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Stand der Technik
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Bei Kraftfahrzeugen mit selbstzündenden Brennkraftmaschinen müssen aufgrund sich zunehmend verschärfender Abgasgrenzwerte Luftschadstoffe, wie zum Beispiel Stickoxide (NOx), im Abgasstrom weiter reduziert werden. Ein bekanntes Verfahren, das in diesem Zusammenhang zur Anwendung kommt, ist die katalytische Reduktion (s.g. "Selective Catalytic Reduction", "SCR"-Verfahren). Hierbei wird ein Reduktionsmittel mithilfe einer Pumpe aus einem Tank bis zu einem Dosiermodul im Bereich des Abgasstrangs gefördert. Das zum Eindüsen einer bestimmten Menge des Reduktionsmittels notwendige Dosiermodul ist innerhalb des Abgasstrangs in einem Bereich vor dem Katalysator, in dem die Reduktion der Stickoxide erfolgt, angeordnet. Als Reduktionsmittel kommt verbreitet eine etwa 32,5%-ige Harnstoff-Wasser-Lösung (s.g. "AdBlue®") zum Einsatz, die unterhalb von –11°C gefriert. Zum Fördern des Reduktionsmittels werden häufig Membranpumpen verwendet, die in der Regel nur eine Förderrichtung aufweisen.
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Um die notwendige Eisdruckfestigkeit des Abgasnachbehandlungssystems nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine zu gewährleisten, muss das Reduktionsmittel aus allen Bereichen, die längerfristig einer Temperatur von –11°C oder weniger ausgesetzt sind, möglichst vollständig zurückgesaugt werden. Um den Rücksaugvorgang mittels der nur in einer Richtung fördernden Membranpumpen umsetzen zu können, ist ein separates 4/2-Wegeventil erforderlich. Mehrwegeventile sind jedoch konstruktiv aufwändig aufgebaut, verschleißanfällig und demzufolge anfällig für Leckagen. Hierdurch erhöht sich der Wartungsaufwand für Abgasnachbehandlungssysteme, die mit solchen Ventilen arbeiten.
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In einem Spritzgussgehäuse sind eine Pumpe mit einem Antriebsmotor und einem Pumpenkopf zur Förderung des Reduktionsmittels, ein 4/2-Wegeventil, ein Betätigungsmagnet für das 4/2-Wegeventil, ein Filter sowie ein Rücklauf integriert. Da die Pumpe nur eine Förderrichtung aufweist, muss ein störanfälliges 4/2-Wegeventil vorgesehen sein, um den Rücksaugvorgang des Reduktionsmittels zu realisieren.
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Die
DE 10 2006 024 077 A1 offenbart ferner eine Pumpeneinheit für ein Fluidsystem und ein zugehöriges Verfahren zur Druckregelung. Ein Pumpenkopf zur Förderung des Reduktionsmittels, der zugehörige Pumpenmotor und ein Drucksensor sind zu einer Baueinheit zusammengefasst. Die Drehzahl des Pumpenmotors und damit der Förderdruck werden mittels einer Reglereinheit in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Drehzahlsollwert und dem am Pumpenauslass herrschenden Druck variiert. Diese vorbekannte Pumpeneinheit erlaubt jedoch nicht das Zurücksaugen des Reduktionsmittels zur Einleitung einer längeren Stillstandsperiode der Brennkraftmaschine.
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Die
DE 10 2008 043 309 A1 betrifft eine Membranpumpe mit einem mehrteiligen Pumpengehäuse, einem Saugventil und einem Druckventil. Eine Arbeitsmembran ist zwischen zwei Gehäuseteilen eingespannt. Zur Verbesserung der Dichtigkeit sind die äußeren Gehäuseteile laserverschweißt. Aufgrund einer bevorzugt einstückig ausgestalteten Ventilplatte, in der die Ventile mittels hochelastischer Verbindungsstege gehalten werden, wird das Herausfallen der Ventile bei der Montage verhindert. Die Membranpumpe erlaubt jedoch nur die Förderung des Reduktionsmittels in einer Richtung.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Integralfördermodul zur Versorgung eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine mit einem Reduktionsmittel, insbesondere mit einer Harnstoff-Wasser-Lösung, zur Reduktion von Stickoxiden im Abgasstrom der Brennkraftmaschine, offenbart, die eine bidirektionale Pumpe, mindestens eine Filtereinheit und mindestens einen Drucksensor aufweist.
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Erfindungsgemäß sind die Pumpe, die mindestens eine Filtereinheit, der mindestens eine Drucksensor sowie mindestens eine Drossel in einem Gehäuse zusammengefasst.
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Hierdurch ergibt sich ein kompakter und raumsparender Aufbau des erfindungsgemäßen Integralfördermoduls. Zur Schaffung eines vollständigen Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, braucht das Integralfördermodul nur noch an einen Vorratstank für das Reduktionsmittel sowie an ein Dosiermodul zum Einspritzen eines Luft-Reduktionsmittelgemisches angeschlossen zu werden. Alle weiteren, für die Funktion des Abgasnachbehandlungssystems erforderlichen hydraulischen Verbindungen sind innerhalb des Integralfördermoduls im Wesentlichen durch in das Gehäuse integrierte Kanäle realisiert.
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Eine Weiterbildung des Integralfördermoduls sieht vor, dass in das Gehäuse ein Doppelrückschlagventil integriert ist.
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Dies ermöglicht es, einen Vorratstank für das Reduktionsmittel oberhalb des Integralfördermoduls zu positionieren.
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Eine Weiterentwicklung des Integralfördermoduls sieht vor, dass ein Gehäusedeckel mindestens einen elektrischen Steckanschluss aufweist.
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Dieser Steckanschluss ist bevorzugt fluiddicht ausgeführt und ermöglicht eine einfache elektrische Integration des Integralfördermoduls in eine vorhandene Verkabelung eines Kraftfahrzeugs. Sind mehrere Steckanschlüsse vorgesehen, sind diese bevorzugt in derselben Raumrichtung orientiert, um die Anbindung an einen Kabelbaum zu erleichtern. Die Kontaktfahnen der elektrischen Steckanschlüsse werden vorzugsweise bei der Herstellung des Gehäuses und/oder des Gehäusedeckels mit eingespritzt.
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Nach Maßgabe einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Gehäuse und der Gehäusedeckel mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildet sind und der Gehäusedeckel mit dem Gehäuse thermisch gefügt, insbesondere ultraschallverschweißt ist. Die Herstellung des Gehäuses sowie des Gehäusedeckels aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial im Spritzgussverfahren führt zu einer hohen konstruktiven Gestaltungsfreiheit, was die Zusammenfassung der zahlreichen Komponenten innerhalb des Integralfördermoduls erleichtert. Darüber hinaus ist durch die Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffmaterials eine hohe Korrosionsfestigkeit gegeben. Infolge der thermischen Fügung des Gehäusedeckels mit dem Gehäuse wird die Abdichtung optimiert. Sowohl das Gehäuse als auch der Deckel aus dem thermoplastischen Kunststoffmaterial können zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Temperaturbeständigkeit mit einer Faserarmierung versehen sein. Alternativ können das Gehäuse sowie der Deckel auch mit einer Metalllegierung, insbesondere mit einer Aluminiumlegierung, im Spritzgussverfahren hergestellt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens eine Filtereinheit mit einem hohlzylindrischen Faltenfilter gebildet, wobei der Drucksensor im Bereich des Faltenfilters angeordnet ist. Der hohlzylindrische Faltenfilter bzw. der Patronenfilter verfügt über eine große Filterfläche, die nur zu geringen Druckverlusten führt und die Anordnung des Drucksensors im Bereich des Faltenfilters erlaubt die zuverlässige Erfassung der in diesem Bereich herrschenden Druckverhältnisse.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass in das Gehäuse mindestens eine Heizeinrichtung integriert ist. Hierdurch wird die notwendige Eisdruckfestigkeit im normalen "Förderbetrieb" während des Betriebs der Brennkraftmaschine bei Temperaturen von –11°C und darunter erreicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die bidirektionale Pumpe zwei Pumpenköpfe auf, und eine Förderrichtung der Pumpe ist mittels eines Hubmagneten umkehrbar.
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Hierdurch wird es möglich, mit nur einer bidirektionalen Pumpe sowohl einen "Förderbetrieb", in dem die Versorgung des Dosiermoduls mit dem Reduktionsmittel während des Betriebs der Brennkraftmaschine erfolgt, als auch eine "Rücksaugbetrieb" zu realisieren, in dem zur Vorbereitung einer längeren Stillstandzeit der Brennkraftmaschine das Reduktionsmittel mithilfe des Integralfördermoduls möglichst weitgehend aus dem Abgasnachbehandlungssystem bis in den Vorratstank zurückgeführt wird. Beide Pumpenköpfe sind vorzugsweise mit magnetisch angetriebenen Membranpumpen realisiert, die eine zuverlässige Trennung zwischen dem chemisch aggressiven Reduktionsmittel und dem Membranantrieb erlauben. Die Umschaltung zwischen dem "Förderbetrieb" und dem "Rücksaugbetrieb" erfolgt durch einen Hubmagneten.
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Im "Förderbetrieb" wird das Reduktionsmittel ausgehend von einem Vorratstankanschluss zu einem Dosiermodulanschluss gefördert, während im "Rücksaugbetrieb" der Transport des Reduktionsmittels durch das Integralfördermodul in umgekehrter Richtung erfolgt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Integralfördermoduls sieht vor, dass die mindestens eine Drossel mit mindestens einer Ausnehmung, insbesondere mit mindestens einer zylindrischen Bohrung, gebildet ist.
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Durch die Drossel wird ein Druckanstieg im "Förderzustand" verhindert, wenn durch das Dosiermodul eine zu kleine Menge des Reduktionsmittels abgefordert wird. Die Drossel wird bevorzugt in das Gehäuse eingepresst oder beim Spritzgussprozess des Gehäuses mit ausgebildet. Hierdurch ist eine fertigungstechnisch einfache, zum Gehäuse integrale Ausbildung der Drossel möglich, wodurch hydraulische Verbindungen eingespart und die Verfügbarkeit des Integralfördermoduls insgesamt erhöht wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand der Zeichnungen soll die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben werden.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Übersichtsdarstellung des Integralfördermoduls im demontierten Zustand;
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2 eine Vorderansicht des Integralfördermoduls im zusammengebauten Zustand;
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3 eine schematische Schnittdarstellung des Integralfördermoduls entlang der Schnittlinie III-III in 2;
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4 eine vergrößerte Darstellung der beiden Pumpenköpfe mit dem Antriebsmagneten aus der 3;
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5 einen Schnitt durch das Integralfördermodul entlang der Schnittlinie V-V in der 1;
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6 einen Schnitt durch das Integralfördermodul entlang der Schnittlinie VI-VI in der 1; und
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7 eine vergrößerte Darstellung der Drossel aus der 6.
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Ausführungsvarianten
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Die 1 zeigt eine perspektivische Übersichtsdarstellung des Integralfördermoduls im demontierten Zustand.
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Ein Integralfördermodul 10 umfasst unter anderem ein Gehäuse 12 und einen Gehäusedeckel 14 mit zwei elektrischen (Steck-)Anschlüssen 16, 18. Die elektrischen Anschlüsse 16, 18 sind bevorzugt integral zum Gehäusedeckel 14 bzw. zum Gehäuse 12 ausgebildet und demzufolge fluiddicht. Sowohl das Gehäuse 12 als auch der Gehäusedeckel 14 werden vorzugsweise im Spritzgussverfahren mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial hergestellt, das erforderlichenfalls zumindest bereichsweise mit einer Faserverstärkung versehen sein kann. Alternativ können beide Gehäuseteile auch mit einem metallischen Material im Spritzgussverfahren hergestellt werden. An einer nicht bezeichneten Rückseite des Gehäuses 12 befindet sich ein dreieckförmiger Befestigungsflansch 20. Dieser verfügt über drei, nicht vollständig sichtbare Bohrungen, die zur Befestigung des Integralfördermoduls dienen. In die Bohrungen können nicht dargestellte Gummihülsen bzw. Gummipuffer zur Schwingungsdämpfung eingesetzt werden. In das vorzugsweise einstückig ausgebildete Gehäuse 12 ist zunächst eine bidirektionale Pumpe 22 zur Förderung des hier nicht dargestellten Reduktionsmittels zur Versorgung eines Dosiermoduls eines Abgasnachbehandlungssystems integriert. Die Pumpe 22 erlaubt die Förderung des Reduktionsmittels in zwei Richtungen mit jeweils gleicher Fördermenge.
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Die Pumpe 22 umfasst unter anderem zwei Pumpenköpfe 24, 26 sowie einen Hubmagneten 28 zu deren Kontrolle. Das Integralfördermodul 10 kann in einem "Förderbetrieb" oder im in einem "Rücksaugbetrieb" betrieben werden. Im "Förderbetrieb" wird das für das "SCR"-Verfahren benötigte Reduktionsmittel ausgehend von einem hier nicht dargestellten Vorratstank für das Reduktionsmittel angesaugt und mit Überdruck bis zu einem gleichfalls hier nicht dargestellten Dosiermodul des Abgasnachbehandlungssystems gefördert, in dem das Luft-Reduktionsmittelgemisch hergestellt und in den Abgasstrang der Brennkraftmaschine in exakt dosierter Menge, in der Regel vor einem "SCR"-Katalysator, eingedüst bzw. eingespritzt wird. Zur Einleitung einer längeren Stillstandsphase der Brennkraftmaschine kann das Reduktionsmittel im "Rücksaugbetrieb" des Integralfördermoduls 10 ausgehend vom Dosiermodul bis in den Vorratstank zurückgefördert werden, um die notwendige Eisdruckfestigkeit des Abgasnachbehandlungssystems bei Temperaturen im Bereich von –11°C und darunter zu erreichen. Hierbei ist beispielsweise der Pumpenkopf 24 für den "Förderbetrieb" zuständig, während der andere Pumpenkopf 26 nur für den "Rücksaugbetrieb" zum Einsatz kommt. Die Umschaltung zwischen dem "Förderbetrieb" und dem "Rücksaugbetrieb" erfolgt mithilfe des Hubmagneten 28, der wahlweise einen der beiden Pumpenköpfe 24, 26 aktiviert. Der vordere elektrische Anschluss 16 dient hierbei zur Versorgung eines hier nicht sichtbaren Antriebsmagneten der beiden Pumpenköpfe 24, 26, während der hintere elektrische Anschluss 18 zur Speisung des Hubmagneten 28 dient. Darüber hinaus kann das Integralfördermodul 10 auch in einen "Ruhezustand" versetzt werden, in dem beide Pumpenköpfe 24, 26 inaktiv sind und keine Förderung des Reduktionsmittels erfolgt.
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Im Bereich einer nicht bezeichneten Vorderseite des Gehäuses 12 ist ein Drucksensor 30 in einer Drucksensorbohrung 32 aufgenommen und im Bereich einer nicht bezeichneten linken Seite des Gehäuses 12 befindet sich ein hohlzylindrischer Faltenfilter 34 in einer Filterbohrung 36. Die Filterbohrung 36 ist mit einem Filterdeckel 38 dicht verschlossen. Der Faltenfilter 34 verfügt aufgrund seiner zickzackförmig gefalteten, umlaufenden Filterwand über eine große Filterfläche, die nur zu einem geringen Druckverlust beim Durchgang des Reduktionsmittels. Der Faltenfilter 34 verhindert, dass Fremdpartikel ausgehend vom Vorratstank über den Vorratstankanschluss 40 bis in das Integralfördermodul 10 gelangen, die dort oder im Bereich des nachgeschalteten Dosiermoduls zu einer Funktionsbeeinträchtigung oder zu einem Totalausfall des Abgasnachbehandlungssystems führen können. Abweichend vom gezeigten Faltenfilter 34 können weitere Filter im Integralfördermodul 10 vorgesehen sein. Durch den Filterdeckel 38 ist ein leichter Austausch des Faltenfilters 34 möglich.
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Im Bereich einer gleichfalls nicht bezeichneten Rückseite des Gehäuses 12 ist ein Vorratstankanschluss 40 vorgesehen. Im Bereich einer gleichfalls nicht bezeichneten rechten Seite des Gehäuses 12 ist ein Dosiermodulanschluss 42 lokalisiert, an den das Dosiermodul des Abgasnachbehandlungssystems angeschlossen wird. Im Allgemeinen erfolgt die Verbindung des Integralfördermoduls 10 mit dem Vorratstank und dem Dosiermodul über Leitungen, wie zum Beispiel Rohrleitungen, Schläuche oder Panzerschläuche. Alternativ kann insbesondere auch der Vorratstank unmittelbar mit dem Integralfördermodul 10 verbunden sein. Sowohl der Vorratstankanschluss 40 als auch der Dosiermodulanschluss 42 sind mit Schutzkappen 44, 46 zum Schutz vor Montageschäden bedeckt. Die elektrische Kontaktierung des Drucksensors 30 erfolgt über einen weiteren elektrischen Anschluss 48. In das Gehäuse 12 ist ferner eine nicht bezeichnete elektrische Heizeinrichtung integriert, die über einen weiteren, im Bereich der Vorderseite des Gehäuses 12 angeordneten, elektrischen Anschluss 50 mit elektrischer Energie versorgt wird. Darüber hinaus ist in das Gehäuse 12 eine hier nicht sichtbare Drossel (vgl. insb. die 7) integriert, die einen Druckanstieg des Reduktionsmittels im Integralfördermodul 10 verhindert, wenn das Dosiermodul eine zu geringe Menge des Reduktionsmittels abfordert. Aufgrund der Wirkung der Drossel kann im "Förderbetrieb" der zugehörige Pumpenkopf 24, 26 permanent in Betrieb bleiben.
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Das Gehäuse 12 wird mit dem Gehäusedeckel 14 vorzugsweise im Bereich des oberen Gehäuserandes bzw. eines nicht bezeichneten umlaufenden Gehäusedeckelrandes thermisch gefügt. Das thermische Fügen der beiden Gehäuseteile erfolgt vorzugsweise durch Ultraschallschweißen. Hierdurch wird eine hermetische Abdichtung des Integralfördermoduls 10 erreicht, so dass dieses auch widrigen Umgebungseinflüssen standhält. Die elektrischen Anschlüsse 16, 18, 48, 50 werden bevorzugt durch nicht bezeichnete metallische Kontaktfahnen gebildet, die mit in das Gehäuse 12 bzw. den Gehäusedeckel 14 eingespritzt werden und die mit den zugehörigen elektrischen Komponenten, insbesondere dem Hubmagneten 28, der elektrischen Heizung, dem Drucksensor sowie dem Antriebsmagneten in den beiden Pumpenköpfen 24, 26 elektrisch leitend verbunden sind. Die Kontaktfahnen bilden zugleich die für die elektrische Außenkontaktierung notwendigen Kontaktstifte innerhalb der elektrischen Anschlüsse 16, 18, 48, 50.
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Die 2 illustriert eine halbtransparente, perspektivische Vorderansicht des Integralfördermoduls 10 im zusammengebauten Zustand.
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Der Gehäusedeckel 14 mit den elektrischen Anschlüssen 16, 18 ist mit dem Gehäuse 12 unter Bildung einer umlaufenden Schweißnaht 60 thermisch gefügt. Innerhalb des Gehäuses 12 sind die Pumpe 22, der Faltenfilter 34 sowie eine elektrisch betriebene Heizeinrichtung 62 angeordnet. Außerhalb des Gehäuses 12 befinden sich der Filterdeckel 38, der Drucksensor 30 mit dem elektrischen Anschluss 48 sowie der Dosiermodulanschluss 42 mit der aufgesteckten Schutzkappe 46. Der rückseitige Vorratstankanschluss 40 (vgl. 1) ist verdeckt. Die elektrische Heizeinrichtung 62 wird über den Steckanschluss 50 mit elektrischer Energie versorgt. Im "Förderbetrieb" durchströmt das Reduktionsmittel das Integralfördermodul 10 ausgehend vom hier verdeckten Vorratstankanschluss 40 bis zum Dosiermodulanschluss 42 in Richtung des weißen Pfeils 64, während sich im Rücksaugbetrieb diese Förderrichtung umkehrt. Der im Bereich einer nicht bezeichneten Rückseite des Gehäuses 12 integral zu diesem ausgebildete Befestigungsflansch 20 verfügt über eine dreieckige geometrische Gestalt, wodurch eine verkippsichere Befestigung mit nur drei Befestigungspunkten möglich ist.
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Die 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Integralfördermoduls 10 entlang der Schnittlinie III-III in der 2.
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Die beiden Pumpenköpfe 24, 26 werden mittels eines Antriebsmagneten 66 angetrieben. Der Hubmagnet 28 dient zur Umschaltung zwischen den Pumpenköpfen 24, 26, d.h. zur Umkehr der Förderrichtung und damit einem schnellen Wechsel zwischen dem "Förderbetrieb" und dem "Rücksaugbetrieb" des Integralfördermoduls 10. Wird weder der Antriebsmagnet 66 noch der Hubmagnet 28 bestromt, befindet sich das Integralfördermodul 10 im s.g. "Ruhezustand", in dem keine Förderung des Reduktionsmittels erfolgt. Der Filterdeckel 38 dient zum einfachen Austausch des Faltenfilters 34 im Bedarfsfall. Über den Dosiermodulanschluss 42 erfolgt die hydraulische Anbindung des hier nicht dargestellten Dosiermoduls des Abgasnachbehandlungssystems. Ein Filterinnenraum 68 ist von einem Filteraußenraum 69 durch den Faltenfilter 34 getrennt. Der Filterinnenraum 68 steht somit in einer hydraulischen Verbindung mit dem Dosiermodulanschluss 42.
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In der 4 ist eine Ausschnittsvergrößerung der beiden Pumpenköpfe 24, 26 mit dem Antriebsmagneten 66 gemäß des mit einer gestrichelten Linie gezeichneten Kreises in 3 dargestellt.
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Der lediglich herausgezogen dargestellte Antriebsmagnet 66 ist in ein Pumpenkopfgehäuse 70 integriert, insbesondere in dieses mit eingespritzt. Jeder Pumpenkopf 24, 26 verfügt über eine ferromagnetische Blattfeder 72, 74 mit einer Flachdichtung 76, 78. Infolge der magnetischen Anziehungskraft des bestromten Antriebsmagneten 66 wird – jeweils in Abhängigkeit davon, ob der hier nicht eingezeichnete Hubmagnet bestromt ist oder stromlos ist – eine der beiden Blattfedern 72, 74 angezogen. Folglich können die ferromagnetischen Blattfedern 72, 74 durch eine periodische Bestromung des Antriebsmagneten 66 in eine hiermit korrespondierende zyklische Bewegung versetzt werden. Da die Blattfedern 72, 74 mit den zusätzlich zumindest bereichsweise als Membranen dienenden Flachdichtungen 76, 78 zusammenwirken, entsteht ein sich periodisch vergrößerndes und wieder verkleinerndes, abgegrenztes Raumvolumen, das die Förderung des Reduktionsmittels ermöglicht. Darüber hinaus verfügen die Pumpenköpfe 24, 26 jeweils über hier nicht bezeichnete bzw. nicht näher dargestellte, sich abwechselnd öffnende und schließende Einlass- und Auslassventile, um eine ordnungsgemäße Förderung des Reduktionsmittels zu ermöglichen. Für die Zu- und Abfuhr des Reduktionsmittels sind zwei Pumpenstutzen 80, 82 vorgesehen. Das Pumpenkopfgehäuse 70 ist oberseitig mit einem Deckel 84 bedeckt und unterseitig mit einem Zwischenstück 86 abgeschlossen. Der Pumpenstutzen 80 ist am Deckel 84 ausgebildet, während der Pumpenstutzen 82 integraler Bestandteil des Pumpenkopfgehäuses 70 ist. Aufgrund der beiden, jeweils alternierend vom Antriebsmagneten 66 betriebenen Pumpenköpfe 24, 26 ist sowohl der "Förderbetrieb" als auch der "Rücksaugbetrieb" mit dem Integralfördermodul 10 möglich. Ein bislang für den "Rücksaugbetrieb" notwendiges, jedoch störanfälliges 4/2-Wegeventil wird durch die Pumpe mit den zwei Pumpenköpfen 24, 26 und dem Hubmagneten 28 entbehrlich.
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Die 5 zeigt einen Schnitt durch das Integralfördermodul 10 entlang der Schnittlinie V-V in der 1.
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Innerhalb des Gehäuses 12 des Integralfördermoduls 10 befinden sich die beiden Pumpenköpfe 24, 26 sowie der im Zickzack gefalzte Faltenfilter 34. Der Deckel 14 mit den darin integrierten elektrischen Anschlüssen 16, 18 ist an das Gehäuse 12 thermisch angefügt. Auf der rechten Seite des Gehäuses 12 befindet sich der Drucksensor 30 mit dem zugehörigen elektrischen Anschluss 48. Der elektrische Anschluss 48 ist abweichend von dessen räumlicher Anordnung in den 1, 2 hier um 90° versetzt am Gehäuse 12 angeordnet, das heißt der Anschluss 48 "ragt" aus der Zeichenebene heraus. Auf den Vorratstankanschluss 40, der zur Anbindung des Integralfördermoduls 10 an den Vorratstank dient, ist die Schutzkappe 44 aufgeschoben.
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Dem Vorratstankanschluss 40 ist hier ein Doppelrückschlagventil 88 nachgeschaltet. Dieses kann in beiden Richtungen vom Reduktionsmittel durchströmt werden, wenn ein definierter Mindestdifferenzdruck erreicht bzw. überschritten ist. Im "Förderbetrieb" wird das Reduktionsmittel vom jeweils aktiven Pumpenkopf 24, 26 aus dem Vorratstank angesaugt und in Richtung des Pfeils 90 durch das Doppelrückschlagventil 88 hindurch gefördert, solange der festgelegte Mindestdifferenzdruck im Bereich des Doppelrückschlagventils 88 überschritten ist.
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Im "Rücksaugbetrieb" des Integralfördermoduls 10, insbesondere zur Vorbereitung einer längeren Stillstandszeit der Brennkraftmaschine, wird das Reduktionsmittel vom zugehörigen, jeweils aktiven Pumpenkopf 24, 26 ausgehend vom Dosiermodul zurückgesaugt und durchströmt das Doppelrückschlagventil 88 – solange der Mindestdifferenzdruck erreicht oder überschritten ist – entgegen der Richtung des weißen Pfeils. Von dort aus gelangt das Reduktionsmittel über den Vorratstankanschluss 40 wieder in den Vorratstank zurück. Der Pumpenstutzen 80 des Pumpenkopfes 24 ist über einen im Gehäuse 12 integral ausgebildeten, abgewinkelten Kanal 92 mit dem Doppelrückschlagventil 88 verbunden. Die Abdichtung zwischen dem Pumpenstutzen 80 und dem Kanal 92 erfolgt beispielsweise mittels eines O-Rings 94.
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Durch den Kanal 92 und weitere in den Zeichnungen nicht bezeichnete bzw. nicht einzeln dargestellte, integral zum Gehäuse 12 ausgebildete Kanäle innerhalb des Gehäuses 12 erfolgt die hydraulische Verbindung zwischen den Pumpenköpfen 24, 26, der Filterbohrung 36, dem Drucksensor 30, dem Vorratstankanschluss 40, dem Dosiermodulanschluss 42 und erforderlichenfalls weiteren Komponenten. Zusätzliche Verbindungsleitungen, wie zum Beispiel Rohrleitungen, Schläuche sowie Panzerschläuche, werden dadurch entbehrlich, so dass die Gefahr von Undichtigkeiten verringert wird und hierdurch die Verfügbarkeit des Integralfördermoduls 10 und des gesamten Abgasnachbehandlungssystems erheblich verbessert wird. Darüber hinaus erlauben die integral ausgebildeten Kanäle eine kompakte Bauform des Integralfördermoduls 10.
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Das Doppelrückschlagventil 88 ermöglicht es, den Vorratstank zur Bevorratung des Reduktionsmittels auch oberhalb des Integralfördermoduls 10 anzuordnen. Denn der im "Ruhezustand" des Integralfördermoduls 10 wirkende hydrostatische Druck des Reduktionsmittels im Vorratstank erreicht bzw. überschreitet nicht den zum Öffnen des Doppelrückschlagventils 88 notwendigen Mindestdifferenzdruck, so dass ein unkontrolliertes wieder Volllaufen des Integralfördermoduls 10 und des nachgeschalteten Dosiermoduls nach dem Abschluss des Rücksaugprozesses verhindert wird. Hierdurch ist die notwendige Eisdruckfestigkeit bei Umgebungstemperaturen von –11° und darunter dauerhaft gewährleistet. Befindet sich der Vorratstank für das Reduktionsmittel hingegen unterhalb des Niveaus des Integralfördermoduls 10 kann das Doppelrückschlagventil 88 entfallen, da in dieser Konstellation das wieder Volllaufen des Integralfördermoduls 10 sowie des Dosiermoduls mit dem Reduktionsmittel aufgrund des in Relation zum Integralfördermodul 10 tieferliegenden Vorratstanks physikalisch auszuschließen ist.
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Die 6 zeigt einen schematischen, teiltransparenten Schnitt durch das Integralfördermodul 10 entlang der Schnittlinie VI-VI in der 1 (Ansicht von unten). Die 7 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung der 6 im Bereich des mit einer gestrichelten Linie dargestellten Kreises. Im weiteren Fortgang der Beschreibung wird zugleich auf die 6 und 7 Bezug genommen.
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Die Strömungsrichtung des Reduktionsmittels in der hier gezeigten "Förderrichtung" des Integralfördermoduls 10 ist durch eine Vielzahl weißer Pfeile symbolisiert. Das Reduktionsmittel gelangt durch den Vorratstankanschluss 40 im Gehäuse 12 über das verdeckte Doppelrückschlagventil 88 sowie nicht sichtbare Kanäle durch den Faltenfilter 34 bis in den Filterinnenraum 68. Von dort aus fließt das Reduktionsmittel weiter in den Dosiermodulanschluss 42, der hydraulisch mit dem Dosiermodul des Abgasnachbehandlungssystems verbunden ist. Mithilfe des Drucksensors 30 wird im Bereich des Dosiermodulanschlusses 42 der Druck des Reduktionsmittels erfasst. Die Erfassung und Auswertung der Messwerte des Drucksensors 30 übernimmt eine in den Figuren nicht dargestellte Steuer- und/oder Regeleinrichtung, die über den elektrischen Anschluss 48 mit dem Drucksensor 30 verbunden ist. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung ist vorzugsweise mit einem integrierten Mikrocontroller realisiert. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung überwacht darüber hinaus die Bestromung des Antriebsmagneten 66 und des Hubmagneten 28 zum Antrieb bzw. zur alternierenden Ansteuerung der beiden Pumpenköpfe 24, 26 sowie die temperaturabhängige Ansteuerung der elektrischen Heizeinrichtung. Somit kontrolliert die Steuer- und/oder Regeleinrichtung sämtliche Abläufe innerhalb des Integralfördermoduls 10. Darüber hinaus kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung auch die für das Abgasnachbehandlungssystem notwendigen Überwachungsfunktionen, insbesondere für das Dosiermodul, den "SCR"-Katalysator sowie den Vorratstank, mit übernehmen und zudem mit der Motorsteuerung der Brennkraftmaschine über ein geeignetes, insbesondere störsicheres Bussystem kommunizieren.
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Zwischen der Drucksensorbohrung 32 und einem Filterkanal 100, der eine Verlängerung der in das Gehäuse 12 eingebrachten Filterbohrung 36 zur Aufnahme des Faltenfilters 34 darstellt, ist eine Drossel 102 vorgesehen, die hier als eine zylindrische, konisch angesenkte Bohrung 104 mit geringem Durchmesser ausgeführt ist. Alternativ kann die Drossel 102 mit jeder beliebigen, von der Kreisgeometrie abweichenden Ausnehmung im Gehäuse 12 realisiert werden, solange deren Querschnittsfläche hinreichend klein ist, um die gewünschte drosselnde Bypass-Wirkung zu erzielen.
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Die konisch angesenkte Bohrung 104 der Drossel 102 kann zum Beispiel während des Spritzgießens des Gehäuses 12 integral mit ausgebildet werden. Alternativ kann auch ein kleines, z.B. zylindrisches Formteil mit einer entsprechend vorbereiteten Bohrung bei der Gehäuseherstellung in dieses miteingespritzt werden oder nach dessen Herstellung in eine entsprechend ausgebildete Ausnehmung eingepresst, eingeschmolzen oder eingeklebt werden. Das vorgefertigte Formteil kann mit einem metallischen und/oder mit einem Kunststoffmaterial gefertigt sein. Das Kunststoffmaterial kann mit einer Faserarmierung versehen sein, um Erosionseffekte durch das die Bohrung 104 passierende Reduktionsmittel zu minimieren und die Standzeit der Bohrung 104 bzw. der Drossel 102 zu erhöhen.
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Die Drossel 102 verhindert einen übermäßigen Druckanstieg des Reduktionsmittels im Dosiermodulanschluss 42 und anderen angrenzenden Bereichen des Integralfördermoduls 10, wenn die vom Dosiermodul für den "SCR"-Prozess benötigte Menge des Reduktionsmittels im Vergleich zu dem im Förderbetrieb vom aktiven Pumpenkopf gelieferten Förderstrom zu gering ist. In diesem Fall wird zumindest ein Teil des im "Förderbetrieb" vom aktiven Pumpenkopf gelieferten Förderstroms über die Drossel 102 in den Faltenfilter 34 und von dort über den Vorratstankanschluss 40 zurück in den Vorratstank geleitet. Die Drossel 102 dient als druckhaltende Einrichtung, die den Druck des Reduktionsmittels im Dosiermodulanschluss 42 sowie in angrenzenden Bereichen des Integralfördermoduls 10 – unabhängig von der vom Dosiermodul abgeforderten Reduktionsmittelmenge – weitgehend konstant hält. Infolge des dem Faltenfilter 34 nachgeschalteten Drucksensors 30, können in diesen keine Fremdpartikel einwandern, wodurch eine zuverlässige Druckmessung des Reduktionsmittels im Bereich des Dosiermodulanschlusses 42 sichergestellt ist.
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Durch das erfindungsgemäße Integralfördermodul 10 wird der Aufbau eines Abgasnachbehandlungssystems für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor, in einem Kraftfahrzeug erheblich vereinfacht und standardisiert. Das Integralfördermodul 10 bildet die zentrale Komponente des zu schaffenden Abgasnachbehandlungssystems. Um ein funktionsfähiges Abgasnachbehandlungssystem zu erhalten ist es nur noch erforderlich, den Vorratstankanschluss 40 des Integralfördermoduls 10 mit einem Vorratstank für das Reduktionsmittel und den Dosiermodulanschluss 42 mit einem Dosiermodul zum Eindüsen des Reduktionsmittels in einen Abgasstrang der Brennkraftmaschine über jeweils eine Leitung zu verbinden. Als Leitung können beliebige Rohrleitungen, flexible Schläuche oder Panzerschläuche Verwendung finden. Um die möglichst effektive Entstickung des Abgases der Brennkraftmaschine zu erzielen, wird das Dosiermodul üblicherweise stromaufwärts, kurz vor dem zur katalytischen Abgasreinigung im Zuge des "SCR"-Verfahrens eingesetzten Katalysator innerhalb des Abgasstrangs positioniert. Ist das Integralfördermodul 10 mit dem Doppelrückschlagventil 88 ausgestattet, so kann der Vorratstank für das Reduktionsmittel auch höher als das Integralfördermodul 10 montiert werden. Befindet sich der Vorratstank aufgrund konstruktiver Vorgaben unterhalb des Integralfördermoduls 10, so kann das Doppelrückschlagventil 88 hingegen ersatzlos entfallen.
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Der Vorratstankanschluss 40 kann auch unmittelbar, d.h. ohne eine zusätzliche Leitung mit dem Vorratstank für das Reduktionsmittel verbunden werden, wodurch sich der Aufbau des gesamten Abgasnachbehandlungssystems weiter vereinfacht und dessen Verfügbarkeit aufgrund einer geringen Anzahl von Dichtstellen weiter erhöht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006061736 A1 [0003]
- DE 102006024077 A1 [0005]
- DE 102008043309 A1 [0006]