DE202005000896U1

DE202005000896U1 - Ionentauscher

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Publication number: DE202005000896U1
Application number: DE202005000896U
Authority: DE
Original assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Current assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2015-01-20

Abstract

Ionentauscher,
mit einem Gehäuse, welches eine Einlass- und Auslassöffnung für ein Fluid aufweist,
und mit einem von dem Fluid umströmbaren, im Gehäuse vorgesehenen Ionentauschermedium,
dadurch gekennzeichnet,
dass innerhalb des Gehäuses (2) ein Expansionsraum (14) vorgesehen ist,
wobei der Expansionsraum (14)
• an den vom Fluid durchströmten Innenraumbereich des Gehäuses (2) angrenzt
• und eine federbewegliche Trennwand (12) aufweist,
und wobei diese Trennwand (12)
• gegenüber dem im Gehäuse (2) geführten Fluid abgedichtet ist
• und gegen die Federwirkung bei steigendem Fluiddruck unter Verringerung des Innenvolumens des Expansionsraums (14) beweglich ist.

Description

Die Neuerung betrifft einen Ionentauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Ionentauscher sind aus der Praxis bekannt. Als Betriebsfluid (nachfolgend teils auch verkürzend nur als „Fluid" bezeichnet) wird beispielsweise Wasser verwendet, wenn die Ionentauscher beispielsweise der Trinkwasseraufbereitung dienen, um Kalk oder ähnliche Bestandteile aus dem Wasser zu entfernen bzw. in eine für die anschließend vorgesehene Verwendung unschädliche Form umzuwandeln. Diese Ionentauscher werden üblicherweise bei Zimmertemperatur betrieben, also je nach Temperatur des zugeführten (Leitungs-)Wassers etwa bei 20°C +/- 15°C.
Im Bereich der Automobilindustrie sind Einrichtungen zur Nachreinigung der Abgase von Dieselmotoren im Sinne einer selektiven katalytischen Abgasreinigung bekannt, wobei diese Einrichtungen beispielsweise wie die in der DE 201 19 512 U1 beschriebene Reduktionsmittelversorgungseinheit unter Verwendnug einer Harnstoffflüssigkeiten ausgestaltet sein können. Anders als die im Haushalt eingesetzten gattungsgemäßen Ionentauscher sind diese im Bereich der Automobile eingesetzten Einrichtungen den äußeren Witterungs- bzw. Klimabedingungen ausgesetzt, so dass sie beispielsweise einfrieren können.
Die dabei verwendete Harnstofflösung kann durch Verunreinigungen, insbesondere in Form von Metallionen und/oder Kalk, oder bei unsachgemäßer Herstellung durch nicht autorisierte Hersteller Bestandteile enthalten, die zu Funktionsstörungen des diese Harnstofflösung verwendenden Systems führen können. Es ist daher vorteilhaft, einen Ionentauscher vorzusehen, durch den die Harnstofflösung geführt wird, so dass die möglicherweise in der Harnstofflösung enthaltenden unerwünschten Bestandteile mittels des Ionentauschers unschädlich gemacht werden. Derartige Ionentauscher können als Ionentauschermedium (nachfolgend teils auch verkürzend nur als „Medium" bezeichnet) beispielsweise Harze enthalten. Auf Grund der Witterungsbedingungen tritt dabei das Problem auf, dass bei tiefen Temperaturen die Harnstofflösung expandiert, etwa wie dies bei gefrierendem Wasser bekannt ist. Einen ggfs. noch stärkeren Expansionsgrad kann das Ionentauschermedium unter den wechselnden Betriebs- und Temperaturbedingungen aufweisen.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Ionentauscher dahingehend zu verbessern, dass dieser auch für den Einsatz unter den für Automobile herrschenden Betriebs- und Temperaturbedingungen, insbesondere auch unterhalb des Gefrierpunktes, geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Ionentauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Neuerung schlägt mit anderen Worten vor, eine Expansionsmöglichkeit für sich ausdehnende, beispielsweise gefrierende Stoffe vorzusehen: Dazu ist ein Expansionsraum vorgesehen, der an den das Fluid führenden Innenraum des Gehäuses angrenzt, so dass bei Frost eine Expansion des Fluides möglich ist, also beispielsweise der erwähnten Harnstofflösung. Die Ausdehnung wird dadurch ermöglicht, dass eine Trennwand bewegt wird, welche den fluidgefüllten Innenraum des Behälters von dem eigentlichen Expansionsraum trennt, so dass das innere Volumen des Expansionsraumes verringert wird.
Die Federbeweglichkeit der Trennwand kann durch ein eigenes Bauteil z. B. in Form einer Druck- oder Zugfeder bewirkt sein, so dass Rückstellkräfte auf die Trennwand einwirken, die z. B. bei auftauendem Fluid die Trennwand in ihre ursprüngliche Position bewegen. Alternativ kann die Federbeweglichkeit der Trennwand durch deren Materialelastizität bewirkt sein, z. B. indem die Trennwand als federelastisch verformbare Membran ausgestaltet ist.
Der nachfolgend so genannte Expansionsraum ermöglicht die Expansion des Fluids und des Ionentauschermediums; er könnte jedoch auch als Kompressionsraum bezeichnet werden, weil sein eigenes Volumen dabei reduziert wird.
Innerhalb des Expansionsraumes muss dabei nicht zwangsläufig ein Druckanstieg erfolgen. Vielmehr kann sogar bewusst eine Entlüftungsbohrung vorgesehen sein, die einen Druckanstieg im Expansionsraum verhindert, so dass der Bewegung der Trennwand ein möglichst geringer Widerstand entgegengesetzt wird und hierdurch die beim Einfrieren des Ionentauschers auftretende Innendruckbelastung, die auf den Ionentauscher einwirkt, möglichst gering gehalten wird.
Im einfachsten Fall kann die Entlüftungsbohrung einfach eine Verbindung zur äußeren Atmosphäre, also zur Umgebungsluft schaffen. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Entlüftungsbohrung zu einem Luftvolumen innerhalb eines geschlossenen Systems führt, so dass Verschmutzungen, Vereisungen oder anderweitige Verstopfungen der Entlüftungsbohrung zuverlässig ausgeschlossen werden können, die Komprimierung des Expansionsraumes jedoch nicht zu einem dementsprechend starken, sondern zu einem erheblich reduzierten Druckanstieg innerhalb des Expansionsraumes führt und auf diese Weise zu einem verringerten Widerstand, den die Trennwand der Expansionsbewegung des einfrierenden Fluids entgegensetzt.
Vorteilhaft können zweifach Expansionsmöglichkeiten, nämlich für die beiden verschiedenen sich ausdehnenden Stoffe vorgesehen sein:
Erstens kann das Ionentauschermedium, welches bei einem Temperaturanstieg z. B. auf die Betriebstemperatur des Ionentauschers expandiert, innerhalb eines elastisch verformbaren Behälters angeordnet sein, dessen Innenraum expandierbar ist, sich also an ein vergrößerndes Volumen des Ionentauschermediums anpassen kann, ohne dabei beispielsweise durch Risse oder durch Aufplatzen zerstört zu werden.
Zweitens kann der vorerwähnte Expansionsraum vorgesehen sein, welcher die Ausdehnung des Behälter- und des Fluidvolumens z. B. bei Frost ermöglicht, ohne dass ein Anstieg des Innendrucks im Ionentauscher in einem schädlichen Ausmaß erfolgt.
Vorteilhaft kann das Gehäuse beheizbar ausgestaltet sein, so dass der Innenraum des Gehäuses beheizt wird und das Fluid flüssig gehalten bzw. nach dem Einfrieren wieder verflüssigt werden kann. Der vorliegende Vorschlag geht davon aus, dass während des Betriebs eines Fahrzeugs das Fluid flüssig gehalten werden soll, um beispielsweise die vorgeschlagene Abgasnachreinigung zu ermöglichen. Während des Motorstillstandes hingegen kann die Harnstoffflüssigkeit schadlos einfrieren, denn eine Beschädigung des Ionentauschers ist auf Grund der für das Ionentauschermedium und für das Fluid geschaffenen Expansionsmöglichkeit ausgeschlossen. Bei anschließender Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors wird das Fluid im Gehäuse des Ionentauschers aufgeheizt und wieder verflüssigt, so dass es für den vorgesehenen Einsatzzweck verwendet werden kann.
Die Beheizung des Gehäuses kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Wärmeträgerfluid verwendet wird, beispielsweise die Kühlflüssigkeit des Verbrennungsmotors oder erwärmter Kraftstoff, wie er bei Einspritzanlagen als Rücklaufmenge vorgesehen ist, wobei diese Rücklaufmenge ein erhöhtes Temperaturniveau aufweist, da sie vom Bereich des Motorraumes zurück in den Tank fließt.
Mittels eines Wärmeträgerfluids kann das Gehäuse beispielsweise dadurch beheizt werden, dass es doppelwandig ausgestaltet ist und zwischen den Wandungen einen Strömungskanal für das Wärmeträgerfluid aufweist.
Alternativ kann eine Rohrleitung vorgesehen sein, z. B. in Art beispielsweise eines wendelförmigen Rohrwärmetauschers, welche die Anschlüsse zum Ein- und Auslass des Wärmeträgerflüids aufweist. Die Beheizung des Gehäuses kann grundsätzlich von außen erfolgen, so dass beispielsweise vorhandene Gehäuse mit einer derartigen Beheizung nachgerüstet werden können. Vorteilhaft erfolgt die Beheizung des Gehäuses jedoch von innen, um Wärmeverluste zu minimieren und eine schnelle Umsetzung der Heizwirkung in eine Verflüssigung des gefrorenen Fuids zu ermöglichen.
Alternativ zu der oben angesprochenen Verwendung eines Wärmeträgerfluids kann ein elektrisches Widerstandsheizelement für die Beheizung des Fluids vorgesehen sein.
Vorteilhaft kann das Ionentauschermedium zwischen zwei gegenüberliegenden Endscheiben angeordnet sein, die relativ zueinander beweglich sind und dadurch zerstörungsfrei die Expansion des Mediums bei entsprechender Temperatureinwirkung ermöglichen. Dabei können beide Endscheiben beweglich gelagert sein oder es kann auch nur eine der beiden Endscheiben beweglich gelagert sein, während die andere ggf. durch das Gehäuse bzw. den Behälter selbst gebildet wird, so dass sich jedenfalls während der Volumenexpansion des Mediums der Abstand der beiden Endscheiben zueinander ändern kann, die beiden Endscheiben also relativ zueinander beweglich sind.
Dabei ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Endscheiben in der üblichen Betriebsstellung, also zu den üblichen Betriebstemperaturen, wenn beispielsweise das Fluid flüssig ist, dem Medium anliegen, so dass Verwirbelungen des Mediums ausgeschlossen sind, die ansonsten zu einem erhöhten Abrieb und dementsprechend einem vorzeitigen Verschleiß des Mediums führen könnten. Die eine oder beide der Endscheiben können daher federelastisch bzw. federbelastet sein, um diese Rückstellung sicherzustellen.
Alternativ oder ergänzend zu den abstandsveränderlichen Endscheiben kann vorgesehen sein, dass der Behälter, der das Medium aufweist, auch eine Expansion des Mediums quer zu der Richtung zulässt, in der sich die beiden Endscheiben gegenüberliegen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass innerhalb des Gehäuses ein Einsatz vorgesehen ist, der das Medium enthält, daher auch als „Behälter" bezeichnet ist, und der von der Gehäusewandung beabstandet ist, und der insofern verformbar ist, als er bei expandierendem Medium eine Ausdehnung gegebenenfalls bis zur Gehäusewandung zulässt. Dieser Einsatz kann fluiddurchlässig sein, so dass er die Durchströmung des Mediums mit dem Fluid nicht beeinträchtigt und selbst durchströmt werden kann.
Der Behälter bewirkt bei einer federelastische Ausgestaltung, dass bei anschließender Volumenverringerung des Mediums dieses wieder in eine Anordnung zurückgeführt wird, in der ein Abstand von der Gehäusewandung vorgesehen ist, so dass bei einer erneuten Expansion des Mediums erneut der ausreichende Expansionsraum zur Verfügung steht, damit diese Expansionswirkung die Gehäusewandung nicht unzulässig belastet und gegebenenfalls zu einer Zerstörung des Gehäuses führt.
Vorteilhaft kann der vorgenannte Einsatz bzw. Behälter siebartig ausgestaltet sein, so dass eine optimale Durchströmung des Behälters selbst sowie des Mediums sichergestellt ist und weiterhin eine flexible verformbare Struktur des Einsatzes sichergestellt ist.
Die Bezeichnung als „Endscheibe" bei der vorerwähnten federelastisch abgestützten und dem Medium anliegenden Endscheibe bedeutet nicht, dass diese ein äußerstes Bauteil des Behälters darstellen muss. Vielmehr kann eine derartige Endscheibe den Innenraum des Behälters begrenzen, in dem sich das Medium befindet. Der eigentliche Behälter kann sich demgegenüber noch etwas weiter erstrecken und beispielsweise einen umlaufenden Kragen aufweisen oder einen Deckel, so dass sich die Endscheibe mit ihrem Federelement an diesem Kragen oder Deckel abstützen kann, um unter Komprimierung der Federelemente den Abstand zur gegenüberliegenden Endscheibe zu vergrößern, wenn das Medium expandiert.
Dabei kann insbesondere vorteilhaft vorgesehen sein, dass beide Endscheiben federbeweglich gelagert sind, also dem Expansionsdruck des Mediums nachgeben können. Zugunsten einer möglichst preisgünstigen Herstellung können beide Endscheiben baugleich ausgestaltet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Federwirkung der beiden Endscheiben unterschiedlich auszugestalten, so dass während der Expansion des Mediums bewusst zunächst eine Endscheibe verschoben wird und erst anschließend die gegenüberliegende Endscheibe verschoben wird, deren Feder eine höhere Steifigkeit aufweist.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass der Behälter ein- und ausgangsseitig mit einem Sieb versehen ist, welches das Medium zurück hält. Auf diese Weise können Ein- und Auslassöffnungen am Behälter vorgesehen sein, die erheblich größer dimensioniert sind als es der Partikelgröße des Mediums entspricht, so dass ein hoher Fluiddurchsatz ermöglicht wird, wobei das erwähnte Sieb zuverlässig das Medium innerhalb des Behälters zurückhält.
Vorteilhaft kann ein Filter stromabwärts von dem Ionentauschermedium und beispeilsweise von dem Behälter vorgesehen sein, wobei dieser Filter Abrieb zurückhält, der beispielsweise auf Grund von Relativbewegungen der einzelnen Partikel des Mediums herrührt. Derartige Relativbewegungen können einerseits vibrationsbedingt auftreten, beispielsweise auf Grund von Motorvibrationen oder beim Überfahren von unebenen Strecken, es kann jedoch auch allein schon auf Grund der Expansionswirkung und anschließenden Kontraktion des Mediums ein derartiger Abrieb erfolgen. Um die Funktion beispielsweise von nachgeschalteten Düsenöffnungen nicht zu beeinträchtigen, kann der erwähnte Filter vorteilhaft einen derartigen Abrieb zurückhalten.
Vorteilhaft kann der Expansionsraum eine verformbare Membran als Trennwand aufweisen, wobei diese Membran entlang ihrem Rand festgelegt ist. Im Vergleich zu einer starren Trennwand, die entlang ihrem Rand beweglich und verschiebbar ist, also in etwa vergleichbar einem in einem Zylinder verschiebbaren Kolben, ermöglicht die erwähnte verformbare Membran eine erheblich einfachere Abdichtung, da sie an ihrem Rand zuverlässig abgedichtet festgelegt werden kann, beispielsweise verpresst, verklebt oder auf ähnliche Weise festgelegt werden kann, so dass die Beweglichkeit der Trennwand aus der Verformbarkeit der Membran resultiert.
Vorteilhaft kann eine Ablassöffnung zur Entleerung des Gehäuses vorgesehen sein, so dass das Fluid bei Wartungsarbeiten an dem Ionentauscher zunächst abgelassen werden kann.
Vorteilhaft kann das Gehäuse mittels eines Deckels verschließbar sein. So wird der das Ionentauschermedium bzw. der dieses enthaltende Behälter zugänglich, um beispielsweise ausgewechselt zu werden. Durch diese Auswechselbarkeit muss die Menge des Mediums nicht auf die konstruktiv vorgesehene Lebensdauer des Fahrzeugs oder des Fahrzeugmotors abgestimmt sein, sondern kann platzsparend kleiner dimensioniert sein und im Rahmen regelmäßiger Wartungsarbeiten gegen unverbrauchtes Medium ausgewechselt werden.
Vorteilhaft kann der Expansionsraum innerhalb des erwähnten Gehäusedeckels vorgesehen sein. Auf diese Weise ist produktionstechnisch eine einfache Montage der Trennwand am Expansionsraum möglich, da eine gute Zugänglichkeit gewährleistet ist. Zudem kann bei einem eventuellen Verschleiß der beweglichen Trennwand diese auf einfache Weise durch einen Austausch des Deckels ausgewechselt werden, während der gesamte übrige Ionentauscher weiterhin verwendbar ist.
Ausführungsbeispiele der Neuerung werden anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigen die
1, 3 u. 5 drei unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines Ionentauschers, jeweils in einem Längsschnitt durch das Gehäuse des Ionentauschers, und die
2, 4 u. 6 jeweils quer zur Längsachse verlaufende Ansichten der jeweiligen Ionentauscher.
In den Zeichnungen ist mit 1 jeweils insgesamt ein Ionentauscher bezeichnet, wobei der Ionentauscher 1 jeweils ein Gehäuse 2 aufweist, welches eine Einlassöffnung 3 sowie eine Auslassöffnungen 4 für ein Fluid aufweist.
Im Inneren des Gehäuses 2 ist ein Behälter 5 angeordnet, dessen Innenraum 6 mit einem in den Zeichnungen nicht dargestellten Ionentauscher-Medium, beispielsweise mit einem Harzgranulat, gefüllt ist. Der Innenraum 6 wird begrenzt durch zwei sich gegenüberliegende Endscheiben 7 sowie durch eine zylindrische Behälterwandung 8. Die beiden Endscheiben 7 sind jeweils durch ein aus der Zeichnung nicht ersichtliches Sieb abgedeckt, so dass das Medium zuverlässig im Innenraum 6 des Behälters 5 gehalten wird.
Die Außenmaße des Behälters 5 werden in axialer Richtung nicht durch die Endscheiben 7, sondern durch eine obere und eine untere Stirnplatte 9 und 10 begrenzt, wobei die obere Stirnplatte 9 fest an die Behälterwandung 8 angeformt ist, während die untere Stirnplatte 10 als separates Bauteil ausgestaltet ist und erst nach Befüllung des Behälters 5 mit den beiden Endscheiben sowie dem Medium an der Behälterwandung 8 befestigt wird.
Zwischen dem Behälter 5 und der Wandung des Gehäuses 2 verbleibt ein Freiraum 11, der vom Fluid durchströmt werden kann, welches durch die Einlassöffnung 3 in das Gehäuse 2 gelangt. Das Fluid strömt von unten in den Behälter 5 ein, entweder durch radial im unteren Bereich der Behälterwandung 8 vorgesehene Eintrittsöffnungen oder durch entsprechende Eintrittsöffnungen in der unteren Stirnplatte 10. Es gelangt durch die untere Endscheibe 7 in den Innenraum 6, durchströmt die das Ionentauschermedium darstellende Granulat-Packung, und verlässt durch die obere Endscheibe 7 den Behälter 5 und durch die Auslassöffnung 4 das Gehäuse 2.
Die Konstruktion des Ionentauschers 1 ist für Fluid-Betriebsdrücke von 5 bar ausgelegt. Dabei ist der Ionentauscher 1 dafür vorgesehen, dass eine Harnstofflösung als Fluid an einem Harzgranulat als Medium entlanggeführt wird. Sobald der Ionentauscher 1 Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes über längere Zeit ausgesetzt wird, friert die Harnstofflösung ein und expandiert. Der entsprechend zunehmende Raumbedarf innerhalb des Gehäuses 2 wird durch eine nachgiebige Trennwand 12 ermöglicht, welche den Innenraum des Gehäuses 2 von einem Expansionsraum 14 trennt. Der Expansionsraum 14 ist mit einer Entlüftungsbohrung 15 versehen, so dass bei einer abwärts gerichteten Bewegung der Trennwand 12 nicht der Druck im Inneren des Expansionsraumes 14 ansteigt, sondern lediglich das Volumen des Expansionsraumes 14 verringert wird.
Die Trennwand 12 stützt sich über eine Feder 16, gegen einen Deckelboden 17 eines Deckels 18 ab, der lösbar mit dem übrigen Gehäuse 2 verbunden ist, im dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Gehäusewandung verschraubt ist. Der Deckel 18 enthält die Feder 16, die Trennwand 12 sowie Dichtungselemente und zentriert das untere Ende des Behälters 5 innerhalb des Gehäuses 2.
Bei Frost und der damit verbundenen Expansion der Stoffe, welche sich im Gehäuse 2 befinden, weicht die Trennwand 12, die als verformbare Membran ausgestaltet ist, nach unten gegen die Wirkung der Feder 16 aus, so dass durch die erwähnte Expansion kein unzulässiger Druckanstieg innerhalb des Gehäuses 2 erfolgt.
Bei anschließender Inbetriebnahme des Fahrzeugs bzw. des Motors, für dessen Betriebsweise der Ionentauscher 1 vorgesehen ist, wird das gefrorene Fluid erwärmt und auf diese Weise verflüssigt. Die Erwärmung erfolgt mittels einer Rohrleitung 19, welche als wendelförmiger Wärmetauscher innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet ist, und welche Anschlüsse 20 zum Zuführen und Abführen eines Wärmeträgerfluids aufweist. Als Wärmeträgerfluid kommt beispielsweise das Kühlmittel des Verbrennungsmotors in Frage oder ein Kraftstoff-Rücklauf von einer Kraftstoffeinspritzanlage, wobei sich der Kraftstoff zunächst im Bereich des Verbrennungsmotors erwärmt hat, so dass die Rücklaufmenge des Kraftstoffs eine vergleichsweise hohe Temperatur aufweist. Auch während der Fahrt unter tiefen Temperaturbedingungen wird das Harnstofffluid innerhalb des Gehäuses 2 durch die Beheizung mittels der Rohrleitung 19 flüssig gehalten.
Während des Betriebs des Ionentauschers 1 und insbesondere während des Betriebs des zugeordneten Verbrennungsmotors unterliegt das durch den Ionentauscher 1 geführte Fluid, also das beispielsweise erwähnte Harnstofffluid, einem Betriebsdruck von 5 bar. Die Feder 16 gibt unter diesen Druckbedingungen nach, so dass die Membran, welche die Trennwand 12 bildet, maximal verformt wird. Nach Abstellen des Motors und dementsprechendem Druckabfall im Fluidsystem entspannt sich die Feder 16 wieder und drückt die Trennwand 12 nach oben in die wie aus 1 ersichtliche Stellung. Unter Frostbedingungen kann die Trennwand 12 anschließend wieder nach unten gedrückt werden, gegen die Wirkung der Feder 16.
Eine Expansion des Mediums selbst wird vom Behälter 5 kompensiert: Auf Grund der zylinderischen Ausgestaltung der Behälterwandung 8 ist diese vergleichsweise druckstabil. Der durch die Expansion des Mediums hervorgerufene Druckanstieg wird daher durch die bewegliche Lagerung der beiden Endscheiben 7 innerhalb des Behälters 5 aufgefangen. Die Endscheiben 7 stützen sich über elastisch verformbare Federstege 21 an den oberen und unteren Stirnplatten 9 und 10 ab, wobei die elastische Verformbarkeit dieser Federstege eine axiale Beweglichkeit der Endscheiben 7 insofern ermöglicht, als die Endscheiben 7 unter dem Expansionsdruck des Mediums näher an die beiden Stirnplatten 9 und 10 gedrückt werden können.
Wenn unter entsprechenden Temperaturbedingungen das Medium anschließend sein Volumen wieder reduziert, entspannen sich die Federstege 21 und bewegen die Endscheiben 7 wieder von den Stirnplatten 9 und 10 weg, so dass stets sichergestellt ist, dass die Endscheiben 7 das Medium so dicht gepackt zwischen sich aufnehmen, dass unzulässige Verwirbelungen und ähnliche Beweglichkeiten der einzelnen Partikel des Mediums verhindert werden, die zu einem unerwünscht starken Abrieb dieser Partikel führen würden.
Wenn das Medium ausgetauscht werden soll, vorzugsweise durch Austausch des kompletten Behälters 5, so wird zunächst das Harnstofffluid aus dem Gehäuse 2 abgelassen. Hierzu ist eine Ablassöffnung 22 vorgesehen, die durch eine von Hand be tätigbare Verschlussschraube 23 gegenüber dem Freiraum 11 abgetrennt ist. Durch entsprechende Bewegung der Verschlussschraube 23 kann eine Verbindung zwischen dem Freiraum 11 und der Ablassöffnung 22 hergestellt werden, so dass das Fluid aus dem Ionentauscher 1 abgelassen werden kann.
In 3 ist ein Ionentauscher 1 dargestellt, bei dem das Gehäuse 2 doppelwandig ausgestaltet ist und eine Innenwandung 24 sowie eine Außenwandung 25 aufweist, wie insbesondere auch anhand von 4 ersichtlich ist. Zwischen den beiden Innen- und Außenwandungen 24 und 25 ergibt sich ein Strömungskanal 26 für ein Wärmeträgerfluid, welches über Anschlüsse 20 zu- und abgeführt werden kann. Im übrigen ist die Konstruktion dieses Ausführungsbeispiels auf die Beheizungsmöglichkeit mit der Konstruktion des ersten Ausführungsbeispiels der 1 und 2 vergleichbar, so dass aus Übersichtlichkeitsgründen nicht sämtliche Bezugszeichen in die 3 eingetragen sind, welche Bauteile betreffen, die mit denen der 1 im Wesentlichen identisch sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 weist der Deckel 18 keinen separaten Deckelboden auf, sondern vielmehr eine angeformte Vertiefung, die den Expansionsraum 14 bildet und die Feder 16 aufnimmt, wobei die Feder 16 bei diesem Ausführungsbeispiel einen erheblich geringeren Durchmesser aufweist als der gesamte Deckel 18. Der Expansionsraum 14 erstreckt sich bei diesem Ausführungsbeispiel auch über die Ausnehmung des Deckels 18 hinaus nach oben: In 5 ist gestrichelt der gebogene Verlauf der Trennwand 12 angedeutet, der bei entspannter Feder 16 vorgesehen ist. Die Trennwand 12 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als elastisch verformbare Membran ausgebildet, welche dem Deckel 18 großflächig anliegt und lediglich im Bereich der Deckelausnehmung vom Deckel 18 beabstandet und dort vielmehr durch die Feder 16 gestützt ist.
Die Membran der Trennwand 12 ist radial außen am Rand des Deckels 18 festgelegt, beispielsweise verklebt, so dass die Trennwand in diesem radial umlaufenden Rand des Deckels 18 abgedichtet ist.
Der in 5 in durchgezogenen Linien dargestellte Verlauf der Trennwand 12 stellt sich bei Betrieb des Verbrennungsmotors ein, wenn die durch den Ionentauscher 1 geführte Harnstoffflüssigkeit einen Betriebsdruck von 5 bar aufweist. Gegebenenfalls kann unter noch weiterer als der in 5 dargestellten Komprimierung der Feder 16 die Trennwand 12 im Bereich der Ausnehmung auch noch weiter als dargestellt in den Deckel 18 eintauchen.
Bei entspannter Feder 16, wenn also beispielsweise der Verbrennungsmotor stillsteht und das Harnstofffluid keinem hohen Betriebsdruck unterliegt, ergibt sich durch die Federwirkung der gestrichelt dargestellte Verlauf der Trennwand 12. Die Feder 16 drückt den mittleren Bereich der Trennwand 12 bis an die untere Stirnplatte 10. Nach längerer Motorstillstandszeit in kalter Umgebung wird das Fluid innerhalb des Gehäuses 2 frieren und expandieren. Dabei wird gegen die Wirkung der Feder 16 die Trennwand 12 aus ihrer gestrichelten Anordnung nach unten gedrückt, beispielsweise bis in die in durchgezogenen Linien dargestellte Anordnung, oder bis in eine Position, die zwischen dem gestrichelten und dem durchgezogen dargestellten Verlauf der Trennwand 12 liegt.
In sämtlichen Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, dass der Behälter 5 an seinem oberen Ende mit einer Radialdichtung 27 einem in das Gehäuse 2 fortgeführten Stutzen 28 der Fluidauslassöffnung 4 anliegt.

Claims

Ionentauscher, mit einem Gehäuse, welches eine Einlass- und Auslassöffnung für ein Fluid aufweist, und mit einem von dem Fluid umströmbaren, im Gehäuse vorgesehenen Ionentauschermedium, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (2) ein Expansionsraum (14) vorgesehen ist, wobei der Expansionsraum (14) • an den vom Fluid durchströmten Innenraumbereich des Gehäuses (2) angrenzt • und eine federbewegliche Trennwand (12) aufweist, und wobei diese Trennwand (12) • gegenüber dem im Gehäuse (2) geführten Fluid abgedichtet ist • und gegen die Federwirkung bei steigendem Fluiddruck unter Verringerung des Innenvolumens des Expansionsraums (14) beweglich ist.
Ionentauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ionentauschermedium innerhalb eines im Gehäuse (2) angeordneten. Behälters (5) mit expandierbarem Innenvolumen (6) angeordnet ist.
Ionentauscher nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Entlüftungsbohrung (15), welche eine atmosphärische Verbindung vom Expansionsraum (14) zur Atmosphäre außerhalb des Gehäuses (2) – wie zur Umgebungsluft – schafft.
Ionentauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine Einrichtung zur Beheizung des Gehäuseinneren aufweist.
Ionentauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) doppelwandig ist und Anschlüsse (20) für ein Wärmeträgerfluid aufweist, wobei zwischen den Wandungen (24, 25) ein Strömungskanal (26) für das Wärmeträgerfluid vorgesehen ist.
Ionentauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine im Gehäuse (2), außerhalb des Behälters (5) angeordnete Rohrleitung (19), die Anschlüsse (20) für ein Wärmeträgertluid aufweist.
Ionentauscher nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein elektrisches Widerstandsheizelement.
Ionentauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (5) zwei gegenüberliegende Endscheiben (7) aufweist, wobei we nigstens eine der beiden Endscheiben (7) relativ zu der anderen beweglich gelagert ist, derart, dass sie aus einer dem Ionentauschermedium anliegenden Betriebsstellung in eine Expansionsstellung relativ zueinander beweglich sind, in welcher sie einen größeren Abstand zueinander aufweisen als in der Betriebsstellung.
Ionentauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (5) einen fluiddurchlässigen Einsatz aufweist, der von der Behälterwandung (8) beabstandet ist und verformbar ist, derart, dass bei einer temperaturbedingten Expansion des Ionentauschermediums das Volumen des Einsatzes vergrößerbar ist, wobei die Behälterwandung (8) im Wesentlichen unveränderte Abmessungen aufweist.
Ionentauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterwandung (8) zumindest bereichsweise siebartig ausgestaltet ist.
Ionentauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Endscheiben (7) im Inneren des Behälters (5) angeordnet ist und sich über ein Druckfederelement an einem Kragen oder Deckel des Behälters (5) abstützt.
Ionentauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass beide Endscheiben (5) federbeweglich abgestützt sind.
Ionentauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Fluid durchströmbare Behälter (5) ein- und ausgangsseitig mit einem das Ionentauschermedium zurückhaltenden Sieb versehen ist.
Ionentauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen stromabwärts vom Ionentauschermedium angeordneten Filter mit einer den Abrieb des Ionentauschermediums zurückhaltenden Filterfeinheit.
Ionentauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionsraum (14) eine verformbare Membran als Trennwand (12) aufweist, die entlang ihrem Rand festgelegt ist.
Ionentauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ablassöffnung (22) zur Entleerung des Gehäuses (2), welche einen Ablauf des Fluids aus dem Gehäuse (2) ermöglicht.
Ionentauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mittels eines Deckels (18) verschließbar ist und das Ionentauschermedium bei geöffnetem Deckel (18) aus dem Gehäuse (2) entnehmbar ist.
Ionentauscher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionsraum (14) im Wesentlichen innerhalb des Deckels (18) vorgesehen ist.
Ionentauscher nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (5) bei geöffnetem Deckel (18) aus dem Gehäuse (2) entnehmbar ist.