsgemäße Endposition auch Bereiche entfernt von der Einbauposition an der Tankeinbaueinheit, dem Verbindungsbereich 10, erreichen kann. Dieser Effekt wird durch den ausgelagerten, sich also im Normalbetrieb außerhalb der Tankeinbaueinheit befindlichen Wärmeleitkörper 40 noch verstärkt.
Insbesondere der Flüssigkeitstank wird bei einer Verwendung als Harnstofftank vorzugsweise unter Verwendung eines Kunststoffs, z.B in einem Blasformverfahren, hergestellt. Als Kunststoff wird beispielsweise HDPE verwendet. HDPE ist ein thermoplastischer Kunststoff, nämlich ein Polyethylen, genauer gesagt ein Polyethylen mit schwach verzweigten Polymerketten und daher hoher Dichte („HD“ = engl. „high density“), die in einem Bereich von 0,94 bis 0,97 Gramm pro Kubikzentimeter liegt. Aufgrund seiner unpolaren, hydrophoben Oberfläche lässt sich dieses Material fast nur mit sich selbst gut verbinden, so daß insbesondere die mit der Tankwandung zu verbindende Tankeinbaueinheit vorzugsweise auch mit diesem Material gefertigt ist, insbesondere wenn sie mit der Tankwandung flüssigkeitsdicht, insbesondere adbluedicht, verklebt oder verschweißt werden soll. HDPE hat generell den Vorteil der Einsatzbarkeit einer einfachen Verbindungstechnik wie Schweißen oder Kleben, gewährleistet eine Dichtheit auch bei Befüllung des Tanks mit wässriger Harnstofflösung und kann flexibel dimensioniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015200168 [0004]
DE 102012213417 [0014]

Claims

Heizeinrichtung (2) für eine Tankeinbaueinheit (1) eines Flüssigkeitstanks (34), mit einem Heizelement (8) zur Einbringung von thermischer Energie eines im Flüssigkeitstank (34) bevorratbaren Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Heizelement (12) vorgesehen ist, welches eingerichtet ist zum nicht zerstörenden Verformen, insbesondere zum Aufrollen bzw. Ausrollen, zur Verlagerung in eine bestimmungsgemäße Endposition (120).
Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Heizelement (12) derart ausgerollt werden kann, daß es lateral über die Tankeinbaueinheit hinausragt.
Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Heizelement (12) an dem Heizelement über einen Verbindungsbereich (10) befestigt ist.
Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsbereich (10) eine Versorgung des weiteren Heizelements (12) mit elektrischer Energie gewährleistet.
Heizeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, daß der Verbindungsbereich (10) derart eingerichtet ist, daß das weitere Heizelement (12) lateral und/oder vertikal in jeder Raumrichtung angeordnet werden kann.
Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Heizelement (12) mit einem Wärmeleitkörper (40) verbunden ist.
Heizeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitkörper (40) in einem Bereich des weiteren Heizelements (12) angeordnet ist, der sich in einem ausgerollten Zustand des weiteren Heizelements (12) lateral außerhalb der Tankeinbaueinheit befinden kann.
Tankeinbaueinheit (1) für einen Flüssigkeitstank (34), mit einer Fördereinrichtung (33) zum Herauspumpen des Mediums in einem flüssigen Aggregatzustand aus dem Flüssigkeitstank (34) und einer Heizeinrichtung (2) zur Einbringung von thermischer Energie in das Medium nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Flüssigkeitstank (34) mit einer im Bereich einer unteren Tankwand eingebauten Tankeinbaueinheit (1) nach Anspruch 8, wobei das weitere Heizelement (12) die Tankeinbaueinheit (1) lateral überragt.
Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitstanks (34) nach Anspruch 9, bei dem eine Tankeinbaueinheit (1) in eine dafür vorgesehene Öffnung (25) im Bereich der unteren Tankwand (22) die Öffnung (25) flüssigkeitsabdichtend eingebracht wird, wobei in einem weiteren Schritt das weitere Heizelement (12) ausgerollt bzw. entfaltet wird, so daß es lateral die Tankeinbaueinheit (1) überragt.