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Die Erfindung betrifft eine Medienleitung, insbesondere zum Transport einer Harnstoff-Wasser-Lösung, mit
- – einer Schlauchleitung zum Medientransport,
- – einer Heizeinrichtung zur Beheizung des Mediums in der Schlauchleitung,
- – mindestens einen an einem Schlauchleitungsende angeordneten Konnektor zum flüssigkeitsdichten Anschluss der Schlauchleitung an ein Aggregat mit Konnektor-Gegenstück und
- – einer, vorzugsweise elektrischen, den Konnektor umgreifenden Konnektor-Heizvorrichtung zur Beheizung des Konnektors.
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Eine derartige Medienleitung ist aus der Druckschrift
EP 1 985 908 A1 bekannt. Harnstoff-Wasser-Lösungen, beispielsweise genormt nach
DIN 70070 und CEFIC (European Chemical Industry Council) werden z.B. in Verbrennungsabgase von Kraftfahrzeugen, insbesondere mit Dieselmotoren, zugegeben, um vor allem die Stickoxid-Emissionen zu senken und damit die immer weiter steigenden Anforderungen der Abgasvorschriften zu erfüllen. Für die Leitung der Harnstoff-Wasser-Lösung aus einem Tank zur Einspritzung in die Verbrennungsabgabe ist in der Regel eine Temperierungsmöglichkeit der zumeist aus einem Polymermaterial bestehenden Schlauchleitung erforderlich, weil die Harnstoff-Wasser-Lösung aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung den Nachteil hat, dass sie bei ca. –11 °C ausflockt bzw. gefriert. Daher muss in aller Regel die Schlauchleitung beheizbar ausgebildet sein, wobei insbesondere bei einem Kaltstart des Kraftfahrzeuges bei sehr niedrigen Außentemperaturen ein schnelles Auftauen der in der Schlauchleitung stehenden, gefrorenen Harnstoff-Wasser-Lösung sichergestellt sein muss. Die Heizeinrichtung zur Beheizung des Mediums weist häufig zumindest einen schraubenförmig um die Schlauchleitung gewickelten Widerstandsheizdraht auf. Dies gewährleistet zwar eine ausreichende Beheizung der Schlauchleitung, jedoch kann in der Regel hiermit im Bereich der Konnektoren keine zufriedenstellende Beheizung realisiert werden. Die Konnektoren sind an einem oder auch beiden Enden der Schlauchleitung angeordnet und dienen zum flüssigkeitsdichten Anschluss der Schlauchleitung an ein Aggregat. Dieses Aggregat kann beispielsweise ein Tankbehälter für die Harnstoff-Wasser-Lösung, eine weitere Medienleitung oder eine Düse zur Einspritzung der Lösung in die Verbrennungsabgase sein. In der Praxis ist es daher üblich, für die Konnektoren eine gesonderte Konnektor-Heizeinrichtung vorzusehen. Bei der in der
EP 1 985 908 A1 beschriebenen Medienleitung erfolgt die Beheizung des Konnektors über einen um den Konnektor gewickelten Heizdraht. Um den konstruktiven Aufwand gering zu halten, ist das Konnektor-Gegenstück in der Regel nicht beheizt. Dies führt in der Praxis dazu, dass im Übergangsbereich zwischen Konnektor und Konnektor-Gegenstück häufig ein Bereich vorliegt, welcher nicht bzw. nur unzureichend beheizt wird. Infolgedessen besteht das Problem, dass der Auftauvorgang in diesem Bereich relativ lange dauert und somit das beschriebene Abgas-Reinigungssystem erst nach einer vergleichsweise langen Zeit betriebsbereit ist.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Medienleitung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen anzugeben, welche konstruktiv einfach aufgebaut ist und gleichzeitig eine gleichmäßige Beheizung im gesamten Übergangsbereich vom Schlauchleitungsende bis zum daran anzuschließenden Aggregat sicherstellt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Konnektor-Heizvorrichtung einen von der Außenkontur des Konnektors beabstandeten Bereich umgreift, so dass hierdurch zusätzlich das mit dem Konnektor verbindbare Konnektor-Gegenstück beheizbar ist. Der Begriff Umgreifen meint im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Überdeckung mit einem Umschließungswinkel von mindestens 90°, beispielsweise mindestens 180°, z.B. mindestens 270°. Ein vollständiges Umschließen (= 360°) liegt selbstverständlich auch im Rahmen der Erfindung. Erfindungsgemäß dient also die Konnektor-Heizvorrichtung nicht nur zur Beheizung des Konnektors, sondern gleichzeitig auch zur Beheizung des mit dem Konnektor verbundenen Konnektor-Gegenstücks. Im Rahmen der Erfindung sind insbesondere die beiden folgenden Ausführungsvarianten möglich:
Sofern der Konnektor als weibliches und das Konnektor-Gegenstück als männliches Verbindungselement ausgebildet ist, steht die Konnektor-Heizvorrichtung zweckmäßigerweise axial über das Ende des Konnektors über. Dieser axiale Überstand der Konnektor-Heizvorrichtung beträgt zweckmäßigerweise mindestens 5 mm, vorzugsweise mindestens 10 mm. Durch diesen axialen Überstand überdeckt im montierten Zustand von Medienleitung und Aggregat die Konnektor-Heizvorrichtung insbesondere auch den Bereich des Konnektor-Gegenstücks, welcher durch den Montagevorgang nicht vom Konnektor umschlossen wird. Hierdurch kann auf eine separate Beheizung des Konnektor-Gegenstücks verzichtet werden, ohne dass Nachteile hinsichtlich der Beheizung im Übergangsbereich zwischen Konnektor und Konnektor-Gegenstück in Kauf genommen werden müssen.
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Sofern der Konnektor als männliches und das Konnektor-Gegenstück als weibliches Verbindungselement ausgebildet sind, kann die Konnektor-Heizvorrichtung, zweckmäßigerweise bereichsweise, radial vom Konnektor beabstandet sein, so dass in diesem Bereich das Konnektor-Gegenstück zwischen Konnektor und Konnektor-Heizvorrichtung einschiebbar ist. Zweckmäßigerweise beträgt dieser radiale Abstand mindestens 2 mm, vorzugsweise mindestens 4 mm. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird folglich das Konnektor-Gegenstück in einen freien Ringspalt zwischen Konnektor und Konnektor-Heizvorrichtung eingeschoben, so dass nach erfolgter Montage auch hier eine Beheizung des Konnektor-Gegenstücks durch die Konnektor-Heizvorrichtung sichergestellt ist.
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Zweckmäßigerweise ist die Konnektor-Heizvorrichtung, vorzugsweise vollständig, von einer Wärmeisolationsschicht umgeben. Diese Wärmeisolationsschicht ist zweckmäßigerweise als Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Heizenergie der Konnektor-Heizvorrichtung praktisch vollständig zur Beheizung des freien Strömungsquerschnitts im Bereich von Konnektor bzw. Konnektor-Gegenstück dient und die Wärmeverluste gering gehalten werden können. Hierdurch ist ein besonders schneller Auftauvorgang gewährleistet.
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Die Konnektor-Heizvorrichtung kann eine stufenförmige Kontur aufweisen, die sich zweckmäßigerweise zum freien Ende des Konnektors hin erweitert. Hierdurch wird eine Anpassung der Konnektor-Heizvorrichtung an die Außenkontur von Konnektor- und Konnektor-Gegenstück erreicht und damit ist gewährleistet, dass im gesamten Konnektor und Konnektor-Gegenstück-Bereich eine gute und direkte Wärmeeintragung nach innen erfolgt.
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Die Konnektor-Heizvorrichtung kann ein elastisch verformbares Klemmbauteil ausweisen, welches im elastisch verformten Zustand auf den Konnektor aufgeschoben und durch seine Klemmwirkung an dem Konnektor befestigt ist. Vorzugsweise stellt das Klemmbauteil ein Heizelement der Konnektor-Heizvorrichtung dar und ist hierzu an eine elektrische Stromquelle angeschlossen. Das Klemmbauteil kann eine klauenförmige Geometrie aufweisen, wobei die Weite der Klauenöffnung durch eine elastische Verformung des Klemmbauteils veränderbar ist. Im Rahmen der Erfindung liegt es, dass die Konnektor-Heizvorrichtung aus dem elastisch verformbaren Klemmbauteil besteht. Im Rahmen der Erfindung liegt es ferner insbesondere, dass das Klemmbauteil als gestanztes und danach gebogenes Formteil ausgebildet ist. Das Formteil kann insbesondere als einschichtiges Blechformteil ausgebildet sein. Alternativ kann das Formteil auch mehrschichtig ausgebildet sein und hierbei eine äußere Schicht aus einem elektrischen Isolationsmaterial, vorzugsweise Kunststoff, sowie eine metallische Innenschicht aufweisen. Eine solche Gestaltung ist insbesondere bei einer Parallelschaltung der Konnektor-Heizeinrichtung mit der Heizeinrichtung zur Beheizung des Mediums vorteilhaft. Die metallische Innenschicht kann bei dieser Ausführungsvariante eine sehr dünne Schichtdicke aufweisen und z.B. folienartig ausgebildet sein, so dass auch bei einer hohen angelegten elektrischen Spannung die in den Konnektor-Bereich eingebrachte Heizleistung nicht zu einer Überhitzung führt. Die erforderliche mechanische Stabilität wird durch die elektrisch nicht leitfähige Außenschicht sichergestellt. Die Metallschicht und die äußere Schicht können stoffschlüssig, z.B. mittels eines Klebstoffs verbunden sein. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, dass das Formteil mäanderförmig ausgebildet ist und vorzugsweise mehrere mäanderförmige Abschnitte aufweist. Zweckmäßigerweise besitzt das Formteil zwei Anschlussfahnen zur elektrischen Kontaktierung.
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Die Heizeinrichtung weist zweckmäßigerweise mindestens einen, vorzugsweise schraubenförmig um die Schlauchleitung gewickelten, Widerstandsheizdraht auf, wobei die Konnektor-Heizvorrichtung und die Heizeinrichtung elektrisch parallel oder in Reihe geschaltet sein können.
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Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung mit einer zuvor beschriebenen Medienleitung sowie einem Aggregat mit Konnektor-Gegenstück, wobei das Konnektor-Gegenstück mit dem Konnektor, vorzugsweise verrastend, verbunden ist und hierdurch die Konnektor-Heizvorrichtung das Konnektor-Gegenstück umgreift. Das Aggregat kann als zuvor beschriebene zweite Schlauchleitung oder aber auch als Behälter für die Harnstoff-Wasser-Lösung bzw. als Düse zur Einspritzung der Harnstoff-Wasser-Lösung in die Verbrennungsabgase ausgebildet sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch:
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1a, 1b eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Medienleitung,
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2a, 2b eine alternative Ausführungsform der Erfindung und
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3a, 3b eine erfindungsgemäße Konnektor-Heizvorrichtung in einer ausschnittsweisen Draufsicht bzw. dreidimensionalen Darstellung
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Die 1a und 2a zeigen jeweils eine Medienleitung zum Transport einer Harnstoff-Wasser-Lösung 1, die in die Verbrennungsabgase eines Kraftfahrzeuges eingespritzt wird. Die Medienleitung weist eine Schlauchleitung 2 zum Medientransport sowie eine (nicht näher dargestellte) Heizeinrichtung in Form eines schraubenförmig um die Schlauchleitung 2 gewickelten Widerstandsheizdrahtes zur Beheizung der in Schlauchleitung 2 befindlichen Harnstoff-Wasser-Lösung 1 auf. In den 1b und 2b ist die Medienleitung jeweils mit einem weiteren Aggregat in Form einer zweiten Schlauchleitung 2‘ verbunden. An einem Ende der Schlauchleitung 2 ist ein Konnektor 3 zum flüssigkeitsdichten Anschluss der Schlauchleitung 2 an die zweite Schlauchleitung 2‘ mit Konnektor-Gegenstück 3‘ vorgesehen (s. 1a und 2a). In 1a, b ist zwischen Schlauchleitung 2 und Konnektor 3 sowie in 2a, b zwischen Schlauchleitung 2‘ und Konnektor-Gegenstück 3‘ ein Adapter 20 vorgesehen, welcher durch Laserschweißen sowohl mit dem jeweiligen Schlauchleitungsende als auch mit dem Konnektor 3 bzw. dem Konnektor-Gegenstück 3‘ flüssigkeitsdicht verbunden ist. Die Medienleitung weist zusätzlich eine elektrische Konnektor-Heizvorrichtung 4 zur Beheizung des Konnektors 3 auf. Die Konnektor-Heizvorrichtung 4 umgreift nun einen von der Außenkontur des Konnektors 3 beabstandeten Bereich, so dass – wie aus 1b bzw. 2b ersichtlich – hierdurch im montierten Zustand das mit dem Konnektor 3 verbundene Konnektor-Gegenstück 3‘ von der Konnektor-Heizvorrichtung 4 überdeckt wird und damit ebenfalls beheizbar ist. In beiden Ausführungsbeispielen gemäß 1a, b bzw. 2a, b erfolgt die Verbindung der Schlauchleitung 2 mit der zweiten Schlauchleitung 2‘ durch ein Verrasten von Konnektor 3 und Konnektor-Gegenstück 3‘, die hierzu nicht dargestellte Rastelemente aufweisen.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß 1a, 1b ist der Konnektor 3 als weibliches und das Konnektor-Gegenstück 3‘ als männliches Verbindungselement ausgebildet. Die Konnektor-Heizvorrichtung 4 steht in diesem Ausführungsbeispiel axial über das Ende des Konnektors 3 über, wobei der axiale Überstand L hier mehr als 10 mm beträgt. Durch den axialen Überstand L wird das Konnektor-Gegenstück 3‘ von der Konnektor-Heizvorrichtung 4 auch in dem Bereich 30 überdeckt, welcher nach Herstellung der Rastverbindung zwischen Konnektor 3 und Konnektor-Gegenstück 3‘ (s. 1b) noch axial nach außen vorsteht. Durch die erfindungsgemäße Lehre wird nun auch in diesem vom Konnektor 3 nicht überdeckten Bereich 30 des Konnektor-Gegenstücks 3‘ eine Beheizung durch die Konnektor-Heizvorrichtung 4 sichergestellt.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß den 2a, 2b, ist der Konnektor 3 als männliches und das Konnektor-Gegenstück 3‘ als weibliches Verbindungselement ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Konnektor-Heizvorrichtung 4 bereichsweise radial vom Konnektor 3 beabstandet, so dass das Konnektor-Gegenstück 3‘ zwischen Konnektor 3 und Konnektor-Heizvorrichtung 4 einschiebbar ist (s. 2b). In diesem Ausführungsbeispiel wird also innenseitig von dem Konnektor 3 und außenseitig von der Konnektor-Heizvorrichtung 4 ein Ringspalt 5 gebildet, in den der vordere Anschlussbereich des Konnektor-Gegenstücks 3‘ eingeschoben werden kann. Im Ausführungsbeispiel beträgt der radiale Abstand R zwischen Konnektor 3 und Konnektor-Heizvorrichtung 4 mehr als 4 mm. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Konnektor-Gegenstück 3‘ zusätzlich eine Konnektor-Gegenstück-Heizvorrichtung 4‘ auf, die das der zweiten Schlauchleitung 2‘ zugewandte Ende des Konnektor-Gegenstücks 3‘ beheizt.
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In beiden Ausführungsbeispielen ist die Konnektor-Heizvorrichtung 4 (und in 2a, b auch die Konnektor-Gegenstück-Heizvorrichtung 4‘) vollständig von einer Wärmeisolationsschicht 6 umgeben. Diese ist jeweils als einstückiges Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet, welches die gesamte Heizvorrichtung 4, 4‘ überzieht. Es ist ferner erkennbar, dass die Konnektor-Heizvorrichtung 4 in beiden Ausführungsbeispielen jeweils eine stufenförmige Kontur aufweist, um sich möglichst exakt an die Konturen von Konnektor 3 bzw. Konnektor-Gegenstück 3‘ anzupassen und somit eine optimale Beheizung dieser beiden Elemente 3, 3‘ sicherzustellen.
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In beiden Ausführungsbeispielen besteht die Konnektor-Heizvorrichtung 4 aus einem elastisch verformbaren Klemmbauteil, welches im elastisch verformten Zustand auf den Konnektor 3 aufgeschoben und durch seine Klemmwirkung an dem Konnektor 3 befestigt ist. Das als elektrisches Heizelement fungierende Klemmbauteil 4 ist an eine (nicht dargestellte) elektrische Stromquelle angeschlossen. Das Klemmbauteil 4 weist eine klauenförmige Geometrie auf, wobei die Weite W (s. 3b) der Klauenöffnung durch eine elastische Verformung des Klemmbauteils 4 veränderbar ist. In den Ausführungsbeispielen ist das Klemmbauteil 4 als gestanztes und danach gebogenes, einschichtiges und einstückiges Blechformteil ausgebildet. Es ist ferner erkennbar, dass das Blechformteil 4 mäanderförmig ausgebildet ist und hierbei mehrere mäanderförmige Abschnitte 7 aufweist. Das Blechformteil 4 weist ferner jeweils zwei Anschlussfahnen 8 zur elektrischen Kontaktierung auf.
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Die 3a und 3b zeigen das Blechformteil 4 abschnittsweise im Detail, wobei der dargestellte Bereich jeweils den dem Ende der Schlauchleitung 2 zugewandten Abschnitt 9 des Blechformteils 4 mit kleinerem Durchmesser zeigt. An die Anschlussfahnen 8 sind jeweils (nicht dargestellte) elektrische Drähte angeschlossen, so dass über die Fahnen 8 das Blechformteil 4 mit Strom versorgt und damit beheizt werden kann. Die Anbindung der elektrischen Drähte an die Anschlussfahnen 8 kann über einen Löt- oder Schweißvorgang erfolgen. Die elektrischen Drähte sind an einen (ebenfalls nicht dargestellten) elektrischen Stecker angeschlossen. Das Blechformteil 4 weist mehrere Mäanderschlaufen 10 mit jeweils zwei mäanderförmigen Abschnitten 7 auf. Das Blechformteil 4 besitzt zweckmäßigerweise eine Dicke von 0,1 bis 0,5 mm. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke s = 0,3 mm. Die Breite b1 der mäanderförmigen Abschnitte 7 beträgt zweckmäßigerweise 0,5–3 mm, z.B. 1–2 mm. Der axiale Abstand b2 zwischen zwei mäanderförmigen Abschnitten 7 beträgt zweckmäßigerweise 0,2–10 mm, insbesondere 0,5–5 mm, z.B. 1–4 mm. Das Blechformteil 4 besteht aus einer hinsichtlich elektrischem Widerstand und korrosive Belastbarkeit an den Einsatzzweck angepassten Metalllegierung. Insbesondere der 3b ist zu entnehmen, dass der Umschließungswinkel α, mit dem das Blechformteil 4 den Konnektor 3 bzw. das Konnektor-Gegenstück 3‘ umgreift, im Ausführungsbeispiel ca. 270° beträgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1985908 A1 [0002, 0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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