WO2008058591A1

WO2008058591A1 - Fluidleitung

Info

Publication number: WO2008058591A1
Application number: PCT/EP2007/008293
Authority: WO
Inventors: Frank Noak; Ulrich Rusche
Original assignee: Purem Abgassysteme Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2006-10-13
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2008-05-22
Also published as: DE102006048500A1

Abstract

Die Erfindung offenbart eine Fluidleitung, die eine Querschnittsform (101, 1O2) aufweist, die ausgehend von einer Kreisform (10A) derart bleibend verformt ist, dass ihr Innenumfang gegenüber der Kreisform unverändert ist und ihre Fläche gegenüber der Kreisform reduziert ist. Eine derartige Fluidleitung stellt im Normalbetrieb eine starre Leitung bereit, die zum Beispiel einen guten Dosierbetrieb gewährleisten kann, und bietet bei einer Volumenvergrößerung des Fluids, die zum Beispiel beim Gefrieren des Fluids auftreten kann, eine ausreichende Elastizität, das die verformte Quer schnittsform die Neigung hat, wieder die Kreisform mit der größeren Querschnittsfläche anzunehmen. Vorteilhafte Anwendungen sind zum Beispiel im Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik, beispielsweise für die Zuleitung der Harnstoff/Wasser-Lösung zu einem Abgasnachbehandlungssystem.

Description

Fluidleitung

Die Erfindung betrifft eine Fluidleitung, die für den Transport und das Dosieren eines Fluids geeignet ist, das zum Beispiel bei niedrigen Umgebungstemperaturen gefrieren kann.

Beim Transportieren und Dosieren von Fluiden, die bei tiefen Umgebungstemperaturen gefrieren können, wie zum Beispiel die Harnstoff/Wasser-Lösung für SCR-Katalysatoren, mit Hilfe von Überdruck besteht der Zielkonflikt, das Leitungssystem einerseits hydraulisch starr auszuführen, um die hydraulische Kapazität der Leitungen möglichst gering zu halten, was für die Dosiergenauigkeit von Bedeutung ist. Andererseits muss insbesondere das Leitungssystem eine ausreichende Elastizität aufweisen, um im Frostfall keinen Schaden zu nehmen.

Herkömmliche Systeme verwenden zum Beispiel elastische Leitungsmaterialien, die jedoch nur in sehr begrenzten Druckbereichen eingesetzt werden können. Bei höheren Drücken steigen die Leitungskapazitäten unzulässig an, was u.a. zu Ungenauigkeiten der Dosiermengen sowie zu unsauberen Einspritzvorgängen führt. So offenbart zum Beispiel die EP 0 907 854 Bl eine Fluidleitung aus einem Material mit speziell definierten elastischen Eigenschaften, insbesondere ein thermoplastisches Elastomer, das einer Frostausdehnung des Fluids standhält und nach dem Auftauen des Fluids wieder zu seiner Ausgangsform zurückkehrt. Weiter beschreibt die JP-A-2000-088146 eine Fluidleitung aus einer Metalllegierung mit Memory-Effekt, die ein Ausdehnen des Fluids beim Gefrieren aufnehmen kann und anschließend wieder zu ihrer ursprünglichen Form zurückkehrt.

Außerdem sind Fluidleitungen aus einem elastischen Material bekannt, deren Querschnittsform gegenüber der Kreisform auf verschiedene Weisen modifiziert ist. Durch die modifizierte Form wird einerseits die Formstabilität im normalen Betriebszustand erhöht, wodurch eine Dosiergenauigkeit verbessert werden kann, und andererseits gewährt das elastische Material eine ausreichende Volumenvergrößerung beim Gefrieren des Fluids. Die Modifikationen der Querschnittsform der Fluidleitung sind dabei mehr oder weniger komplex, was in einem erhöhten Herstellungsaufwand und höheren Kosten resultiert. Beispielhaft wird hier auf die Druckschriften GB-A-308, 237 , GB-A-589,409 und US 2002/0170610 Al verwiesen, die jeweils eine solche Fluidleitung zeigen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fluidleitung vorzusehen, die einerseits im Normalbetrieb hydraulisch starr ausgeführt ist, um eine hohe Dosiergenauigkeit zu ermöglichen, und andererseits eine ausreichende Elastizität aufweist, um eine Volumenausdehnung des Fluids zum Beispiel beim Gefrieren ohne Schaden aufnehmen zu können.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Fluidleitung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 4. Die Fluidleitung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Querschnittsform aufweist, die ausgehend von einer Kreisform derart bleibend verformt ist, dass ihr Innenumfang gegenüber der Kreisform unverändert ist und ihre Fläche gegenüber der Kreisform reduziert ist. Im normalen Betrieb ist diese Fluidleitung hydraulisch ausreichend starr, um eine hohe Dosiergenauigkeit auch mit Überdruck zu ermöglichen. Im Frostfall hat die Geometrie der Fluidleitung die Neigung, wieder die kreisförmige Querschnittsform anzunehmen. Die damit verbundene Zunahme des spezifischen Leitungsvolumens ermöglicht die Kompensation der Volumenzunahme des gefrierenden Fluids ohne eine Überbelastung des Leitungsmaterials. Die Fluidleitung ist im Vergleich zu herkömmlichen Leitungssystemen einfach aufgebaut und leicht herzustellen, wodurch die Herstellungskosten der Fluidleitung gesenkt werden können.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Querschnittsform ausgehend von einer Kreisform plastisch verformt, zum Beispiel platt gedrückt.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die Querschnittsform ausgehend von einer Kreisform mittels einer von außen auf die Fluidleitung wirkenden Spanneinrichtung zum Beispiel in Form von Klammern verformt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Fluidleitung aus einem steifen Material gemacht. Der Aufbau der Fluidleitung ermöglicht in vorteilhafter Weise die Verwendung von steifen und kostengünstigen Materialien, was zu einer weiteren Kostenreduzierung führt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch eine Fluidleitung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter- bildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 6 bis 8.

Die Fluidleitung des zweiten Aspekts ist aufgebaut aus einem Innenrohr aus einem elastischen Material und einem das Innenrohr radial umgebenden Außenrohr aus einem steifen Material, wobei der Innenumfang des Außenrohrs größer als der Außenumfang des Innenrohrs im entlasteten Ausgangszustand ist und den Außenumfang des Innenrohrs im belasteten Betriebszustand definiert.

Bei dieser Fluidleitung existiert im druckentlasteten Ausgangszustand ein Zwischenvolumen zwischen der Außenseite des Innenrohrs und der Innenseite des Außenrohrs, das größer als die erwartete Volumenzunahme beim Gefrieren des Fluids ist. Beim Einfrieren des Fluids kann sich daher das elastische Innenrohr ausdehnen und die Volumenerhöhung ohne Schaden aufnehmen. Im Betriebszustand der Fluidleitung wird das Innenrohr durch den Überdruck des Fluids so weit ausgedehnt, bis es gegen die Innenseite des Außenrohrs anliegt. Aufgrund der Formstabilität des Außenrohrs wird die hydraulische Kapazität der Fluidleitung gering gehalten und es kann eine hohe Dosiergenauigkeit erreicht werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weisen das Innenrohr und das Außenrohr jeweils eine im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsform auf.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Außenrohr ferner einen in Längsrichtung des Außenrohrs verlaufenden Schlitz auf, und das Außenrohr ist mit einem Drucksensor versehen, der mit dem Zwischenraum zwischen der Außenseite des Innenrohrs und der Innenseite des Außenrohrs in Verbindung steht. Die Druckmessung erfolgt somit ohne direkten Kontakt zum Fluid im Innenrohr, sodass die Komponenten des Drucksensors preiswerter ausgeführt werden können.

Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten, nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung von verschiedenen

Querschnittsformen einer Fluidleitung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2A eine schematische Querschnittsansicht einer Fluidleitung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem Ausgangszustand;

Fig. 2B eine schematische Querschnittsansicht der Fluidleitung von Fig. 2A in einem normalen Betriebszustand; und

Fig. 2C eine schematische Querschnittsansicht der Fluidleitung von Fig. 2A in einem Zustand mit gefrorenem Fluid.

Anhand von Fig. 1 wird zunächst ein erstes Ausführungs- beispiel einer Fluidleitung näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei jeweils nur schematisch die verschiedenen Querschnittsformen 10_A, 10_I, IO₂, die für die Fluidleitung relevant sind.

Die Fluidleitung besteht aus einem steifen Material, wie zum Beispiel einem preiswerten Metall oder Kunststoff. Ausgehend von einer kreisförmigen Querschnittsform 10_A ist die Querschnittsform der Fluidleitung bleibend verformt, indem der Querschnitt in eine nicht-kreisförmige Geometrie „platt gedrückt" wird. Dies kann zum Beispiel durch eine plastische Verformung oder durch eine äußere Vorspannung beispielsweise mittels Klammern erfolgen.

Anhand von Fig. 1 ist erkennbar, dass mit demselben Innenumfang einer Leitung verschiedene (kleinere) spezifische Leitungsvolumina definiert werden können. Die Querschnittsformen 10i und 1O₂ zeigen zwei unterschiedlich stark platt gedrückte Geometrien. Im Extremfall würde das Innenvolumen zu Null (waagerechte Linie in Fig. 1) .

Aufgrund des steifen Materials der Fluidleitung ist diese in ihrer Nicht-Kreisform hydraulisch ausreichend starr, um ein Fluid mit Hilfe von Überdruck transportieren und genau dosieren zu können. Hydraulisch gefüllt hat diese Geometrie 10i, IO₂ im Frostfall die Neigung, wieder die kreisrunde Querschnittsform 10_A anzunehmen. Die damit verbundene Zunahme des spezifischen Leitungsvolumens ermöglicht die Kompensation des Zusatzvolumens beim Gefrieren des Fluids, ohne dass das Leitungsmaterial eine Überbelastung erfährt.

Im Gegensatz zu den herkömmlichen Leitungssystemen aus einem elastischen Material und mit aufwändig modifizierten Querschnittsformen bietet die Fluidleitung des vorliegenden Ausführungsbeispiels bei einer sehr einfachen Form eine hohe Frostfestigkeit, d.h. eine starre Leitung im Dosierbetrieb und eine ausreichende Elastizität im Frostfall. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der Herstellungskosten, da hier steife und preiswerte Materialien verwendet werden können und komplizierte Formgebungsprozesse entfallen.

Unter Bezug auf Fig. 2 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel einer Fluidleitung näher erläutert. Die Fluidleitung dieses Ausführungsbeispiels besteht im Wesentlichen aus einem Innenrohr 12 zum Transportieren des Fluids und einem das Innenrohr 12 radial umgebenden Außenrohr 14. Zusätzlich kann diese Fluidleitung mit einem Drucksensor 16 zur Erfassung des Fluiddrucks versehen sein.

Während das Innenrohr 12 aus einem elastischen Material gebildet ist, ist das Außenrohr 14 aus einem ausreichend steifen Material gebildet, um eine ausreichende Formstabilität zur Erzielung einer hohen Dosiergenauigkeit zu erreichen. Sowohl das Innenrohr 12 als auch das Außenrohr 14 sind vorzugsweise mit einer einfachen, im Wesentlichen kreisförmigen Querschnittsform ausgebildet.

Der Innenumfang des Außenrohrs 14 ist derart bemessen, dass im druckentlasteten Ausgangszustand zwischen der Außenseite des Innenrohrs 12 und der Innenseite des Außenrohrs 14 ein Zwischenraum existiert, der größer als ein erwartetes Zusatzvolumen beim Gefrieren des Fluids im Innenrohr 12 ist, wie in Fig. 2A dargestellt. Der Zwischenraum ist dabei drucklos mit einem Gas, zum Beispiel Luft, gefüllt.

Im Betriebszustand, d.h. wenn das Fluid mit Überdruck durch das Innenrohr 12 transportiert und dosiert wird, wird das elastische Innenrohr 12 gedehnt und legt sich an den Innenumfang des Außenrohrs 14 an, wie in Fig. 2B veranschaulicht. Das Außenrohr 14 bietet eine ausreichende Stabilität für ein stabiles Dosierverhalten der Fluidleitung.

Fig. 2C zeigt den Fall, dass das Fluid im Innenrohr 12 der Fluidleitung eingefroren ist und sich dabei ausgedehnt hat. Der Zwischenraum zwischen Innenrohr 12 und Außenrohr 14 bietet für diese Expansion des Innenrohrs 12 ausreichend Raum. Da die Volumenerhöhung des gefrierenden Fluids durch das elastische Innenrohr 12 aufgenommen wird, werden nur minimale Kräfte vom Leitungssystem auf die (empfindlichen) Anbauteile, wie Pumpen, Ventile und dergleichen, ausgeübt.

Wie in Fig. 2 erkennbar, weist das Außenrohr 14 ferner einen sich in Längsrichtung des Außenrohrs 14 verlaufenden Schlitz 18 auf. Über diesen Schlitz 18 steht der Drucksensor 16 der Fluidleitung mit dem Zwischenraum zwischen Innenrohr 12 und Außenrohr 14 in Verbindung.

Durch diese (n) Aufbau und Anordnung des Drucksensors 16 an der Fluidleitung kann der Fluiddruck im Innenrohr 12 ohne direkten Kontakt zu dem Fluid gemessen werden. Der Drucksensor 16 muss daher weder gegenüber dem Fluid beständig sein noch eine Frostfestigkeit aufweisen. Auf diese Weise kann der Drucksensor 16 relativ kostengünstig realisiert werden.

Die oben beschriebenen Fluidleitungen sind in vorteilhafter Weise zum Transportieren und Dosieren (auch mit Überdruck) von Fluiden geeignet, die zum Beispiel bei tiefen Umgebungstemperaturen gefrieren können. Eine Anwendung ist zum Beispiel die Zuleitung einer Harnstoff/Wasser-Lösung zu einem SCR-Katalysator eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.

Claims

Patentansprüche

1. Fluidleitung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Querschnittsform (10i, 1O₂) aufweist, die ausgehend von einer Kreisform (10_A) derart bleibend verformt ist, dass ihr Innenumfang gegenüber der Kreisform unverändert ist und ihre Fläche gegenüber der Kreisform reduziert ist.

2. Fluidleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform (10χ, 1O₂) ausgehend von einer Kreisform (10_A) plastisch verformt ist.

3. Fluidleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform (10i, IO₂) ausgehend von einer Kreisform (10_A) mittels einer von außen auf die Fluidleitung wirkenden Spanneinrichtung verformt ist.

4. Fluidleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung aus einem steifen Material gemacht ist.

5. Fluidleitung, gekennzeichnet durch ein Innenrohr (12) aus einem elastischen Material; und ein Außenrohr (14) aus einem steifen Material, das das Innenrohr (12) radial umgibt und dessen Innenumfang größer als der Außenumfang des Innenrohrs (12) im entlasteten Ausgangszustand ist und den Außenumfang des Innenrohrs (12) im belasteten Betriebszustand definiert.

6. Fluidleitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (12) und das Außenrohr (14) jeweils eine im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsform aufweisen.

7. Fluidleitung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (14) einen in Längsrichtung des Außenrohrs verlaufenden Schlitz (18) aufweist.

8. Fluidleitung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (14) mit einem Drucksensor (16) versehen ist, der mit dem Zwischenraum zwischen der Außenseite des Innenrohrs (12) und der Innenseite des Außenrohrs (14) in Verbindung steht.