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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Endstück für ein Abgasrohr mit einem Ansatzstutzen
zum Ansetzen des Endstücks
an das Abgasrohr und einem sich an den Ansatzstutzen anschließenden Abgasleitbereich,
der eine Mehrzahl axial und radial erstreckter Abgasleitelemente
mit gleichsinnig azimutaler Krümmung
aufweist.
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Ein
derartiges Abgasrohrendstück
ist aus der
JP 55-160116
A bekannt. Das dort offenbarte Abgasrohrendstück weist
einen hohlzylindrischen Ansatzstutzen mit Klemmfuge auf, das außen über das Ende
eines ebenfalls hohlzylindrischen Abgasrohres gestülpt und
mit diesem verklemmt werden kann. An den Ansatzstutzen schließt sich
ein Abgasführungsteil
an, der von einem sich hohlkegelstumpfartig aufweitenden Mantel
umgeben ist. Konzentrisch mit der Hohlkegelstumpfachse ist ein Hohlkegel
gleichen Öffnungswinkels
vorgesehen, der mittels lamellenartiger Abgasleitelemente an dem
Mantel gehaltert ist. Die Abgasleitelemente erstrecken sich axial über die gesamte
Länge des
Abgasführungsteils
und radial über
die gesamte Breite des Spaltes zwischen dem zentralen Hohlkegel
und dem Mantel. Die Lamellen sind gleichsinnig azimutal gekrümmt und
helikal um den zentralen Hohlkegel gewunden. Auf diese Weise erhält das aus
dem Abgasrohr ausgeblasene Abgas einen spiralartigen Drall. Im Anschluss
an den Abgasführungsteil
ist bei dem bekannten Endstück
eine Venturi-Düse
vorgesehen, die eine Beschleunigung und Auffächerung des spiralig rotierenden
Abgasstromes erzeugt.
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Ein ähnliches
Abgasrohrendstück
ist aus der
US 4,303,143
A bekannt. Die äußeren Konturen
des in dieser Druckschrift offenbaren Endstücks entsprechen denen des zuvor
beschriebenen. Im Gegensatz zu diesem ist jedoch kein zentraler
Hohlkegel vorgesehen. Vielmehr winden sich mehrere bandartige Leitelemente
unterschiedlicher Länge
im Inneren des Abgasführungsteils
und im Eingangsbereich der Venturi-Düse, um einen Drall des ausgeblasenen
Abgases zu erzeugen. Durch den Verzicht auf den zentralen Hohlkegel
wird bei dieser Endstückform
der Gesamtstaudruck verringert.
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Weitere
Formen eines Endstücks
für ein
Abgasrohr, eines Ansatzstutzens und Abgasleitelemente sind auch
aus der
US 1,377,472
A , der
JP 55-119907
A und aus der
EP
1 686 249 A2 bekannt.
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Nachteilig
bei den zuvor geschilderten Abgasrohrendstücken ist deren große Baulänge. Im Kraftfahrzeugbereich
sind sie daher lediglich zum Einbau parallel zur Bodenebene des
Fahrzeuges geeignet. Bei bestimmten Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich,
beispielsweise bei der Abgasführung von
Zusatzheizgeräten,
ist jedoch ein Einbau senkrecht zur Bodenebene erforderlich.
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Gerade
im Bereich der Zusatzheizungen von Kraftfahrzeugen ist die Temperatur
des Abgases oft sehr hoch. Dies erfordert eine sehr schnelle und
effiziente Vermischung des Abgases mit der Umgebungsluft, um eine
rasche Abkühlung
zu erzielen. So ist es beispielsweise bekannt, in einem Abstand
zum Ende eines senkrecht aus dem Boden eines Kraftfahrzeuges ragenden
Abgasrohres einen senkrecht zur Rohrachse positionierten Prallteller
anzuordnen. Der Prallteller lenkt das Abgas seitlich um und weitet so
abrupt den Abgasstrom auf. Als Nachteil hierbei sind zweierlei Aspekte
anzusehen. Zum einen wird das heiße Abgas in großer Nähe zum Boden
parallel zu diesem umgelenkt. Dies kann zur Beschädigung des
Bodens oder benachbarter, hitzeempfindlicher Bauteile führen. Zum
anderen ragt der Prallteller erheblich über das Rohrende hinaus und
ist somit anfällig
für Beschädigung,
beispielsweise beim Überfahren
von Ästen,
Schneehaufen, Steinen etc.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Endstück für ein Abgasrohr zur Verfügung zu
stellen, bei dem die genannten Probleme zumindest teilweise überwunden
werden und bei dem insbesondere eine rasche Aufweitung des Abgasstromes ohne Beschädigung benachbarter,
hitzeempfindlicher Bauteile erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Die
Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Endstück dadurch auf, dass die Abgasleitelemente
zusätzlich
in ihrem Endbereich jeweils eine konkave Krümmung aufweisen, sodass ihre
jeweilige endständige
Kante einen Überhang
zum Inneren der azimutalen Krümmung
hin aufweist, und dass die radial äußere Kante jedes Abgasleitelements
in ihrem endständigen
Bereich freiliegt und in ihrem dem Ansatzstutzen benachbarten Bereich
in diesen übergeht.
Zum Zwecke der Veranschaulichung vereinfacht ausgedrückt bedeutet
dies, dass die Abgasleitelemente in ihrem Endbereich schaufelartig,
d. h. mit zweifacher Krümmung,
ausgestaltet sind. Hierdurch ergibt sich an jedem Abgasleitelement
eine tangential gerichtete Umlenkung des Abgasstromes, sodass dieser
neben seiner hauptsächlich
axialen Geschwindigkeitskomponente an jedem Abgasleitelement eine
tangentiale Geschwindigkeitskomponente erhält. Dies führt zu einer Aufspaltung des
Abgasstromes in mehrere Arme einer sich aufweitenden Spirale, die
sich jeweils in effizienter Weise mit der Umgebungsluft mischen.
Dies führt
zu einer deutlich schnelleren Abkühlung des Abgasstromes als
im Fall eines einzelnen, kompakten Stromes, selbst wenn dieser in
sich einen Drall aufweist, wie aus dem Stand der Technik bekannt.
Zudem ergibt sich eine sehr viel kürzere Baulänge, da sowohl auf eine Venturi-Düse als auch
auf einen langen Drallweg verzichtet wird. Auch ein Prallteller
im Abstand vor dem Abgasrohrende ist bei der vorliegenden Erfindung
entbehrlich. Dies hat neben der Schonung benachbarter Bauteile und
der Vermeidung der Beschädigungsgefahr
des Pralltellers auch den zusätzlichen
Vorteil, dass die Staudruckerhöhung,
die sich durch die rechtwinklige Umlenkung am Prallteller ergeben
würde,
vermieden wird. Die radial äußere Kante
jedes Abgasleitelementes liegt erfindungsgemäß in ihrem endständigen Bereich
frei und geht in ihrem dem Ansatzstutzen benachbarten Bereich in
diesen über. Dies
bedeutet mit anderen Worten, dass die Abgasleitelemente, anderes
als beim Stand der Technik bekannt, nicht vollständig von einem Mantel des Abgasführungsteils
umgeben sind. Hierdurch wird eine frühere Vermischung von Teilen
des Abgases mit der Umgebungsluft ermöglicht. Durch den „sanften” Übergang
des Ansatzstutzens in die Kanten der Abgasleitelemente wird dennoch
eine Umlenkung des nahezu vollständigen
Abgasstromes entsprechend den Schaufeln der Abgasleitelemente gewährleistet.
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Vorzugsweise
sind die Abgasleitelemente entlang einer axialen Zentrallinie miteinander
verbunden. Dies bedeutet, dass der Abgasstrom in eine Mehrzahl vorzugsweise
symmetrischer Segmente unterteilt wird, die dann einzeln die oben
erläuterte Umlenkung
in unterschiedliche Richtungen erfahren. Hierdurch wird das Ziel
der Gestaltung des Abgasstromes mit einer Mehrzahl getrennter Spiralarme besonders
gut erreicht.
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Bei
einer günstigen
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Abgasleitelemente
bis in den Ansatzstutzen hinein erstrecken. Hierdurch wird die Aufspaltung
des Stromes in mehrere Segmente bereits sehr früh vorgenommen, wobei vorzugsweise
im Bereich des Ansatzstutzens noch keine Umlenkung der einzelnen
Stromsegmente erfolgt. Auf diese Weise wird der Staudruck minimiert, da
im Bereich des Ansatzstutzens nur ein nahezu vernachlässigbarer
Bruchteil dessen lichter Weite durch die Abgasleitelemente verlegt
ist und die Umlenkung durch die schaufelartige Ausbildung vorzugsweise
erst in einem Bereich erfolgt, in dem die radial äußeren Kanten
der Abgasleitelemente freiliegen, sodass die Abgasteilströme jeweils
in Reaktion auf die Umlenkung unmittelbar ausweichen können. Die
Geschwindigkeit des ausgeblasenen Abgases wird somit maximiert,
ohne dass zusätzliche
Beschleunigungskomponenten, wie etwa eine Venturi-Düse, erforderlich
wären.
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Bei
einer Variante der Erfindung ist der Ansatzstutzen in das Abgasrohr
einführbar.
Alternativ kann bei einer anderen Variante der Ansatzstutzen auf
das Rohr aufgesetzt werden. Die erstgenannte Variante ist bevorzugt,
da hierbei durch Variation der Einstecktiefe der Bereich, in dem
die radial äußeren Kanten
der Abgasleitelemente freiliegen, bedarfsgemäß variiert werden kann. Bei
beiden vorgenannten Varianten ist jedoch bevorzugt vorgesehen, dass
der Überlappungsbereich
zwischen Ansatzstutzen und Abgasrohr variierbar ist. Die Erfinder
haben nämlich erkannt,
dass die Effizienz der Vermischung des Abgases mit der Umgebungsluft
durch Variation der Einsteck- bzw. Aufstecktiefe in Abhängigkeit
von dem Rohrdurchmesser und der Abgasgeschwindigkeit optimiert werden
kann. Die Festlegung des Endstückes an
dem Abgasrohr erfolgt vorzugsweise reversibel, etwa durch Auf- bzw.
Einschrauben oder durch Auf- bzw. Einklemmen. Selbstverständlich ist
jedoch auch eine irreversible Festlegung, beispielsweise durch Verschweißen oder
auf andere Weise möglich.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur Optimierung der Mischeffizienz zwischen Abgas und Umgebungsluft liegt
in der Wahl der Anzahl der Abgasleitelemente. Die Wahl von drei
oder vier Abgasleitelementen hat sich als besonders vorteilhaft
erwiesen. Bei der Wahl nur zweier Leitelemente, d. h. der Aufspaltung
des Abgasstromes in zwei Teilströme
kann es sein, dass die Mischeffizienz ungenügend ist, da die Teilströme noch
zu stark gebündelt
sind. Bei der Wahl einer deutlich größeren Anzahl an Abgasleitelementen kann
die Zunahme des verlegten Bruchteils der lichten Weite zu einer
spürbaren
Steigerung des Staudruckes und Verringerung der Ausblasgeschwindigkeit
führen.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
anhand einer bevorzugten Ausführungsform
beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Abgasrohrendstückes,
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2 eine
Querschnittsdarstellung entlang der Querschnittslinie II-II in 1.
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1 zeigt
eine dreiflüglige
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Abgasrohrendstückes 10,
das in das Ende eines gestrichelt dargestellten Abgasrohres 12 eingeführt ist.
Das Endstück 10 ist
etwa mit der halben Breite seines hohlzylindrischen Ansatzstutzens 14 in
das Abgasrohr 12 eingesteckt. Im Anschluss an den Ansatzstutzen 14 ist
in 1 ein Abgasleitbereich 16 erkennbar,
der von drei Ab gasleitelementen 18, 20 und 22 dominiert wird.
Die Abgasleitelemente 18, 20, 22 sind
entlang einer mit der Rohrachse zusammenfallenden Linie 24 verbunden
und voneinander jeweils um etwa 120° versetzt angeordnet. Diese
Anordnung ist in dem Querschnitt von 2, der entlang
der Querschnittslinie II-II genommen ist, besonders gut erkennbar.
In 2 ist auch die azimutale Krümmung jedes Abgasleitelementes 18, 20, 22 erkennbar.
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Außerhalb
des Ansatzstutzens 14 sind die Abgasleitelemente nicht
von einem durchgehenden Mantel eingeschlossen. Vielmehr liegen ihre äußeren Kanten 181, 201 und 221 frei
und gehen in die endständige
Kante 141 des Ansatzstutzens 14 über. Im Bereich
ihrer endständigen
Kanten 182, 202 und 222 weisen die Abgasleitelemente 18, 20, 22 eine
zusätzliche,
konkave Krümmung
auf, die in 1 besonders gut an dem Abgasleitelement 20 erkennbar
ist.
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Die
Wirkung des erfindungsgemäßen Abgasrohrendstückes 10 ist
durch die Pfeile 26, 28, 30 angedeutet.
Diese zeigen die Auftrennung des Abgasstromes in unterschiedlich
abgelenkte Spiralarme, was zu der erfindungsgemäßen Effizienzsteigerung der
Durchmischung des Abgases mit der Umgebungsluft führt.
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Natürlich stellt
die in den Figuren gezeigte und in der speziellen Beschreibung erläuterte Ausführungsform
nur ein illustratives Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar. Im Lichte der hiesigen Offenbarung
ist dem Fachmann ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten
anhand gegeben. Insbesondere kann die Anzahl der Abgasleitelemente an
die Erfordernisse des konkreten Anwendungsfalles angepasst werden.
Auch die Krümmungen
können
je nach Anwendungsfall variiert werden. Auch ist es möglich, zusätzlich zu
den erfindungsgemäßen azimutalen
und konkaven Krümmungen
eine zusätzliche
helikale Krümmung
der Abgasleitelemente vorzusehen. Dies kann insbesondere dann sinnvoll
sein, wenn, wie bevorzugt vorgesehen, sich die Abgasleitelemente
bis in den Ansatzstutzen 14 hineinerstrecken. Auch in Bezug
auf die Materialwahl stehen dem Fachmann verschiedene Alternativen
zur Verfügung.
Wesentlich ist eine an die Abgastemperatur angepasste Hitzebeständigkeit
des Materials. Insbesondere Metall und/oder Keramik haben sich als tauglich
erwiesen.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den
Ansprüchen
offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch
in beliebiger Kombination für
die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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- 10
- Endstück
- 12
- Abgasrohr
- 14
- Ansatzstutzen
von 10
- 141
- Kante
von 14
- 16
- Abgasleitbereich
von 10
- 18
- Abgasleitelement
- 181
- radial äußere Kante
von 18
- 182
- endständige Kante
von 18
- 20
- Abgasleitelement
- 201
- radial äußere Kante
von 20
- 202
- endständige Kante
von 20
- 22
- Abgasleitelement
- 221
- radial äußere Kante
von 22
- 222
- endständige Kante
von 22
- 24
- Verbindungslinie
- 26
- Gasstrompfeil
- 28
- Gasstrompfeil
- 30
- Gasstrompfeil
- 201
- radial äußere Kante
von 20
- 202
- endständige Kante
von 20
- 22
- Abgasleitelement
- 221
- radial äußere Kante
von 22
- 222
- endständige Kante
von 22
- 24
- Verbindungslinie
- 26
- Gasstrompfeil
- 28
- Gasstrompfeil
- 30
- Gasstrompfeil