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Die
Neuerung betrifft einen Ionentauscher.
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Im
Bereich der Automobilindustrie sind Einrichtungen zur Nachreinigung
der Abgase von Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren bekannt,
die im Rahmen der sogenannten selektiven katalytischen Abgasreinigung
die Verwendung eines Fluids, insbesondere einer Harnstoffflüssigkeit,
vorsehen können,
wie dies beispielsweise in der
DE 201 19 512 U1 beschrieben ist.
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Das
Fluid kann durch Verunreinigungen, wie insbesondere Metallionen
und/oder Kalk, oder bei unsachgemäßer Herstellung durch nicht
autorisierte Hersteller Bestandteile enthalten, die zu Funktionsstörungen der
dieses Fluid verwendenden Abgasreinigungssystemsführen können. Daher
kann vorteilhaft ein Ionentauscher vorgesehen sein, durch den das
Fluid, beispielsweise die erwähnte
Harnstofflösung,
geführt
wird, wobei die möglicherweise
in dem Fluid enthaltenden unerwünschten
Bestandteile mittels des Ionentauschers unschädlich gemacht werden können. Da
der Ionentauscher die Funktionsfähigkeit
der Abgasreinigungsanlage sicherstellen soll, kommt seiner eigenen
Funktionssicherheit große
Bedeutung zu.
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Derartige
Ionentauscher können
als Ionentauschermedium (nachfolgend teils auch verkürzend nur
als „Medium" bezeichnet) beispielsweise
Harze enthalten. Das Medium kann insbesondere in Granulatform vorliegen,
so dass es eine große
reaktive Oberfläche
aufweist.
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Durch
den Ionenaustausch kann ein Wechsel des Ionentauscher-Mediums in
regelmäßigen Abständen erforderlich
werden.
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Wenn
das Medium ein stark basisches oder stark saures Material ist, welches
Verätzungen
am menschlichen Körper
verursachen kann, oder wenn es stark färbend, geruchsbildend oder
auf andere Weise unangenehm ist, so dass ein Kontakt mit der Kleidung
und/oder insbesondere der Haut eines Menschen vermieden werden soll,
so ist eine besonders zuverlässige
und einfache Handhabung dieses Granulates wünschenswert.
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Der
Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ionentauscher einer Anlage
zur Reinigung der Abgase einer Brennkraftmaschine anzugeben, der bei
der Handhabung des Ionentauscher-Mediums eine
möglichst
große
Handhabungssicherheit und während
des Betriebs eine möglichst
große
Funktionssicherheit bietet.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Ionentauscher mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Die
Neuerung schlägt
mit anderen Worten vor, das Ionentauscher-Medium innerhalb eines
Einsatzes anzuordnen, so dass eine vom übrigen Gehäuse des Ionentauschers unabhängig handhabbare Einheit
geschaffen wird, in welcher das Ionentauscher-Medium vorliegt. Durch
die Handhabung dieses Einsatzes kann einerseits der unmittelbare
Kontakt zwischen dem Benutzer und dem Ionentauscher-Medium verhindert
werden, und es ist sichergestellt, dass stets die komplette Menge
des Ionentauscher-Mediums gehandhabt wird. Dies ist vorteilhaft
sowohl für
die Erstbefüllung,
wo die Füllmenge des
Mediums dadurch gewährleistet
ist, dass ein mit der entsprechenden Menge an Ionentauscher-Medium
gefüllter
Einsatz in den Ionentauscher eingebracht wird.
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Ebenfalls
ist bei Wartungsarbeiten die Entfernung der gesamten Menge an Ionentauscher-Medium
gewährleistet,
da dieses nicht aus dem Einsatz gelangen kann, welcher für das Ionentauscher-Medium undurchlässig ist,
beispielsweise durch siebähnliche Öffnungen,
die kleiner sind als der Durchmesser der Granulat-Körner. Durch Entfernung des
Einsatzes wird daher auch zuverlässig
die komplette Entfernung des Ionentauscher-Mediums aus dem Ionentauscher
bewirkt. Insbesondere, wenn das Ionentauscher-Medium in Granulatform
vorliegt, sind hierdurch nicht nur gesundheitsrelevante Aspekte
berücksichtigt,
sondern es ist auch gewährleistet,
dass nicht einzelne Körner
des Granulats in einen Abschnitt der Fluidleitung gelangen und den
Leitungsabschnitt verstopfen können.
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Vorteilhaft
kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse des Ionentauschers mit
einem Schraubdeckel verschlossen ist. Auf diese Weise ist eine einfache
Handhabung beim Öffnen
oder Verschließen
des Ionentauschers möglich,
um die Entnahme bzw. die Einbringung des Einsatzes in das Gehäuse des
Ionentauschers zu ermöglichen.
Zudem ist bei einem Schraubdeckel eine zuverlässige Abdichtung zwischen Deckel
und übrigem
Ionentauschergehäuse problemlos
möglich,
wobei die Verschraubung notwendigerweise eine kreisrunde Querschnittsgeometrie
zwischen Deckel und Gehäuse
bedingt und kreisrunde Querschnittsgeometrien besonders zuverlässig abgedichtet
werden können.
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Vorteilhaft
kann der Einsatz mit dem Deckel verrastet sein. Auf diese Weise
ist die Entnahme des Einsatzes aus dem Gehäuse des Ionentauschers sichergestellt,
wenn der Deckel gelöst
und vom übrigen
Gehäuse
entfernt wird, ohne dass der Einsatz selbst dabei vom Benutzer angefasst
werden muss. Dies ist ökonomisch
vorteilhaft aufgrund der Zeitersparnis bei der Handhabung des Einsatzes.
Auch aus gesundheitlichen Überlegungen
kann dies vorteilhaft sein, wenn nämlich beispielsweise das Ionentauscher-Medium
möglichst
nicht berührt
werden soll und lediglich der Deckel angefasst werden muss, um den
Deckel mitsamt dem Einsatz und dem darin enthaltenen Medium zu handhaben.
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Gemäß einem
besonders vorteilhaften Aspekt des vorliegenden Vorschlags können die
am Einsatz vorgesehenen Rastelemente gegen ein versehentliches Aufspreizen
abgestützt
werden, so dass selbst bei einer sehr nachgiebigen, leicht verformbaren
Ausgestaltung der Rastelemente eine versehentliche Lockerung zwischen
Deckel und Einsatz vermieden ist. Wenn der Deckel gemeinsam mit
dem Einsatz vom übrigen
Gehäuse
des Ionentauschers entfernt wird, entfällt automatisch diese Abstützung, welche
das Gehäuse
sonst darstellt, so dass nun, insbesondere bei leicht verformbaren
Rastelementen, umso leichter der Einsatz vom Deckel gelöst werden
kann. Auch die Verwirklichung einer vergleichsweise schwachen Rastverbindung
zwischen Einsatz und Deckel kann vorgesehen sein, wobei trotzdem
für die
Demontage des Einsatzes aus dem Gehäuse sichergestellt ist, dass
der Deckel die erforderlichen Zugkräfte auf den Einsatz übertragen
kann, um diesen zuverlässig
aus dem Gehäuse
ziehen zu können.
Da während
dieser Bewegungsphase, während
welcher sich der Einsatz noch im Gehäuse befindet, das Gehäuse die
entsprechende Abstützung der
einsatzseitigen Rastelemente bewirkt.
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Vorteilhaft
können
die Anschlüsse,
die für Ein-
und Auslassöffnungen
des Ionentauschers vorgesehen sind, einander benachbart angeordnet
sein, so dass fahrzeugseitig ein einziger Anschlusspunkt vorgesehen
sein kann, an dem eine Fluidverbindung zum Ionentauscher geschaffen
wird. Dies erleichtert einerseits eine schnelle Montage des Ionentauschers und
vermeidet weiterhin, dass beispielsweise eine einzige Leitung beispielsweise
halb um den Ionentauscher herumgeführt werden muss. Je nach Anordnung
des Ionentauschers könnte
eine derartige Leitung gegenüber
mechanischen Einwirkungen, wie beispielsweise Steinschlag oder dergleichen,
exponiert sein, so dass die vorgeschlagene Zusammenfassung der Anschlüsse eine
möglichst
geschützte Anordnung
dieser Anschlussstelle ermöglicht.
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Vorteilhaft
sind zusätzlich
zu den Ein- und Auslassöffnungen
für das
Fluid zwei Ein- und Auslassöffnungen
zur Temperierung des Ionentauschers mittels eines Wärmeträgers vorgesehen.
Dieser Wärmeträger kann
beispielsweise durch das Kühlwasser des
Fahrzeugmotors bereitgestellt werden: Wenn bei tiefen Temperaturen
das Fluid eingefroren ist, kann das Kühlwasser zum Auftauen des Ionentauschers genutzt
werden. Wenn der Ionentauscher im Bereich des Motorraums angeordnet
ist und hohen Umgebungstemperaturen innerhalb des Motorraums ausgesetzt
ist, beispielsweise bei hohen Außentemperaturen, hoher Motorlast
und geringer Fahrgeschwindigkeit, kann die Kühlflüssigkeit des Motors dazu genutzt
werden, eine unzulässige Überhitzung
des Ionentauschers zu vermeiden und diesen zu kühlen.
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Vorteilhaft
kann bei der vorerwähnten
Zusammenfassung der Anschlüsse
die Anordnung der Anschlüsse
achsparallel erfolgen, wobei diese als steckbare Anschlüsse ausgestaltet
sind. Im Gegensatz zu mehreren konzentrischen Leitungen oder zu separat
zu handhabenden Schraubverbindungen mehrerer Anschlüsse kann
durch diese Ausgestaltung die Montage des Ionentauschers besonders
einfach ausgestaltet werden, indem der Ionentauscher mit seinen
am Gehäuse
vorgesehenen Anschlüssen an
die entsprechenden fahrzeugseitigen Anschlüsse angesteckt wird. Eine axiale
Sicherung, damit der Ionentauscher von diesen Steckanschlüssen nicht
abrutscht, kann durch eine entsprechende Fixierung des Gehäuses erfolgen,
indem dieses beispielsweise am Fahrzeugrahmen oder an der Fahrzeugkarosserie
gehalten wird.
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Die
vorerwähnte
Temperierung des Ionentauschers kann vorteilhaft dadurch erfolgen,
dass zwischen der Gehäusewandung
und dem Einsatz ein Strömungskanal
für den
Wärmeträger vorgesehen ist,
wobei vorzugsweise eine Flüssigkeit
als Wärmeträger dient.
Im Gegensatz zu einer elektrischen Beheizung des Ionentauschers
schließt
die Verwendung einer Flüssigkeit
als Wärmeträger punktuelle Überhitzungen
und somit Materialbelastungen des Ionentauschers aus. Zudem ist
durch die Flüssigkeit nicht
nur eine Beheizung, sondern auch eine Kühlung möglich.
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Die
Ausbildung des Strömungskanals
zur Temperierung des Ionentauschers kann in besonders einfacher
Weise dadurch erfolgen, dass das Gehäuse doppelwandig ausgestaltet
ist. Somit wird auch bei geöffnetem
Gehäuse
ein geschlossener Kreislauf der Wärmeträger-Flüssigkeit sichergestellt, so
dass das Wärmetauscher-Medium
möglichst
verschmutzungsarm ausgetauscht werden kann. Der Strömungskanal
kann zwischen der inneren und der äußeren Wandung durch Rippen
ge-schaffen werden, die versetzt zueinander angeordnet sind und
sich nicht über
die gesamte Höhe
des Gehäuses
erstrecken, so dass jeweils eine Strömungsumlenkung um 180° und somit insgesamt
ein mäanderförmiger Verlauf
des Strömungskanals
bewirkt wird. Im Gegensatz zur Anordnung einer eigenen Rohrleitung,
welche den Strömungskanal
für die
Wärmeträgerflüssigkeit
bildet, ist diese Verwirklichung des Strömungskanals erheblich wirtschaftlicher
herstellbar, sie ermöglicht
zudem eine besonders großflächige Wärmeübertragung zwischen
dem Wärmeträger und
dem Innenraum des Ionentauscher-Gehäuses, und sie ermöglicht durch einen
besonders großen
Strömungsquerschnitt
den Transport sehr großer
Wärmemengen.
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Bei
der Konturierung des Einsatzes und des Gehäuses kann eine vom Kreisrund
abweichende Grenzkontur zwischen Einsatz und Gehäuse vorgesehen sein, so dass
eine Verdrehsicherung des Einsatzes innerhalb des Gehäuses bewirkt
wird und dementsprechend die Anschlüsse mechanisch entlastet werden.
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Im
Gegensatz zu einer regelmäßigen unrunden
Querschnittsgestaltung, welche bei einer beispielsweise quadratischen
Kontur das Einbringen des Einsatzes in das Gehäuse in vier um jeweils 90° versetzten
Ausrichtungen ermöglichen
würde,
kann bei einer vom Kreisrund abweichende Grenzkontur vorteilhaft
vorgesehen sein, dass die Anordnung des Einsatzes in dem Ge häuse nur
in einer einzigen vorbestimmten Position möglich ist. Wenn die das Fluid führenden
Zu- und Rückläufe, die
in den Einsatz bzw. aus dem Einsatz herausführen, zwischen dem Einsatz
und dem Gehäuse
als steckbare Anschlüsse ausgestaltet
sind, wird durch diese eindeutige Positionierung des Einsatzes sichergestellt,
dass die Steckverbindung zuverlässig
hergestellt wird, wenn der Einsatz in das Gehäuse eingeführt wird. Fehlpositionierungen,
die zu einem höheren
Zeitaufwand bei der Montage des Einsatzes führen würden und welche möglicherweise
die Gefahr die Beschädigung der
Anschlüsse
begründen
könnten,
sind auf diese Weise zuverlässig
ausgeschlossen.
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Vorteilhaft
kann der Einsatz einen Zulaufkanal für das Fluid aufweisen, der
mit wenigstens der Hälfte
seiner Umfangsfläche
außerhalb
des übrigen Innenraumes
des Einsatzes angeordnet ist, in welchem sich das Ionentauscher-Medium
befindet. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass dieser
Zulaufkanal vollständig
außerhalb
des übrigen Innenraums
des Einsatzes verläuft.
Auf diese Weise kann in fertigungstechnisch vorteilhafter Ausgestaltung
der Verschluss des Innenraums mit kreisrunden Elementen erfolgen,
beispielsweise, indem der gesamte Einsatz etwa rohrförmig ausgestaltet
wird. Im Gegensatz zu einem in die Kreiskontur einbezogenen Zulaufkanal
müssen
keine Aussparungen der kreisförmigen
Abschlussflächen
des Einsatz-Innenraums
vorgesehen werden, so dass einerseits die Herstellung und andererseits
die Verbindung der Elemente, welche den Innenraum abschließen sollen, besonders
preisgünstig
möglich
ist. Zudem ergibt sich der Vorteil, dass bei einer Temperierung
des Ionentauschers der außerhalb
des Innenraums angeordnete Zulaufkanal des Fluids optimal temperiert werden
kann, so dass ein besonders schneller Wärmeeintrag in den Innenraum
des Einsatzes möglich ist.
Wenn beispielsweise bei gefrorenem Ionentauscher das Gehäuse rings
um den Einsatz erwärmt wird,
wird der Zulaufkanal für
das Fluid sowie ein an den Zulaufkanal anschließender Randbereich des Innenraums
des Einsatzes als erstes auftauen, so dass hier bereits eine Durchströmung des Ionentauscher-Einsatzes
ermöglicht
wird. Dies begünstigt nicht
nur das Abgasverhalten des Verbrennungsmotors, da der Ionentauscher
möglichst
frühzeitig
nach dem Start des Motors betriebsbereit ist, sondern die Durchströmung begünstigt insgesamt
ein besonders schnelles Auftauen des Ionentauschers, da die Erwärmung nicht
nur mittels Wärmeleitung,
sondern auch mittels Wärmetransport
erfolgen kann.
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Vorteilhaft
kann der Einsatz aus einem verformbar weichen, gegen Harnstoff beständigen Kunststoff
gefertigt sein. Bei Kunststoffen scheint eine Korrelation zwischen
der Härte
des Kunststoffes und der Harnstoffbeständigkeit dahingehend zu bestehen,
dass weichere Kunststoffe eine verbesserte Beständigkeit gegenüber Harnstoff
bzw. Harnstoffhaltigen Fluiden aufweisen. Bei Anwendung des Ionentauschers
im Bereich der Abgasreinigung einer Verbrennungsmaschine, wo vorteilhaft
ein Harnstoff enthaltendes Fluid Verwendung findet, ist daher die Harnstoffbeständigkeit
des Einsatzes von Bedeutung. Die Fertigung aus einem weichen Kunststoff
ist einerseits besonders wirtschaftlich im Vergleich zu harnstoffbeständigen,
harten Materialien wie beispielsweise Keramik oder Metall. Zudem
bewirkt die Herstellung aus verformbar weichem Kunststoff eine besonders
hohe Vibrationsfestigkeit des Einsatzes, was insbesondere in dem
vorgesehenen Anwendungsbereich bei Verbrennungskraftmaschinen, und dort
insbesondere bei Kraftfahrzeugen, besonders vorteilhaft ist. Weiterhin
sind die vorgeschlagenen weichen Kunststoffe insbesondere in einem
sehr weiten Temperaturbereich einsetzbar, so dass auch bei tiefen
Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes oder bei sehr hohen, im
Motorraum herrschenden Temperaturen die Beständigkeit des Einsatzes gegeben
ist.
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Die
Verformbarkeit des weichen Kunststoffs ermöglicht eine bewusste Verformung
des Einsatzes während
seiner Lebensdauer: Wenn das Ionentauscher-Medium als Granulat vorliegt,
ist dieses Granulat vorzugsweise im Einsatz dicht gepackt, so dass Relativbewegungen
der einzelnen Granulatkörner gegeneinander
sowie ein dadurch hervorgerufener Abrieb der Granulatkörner ausgeschlossen
ist. Durch den Ionenaustausch kann eine Volumenreduktion der einzelnen
Granulatkörner
erfolgen, so dass diese innerhalb des Einsatzes nicht mehr optimal
dicht gepackt sind. Durch die Bewegungsmöglichkeit der Granulatkörner ergibt
sich durch Abrieb ein besonders schneller Verschleiß und somit
eine drastische Verkürzung
der Lebensdauer des Einsatzes und damit der nutzbaren Zeit des Ionentauschers.
Vorteilhaft ist daher ein Federelement vorgesehen, welches den Einsatz
druckbeaufschlagt. Durch eine Komprimierung des Einsatzes kann somit
die Volumenreduktion des Ionentauscher-Mediums kompensiert werden.
Das Granulat, welches das Ionentauscher-Medium darstellt, bleibt demzufolge
auch bei einer Volumenreduktion dicht gepackt, so dass Abrieb und
der damit verbundene vorschnelle Verschleiß des Ionentauscher-Mediums
vermieden wird.
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Umgekehrt
kann die Verformbarkeit des Einsatzes dazu dienen, eine Expansionskammer
zu schaffen, die normalerweise ein geringes Volumen aufweist. Die
Expansionskammer ist beispielsweise mittels einer Feder oder durch
die Formgebung des Einsatzes selbst eingedrückt bzw. eingezogen. Sie kann
sich jedoch gegen die Wirkung der separaten Feder bzw. gegen die
Federwirkung des Einsatzwerkstoffes ausdehnen, z. B. wenn das feste
Ionentauschermedium bei hohen Temperaturen oder das Fluid bei Frost
expandiert.
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Vorteilhaft
kann, wie bereits erwähnt,
zwischen dem Einsatz und dem Gehäuse
eine Fluidverbindung mittels Steckanschlüssen verwirklicht sein, so
dass über
diese Steckanschlüsse
der Zu- und Rücklauf des
Fluids in den und von dem Einsatz erfolgt. Dabei ist vorteilhaft
vorgesehen, dass die Steckanschlüsse
gehäuseseitig
als Buchsen und einsatzseitig als Einsteckstutzen auszugestalten.
Zwischen den Einsteckstutzen und den Buchsen sind Radialdichtungen
in Form von Dichtringen vorgesehen.
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Wenn
das Fluid seinen Betriebsdruck aufweist, erfolgt somit eine automatische
Dichtungsverstärkung
und somit eine besonders zuverlässige
Abdichtung. Dies gilt insbesondere, wenn das Material des Einsatzes
ein weicher, verformbarer Kunststoff ist und fertigungstechnisch
vorteilhaft die Einsteckstutzen einteilig mit der Wandung des Einsatzes
aus diesem Material gebildet sind.
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Wenn
die Anschlüsse
des Einsatzes, mittels derer der Einsatz an den übrigen Ionentauscher anschließt, als
achsparallel angeordnete und steckbare Anschlüsse ausgestaltet sind, kann
der Einsatz vorteilhaft einfach in das Gehäuse des Ionetauschers eingesetzt
bzw. aus diesem entfernt werden, nämlich durch eine einfache lineare
Bewegung. Die Montage bzw. Demontage des Einsatzes ist daher auch
in räumlich
beengten Verhältnissen
besonders einfach möglich.
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Wenn
der Einsatz mit dem Deckel verrastet ist, kann vorteilhaft diese
Rastverbindung so ausgestaltet sein, dass sie eine Relativ-Drehbeweglichkeit zwischen
Deckel und Einsatz zulässt.
Wenn der Deckel als Schraubdeckel ausgestaltet ist, so kann der Einsatz
während
der Schraubbewegung des Deckels zwar aufgrund der Verrastung in
axialer Richtung mitgenommen werden, aufgrund der Relativ-Drehbeweglichkeit
jedoch von der Drehbewegung des Deckels entkoppelt sein. Somit ist
die Anordnung von Steckanschlüssen
möglich,
die nicht vor der Demontage des Einsatzes gelöst werden müssen und die nicht koaxial
zueinander und zum Deckel ausgeführt sein
müssen.
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Der
Begriff des „Steckanschlusses" bedeutet im Rahmen
des vorliegenden Vorschlags, dass eine mechanische Verbindung erfolgt,
die den Einsatz im übrigen
Ionentauscher zumindest provisorisch hält, wenn der Einsatz eingeführt und
die Steckverbindung hergestellt worden ist. Eine endgültige Sicherung
kann durch Überwurfmuttern
oder andere an sich bekannte Sicherungselemente erfolgen, besonders
einfach aber dadurch, dass die Position des Einsatzes mittels des
Deckels gesichert wird, der ohnehin nach der Montage des Einsatzes
an dem übrigen Gehäuse des
Ionentauschers festgelegt wird. Der Begriff des „Steckanschlusses" bedeutet im Rahmen des
vorliegenden Vorschlags weiterhin, dass eine Verbindung fluidführender
Bereiche innerhalb des Einsatzes mit fluidführenden Bereichen im übrigen Ionentauscher
erfolgt, nämlich
zu den Zu- und Rucklaufleitungen des Fluids. Insbesondere wenn der
Einsatz gemeinsam mit dem Deckel aus dem Gehäuse des Ionentauschers gehandhabt
werden kann, wird beim Einsetzen bzw. beim Lösen des Deckels durch die Steckanschlüsse auch
gleichzeitig die mechanische und fluidführende Verbindung des Einsatzes
mit dem übrigen
Ionentauscher hergestellt bzw. beendet.
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Vorteilhaft
kann der Einsatz etwa rohrförmig ausgestaltet
sein, also eine geschlossene umlaufende Wandung aufweisen sowie
zwei gegenüberliegende
Stirnseiten. Die Durchströmung
des im Einsatz befindlichen Granulats wird dadurch ermöglicht,
dass diese beiden Stirnseiten die Durchtrittsöffnungen für das Fluid aufweisen. Diese
Durchtrittsöffnungen
sind vorteilhaft gitterartig bzw. siebartig ausgebildet, so dass
ein möglichst
großer
freier Strömungsquerschnitt
bewirkt wird und andererseits kleine individuelle Durchtrittsöffnungen
geschaffen werden, welche das Granulat des Ionentauscher-Mediums
zuverlässig
im Innenraum des Einsatzes zurückhalten.
Die geschlossene umlaufende Wandung ermöglicht es, den Einsatz bei
Wartungsarbeiten zu handhaben, ohne mit dem Granulat in Berührung zu
kommen.
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Gemäß einem
besonders vorteilhaften Aspekt des vorliegenden Vorschlags kann
der Einsatz nahezu vollständig
geschlossen ausgestaltet sein, also eine Wandung aufweisen, die
allseits geschlossen ausgestaltet ist bis auf die Zu- und Rücklauföffnungen
für das
Fluid. Diesen Zu- und Rücklaufanschlüssen können die
vorerwähnten
Siebflächen innerhalb
des Einsatzes nach- bzw. vorgelagert sein, so dass zwar einerseits
nach außen
eine möglichst abgeschlossene
und geschlossenwandige Ausgestaltung des Einsatzes ermöglicht wird,
innerhalb des Einsatzes jedoch eine möglichst ungehinderte freie Durchströmung des
Einsatzes und damit ein optimaler Kontakt des Fluids mit dem Ionentauscher-Medium
ermöglicht
wird und das Granulat zuverlässig
im Innenraum des Einsatzes zurückgehalten
wird.
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Vorteilhaft
kann in wenigstens einer der das Fluid führenden Kanäle ein Rückhalteventil angeordnet sein,
um den Einsatz tropfarm bzw. tropffrei entnehmen zu können: nach
unten weisende Fluidkanäle
können
durch das Rückhalteventil
gesperrt werden, so dass ein Ausströmen des Fluids aus diesem Kanal
ins Freie verhindert ist.
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Bei
hängend
montiertem Einsatz, dessen als Zu- und Rücklauf dienenden Fluidkanäle nach
oben an den übrigen
Ionentauscher anschließen,
und bei dem dementsprechend nach unten offene Fluidkanäle in dem übrigen Ionentauscher
vorgesehen sind, können
einer oder beide dieser nach unten offene Fluidkanäle des übrigen Ionentauschers
mittels jeweils eines Rückhalteventils
gesichert werden.
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Bei
stehend montiertem Einsatz kann hingegen die Anordnung der Rückhalteventile
in den nach unten offenen Fluidkanälen des Einsatzes selbst vorgesehen
sein. Zusätzliche
Rückhalteventile
in den Fluidkanälen
des übrigen
Ionentauschers können
sicherstellen, dass selbst bei aus dem Ionentauscher entnommenen
Einsatz auch dann kein Fluid aus diesen Fluidkanälen austritt, wenn deren Austrittsöffnungen
tiefer als andere Abschnitte der Fluidleitungen liegen.
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Vorteilhaft
können
lediglich zwei Durchtrittsöffnungen
für das
Fluid vorgesehen sein, nämlich eine
Zulauf- und eine Rücklauföffnung.
Dies ermöglicht
einerseits eine möglichst
wirtschaftliche Fertigung des Einsatzes und andererseits einen möglichst
einfachen und schnell herzustellenden Anschluss an die Zu- und Rücklaufanschlüsse des
Gehäuses,
wenn der Einsatz in dem Gehäuse
montiert wird.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Neuerung werden nachfolgend anhand der rein
schematischen Darstellungen näher
erläutert.
Dabei
zeigt
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1 eine
perspektivische Ansicht auf einen Ionentauscher, wobei Teile des
Gehäuses
weggebrochen sind,
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2 eine
Draufsicht auf den Ionentauscher von 1,
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3 u. 4 zwei
Längsschnitte
in unterschiedlichen Schnittrichtungen durch den Ionentauscher,
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5 einen
Längsschnitt
durch den Einsatz des Ionentauschers, und
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6 u. 7 jeweils
einen Querschnitt durch zwei Ausführungsbeispiele eines Einsatzes.
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In
den Zeichnungen ist mit 1 insgesamt ein Ionentauscher bezeichnet,
der ein Gehäuse 2 aufweist,
welches mit einem nach unten zu öffnenden Schraubdeckel 3 verschlossen
ist. Mechanisch wird der Ionentauscher 1 an einem Fahrzeug
mittels einer Montageplatte 4 befestigt, die materialeinheitlich
an das Gehäuse 2 angeformt
ist. Eine obere Abschlussplatte 5 des Gehäuses 2 ist
mit dem übrigen,
rohrförmigen
Teil des Gehäuses 2 verschweißt und weist vier
Anschlüsse 6 auf.
Die Anschlüsse 6 sind
als achsparallel ausgerichtete Steckanschlüsse ausgestaltet und einander
nahe benachbart angeordnet, so dass insgesamt eine kompakte Anschlussstelle
geschaffen wird, die beispielsweise an eine fahrzeug- bzw. motorseitige
Anschlussstelle angekoppelt werden kann, indem der gesamte Ionentauscher 1 an
die fahrzeug- bzw. motorseitigen ebenfalls als Steckanschlüsse ausgestalteten
Anschlüsse
geschoben und mit diesen verbunden wird. Anschließend erfolgt
die Fixierung und axiale Sicherung des Ionentauschers 1 durch seine
Befestigung mittels der Anschlussplatte 4.
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Am
Gehäuse 2 des
Ionentauschers 1 ist eine Ablassöffnung 7 vorgesehen,
an welcher eine Flussigkeit aus dem Ionentauscher 1 abgelassen
werden kann und kontrolliert aufgefangen werden kann. Diese Ablassöffnung 7 ist
gemäß 1 mit
einer Verschlussschraube 8 verschlossen.
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3 zeigt
den Ionentauscher 1 im Längsschnitt, wobei Rippen 9 erkennbar
sind, die versetzt zueinander innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet sind.
Die Rippen 9 schaffen einen insgesamt mäanderförmigen Strömungskanal für Kühlwasser
des Verbrennungsmotors, welches als Wärmeträger-Flüssigkeit dient und durch das
doppelwandige Gehäuse 2 geführt wird.
Von den vier Anschlüssen 6 dienen
zwei als sogenannte Temperieranschlüsse 12 für den Zufluss
und Rückfluss
der Wärmeträger-Flüssigkeit.
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Innerhalb
des doppelwandigen Gehäuses 2 ist
ein herausnehmbarer Einsatz 14 angeordnet, der aus weichem,
verformbaren und harnstoffbeständigem
Kunststoff besteht. Der Einsatz 14 ist im Wesentlichen
zylindrisch ausgestaltet und weist eine nahezu vollständig geschlossene äußere Wandung
auf, wobei – wie
insbesondere aus 4 ersichtlich ist – zwei der
Anschlüsse 6 als
Zulaufanschluss 15 bzw. Rücklaufanschluss 16 für das Fluid
dienen. Das Fluid gelangt durch den Zulaufanschluss 15 in
einen Zulaufkanal 17, der innerhalb des Einsatzes 14 vorgesehen
ist und das Fluid zur unteren Stirnfläche 18 des Einsatzes 14 führt. Diese
Stirnfläche 18 liegt, durch
eine im Deckel 3 vorgesehene Druckfeder 19 beaufschlagt,
einem Druckboden 20 innerhalb des Einsatzes 14 an.
Der Druckboden 20 ist mit vergleichsweise großen Öffnungen
versehen. Ihm benachbart liegt ein Sieb 21 auf dem Druckboden 20 auf,
wobei die Maschenweite des Siebes 21 so gering bemessen
ist, dass ein granulatförmiges
Ionentauscher-Medium in einem Innenraum 22 des Einsatzes 14 zurückgehalten
wird und nicht durch die Öffnungen des
Druckbodens 20 in den Zwischenraum zwischen dem Druckboden 20 und
der unteren Stirnfläche 18 gelangen
kann.
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Nach
oben wird der Innenraum 22 auf ähnliche Weise abgeschlossen:
Dort ist ebenfalls zunächst
ein Sieb 21 vorgesehen, welches das Ionentauscher-Medium
im Innenraum 22 zurückhält, und anschließend ein
mit Durchtrittsöffnungen
versehener oberer Druckboden 23, der durch eine obere Druckfeder 24 beaufschlagt
wird. Die Druckfeder 24 wird durch eine kreisförmige Stützrippe 25 zentriert, wobei
oberhalb dieser Stützrippe 25 ein
Freiraum zu einer oberen Stirnfläche 26 des
Einsatzes 14 verbleibt.
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Das
Fluid gelangt also durch den Zulaufanschluss 15 in den
Zu-Laufkanal 17,
von dort durch den unteren Druckboden 20 und das untere
Sieb 21 in den Innenraum 22, wo es mit dem Ionentauscher-Medium
in Kontakt gerät.
Anschließend
gelangt das Fluid durch das obere Sieb 21 und den oberen
Druckboden 23 sowie durch den oberhalb der Stützrippe 25 verbleibenden
Spalt in den Rücklaufanschluss 16.
Sämtliche
vom Fluid benetzten Bauteile bestehen aus einem harnstoffbeständigen Werkstoff,
beispielsweise sind die Zulauf- und Rücklaufanschlüsse 15 und 16 als
Stahleinsätze
ausgestaltet, die in das aus Kunststoff bestehende Gehäuse 2 und die
aus dem gleichen Kunststoff bestehende obere Abschlussplatte 5 eingesetzt
sind.
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Auch
die beiden Druckfedern 19 und 24 bestehen vorzugsweise
aus Stahl. Die Siebe 21 können aus Stahl oder aus einem
harnstoffbeständigen Kunststoff
bestehen, als Kunststoff- oder Metallvlies oder auf andere Weise
ausgestaltet sein, um die gewünschte
Siebwirkung zu erzielen. Das Gehäuse 2 einschließlich seiner
oberen Abschlussplatte 5 sowie der Deckel 3 hingegen
können
aus demgegenüber härterem Kunststoff
gefertigt sein, der nicht gegenüber
Harnstoff bzw. einer Harnstofflösung
beständig sein
muss, denn durch die nahezu geschlossene Ausgestaltung des Einsatzes 14 ist
ein Kontakt des Fluids mit dem Gehäuse oder mit dem Deckel nicht möglich.
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Der
Einsatz 14 weist lediglich zwei Ein- und Austrittsöffnungen
in Form zweier Einsteckstutzen 27 auf, welche in die unteren,
buchsenartigen Abschnitte der Zulauf- und Rücklaufanschlüsse 15 und 16 eingesteckt
sind. Dichtringe 28 sorgen für eine zuverlässige Abdichtung,
wobei durch die Verformbarkeit des Materials des Einsatzes 14,
also auch der Einsteckstutzen 27, eine zuverlässige Unterstützung dieser Abdichtung
im Betrieb des Ionentauschers 1 erfolgt, wenn das Fluid
mit einem Betriebsdruck durch den Ionentauscher 1 geführt wird
und dieser in den Einsteckstutzen 27 herrschende Innendruck
zu einer zusätzlichen
Verpressung der Dichtringe 28 führt.
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Der
Deckel 3 bildet mit seiner zum Einsatz 14 gerichteten
Innenfläche
eine Stützschale 29.
Wenn sich – beispielsweise
durch Einfrieren – das
Fluid innerhalb des Einsatzes 14 ausdehnt, so kann gegen die
Wirkung der unteren Druckfeder 19 die untere Stirnfläche 18 des
Einsatzes 14 verformt werden, bis sie der Stützschale 29 anliegt.
Dabei wird die Druckfeder 19 gemeinsam mit einer diese
Druckfeder 19 umgebenden Kappe 30, welche die
Flächenpressung
zwischen der Druckfeder 19 und der unteren Stirnfläche 18 verringert,
nach unten gedrückt.
Der Raum des Einsatzes 14 zwischen der unteren Stirnfläche 18 und
dem unteren Druckboden stellt daher eine bei Bedarf ausdehnbare
Expansionskammer dar.
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Die
Zulauf- und Rücklaufanschlüsse 15 und 16 sind
als metallische Einsätze
in das Gehäuse 2 eingesetzt.
Diese Montage kann dadurch erfolgen, dass die aus Stahl bestehenden
Bauteile, welche die Zulauf- und Rücklaufanschlüsse 15 und 16 bilden, vom
Inneren des Gehäuses
her in die entsprechenden Öffnungen
eingeschoben werden. Dabei werden Haltearme 31 gespreizt,
die federbeweglich und materialeinheitlich von der Innenwandung 11 des
Gehäuses 2 ausgebildet
sind und die sich, wenn die aus Stahl bestehenden Bauteile der Zulauf-
und Rücklaufanschlüsse 15 und 16 weit
genug eingeführt
worden sind, gegen einen umlaufenden Kragen 32 dieser Bauteile
anlegen.
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Die
Entnahme des Einsatzes 14 aus dem Ionentauscher 1 erfolgt
dadurch, dass der Deckel 3 zunächst aus dem Gehäuse 2 herausgeschraubt
wird. Hierzu ist in der Mitte des Deckels 3 eine Schlüsselfläche 32 zum
Ansetzen eines Werkzeugs vorgesehen.
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Nur
bei der axialen Bewegung, die der Deckel 3 während einer
Schraubbewegung macht, wird der Einsatz 14 mitgenommen,
so dass die Einsteckstutzen 27 beim Lösen des Deckels 3 aus
dem Zulauf- bzw. Rücklaufanschlüssen 15 und 16 herausgezogen
werden. Die axiale Mitnahme des Einsatzes 14 bei der Bewegung
des Deckels 3 wird durch Rasthaken 33 gewährleistet,
die um den Umfang des Einsatzes 14 verteilt angeordnet
sind und einen umlaufenden Kragen 34 des Deckels 3 hintergreifen.
Der Deckel 3 kann sich mitsamt seinen mehreren Rasthaken 33 um
den drehfest verbleibenden Einsatz 14 und insbesondere
Kragen 34 herum drehen.
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Dass
die Verrastung zwischen den Rasthaken 33 und dem Kragen 34 zuverlässig sichergestellt bleibt
und die erforderlichen Auszugskräfte
vom Deckel 3 über
die Rasthaken 33 bis zu den Einsteckstutzen 27 übertragen
werden können,
wird dadurch sichergestellt, dass die Rasthaken 33 auf
ihrer Rückseite
vom Gehäuse 2 gestützt sind
und vom Kragen 34 nur gelöst werden können, nachdem der Deckel 3 ausreichend
weit aus dem Gehäuse 2 herausgezogen
worden ist. In dieser Stellung sind die Einsteckstutzen 27 bereits
aus den buchsenartigen Abschnitten des Zulaufanschlusses 15 bzw.
des Rücklaufanschlusses 16 entfernt.
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5 zeigt
den Einsatz 14 ohne das umgebende Gehäuse 2. Zusätzlich zu
den bereits beschriebenen Elementen des Ein satzes 14 ist
eine Positionierrippe 35 ersichtlich, die mit einer entsprechenden
Ausnehmung im Gehäuse 2 zusammenwirkt
und nicht nur eine Verdrehsicherung für den Einsatz 14 darstellt,
sondern auch sicherstellt, dass der Einsatz 14 in nur einer
einzigen Ausrichtung in das Gehäuse 2 eingeführt werden
kann.
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6 zeigt
einen Querschnitt durch die Mitte eines Einsatzes 14. Es
ist ersichtlich, dass dieser Einsatz 14 insgesamt einen
Kreisquerschnitt aufweist, wobei in den Innenraum 22 der
Zulaufkanal 17 ragt. Alternativ kann entsprechend der Darstellung von 7 vorgesehen
sein, dass ein Einsatz 14 einen Innenraum 22 mit
Kreisquerschnitt aufweist, und dass der Zulaufkanal 17 außerhalb
dieses Kreisquerschnitts verläuft.
Die jeweils zu verwendenden Gehäuse 2 können vorteilhaft
eine an die jeweilige Außenkontur
des Einsatzes 14 angepasste Innenkontur aufweisen. Dies
ermöglicht
insbesondere bei doppelwandigen Gehäusen 2 eine optimale
Temperierung des Einsatzes durch großflächige Anlage aneinander.
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Es
kann jedoch vorgesehen sein, an einem Gehäuse 2 die Zulauf-
bzw. Rücklaufanschlüsse 15 und 16 so
anzuordnen, oder an unterschiedlichen Einsätzen 14 die Einsteckstutzen 27 so
anzuordnen, dass wahlweise unterschiedliche Einsätze 14 in demselben
Gehäuse
verwendbar sind. Insbesondere wenn die Temperierung dadurch erfolgt,
dass eine Wärmeträger-Flüssigkeit
unmittelbar den Einsatz 14 umspült, ist auch bei Verwendung
unterschiedlich konturierter Einsätze deren ausreichende Temperierung
möglich.