-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entfernung von Säuren aus dem Betriebsmittel eines Betriebsmittelsystems in einem Kraftwagen, einem Blockheizkraftwerke, einem Maschinenantrieb und in einem Wasserfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer Vorrichtung zur Entfernung von Säuren aus dem Betriebsmittel eines Betriebsmittelsystems einer Brennkraftmaschine.
-
In Motorölkreisläufen und ölgekühlten Getrieben von Brennkraftmaschinen, sowie ölgekühlten Komponenten von Hybrid-, Batterie- und Brennstoffzellenfahrzeugen kommt es durch thermische Belastung im Kühl- und Schmiervorgang zur Bildung saurer Alterungsprodukte, welche durch Oxidation der verwendeten Öle entstehen. Die so entstandenen Säuren führen zu einer erhöhten korrosiven Belastung metallischer Bauteile und/oder zum säurekatalysierten Abbau von eingesetzten Polymerwerkstoffen. Durch die so entstehende Kontaminierung mit Säure wird die Leitfähigkeit des eingesetzten Öls deutlich erhöht, was dessen Einsatz zur direkten Kühlung von elektrischen Komponenten, aufgrund Fremdstromeinwirkung oder der Gefahr eines Kurzschlusses erschwert beziehungsweise unmöglich macht.
-
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen und Verfahren zur Entfernung von Kontaminierungen aus dem Betriebsmittel eines Betriebsmittelsystems bekannt.
-
Dokument
DE 10 2014 215 740 A1 offenbart einen Ölfilter für Verbrennungsmotoren, mit dem chemische Verunreinigungen aus Motoröl entfernt werden.
-
Die
WO 2013/028122 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Verringern des Säuregehalts von Motoröl für Verbrennungsmotoren, wobei diese Vorrichtung Teil des Motorschmiersystems ist und monovalente Kationentauscher enthält. Ferner wird ein Verfahren zur Regulierung des Säuregehalts von Motoröl beschrieben, bei dem das Öl durch die Säure-Regelungsvorrichtung geleitet wird.
-
Die
DE 10 2004 009 907 A1 offenbart einen Flüssigkeitsfilter für eine Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, welches einen Einlass und einen Auslass aufweist, und einem dichtend zwischen Einlass und Auslass angeordneten Filterelement, wobei das Filterelement mehrere Lagen aufweist und wenigstens eine Lage der Abscheidung von Partikeln aus dem Fluidstrom dient, wobei wenigstens eine weitere Lage mit aktiven Substanzen versetzt ist, derart, dass im Fluid vorhandene Schadstoffe chemisch oder physikalisch zersetzt oder gebunden werden, wobei die aktiven Substanzen in der zweiten Lage immobilisiert vorliegen.
-
Die
EP 2 194 246 A2 offenbart eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines Betriebsfluides für Kraftfahrzeuge mit einem Mittel zur Ansteuerung einer das Betriebsmittel in einem betriebsmittelführenden System umwälzenden Vorrichtung.
-
Die
WO 2010/060727 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Entfernung von Bestandteilen eines Betriebsfluides für Kraftfahrzeuge mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung für das Betriebsfluid sowie einem in Strömungsrichtung des Betriebsfluides zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung positioniertem Behältnis für ein zur Umsetzung der Bestandteile geeignetes Agens. Es ist vorgesehen, dass das Agens eine Crackreaktion und/oder eine Oxidation des Bestandteils bewirkt.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung sowie eine Verwendung zu schaffen, um Säuren aus dem Betriebsmittel eines Betriebsmittelsystems zu entfernen.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung sowie deren Verwendung zur Entfernung von Säuren aus zumindest einem Betriebsmittel eines Betriebsmittelsystems gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entfernung von Säuren aus zumindest einem Betriebsmittel eines Betriebsmittelsystems in einem Kraftwagen, einem Blockheizkraftwerke, einem Maschinenantrieb und in einem Wasserfahrzeug, mit einem Betriebsmittelbehälter, der mittels eines Zulaufs und eines Ablaufs von dem Betriebsmittel durchfließbar ist und eine Sorptionseinrichtung aufweist, die als Sorptionsmittel zumindest ein säurebindendes Polymer umfasst, wobei die säurebindende Gruppe des Polymers ein Carbonsäureamid ist.
-
Die Säurebindung durch das säurebindende Polymer erfolgt gemäß dem angegebenen Schema, wobei R
1 die Polymermatrix des säurebindenden Polymers ist und R
2 eine verzweigte oder unverzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, die zumindest einen Substituenten aufweisen kann. In einem ersten Schritt wird das Carbonsäureamid mittels elektrophiler Addition protoniert und ein Carbokation erzeugt. In einem zweiten Schritt reagiert das Carboxylation der zu bindenden Säure mit dem erzeugten Carbokation in einer Disproportionierungsreaktion zum korrespondierenden Säureanhydrid und einem Amin.
-
Das Betriebsmittel ist bevorzugt nicht Wasser oder ein auf Wasser basierendes Betriebsmittel. Bevorzugt ist das Betriebsmittel Motoröl. Motoröl besteht aus einem oder mehreren Grundölen, wie Mineralöl und/oder durch Polymerisation gebildete synthetische Öle, sowie Additiven, wie Dispergiermitteln, Detergenzien, viskositätsmodifizierenden Mitteln, Antioxidantien, Stockpunktverbesserern, Verschleißschutzkomponenten und Entschäumungsmitteln.
-
Die Ausführung der Vorrichtung kann als Extrusions-, Press-, Spritzguss-, Mehrkomponenten-Spritzgussteil, extrudiertes Vlies mit hohem Oberfläche-zu-VolumenVerhältnis und/oder in Kombination mit bestehenden Filtern erfolgen.
-
Die Vorrichtung kann in allen Bereichen des Betriebsmittelsystems positioniert werden. Die Vorrichtung kann bevorzugt als Bestandteil eines Ölfilters, als Einlage in den Bodenbereich einer Ölwanne oder als zusätzliches Bauteil im Nebenstrom eines Ölkreislaufs angeordnet werden, um eine ausreichende Behandlung des gesamten Ölvolumens zu gewährleisten. Die Entfernung von Säuren aus dem Betriebsmittel ermöglicht die Sicherstellung und Verbesserung der Funktion des Betriebsmittels. Die Entfernung der entstehenden Säuren ermöglicht eine Erhöhung der Standzeit von Motor- und Kühlbetriebsmitteln, insbesondere bei thermisch hochbelasteten Brennkraftmaschinen und ölgekühlten Komponenten in einem Kraftwagen, der zumindest eine Hybrid-, Elektro- oder Brennstoffzelle umfasst. Die Entfernung der entstehenden Säuren erlaubt, insbesondere bei Getrieben und Elektromotoren, eine Verlängerung des Wechselintervalls des Betriebsmittels. Darüber hinaus entfallen aufwändige Tauschvorgänge, beispielsweise für Batterien, Plugin- und/oder andere elektronische Kreisläufe. Mit der Vorrichtung ist die Zugabe von Fremdstoffen zur Entfernung der entstehenden Säuren aus dem Betriebsmittel nicht notwendig, eine zusätzliche Prüfung dieser Fremdstoffe auf Kompatibilität mit dem Betriebsmittel entfällt daher.
-
Die Vorrichtung wird vorzugsweise als Bestandteil bereits vorhandener Filter, weiterhin vorzugsweise als lokal eingebrachtes, als tauschbar oder nicht-tauschbar angeordnetes Element in Bauteilen des Betriebsmittelsystems angeordnet. So kann die Vorrichtung als Bestandteil eines Ölfilters, als Einlage in den Bodenbereich einer Ölwanne oder als zusätzliches Bauteil im Nebenstrom eines Ölkreislaufs angeordnet sein, um eine ausreichende Behandlung des gesamten Ölvolumens zu gewährleisten.
-
Durch die Entfernung von Säuren aus dem Betriebsmittel verringert sich die korrosive Belastung metallischer Bauteile und/oder der säurekatalysierten Abbau von eingesetzten Polymerwerkstoffen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist das Sorptionsmittel ein säurebindendes Polymer auf Basis von Polyamid, Polyurethan, Polyester, thermoplastischen Elastomeren auf Basis von Urethanen, thermoplastischen Elastomeren auf Basis von Estern, thermoplastischen Elastomeren auf Basis von Amiden, Polycarbonaten, Polymethylmethacrylaten, NBR-Kautschuken, Blends oder Copolymeren daraus.
-
Es ist in einer vorteilhaften Ausgestaltungsform vorgesehen, dass das Sorptionsmittel zumindest einen Hydrolysestabilisator umfasst, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Epoxide, Carbodiimide, Monophenole, Bisphenole, Trisphenole, Polyphenole, Polyphosphite, Borsäuren, Borsäurederivate, Ester der Phosphonsäure, zyklische Acetale oder Kombinationen daraus. Der Hydrolysestabilisator verhindert die Hydrolyse des gebildeten Säureanhydrids und damit eine erneute Freisetzung der zu bindenden Säure in das Betriebsmittel.
-
Insbesondere ist der Hydrolysestabilisator ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Monophenolen, Bisphenolen, Trisphenolen, Polyphenolen, Phosphiten, Borsäuren, Borsäurederivaten, Estern der Phosphonsäure und zyklischen Acetalen.
-
Ein säurebindendes Polymer auf Basis von Polyamid umfasst bevorzugt einen Hydrolysestabilisator ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Monophenolen, Bisphenolen, modifizierten Bisphenolen, Trisphenolen, Polyphenolen und Kombinationen daraus.
-
Ein säurebindendes Polymer auf Basis von Polycarbonat umfasst als Hydrolysestabilisator bevorzugt Phosphit und/oder ein Borsäurederivat.
-
Ein säurebindendes Polymer auf Basis von Polyestern, umfasst bevorzugt einen Hydrolysestabilisator ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxiden, Carbodiimiden, Estern der Phosphonsäure und Kombinationen daraus.
-
Ein säurebindendes Polymer auf Basis von Polyurethan auf Polyesterbasis, umfasst als Hydrolysestabilisator bevorzugt sterisch gehinderten Carbodiimiden und/oder zyklischen Acetalen.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform umfasst das Sorptionsmittel zusätzlich einen Füllstoff. Bevorzugt ist der Füllstoff ein mineralischer Füllstoff oder Glasfaser. Der Füllstoff kann als Verstärkung des Sorptionsmittels fungieren. Ein Füllstoff mit hydrophoben Eigenschaften kann zusätzlich als Hydrolysestabilisator wirken.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Sorptionseinrichtung zumindest ein Behältnis auf, das mit dem Sorptionsmittel befüllt ist.
-
Es ist in einer vorteilhaften Ausgestaltungsform vorgesehen, dass die Sorptionseinrichtung zumindest ein Filterelement umfasst. Insbesondere umfasst das Filterelement zumindest einen Filter, eine Membran, ein Sieb oder Kombinationen daraus.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist das Filterelement von dem Sorptionsmittel umschlossen.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform erfolgt der Ablauf des Betriebsmittels direkt aus dem Filterelement.
-
Es ist in einer vorteilhaften Ausgestaltungsform vorgesehen, dass die Vorrichtung einen austauschbaren Einsatz aufweist, der die Sorptionseinrichtung umfasst. Insbesondere in Getrieben oder Kühlkreisläufen elektrisch angetriebener Kraftwagen kann die Vorrichtung als ein separater, ohne Ablassen der Flüssigkeit tauschbarer Einsatz angeordnet sein. Nach Erschöpfen der Aufnahmekapazität kann die Vorrichtung separat oder, wenn die Vorrichtung in einem Ölfilter angeordnet ist, mit diesem im Rahmen einer Wartung getauscht werden.
-
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer Vorrichtung zur Entfernung von Säuren aus Betriebsmitteln eines Betriebsmittelsystems in einem Kraftwagen, einem Blockheizkraftwerke, einem Maschinenantrieb und in einem Wasserfahrzeug.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Vorrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Verwendung anzusehen.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Dabei zeigen:
- 1a Eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit der Sorptionseinrichtung;
- 1b eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit der Sorptionseinrichtung im Betriebsmittelbehälter der ein Filterelement aufweist;
- 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit der Sorptionseinrichtung im Betriebsmittelbehälter; und
- 3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit der Sorptionseinrichtung mit Filter im Filtereinsatz des Betriebsmittelbehälters.
-
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1a zeigt die Vorrichtung 10 zur Entfernung von Säuren aus dem Öl eines Ölkreislaufs in einem Kraftwagen, mit dem Betriebsmittelbehälter 12, der mittels eines Zulaufs 14 und eines Ablaufs 16 von dem Öl in Strömungsrichtung (S) durchflossen wird und die Sorptionseinrichtung 18 aufweist. Der Betriebsmittelbehälter 12 ist als separate Kartusche ausgeführt, die im Ölkreislauf von ölgekühlten Bauteilen wie einem Getriebe, einem elektronischen Antrieb und/oder einer Batterie angeordnet sein kann.
-
Die Sorptionseinrichtung 18 umfasst ein säurebindendes Polymer als Sorptionsmittel auf Basis von Polyamid, die säurebindende Gruppe des Polymers ist ein Carbonsäureamid.
-
Die Säurebindung erfolgt durch das Carbonsäureamid des säurebindenden Polymers. In einem ersten Schritt wird das Carbonsäureamid mittels elektrophiler Addition protoniert und ein Carbokation erzeugt. In einem zweiten Schritt reagiert das Carboxylation der zu bindenden Säure mit dem erzeugten Carbokation zum korrespondierenden Säureanhydrid.
-
Der Hydrolysestabilisator ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Monophenolen, Bisphenolen, modifizierten Bisphenolen, Trisphenolen, Polyphenolen und Kombinationen daraus. Der Hydrolysestabilisator verhindert die Hydrolyse des gebildeten Säureanhydrids und damit die erneute Freisetzung der zu bindenden Säure in den Ölkreislauf.
-
Das Sorptionsmittel enthält einen mineralischen Füllstoff mit hydrophoben Eigenschaften, der zusätzlich als Hydrolysestabilisator fungiert.
-
1b zeigt die Vorrichtung 10 zur Entfernung von Säuren aus dem Öl eines Ölkreislaufs in einem Kraftwagen, mit dem als Bestandteil des Ölfilters ausgeformten Betriebsmittelbehälter 12, der mittels eines Zulaufs 14 und eines Ablaufs 16 von dem Öl in Strömungsrichtung (S) durchflossen wird und die Sorptionseinrichtung 18 aufweist. Die Sorptionseinrichtung 18 ist an das Filterelement 20 derart angeordnet, dass das Filterelement 20 von dem Sorptionsmittel der Sorptionseinrichtung 18 umschlossen wird. Der Ablauf 16 der Hydraulikflüssigkeit erfolgt direkt aus dem Filterelement 20. Die Vorrichtung 10 kann mit dem Ölfilter im Rahmen einer Wartung getauscht werden.
-
2 zeigt die Vorrichtung 10 zur Entfernung von Säuren aus dem Öl eines Ölkreislaufs in einem Kraftwagen, mit dem als Ölwanne ausgebildeten Betriebsmittelbehälter 12, der mittels eines Zulaufs 14 und eines Ablaufs 16 von dem Öl in Strömungsrichtung S durchflossen wird und die nicht tauschbare Sorptionseinrichtung 18 aufweist.
-
3 zeigt die Vorrichtung 10 zur Entfernung von Säure aus dem Öl eines Ölkreislaufs in einem Kraftwagen, mit dem Betriebsmittelbehälter 12, der mittels eines Zulaufs 14 und eines Ablaufs 16 von dem Öl in Strömungsrichtung S durchflossen wird. Der Betriebsmittelbehälter 12 ist als Ölvorratsbehälter ausgebildet und enthält den Filtereinsatz 22 mit dem Filterelement 20. Das Filterelement 20 ist von dem Sorptionsmittel der Sorptionseinrichtung 18 umschlossen. Nach Erschöpfen der Aufnahmekapazität kann der Filtereinsatz 22 separat getauscht werden. Insbesondere in Getrieben oder Kühlkreisläufen elektrisch angetriebener Kraftwagen kann der Filtereinsatz 22 ohne Ablassen des Öls getauscht werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Vorrichtung
- 12
- Betriebsmittelbehälter
- 14
- Zulauf
- 16
- Ablauf
- 18
- Sorptionseinrichtung
- 20
- Filterelement
- 22
- Filtereinsatz
-
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 102014215740 A1 [0004]
- WO 2013/028122 A1 [0005]
- DE 102004009907 A1 [0006]
- EP 2194246 A2 [0007]
- WO 2010/060727 A1 [0008]
