用於提供液態添加劑的裝置的製作方法
2023-06-06 07:38:37
本發明涉及一種用於提供液態添加劑的裝置，所述裝置特別適合於提供下述液態添加劑：該液態添加劑用於廢氣處理裝置的廢氣清潔。
廢氣處理裝置在機動車中通常用於還原在內燃機的廢氣中的氮氧化合物，在所述廢氣處理裝置中使用用於廢氣清潔的液態添加劑。在這種廢氣處理裝置中，執行選擇性催化還原方法（scr-法，scr=selectivecatalyticreduction）。在scr法中，內燃機廢氣中的氮氧化合物藉助氨還原。一般在機動車中不直接儲存氨，而是以液態添加劑為形式進行儲存，所述添加劑在廢氣外部（在為此設置的、位於廢氣處理裝置外部的反應器中）或在廢氣內部（在廢氣處理裝置內部）轉化為氨。
特別通常地，尿素-水-溶液被用作用於廢氣清潔的液態添加劑。例如尿素含量為32.5%的、商品名稱為adblue®的尿素-水-溶液是能夠取得的。
在提供這樣的液態添加劑時，存在的問題是：該液態添加劑在較低溫度時可能凍結。所說明的尿素含量為32.5%的尿素-水-溶液例如在-11℃時凍結。此外，存在的問題是：即使在冷的溫度時，液態添加劑通常也必須可供廢氣處理裝置使用，以保證對內燃機廢氣進行充分清潔。已知的是，為此目的在用於儲存液態添加劑的罐內和/或在罐上設置加熱裝置。此外，存在的問題是：這樣的液態添加劑具有腐蝕性,並且不是任何罐以及不是任何輸送單元均適合用於輸送和提供這樣的液態添加劑。
本發明的任務在於，解決或至少緩解所說明的技術問題。尤其是應當說明一種特別有利的、用於提供用於所述廢氣清潔的液態添加劑的裝置，所述裝置實現了對液態添加劑的有效加熱，並且所述裝置對液態添加劑特別具有抵抗力。
該任務利用根據權利要求1的特徵的裝置予以解決。在從屬權利要求中說明了所述裝置的其他有利的構造方案。要指出的是：在從屬權利要求中單個說明的特徵能夠以任意的、在技術上有意義的方式相互組合併且指明了本發明的其他構造方案。特別是與附圖相關聯的描述對本發明進行了進一步的闡明並且說明了本發明的附加的實施例。
應對於提供液態添加劑的裝置進行說明，所述裝置具有至少一個金屬插入件，所述金屬插入件至少部分地利用由聚乙烯（pe）製成的塑料塗層塗覆，其中在所述塑料塗層上，注塑至少一個由高密度聚乙烯（hd-pe）或聚丙烯（pp）製成的塑料結構。
所述金屬插入件優選是用於罐的金屬插入件，所述罐用於液態添加劑。然而所述金屬插入件也能夠是用於提供液態添加劑的裝置的任何其他部分。
由於金屬通常具有相對高的導熱能力，因此金屬插入件或殼體被特別有利地提出，該金屬插入件或殼體用於用來提供液態添加劑的裝置。更上面已闡明過，在用於液態添加劑的罐處的加熱裝置以及在用於提供液態添加劑的裝置中的加熱裝置是特別重要的。由金屬製成的插入件實現了熱量的有效的分配，所述熱量由加熱裝置產生。與此相對，塑料對於液態添加劑特別穩定。因此塑料特別適合於用於液態添加劑的罐。此外，通常能夠特別便宜並且簡單地製造塑料結構，特別是在需要非常複雜的罐幾何形狀來使罐適配於在機動車中可用的構造空間時。例如能夠藉助注塑法製造由塑料製成的罐。
然而，就用於提供液態添加劑的裝置而言，金屬和塑料的持久並且流體密封的連接一直存在問題。在實驗的範疇中證實的是，尤其是由於金屬和塑料不同的熱膨脹係數，通常僅僅能夠將由金屬製成的、相對小的構件流體密封地放置進由塑料製成的罐壁中。情況似乎就是這樣，因為出現的、絕對的熱膨脹在這種情況下不是那麼大。然而，這種連接的液體密封性應至少在理論上與尺寸無關。由塑料製成的罐壁通常在某一時刻會由金屬製成的較大的構件處脫離。這尤其是由於罐壁和構件的、規律性重複的加熱過程和冷卻過程。這樣的重複的加熱產生了在金屬和塑料之間的空氣間隙，所述空氣間隙對於在金屬和塑料之間的接觸部的導熱能力有重要影響。0.4至0.5w/mk[瓦每米開爾文]的導熱能力能夠減少到少於0.025w/mk。導熱能力如此下降進一步擴大了金屬和塑料的熱膨脹的差，從而進一步增加了在金屬和塑料之間的連接的破裂。
通過在此所描述的構思，即利用由聚乙烯（pe）製成的塑料塗層塗覆金屬插入件並且之後將塑料結構注塑到該塑料塗層處，解決了這個問題。這種技術在用於提供液態添加劑的裝置中實現了塑料和金屬的持久連接，所述裝置即使長期承受塑料和金屬的熱膨脹的較大偏差，也不會在塑料和金屬之間形成空氣間隙。
例如能夠使用duponttmabcite®作為聚乙烯。abcite®是熱塑性的塗層粉末，所述塗層粉末保證了用於金屬的、非常良好的抗腐蝕保護以及uv-保護。abcite®此外具有高的抗衝擊性，並且能夠在寬的範圍內變形。尤其是即使在低溫時，abcite也還具有高的抗衝擊性。例如在23℃時，abcite具有760kj/m2（千焦每平方米）的抗衝擊性，並且即使在-40℃時也仍然具有640kj/m2的抗衝擊性。此外，在-100℃至約80℃的大溫度範圍內，abcite®的正面特性可供使用。
此外，abcite®具有高的拉伸強度以及相對低的熱膨脹。
特別優選地，將由聚乙烯製成的塑料塗層極化。塑料塗層的極化例如能夠藉此來實現：在製造期間將塑料塗層暴露給電場。
所述塑料結構能夠由高密度聚乙烯（hd-pe）或由聚丙烯（pp）製成。然而，hd-pe是用於塑料結構的優選材料。
高密度聚乙烯（hd-pe，hd-pe=highdensitypolyethylen）具有特別高的強度。其突出之處在於弱分叉的聚合物鏈，並且因此具有高密度。hd-pe中的聚合物鏈的取向相對一致。因此hdd-pe在較高質量成分上是晶體。hd-pe的屈服強度通常超過20n/mm2（牛每平方毫米）。在所述屈服強度處的應變是大約12%。密度通常大於0.94g/cm3（克每立方釐米）。彈性模量在室溫時超過800n/mm2。特別是在通常出現在用於液態添加劑（該液態添加劑用於廢氣清潔）的罐中的溫度時，pe-hd相對於氧化劑的化學穩定性高。
聚丙烯（pp）也是一種塑料材料。已經證實，當其被用於利用注塑法製造的結構時，其具有類似於hd-pe的特性，所述結構放置在由極化的聚乙烯（pe）製成的塑料塗層上。
聚乙烯的特徵尤其在於：其不同於塑料結構的高密度聚乙烯。尤其是，聚乙烯與塑料結構的高密度聚乙烯相比具有較低的強度、低密度、較低的彈性模量以及提高的柔性。
通過由（極化的）聚乙烯或abcite®製成的塗層，製造出了在所述至少一個插入件的金屬材料和塑料結構的塑料之間的柔性過渡層。尤其是，所述塗層能夠傳遞在金屬插入件和塑料結構之間的相對大的力，並且同時構成中間層，所述中間層在塑料材料的熱膨脹和金屬材料的熱膨脹之間進行協調。這樣，保證了金屬插入件和塑料結構的持久的連接。
不僅由（極化的）聚乙烯或abcite®製成的塗層而且由高密度聚合物製成的塑料結構相對於用於廢氣清潔的液態添加劑而言是穩定的，並且尤其是對於尿素-水-溶液而言是穩定的。
所述塑料結構利用注塑法注塑到塑料塗層上。這尤其意味著，所述塑料塗層被注塑包覆。所述塑料塗層能夠完全地、部分地或者甚至僅僅局部地被注塑包覆。
此外，當所述至少一個金屬插入件是用於輸送單元（所述輸送單元用於液態添加劑）的殼體，並且所述塑料結構構成罐壁的至少一個部段時，所述裝置是有利的。
因為在輸送單元處也能夠布置用於加熱所述液態添加劑的加熱裝置，並且來自於這個加熱裝置的熱量由殼體有效地向外部傳導，因此具有金屬殼體的、用於液態添加劑的輸送單元是特別有利的。尤其是當具有輸送單元的殼體被集成進用於液態添加劑的罐中時，這是特別有利的。於是來自於在輸送單元中的加熱裝置的熱量能夠直接進入到罐的內部，並且由此直接進到所述液態添加劑中。
在將殼體作為金屬插入件接合到罐壁中時，在金屬插入件和罐壁之間經常出現特別大的連接面。這個特別大的連接面必須被密封。由於罐壁和插入件的熱膨脹，通常重要的是：在此在金屬和塑料之間建立特別牢固的連接，因為否則的話金屬和塑料會由於熱膨脹再次相互脫離。正如更上面已經說明的那樣，這產生了在金屬和塑料之間的空氣間隙，並且使金屬和塑料之間的導熱能力顯著下降。已經證實，通過由極化的乙烯製成的塑料塗層的所描述的應用，能夠滿足這些要求，並且也保證了在金屬和塑料之間的足夠牢固的連接，所述連接即使在非常大的密封面時（例如在殼體中）也是足夠的。用於輸送單元的殼體優選具有大於100mm、特別優選地在120和200mm之間的直徑。
此外，當所述至少一個金屬插入件是嵌入件，並且所述塑料結構構成用於輸送單元的殼體（嵌入件被注塑進所述殼體中）時，所述裝置是有利的。
將塑料製成的殼體用於對於液態添加劑的輸送單元通常也是有利的，所述輸送單元構成塑料結構。尤其是在應當提供較複雜的殼體幾何形狀時，對於殼體來說，塑料是優選材料。然而在由塑料製成的殼體中，通常問題是：沒有保證足夠的、由所述罐到殼體的或由所述殼體到罐的導熱能力。出於這個原因有利的是，將金屬插入件或金屬嵌入件裝入這個殼體中，所述金屬插入件或金屬嵌入件改善了穿過殼體的導熱能力。這樣的嵌入件同樣是特別大面積的，並且因此需要在塑料和金屬之間的特別牢固的連接，所述連接例如能夠利用所說明的由聚乙烯製成的塑料塗層特別有效地進行提供。
此外，當所述至少一個金屬插入件與加熱元件導熱地連接時，所述裝置是有利的。
特別優選的是，加熱元件與金屬插入件處於直接的熱接觸中。這樣，加熱元件的熱量能夠特別有效地傳導至金屬插入件處。加熱元件例如能夠是ptc-加熱元件（ptc=positivetemperaturecoefficient）或者任意其他電阻加熱元件。但是也可行的是，所述加熱元件是用於一種加熱液體的導管，或是任意其他電運行的加熱器，或是電阻加熱器。
此外，當所述至少一個金屬插入件至少部分地延伸穿過由塑料結構構成的罐壁時，所述裝置是有利的。
藉助所說明的、在金屬和塑料之間的連接甚至可行的是：將金屬結構流體密封地結合到罐壁中，所述金屬結構實現了由所述罐內部到外部的熱橋。可行的：將塑料塗層僅僅部分地施加在金屬插入件上，其中實際上也僅在具有塑料塗層的部段上實現與塑料結構或罐壁的連接，並且其他區域不具有由聚乙烯製成的塑料塗層。但是也可行的是:利用由聚乙烯製成的塗層完整地塗覆金屬插入件或延伸穿過罐壁的金屬結構。這樣的完整的塗層一方面保護了金屬插入件的材料，另一方面這樣的塗層通常能夠比僅僅部分的塗層簡單得多地施加到金屬插入件上。如此完整的塗層具有積極的副作用，即在金屬結構和液態添加劑之間提供電隔離。
當所述至少一個金屬插入件是鐘形件時，所述裝置也是有利的，所述鐘形件至少區域性地包圍由塑料結構構成的、用於輸送單元的殼體，所述輸送單元用於液態添加劑。
特別是就具有殼體的輸送單元而言，這樣的鐘形件是有幫助的，所述鐘形件被插入用於液態添加劑的罐的罐底中。在這樣的輸送單元中，通常僅輸送單元的一個相對受限的、用於將熱量由輸送單元傳遞進在所述罐中的液態添加劑中的表面可供使用。通過在外部圍繞輸送單元布置的鐘形件，能夠顯著地擴大該表面。此外，這樣的鐘形件在罐內額外要求的體積相對小。尤其是，鐘形件能夠特別簡單地（連同輸送單元一起）通過在所述罐中的開口進行裝入。優選在所述鐘形件與輸送單元的殼體之間存在空隙，通過所述空隙，液態添加劑能夠被輸送單元抽吸。
這樣的鐘形件能夠具有一種部段，所述部段延伸穿過所述殼體或穿過所述罐壁。在該部段上優選構造鐘形件和殼體的連接部，其中就這個連接部而言，鐘形件構成金屬插入件並且殼體構成塑料結構。所提及的部段延伸穿過殼體的壁。為了構成所述連接部，將由聚乙烯製成的塗層施加到鐘形件的所提及的部段上。
所述作為金屬插入件的鐘形件特別優選地與在輸送單元的殼體內部的加熱裝置結合。所述鐘形件於是構成非常大的金屬面，通過所述金屬面能夠輸出在所述罐內部的加熱裝置的熱量。在一種實施方式變型方案中，能夠封閉地實施鐘形件，使得僅在下部區域中、在還原劑罐的底部附近設置空隙，當所述輸送單元輸送液態添加劑時，還原劑通過所述空隙被吸入進在鐘形件和殼體之間的中間腔室中。在其他實施方式變型方案，鐘形件也能夠被開槽或打孔，使得該鐘形件基本上僅用於在罐中進行熱量分配，並且使得在由罐中提取液體時該鐘形件對流動路徑不具有直接影響。
此外，當所述塑料塗層具有50μm（微米）和500μm（微米）之間的層厚，或者甚至直至1500μm（微米）的層厚時，所述裝置是有利的。
金屬插入件的、整體上與罐壁連接的面越大，層厚優選越大。塗層越厚，則塗層能夠越好地補償在金屬插入件和塑料結構之間的不同的熱膨脹。已經證實，50μm至500μm的層厚一方面能夠充分準確和簡單地進行製造，並且另一方面充分補償了在插入件的金屬結構和塑料結構之間的不同熱膨脹。
此外，當所述至少一個金屬插入件由鋁製成時，所述裝置是有利的。
鋁具有特別高的導熱能力，並且所說明的由聚乙烯製成的塑料塗層特別良好地附著在鋁上。所述塗層的極化更進一步提高了在鋁和塗層之間的連接的耐久性。
在此，也應當說明一種機動車，所述機動車具有內燃機、廢氣處理裝置，所述廢氣處理裝置具有用於清潔內燃機廢氣的scr-催化器並且具有所說明的用於為廢氣處理裝置提供液態添加劑的裝置。
下面根據附圖對本發明以及技術環境進行進一步說明。附圖示出了本發明的特別優選的實施例，然而本發明並不局限於所述實施例上。尤其是應當指出，附圖並且尤其是在附圖中示出的尺寸關係僅僅是示意性的。附圖示出：
圖1：所說明的裝置的第一實施方式變型方案；
圖2：所說明的裝置的第二實施方式變型方案；
圖3：所說明的裝置的第三實施方式變型方案；和
圖4：具有所說明的裝置的機動車。
在此，首先對圖1、2、3的相同特徵共同進行說明。圖1、2、3分別示出了用於提供液態添加劑的裝置1，該裝置具有罐3，在該罐中儲存有液態添加劑，所述罐具有由塑料製成的罐壁8。
圖1中，由塑料製成的罐壁8構成了塑料結構5。將金屬插入件2插入在罐底20中的開口中、插入這個塑料結構5中，所述金屬插入件構成了用於容納輸送單元7的殼體6。所述殼體6具有塑料塗層4，所述殼體即是金屬插入件，所述罐壁8作為塑料結構5被注塑在所述塑料塗層上。在殼體6中的輸送單元7具有泵21，利用所述泵在抽吸位置19處由所述罐3中抽取液態添加劑，並且能夠在一種提供連接端22處提供液態添加劑。加熱元件10位於殼體6中，利用所述加熱元件能夠加熱在罐3中的液體。
在圖2中，輸送單元7的殼體6由塑料製成，並且金屬插入件2由鐘形件11構成，所述鐘形件圍繞殼體6地延伸，其中鐘形件11具有一種部段，所述部段具有塑料塗層4並且所述部段延伸穿過殼體6。殼體6根據圖2所示也位於罐底20上。殼體6在此構成塑料結構5，所述塑料結構被注塑在金屬插入件2上或被注塑到在金屬插入件2上的塑料塗層4上。加熱元件10與鐘形件11直接接觸，以通過鐘形件11加熱在罐3中的液體。在此，在殼體6中的輸送單元7與圖1相一致地進行構造。
圖3示出了一種情況，在該情況中輸送單元7的殼體6構成塑料結構5，嵌入件9作為金屬插入件2放置進所述塑料結構中，其中所述金屬插入件2或嵌入件9分別具有塑料塗層4，在該塑料塗層上注塑了作為塑料結構5的殼體6。殼體6根據圖3也位於罐底。在此，在殼體6內部也設置有加熱元件10，能夠利用所述加熱元件透過殼體6對罐3中的液體進行加熱。殼體6中的輸送單元7在此與圖1相對應地進行構造。
圖4示出了具有內燃機13和廢氣處理裝置14的機動車12，所述廢氣處理裝置具有用於清潔內燃機13的廢氣的scr-催化器15。所述廢氣處理裝置14由噴射器16提供用於執行scr-法的、進入scr-催化器15的液態添加劑，其中又通過導管17由具有罐3的裝置1中為所述噴射器16提供液態添加劑。為此，所述裝置1也具有殼體6和輸送單元7，所述殼體和輸送單元被插入到裝置1的罐3中。