DE102008054268B4

DE102008054268B4 - Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung

Info

Publication number: DE102008054268B4
Application number: DE102008054268.7A
Authority: DE
Inventors: Dr. Damson Björn
Original assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2016-02-25
Anticipated expiration: 2028-11-01
Also published as: DE102008054268A1

Abstract

Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung für eine Vorrichtung (2) zum Einbringen einer Flüssigkeit (3) in eine Gasströmung (4), – mit einem Blechkörper (9), der mehrere Leitschaufeln (10) aufweist, die sich im montierten Zustand quer zu einer Hauptströmungsrichtung (11) der Gasströmungsrichtung (4) und radial zu einem Zentralbereich der Gasströmung (4) erstrecken, – wobei der Blechkörper (9) einen geschlossenen Kernbereich (12) aufweist, von dem die Leitschaufeln (10) ausgehen und der im montiertem Zustand im Zentralbereich der Gasströmung (4) angeordnet ist, – wobei der Blechkörper (9) mit den Leitschaufeln (10) und dem Kernbereich (12) aus einer einzigen Platine (13) hervorgeht, von der die Leitschaufeln (10) freigeschnitten oder freigestanzt sind, – wobei die Leitschaufeln (10) durch Schnitte (14) individualisiert sind, die bezüglich einer Längsmittelachse (11) der Gasströmung (4) radial ausgeführt sind und an der Platine (13) radial außen beginnen und radial innen enden, und – wobei die Leitschaufeln (10) bezüglich ihrer Längsrichtung verwunden sind, so dass sie von innen nach außen eine abnehmende Anstellung gegenüber der Hauptströmungsrichtung (11) der Gasströmung (4) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitte (14) mit gezackten oder gewellten Schneid- oder Stanzwerkzeugen hergestellt sind, so dass die Leitschaufeln (10) an ihrer jeweiligen Abströmkante (18) eine sich in der Schaufellängsrichtung erstreckende gezackte oder gewellte Kontur (19) aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung für eine Vorrichtung zum Einbringen einer Flüssigkeit in eine Gasströmung, insbesondere bei einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bei modernen Abgasanlagen kann es erforderlich sein, ein flüssiges Edukt in die Abgasströmung einzubringen, um eine bestimmte Reaktion auszulösen. Beispielsweise kann flüssiger Kraftstoff stromauf eines Oxidationskatalysators in den Abgasstrom eingebracht werden, um mit der im Katalysator ablaufenden stark exothermen Reaktion die Abgasströmung aufzuheizen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein nachfolgendes Partikelfilter auf eine Selbstentzündungstemperatur aufgeheizt werden, um eine Regeneration des Partikelfilters anzustoßen. Ebenso ist es bekannt, stromauf eines SCR-Katalysators Ammoniak oder Harnstoff bzw. eine wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrom einzubringen, um im SCR-Katalysator Stickoxide, die im Abgasstrom mitgeführt werden, umzusetzen.
Wichtig für einen ordnungsmäßigen Betrieb der Abgasanlage ist dabei, dass die eingebrachte Flüssigkeit möglichst weitgehend verdampft werden kann, wobei außerdem eine möglichst homogene Durchmischung bzw. Verteilung der verdampften Flüssigkeit über den gesamten Querschnitt der Abgasströmung erwünscht ist. Zu diesem Zweck kommen Misch- und/oder Verdampfungseinrichtungen der eingangs genannten Art zum Einsatz, die hierzu in der Abgasanlage im Strömungspfad des Abgases angeordnet werden.
Eine gattungsgemäße Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung ist aus der US 3,964,875 A bekannt. Die bekannte Einrichtung ist aus einer einzigen Blechplatine hergestellt, aus der mehrere Leitschaufeln freigeschnitten sind.
Aus der DE 100 60 808 B4 , der DE 10 2007 021 598 A1 und der DE 10 2007 012 790 A1 sind weitere Einrichtungen bekannt, die jeweils aus mehreren Einzelteilen zusammengebaut sind.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine derartige Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine vergleichsweise preiswerte Realisierbarkeit sowie durch eine besonders effektive Verdampfungswirkung auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung mit Hilfe eines Blechkörpers zu realisieren, der einen geschlossenen Kernbereich aufweist, von dem Leitschaufeln sternförmig radial abstehen. Im montierten Zustand befindet sich dann der geschlossene Kernbereich des Blechkörpers in einem Zentralbereich der Gasströmung. In diesem zentralen Bereich der Gasströmung herrscht üblicherweise die größte Strömungsgeschwindigkeit. Ferner erfolgt die Einbringung von Flüssigkeit zweckmäßig ebenfalls bevorzugt in diesem Zentralbereich. Die Positionierung des geschlossenen Kernbereichs genau in diesem Zentralbereich verhindert einen Tröpfchendurchschlag durch die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung, da die Flüssigkeitströpfchen auf den Kernbereich treffen und dort einer intensiven Beaufschlagung durch die Gasströmung ausgesetzt sind, was eine Verdampfung der Flüssigkeit bewirkt. Besonders vorteilhaft ist bei dieser Bauweise, dass die Leitschaufeln vom zentralen Kernbereich ausgehen, also fest mit diesem verbunden sind. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, den zentralen Kernbereich mit Hilfe der Laufschaufeln zu halten bzw. zu positionieren.
Erfindungsgemäß geht der Blechkörper zusammen mit den Leitschaufeln und dem Kernbereich aus einer einzigen Platine her, von der die Leitschaufeln freigeschnitten oder freigestanzt sind. Diese Platine kann dabei eben oder kegelförmig ausgestaltet sein. Auf diese Weise ist die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung extrem preiswert herstellbar.
Die einzelnen Leitschaufeln sind erfindungsgemäß am Blechkörper durch Schnitte individualisiert sein, die an der Platine radial außen beginnen und radial innen am Kernbereich enden. Somit besitzen die Leitschaufeln radial außen jeweils ein freies Ende. Eine derartige Bauweise ist vergleichsweise einfach realisierbar.
Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung, bei welcher die Schnitte unterschiedlich lang ausgestaltet sind. Hierdurch können unterschiedlich lange Leitschaufeln realisiert werden, was eine verbesserte Anpassung an die Strömungsverhältnisse im durchströmten Querschnitt, in dem die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung zum Einsatz kommt, möglich ist.
Die vorliegende Erfindung beruht außerdem auf dem allgemeinen Gedanken, die Abströmkanten von Leitschaufeln mit einer gewellten bzw. gezackten Kontur zu versehen. Durch diese Maßnahme können sich an der Abströmkante Flüssigkeitströpfchen nicht mehr zu großen Tropfen vereinen, die sich ablösen können und ohne vollständige Verdampfung zum Beispiel auf eine nachgeordnete Abgasbehandlungseinrichtung auftreffen können. Die einzelnen Flüssigkeitströpfchen, die sich durch Ansammlung an den Leitschaufeln und am Kernbereich bilden können, gelangen aufgrund der Strömungswirkung sowie aufgrund der Anstellung der Leitschaufeln entlang unterschiedlicher Positionen an die Abströmkanten der Laufschaufeln. Dabei gelangen sie in die Spitzen der gewellten bzw. gezackten Kontur. Dort sind sie einer intensiven Strömungsbeaufschlagung ausgesetzt, was die Verdampfung unterstützt. Gleichzeitig verhindert die Kontur ein Zusammenfließen benachbarter Tröpfchen, so dass die Bildung großer Tropfen vermieden werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Abgasanlage mit einer Vorrichtung zum Einbringen einer Flüssigkeit,
2 eine axiale Ansicht einer Platine zum Herstellen einer Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung im unverformten Zustand.
Entsprechend 1 kann eine Abgasanlage 1 für eine hier nicht dargestellte Brennkraftmaschine, die sich bevorzugt in einem Kraftfahrzeug befindet, eine Vorrichtung 2 aufweisen, mit deren Hilfe eine durch Linien angedeutete Flüssigkeit 3 in eine durch Pfeile angedeutete Gasströmung 4 eingebracht werden kann. Die Gasströmung 4 ist bei der hier gezeigten Anwendungsform eine Abgasströmung, die in einer Abgasleitung 5 strömt. Die Vorrichtung 2 umfasst einen Injektor 6, zum Beispiel eine Düse, mit dessen Hilfe das flüssige Edukt 3 in die Gasströmung 4 eingedüst werden kann. Ferner umfasst die Vorrichtung 2 eine Misch- und Verdampfungseinrichtung 7, die im Gasstrom 4 stromab des Injektors 6 angeordnet ist. Die Vorrichtung 2 ist dabei innerhalb der Abgasanlage 1 stromauf einer Abgasreinigungseinrichtung 8 angeordnet, die mit dem flüssigen Edukt arbeitet. Beispielsweise handelt es sich bei der Abgasreinigungseinrichtung 8 um einen SCR-Katalysator. Das stromauf mit Hilfe der Vorrichtung 2 eingedüste Edukt 3 ist dann Ammoniak oder Harnstoff bzw. eine wässrige Harnstofflösung. Ebenso kann es sich bei der Abgasbehandlungseinrichtung 8 um einen Oxidationskatalysator handeln, dem zum Aufheizen des Abgases Kraftstoff zugeführt werden kann.
Entsprechend 2 umfasst die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung 7, die im Folgenden verkürzt auch mit Einrichtung 7 bezeichnet wird, einen Blechkörper 9 mit mehreren Leitschaufeln 10. Im montierten Zustand der Einrichtung 7 erstrecken sich diese Leitschaufeln 10 im Wesentlichen quer zu einer Hauptströmungsrichtung der Gasströmung 4, also im Wesentlichen quer zu einer Längsrichtung der jeweiligen Leitung 5. Diese Hauptströmungsrichtung bzw. Längsrichtung steht in 2 senkrecht auf der Zeichnungsebene und ist mit 11 bezeichnet. Des Weiteren erstrecken sich die Leitschaufeln 10 im montierten Zustand radial zu einem Zentralbereich der Gasströmung 4. Besagter Zentralbereich ist innerhalb der jeweiligen gasführenden Leitung 5 von einem ringförmigen Randbereich koaxial umschlossen. Bei einem kreisförmigen Kanalquerschnitt oder Leitungsquerschnitt ergibt sich eine koaxiale und konzentrische Ausrichtung des Zentralbereichs im Querschnitt der Leitung 5. Dann sind im montierten Zustand auch die Leitschaufeln 10 radial zu dieser Längsmittelachse 11 angeordnet.
Der Blechkörper 9 weist einen geschlossenen Kernbereich 12 auf, von dem die Leitschaufeln 10 ausgehen. Im montierten Zustand befindet sich dieser Kernbereich 12 im Zentralbereich der Gasströmung. In der Darstellung der 2 erstreckt sich der Blechkörper 9 mit dem Kernbereich 12 und den Leitschaufeln 10 in einer Ebene, nämlich in der Zeichnungsebene. Im montierten Zustand bzw. im fertigen Herstellungszustand der Einrichtung 7 sind die Leitschaufeln 10 gegenüber dieser Ebene angestellt, um eine Durchströmung der Einrichtung 7 zu ermöglichen. 2 veranschaulicht, wie der Blechkörper 9 bzw. die Einrichtung 7 besonders einfach aus einer einzigen ebenen Platine 13 hergestellt werden kann. Hierzu wird die Platine 13 geschnitten bzw. gestanzt, um die Leitschaufeln 10 freizuschneiden bzw. freizustanzen. Die Individualisierung der Leitschaufeln 10 erfolgt durch Schnitte 14, die beim Schneiden oder Stanzen erzeugt werden. Diese Schnitte 14 beginnen an der Platine 13 radial außen und enden radial innen, z. B. am Kernbereich 12. Dabei können die einzelnen Schnitte 14 unterschiedliche Längen aufweisen. Im gezeigten Beispiel sind drei verschiedene Schnittlängen erkennbar.
Anstelle einer ebenen Platine 13 kann auch eine kegelförmige Platine 13 verwendet werden, bei welcher der Kernbereich 12 eine axiale Stirnseite der kegelförmigen Platine 13 bildet, während die Schaufeln 10 am Mantel der kegelförmigen Platine 13 freigeschnitten bzw. freigestanzt werden.
Die einzelnen Schnitte 13 können bezüglich der Längsmittelachse 11 der Gasströmung 4 im Wesentlichen radial orientiert sein. Im Beispiel sind die Schnitte 14 weitgehend geradlinig ausgeführt. Die Schnitte 14 können an ihren radial inneren Enden ausgerundet sein. Derartige Ausrundungen 15 sind in 2 exemplarisch für drei Schnitte 14 wiedergegeben. Es ist klar, dass bevorzugt alle Schnitte 14 radial innen mit derartigen Rundungen 15 versehen sind. Die Rundungen 15 reduzieren die Kerbwirkung und somit die Gefahr einer Rissbildung am inneren Schnittende.
Im Beispiel der 2 weisen drei Leitschaufeln 10 an ihren vom Kernbereich 12 entfernten freien Enden jeweils eine Befestigungslasche 16 auf, mit deren Hilfe der Blechkörper 9 an einer die Gasströmung 4 seitlich begrenzenden Wand befestigt werden kann. Beispielsweise ist der Blechkörper 9 mit Hilfe dieser Laschen 16 am Körper der Abgasleitung 5 befestigt. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der alle anderen Leitschaufeln 10, die keine Befestigungslaschen 16 tragen, so dimensioniert sind, dass im montierten Zustand zwischen der die Gasströmung 4 begrenzenden Wand und den freien Enden 17 der Leitschaufeln 10 ein Abstand verbleibt. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Befestigungslaschen 16 an den zugehörigen Leitschaufeln 10 so abgewinkelt werden, dass die Wandstärke der Laschen 16 zur Außenabmessung des Blechkörpers 9 hinzukommt, so dass alle Leitschaufeln 10 zu kurz sind, um im montierten Zustand einen direkten Wandkontakt zu haben. Auf diese Weise können Geräuschentwicklungen und Beschädigungen während des Betriebs der Abgasanlage 1 vermindert werden.
Zweckmäßig sind die Leitschaufeln 10 bezüglich ihrer Längsrichtung verwunden, und zwar so, dass sie von radial innen nach außen eine abnehmende Anstellung gegenüber der Hauptströmungsrichtung 11 der Gasströmung 4 aufweisen.
2 zeigt eine weitere Besonderheit. Zumindest eine der Leitschaufeln 10 weist an ihrer jeweiligen Abströmkante 18 eine sich in der Schaufellängsrichtung erstreckende gezackte oder gewellte Kontur 19 auf. Im Beispiel der 2 ist rein exemplarisch nur bei einer der Leitschaufeln 10 die Abströmkante 18 mit dieser Kontur 19 versehen. Es ist klar, dass zweckmäßig alle Leitschaufeln 10 an ihren Abströmkanten 18 eine derartige Kontur 19 aufweisen können. Die Kontur 19 verbessert die Verdampfungswirkung der Einrichtung 7. Dies lässt sich wie folgt erklären: Im Betrieb der Einrichtung 7 können Flüssigkeitströpfchen bevorzugt auf den geschlossenen Kernbereich 12 auftreffen. Aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeiten im Zentralbereich der Gasströmung 4 werden diese Tröpfchen nach außen in Richtung zu den Leitschaufeln 10 abgedrängt. Unabhängig davon können auch an den Leitschaufeln 10 Tröpfchen der eingebrachten Flüssigkeit 3 auftreffen. Die Tröpfchen an den Leitschaufeln 10 werden aufgrund der Anstellung der Leitschaufeln 10 und aufgrund der Gasströmung 4 zur Abströmkante 18 der jeweiligen Leitschaufel 10 abgetrieben. Dort gelangen sie in die gezackte bzw. gewellte Kontur 19 und können sich dadurch nicht mehr entlang der Abströmkante miteinander zu großen Tropfen vereinen. Dies unterstützt die Verdampfung der Tröpfchen.
Grundsätzlich ist es ebenso möglich, die Leitschaufeln 10 auch an einer Anströmkante 20 mit einer solchen gezackten oder gewellten Kontur 19 auszustatten, wobei die anströmseitige Kontur 19 dann komplementär zur abströmseitigen Kontur 19 der dazu benachbarten Leitschaufel 10 ausgestaltet ist. Eine derartige Ausführungsform lässt sich besonders einfach herstellen, indem die Schnittvorgänge bzw. Stanzvorgänge zum Individualisieren der Leitschaufeln 10 mit entsprechend gezackten bzw. gewellten Schneidwerkzeugen bzw. Stanzwerkzeugen durchgeführt werden. Die jeweilige gewellte bzw. gezackte Kontur 19 kann grundsätzlich in der Ebene der jeweiligen Leitschaufel 10 angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, die Kontur 19 gegenüber der Ebene der zugehörigen Leitschaufel 10 anzuwinkeln.

Claims

Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung für eine Vorrichtung (2) zum Einbringen einer Flüssigkeit (3) in eine Gasströmung (4), – mit einem Blechkörper (9), der mehrere Leitschaufeln (10) aufweist, die sich im montierten Zustand quer zu einer Hauptströmungsrichtung (11) der Gasströmungsrichtung (4) und radial zu einem Zentralbereich der Gasströmung (4) erstrecken, – wobei der Blechkörper (9) einen geschlossenen Kernbereich (12) aufweist, von dem die Leitschaufeln (10) ausgehen und der im montiertem Zustand im Zentralbereich der Gasströmung (4) angeordnet ist, – wobei der Blechkörper (9) mit den Leitschaufeln (10) und dem Kernbereich (12) aus einer einzigen Platine (13) hervorgeht, von der die Leitschaufeln (10) freigeschnitten oder freigestanzt sind, – wobei die Leitschaufeln (10) durch Schnitte (14) individualisiert sind, die bezüglich einer Längsmittelachse (11) der Gasströmung (4) radial ausgeführt sind und an der Platine (13) radial außen beginnen und radial innen enden, und – wobei die Leitschaufeln (10) bezüglich ihrer Längsrichtung verwunden sind, so dass sie von innen nach außen eine abnehmende Anstellung gegenüber der Hauptströmungsrichtung (11) der Gasströmung (4) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitte (14) mit gezackten oder gewellten Schneid- oder Stanzwerkzeugen hergestellt sind, so dass die Leitschaufeln (10) an ihrer jeweiligen Abströmkante (18) eine sich in der Schaufellängsrichtung erstreckende gezackte oder gewellte Kontur (19) aufweisen.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (10) auch an einer Anströmkante (20) eine solche gezackte oder gewellte Kontur (19) aufweisen, die komplementär zur gezackten gewellten Kontur (19) der Abströmkante (18) der dazu benachbarten Leitschaufeln (10) ausgestaltet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitte (14) unterschiedlich lang ausgestaltet sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Leitschaufeln (10) an ihrem vom Kernbereich (12) entfernten freien Ende eine Befestigungslasche (16) aufweist, mit der der Blechkörper (9) an einer die Gasströmung (4) seitlich begrenzenden Wand befestigbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Leitschaufeln (10) so dimensioniert sind, dass sie im montierten Zustand zwischen ihren freien Enden (17) und der Wand einen Abstand aufweisen.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitte an ihren inneren Enden abgerundet sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (13) eben oder kegelförmig ist.