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Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper für ein Dosierventil, insbesondere eines Abgasnachbehandlungssystems, wobei der Kühlkörper eine zylinderförmige Aufnahme zur Lagerung des Dosierventils und mehrere Kühlrippen aufweist.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Dosierventileinheit, insbesondere für ein Abgasnachbehandlungssystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Dosierventil, dem ein entsprechender Kühlkörper zugeordnet ist.
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Stand der Technik
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Um den Schadstoffausstoß von Kraftfahrzeugen zu minimieren, werden unterschiedliche Verfahren zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine entwickelt. Als besonders effizient hat sich dabei das sogenannte SCR-Verfahren (SCR=Selektive Katalytische Reduktion) herausgestellt, bei welchem in das Abgas einer Brennkraftmaschine ein flüssiges Abgasnachbehandlungsmittel in Form einer wässrigen Harnstofflösung eingespritzt wird, das stromabwärts der Einspritzstelle mit dem Abgas in einem Katalysator zusammen reagiert, um Stickstoffemissionen, insbesondere NOx, zu reduzieren. Um eine gute Vermischung des Abgasnachbehandlungsmittels mit dem Abgas zu gewährleisten, ist es bekannt ein das Abgasnachbehandlungsmittel einspritzendes Dosierventil möglichst nahe an dem Abgasstrang anzuordnen. Dadurch ist das Dosierventil jedoch auch den hohen Temperaturen des Abgases ausgesetzt und es bedarf daher einer Kühlung. Hierbei ist es bekannt, dem Dosierventil einen Kühlkörper zuzuordnen, der das Dosierventil umfänglich umgibt und dazu eine zylinderförmige Aufnahme aufweist, in welcher das Dosierventil einliegt und gelagert ist. Häufig ist der Kühlkörper dabei Bestandteil eines an dem Abgasstrang befestigbaren Gehäuses, so dass durch ein Befestigen des Kühlkörpers an dem Abgasstrang das Dosierventil automatisch gelagert und ausgerichtet wird. Zur Kühlung des Dosierventils weist der Kühlkörper üblicherweise mehrere voneinander beabstandete Kühlrippen auf, die die Oberfläche des Kühlkörpers vergrößern und durch Luftkühlung Wärme aus dem Dosierventil effizient abführen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Kühlkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine noch bessere Luftkühlung erfolgt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass zumindest eine der Kühlrippen im Längsschnitt des Kühlkörpers gesehen schräg ausgerichtet ist. Es ist also vorgesehen, dass die zumindest eine Kühlrippe nicht wie bisher üblich senkrecht zur Längsachse des Kühlkörpers ausgerichtet ist, sondern schräg dazu. Vorzugsweise sind alle Kühlrippen entsprechend ausgerichtet. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Kühlrippen dazu in einem Winkel zwischen 5° und 60° bezüglich einer gedachten Ebene senkrecht zur Längsachse des Kühlkörpers ausgerichtet sind. Dadurch erhält die zumindest eine Kühlrippe die Form eines Kegelmantels. Hierdurch wird eine verbesserte Luftführung, insbesondere Warmluftabführung von dem heißen Abgasstrang weg gewährleistet. Dazu sind die Kühlrippen zweckmäßigerweise an ihren freien Enden von dem Abgasstrang oder der Einspritzstelle des Ventils wegweisend schräg ausgerichtet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens zwei Kühlrippen in unterschiedlichen Winkeln schräg in Längsrichtung des Kühlkörpers gesehen angeordnet sind. Durch unterschiedlich große Anstellwinkel der Kühlrippen wird erreicht, dass zwischen benachbarten Kühlrippen unterschiedlich große Freiräume entstehen, die sich vorteilhaft auf die Wärmeabfuhr auswirken. Insbesondere ist vorgesehen, dass mit zunehmendem Abstand von der dem Abgasstrang zugeordneten Ventilspitze des Dosierventils der Anstellwinkel der Kühlrippen zunimmt, so dass sie beispielsweise in der Nähe der Ventilspitze nahezu senkrecht oder nur leicht angestellt, und weiter entfernt stärker angestellt ausgerichtet sind.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kühlrippen als Kühlbleche ausgebildet sind. Die Kühlbleche sind kostengünstig herstellbar und lassen sich leicht in eine gewünschte Form, insbesondere mit einem gewünschten Anstellwinkel versehen. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Kühlbleche ringscheibenförmig ausgebildet sind. Dadurch wird auf einfache Art und Weise erreicht, dass die Kühlbleche beziehungsweise Kühlrippen das Dosierventil umfänglich vollständig umgeben. Im Längsschnitt gesehen weisen die Kühlbleche dann den entsprechenden Anstellwinkel auf, so dass sie in ihrer Kontur der einer Kegelwand entsprechend.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kühlbleche jeweils einen hülsenförmigen Abschnitt aufweisen, wobei die hülsenförmigen Abschnitte zusammen die zylinderförmige Aufnahme bilden. Die Aufnahme des Kühlkörpers wird somit von mehreren Kühlblechen zusammen gebildet. Dadurch wird eine besonders kompakte Ausbildung des Kühlkörper gewährleistet, die einen vorteilhaften Wärmeübergang von dem Dosierventil auf die Aufnahme und von der Aufnahme in die Kühlrippen gewährleistet.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kühlbleche miteinander verschweißt sind. Durch das Verschweißen der Kühlbleche miteinander, im Unterschied zu herkömmlichen Herstellungsverfahren, bei welchen die Kühlbleche miteinander verbördelt oder/oder verpresst werden, wird durch das Verschweißen eine dichte Verbindungsstelle zwischen benachbarten beziehungsweise miteinander verbundenen Kühlblechen gewährleistet. Außerdem können dadurch Materialstärken der Kühlbleche reduziert werden, wodurch das Bauteilgewicht des Kühlkörpers um bis zu 50 % gegenüber herkömmlichen Kühlkörpern reduzierbar ist. Darüber hinaus wird durch die Schweißverbindungen gewährleistet, dass eine sehr stabile und insbesondere gasdichte Verbindung der Kühlbleche beziehungsweise Kühlelemente miteinander gewährleistet ist. Dies ist insbesondere im Bereich der Anbindung zu dem Abgasstrang von Vorteil, da hierdurch gewährleistet ist, dass beispielsweise Abgasnachbehandlungsmittel und/oder Abgas nicht unerwünscht austreten kann. Durch die Reduzierung des Materialeinsatzes und gegebenenfalls durch den Entfall der bisher notwendigen Dichtheitsprüfung reduziert sich der Preis des Kühlkörpers um bis zu 40 %.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kühlbleche miteinander durch Laserstrahlschweißen verbunden sind. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache und verlässliche Schweißverbindung zwischen den miteinander verbundenen Kühlblechen, die auch zu den bereits vorgenannten Vorteilen führt.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kühlbleche mit einem Gehäuseteil, insbesondere Befestigungsflansch, verschweißt, insbesondere laserstrahlverschweißt sind. Dadurch wird ein vollständiger Kühlkörper mit Anbindung an den Abgasstrang, insbesondere an das Abgasrohr, zur Verfügung gestellt, der die zuvor beschriebenen Vorteile aufweist. Dadurch, dass die Kühlbleche auch mit dem Gehäuseteil verschweißt werden beziehungsweise laserstrahlverschweißt sind, ergibt sich eine besonders robuste Ausführungsform des Kühlkörpers.
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Die erfindungsgemäße Dosierventileinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kühlkörpers aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Ausführungsformen mit den entsprechenden Vorteilen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine der Kühlrippen, im Längsschnitt des Kühlkörpers gesehen, schräg ausgerichtet wird. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass zumindest zwei der Kühlrippen in unterschiedlichen Anstellwinkeln zu dem Kühlkörper in Längsrichtung des Kühlkörpers gesehen, ausgerichtet werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Kühlrippen durch die Kühlbleche gebildet werden. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kühlbleche miteinander verschweißt, insbesondere laserstrahlverschweißt werden. Es ergeben sich hierdurch jeweils die zuvor genannten Vorteile. Weitere Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich aus dem bereits zuvor Beschriebenen.
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Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dazu zeigt die einzige
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Figur eine Dosierventileinheit in einer vereinfachten Längsschnittdarstellung.
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Die Figur zeigt eine Dosierventileinheit 1 in einer vereinfachten Längsschnittdarstellung. Die Dosierventileinheit 1 weist ein Dosierventil 2 auf, dem ein Kühlkörper 3 sowie ein Befestigungsflansch 8 zugeordnet sind.
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Der Kühlkörper 3 ist gebildet aus mehreren Kühlblechen 5, 6 und 7, die das Dosierventil 2 umfänglich umgebend ausgebildet und angeordnet sind. Die Kühlbleche 5 bis 7 bilden dazu jeweils eine Kühlrippe 9, 10, 11 und einen hülsenförmigen Abschnitt 12, 13, 14. Die zylindrischen Abschnitte 12, 13, 14 weisen jeweils den gleichen Durchmesser auf und liegen aneinander an, so dass sie zusammen eine Aufnahme 15 zur Lagerung des Dosierventils 2 bilden. In dieser Aufnahme 15 ist das Dosierventil 2 also eingesteckt gehalten. Von den zylindrischen Abschnitten 12, 13, 14 gehen jeweils die Kühlrippen 9, 10, 11 seitlich ab, wobei die Kühlrippen 9, 10, 11 jeweils in einem Winkel ungleich 90°, also schräg, bezüglich der Längsachse 16 des Dosierventils 2 ausgerichtet sind. Die Kühlrippen 9, 10, 11 sind somit schräg im Längsschnitt des Dosierventils 2 beziehungsweise des Kühlkörpers 3 gesehen ausgerichtet.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dabei vorgesehen, dass die Kühlrippen 9 einen kleineren Winkel mit der Längsachse 16 einschließt als die Kühlrippen 10, 11, so dass die Schräglage der Kühlrippen 9 sich von den Schräglagen der Kühlrippen 10, 11 unterscheidet. In jedem Fall sind die Kühlrippen 9 bis 11 derart ausgebildet, dass sie mit ihren freien Enden von der Ventilspitze 17 des Dosierventils 2 wegweisen.
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Durch die vorteilhafte Ausgestaltung und Ausrichtung der Kühlrippen 9 bis 11 wird eine verbesserte und vorteilhafte Luftführung und Wärmeableitung gewährleistet.
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Weiterhin weist der Kühlkörper 3 den Befestigungsflansch 8 auf, der ebenfalls abschnittsweise die Aufnahme 15 mitbildet. Der Befestigungsflansch 8 ist auch aus einem Flanschoberteil 18 und einem Flanschunterteil 19 gebildet, wobei das Flanschunterteil 19 insbesondere dazu ausgebildet ist, zu seiner Lagerung in eine Öffnung eines Abgasrohrs bereichsweise eingesteckt zu werden.
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Die aneinanderliegenden Einzelteile des Kühlkörpers 3 sind vorliegend miteinander durch Laserstrahlschweißen verbunden, wie durch Schweißpunkte angedeutet. Hierdurch ergibt sich ein besonders stabiler Verbund beziehungsweise Kühlkörper 3, bei welchem auf ein Verpressen und Verbördeln der Einzelteile verzichtet wird. Dadurch ist es möglich, die Materialstärken der Einzelteile zu verringern und sowohl das Gewicht des Kühlkörpers 3 als auch seine Herstellungskosten deutlich zu reduzieren. Darüber hinaus wird durch die Laserstrahlschweißverbindungen gewährleistet, dass der Kühlkörper 3 dicht ausgebildet ist, so dass ein Austreten von Betriebsmittel oder Abgas durch den Kühlkörper 3 sicher verhindert wird. Auch ist es denkbar, die oder weitere Laserstrahlschweißstellen zwischen den Einzelteilen des Kühlkörpers 3 und dem Dosierventil 2 vorzusehen.
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Die sich durch hohen und dauerhaften Kontaktdruck zwischen den Einzelteilen auszeichnenden Verbindungen bewirken eine deutliche Versteifung des Kühlkörpers. Die in Ober- und Unterseite befindlichen aufeinanderliegenden sikkenförmigen Materialverformungen des Befestigungsflansches 8 bewirken außerdem eine weitere Versteifung insbesondere des Schweißrahmens. Durch die vorteilhafte Ausbildung des Kühlkörpers 3 wird die Flexibilität beziehungsweise Anbindung an unterschiedliche Adaptervarianten verbessert und erleichtert. Insbesondere kann, wenn erforderlich, durch rahmenartig aufgebaute Verbindungsbaugruppen die Temperatur in der Ventilspitze 17 weiter abgesenkt werden, so dass auf eine Flüssigkeitskühlung verzichtet werden kann. Insbesondere die durch das Laserstrahlschweißen ergebende Verbindung zwischen des Flanschoberteils 18 und des Flanschunterteils 19 führt zu einem gasdichten Abschluss zwischen dem abgasführenden Innenraum beziehungsweise Abgasrohr und der äußeren Atmosphäre, der auch unter Temperatur- und Zeiteinfluss und anderen mechanischen Einflüssen, wie beispielsweise Schwingungsbeschleunigungen, Materialrelaxierung oder dergleichen, über die Lebensdauer gasdicht bleibt. Durch die Flexibilität in der Wahl der Wandstärken, die nun nicht mehr einen Umformprozess zur Verbindung der Einzelteile miteinander ermöglichen müssen, können weitere Optimierungsmöglichkeiten für spezielle Anwendungsfälle in Bezug auf Wärmeeintrag und Schwingungsbeschleunigung, insbesondere in Abhängigkeit von der jeweiligen Abgasanlage, durchgeführt werden. So kann vorgesehen sein, dass die Einzelteile des Befestigungsflansches 8 mit einer höheren Wandstärke versehen sind, als die Kühlbleche 5 bis 7.
