DE102009024965B4

DE102009024965B4 - Befülleinrichtung

Info

Publication number: DE102009024965B4
Application number: DE102009024965.6A
Authority: DE
Inventors: Torsten Kemter; Dany Dietel
Original assignee: Duerr Somac GmbH
Current assignee: Duerr Somac GmbH
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2021-03-18
Anticipated expiration: 2029-06-13
Also published as: DE102009024965A1

Abstract

Befülleinrichtung zur Befüllung von Gehäusen, Kreisläufen, Ausgleichbehältern und ähnlichen Baugruppen mit Kraft-, Schmier-, Kühl- und sonstigen Betriebsstoffen, insbesondere zur Befüllung von Behältern zur Aufnahme von wässrigen Harnstofflösungen zur Abgasnachbehandlung von Dieselmotoren, bestehend aus einem Tank mit zugeordneter Tankentlüftung, einer Füllpumpe mit zugeordneter Druckbegrenzung, zumindest einem Ventil und einem Adapter zur Verbindung mit der zu befüllenden Baugruppe am Fahrzeug, wobei die Befülleinrichtung einen Zentraltank (1) und einen Anlagentank (3) aufweist, die über jeweils eine Zuführleitung (L1) und eine Rückführleitung (L2) derart miteinander in Wirkverbindung stehen, dass der vom Zentraltank (1) befüllbare Anlagentank (3) in jedem Zeitpunkt zu mindestens fast 100% mit Betriebsstoff gefüllt ist, wobei der Zentraltank (1) als ein Erdtank ausgestaltet ist und ein Druckniveau auf atmosphärischem Niveau aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (L2) vom Anlagentank (3) zum Zentraltank (1) anlagentankseitig ein Sicherheitsventil (7) oder ein Druckbegrenzer (7) angeordnet ist und dass in diese Rückführleitung (L2) eine Entlüftung (8) vom Anlagentank (3) mündet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Befülleinrichtung zur Befüllung von Gehäusen, Kreisläufen, Ausgleichbehältern und ähnlichen Baugruppen mit Kraft-, Schmier-, Kühl- und sonstigen Betriebsstoffen, insbesondere zur Befüllung von Behältern zur Aufnahme von wässrigen Harnstofflösungen zur Abgasnachbehandlung von Dieselmotoren, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Für verschiedenartige Anwendungen müssen Behälter mit Flüssigkeiten oder Gasen gefüllt werden. Ein diesbezüglich typisches Einsatzgebiet ist die Automobilindustrie, bei der eine Befüllung von Gehäusen, Kreisläufen, Ausgleichbehältern und ähnlichen Baugruppen mit Kraft-, Schmier-, Kühl- und sonstigen Betriebsstoffen notwendig ist. Hierfür sind bereits zahlreiche technische Lösungen sowohl für eine Erstbefüllung an Fertigungslinien der Fahrzeughersteller als auch für spätere Nachbefüllungen durch den Fahrzeughalter vorgeschlagen worden.
So beschreibt DE 196 42 239 C 2 ein Verfahren zum Befüllen von Behältern mit Bremsflüssigkeit. Hierbei wird der Behälter vor einer Ersatzbefüllung mit Überdruck oder Unterdruck beaufschlagt, um die alte Bremsflüssigkeit vollständig ableiten zu können.
Aus DE 202 06 057 U1 ist eine Befülleinrichtung für einen zur Aufnahme von Flüssigkeiten bestimmten Behälter bekannt, wobei in der Befüllleitung ein zusätzliches Sicherheitsventil angeordnet ist.
In DE 199 10 331 A 1 wird ein Verfahren zur Erstbefüllung eines Kraftstoffsystems beschrieben, bei dem durch gleichzeitiges Betätigen von zumindest zwei im Fahrzeug vorgesehenen Bedienelementen eine Kraftstoffpumpe zur Befüllung betrieben wird.
Gegenstand von DE 101 64 355 A 1 ist ein Hydraulikbremssystem mit einer aufwendigen hydraulischen Schaltung, mit der eine Vorrichtung zur Erstbefüllung mit Bremsflüssigkeit frei geschaltet oder abgeschaltet wird.
Weiterhin ist aus US 1 280 855 A eine Befülleinrichtung bekannt, die einen Zentraltank mit Entlüftung, eine Füllpumpe mit Druckbegrenzung, mehrere Ventile und einen Adapter zur Verbindung mit einem zu befüllenden Anlagentank aufweist. Der Zentraltank und der Anlagentank stehen über eine Zuführleitung und eine Rückführleitung derart miteinander in Wirkverbindung, dass der Anlagentank zu jedem Zeitpunkt mindestens auf einem bestimmten Füllstand mit Betriebsstoff gefüllt ist. Der Zentraltank ist als ein Erdtank ausgestaltet und weist ein Druckniveau auf atmosphärischem Niveau auf.
Die benannten technischen Lösungen sind grundsätzlich zur Handhabung konventioneller Betriebsstoffe für Kraftfahrzeuge geeignet. Probleme ergeben sich allerdings durch zunehmend höhere Befülldrücke und kürzere Befüllzeiten sowie durch die Verwendung von neuartigen Betriebsstoffen. So sind die Automobilhersteller aus Umweltaspekten, beispielsweise unter Beachtung der zunehmenden globalen Erwärmung veranlasst, den Schadstoffausstoß der Verbrennungsmotoren weiter zu reduzieren.
Ein diesbezüglich interessanter Lösungsansatz ist die Nachbehandlung der Abgase von Dieselmotoren innerhalb eines Katalysators. Dabei kann der Ausstoß von Stickoxiden (NO_x) durch selektive katalytische Reduktion um etwa 90% reduziert werden. Das hierfür verwendete Katalyt - eine synthetisch hergestellte wässrige Harnstofflösung - ist ein Verbrauchsmedium. Diese Harnstofflösungen, die u.a. unter den Bezeichnungen „AdBlue“, „Urea“ und „AUS 32“ bekannt sind, werden im Unterschied zu konventionellen Additiven nicht dem Kraftstoff zugemischt, sondern aus einem separaten Behälter unmittelbar in den Abgasstrom eingespritzt. Dabei wird die Harnstofflösung während der Endmontage beim Automobilhersteller erstmals befüllt und im späteren Nutzungszyklus des Kraftfahrzeuges innerhalb definierter Serviceintervalle regelmäßig nachgefüllt.
Die gegenwärtig eingesetzten Befülleinrichtungen für wässrige Harnstofflösungen sind als volumetrische Befüllsysteme ausgestaltet, mit denen fahrzeugabhängig eine vordefinierte Menge in einen im Fahrzeug integrierten Behälter gefüllt wird. Der Aufbau dieser Anlagen gliedert sich üblicherweise in die Hauptkomponenten belüfteter Tank, Füllpumpe mit Druckbegrenzung, Durchflussmessgerät, Ventile und Fahrzeugadaption. Mit derartigen Befüllsystemen werden jedoch die spezifischen Eigenschaften der Harnstofflösung nicht ausreichend berücksichtigt. Die wässrige Harnstofflösung ist eine Flüssigkeit, die sehr hohe Ansprüche an das Handling stellt. So tritt unter dem Einfluss von Umgebungsluft innerhalb kürzester Zeit ein Verdunsten der Wasseranteile und eine Kristallbildung auf, die hochgradig korrosive Eigenschaften aufweist. Weiterhin beginnt oberhalb von 60°C der chemischphysikalische Prozess der Hydrolyse, bei dem Ammoniak freigesetzt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Befülleinrichtung zur Befüllung von Gehäusen, Kreisläufen, Ausgleichbehältern und ähnlichen Baugruppen mit Kraft-, Schmier-, Kühl- und sonstigen Betriebsstoffen zu schaffen, mit der konstante Umgebungsbedingungen für den Betriebsstoff gewährleistet werden, in deren Folge eine qualitative Beeinträchtigung der zu befüllenden Betriebsstoffe (insbesondere wässrige Harnstofflösungen) vermieden wird.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem in der Rückführleitung vom Anlagentank zum Zentraltank anlagentankseitig ein Sicherheitsventil oder ein Druckbegrenzer angeordnet ist und indem in diese Rückführleitung eine Entlüftung vom Anlagentank mündet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen, deren technische Merkmale in einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.
Indem der Betriebsstoff, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung, in einem Anlagentank bevorratet wird, der zu annähernd 100% mit dem flüssigen Medium gefüllt ist, wird eine Belüftung der Harnstofflösung mit Atmosphärenluft verhindert. Der Anlagentank wird mittels einer Pumpe in der Zentralversorgung von dem vorzugsweise als Erdtank ausgestalteten Zentraltank und einem anlagentankseitigen Eingangsventil ständig mit frischem und kühlem Medium versorgt.
Damit der Druck im Anlagentank nicht unzulässig ansteigt, wird auftretender Überdruck durch ein Ventil mit einer zugeordneten Leitung zum Erdtank zurückgeführt, wobei der Erdtank ein Druckniveau von Atmosphäre aufweist. In diese Leitung wird auch ein Entlüfter vom Anlagentank eingebunden. Somit wird erreicht, dass zu keinem Zeitpunkt Gasphasen im Anlagentank auftreten. Über diese, in zwei Richtungen wirksam werdende Leitung werden auch eventuelle Ausdunstungen von Ammoniak zurück zum Erdtank geführt.
Die eigentliche Füllstrecke der Befülleinrichtung, beginnend an einer Pumpe mit einer Überdruckabsicherung bis hin zu einem Adapter-Füllventil, ist so ausgeführt, dass sie ausgehend vom Anlagentank einen geschlossenen Kreislauf wieder zurück zum Anlagentank bildet. Somit kann die Füllpumpe ständig im drucklosen Umlauf arbeiten und die wässrige Harnstofflösung in Bewegung halten.
Der Anlagentank kann zusätzlich mit einem Temperaturfühler ausgestattet werden, der die Temperatur im Tank überwacht und den Umlauf zwischen Erdtank und Anlagentank steuert. Damit kann gewährleistet werden, dass die wässrige Harnstofflösung stets unterhalb der Solltemperatur bevorratet und der Verlustwärmeeintrag durch die Füllpumpe kompensiert wird.
Die erfindungsgemäße Befülleinrichtung ist für verschiedenartige Füllanlagen geeignet. Eine bevorzugte Anwendung ist die Befüllung von Behältern zur Abgasnachbehandlung von Dieselmotoren mit wässrigen Harnstofflösungen. Dabei werden konstante Umgebungsbedingungen gewährleistet, in deren Folge eine qualitative Beeinträchtigung der zu befüllenden wässrigen Harnstofflösung oder ähnlicher Stoffe vermieden wird. Hierfür ist ein lediglich geringer energetischer Aufwand notwendig. Gleichzeitig kann auf zusätzliche Kühlkreisläufe und Tankbelüftungsfilter verzichtet werden.
Folglich sind als wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Befülleinrichtung eine mediengerechte Behandlung der wässrigen Harnstofflösung und artverwandter Stoffe während der Befüllung sowie eine hohe Prozesssicherheit bei geringem Energieeinsatz zu nennen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Die in der Zeichnung dargestellte Befülleinrichtung ist zur Befüllung von Gehäusen, Kreisläufen, Ausgleichbehältern und ähnlichen Baugruppen mit Kraft-, Schmier-, Kühl- und sonstigen Betriebsstoffen geeignet. Eine bevorzugte Anwendung ist beispielsweise die Befüllung von Behältern zur Aufnahme von wässrigen Harnstofflösungen für eine Abgasnachbehandlung von Dieselmotoren.
Diese Befülleinrichtung weist einen Zentraltank 1 und einen Anlagentank 3 auf. Der Zentraltank 1 ist vorzugsweise als ein Erdtank ausgestaltet. Die entsprechende Anordnung des Zentraltanks 1 ist in der Zeichnung mit einem „E“ bezeichnet, wobei diese Linie „E“ die Oberfläche des Erdbodens stilisiert darstellen soll. Der Zentraltank 1 weist ein Druckniveau auf atmosphärischem Niveau auf.
Der Zentraltank 1 und der Anlagentank 3 sind über jeweils eine Zuführleitung L1 und eine Rückführleitung L2 miteinander verbunden. Die Strömungsrichtungen innerhalb von Zuführleitung L1 und Rückführleitung L2 sind - ebenso wie die Strömungsrichtungen von weiteren, noch näher zu erläuternden Leitungen - jeweils mit Pfeilen stilisiert dargestellt.
Die Wirkverbindung zwischen Zentraltank 1 und Anlagentank 3 ist so ausgestaltet, dass der Anlagentank 3 ständig zu 100% oder zumindest zu fast 100% mit Betriebsstoff gefüllt ist.
Dies wird aus der Zeichnung ersichtlich, indem der Anlagentank 3 vollständig eng schraffiert dargestellt ist, während der Zentraltank 1 lediglich teilweise gefüllt und deshalb nur teilweise eng schraffiert dargestellt ist.
In der Zuführleitung L1 vom Zentraltank 1 zum Anlagentank 3 sind zentraltankseitig eine Pumpe 2 mit Druckbegrenzungseinrichtung und anlagentankseitig ein Eingangsventil 4 angeordnet. Der Pumpe 2 ist eine Rückführleitung L3 zum Zentraltank 1 nachgeordnet.
In der Rückführleitung L2 vom Anlagentank 3 zum Zentraltank 1 ist anlagentankseitig ein Sicherheitsventil 7 oder ein Druckbegrenzer 7 angeordnet. In diese Rückführleitung L2 mündet außerdem eine Entlüftung 8 vom Anlagentank 3, wobei die zugeordnete Leitung entweder ausgehend vom Anlagentank 3 oder gerichtet zum Anlagentank 3 - also in zwei Richtungen - betrieben werden kann.
Der Zuführleitung L1, der Rückführleitung L2 und dem Anlagentank 3 ist jeweils eine Wärmeisolationen 11 zugeordnet, die in der Zeichnung linienförmig stilisiert dargestellt ist.
Die eigentliche Füllstrecke zwischen dem Anlagentank 3 und einem Adapter-Füllventil 9 als Schnittstelle zu dem zu befüllenden Behälter 12 in einem Fahrzeug ist als geschlossener Kreislauf ausgestaltet. Diese Füllstrecke umfasst eine Zuführleitung L4 mit zugeordneter Füllpumpe 5 und eine Rückführleitung L5. Dabei ist der Zuführleitung L4 eine Druckbegrenzungseinrichtung 6 zugeordnet. Ausgehend von dieser Druckbegrenzungseinrichtung 6 mündet eine Rückführleitung in den Anlagentank 3.
Der Anlagentank 3 ist außerdem mit einem Temperaturfühler 10 ausgestattet. Die von diesem Temperaturfühler 10 erfassten Parameter können zur Steuerung des Umlaufs des Betriebsstoffes zwischen dem Zentraltank 1 und dem Anlagentank 3 verwendet werden. Hierbei wird der Umlauf des Betriebsstoffes zwischen Zentraltank 1 und Anlagentank 3 so gesteuert, dass der Betriebsstoff stets mit einer Temperatur unterhalb der Solltemperatur bevorratet und der Verlustwärmeeintrag durch die Füllpumpe 5 kompensiert wird.
Die Befülleinrichtung weist drei grundlegende Komponenten auf: den vorzugsweise als Erdtank ausgeführten Zentraltank, die eigentliche Füllanlage und den Fülladapter als Schnittstelle zum Fahrzeug. Dieser modulartige Aufbau wird aus der Zeichnung ersichtlich, indem die drei entsprechenden Komponenten nochmals als Gesamtheit der jeweiligen Bauteile und Leitungen mit „A / B / C“ bezeichnet sind.
Bezugszeichenliste

1: Zentraltank / Erdtank
2: Pumpe mit Druckbegrenzungseinrichtung
3: Anlagentank
4: Eingangsventil
5: Füllpumpe
6: Druckbegrenzungseinrichtung
7: Sicherheitsventil / Druckbegrenzer
8: Entlüftung
9: Adapter-Füllventil
10: Temperaturfühler
11: Wärmeisolation
12: zu befüllender Behälter im Fahrzeug
L1: Zuführleitung vom Zentraltank zum Anlagentank
L2: Rückführleitung vom Anlagentank zum Zentraltank
L3: Rückführleitung von Pumpe zum Zentraltank
L4: Zuführleitung vom Anlagentank zum Adapter-Füllventil
L5: Rückführleitung vom Adapter-Füllventil zum Anlagentank
A: Komponenten Erdtank / Zentraltank
B: Komponenten Füllanlage
C: Komponenten Fülladapter / Fahrzeug
E: Oberfläche des Erdbodens

Claims

Befülleinrichtung zur Befüllung von Gehäusen, Kreisläufen, Ausgleichbehältern und ähnlichen Baugruppen mit Kraft-, Schmier-, Kühl- und sonstigen Betriebsstoffen, insbesondere zur Befüllung von Behältern zur Aufnahme von wässrigen Harnstofflösungen zur Abgasnachbehandlung von Dieselmotoren, bestehend aus einem Tank mit zugeordneter Tankentlüftung, einer Füllpumpe mit zugeordneter Druckbegrenzung, zumindest einem Ventil und einem Adapter zur Verbindung mit der zu befüllenden Baugruppe am Fahrzeug, wobei die Befülleinrichtung einen Zentraltank (1) und einen Anlagentank (3) aufweist, die über jeweils eine Zuführleitung (L1) und eine Rückführleitung (L2) derart miteinander in Wirkverbindung stehen, dass der vom Zentraltank (1) befüllbare Anlagentank (3) in jedem Zeitpunkt zu mindestens fast 100% mit Betriebsstoff gefüllt ist, wobei der Zentraltank (1) als ein Erdtank ausgestaltet ist und ein Druckniveau auf atmosphärischem Niveau aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (L2) vom Anlagentank (3) zum Zentraltank (1) anlagentankseitig ein Sicherheitsventil (7) oder ein Druckbegrenzer (7) angeordnet ist und dass in diese Rückführleitung (L2) eine Entlüftung (8) vom Anlagentank (3) mündet.
Befülleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuführleitung (L1) vom Zentraltank (1) zum Anlagentank (3) zentraltankseitig eine Pumpe (2) mit einer Druckbegrenzungseinrichtung und anlagentankseitig ein Eingangsventil (4) angeordnet ist, wobei der Pumpe (2) eine Rückführleitung (L3) zum Zentraltank (1) nachgeordnet ist.
Befülleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstrecke zwischen dem Anlagentank (3) und dem Adapter-Füllventil (9) als geschlossener Kreislauf ausgestaltet ist.
Befülleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstrecke zwischen dem Anlagentank (3) und dem Adapter-Füllventil (9) eine Zuführleitung (L4) mit zugeordneter Füllpumpe (5) und eine Rückführleitung (L5) umfasst.
Befülleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführleitung (L4) eine Druckbegrenzungseinrichtung (6) zugeordnet ist, die über eine Rückführleitung mit dem Anlagentank (3) verbunden ist.
Befülleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagentank (3) mit einem Temperaturfühler (10) ausgestattet ist.
Befülleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Temperaturfühler (10) erfassten Parameter zur Steuerung des Umlaufs des Betriebsstoffes zwischen Zentraltank (1) und Anlagentank (3) verwendet werden.
Befülleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlauf des Betriebsstoffes zwischen Zentraltank (1) und Anlagentank (3) so gesteuert wird, dass der Betriebsstoff stets mit einer Temperatur unterhalb der Solltemperatur bevorratet und der Verlustwärmeeintrag durch die Füllpumpe (5) kompensiert wird.