WO2013174986A1 - Behälter mit einer heizvorrichtung für einen tank zur speicherung eines flüssigen additivs - Google Patents

Behälter mit einer heizvorrichtung für einen tank zur speicherung eines flüssigen additivs Download PDF

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Rolf BRÜCK
Jan Hodgson
Sven Schepers
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Definitions

  • the invention relates to a container for a tank for storing a liquid additive, comprising a housing with a heating device.
  • a container is used in particular for receiving functional components for conveying and / or metering and / or monitoring of the liquid additive on the way out of the tank through the container towards a consumer.
  • the invention finds particular application in a motor vehicle provided with a tank for storing a liquid additive, the container being integrated therein into the tank.
  • an oxidizing agent for example fuel or hydrocarbon
  • This additive can be used to react directly with constituents of the exhaust gas and thus convert pollutants.
  • this oxidizing agent is used to convert environmental conditions in the exhaust system in a desired, suitable for the implementation of pollutants state.
  • fuel or hydrocarbon can be supplied to an oxidation catalyst, wherein due to an exothermic reaction in the oxidation catalyst, the temperature of the exhaust gas in the exhaust system can be significantly increased. This is used in particular for the regeneration of a diesel particulate filter.
  • a reducing agent to the exhaust gas.
  • liquid additive such as urea-water solution
  • heating systems have been proposed to accomplish a rapid thawing of the liquid additive in the tank and / or a connected delivery line.
  • the desired exhaust gas purification method should already be available soon after engine start of a motor vehicle and / or damage to the components required for storage, delivery and / or addition of the liquid additive should be avoided.
  • liquid heaters eg, heat exchangers that interact with the engine cooling system
  • electric heaters eg. heat exchangers that interact with the engine cooling system
  • electric heaters eg. heat exchangers that interact with the engine cooling system
  • radiant heaters e.g, electric heaters, radiant heaters, and combinations thereof have been proposed in this technical field.
  • the fastest possible and possibly even as uniform heating in the container could not be achieved satisfactorily.
  • the proposed systems for heating the container are technically complex, cost-intensive and / or difficult to control or to control.
  • a container for a tank for storing a liquid additive is to be specified, which allows a cost-effective, simple and efficient heating. Furthermore, a particularly advantageous and space-saving integration of a heating system in a motor vehicle to be proposed.
  • the container for a tank for storing a liquid additive comprises a housing with a heating device, wherein at least one drivable apparatus for promoting convection is provided in the housing.
  • the container is in particular designed so that it is at least partially and preferably almost completely contained in a tank for storing the liquid additive. tivs can be recorded.
  • the tank volume should be reduced by the integration of the container into the tank, for example, a maximum of 20%, preferably a maximum of 10%.
  • the tank is in particular a tank for storing a reducing agent, in particular urea-water solution. However, this could also be used for oxidants and other liquid additives.
  • the container can be made of plastic. In any case, the tank should be durable and designed for permanent storage of the liquid additive.
  • the housing can be made in one or more parts. It is possible that, for example, a pot-shaped housing and an additional container bottom are provided, which are detachably or non-detachably connected to one another.
  • the housing may be made of plastic and / or metal. In any case, in the region of the housing that is in contact with the interior of the tank, the housing should be resistant to the liquid additive.
  • the container further comprises at least one heating device, which is arranged in particular in the housing or the container space formed by the housing. In principle, the heating device can be any of the types of heating devices mentioned at the beginning. In this case, it is preferred that the heating device occupy only a small portion of the container space itself, for example less than 20% of the container space or even less than 10% of the container space.
  • a drivable convection conveying apparatus is provided in the housing.
  • the drivable apparatus has the function of distributing the heat generated in the housing by convection by means of convection. It is preferred that the drivable apparatus itself is not in direct contact with the heating device, but distributed by influencing the air flow inside the container, the heat emitted by the heater by means of convection as evenly as possible.
  • a convection is understood to mean in particular (the targeted) movement of air in the container. Air is therefore moved by means of the drivable apparatus towards the heating device, so that it is heated on contact with the heating device. can. The heated air then flows, also motivated by the drivable apparatus and / or flow guide elements, into other (predetermined) areas of the container clearance. In this case, the heated air comes into contact with the housing and / or positioned in the housing components, so that it can be done quickly warming up here.
  • the apparatus can be activated and deactivated as needed.
  • the apparatus is designed and / or set up so that it can be driven (and moved) at predetermined or desired times. Therefore, the phases in which the convection is promoted in the housing, can be specified precisely.
  • the problems described above can be at least partially alleviated.
  • a rapid heating of the container and / or the surrounding area of the container in the tank can be achieved.
  • the apparatus of the container may be used (in addition) for the effective cooling of at least one component in the container.
  • a component which may require cooling for example, is a pump for conveying and / or metering of liquid additive. During operation, such a pump can become very hot. This heat can be removed with the help of the apparatus of the pump and be derived for example via the housing in the liquid additive in a tank.
  • At least one inherently closed flow path exists in the housing, along which the apparatus can generate a circulating air flow in particular.
  • the circulating air flow is the convection promoted by the apparatus.
  • the flow path is formed by free spaces within the housing and possibly by corresponding flow guide elements. Free spaces are areas in the housing in which no components or functional components are arranged. These therefore provide space for the flow path.
  • the flow path preferably leads to the heating device and to the areas to be heated (in particular the functional components) in the container or in the housing.
  • the flow path preferably leads along a wall of the housing.
  • the housing may be designed and / or used at least in sections as a flow guiding element.
  • the wall of the housing is preferably cylindrically shaped at least in sections and the flow is continuously directed onto a path along the wall by the curvature of the cylindrical shape of the wall.
  • there are two closed flow paths in the housing each extending along a portion of the housing wall.
  • At least one first deflection point is provided on the housing wall, at which the flow paths are directed away from the housing wall into an inner region of the housing. In the inner region of the housing, a heat exchange between the air flow and the functional components takes place.
  • the first deflection point and the second deflection point are each formed by means of a first deflection means or by means of a second deflection means.
  • the deflecting divert the flow at the deflection.
  • the deflection means are flow guides.
  • the flow paths extend at least along an apparatus which is designed to drive an air flow along the flow paths or to promote convection along the flow paths.
  • the flow paths in the region along the housing wall and / or in the inner region of the housing along the heater so that a heat exchange between an air flow along the flow paths and the heater can take place.
  • the device has a housing which is at least partially double-walled (with two walls).
  • a housing which is at least partially double-walled (with two walls).
  • a gap-shaped intermediate space is provided between the outer wall and the inner wall, through which an air flow can flow.
  • the outer wall and the inner wall are preferably spaced apart by at least one spacer element.
  • the spacer elements may also promote heat transfer between the inner wall and the outer wall and the airflow.
  • the spacer elements can act as baffle elements, to which the air flow in the intermediate space meets and to which the air flow therefore has a particularly good heat transfer.
  • the apparatus is preferably arranged to urge the airflow generated by the apparatus into the space through at least one inflow opening in the inner wall.
  • a flow path preferably proceeds from the apparatus through the at least one inflow opening into the intermediate space and then, starting from the intermediate space through at least one outflow opening, back into an interior space of the housing.
  • This interior is bounded by the inner wall of the housing.
  • a heater may be disposed between the apparatus and the inflow port of the inner wall of the housing such that the air delivered by the apparatus immediately after being heated by the heater enters the gap and liquid additive in the tank housing the housing surrounds, warmed up.
  • a plurality of heating devices and apparatuses for promoting convection in a described container wherein these each can form partial or independent flows along different flow paths.
  • These different flow paths can each be set up to selectively flow to certain areas and / or functional components within the container or the housing in order to heat these areas and / or functional components particularly quickly.
  • the flow rate of the air along the flow paths may be adjusted by suitable design of the space available for the flow paths within the housing. The larger the available free cross-section, the lower the flow velocity.
  • the functional components and flow paths are preferably arranged in the housing so that the heat energy generated by the heater (practically) is completely released to the air flow, and the air flow in turn (virtually) the heat energy to thejanskomp- components and the housing emits.
  • a container wherein the housing has an inner wall and an outer wall, which form a gap, in which at least one partially closed flow path for a convection flow is formed.
  • Such a design of flow paths within the housing enables a particularly effective transfer of the heat emanating from the heating device to the functional components and to the liquid additive in the tank.
  • the at least one drivable apparatus comprises a blower and a blower motor connected thereto.
  • the drivable apparatus can be provided particularly cost-effective and technically simple.
  • the fan motor is activated at the desired times via a control unit and (later) deactivated again.
  • the fan may comprise a type of rotor with which the air in the container is moved.
  • the fan may be oriented such that the air moved therefrom is moved toward the heater.
  • several blowers can be provided with one or one blower motor each.
  • the heating device in the housing has a single, electrically operable heating element.
  • An electrically operable heating element can also be activated and deactivated at predetermined times. This takes place, for example, on the basis of the ohmic resistance heating.
  • a known and here particularly preferably to be used electrically operable heating elements is a so-called PTC heating element (PTC: Positive Temperature Coefficient). The embodiments of such PTC heating elements have been known for a long time, so that additional information is readily available to those skilled in the art.
  • a container is considered to be advantageous in which the heating device protrudes at least partially completely freely into the housing.
  • the heating device can be designed, for example, in the manner of an at least partially freestanding flange, an at least partially freestanding column or the like. It is obvious that such a heating element is connected at least to the container bottom and / or the housing in order to withstand a safe positioning of the heating device even under high dynamic load (such as during driving in a motor vehicle). Likewise, power lines, control lines and the like are realized via this contact.
  • the at least partially However, completely free in the housing projecting design of the heating element allows the moving of the drivable apparatus toward the heater air over a large area flow the heating element and / or even flow around.
  • the heater As a result, an intensive contact of the air in the container is made possible with the heater, so that they can absorb heat quickly and then distributed.
  • at least 50% of the peripheral surface of the heater is free of internals, so that a direct contact is made possible to the ambient air in the container space.
  • This proportion may preferably also be at least 60% or even at least 80%.
  • the container is used in particular for receiving a delivery module and / or dosing module for the liquid additive.
  • the delivery module or dosing module can remove liquid additive from the tank at predetermined times and / or in predetermined amounts and lead it out of the tank via the container.
  • a delivery line for example a section of the delivery line via which the liquid additive is conveyed from the tank to a pump
  • a drain for example a part of the delivery line, with which the liquid exhaust gas is led out of the container by a pump
  • a return line eg a part of the delivery line, with which liquid additive in the container is led back into the tank
  • a pump for example a part of the delivery line, with which liquid additive in the container is led back into the tank
  • a filter Sensor for example a section of the delivery line via which the liquid additive is conveyed from the tank to a pump
  • a drain for example a part of the delivery line, with which the liquid exhaust gas is led out of the container by a pump
  • a return line eg a part of the delivery line, with which liquid additive in the container is led back into the tank
  • the container is designed and arranged such that an air flow is generated by means of the drivable apparatus, which initially leads past the heating device and subsequently flows through at least a majority of the functional components in the container, so that they can at least partially absorb the heat entrained with the air flow , Consequently, these functional components are heated by means of convection in the housing.
  • the housing is at least partially made of plastic. The use of a plastic housing has the advantage that the manufacturing costs can be reduced and weight can be saved. In the case of the container proposed here, it should also be considered that the distribution of heat within the container due to convection no longer makes it imperative that many thermal bridges are formed for heat conduction within the container.
  • the housing has at least one inner rib.
  • a plurality of ribs may be provided.
  • the rib is designed in particular as a (passive) Bankrippe and thus serves in particular the intensive contacting of the heated air.
  • the rib may be adapted to receive heat by convection and possibly pass this heat into other areas of the housing.
  • the rib is projecting from the housing inner wall, that is, in particular projecting into the free space of the container.
  • the rib could also be referred to as a wing, web, projection or the like, wherein the surface is many times larger than the cross section. Orientation, shape and / or material of the rib can be adapted for specific purposes.
  • the ribs are aligned in accordance with the flow direction of the air in the housing.
  • the ribs should run in particular parallel to the flow direction, so that on the one hand a particularly good heat transfer between the ribs and the air is achieved, and on the other hand, the flow resistance caused by the ribs is as low as possible.
  • the ribs should in particular be aligned parallel to the direction of flow of the air or the convection. This can be achieved, for example, by ribs on the housing, which extend at least in sections in a circular manner along the inside of the (cylindrical) housing.
  • the ribs increase the (inner) surface of the housing and thus facilitate the heat transfer from the inside to the outside.
  • the ribs can be made of a material with particularly good thermal conductivity.
  • the ribs are made of a different material than the other housing.
  • the ribs extend through the housing and lead to an outside of the housing in a tank for the liquid additive, wherein the ribs have an increased thermal conductivity. Such fins can transfer heat particularly well into the liquid additive in the tank.
  • a motor vehicle which has a tank for storing a liquid additive.
  • the tank has a tank wall which forms or limits a tank volume.
  • the motor vehicle has an exhaust system with an adding device for the liquid additive.
  • a container proposed here is inserted into the tank wall, with a plurality of functional components being provided therein for conveying the liquid additive out of the tank, through the container to the adding device.
  • the motor vehicle is set up in particular for carrying out the initially described method for exhaust aftertreatment.
  • the proposed system solution with a cost-effective and efficient heating for the container, the functional components and / or the tank is particularly noteworthy here.
  • FIG. 1 is a partial perspective view of a container
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a tank with a container
  • FIG. 3 shows a schematic view of a motor vehicle with tank and exhaust system
  • FIG. 4 shows a schematic section through an embodiment variant of a housing for a container
  • FIG. 5 shows a schematic section through a further embodiment of a housing for a container
  • FIG. 6 shows a schematic section through yet a further embodiment variant of a housing for a container
  • FIG. 7 shows a schematic section through yet a further embodiment variant of a housing for a container.
  • Fig. 1 shows a container 1, for example, in a tank for storing the reducing agent, such as urea-water solution, can be used.
  • the container 1 in this case comprises a pot-like, round in cross-section housing 4, which forms the peripheral surface and the lid.
  • Below the container 1 is closed by a container bottom 20, wherein the container bottom 20 may, for example, be designed as a separate component which is detachably or permanently connected to the rest lent (cup-shaped) housing 4.
  • the so-called container space of various functional components 10 for conveying the liquid additive from the tank through the container 1 is partially filled.
  • These functional components 10 are here shown by dashed lines, to indicate that they can optionally be arranged individually or in any meaningful combination with each other in the container clearance 25.
  • a delivery module or dosing module is indicated here by way of example.
  • the liquid additive is removed via an inlet 17 from the tank. This can be done by a corresponding suction of the connected thereto pump 21.
  • the delivery line 16 continues up to a valve 29. From this valve 29 can be predetermined as needed, whether the liquid additive, which is now under pressure, on to a sequence 18, for example.
  • a control unit 24 may be provided which regulates the operation of the pump, the valve and / or other functional components via signal lines indicated here.
  • This control unit 24 can also perform this operation depending on one or more sensors 23.
  • a sensor 23 for example, a pressure sensor for the pressure of the liquid additive in the delivery line 16 and / or a temperature sensor for determining the temperature of the liquid additive in the delivery line 16 and / or for determining the temperature of a functional component or in the container 25 free space be used.
  • the electrically operable heating element 9 can also be activated as required by the control unit 24 and deactivated in this embodiment variant.
  • the electrically operable heating element 9 predominantly protrudes freely into the housing 4, so that here an air flow (indicated by the arrows) can be brought into good contact with the electrically operable heating element 9.
  • a drivable apparatus 6 is further provided, which is exemplified here with a blower 7 and an associated blower motor 8.
  • the control unit 24 it is possible for the control unit 24 to actuate or immobilize the blower 7 via the blower motor 8 as required or at predetermined times.
  • the air in the container free space 25 is moved towards the heating element 9, which is indicated by a vertically patterned arrow.
  • the air is heated and can then be fed to remote areas of the housing 4 and / or one or more functional components 10.
  • Strömungsleitieri 28 (baffles or the like) may be provided to realize a directional distribution or promotion of convection in the container 1.
  • the air flow generated by the drivable apparatus 6 can be divided as desired and forwarded in different directions.
  • the heated air flow is also shown by arrows, which has a horizontal pattern.
  • the tank 2 schematically shows a tank 2 for storing the liquid additive 3.
  • the tank 2 is formed by a tank wall 13 which, for example, is made of plastic. is done.
  • the tank wall 13 further defines the so-called tank volume 12.
  • the tank wall 13 further has an opening 30, here in the region of the bottom, where the container 1 is inserted there and fluid-tightly connected to the tank wall 13.
  • a (cylindrical) filter 22 is provided around the container 1, wherein the functional components 10 remove the additive 3 in a region of the tank 2 in which (practically only) filtered additive 3 is present.
  • the filter 22 can also be integrated into the container or the delivery line located therein.
  • FIG. 2 also shows that a plurality of heating devices 5 can be arranged in the container 1. These are here, for example, flatly positioned in the manner of strips on the inside of the housing and / or a functional component. It is further exemplified here that a single drivable apparatus 6 is arranged and arranged in the container so that it causes an air flow over a plurality of heating devices 5.
  • Fig. 2 Schematically illustrated in Fig. 2 are also a plurality of ribs 33 in the manner of a (passive) Walkerrippe, which serves the intensive contacting of the heated air.
  • the ribs 33 are arranged, for example, distributed on the inside of the housing 4, in particular concentrated at the point to which the air heated by the fan 7 is directed.
  • FIG. 3 now shows a motor vehicle 11, for example a passenger car or a lorry, wherein the exhaust gas generated by an internal combustion engine 27, in particular a diesel engine, is passed through an exhaust system 14 along an exhaust gas flow direction 31.
  • the exhaust gas is added (finely divided or with a delivery gas) to the liquid additive.
  • this mixture is a suitable exhaust aftertreatment unit (such as an SCR catalyst) 26 supplied. This can be carried out, for example, in the manner of a coated honeycomb body. This can be provided in particular with a suitable coating.
  • the additive-waste gas mixture flows through the catalyst 26, the desired chemical and / or thermal processes can be motivated.
  • the liquid additive is stored in a tank 2 and metered by means of the functional component (s) provided in the container 1 and via a suitable delivery line 16 to the adding device 15.
  • the amount and / or the time of addition may be predetermined by a controller 32, wherein in particular operating parameters of the internal combustion engine 27, the exhaust system 14 and / or the conveyor system (tank, container, conveyor line, adding device, etc.) take place.
  • the metering can take place via the functional components of the container 1 and / or the adding device 15.
  • The. Fig. 4 shows a horizontal section through a housing 4 for a container 1. Schematically shown is the apparatus 6 in the housing 4, with which the convection in the housing 4 can be promoted. According to the convection, air flows from the operation of the apparatus 6 in the housing 4, which circulate in accordance with the closed flow paths 41. These flow paths 41 extend at least in sections along a wall of the housing 4. The air flow is thus in direct heat exchange with the housing 4.
  • a first deflection means 42 is arranged, which directs the flow paths 41 away from the housing 4 in an inner space 44 of the housing 4 (first deflection point 45).
  • functional components can be arranged.
  • the flow paths 41 extend from the first deflection means 42 through the inner space 44 and are then guided back to the housing 4 with the second deflection means 43 (second deflection point 46), so that the flow paths 41 result in self-contained paths. Run in the area of the interior 44 the flow paths 41 past an apparatus 6, which promotes the convention or the air flow or drives.
  • the apparatus 6 comprises a fan 7 and a fan motor 8, which drives the fan 7.
  • the flow paths 41 extend in the interior 44 along a heating device 5.
  • the heating device 5 may comprise an electrically heatable heating element 9 and additional heating ribs 34, via which the heat of the heating element 9 is discharged.
  • the heating device 5 is preferably designed such that a good heat transfer to the air flow and at the same time the flow of the heater 5 as low as possible flow resistance occurs.
  • the apparatus 6 presses the air flow directly onto the heating device 5, without a deflection of the air flow being provided between them. This improves the heat transfer.
  • FIG. 5 shows a horizontal section through a further embodiment variant of a housing 4 for a container 1.
  • two flow paths 41 are provided in the housing 4, which are provided with the aid of a first deflection means 42 and a second deflection means 43 corresponding to those in FIG 4 flow paths are guided through the housing 4.
  • two apparatuses 6 are provided according to FIG. 5, each comprising a fan 7 and a fan motor 8 and are arranged on the portions of the flow paths 41 on the wall of the housing 4.
  • the heating device 5 is designed as a baffle element, on which the apparatuses 6 press the air flow.
  • the heating device 5 has an electrically operable heating element 9 and heating fins 34, which distribute the heat produced by the electrically operable heating element 9.
  • At least the first deflection means 42 or the second deflection means 43 may be designed as a structural unit together with the heating device 5.
  • FIG. 6 shows a vertical schematic section through a housing 4 for a container 1.
  • This housing 4 has on its inside (for example substantially horizontal and / or helical running) ribs 33, which are the Limit flow paths 41 which extend through the housing 4 along the wall of the housing 4.
  • These ribs 33 align the flow paths 41 along the wall of the housing 4.
  • the ribs 33 provide improved heat transfer between the air circulating along the flow paths 41 and the housing 4.
  • The. Fig. 7 shows a horizontal section through another embodiment of a housing 4 for a container 1.
  • the housing 4 consists of an inner wall 38 and an outer wall 39.
  • the outer wall 39 closes the housing 4 fluid-tight and stands with its outside in contact with the liquid additive (such as urea-water solution) when the housing 4 is inserted into a tank.
  • the inner wall 38 and the outer wall 39 are spaced apart so that there is a gap 40 between the inner wall 38 and the outer wall 39.
  • Spacer elements 35 can be provided which position the inner wall 38 and the outer wall 39 relative to one another and, if necessary, also serve to form flow paths.
  • the inner wall 38 may be partially broken so that permeable connections from the gap 40 into the interior 44 of the housing 4 exist.
  • an apparatus 6 with a fan 7 and a fan motor 8 is arranged in the housing 4.
  • This apparatus 6 is adapted to suck in an air flow from the inner space 44 and to lead into the intermediate space 40.
  • the inner wall 38 has an inflow opening 36.
  • the air flow is guided starting from the apparatus 6 through the inflow opening 36 and the intermediate space 40 and leaves the intermediate space 40 again at at least one outflow opening 37 in the inner wall 38.
  • the air flow then returns to the apparatus 6 a flow path 41 formed by the housing.
  • a heating device 5 is arranged at which the air flow flows according to the flow path 41 along.
  • the heating device 5 may comprise an electrically operable heating element 9 and heating fins 34, which heat the heat produced by the electrically operable heating element 9 effectively pass on to the airflow.
  • ribs 33 are provided, via which the heat can be transferred to the liquid additive in a tank.
  • the embodiment variants shown here show preferred combinations of technical features, but they do not necessarily have to be combined with each other. Unless explicitly stated above, the technical features can be extracted from a figure and easily combined with other concepts / variants for the skilled person. This is particularly true in terms of design / arrangement / number of apparatus, flow paths, housing and heat transport measures (ribs, etc.).
  • the invention solves the problem initially posed to solve the problems described with reference to the prior art, at least partially.
  • a container for a tank for storing a liquid additive such as urea-water solution has been specified, which allows cost-effective, simple and efficient heating.
  • a particularly advantageous and space-saving integration of a heating system was shown in a motor vehicle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Behälter (1) für einen Tank (2) zur Speicherung eines flüssigen Additivs (3), umfassend ein Gehäuse (4) mit einer Heizvorrichtung (5), wobei wenigstens ein antreibbarer Apparat (6) zur Förderung von Konvektion in dem Gehäuse (4) vorgesehen ist. Insbesondere wird auch ein Kraftfahrzeug (11), aufweisend einem Tank (2) zur Speicherung eines flüssigen Additivs (3) und einer Abgasanlage (14) mit einer Zugabevorrichtung (15) für das flüssige Additiv (3) vorgeschlagen, wobei ein solcher Behälter (1) in die Tankwand (13) eingesetzt ist und darin eine Mehrzahl von Funktionskomponenten (10) zur Förderung des flüssigen Additivs (3) aus dem Tank (2) durch den Behälter (1) hin zur Zugabevorrichtung (15) vorgesehen ist.

Description

Behälter mit einer Heizvorrichtung für einen Tank zur Speicherung eines flüssigen Additivs Die vorliegende Erfindung betrifft einen Behälter für einen Tank zur Speicherung eines flüssigen Additivs, umfassend ein Gehäuse mit einer Heizvorrichtung. Ein solcher Behälter dient insbesondere zur Aufnahme von Funktionskomponenten zur Förderung und/oder Dosierung und/oder Überwachung des flüssigen Additivs auf dem Weg aus dem Tank durch den Behälter hin zu einem Verbraucher. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei einem Kraftfahrzeug, das mit einem Tank zur Speicherung eines flüssigen Additivs versehen ist, wobei der Behälter dort in den Tank integriert ist.
Es ist als bekannt anzusehen, dass Verfahren zur Abgasnachbehandlung Anwen- dung finden, bei denen dem Abgas flüssiges Additiv zugesetzt wird. Damit soll insbesondere erreicht werden, dass die im Abgas enthaltenen Schadstoffe möglichst vollständig und effizient umgesetzt werden.
So ist bspw. bekannt, dem Abgas ein Oxidationsmittel (bspw. Kraftstoff bzw. Kohlenwasserstoff) zuzuführen. Dieses Additiv kann dazu eingesetzt werden, direkt mit Bestandteilen des Abgases zu reagieren und so Schadstoffe umzusetzen. Es ist aber auch möglich, dass dieses Oxidationsmittel dazu verwendet wird, Umgebungsbedingungen im Abgassystem in einen gewünschten, für die Umsetzung von Schadstoffen geeigneten Zustand zu überführen. So kann Kraftstoff bzw. Kohlenwasserstoff einem Oxidationskatalysator zugeführt werden, wobei aufgrund einer exothermen Reaktion in dem Oxidationskatalysator die Temperatur des Abgases in der Abgasanlage deutlich erhöht werden kann. Dies dient insbesondere zur Regenerierung eines Diesel-Partikelfilters. Weiterhin ist bekannt, ein Reduktionsmittel dem Abgas zuzuführen. Auch wenn grundsätzlich möglich ist, festes oder gasförmiges Reduktionsmittel in die Abgas- anläge einzuleiten, so haben sich doch Fördersysteme und Dosiersysteme als besonders geeignet herausgestellt, die eine flüssige Zufuhr des Reduktionsmittels bewerkstelligen. So ist bspw. das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion bekannt (SCR: Selective Catalytic Reduction). Dabei werden Stickstoffoxid- Verbindungen im Abgas unter Zuhilfenahme des Reduktionsmittels umgesetzt. Hierfür können insbesondere Ammoniak bzw. Ammoniak bildenden Substanzen eingesetzt werden. Ein bereits weit verbreitetes Reduktionsmittel für diesen Zweck ist Harnstoff- Wasser-Lösung. Eine 32,5 %ige Harnstoff- Wasser-Lösung ist unter dem Handelsnamen AdBlue® bekannt. Dieses flüssige Additiv wird dann zunächst dem Abgas beigemengt und anschließend über einen geeigneten Katalysator geführt, in dem dann (unter anderem) die gewünschte chemische Umwandlung erfolgt.
Gerade im Hinblick auf die Serienfertigung im Automobilbau wurde hierbei noch immer keine besonders preisgünstige und einfache Ausgestaltung eines Fördermoduls oder Dosiermoduls für diese Additive gefunden. Aus Platzgründen und zur Vermeidung von Beschädigungen im Einfrierfall wurde bereits vorgeschlagen, ein solches Dosiermodul bspw. im Bodenbereich eines Tanks zur Speicherung des flüssigen Additivs anzuordnen. Um hier auch die Nachrüstung bereits bekannter Systeme zu erleichtern bzw. getrennte Fertigungsschritte zu ermöglichen, sind solche Fördermodule oder Dosiermodule in einem separaten Behälter untergebracht. Dieser kann dauerhaft oder lösbar mit dem Tank verbunden sein.
Da bspw. flüssiges Additiv, wie Harnstoff- Wasser-Lösung, bei Temperaturen um -11 °C bereits einfriert, sind Heizsysteme vorgeschlagen worden, die ein rasches Auftauen des flüssigen Additivs im Tank und/oder einer angeschlossenen Förderleitung bewerkstelligen sollen. Somit soll das gewünschte Abgasreinigungsverfahren bereits schnell nach Motorstart eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung stehen und/oder eine Beschädigung der zur Speicherung, Förderung und/oder Zugabe des flüssigen Additivs erforderlichen Komponenten vermieden werden. Als Heizvorrichtung wurden in diesem technischen Gebiet bereits Flüssigkeitsheizungen (z. B. Wärmetauscher, die mit dem Motorkühlsystem zusammenwirken), elektrische Heizer, Strahlungsheizer und Kombinationen daraus vorgeschlagen. Die möglichst rasche und ggf. auch möglichst gleichmäßige Erwärmung in dem Behälter konnte jedoch noch nicht zufriedenstellend erreicht werden. Insbesondere sind die vorgeschlagenen Systeme zum Beheizen des Behälters technisch aufwendig, kostenintensiv und/oder schwierig regelbar bzw. kontrollierbar.
Im Lichte der vorstehend beschriebenen Situation ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Behälter für einen Tank zur Speicherung eines flüssigen Additivs angegeben werden, der eine kostengünstige, einfache und effiziente Erwärmung ermöglicht. Weiterhin soll eine besonders vorteilhafte und platzsparende Integration eines Heizsystems in ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen werden.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Behälter gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuwei- sen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, erläutert die Erfindung und gibt weitere Merkmalskombinationen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
Der Behälter für einen Tank zur Speicherung eines flüssigen Additivs umfasst ein Gehäuse mit einer Heizvorrichtung, wobei wenigstens ein antreibbarer Apparat zur Förderung von Konvektion in dem Gehäuse vorgesehen ist. Der Behälter ist insbesondere so ausgeführt, dass dieser wenigstens teilweise und bevorzugt nahezu vollständig in einem Tank zur Speicherung des flüssigen Addi- tivs aufgenommen werden kann. Dabei sollte das Tankvolumen durch die Integration des Behälters in den Tank bspw. maximal 20 %, vorzugsweise maximal 10 % reduziert werden. Bei dem Tank handelt es sich insbesondere um einen Tank zur Speicherung eines Reduktionsmittels, insbesondere Harnstoff-Wasser-Lösung. Gleichwohl könnte dieser auch für Oxidationsmittel und andere flüssige Additive eingesetzt werden. Der Behälter kann mit Kunststoff ausgeführt sein. Jedenfalls sollte der Tank beständig und zur dauerhaften Speicherung des flüssigen Additivs ausgeführt sein. Das Gehäuse kann hierbei einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Es ist möglich, dass bspw. ein topfförmiges Gehäuse und ein zusätzlicher Behälterboden vorgesehen sind, die miteinander lösbar oder unlösbar verbunden sind. Das Gehäuse kann mit Kunststoff und/oder Metall ausgeführt sein. Jedenfalls in dem Bereich des Gehäuses, der mit dem Innenraum des Tanks in Kontakt ist, sollte das Gehäuse beständig gegen das flüssige Additiv sein. Der Behälter umfasst weiter mindestens eine Heizvorrichtung, die insbesondere in dem Gehäuse bzw. dem vom Gehäuse gebildeten Behälterraum angeordnet ist. Bei der Heizvorrichtung kann es sich grundsätzlich um jede der eingangs genannten Art von Heizvorrichtungen handeln. Bevorzugt ist hierbei, dass die Heizvorrichtung selbst nur einen geringen Anteil des Behälterraums einnimmt, bspw. we- niger als 20 % des Behälterraums oder sogar weniger als 10 % des Behälterraums.
Weiterhin ist ein antreibbarer Apparat zu Förderung von Konvektion in dem Gehäuse vorgesehen. Der antreibbare Apparat hat insbesondere die Funktion, die mit der Heizvorrichtung generierte Wärme im Gehäuse mittels Konvektion zu vertei- len. Bevorzugt ist dabei, dass der antreibbare Apparat selbst nicht in direktem Kontakt mit der Heizvorrichtung ist, sondern durch eine Beeinflussung der Luftströmung im Inneren des Behälters die von der Heizvorrichtung abgegebene Wärme mittels Konvektion möglichst gleichmäßig verteilt. Unter einer Konvektion wird hierbei insbesondere (die gezielte) Bewegung von Luft in dem Behälter verstanden. Luft wird daher mittels des antreibbaren Apparats hin zur Heizvorrichtung bewegt, so dass diese sich beim Kontakt mit der Heizvorrichtung erwär- men kann. Die erwärmte Luft strömt dann, ebenfalls motiviert durch den antreibbaren Apparat und/oder Strömungsleitelemente, in andere (vorgegebene) Bereiche des Behälterfreiraums. Dabei kommt die erwärmte Luft in Kontakt mit dem Gehäuse und/oder in dem Gehäuse positionierten Komponenten, so dass hier rasch eine Aufwärmung erfolgen kann.
Damit dies effektiv erfolgen kann, kann der Apparat bedarfsgerecht aktiviert und deaktiviert werden. Insofern ist der Apparat so konzipiert und/oder eingerichtet, dass dieser zu vorgegebenen oder gewünschten Zeitpunkten angetrieben (und be- wegt) werden kann. Daher können die Phasen, in denen die Konvektion in dem Gehäuse gefördert wird, genau vorgegeben werden.
Mit einer solchen Vorrichtung können die eingangs geschilderten Probleme zumindest teilweise gelindert werden. Gleichzeitig kann eine rasche Erwärmung des Behälters und/oder des Umgebungsbereichs des Behälters im Tank erreicht werden.
Der Apparat des Behälters kann (zusätzlich) zur effektiven Kühlung mindestens einer Komponente in dem Behälter verwendet werden. Eine Komponente, die gegebenenfalls einer Kühlung bedarf, ist beispielsweise eine Pumpe zur Förderung und/oder zur Dosierung von flüssigem Additiv. Während des Betriebs kann sich eine derartige Pumpe stark erwärmen. Diese Wärme kann mit Hilfe des Apparates von der Pumpe abtransportiert werden und beispielsweise über das Gehäuse in das flüssige Additiv in einem Tank abgeleitet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Behälters existiert in dem Gehäuse mindestens eine in sich geschlossene Strömungsbahn, entlang der der Apparat eine insbesondere zirkulierende Luftströmung erzeugen kann. Die zirkulierende Luftströmung ist die Konvektion, die mit dem Apparat gefördert wird. Die Strömungsbahn wird durch Freiräume innerhalb des Gehäuses und ggf. durch entsprechende Strömungsleitelemente gebildet. Freiräume sind Bereiche in dem Ge- häuse, in denen keine Komponenten bzw. Funktionskomponenten angeordnet sind. Diese bieten daher Platz für die Strömungsbahn. Die Strömungsbahn führt vorzugsweise an der Heizvorrichtung und an den aufzuheizenden Bereichen (insbesondere den Funktionskomponenten) in dem Behälter bzw. in dem Gehäuse entlang.
Die Strömungsbahn führt vorzugsweise an einer Wand des Gehäuses entlang. So kann die Luftströmung über die Wand des Gehäuses Wärme an das flüssige Additiv im Tank abgeben. Das Gehäuse kann zumindest abschnittsweise als Strö- mungsleitelement ausgeführt sein und/oder verwendet werden. Die Wand des Gehäuses ist bevorzugt zumindest abschnittsweise zylindrisch geformt, und die Strömung wird durch die Krümmung der zylindrischen Form der Wand kontinuierlich auf eine Bahn entlang der Wand gelenkt. Gemäß einer Ausführungsvariante existieren zwei geschlossene Strömungsbahnen in dem Gehäuse, welche jeweils entlang eines Abschnitts der Gehäusewand verlaufen. An der Gehäusewand ist zumindest eine erste Umlenkstelle vorgesehen, an welcher die Strömungsbahnen von der Gehäusewand weg in einen inneren Bereich des Gehäuses gelenkt werden. In dem inneren Bereich des Gehäuses findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Luftstrom und den Funktionskomponenten statt. Es existiert zumindest eine zweite Umlenkstelle, an welcher die Strömungsbahnen wieder zu der Wand des Gehäuses hin umgelenkt werden. Die erste Umlenkstelle und die zweite Umlenkstell sind jeweils mit Hilfe eines ersten Umlenkmittels bzw. mit Hilfe eines zweiten Umlenkmittels ausgebildet. Die Umlenkmittel lenken die Strömung an den Umlenkstellen um. Die Umlenkmittel sind Strömungsleitmittel. Im Bereich ent- lang der Gehäusewand und/oder im inneren Bereich des Gehäuses verlaufen die Strömungsbahnen mindestens entlang eines Apparats, welcher dazu eingerichtet ist, eine Luftströmung entlang der Strömungsbahnen anzutreiben bzw. eine Kon- vektion entlang den Strömungsbahnen zu fördern. Außerdem verlaufen die Strömungsbahnen im Bereich entlang der Gehäusewand und/oder im inneren Bereich des Gehäuses entlang der Heizvorrichtung, so dass ein Wärmeaustausch zwischen einer Luftströmung entlang der Strömungsbahnen und der Heizvorrichtung stattfinden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Behälters hat die Vorrichtung ein Gehäuse, das zumindest abschnittsweise doppelwandig (mit zwei Wänden) ausgeführt ist. Hierbei existieren vorzugsweise eine äußere Wand, die das Gehäuse bzw. den Behälter fluiddicht von dem Tank abtrennt, und eine innere Wand, die zumindest bereichsweise parallel zu der äußeren Wand verläuft. Vorzugsweise ist zwischen der äußeren Wand und der inneren Wand ein spaltförmi- ger Zwischenraum vorgesehen, durch welchen ein Luftstrom strömen kann. Die äußere Wand und die innere Wand sind vorzugsweise mit mindestens einem Ab- standshalteelement voneinander beabstandet. Die Abstandshalteelemente können auch eine Wärmeübertragung zwischen der inneren Wand und der äußeren Wand und der Luftströmung unterstützen. Die Abstandhalteelemente können insbeson- dere als Prallelemente wirken, auf welche die Luftströmung in dem Zwischenraum trifft und zu welchen die Luftströmung daher einen besonders guten Wärmeübergang hat. Der Apparat ist vorzugsweise so angeordnet, dass es die von dem Apparat erzeugte Luftströmung durch zumindest eine Einströmöffnung in der inneren Wand in den Zwischenraum drückt. Eine Strömungsbahn verläuft vor- zugsweise ausgehend von dem Apparat durch die zumindest eine Einströmöffnung in den Zwischenraum und anschließend ausgehend von dem Zwischenraum durch zumindest eine Ausströmöffnung zurück in einen Innenraum des Gehäuses. Dieser Innenraum wird von der inneren Wand des Gehäuses begrenzt. Eine Heizeinrichtung kann beispielsweise zwischen dem Apparat und der Einströmöffnung der inneren Wand des Gehäuses angeordnet sein, so dass die von dem Apparat geförderte Luft, direkt nachdem sie von der Heizeinrichtung aufgeheizt wurde, in den Zwischenraum gelangt und flüssiges Additiv in dem Tank, welches das Gehäuse umgibt, erwärmt. Es können also auch mehrere Heizvorrichtungen und Apparate zur Förderung der Konvektion in einem beschriebenen Behälter angeordnet sein, wobei diese jeweils partielle bzw. unabhängige Strömungen entlang unterschiedlicher Strömungsbahnen ausbilden können. Diese unterschiedlichen Strömungsbahnen können jeweils dazu eingerichtet sein, gezielt bestimmte Bereiche und/oder Funktionskomponenten innerhalb des Behälters bzw. des Gehäuses anzuströmen, um diese Bereiche und/oder Funktionskomponenten besonders schnell zu erwärmen.
Die Strömungsgeschwindigkeit der Luft entlang der Strömungsbahnen kann durch eine geeignete Gestaltung des für die Strömungsbahnen zur Verfügung stehenden Freiraums innerhalb des Gehäuses eingestellt sein. Je größer der zur Verfügung stehende freie Querschnitt ist, umso geringer ist die Strömungsgeschwindigkeit. Die Funktionskomponenten und Strömungswege sind in dem Gehäuse vorzugsweise so angeordnet, dass die von der Heizvorrichtung erzeugte Wärmeenergie (praktisch) vollständig an die Luftströmung abgegeben wird, und die Luftströmung die Wärmeenergie wiederum (praktisch) vollständig an die Funktionskom- ponenten und das Gehäuse abgibt.
Besonders bevorzugt ist ein Behälter, wobei das Gehäuse eine innere Wand und eine äußere Wand hat, die einen Zwischenraum bilden, in dem mindestens eine teilweise geschlossene Strömungsbahn für eine Konvektionsströmung ausgebildet ist.
Durch eine derartige Gestaltung von Strömungsbahnen innerhalb des Gehäuses ist eine besonders effektive Übertragung der Wärme, die von der Heizvorrichtung ausgeht, auf die Funktionskomponenten und auf das flüssige Additiv in dem Tank möglich.
Gemäß einer Weiterbildung wird auch vorgeschlagen, dass der wenigstens eine antreibbare Apparat ein Gebläse und einen damit verbundenen Gebläsemotor um- fasst. In dieser Ausführungsvariante kann der antreibbare Apparat besonders kostengünstig und technisch einfach bereitgestellt werden. So ist bspw. möglich, dass der Gebläsemotor zu den gewünschten Zeitpunkten über eine Kontrolleinheit aktiviert und (später) wieder deaktiviert wird. Das Gebläse kann bspw. eine Art Ro- tor umfassen, mit dem die Luft in dem Behälter bewegt wird. So kann das Gebläse insbesondere so ausgerichtet sein, dass die davon ausgehend bewegte Luft hin zu der Heizvorrichtung bewegt wird. Grundsätzlich können mehrere Gebläse mit einem bzw. jeweils einem Gebläsemotor bereitgestellt sein. Im Hinblick auf eine Kostenreduktion ist jedoch der Einsatz eines einzelnen Gebläses mit einem ein- zelnen Gebläsemotor bevorzugt. Ganz besonders bevorzugt ist, dass der Behälter nur einen einzelnen antreibbaren Apparat aufweist.
Weiterhin ist bevorzugt, dass die Heizvorrichtung in dem Gehäuse ein einzelnes, elektrisch betreibbares Heizelement aufweist. Ein elektrisch betreibbares Heiz- element kann ebenfalls zu vorgegebenen Zeitpunkten aktiviert und deaktiviert werden. Dies erfolgt bspw. auf Basis der Ohm' sehen Widerstandserwärmung. Ein bekanntes und hier besonders bevorzugt einzusetzendes elektrisch betreibbares Heizelemente ist ein sogenanntes PTC-Heizelement (PTC: Positive Temperature Coefficient). Die Ausgestaltungen solcher PTC-Heizelemente sind bereits lange bekannt, so dass für den Fachmann ergänzende Informationen hierzu ohne Weiteres verfügbar sind.
Als vorteilhaft wird ein Behälter angesehen, bei dem die Heizvorrichtung zumindest teilweise vollumfänglich frei in das Gehäuse hineinragt. So kann die Heizvor- richtung bspw. nach Art eines zumindest teilweise freistehenden Flanschs, einer zumindest teilweise freistehenden Säule oder dergleichen ausgebildet sein. Offensichtlich ist, dass ein solches Heizelement zumindest mit dem Behälterboden und/oder dem Gehäuse verbunden ist, um eine sichere Positionierung der Heizvorrichtung auch unter hoher dynamischer Beanspruchung (wie z. B. im Fahrbe- trieb im Kraftfahrzeug) standzuhalten. Ebenso werden über diesen Kontakt Stromleitungen, Steuerleitungen und dergleichen verwirklicht. Die zumindest teilweise vollumfänglich frei in das Gehäuse hineinragende Ausgestaltung des Heizelements erlaubt jedoch, dass die von dem antreibbaren Apparat hin zur Heizvorrichtung bewegte Luft großflächig das Heizelement beströmen und/oder sogar umströmen kann. Dadurch ist ein intensiver Kontakt der im Behälter befindlichen Luft mit der Heizvorrichtung ermöglicht, so dass diese rasch Wärme aufnehmen und anschließend verteilt werden kann. Vorzugsweise sind mindestens 50 % der Umfangsfläche der Heizvorrichtung frei von Einbauten, so dass ein direkter Kontakt hin zur Umgebungsluft im Behälterraum ermöglicht ist. Dieser Anteil kann bevorzugt auch mindestens 60 % oder sogar mindestens 80 % betragen.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, in dem Behälter zusätzlich eine Mehrzahl von Funktionskomponenten zur Förderung des flüssigen Additivs aus dem Tank und durch den Behälter vorzusehen. In diesem Fall dient der Behälter insbesondere zur Aufnahme eines Fördermoduls und/oder Dosiermoduls für das flüssige Ad- ditiv. Dabei kann das Fördermodul oder Dosiermodul zu vorgegebenen Zeitpunkten und/oder in vorgegebenen Mengen flüssiges Additiv aus dem Tank entnehmen und über den Behälter aus dem Tank herausführen. Beispiele für solche Funktionskomponenten sind: Eine Förderleitung, ein Zulauf (z. B. Teilabschnitt der Förderleitung, über den das flüssige Additiv aus dem Tank hin zu einer Pumpe geför- dert wird), ein Ablauf (z. B. ein Teil der Förderleitung, mit dem das flüssige Abgas von einer Pumpe aus dem Behälter herausgeführt wird), ein Rücklauf (z. B. ein Teil der Förderleitung, mit dem im Behälter befindliches flüssiges Additiv wieder zurück in den Tank geführt wird), eine Pumpe, ein Filter, ein Sensor, eine Kontrolleinheit und ähnliches. Insbesondere ist der Behälter so konzipiert und eingerichtet, dass mittels des antreibbaren Apparats eine Luftströmung generiert wird, die zunächst vorbei an der Heizvorrichtung führt und anschließend mindestens eine Mehrzahl der Funktionskomponenten im Behälter beströmt, so dass diese die mit dem Luftstrom mitgeführte Wärme zumindest teilweise aufnehmen können. Folglich werden diese Funktionskomponenten mittels Konvektion in dem Gehäuse erwärmt. Ganz besonders bevorzugt ist, dass das Gehäuse zumindest teilweise aus Kunststoff besteht. Die Verwendung eines Kunststoff-Gehäuses hat den Vorteil, dass die Herstellungskosten reduziert und Gewicht eingespart werden kann. Bei dem hier vorgeschlagenen Behälter ist zudem zu berücksichtigen, dass die Verteilung von Wärme innerhalb des Behälters aufgrund von Konvektion nicht mehr zwingend erforderlich macht, dass viele Wärmebrücken zur Wärmeleitung innerhalb des Behälters gebildet sind.
Als vorteilhaft wird auch angesehen, dass das Gehäuse mindestens eine innere Rippe aufweist. Gegebenenfalls können auch mehrere Rippen vorgesehen werden. Die Rippe ist insbesondere als (passive) Heizrippe ausgeführt und dient somit insbesondere der intensiven Kontaktierung der erwärmten Luft. Die Rippe kann zur Aufnahme von Wärme durch Konvektion eingerichtet sein und diese Wärme ggf. auch in andere Bereiche des Gehäuses weiterleiten. Die Rippe ist von der Gehäuseinnenwand hervorstehend, also insbesondere in den Freiraum des Behälters hineinragend, ausgeführt. Die Rippe könnte auch als Flügel, Steg, Vorsprung oder dergleichen bezeichnet werden, wobei die Oberfläche um ein Vielfaches größer als der Querschnitt ist. Orientierung, Form und/oder Material der Rippe können zweckgebunden angepasst sein.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Rippen entsprechend der Strömungsrichtung der Luft in dem Gehäuse ausgerichtet sind. Die Rippen sollten insbesondere parallel zur Strömungsrichtung verlaufen, so dass einerseits ein besonders guter Wärmeübergang zwischen den Rippen und der Luft erreicht wird, und anderer- seits der durch die Rippen verursachte Strömungswiderstand möglichst niedrig ist. Die Rippen sollten insbesondere parallel zu der Strömungsrichtung der Luft bzw. der Konvektion ausgerichtet sein. Dies kann beispielsweise durch Rippen an dem Gehäuse erreicht werden, die sich zumindest abschnittsweise kreisförmig entlang der der Innenseite des (zylinderförmigen) Gehäuses erstrecken. Wenn die Luft (angetrieben durch den Apparat) gemäß einer Strömungsbahn zirkuliert, die zumindest abschnittweise entlang der Innenseite des Gehäuses verläuft, ist ein be- sonders guter Wärmeübergang zwischen der Luft und Rippen an der Innenseite des Gehäuses möglich. Gleichzeitig können derartige kreisförmige Rippen Abschnitte einer Strömungsbahn für die Luft durch das Gehäuse ausbilden. Die Strömung wird durch die Rippen entlang der Wand des Gehäuses geführt.
Die Rippen vergrößern die (innere) Oberfläche des Gehäuses und erleichtern so den Wärmetransport von innen nach außen. Die Rippen können aus einem Material mit besonders guter Wärmeleitfähigkeit gefertigt sein. Insbesondere ist es möglich, dass die Rippen aus einem anderen Material gefertigt sind als das weite- re Gehäuse. Außerdem ist es möglich, dass die Rippen sich durch das Gehäuse hindurch erstrecken und hin zu einer Außenseite des Gehäuses in einen Tank für das flüssige Additiv führen, wobei die Rippen eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit haben. Solche Rippen können Wärme besonders gut in das flüssige Additiv in dem Tank übertragen.
Darüber hinaus wird hier noch ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das einen Tank zur Speicherung eines flüssigen Additivs aufweist. Der Tank hat eine Tankwand, die ein Tankvolumen bildet bzw. begrenzt. Weiterhin weist das Kraftfahrzeug eine Abgasanlage mit einer Zugabevorrichtung für das flüssige Additiv auf. Zu- dem ist ein hier vorgeschlagener Behälter in die Tankwand eingesetzt, wobei darin eine Mehrzahl von Funktionskomponenten zur Förderung des flüssigen Additivs aus dem Tank, durch den Behälter hin zur Zugabevorrichtung vorgesehen ist. Damit ist das Kraftfahrzeug insbesondere zur Durchführung der eingangs geschilderten Verfahren zur Abgasnachbehandlung eingerichtet. Die hier vorgeschlagene Systemlösung mit einer kostengünstigen und effizienten Heizung für den Behälter, die Funktionskomponenten und/oder den Tank ist hier besonders hervorzuheben.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Fi- guren näher erläutert. Es sei darauf hingewiesen, dass die in den Figuren veranschaulichten Ausführungsvarianten die Erfindung nicht beschränken sollen. Ins- besondere können die in den Figuren gemeinsam dargestellten und erläuterten Merkmale auch getrennt voneinander betrachtet werden und/oder mit anderen (einzelnen) Merkmalen anderer Figuren kombiniert werden, soweit dies technisch nicht möglich ist bzw. nachfolgend nicht explizit auf die Zusammengehörigkeit von Merkmalen als zwingend hingewiesen wird. Demnach ergibt sich dem Fachmann eine Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten der in den Figuren schematisch und beispielhaft dargestellten Erfindung.
Es zeigen:
Fig. 1 : eine teilperspektivische Darstellung eines Behälters,
Fig. 2: eine schematische Schnittansicht eines Tanks mit einem Behälter, Fig. 3 : eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit Tank und Abgasanlage,
Fig. 4: einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsvariante eines Gehäuse für einen Behälter,
Fig. 5: einen schematischen Schnitt durch eine weitere Ausführungsvariante eines Gehäuses für einen Behälter,
Fig. 6: einen schematischen Schnitt durch noch eine weitere Ausführungsvari- ante eines Gehäuses für einen Behälter, und
Fig. 7: einen schematischen Schnitt durch noch eine weitere Ausführungsvariante eines Gehäuses für einen Behälter.
Demnach zeigt Fig. 1 einen Behälter 1, der bspw. in einen Tank zur Speicherung des Reduktionsmittels, wie Harnstoff-Wasser-Lösung, eingesetzt werden kann. Der Behälter 1 umfasst hierbei ein topfähnliches, im Querschnitt rundes Gehäuse 4, das die Umfangsfläche und den Deckel ausbildet. Unten wird der Behälter 1 von einem Behälterboden 20 abgeschlossen, wobei der Behälterboden 20 bspw. als separates Bauteil ausgeführt sein kann, das lösbar oder unlösbar mit dem rest- liehen (topfförmigen) Gehäuse 4 verbunden ist. Im Inneren dieses Behälters 1 wird der sogenannte Behälterraum von verschiedenen Funktionskomponenten 10 zur Förderung des flüssigen Additivs aus dem Tank durch den Behälter 1 teilweise ausgefüllt. Diese Funktionskomponenten 10 sind hierbei gestrichelt dargestellt, um anzudeuten, dass diese optional einzeln oder in beliebiger sinnvoller Kombi- nation miteinander im Behälterfreiraum 25 angeordnet sein können.
In dem Behälterraum ist hier beispielhaft ein Fördermodul oder Dosiermodul angedeutet. So wird das flüssige Additiv über einen Zulauf 17 aus dem Tank entnommen. Dies kann durch eine entsprechende Saugwirkung der daran angeschlos- senen Pumpe 21 erfolgen. Ausgehend von der Pumpe setzt sich die Förderleitung 16 fort bis hin zu einem Ventil 29. Von diesem Ventil 29 kann bedarfsgerecht vorbestimmt werden, ob das flüssige Additiv, das nun unter Druck steht, weiter zu einem Ablauf 18, bspw. hin zu einer Abgasanlage, und/oder hin zu einem Rücklauf 19 gefördert wird, über den das flüssige Additiv nun wieder in den Tank einleitbar ist. Für den kontrollierten Betrieb dieses Fördermoduls oder Dosiermoduls kann eine Kontrolleinheit 24 vorgesehen sein, die über hier angedeutete Signalleitungen den Betrieb der Pumpe, des Ventils und/oder weitere Funktionskomponenten reguliert. Diese Kontrolleinheit 24 kann diesen Betrieb auch in Abhängigkeit von einem oder mehreren Sensoren 23 abhängig vorneh- men. So können als Sensor 23 bspw. ein Drucksensor für den Druck des flüssigen Additivs in der Förderleitung 16 und/oder ein Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur des flüssigen Additivs in der Förderleitung 16 und/oder zur Bestimmung der Temperatur einer Funktionskomponente bzw. im Behälter freiraum 25 eingesetzt werden. Zentral dargestellt ist zudem eine einzelne Heizvorrichtung 5, die hier nach Art eines elektrisch betreibbaren Heizelements 9 (z. B. einem PTC-Heizelement) ausgeführt ist. Das elektrisch betreibbare Heizelement 9 kann in dieser Ausführungsvariante ebenfalls bedarfsgerecht von der Kontrolleinheit 24 aktiviert und deakti- viert werden. Gut zu erkennen ist, dass das elektrisch betreibbare Heizelement 9 überwiegend vollumfänglich frei in das Gehäuse 4 hineinragt, so dass hier eine Luftströmung (angedeutet durch die Pfeile) gut mit dem elektrisch betreibbaren Heizelement 9 in Kontakt gebracht werden kann. Um nun eine Konvektion und damit eine Verteilung der im Gehäuse 4 befindlichen Luft zu erreichen, ist weiter ein antreibbarer Apparat 6 vorgesehen, der hier beispielhaft mit einem Gebläse 7 und einem dazu gehörigen Gebläsemotor 8 ausgeführt ist. Auch hierbei ist möglich, dass die Kontrolleinheit 24 bedarfsgerecht bzw. zu vorgegebenen Zeitpunkten das Gebläse 7 über den Gebläsemotor 8 an- treibt bzw. ruhigstellt.
Die Funktion ist nun insbesondere so, dass während des Betriebs des Apparats 6 die im Behälterfreiraum 25 befindliche Luft hin zu dem Heizelement 9 bewegt wird, was durch einen vertikal gemusterten Pfeil angedeutet ist. Beim Kontakt der Luftströmung mit der Heizvorrichtung 5 wird die Luft erwärmt und kann dann hin zu entfernt liegenden Bereichen des Gehäuses 4 und/oder einer bzw. mehreren Funktionskomponenten 10 zugeleitet werden. Hierfür können in/an der Heizvorrichtung 5 und/oder in dem Behälterfreiraum 25 Strömungsleitelemente 28 (Leitbleche oder dergleichen) vorgesehen sein, um eine gerichtete Verteilung bzw. Förderung von Konvektion in dem Behälter 1 zu realisieren. Der von dem antreibbaren Apparat 6 generierte Luftstrom kann beliebig aufgeteilt und in verschiedene Richtungen weitergeleitet werden. Die erwärmte Luftströmung ist ebenfalls durch Pfeile dargestellt, die eine horizontale Musterung aufweist. Fig. 2 zeigt schematisch einen Tank 2 zur Speicherung des flüssigen Additivs 3. Der Tank 2 ist durch eine Tankwand 13 gebildet, die bspw. aus Kunststoff gefer- tigt ist. Die Tankwand 13 begrenzt das so genannte Tankvolumen 12. Die Tankwand 13 weist weiter eine Öffnung 30 auf, hier im Bereich des Bodens, wobei dort der Behälter 1 eingesetzt und fluiddicht mit der Tankwand 13 verbunden ist. Damit erstreckt sich ein Großteil des Gehäuses 4 des Behälters 1 in das Tank- volumen 12 des Tanks 2 hinein. Um den Behälter 1 ist ein (zylindrischer) Filter 22 vorgesehen, wobei die Funktionskomponenten 10 das Additiv 3 in einem Bereich des Tanks 2 abziehen, in dem (praktisch nur) gefiltertes Additiv 3 vorliegt. Grundsätzlich kann der Filter 22 auch in den Behälter bzw. die darin befindliche Förderleitung integriert sein.
Fig. 2 lässt auch erkennen, dass mehrere Heizvorrichtungen 5 im Behälter 1 angeordnet sein können. Diese sind hier bspw. flächig nach Art von Streifen an der Innenseite des Gehäuses und/oder einer Funktionskomponente positioniert. Weiter ist hier beispielhaft veranschaulicht, dass ein einzelner antreibbarer Apparat 6 so in dem Behälter angeordnet und eingerichtet ist, dass dieser eine Luftströmung über mehrere Heizvorrichtungen 5 bewirkt.
Schematisch veranschaulicht sind in Fig. 2 auch mehrere Rippen 33 nach Art einer (passiven) Heizrippe, die der intensiven Kontaktierung der erwärmten Luft dient. Die Rippen 33 sind beispielsweise verteilt an der Innenseite des Gehäuses 4 angeordnet, insbesondere konzentriert an der Stelle, auf die die von dem Gebläse 7 erwärmte Luft gerichtet ist.
Fig. 3 zeigt nun noch ein Kraftfahrzeug 11, bspw. einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen, wobei das von einer Verbrennungskraftmaschine 27, insbesondere einem Diesel-Motor, erzeugte Abgas entlang einer Abgasströmungsrichtung 31 durch eine Abgasanlage 14 hindurchgeführt wird. Insbesondere zur Durchführung des sogenannten S CR- Verfahrens wird dem Abgas (fein verteilt bzw. mit einem Fördergas) das flüssige Additiv zugegeben. Ist eine ausreichende Verteilung des Additivs im Abgas und/oder eine ausreichende Umwandlung von Harnstoff- Wasser-Lösung in Ammoniak realisiert, wird dieses Gemisch einer ge- eigneten Abgasnachbehandlungseinheit (wie einem SCR-Katalysator) 26 zugeführt. Dieser kann bspw. nach Art eines beschichteten Wabenkörpers ausgeführt sein. Dieser kann insbesondere mit einer geeigneten Beschichtung versehen sein. Beim Durchströmen des Additiv-Abgasgemischs durch den Katalysator 26 kön- nen die gewünschten chemischen und/oder thermischen Vorgänge motiviert werden.
Das flüssige Additiv wird dabei in einem Tank 2 gespeichert und mittels der in dem Behälter 1 vorgesehenen Funktionskomponente(n) und über eine geeignete Förderleitung 16 hin zu der Zugabevorrichtung 15 dosiert zugegeben. Die Menge und/oder der Zeitpunkt der Zugabe kann von einer Steuerung 32 vorgegeben werden, wobei hierbei insbesondere Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 27, der Abgasanlage 14 und/oder des Fördersystems (Tank, Behälter, Förderleitung, Zugabevorrichtung, etc.) erfolgen. Die Dosierung kann über die Funk- tionskomponenten des Behälters 1 und/oder der Zugabevorrichtung 15 erfolgen.
Die. Fig. 4 zeigt einen waagerechten Schnitt durch ein Gehäuse 4 für einen Behälter 1. Schematisch dargestellt ist der Apparat 6 in dem Gehäuse 4, mit dem die Konvektion in dem Gehäuse 4 gefördert werden kann. Gemäß der Konvektion bilden sich durch den Betrieb des Apparates 6 in dem Gehäuse 4 Luftströmungen aus, die gemäß den geschlossenen Strömungsbahnen 41 zirkulieren. Diese Strömungsbahnen 41 verlaufen zumindest abschnittsweise an einer Wand des Gehäuses 4 entlang. Die Luftströmung ist so in direktem Wärmeaustausch mit dem Gehäuse 4. In dem Gehäuse 4 ist ein erstes Umlenkmittel 42 angeordnet, welches die Strömungsbahnen 41 von dem Gehäuse 4 weg in einen Innenraum 44 des Gehäuses 4 lenkt (erste Umlenkstelle 45). In diesem Innenraum können auch hier nicht dargestellte Funktionskomponenten angeordnet sein. Die Strömungsbahnen 41 verlaufen ausgehend von dem ersten Umlenkmittel 42 durch den Innenraum 44 und werden anschließend mit dem zweiten Umlenkmittel 43 zurück an das Ge- häuse 4 gelenkt (zweite Umlenkstelle 46), so dass sich die Strömungsbahnen 41 als in sich geschlossene Bahnen ergeben. Im Bereich des Innenraums 44 verlaufen die Strömungsbahnen 41 an einem Apparat 6 vorbei, welcher die Konvention bzw. die Luftströmung fördert bzw. antreibt. Der Apparat 6 umfasst ein Gebläse 7 und einen Gebläsemotor 8, der das Gebläse 7 antreibt. Außerdem verlaufen die Strömungsbahnen 41 im Innenraum 44 entlang einer Heizvorrichtung 5. Die Heizvorrichtung 5 kann ein elektrisch beheizbares Heizelement 9 und zusätzliche Heizungsrippen 34 umfassen, über welche die Wärme des Heizelementes 9 abgegeben wird. Die Heizvorrichtung 5 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass ein guter Wärmeübergang zu der Luftströmung besteht und beim Umströmen der Heizvorrichtung 5 gleichzeitig ein möglichst geringer Strömungswiderstand auftritt. Vor- zugsweise drückt der Apparat 6 die Luftströmung unmittelbar auf die Heizvorrichtung 5, ohne das hierzwischen eine Umlenkung der Luftströmung vorgesehen ist. Dies verbessert den Wärmeübergang.
Die. Fig. 5 zeigt einen waagerechten Schnitt durch eine weitere Ausführungsvari- ante eines Gehäuses 4 für einen Behälter 1. Bei dieser Ausführungsvariante sind in dem Gehäuse 4 ebenfalls zwei Strömungsbahnen 41 vorgesehen, die mit Hilfe eines ersten Umlenkmittels 42 und eines zweiten Umlenkmittels 43 entsprechend den in Fig. 4 dargestellten Strömungsbahnen durch das Gehäuse 4 geführt sind. Um Platz im Innenraum 44 des Gehäuses 4 zu sparen, sind gemäß der Fig. 5 zwei Apparate 6 vorgesehen, die jeweils ein Gebläse 7 und einen Gebläsemotor 8 umfassen und an den Abschnitten der Strömungsbahnen 41 an der Wand des Gehäuses 4 angeordnet sind. Die Heizvorrichtung 5 ist als Prallelement ausgeführt, auf welches die Apparate 6 die Luftströmung drücken. Die Heizvorrichtung 5 weist ein elektrisch betreibbares Heizelement 9 und Heizungsrippen 34 auf, welche die von dem elektrisch betreibbaren Heizelement 9 produzierte Wärme verteilen. Zumindest das erste Umlenkmittel 42 oder das zweite Umlenkmittel 43 können als Baueinheit zusammen mit der Heizvorrichtung 5 ausgeführt sein.
Fig. 6 zeigt einen senkrechten schematischen Schnitt durch ein Gehäuse 4 für ei- nen Behälter 1. Dieses Gehäuse 4 weist auf seiner Innenseite (z. B. im Wesentlichen horizontale und/oder wendeiförmig verlaufende) Rippen 33 auf, die die Strömungsbahnen 41 begrenzen, welche durch das Gehäuse 4 entlang der Wandung des Gehäuses 4 verlaufen. Diese Rippen 33 richten die Strömungsbahnen 41 entlang der Wandung des Gehäuses 4 aus. Außerdem sorgen die Rippen 33 für einen verbesserten Wärmeübergang zwischen der Luft, welche entlang der Strö- mungsbahnen 41 zirkuliert, und dem Gehäuse 4.
Die. Fig. 7 zeigt einen waagerechten Schnitt durch eine andere Ausführungsvariante eines Gehäuses 4 für einen Behälter 1. Bei dieser Ausführungsvariante besteht das Gehäuse 4 aus einer inneren Wand 38 und einer äußeren Wand 39. Die äußere Wand 39 schließt das Gehäuse 4 fluiddicht ab und steht mit ihrer Außenseite in Kontakt zu dem flüssigen Additiv (wie Harnstoff- Wasser-Lösung), wenn das Gehäuse 4 in einen Tank eingesetzt ist. Die innere Wand 38 und die äußere Wand 39 sind voneinander beabstandet, so dass zwischen der inneren Wand 38 und der äußeren Wand 39 ein Zwischenraum 40 existiert. Es können Abstandshal- teelemente 35 vorgesehen sein, die die innere Wand 38 und die äußere Wand 39 zueinander positionieren und ggf. auch zur Ausbildung von Strömungsbahnen dienen. Die innere Wand 38 kann teilweise unterbrochen sein, so dass durchlässige Verbindungen von dem Zwischenraum 40 in den Innenraum 44 des Gehäuses 4 existieren. In dem Gehäuse 4 ist ein Apparat 6 mit einem Gebläse 7 und einem Gebläsemotor 8 angeordnet. Dieser Apparat 6 ist dazu eingerichtet eine Luftströmung aus dem Innenraum 44 anzusaugen und in den Zwischenraum 40 zu führen. Hierfür weist die innere Wand 38 eine Einströmöffnung 36 auf. Die Luftströmung wird ausgehend von dem Apparat 6 durch die Einströmöffnung 36 und den Zwischenraum 40 geführt und verlässt den Zwischenraum 40 wieder an zumindest einer Ausströmöffnung 37 in der inneren Wand 38. Durch den Innenraum 44 gelangt die Luftströmung dann wieder zu dem Apparat 6. So ist eine Strömungsbahn 41 durch das Gehäuse gebildet. Zwischen dem Apparat 6 und der Einströmöffnung 36 ist eine Heiz Vorrichtung 5 angeordnet an welcher die Luftströmung gemäß der Strömungsbahn 41 entlang strömt. Die Heizvorrichtung 5 kann ein elektrisch betreibbares Heizelement 9 und Heizungsrippen 34 umfassen, welche die von dem elektrisch betreibbaren Heizelement 9 produzierte Wärme effektiv an die Luftströmung weiter geben. An der Außenseite des Gehäuses 4 sind Rippen 33 vorgesehen, über die die Wärme der an das flüssige Additiv in einem Tank übertragen werden kann. Die hier dargestellten Ausführungsvarianten zeigen bevorzugte Kombinationen von technischen Merkmalen, die so aber nicht zwingend miteinander kombiniert werden müssen. Soweit dies vorstehend nicht explizit angegeben ist, können die technischen Merkmale aus einer Figur extrahiert und für den Fachmann problemlos mit anderen Konzepten / Ausführungsvarianten kombiniert werden. Dies trifft insbesondere hinsichtlich der Ausgestaltung/ Anordnung/ Anzahl der Apparate, Strömungsbahnen, Gehäuse und Wärmetransportmaßnahmen (Rippen etc.) zu.
Damit löst die Erfindung die eingangs gestellte Aufgabe, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbe- sondere wurde ein Behälter für einen Tank zur Speicherung eines flüssigen Additivs wie Harnstoff- Wasser-Lösung angegeben, der eine kostengünstige, einfache und effiziente Erwärmung ermöglicht. Weiterhin wurde auch eine besonders vorteilhafte und platzsparende Integration eines Heizsystems in ein Kraftfahrzeug aufgezeigt.
Bezugszeichenliste
1 Behälter
2 Tank
3 Additiv
4 Gehäuse
5 Heizvorrichtung
6 Apparat
7 Gebläse
8 Gebläsemotor
9 elektrisch betreibbares Heizelement
10 Funktionskomponente
1 1 Kraftfahrzeug
12 Tankvolumen
13 Tankwand
14 Abgasanlage
15 Zugabevorrichtung
16 Förderleitung
17 Zulauf
18 Ablauf
19 Rücklauf
20 Behälterboden
21 Pumpe
22 Filter
23 Sensor
24 Kontrolleinheit
25 Behälterfreiraum
26 Abgasnachbehandlungseinheit
27 Verbrennungskraftmaschine
28 Strömungsleitelement Ventil
Öffnung
Abgasströmungsrichtung
Steuerung
Rippe
Heizungsrippe
Abstandshalteelement
Einströmö ffnung
Ausströmöffnung innere Wand
äußere Wand
Zwischenraum
Strömungsbahn erstes Umlenkmittel zweites Umlenkmittel
Innenraum
erste Umlenkstelle zweite Umlenkstelle

Claims

Patentansprüche
Behälter (1) für einen Tank (2) zur Speicherung eines flüssigen Additivs (3), umfassend ein Gehäuse (4) mit einer Heizvorrichtung (5), wobei wenigstens ein antreibbarer Apparat (6) zur Förderung von Konvektion in dem Gehäuse (4) vorgesehen ist.
Behälter (1) nach Patentanspruch 1, wobei der wenigstens eine antreibbare Apparat (6) ein Gebläse (7) und einen damit verbundenen Gebläsemotor (8) umfasst.
Behälter (1) nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Heizvorrichtung (5) in dem Gehäuse (4) ein einzelnes, elektrisch betreibbares Heizelement (9) aufweist.
Behälter (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Heizvorrichtung (5) zumindest teilweise vollumfänglich frei in das Gehäuse (4) hineinragt.
Behälter (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei in dem Behälter (1) zusätzlich eine Mehrzahl von Funktionskomponen- ten (10) zur Förderung des flüssigen Additivs (3) aus dem Tank (2) und durch den Behälter (1) vorgesehen ist.
Behälter (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Gehäuse (4) zumindest teilweise aus Kunststoff besteht.
Behälter (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Gehäuse (4) mindestens eine innere Rippe (33) aufweist.
Behälter (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Gehäuse (4) eine innere Wand (38) und eine äußere Wand (39) hat, die ei- nen Zwischenraum (40) bilden, in dem mindestens eine teilweise geschlossene Strömungsbahn (41) für eine Konvektionsströmung ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug (11), aufweisend einem Tank (2) zur Speicherung eines flüssigen Additivs (3) mit einer ein Tankvolumen (12) bildenden Tankwand (13) und einer Abgasanlage (14) mit einer Zugabevorrichtung (15) für das flüssige Additiv (3), wobei ein Behälter (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche in die Tankwand (13) eingesetzt ist und darin eine Mehrzahl von Funktionskomponenten (10) zur Förderung des flüssigen Additivs (3) aus dem Tank (2), durch den Behälter (1) hin zur Zugabevorrichtung (15) vorgesehen ist.
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