冰压力-补偿元件

技术领域

本发明涉及一种补偿元件、尤其过滤器组件的补偿元件，该补偿元件设置用于对冻结介质、尤其尿素溶液或水溶液或水进行体积补偿，并且涉及一种带有这种补偿元件的过滤器组件。

背景技术

从现有技术中已知一种带有补偿元件的过滤器组件。对于液体介质来说，在低温下存在结冰的风险，这可能导致构件的损坏。尤其在用于车辆的DENOX系统的过滤器组件中，由于结冰而存在过滤器组件的很高的损坏风险。因此已知的是，例如针对液态尿素溶液而给过滤器组件分配了补偿元件，该液态尿素溶液用于在过滤器组件的内部中对内燃机中的氮氧化物进行催化还原(DENOX)，该补偿元件没有填充液体、但是能够弹性变形。在由于结冰而使过滤器组件中体积增加时，补偿元件由于冻结介质的额外体积而被压缩，并且因此防止了过度的压力增加和对过滤器组件的损坏。这种补偿元件例如从DE10 2017 203796 A1中已知。

发明内容

具有权利要求1特征的根据本发明的补偿元件设置用于对冻结的、流体的介质、尤其尿素溶液或水溶液或水进行体积补偿，相比之下，该补偿元件具有的优点是能够可靠地防止可能由于冻结介质的体积膨胀而发生的构件损坏。在此，该补偿元件具有简单且低成本的结构。此外，根据本发明的补偿元件能够确保在冻结介质解冻之后，已经弹性变形的补偿元件能够再次完全恢复到其初始形态。根据本发明，这一点通过补偿元件具有带有第一端部和第二端部的延长的中空体来实现，其中在所述第一端部处布置了拱顶区域，该拱顶区域封闭所述中空体，并且所述第二端部例如是敞开的或者说具有开口。在这种情况下(也就是如果第二端部设计为敞开的或具有向外的开口)，位于中空体的内部中的气体介质能够在补偿元件的变形过程中通过敞开的第二端部逸出。该补偿元件弹性可逆地能变形地构造，并且一旦冻结介质再次变为液体，该补偿元件就能够在由于所述介质结冰而从初始状态发生变形之后再次恢复到其初始状态。在此，中空体具有带有在周缘上闭合的外部区域的横截面，并且在一些情况下能够具有内部结构，然而该内部结构不一定必须存在。这种内部结构布置在所述外部区域的内周处。例如，该内部结构能够从外部区域向内突出或向内伸出。

在此，内部结构有利地能够实现的是，在补偿元件变形时尤其使外部区域变形。在补偿元件变形中，内部结构不变形或者在预先给定的较小的范围中变形，优选具有≤30％、尤其≤10％的变形程度。因此，内部结构使补偿元件具有一定的刚度，这对于所变形的补偿元件的弹性的可逆的复原是有利的。此外，内部结构防止了所变形的横截面的外部区域(即尤其外部区域或外部结构)的包络周长剧烈偏离于未变形的横截面的外部区域的包络周长。由此有利地引起了，在压缩中空体时，外部区域不会从内部碰撞到过滤器组件的其他(设计)元件、如例如过滤器元件的(例如滤纸等的)过滤介质，因为中空体能够例如布置在过滤器元件的内部中。以这种方式有利地预防了，由于被压缩的中空体而对其他设计元件、例如过滤介质的损坏。在一种实施例中没有设置内部结构的情况下，能够在外部区域中设置目标弯折部位，例如以铰链、薄膜铰链等方式。以这种方式有利地引起了，被压缩的中空体具有限定的包络周长，该包络周长大致对应于未被压缩的中空体的包络周长。由此，即使在中空体没有内部结构的情况下也能够有利地防止，例如被压缩的中空体以其外部区域碰撞到其他元件、例如过滤元件的过滤介质。

特别地，当在过滤器组件中使用补偿元件时，能够防止在过滤器组件的内部中结冰时对过滤器组件的构件造成损坏。

从属权利要求示出了本发明的优选的改进方案。

优选地，补偿元件的外部区域和内部结构由相同的材料制成。特别优选地，在此使用乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)或氢化丙烯腈-丁二烯橡胶(HNBR)或硅弹性体或热塑性弹性体或热塑性硫化橡胶(TPV)作为补偿元件的材料。

特别优选地，补偿元件的外部区域和内部结构一体式地构造。由此一方面能够借助于注射成型来进行制造，所述制造能够特别成本低廉且简单地实现。而后也不需要进一步的装配步骤来制造补偿元件。

优选地，补偿元件的内部结构如此构造，使得内部结构的几何形状在补偿元件发生形状变化时基本上保持不变形或不改变，并且补偿元件的外部区域如此构造，使得所述变形大部分或主要(超过50％)或仅发生在外部区域处。这例如能够意味着，考虑到中空体的各个区段在变形时所经过的所有路段或者说变形路段，例如超过70％的变形路段、优选超过85％的变形路段发生在外部区域中。例如，在将区段划分为例如0.5mm或1mm的离散的长度区段(或其他合适的离散化)时，能够合计出各个离散的区段移动了多少路段。而后能够将来自外部区域和内部区域或内部结构的这些路段的总和与彼此进行比较。由此，(基本上)未变形的内部结构能够实现的是，使外部区域在变形后再次完全可逆地回到其初始位置。内部结构赋予了补偿元件高刚性，从而尤其也能够避免补偿元件在变形过程中的弯曲，该变形过程可能导致将补偿元件对着相邻的构件按压。

如果优选地内部结构和外部区域具有恒定的、相同的壁厚，则能够实现补偿元件的特别好的可逆性。

进一步优选地，主体处的补偿元件在第二端部处包括沿径向向外指向的法兰区域，该法兰区域优选环绕地构造。法兰区域优选用于尤其在过滤器组件中固定补偿元件。

进一步优选地，在第二端部敞开地设计的情况下，补偿元件的敞开的第二端部设置用于接纳压力补偿元件。压力补偿元件能够例如构造为阀元件，其优选地能够在补偿元件的内部区域与环境之间实现连续的压力补偿。压力补偿元件优选地借助于卡合连接或类似方式来与补偿元件的敞开的第二端部连接。能够理解的是，也能够给定其中不设置压力补偿元件的实施方式。在这种情况下，中空体例如能够向外闭合地构造。在这种情况下，在介质、例如尿素溶液或另一种水溶液或水冻结时，只有位于中空体中的气体体积会被压缩并且在介质解冻后在此相应地膨胀。

进一步优选地，补偿元件的中空体在邻近第二端部的外周处具有一个或多个突出部。特别地，当在第二端部处还构造了沿径向向外指向的法兰区域时，则优选地在突出部与法兰区域之间存在间隔，从而在法兰区域与突出部之间构造有凹部。该凹部尤其用于接纳密封元件、如例如O型环。

特别优选地，补偿元件的中空体柱状地构造，并且中空体的外部区域具有多个截平部，这些截平部沿中空体的轴向方向延伸。特别优选地，在此设置了三个截平部，这些截平部在中空体的整个轴向长度上延伸。优选地，截平部也部分地在拱顶区域中延伸。这具有的优点是，在补偿元件的由冰引起的变形时，封闭盖也至少部分地变形，从而在变形过程期间不会将不需要的大的应力引入到补偿元件中。

特别优选地，中空体在外部区域处具有正好三个截平部，并且内部结构具有正好三个沿纵向伸展的壁区域，这些壁区域在补偿元件的中心轴线中相交。优选地，三个壁区域结构相同并且具有与中空体的壁厚相对应的壁厚。进一步优选地，在内部结构的三个壁区域的交汇点处设置了加厚部、尤其在截面中圆形的加厚部。由此能够进一步改善内部结构的稳定性。由此在注射成型方法期间也产生了优点。

替代地，补偿元件的中空体具有柱状的或截锥状的形状，并且沿纵向伸展的内部结构包括三个区域，使得补偿元件在未变形状态下具有带有三个相同构造的中空区域的三脚架式空腔，其中三个中空区域在补偿元件的中心轴线中相交并且分别偏移120°。因此，内部结构具有三个向内指向的三角形，其中，该三角形的朝中空体指向的边构造为弧形。三角形的另外两条边形成大约120°的角度。

进一步替代地，补偿元件的中空体具有柱状的或截锥状的形状，并且沿纵向伸展的内部结构具有四个突出区域，使得中空体在未变形状态下具有带有四个相同构造的中空区域的十字形空腔，这些中空区域在中心轴线中相交。这些中空区域以分别90°的角度彼此相邻布置。因此，内部结构具有四个向内指向的结构区域，该结构区域构造成三角形，其中三角形的朝中空体指向的边构造成弧形，并且另外的边构造成直线且在它们之间形成90°角。

进一步替代地，补偿元件的中空体构造为柱体或截锥体，并且沿纵向伸展的内部结构十字形地构造为带有四个以90°角相对于彼此布置的壁区域，其中四个壁区域在补偿元件的中心轴线中相交。因此，内部结构在截面中形成十字形。

根据一种替代的设计方案，本发明涉及一种设置用于对冻结介质进行体积补偿的补偿元件，该补偿元件具有延长的中空体，该中空体带有第一端部和第二端部。在第一端部处布置了拱顶区域，该拱顶区域封闭中空体，并且第二端部是敞开的。该补偿元件弹性可逆地构造，以便在由于介质结冰而从初始状态发生变形的情况下再次恢复到初始状态。中空体具有带有外部区域的横截面，其中所述外部区域是柱状或截锥状的，并且在外部区域处存在多个截平部，这些截平部沿中空体的轴向方向延伸。优选地，在外部区域处设置了三个截平部。因此，该替代的补偿元件的中空体没有内部结构。然而通过设置截平部，这种替代的设计方案同样能够在结冰时实现中空体的可靠的弹性的且可逆的变形。

此外，本发明涉及一种液体过滤器的过滤器组件，该过滤器组件尤其用于内燃机的液态尿素溶液(DENOX)，该过滤器组件包括根据本发明的补偿元件。补偿元件优选布置在过滤器组件的过滤器插入件的内部中。特别优选地，补偿元件直接优选借助于卡合连接来固定在过滤器壳体处。

进一步优选地，内部结构与封闭盖连接。优选地，内部结构与封闭盖之间的这种连接部的横截面与内部结构的实际的横截面构造不同，并且例如构造为杆状连接。

附图说明

下面参照附图详细描述本发明的优选实施例。在附图中：

图1示出了根据本发明第一优选实施例的带有补偿元件的过滤器组件的示意性剖面图，

图2示出了图1所述补偿元件的示意性透视图，

图3a示出了补偿元件沿图2的线A-A在未变形的初始状态下的剖面图，

图3b示出了对应于图3a在变形状态下的剖面图，

图4a示出了根据第二实施例的补偿元件在初始状态下的剖面图，

图4b示出了对应于图4a在变形状态下的剖面图，

图5a示出了根据第三实施例的补偿元件在初始状态下的剖面图，

图5b示出了对应于图5a在变形状态下的剖面图，

图6a示出了根据第四实施例的补偿元件在初始状态下的剖面图，

图6b示出了对应于图6a在变形状态下的剖面图，

图7a示出了根据第五实施例的补偿元件在初始状态下的剖面图，

图7b示出了对应于图7a在变形状态下的剖面图。

具体实施方式

下面将参照图1、图2、图3a和图3b详细描述根据本发明第一优选实施例的经气体填充的补偿元件1和过滤器组件100。

图1示出了过滤器组件100的示意性剖面图，该过滤器组件使用在针对液态尿素溶液的系统中，该液态尿素溶液用于在内燃机的领域中对氮氧化物进行催化还原(DENOX)。然而，该过滤器组件适用于所有流体介质，尤其也适用于水和能够冻结的水溶液。

如从图1中能够看出的那样，过滤器组件100包括带有杯状的过滤器壳体101和盖102的结构。在过滤器壳体101的内部中布置了过滤介质103。在过滤介质103的内部中布置了补偿元件1。过滤器组件100还包括保持环104，该保持环尤其保持住过滤介质103。此外，在盖102中还布置了压力补偿元件105，该压力补偿元件用作能够在补偿元件的内部与环境侧之间实现气体交换的阀。过滤介质103能够是可更换的过滤器元件(这里没有附图标记)的一部分，该过滤器元件此外具有保持环104(作为一种上端盖或第一端盖)并且通常还具有下端盖或第二端盖(这里也没有附图标记)。过滤介质103能够是例如滤纸、例如折叠成星形的滤纸或者由熔喷材料组成。

如从图1中能够看出的那样，补偿元件1仅固定在过滤器组件100的一侧。如果在过滤器组件100内部发生结冰，则补偿元件1弹性可逆地变形，以便对过滤器组件100中的冻结介质提供体积补偿。

因此，在过滤器组件100中结冰之后，该结冰导致冻结介质的体积增加，补偿元件1能够执行变形，其中位于补偿元件1内部的气体能够经由压力补偿元件105排放到环境中。

在图2、图3a和图3b中能够看出补偿元件1的详情。补偿元件1包括延长的中空体2，该中空体基本上中空柱状地或替代地中空截锥状地构造。中空体2具有第一端部21和敞开的第二端部22。

在第一端部21处布置了封闭盖5，该封闭盖封闭中空体2的内空腔。第二端部22在此仅示例性地敞开地设计，以便提供到压力补偿元件105的气体连接。

图3a和图3b分别示出了沿图2的线A-A的横截面。在此，图3a示出了补偿元件1的未变形状态，并且图3b示出了在补偿元件1的外周处结冰之后补偿元件1的最大变形状态。

如从图3a中能够看出的那样，中空体2具有在周缘上闭合的外部区域3和沿中空体的纵向方向伸展的内部结构4。内部结构4布置在外部区域3的内部中并且与外部区域3一体式地构造。因此，外部区域3和内部结构4由相同的材料制成，优选借助于注射成型工艺来制成。

外部区域3具有基本上中空柱体形状或替代地中空截锥，其中外部区域3具有多个截平部30。如从图3a中能够看出的那样，由此产生一种结构，使得截平部30和柱体区域31沿着外部区域3的周缘交替。在该实施例中，正好设置了三个截平部30和三个柱体区域31。在此，截平部30沿着外部区域的外周以60°的角度α构造，并且柱体区域31沿着外部区域的外周以同样60°的角度β构造。

内部结构4包括正好三个壁区域41，这些壁区域在补偿元件1的中心轴线X-X中相交。在中心轴线X-X中布置了带有圆形的横截面的芯部区域42，由此加强了壁区域41之间的连接。壁区域41沿着周缘均匀地构造，并且以分别120°的角度布置，并且延伸到封闭盖5的高度。

如从图3中能够进一步看出的那样，壁区域41与外部区域3在柱体区域31的内侧处接触。在内部结构4与外部区域3的截平部30之间没有接触。

图3b现在说明了在中空体2的外周上出现结冰的情况下补偿元件1的压缩状态。被压缩的中空体在图3b中用附图标记2`表示。如从图3b中能够看出的那样，补偿元件1的内部结构4保持不变、也就是说没有变形。外部区域3尤其在不与内部结构4接触的截平部30处变形。在此，截平部30能够在图3b中所示出的最大变形中变形直到与芯部区域42接触。柱体区域31同样变形，其中然而由于柱体区域的弧形结构而防止了，尤其在内部结构4与外部区域3之间的连接区域处、在所变形的柱体区域31与内部结构4之间发生直接接触。由此尤其防止了所变形的柱体区域31不可逆地粘连到内部结构4处。

如图1中所示，内部结构4通过杆状连接部40与封闭盖5连接，在本实施例中，该杆状连接部为短的柱体区段。在此，该实施例中如此设计，使得截平部30也具有小部件30a，该小部件形成在封闭盖5处(参见图2)。由此，在结冰时，拱顶区域5也轻微变形，从而能够避免所变形的外部区域3与封闭盖5之间的过大的应力。

如从图1和图2中能够进一步看出的那样，在中空体2的敞开的端部22处设置了法兰区域6。法兰区域6环绕地且沿径向从中空体2向外延伸。法兰区域6尤其用于将补偿元件1固定在过滤器组件100处。

如从图2中能够看出的那样，在外部区域3处设置了多个突出部7。在突出部7与法兰区域6之间设置了凹部8。在该实施例中，三个突出部7布置在外部区域3的外周上，其中突出部7布置在柱体区域31的区域中。

如从图1中能够看出的那样，在此在凹部8处通过卡入来实现与保持环104的连接。因此，补偿元件1在一侧夹紧在保持环104处。第一端部21在过滤器组件100中自由定位。

应该注意的是，在第二端部22处，为了在过滤器组件100的内部空间与环境之间进行可靠密封，也能够设置额外的密封元件、例如O型环等。

一体式的补偿元件1的材料优选为EPDM。

图4a和图4b示出了根据本发明第二实施例的补偿元件1。相同或功能相同的部件用与前述实施例中相同的附图标记来表示。

第二实施例基本对应于第一实施例，其中补偿元件1具有中空体2，该中空体仅有外部区域3。因此，第二实施例的中空体2没有内部结构。如在第一实施例中那样，外部区域3构造有三个截平部30和三个柱体区域31。在图4b中示出了完全变形状态。

图5a和图5b示出了本发明的第三实施例，其中相同或功能相同的部件用与前述实施例中相同的附图标记来表示。

如从图5a中能够看出的那样，中空体2具有柱状的外部区域3和作为内部结构4的三个三角形区域43。沿纵向伸展的三角形区域43具有带有弧形边的三角形形状以及两个直边，该弧形边布置在外部区域3的内周处，这两个直边之间具有120°的角。三个三角形区域43沿着外部区域3的内周均匀分布地布置，并且与外部区域3一件式地构造。由此在中空体2的内部形成了三个中空区域33，这些中空区域在中心轴线X-X中相交。由此在补偿元件1的未变形状态下在中空体2内部中形成了三脚架式空腔。图5b示出了在结冰时的压缩状态，其中中空体2、如此压缩，使得三个三角形区域43保持不变形，并且变形仅在位于三个三角形区域43之间的外部区域3处进行。在完全变形状态下，三个三角形区域43能够在此接触。

图6a和图6b示出了根据本发明第四实施例的补偿元件1。相同或功能相同的部件再次用与前述实施例中相同的附图标记来表示。

如从图6a中能够看出的那样，与第三实施例中类似，中空体2具有柱状的外部区域3和作为内部结构4的四个三角形区域44。四个沿纵向伸展的三角形区域44分别以90°的角度γ彼此相邻地布置。三角形区域44具有类似于如在第三实施例中那样带有弧形边的三角形形状，该弧形边与外部区域3的内周接触并且与外部区域3一体式地构造。三角形的三角形区域44的另外两条边构造为直线，并且在它们之间形成直角。因此在中空体2的内部中形成空腔，该空腔具有四个中空区域34，这些中空区域在补偿元件1的中心轴线X-X处相交。在如图6b所示的完全压缩状态下，当中空体2由于结冰而被压缩时，四个中空区域34完全消失。在外部区域中发生非常强的变形，在该外部区域的内侧构造四个中空区域34。

图7a和图7b示出了根据本发明第五实施例的补偿元件1。相同或功能相同的部件再次用与前述实施例中相同的附图标记来表示。

第五实施例具有带有柱状的外部区域3和沿纵向伸展的内部结构4的中空体2，该内部结构构造为十字形。内部结构4再次与外部区域3一体式地构造。内部结构4具有四个壁区域41，这些壁区域分别彼此呈直角地布置。由此形成四个中空区域35，这些中空区域仅在中空体2的相应的端部处相互接触。因为补偿元件1由于十字形的内部结构4而非常坚硬，所以在图7b中所示的最大变形时补偿元件1仅产生较小变形。在补偿元件1的中心轴线X-X的区域中，内部结构4产生轻微压缩。与前述实施例相比，第五实施例的补偿功能因此在结冰时减少。