DE10256727A1

DE10256727A1 - Behälter zur Aufnahme von Betriebsstoffen

Info

Publication number: DE10256727A1
Application number: DE10256727A
Authority: DE
Inventors: Alexander KÖGEL; Egon Spiller
Original assignee: Erhard and Soehne GmbH
Current assignee: Magna Energy Storage Systems GmbH
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-12-06
Also published as: DE20219608U1; DE10256727B4

Abstract

Ein Behälter zur Aufnahme von Betriebsstoffen für Fahrzeuge, insbesondere Harnstoff bzw. Harnstofflösungen und/oder Kraftstoffen, weist wenigstens eine einen inneren Hohlraum definierende Wandung auf. In dem Hohlraum ist eine Heizeinrichtung mit wenigstens einem Wärme abstrahlenden Heizelement zum Aufheizen des in dem Hohlraum sich befindenden Betriebs- und/oder Kraftstoffes angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter zur Aufnahme von Betriebsstoffen für Fahrzeuge, insbesondere Harnstoff bzw. Harnstofflösungen und/oder Kraftstoffen, mit wenigstens einem Hohlraum.
Gattungsgemäße Betriebsstoffbehälter sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Nur beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die EP 0 799 739 B1 verwiesen.
Bei Kraftfahrzeugen, die mit solchen Betriebs- bzw. Kraftstoffbehältern ausgestattet sind, ist besonders in kühleren Regionen bzw. in der kälteren Jahreszeit problematisch, dass der Betriebsstoff bzw. der Kraftstoff einfrieren bzw. versulzen kann.
Jüngste Entwicklungen im Motorenbau führten unter anderem dazu, dass in einem der Brennkraftmaschine nachgeschalteten Katalysator geringe Mengen an Harnstoff eingespritzt wird, um die Wirksamkeit des Katalysators zu verbessern. Gerade dieser Harnstoff ist jedoch aufgrund seines Schmelzpunktes von ca. -11 °C einem solchen Einfrieren ausgesetzt, wenn er in gattungsgemäßen Betriebsstoffbehältern gespeichert und tiefen Temperaturen ausgesetzt ist.
Bisherige Versuche, das Einfrieren bzw. Versulzen des Betriebsstoffes zu verhindern, scheitern meist daran, dass dies mit zu aufwendigen und daher für die Serienfertigung nicht geeigneten Mitteln versucht wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Behälter der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der die Nachteile des Standes der Technik löst, insbeson dere ein Einfrieren des enthaltenen Betriebs- bzw. Kraftstoffes mit einfachen und dennoch wirksamen Mitteln verhindert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in dem Hohlraum eine Heizeinrichtung mit wenigstens einem Wärme abstrahlenden Heizelement zum Aufheizen des in dem Hohlraum sich befindlichen Betriebs- und/oder Kraftstoffes angeordnet ist.
Durch die Heizeinrichtung mit dem wenigstens einen Wärme abstrahlenden Heizelement ist es möglich, den Betriebsstoff, z.B. Harnstoff oder Harnstofflösungen bzw. Kraftstoff, innerhalb des Hohlraums des Behälters aufzuheizen, so dass ein Einfrieren bzw. Versulzen verhindert werden kann. Eine solche Heizeinrichtung kann mit äußerst einfachen Mitteln realisiert werden, so dass nur geringe Kosten entstehen, was vorteilhafterweise eine Serienfertigung des erfindungsgemäßen Behälters mit der Heizeinrichtung ermöglicht.
Eine bezüglich der Wärmeabstrahlung und somit der Aufheizung des gespeicherten Mediums besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung kann sich ergeben, wenn das Heizelement im Bereich eines Bodenabschnitts der Wandung des Behälters, d.h. an der Unterseite der Umfangswandung, angeordnet ist. Aufgrund der nach oben steigenden Wärme wird auf diese Weise der gesamte Inhalt des Behälters gleichmäßig aufgeheizt. Außerdem ist in diesem Fall auch bei einer geringen Füllmenge des Behälters ein Aufheizen des Betriebsstoffs bzw. Kraftstoffs sichergestellt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Heizelement mittels Befestigungselementen an der Unterseite der Umfangswandung angebracht ist. Durch derartige Befestigungselemente wird sichergestellt, dass das Heizelement auch während der Fahrt in einer festen Position gehalten ist.
Eine gleichmäßige Aufheizung des Betriebsstoffs bzw. Kraftstoffs ergibt sich, wenn in einer Weiterbildung der Erfindung das Heizelement als mäanderförmig gebogener Stab ausgebildet ist.
Des weiteren kann vorgesehen sein, dass das Heizelement im Querschnitt rohrförmig ausgebildet und von einem Fluid durchströmt ist. Dies stellt eine einfache Möglichkeit dar, für die erforderliche Aufheizung und die dadurch mögliche Wärmeabstrahlung des Heizelementes zu sorgen.
In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass das Fluid von einer Brennkraftmaschine erwärmtes Kühlwasser ist. Dadurch ist bei der Verwendung des Betriebsstoffbehälters in einem Kraftfahrzeug eine sehr einfache Möglichkeit zur Fluidversorgung des Heizelementes gegeben.
Der Anschluss an einen Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine kann in einfacher Weise durch wenigstens zwei an der Wandung des Behälters angebrachte Anschlüsse des Heizelementes realisiert werden.
Alternativ, jedoch auch zusätzlich zu der Ausführungsform des von einem Fluid durchströmten Heizelementes kann das Heizelement in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung als an eine Spannungsquelle angeschlossener elektrischer Leiter oder als Heizwendel ausgebildet sein.
Insbesondere bei der Speicherung von Harnstoff in dem erfindungsgemäßen Behälter ist es aus Gründen der Korrosion vorteilhaft, wenn das Heizelement und/oder wenigstens ein Teil der Wandung bzw. die Umfangswandung und/oder die Stirnwandungen aus einem Aluminiumwerkstoff bestehen. Aufgrund des in dem Heizelement befindlichen Mittels, beispielsweise Kühlwasser, kann es vorteilhaft sein, das Heizelement aus Korrosionsgründen aus Niro-Stahl oder dergleichen auszubilden.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
1 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Behälter nach der Linie I-I der 2;
2 einen Schnitt nach der Linie II-II der 1;
3 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Behälter mit einem als Heizwendel ausgebildeten Heizelement; und
4 eine vorteilhafte Ausführungsform eines Einfüllstutzens.
1 zeigt einen Behälter 1, der eine einen inneren Hohlraum 2 definierende Wandung 3 aufweist, wobei der Hohlraum zur Unterbringung bzw. Speicherung eines flüssigen Mediums bzw. Betriebsstoffes und/oder Kraftstoffes dient. Die Wandung 3 besteht in üblicher Weise aus einer Umfangswandung 4 sowie zwei Stirnwandungen 5 (bzw. aus Mantel und Außenböden).
Der Behälter 1 ist im vorliegenden Fall für ein Kraftfahrzeug vorgesehen und dient zur Speicherung von Harnstoff bzw. Harnstofflösungen zur Reduzierung von Schadstoffen in Kraft- bzw. Nutzfahrzeugen. Der Behälter 1 kann auch Teil eines größeren Behälters sein, in dem sich neben dem Harnstoff auch Dieselkraftstoff oder ähnliches befindet. Selbstverständlich kann in dem Behälter 1 statt des Harnstoffs auch gewöhnlicher Diesel- oder anderer Kraftstoff gespeichert sein.
Zum Einfüllen des in dem Behälter 1 gespeicherten Mediums in den Hohlraum 2 dient ein Einfüllstutzen 6, der sich in einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform, bis annähernd zu einer Unterseite 7 der Umfangswandung 4 in den Hohlraum 2 erstrecken kann.
Um ein Einfrieren bzw. Versulzen des in dem Betriebsstoffbehälter 1 gespeicherten Mediums zu verhindern, ist in dem Hohlraum 2 eine Heizeinrichtung 8 angeordnet, welche wenigstens ein Wärme abstrahlendes Heizelement 9 aufweist. Dies ist insbesondere bei der Speicherung von Harnstoff in dem Behälter 1 sinnvoll, da Harnstoff bei ca. -11 °C gefriert.
Das Heizelement 9 ist, wie in 2 besser erkennbar, im vorliegenden Fall als mäanderförmig gebogener Stab ausgebildet und mittels mehrerer Befestigungselemente 10 an der Unterseite 7 der Umfangswandung 4, in dessen Bereich es angeordnet ist, angebracht. An den Befestigungselementen 10 kann das Heizelement 9 beispielsweise angeschweißt werden. Auch die Befestigungselemente 10 können durch Schweißen mit der innenliegenden Unterseite der Umfangswandung 4 verbunden werden.
Die Befestigung des Heizelements 9 an der Unterseite 7 kann direkt oder über die Befestigungselemente 10 durch Punktschweißen erfolgen.
Um eine Korrosion des Heizelementes 9 aufgrund des aggressiven Harnstoffes zu verhindern, ist dasselbe, wie auch die komplette Umfangswandung 4 sowie die Stirnseiten 5 des Behälters 1 als auch die Befestigungselemente 10 aus einem Aluminiumwerkstoff ausgeführt. Al ternativ wären in Abhängigkeit des gespeicherten Betriebsstoffes bzw. des Kraftstoffes selbstverständlich auch andere Werkstoffe denkbar.
Zum Erreichen einer Aufheizung und der dadurch möglichen Wärmeabstrahlung des Heizelementes 9 ist dasselbe im Querschnitt rohrförmig ausgebildet und mittels zweier Anschlüsse 11 und 12 an einen nicht dargestellten Kühlwasserkreislauf einer Brennkraftmaschine angeschlossen. Das Kühlwasser aus dem Kühlwasserkreislauf strömt also durch einen der Anschlüsse 11 oder 12 in das Heizelement 9 und heizt auf diese Art und Weise das in dem Behälter 1 sich befindliche Medium auf. Selbstverständlich könnte auch ein anderes Fluid zur Durchströmung des Heizelementes 9 verwendet werden.
Alternativ oder auch zusätzlich kann das Heizelement 9 als an eine nicht dargestellte Spannungsquelle angeschlossener elektrischer Leiter ausgebildet sein, wobei durch das Anlegen einer Spannung an das Heizelement 9 dasselbe und somit auch das in dem Behälter 1 sich befindliche Medium aufgeheizt wird. Die Anschlüs se 11, 12 können hierbei elektrische Anschlüsse darstellen.
3 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Heizeinrichtung 8, in der das Heizelement als Heizwendel 9 bzw. als Wendelelement ausgestaltet ist. Dabei hat sich eine runde Ausgestaltung der Heizwendel 9 als besonders einfach und kostengünstig herstellbar herausgestellt. Die Befestigung der Heizwendel 9 bzw. deren Betrieb kann analog zu dem bereits vorbeschriebenen Heizelement erfolgen.
Wie aus 1 ersichtlich ist, weist der Behälter 1 einen Geber 13 auf, der zur Messung des Inhaltes des Hohlraums 2, d.h. zur Füllstandmessung, sowie zur Erfassung der Temperatur des Betriebsstoffes dient. Der Geber 13 erstreckt sich dabei von einer Oberseite der Umfangswandung 4 zu der Unterseite 7 der Umfangswandung 4. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Geber 13 im Bereich der Unterseite 7 der Umfangswandung 4 mittels einem Aufnahmeglied 14 stabilisiert bzw. gehalten. Alternativ dazu kann der Geber 13 auch in einer Öffnung oder dergleichen fixiert sein. In einer weiteren vorteilhaften alternativen Ausführungsform kann das Heizelement 9 derart ausgebildet sein, dass sich ein Aufnahmebereich ergibt, durch welchen der Geber 13 stabilisiert bzw. fixiert wird. Hierzu kann das Heizelement 9 eine Ausformung aufweisen, die in etwa dem Außendurchmesser des Gebers 13 in diesem Bereich entspricht.
Dadurch, dass der Geber 13 sowohl im Bereich der Oberseite der Umfangswandung (wie aus 1 ersichtlich) als auch im Bereich der Unterseite 7 der Umfangswandung 4 fixiert bzw. stabilisiert ist, wird eine sichere und dauerhaft zuverlässige Anordnung des Gebers 13 gewährleistet. Zur Vermeidung von Beschädigungen der im Hohlraum 2 befindlichen Teile, insbesondere des Gebers 13 sowie des Heizelementes 9 durch halbgefrorene oder gefrorene Teile des Betriebsstoffes weist der im Ausführungsbeispiel dargestellte Behälter 1 eine Sicherungseinrichtung 15 auf. Die Sicherungseinrichtung 15 dient dabei als Eisblockhemmer und somit als Beschädigungssicherung.
Im Ausführungsbeispiel ist, wie aus 1 ersichtlich (gestrichelt dargestellt), die Sicherungseinrichtung 15 in Form von Schwallwänden 15 ausgebildet. Dabei können eine oder mehrere Schwallwände 15 in dem Hohlraum 2 des Behälters 1 angeordnet werden. Zum einen dämpfen die Schwallwände 15 die Bewegung der Flüssigkeit (wie bei Kraftstoffbehältern prinzipiell bekannt), zum anderen werden Beschädigungen der im Hohlraum 2 enthaltenen Teile durch die halbgefrorenen oder gefrorenen Teile des Betriebsstoffes verhindert.
Wie aus 1 ferner erkennbar, ist eine Schwallwand 15 horizontal zum Schutz des Heizelementes 9 im Bereich der Unterseite 7 der Umfangswandung 4 angeordnet. Zwei weitere Schwallwände 15 sind vertikal verlaufend derart angeordnet, dass der Geber 13 umfasst und somit geschützt wird. Die vertikal verlaufenden Schwallwände 15 entsprechen dabei den aus dem Stand der Technik bekannten Schwallwänden, die zur Vermeidung von Schwappbewegungen der im Hohlraum 2 enthaltenen Flüssigkeit eingesetzt werden.
Ein Einsatz von Schwallwänden 15 bzw. von allgemeinen Sicherungseinrichtungen ist besonders vorteilhaft, da aufgrund des Gefrierpunktes von Harnstoff bzw. Harnstofflösungen nicht auszuschließen ist, dass der Betriebsstoff, beispielsweise wenn das Fahrzeuge länger abgestellt ist, gefriert und die halbgefrorenen oder gefrorenen Brocken, wenn das Fahrzeug bewegt wird, Beschädigungen im Hohlraum 2 anrichten. Durch die beschriebene Sicherungseinrichtung, insbesondere in Form von Schwallwänden 15, wird dies zuverlässig verhindert. Das Aufnahmeglied 14 dient dabei ergänzend zur Stabilisierung des Gebers 13. Falls das Heizelement 9, wie in 3 dargestellt, spiralförmig ausgebildet ist, kann dieses durch den Einsatz von vertikal verlaufenden Schwallwänden 15, analog zu den Schwallwänden 15, die in 1 den Geber 13 umfassen, geschützt werden.
Wie aus 1 ebenfalls ersichtlich ist, ragt der Einfüllstutzen 6 derart verlängert in den Hohlraum 2, dass beim Befüllen mit Betriebsstoff, insbesondere Harnstoff bzw. Harnstofflösungen, 2 bis 30 %, vorzugsweise 7 bis 15 %, des Hohlraumes 2 als Ausdehnungsreserve unbefüllt bleibt. Somit ist in einfacher Weise sichergestellt, dass sich der Harnstoff bzw. die Harnstofflösung ausdehnen kann, ohne dass der Behälter 1 beschädigt wird.
In einer in 4 dargestellten besonders einfachen und vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Einfüllstutzen 6 an seinem in den Hohlraum 2 ragenden Ende einen, vorzugsweise angeschweißten, Rohrstutzen 16 aufweist. Somit kann ein herkömmlicher und kostengünstig herstellbarer Einfüllstutzen 6 in einfacher Weise verlängert und somit für Behälter 1, die Harnstoff bzw. Harnstofflösungen aufnehmen sollen, eingesetzt werden. In einer alternativen Ausführungsform kann selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass der Einfüllstutzen 6 ohne einen angeschweißten Rohrstutzen 16 in der vorgesehenen Länge ausgebildet ist.
Vorteilhaft ist es, wenn der Rohrstutzen 16 an seinem freien Ende eine Entlüftungsöffnung (nicht dargestellt) aufweist. Wenn die Verlängerung des Einfüllstutzens ohne einen separaten Rohrstutzen auskommt, kann alternativ vorgesehen sein, dass die Entlüftungsöffnung an dem in den Hohlraum 2 ragenden Ende des Einfüllstutzens 6 angeordnet ist.
In nicht näher dargestellter Weise kann ebenfalls vorgesehen sein, dass der Behälter 1 mit einem Sicherheitsventil versehen ist. Das Sicherheitsventil soll dabei vermeiden, dass der Behälter 1, falls sich der Harnstoff bzw. die Harnstofflösung in nicht vorgesehener Weise ausdehnt, platzt.
Das Ausführungsbeispiel zeigt einen für Kraftfahrzeuge ausgebildeten Behälter 1. Die Erfindung beschränkt sich dabei jedoch nicht auf derartige Behälter, vielmehr sollen auch solche für Land-, See- und Luftfahrzeuge darunter fallen.

Claims

Behälter zur Aufnahme von Betriebsstoffen für Fahrzeuge, insbesondere Harnstoff bzw. Harnstofflösungen und/oder Kraftstoffen, mit wenigstens einem Hohlraum, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum (2) eine Heizeinrichtung (8) mit wenigstens einem Wärme abstrahlenden Heizelement (9) zum Aufheizen des in dem Hohlraum (2) sich befindlichen Betriebs- und/oder Kraftstoffes angeordnet ist.
Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (3) eine Umfangswandung (4) aufweist und das Heizelement (9) im Bereich einer Unterseite (7) der Umfangswandung (4) angeordnet ist.
Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (9) mittels Befestigungselementen (10) an der Unterseite (7) der Umfangswandung (4) angebracht ist.
Behälter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (9) als mäanderförmig gebogener Stab und/oder als Heizwendel ausgebildet ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (9) im Querschnitt rohrförmig ausgebildet und von einem Fluid durchströmt ist.
Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid von einer Brennkraftmaschine erwärmtes Kühlwasser ist.
Behälter nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (9) wenigstens zwei an der Wandung (3) bzw. der Umfangswandung (4) und/oder an der Stirnwandung (5) angebrachte Anschlüsse (11,12) zum Anschluss an einen Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine aufweist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (9) als an eine Spannungsquelle angeschlossener elektrischer Leiter ausgebildet ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (9) aus einem Aluminiumwerkstoff oder Niro-Stahl gebildet ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswandung (4) bzw. die Stirnwandungen (5) aus einem Aluminiumwerkstoff gebildet sind.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich vorzugsweise von einer Oberseite zu einer Unterseite (7) der Umfangswandung (4) erstreckender Geber (13) zur Messung des Inhaltes des Hohlraumes (2) und/oder der Temperatur des Betriebsstoffes vorgesehen ist.
Behälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Geber (13) am Boden der Umfangswandung (4) in einer Öffnung bzw. einem Aufnahmeglied (14) und/oder einem aus dem Heizelement (9) ausgeformten Aufnahmebereich fixiert bzw. stabilisiert ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (2) mit einer Sicherungseinrichtung (15) versehen ist, die eine Beschädigung der im Hohlraum (2) befindlichen Teile durch eine Bewegung von halbgefrorenen oder gefrorenen Teilen des Betriebsstoffes verhindert
Behälter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungseinrichtung (15) den Geber (13) und/oder das Heizelement (9) umfasst bzw. gegen eine Beschädigung schützt.
Behälter nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungseinrichtung (15) wenigstens eine Schwallwand aufweist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einfüllstutzen (6) derart verlängert in den Hohlraum (2) ragt, dass beim Befüllen mit Be triebsstoff 2 bis 30 %, vorzugsweise 7 bis 15 %, des Hohlraums (2) als Ausdehnungskonserve unbefüllt bleibt.
Behälter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfüllstutzen an seinem in den Hohlraum (2) ragenden Ende einen vorzugsweise angeschweißten Rohrstutzen (16) aufweist.