DE102020128226B3 - Mischrohr - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mischer 1 für eine Abgasanlage zum Einmischen von Additiv in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine mit einer ersten Schale 2 und mit mindestens einer zweiten Schale 3, die mit Bezug zu einer Mittelachse 1.2 in Umfangsrichtung nacheinander angeordnet sind, wobei die jeweilige Schale 2, 3 mindestens zwei in Umfangsrichtung versetzt angeordnete Schalenkanten 2a, 2b, 3a, 3b aufweist, die jeweils eine Strömungskante 2c, 3c bilden, wobei die Strömungskanten 2c, 3c von zwei in Umfangsrichtung benachbarten Schalenkanten 2a, 3b von zwei verschiedenen Schalen 2, 3 eine Einströmöffnung 23 begrenzen, so dass mindestens ein koaxial zur Mittelachse 1.2 angeordnetes Rohrende 1.1 mit einem umlaufenden Rohrprofil 1.2 mit einem Nennradius Rn vorgesehen ist, das zum Anschließen an ein Abgasrohr 5.2 dient, wobei das Rohrende 1.1 durch die in Umfangsrichtung benachbarten Schalen 2, 3 gebildet ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Mischer für eine Abgasanlage zum Einmischen von Additiv in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine mit einer ersten Schale und mit mindestens einer zweiten Schale, die mit Bezug zu einer Mittelachse in Umfangsrichtung nacheinander angeordnet sind, wobei die jeweilige Schale mindestens zwei in Umfangsrichtung versetzt angeordnete Schalenkanten aufweist, die jeweils eine Strömungskante bilden, wobei die Strömungskanten von zwei in Umfangsrichtung benachbarten Schalenkanten von zwei verschiedenen Schalen eine Einströmöffnung begrenzen.
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein System bestehend aus einem Mischer integriert in einen Abgasbehandlungsabschnitt zusammen mit einem Injektor zum Dosieren von Additiv in den Mischer.
  • Es ist bereits ein Mischrohr aus der WO 2016/180244 A1 bekannt, das aus zwei Halbschalen gebildet ist. Beide Halbschalen weisen über die gesamte Länge die gleiche Querschnittsform auf. Endseitig ist eine Mischrohrwand vorgesehen, an der beide Halbschalen befestigt sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mischrohr derart auszubilden und anzuordnen, dass eine optimale Anbindung an die Abgasanlage bei reduziertem Materialaufwand gewährleistet ist.
  • Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass mindestens ein koaxial zur Mittelachse angeordnetes Rohrende mit einem umlaufenden Rohrprofil mit einem Nennradius Rn vorgesehen ist, das zum Anschließen an ein Abgasrohr dient, wobei das Rohrende durch die in Umfangsrichtung benachbarten Schalen gebildet ist.
  • Hierdurch wird erreicht, dass der Mischer über das zur Verfügung gestellte Rohrende unmittelbar an ein anzuschließendes Abgasrohr angeschlossen werden kann. Dies üblicherweise durch Anschweißen. Beide Schalen sind vorzugsweise als Halbschale ausgebildet und weisen die gleiche Geometrie auf, so dass mit einer Halbschalengeometrie der gesamte Mischer aufgebaut werden kann. Bei dem Rohrprofil handelt es sich vorzugsweise um ein kreisförmiges Profil. Aber auch zylindrische oder elliptische Profile sind vorgesehen. Bei dem elliptischen Profil entspricht der Nennradius Rn dem Radius einer Halbachse, wie im Ausführungsbeispiel näher erläutert. Zwecks Aufbaus des Mischers werden zwei gleiche Halbschalen gegeneinander gelegt, wobei die eine Halbschale relativ zur anderen Halbschale um 180° gedreht ist.
  • Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn die mindestens zwei Schalen am Rohrende unmittelbar in Form- und/oder Stoff- und/oder Kraftschluss miteinander stehen. Der Form-, Stoff- und/oder Kraftschluss am Rohrende gewährleistet zum einen eine ausreichende Stabilität des Mischers gebildet durch zwei oder mehr Schalen. Zudem gewährleistet die endseitige Befestigung der Schalen untereinander die Ausbildung des Rohrendes mit Rohrprofil bzw. Anschlussprofil zur Anbindung an ein Abgasrohr bzw. ein Mischergehäuse.
  • Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn mindestens eine Schalenkante mindestens einer Schale im Bereich der Strömungskante eine in radiale Richtung erstreckende Einformung mit einem Leitradius Re < Rn aufweist. Die Einformung im Bereich der Schalenkante gewährleistet einen radialen Versatz derselben, so dass mit Bezug zur benachbarten Schalenkante eine entsprechende Einströmöffnung ausgebildet bzw. vergrößert wird. Die Einformung erstreckt sich hierbei über vorzugsweise 20° bis 60° und nimmt ausgehend von der Strömungskante ausgehend vom Leitradius Re kontinuierlich ab bis zum Nennradius Rn. Somit bekommt die Einströmöffnung bzw. ein Normalenvektor derselben eine Richtungskomponente in Umfangsrichtung, so dass das in Umfangsrichtung anströmende Abgas vereinfacht in die Einströmöffnung eintreten kann und durch die rohrförmige Grundform des Mischers eine Drallströmung innerhalb des Mischers ausbilden kann. Die Einformung ist vorzugsweise an lediglich einer Schalenkante vorgesehen.
  • Vorteilhaft kann es auch sein, wenn mindestens eine Schalenkante mindestens einer Schale im Bereich der Strömungskante eine in radiale Richtung erstreckende Ausformung mit einem Leitradius Ra > Rn aufweist. Mit Anwendung einer Ausformung im Bereich der Schalenkante wird in entsprechender Weise das Einströmen von in Umfangsrichtung anströmenden Abgas in die Einströmöffnung verbessert bzw. ein Normalenvektor N der Einströmöffnung mit Bezug in Umfangsrichtung ausgerichtet. Die Ausformung nimmt ausgehend von ihrem Leitradius Ra ebenfalls in einem Winkelbereich zwischen 20° und 60° bis hin zum Nennradius Rn ab. Damit wird die Ausbildung einer Drallströmung innerhalb des Mischers unterstützt. Der radiale Versatz zwischen der Schalenkante mit Ausformung und der benachbarten Schalenkante begrenzt die Einströmöffnung. Dieser Vorteil wird mit Ausbildung einer Ausformung an lediglich einer Schalenkante bereits erreicht.
  • Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Schalenkante mit der Einformung der einen Schale in Umfangsrichtung unmittelbar benachbart zu der Schalenkante mit der Ausformung der anderen Schale angeordnet ist. Der radiale Versatz der Schalenkante mit Einformung einerseits bzw. mit Ausformung andererseits begrenzt eine maximal große Einströmöffnung. Bei Anwendung von zwei Schalen gleicher Geometrie und entsprechender Relativlage zwischen beiden Schalen, mithin der Verschwenkung einer Schale um 180°, wird erfindungsgemäß erreicht, dass die Einformung einer Schale benachbart zu der Ausformung der Nachbarschale platziert ist, so dass die vorgehend beschriebene maximal große Einströmöffnung gewährleistet ist.
  • Von besonderer Bedeutung kann für die vorliegende Erfindung sein, wenn ein zweites Rohrende mit einem Rohrprofil vorgesehen ist, wobei die jeweilige Strömungskante in ihrer axialen Länge durch beide Rohrenden begrenzt ist. Das Rohrprofil des zweiten Rohrendes ist vorzugsweise das gleiche wie das des ersten Rohrendes, mithin ebenfalls rund oder ebenfalls elliptisch. Mit Ausbildung des zweiten Rohrendes wird die Stabilität des Mischers gebildet aus mindestens zwei Halbschalen deutlich verbessert. Beide Rohrenden begrenzen mithin die axiale Länge der zur Verfügung zu stellenden Strömungskanten, die die Einströmöffnung begrenzen. Das Rohrende wird hier ebenfalls durch beide Halbschalen gebildet, mithin weisen beide Halbschalen einen entsprechenden axialen Rand auf, wobei beide Ränder zusammen das Rohrende ausbilden.
  • Beide Schalen bzw. alle Schalen stehen am Rohrende in entsprechendem Form- und/oder Stoffschluss zum Befestigen der Schalen gegeneinander.
  • Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn die jeweilige Schale als Halbschale ausgebildet ist und sich in Umfangsrichtung über 180° bis 190° erstreckt.
  • Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn die jeweilige Schale an zumindest einer Schalenkante zumindest im Bereich eines Rohrendes einen Montagerand aufweist, wobei der jeweilige Montagerand in radialer Richtung gegen die Schalenkante der benachbarten Schale anliegt und/oder mit der Schalenkante der benachbarten Schale verbunden ist. Der Montagerand ist vorzugsweise lediglich nur an einer Schalenkante der jeweiligen Schale vorgesehen, so dass bei Anwendung von einem Paar Schalen entsprechend zwei Montageränder zur Verfügung stehen zum Anschluss der jeweils benachbarten Schalenkante. Der Montagerand ist dabei vorzugsweise in radialer Richtung gekröpft, so dass trotz Überschneidung beider Schalenkanten in Umfangsrichtung eine koaxiale Ausrichtung beider Halbschalen bzw. Schalen in Bezug auf die gemeinsame Mittelachse möglich ist. Der Montagerand ist mit der anzulegenden, benachbarten Schalenkante über einen Form- und/oder Stoffschluss fest verbunden. Der Montagerand erstreckt sich zumindest über den Teil der jeweiligen Schalen, in dem eine entsprechende Verbindung mit der Nachbarschale gewünscht ist. Ungeachtet dessen kann der Montagerand dem Grund nach auch im Bereich der Schalenkante angeordnet sein, die eine Strömungskante bzw. eine Begrenzung der Einströmöffnung bildet.
  • Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest eine Schale oder alle Schalen als einteiliges und einlagiges Blechteil ausgebildet ist. Somit ist die Anwendung einfacher Blechteile, die im Rahmen eines Tiefziehprozesses hergestellt werden könnten, möglich.
  • Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn Rn - Re <=> Ra - Rn. Vorzugsweise ist die Differenz zwischen dem Nennradius Rn und dem Leitradius Re der Einformung gleich der Differenz zwischen dem Nennradius Rn und dem Leitradius Ra der Ausformung. Andere Verhältnisse sind durchaus möglich.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
    • 1 eine perspektivische Ansicht des Mischers;
    • 2a-2c verschiedene Rohrprofile;
    • 3 eine Prinzipskizze einer Abgasanlage;
    • 4 eine alternative Ausführungsform des Mischers.
  • Der in 1 dargestellte Mischer 1 ist aus zwei gleichen Halbschalen 2, 3 zusammengesetzt. Die jeweilige Halbschale 2, 3 weist einen Montagerand 4.2, 4.3 auf, der in radialer Richtung gekröpft ausgebildet ist und gegen die Schalenkante 2b, 3b der Nachbarschale in radialer Richtung zu einer Mittelachse 1.5 des Mischers 1 anlegbar ist. Im Bereich des jeweiligen Rohrendes 1.1, 1.3 bilden die beiden zusammengesetzten Halbschalen 2, 3 ein Rohrprofil 1.2, 1.4 mit der Mittelachse 1.5 und einem kreisförmigen Querschnitt aus.
  • Zwischen beiden Rohrenden 1.1, 1.3 weist die jeweilige Schale 2, 3 eine Einformung 2.1, 3.1 sowie eine Ausformung 2.2, 3.2 auf. Die jeweilige Ein- bzw. Ausformung 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 begründet im Bereich der jeweiligen Schalenkante 2a, 2b, 3a, 3b einen radialen Versatz besagter Schalenkanten 2a, 2b, 3a, 3b der Größe Ra-Re. Dabei ist Ra der Leitradius der Ausformung 2.2, 3.2 und Re der Leitradius der Einformung 2.1, 3.1. Der Leitradius Ra der Ausformung 2.2, 3.2 ist dabei größer als der Nennradius Rn des endseitigen Rohrprofils 1.2, 1.3. Der Leitradius Re der Einformung 2.1, 3.1 ist dabei kleiner als der Nennradius Rn. Wenn die Ausformung 2.2, 3.2 und/oder die Einformung 2.1, 3.1 in zumindest einer Schale ausbleibt, ist der Leitradius Ra bzw. der Leitradius Re gleich dem Nennradius Rn.
  • Die jeweilige Ausformung 2.2, 3.2 verjüngt sich hierbei in Umfangsrichtung und nähert sich dem Nennradius Rn an. Diese Annäherung erfolgt gemäß Ausführungsbeispiel 1 über etwa 30° Umfangswinkel. Entsprechendes gilt für die Einformung 2.1, 3.1. Diese erweitert sich in Umfangsrichtung und nähert sich über etwa 30° Umfangswinkel ebenfalls dem Nennradius Rn an.
  • Im Bereich der jeweiligen Aus- bzw. Einformung 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 bildet die jeweilige Schalenkante 2a, 2b, 3a, 3b eine Strömungskante 2c, 3c, die eine Einströmöffnung 23 begrenzt. Die Einströmöffnung 23 weist einen Normalenvektor N auf, der etwa tangential zur Umfangsrichtung verläuft. Das von außen anströmende Abgas tritt über die Einströmöffnung 23 mit einer im Wesentlichen in Umfangsrichtung gerichteten Geschwindigkeits- und Richtungskomponente in den Mischer 1 ein und wird dort aufgrund der zylindrischen Grundform des Mischers 1 in einer Wirbelströmung mit anschließender Axialkomponente weitergeführt.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel 2a bis 2c kann es ich bei dem Rohrprofil 1.2 um einen Kreis oder eine elliptische Form handeln. Ausgehend von einer seitlich angeordneten Einströmöffnung 23 ist der auf der Seite liegende Radius der Ellipse als Nennradius Rn zu bezeichnen. Entsprechendes ergibt sich bei der Verlagerung der Einströmöffnung 23 in Umfangsrichtung nach oben bzw. unten.
  • Nach Ausführungsbeispiel 3 handelt es sich um eine Abgasanlage 5, die an eine Brennkraftmaschine 6 angeschlossen ist. Die Abgasanlage 5 weist einen Abgasbehandlungsabschnitt 5.1 bzw. ein Mischergehäuse auf, in dem der Mischer 1 angeordnet ist. Der Abgasbehandlungsabschnitt 5.1 ist über ein Abgasrohr 5.2 mit der Brennkraftmaschine 6 bzw. mit weiteren Abgasbehandlungseinrichtungen verbunden. Zudem weist der Abgasbehandlungsabschnitt 5.1 einen Injektor 5.3 auf, der an einem zweiten Rohrende 1.3 des Mischers 1 platziert ist und über den ein Additiv in den Mischer 1 eingespritzt wird. Der Mischer 1 ist über das erste Rohrende 1.1 an das Abgasrohr 5.2 gekoppelt.
  • Die in 4 dargestellte alternative Ausführungsform des Mischers 1 weist im Bereich der jeweiligen Schalenkante 2a, 2b, 3a, 3b nur eine Einformung 2.1, 3.1 auf und keine Ausformung. Jedoch sind im Bereich zwischen beiden Schalenkanten 2a, 2b, 3a, 3b jeweils eine weitere Einformung 2.3, 3.3 und eine weitere Ausformung 2.4, 3.4 vorgesehen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Mischer
    1.1
    Rohrende
    1.2
    Rohrprofil
    1.3
    zweites Rohrende
    1.4
    Rohrprofil
    1.5
    Mittelachse
    2
    Schale, erste Schale, Halbschale
    2a
    Schalenkante
    2b
    Schalenkante
    2c
    Strömungskante
    2.1
    Einformung
    2.2
    Ausformung
    2.3
    weitere Einformung
    2.4
    weitere Ausformung
    3
    Schale, zweite Schale, Halbschale
    3.1
    Einformung
    3.2
    Ausformung
    3.3
    weitere Einformung
    3.4
    weitere Ausformung
    3a
    Schalenkante
    3b
    Schalenkante
    3c
    Strömungskante
    4.2
    Montagerand
    4.3
    Montagerand
    5
    Abgasanlage
    5.1
    Abgasbehandlungsabschnitt, Mischergehäuse
    5.2
    Abgasrohr
    5.3
    Injektor
    6
    Brennkraftmaschine
    23
    Einströmöffnung
    N
    Normalenvektor von 23
    Ra
    Leitradius Ausformung
    Re
    Leitradius Einformung
    Rn
    Nennradius

Claims (14)

  1. Mischer (1) für eine Abgasanlage zum Einmischen von Additiv in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine mit einer ersten Schale (2) und mit mindestens einer zweiten Schale (3), die mit Bezug zu einer Mittelachse (1.5) in Umfangsrichtung nacheinander angeordnet sind, wobei die jeweilige Schale (2, 3) mindestens zwei in Umfangsrichtung versetzt angeordnete Schalenkanten (2a, 2b, 3a, 3b) aufweist, die jeweils eine Strömungskante (2c, 3c) bilden, wobei die Strömungskanten (2c, 3c) von zwei in Umfangsrichtung benachbarten Schalenkanten (2a, 3b) von zwei verschiedenen Schalen (2, 3) eine Einströmöffnung (23) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein koaxial zur Mittelachse (1.5) angeordnetes Rohrende (1.1) mit einem umlaufenden Rohrprofil (1.2) mit einem Nennradius Rn vorgesehen ist, das zum Anschließen an ein Abgasrohr (5.2) dient, wobei das Rohrende (1.1) durch die in Umfangsrichtung benachbarten Schalen (2, 3) gebildet ist.
  2. Mischer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Schalen (2, 3) am Rohrende (1.1) unmittelbar in Form- und/oder Stoff- und/oder Kraftschluss miteinander stehen.
  3. Mischer (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schalenkante (2a, 3a) mindestens einer Schale (2, 3) im Bereich der Strömungskante (2c, 3c) eine in radiale Richtung erstreckende Einformung (2.1, 3.1) mit einem Leitradius Re< Rn aufweist.
  4. Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schalenkante (2a, 3a) mindestens einer Schale (2, 3) im Bereich der Strömungskante (2c, 3c) eine in radiale Richtung erstreckende Ausformung (2.2, 3.2) mit einem Leitradius Ra > Rn aufweist.
  5. Mischer (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalenkante (2a, 3a) mit der Einformung (2.1, 3.1) der einen Schale (2) in Umfangsrichtung unmittelbar benachbart zu der Schalenkante (2a, 3a) mit der Ausformung (2.2, 3.2) der anderen Schale (3) angeordnet ist.
  6. Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Rohrende (1.3) mit einem Rohrprofil (1.4) vorgesehen ist, wobei die jeweilige Strömungskante (2c, 3c) in ihrer axialen Länge durch beide Rohrenden (1.1, 1.3) begrenzt ist.
  7. Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Schale (2, 3) als Halbschale ausgebildet ist und sich in Umfangsrichtung über 180° bis 190 ° erstreckt.
  8. Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Schale (2, 3) an zumindest einer Schalenkante (2a, 3a) zumindest im Bereich eines Rohrendes (1.1, 1.3) einen Montagerand (4.2, 4.3) aufweist, wobei der jeweilige Montagerand (4.2, 4.3) in radialer Richtung gegen die Schalenkante (2a, 2b, 3a, 3b) der benachbarten Schale (2, 3) anliegt und/oder mit der Schalenkante (2a, 2b, 3a, 3b) der benachbarten Schale (2, 3) verbunden ist.
  9. Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schale (2,3) oder alle Schalen als einteiliges und einlagiges Blechteil ausgebildet ist /sind.
  10. Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rn - Re <=> Ra - Rn.
  11. Mischer (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Schale (2, 3) im Bereich zwischen beiden Schalenkanten (2a, 2b, 3a, 3b) eine in radiale Richtung erstreckende weitere Einformung (2.3, 3.3) aufweist.
  12. Mischer (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Schale (2,3) im Bereich zwischen beiden Schalenkanten (2a, 2b, 3a, 3b) eine in radiale Richtung erstreckende weitere Ausformung (2.4, 3.4) aufweist.
  13. System bestehend aus einem Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche integriert in einen Abgasbehandlungsabschnitt (5.1)zusammen mit einem Injektor (5.3) zum Dosieren von Additiv in den Mischer.
  14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, wobei der Abgasbehandlungsabschnitt (5.1) mit dem Mischer (1) in eine Abgasanlage (5) einer Brennkraftmaschine (6) integriert ist.
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