DE102016014220B4

DE102016014220B4 - Verfahren zur Herstellung einer Düse zum Zerstäuben von Fluiden

Info

Publication number: DE102016014220B4
Application number: DE102016014220.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Müller; Axel Müller; Thomas Rolland; Olaf Ohligschläger; Fabian Rösner
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2015-12-05
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2020-07-09
Anticipated expiration: 2036-11-30
Also published as: DE102016014220A1; DE102016014221A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Düse (1) zum Zerstäuben von Fluiden, wobei die Düse (1) ein Gehäuseteil (9) mit einem Einlass (2) und einen den Strahl eines Fluids formenden Formkörper (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (4) schichtweise aufgebaut wird, wobei die Schichten (20) aneinander befestigt und zueinander nach außen abgedichtet sind und wobei die Schichten jeweils mindestens ein Loch (17) aufweisen und wobei die Löcher benachbarter Schichten sich überdecken, und wobei der Formkörper (4) einen Auslass (3) der Düse (1) enthält und nicht allseitig von dem Gehäuseteil (9) umfasst ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Düse entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
Stand der Technik:
Düsen zum Zerstäuben von Fluiden werden als solche als bekannt vorausgesetzt. Sie sind meist aus mehreren Bauteilen aufgebaut und enthalten einen Formkörper, der den Strahl des Fluids formt.
Die Druckschrift US 1 589 241 A zeigt eine Düse mit einer Mehrzahl von Blechen, die einen Kanal umfassen.
Der Formkörper ist meist in einem Gehäuse aufgenommen, dass auch einen Einlass enthält, der eine Verbindung zu einem Versorgungssystem herstellt. Der Auslass der Düse ist entweder auch in dem Gehäuse enthalten, oder er ist Teil des Formkörpers. Vom Auslass strömt das Fluid in den Verbraucher.
Der Formkörper muss in engen Toleranzen, teils mit komplexen inneren Formen hergestellt werden, was bei konventioneller Herstellung recht aufwändig ist und in vielen Fällen zu einem mehrteiligen Aufbau führt.
Aufgabe:

Gemäß der hier beschriebenen Erfindung soll eine einfache und kostengünstige Herstellung des Formkörpers beschrieben werden, dabei ist eine hohe Genauigkeit der räumlichen Formgebung und ein einfacher Zusammenbau der Düse zu gewährleisten. Wenn erforderlich, soll die Düse so beschaffen sein, dass sie einen Drall im Strahl des Fluids erzeugt.

Lösung:

Die Aufgaben werden durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Formkörper ist teilweise oder vollständig von einem Gehäuse aufgenommen und ist aus Schichten aufgebaut, die unterschiedlich geformte Durchbrüche aufweisen. Diese Schichten bilden einen Formkörper, der eine recht komplexe Innnenform aufweisen kann, ohne dass die Herstellung des Formkörpers sehr schwierig oder sehr kostspielig ist.
Insbesondere können Innenformen mit Hinterschneidungen oder auch gewendelte Kanäle im Formkörper so auf recht einfache Weise erzeugt werden. Wichtige Unteraufgaben bestehen darin, die Schichten miteinander zu verbinden und die Spalte zwischen den Schichten abzudichten.
Dazu werden mittels der Bilder und in der beispielhaften Ausführung mehrere untergeordnete Lösungen beschrieben.
Da die Schichten eine endliche Dicke haben müssen, ergeben sich bei unterschiedlich geformten oder zueinander versetzten Durchbrüchen Stufen in den Kanälen, die von rechtwinklig begrenzten Schichten geschaffen werden. In vielen Anwendungsfällen kann das hingenommen werden. Wenn aber solche Stufen unerwünscht sind, werden die Schichten an den inneren Kanten so abgeschrägt, dass die Stufen minimiert werden und der erzeugte Kanal geglättet wird.
Die Schichten werden durch folgendes Verfahren erzeugt:

- Ausstanzen aus einem Metallblech
- Schneiden aus einem Metallblech mittels eines strahlerzeugenden Werkzeugs, wobei die Formgebung durch die gesteuerte Bewegung des Werkzeugs erfolgt.

Wenn die Durchbrüche nicht kreisförmig und im Blech zentriert sind, muss die Winkellage jedes Blechs relativ zum Gehäuseteil bei dem Fügeprozess sicher und genau den Vorgaben entsprechen. Dazu kann ein Formschluss durch Nuten und Rippen vorgesehen sein, oder der Fügeprozess muss die Winkellage des jeweiligen Blechs durch genaue Positionierung und anschließendes Verbinden sicherstellen.
Für die Wirkung der Düse ist es in manchen Fällen von Vorteil, wenn der Strahl aus mehreren Teilstrahlen besteht. Dazu kann vorgesehen sein, eine Mehrzahl von Kanälen in dem Formkörper zu erzeugen. Dies geschieht durch eine Mehrzahl von Ausnehmungen in den hergestellten Schichten.
Wenn die Wirkung der Düse einen Drall des Fluids erforderlich oder vorteilhaft macht, wird dieser Drall durch eine Wendelung eines Kanals oder einer Mehrzahl von Kanälen in dem Formkörper erzeugt. Die Wendelung wird hergestellt, indem exzentrische Ausnehmungen in den Schichten relativ zueinander verdreht hergestellt werden.
Wenn eine starke Verwirbelung des Fluids bei dem Durchströmen des Formkörpers erforderlich ist, sind neben scharfkantigen Absätzen und Hinterschneidungen in einem Kanal vorzusehen, oder ein Formelement, das in eine Ausnehmung einer Schicht hineinragt. Ein solches Formelement lässt sich besonders leicht bei einem Aufbau des Formkörpers aus Blechen darstellen, dann erhält beispielsweise eines der Bleche ein Formelement, das in die Ausnehmung hineinragt.
Anwendung:

Düsen der beschriebenen Art werden zum Einspritzen von Reagenzien in Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren verwendet.

Bilder:

1: Düse mit einteiligem Gehäuse, Bleche mit Einprägungen und Sicken
2: Düse mit einteiligem Gehäuse, Bleche mit eingeprägten scharfkantigen Wülsten
3: Düse mit einteiligem Gehäuse, Bleche mit eingeprägten abgerundeten Wülsten
4: Düse mit einteiligem Gehäuse, Bleche verklebt
5: Düse mit einteiligem Gehäuse, Bleche verschweißt

Beispielhafte Ausführung:

Es werden Verfahren zur Herstellung einer Düse (1) zum Zerstäuben von Fluiden beschrieben, wobei die Düse (1) ein Gehäuseteil (9) mit einem Einlass (2) und einem den Strahl eines Fluids formenden Formkörper (4) aufweist und wobei der Formkörper (4) schichtweise aufgebaut wird.

Die Schichten (20) werden aneinander befestigt und zueinander nach außen abgedichtet.
Die Schichten weisen jeweils mindestens ein Loch (17) auf und die Löcher benachbarter Schichten überdecken sich.
Der Formkörper (4) enthält einen Auslass (3) der Düse (1) und ist nicht allseitig von dem Gehäuseteil (9) umfasst.
Nach einem ersten Verfahren, illustriert durch Fig. 1, 2, 3, 4 oder 5 bestehen die Schichten (20) aus gelochten Blechen (5), die zu dem Gehäuseteil (9) verdrehgesichert und nach außen abgedichtet angeordnet sind.
Vorzugsweise sind dabei die Bleche (5) des Formkörpers (4) gemäß 1 durch nicht umlaufende Einprägungen (12) miteinander verbunden, wobei die Spalte (15) zwischen den Blechen durch eingeprägte umlaufende Sicken (13) abgedichtet sind.
Alternativ sind die Bleche (5) gemäß Fig. 2 oder 3 durch eingeprägte umlaufende Wülste (14) verbunden, wobei die Wülste auch die Spalte zwischen den Blechen abdichten, und wobei die Wülste gemäß 2 scharfkantig oder gemäß 3 abgerundet ausgeführt sind.
In einer weiteren Ausführung sind gemäß 4 die Bleche (5) miteinander verklebt, wobei die Klebung sowohl die Bleche miteinander verbindet als auch den Spalt (15) zwischen den Blechen abdichtet.
In einer weiteren Ausführung sind gemäß 5 die Bleche (5) miteinander verschweißt, wobei die Schweißung sowohl die Bleche miteinander verbindet als auch den Spalt (15) zwischen den Blechen abdichtet.
In einer vorteilhaften Ausführung weist mindestens eines der gelochten Bleche (5) eine von einer Kreisform abweichende Ausnehmung auf, das mit einem formgebenden Werkzeug hergestellt wird.
Alternativ weist mindestens eines der gelochten Bleche (5) eine von einer Kreisform abweichende Ausnehmung auf, das mit einem strahlerzeugenden Werkzeug hergestellt wird, wobei die Formgebung durch die gesteuerte Bewegung des Werkzeugs erfolgt.
Die Ausnehmungen der Bleche (5) sind naheliegenderweise mit Schnittkanten versehen, die einen rechten Winkel zu den Schichtflächen der Bleche aufweisen, aber alternativ dazu weisen die Ausnehmungen der Bleche (5) Schnittkanten auf, die so abgeschrägt sind, dass sich nach dem Zusammenbau der Bleche ein geglätteter Kanal für das Fluid ergibt.
Das Herstellverfahren erzeugt vorteilhafterweise Schichten (20) mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen, so dass sich bei dem Zusammensetzen der Schichten eine Mehrzahl von Kanälen für das Fluid ergibt.
Weiter vorteilhafterweise weisen die Schichten (20) mindestens eine exzentrisch Ausnehmung auf, die relativ zum ersten Gehäuseteil (9) einen Lagewinkel α aufweist, wobei dieser Lagewinkel α bei den aufeinanderfolgenden Schichten so ansteigt oder abfällt, dass sich für den Kanal innerhalb des Formkörpers (4) mindestens eine Wendelung ergibt, die für das Fluid bei dem Betrieb der Düse einen Drall erzeugt.
Ebenfalls vorteilhafterweise weist mindestens eine Schicht (20) mindestens ein Formelement (21) auf, das in mindestens ein zu der Schicht gehöriges Loch (17) hineinragt und bei der Durchströmung des Formkörpers (4) durch das Fluid dieses zusätzlich verwirbelt.
Wenn der Formkörper (4) aus Blechen aufgebaut ist, weist das Formelement (21) vorteilhafterweise eine von einem gleichdicken Blech abweichende Form auf, die durch einen Prägeprozess während der Formgebung des Blechs oder nach dem Ausstanzen des Blechs erzeugt wird.
Bezugszeichenliste

1.: Düse
2.: Einlass
3.: Auslass
4.: Formkörper
5.: Blech
6.: Nut
9.: Gehäuseteil
12.: Einprägung
13.: Sicke
14.: Wulst
15.: Spalt
17.: Loch
20.: Schicht
21.: Formelement

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Düse (1) zum Zerstäuben von Fluiden, wobei die Düse (1) ein Gehäuseteil (9) mit einem Einlass (2) und einen den Strahl eines Fluids formenden Formkörper (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (4) schichtweise aufgebaut wird, wobei die Schichten (20) aneinander befestigt und zueinander nach außen abgedichtet sind und wobei die Schichten jeweils mindestens ein Loch (17) aufweisen und wobei die Löcher benachbarter Schichten sich überdecken, und wobei der Formkörper (4) einen Auslass (3) der Düse (1) enthält und nicht allseitig von dem Gehäuseteil (9) umfasst ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (20) aus gelochten Blechen (5) bestehen, die zu dem Gehäuseteil (9) verdrehgesichert und nach außen abgedichtet angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (5) des Formkörpers (4) durch nicht umlaufende Einprägungen (12) miteinander verbunden sind, wobei die Spalte (15) zwischen den Blechen durch eingeprägte umlaufende Sicken (13) abgedichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (5) durch eingeprägte umlaufende Wülste (14) verbunden sind, wobei die Wülste auch die Spalte zwischen den Blechen abdichten, und wobei die Wülste scharfkantig ausgeführt sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (5) durch eingeprägte umlaufende Wülste (14) verbunden sind, wobei die Wülste auch die Spalte zwischen den Blechen abdichten, und wobei die Wülste abgerundet ausgeführt sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (5) miteinander verklebt sind, wobei die Klebung sowohl die Bleche miteinander verbindet als auch den Spalt zwischen den Blechen abdichtet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (5) miteinander verschweißt sind, wobei die Schweißung sowohl die Bleche miteinander verbindet als auch den Spalt zwischen den Blechen abdichtet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der gelochten Bleche (5) von einer Kreisform abweichende Ausnehmungen aufweist, die mit einem formgebenden Werkzeug hergestellt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der gelochten Bleche (5) von einer Kreisform abweichende Ausnehmungen aufweist, die mit einem strahlerzeugenden Werkzeug hergestellt sind, wobei die Formgebung durch die gesteuerte Bewegung des Werkzeugs erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen der Bleche (5) mit Schnittkanten versehen sind, die einen rechten Winkel zu den Schichtflächen der Bleche aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen der Bleche (5) Schnittkanten aufweisen, die so abgeschrägt sind, dass sich nach dem Zusammenbau der Bleche ein geglätteter Kanal für das Fluid ergibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (20) eine Mehrzahl von Ausnehmungen aufweisen, so dass sich bei dem Zusammensetzen der Schichten eine Mehrzahl von Kanälen für das Fluid ergibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (20) mindestens eine exzentrische Ausnehmung aufweisen, die relativ zum ersten Gehäuseteil (9) einen Lagewinkel α aufweist, wobei dieser Lagewinkel α bei den aufeinanderfolgenden Schichten so ansteigt oder abfällt, dass sich für den Kanal innerhalb des Formkörpers (4) mindestens eine Wendelung ergibt, die für das Fluid bei dem Betrieb der Düse einen Drall erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht (20) mindestens ein Formelement (21) aufweist, das in mindestens ein zu der Schicht gehöriges Loch (17) hineinragt und das Fluid bei der Durchströmung zusätzlich verwirbelt.
Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Formelement (21) eine von einem gleichdicken Blech abweichende Form aufweist, die durch einen Prägeprozess während der Formgebung des Blechs oder nach dem Ausstanzen des Blechs erzeugt wurde.