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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung, insbesondere zur Abgasbehandlung mobiler Verbrennungskraftmaschinen,
die ein zumindest in einem Teilbereich gekrümmtes Mantelrohr mit einem
Innenquerschnitt umfasst. Im Inneren dieses Mantelrohres ist mindestens
ein Strömungsbeeinflusser
angeordnet, der sich zumindest in einem axialen Abschnitt des Mantelrohrs über den
gesamten Innenquerschnitt erstreckt und eine Vielzahl von Öffnungen
hat, in die ein Fluid zumindest ein- bzw. ausströmen kann. Weiter wird ein Verfahren
zur Herstellung einer solchen Vorrichtung vorgeschlagen. Derartige
Vorrichtungen werden insbesondere als Katalysator-Trägerkörper in
Abgassystemen eines Fahrzeuges mit Verbrennungskraftmaschine eingesetzt.
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Unter Strömungsbeeinflusser wird in diesem Zusammenhang
zunächst
einmal jedes Gebilde verstanden, welches in die Strömungswege
von Fluiden bzw. Abgasen eingebracht wird, um das Fluid zu führen, zu
leiten und/oder zu verwirbeln. In der Abgastechnik werden hierzu
unterschiedliche Strukturen bzw. Gebilde eingesetzt: z. B. Gestricke,
Gewirre, Leitschaufeln, Gewebe,. Siebe, Wabenstrukturen, Rohrbündel etc.
Solche Strömungsbeeinflusser
werden häufig
auch dazu eingesetzt, eine möglichst
große
Oberfläche
bereitzustellen, die mit dem vorbeiströmenden Fluid in Kontakt kommt.
Im Hinblick auf die Abgasbehandlung erfolgt dies mit dem Ziel, durch einen
auf dieser Oberfläche
angebrachten Katalysator eine möglichst
vollständige
Umsetzung von im Abgas enthaltenen Schadstoffen herbeizuführen.
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Diese als Katalysator-Trägerkörper ausgebildeten
Strömungsbeeinflusser
werden im Automobilbau üblicherweise
mit einer Trägerschicht
(insbesondere Washcoat) versehen, welche sich durch eine sehr große Oberfläche auszeichnet
und üblicherweise
mit mindestens einem katalytisch aktiven Material (z. B. Platin,
Palladium, Rodium, etc.) imprägniert
ist. Beim Kontakt des Abgases mit diesen katalytisch aktiven Materialien
erfolgt eine Reduzierung der im Abgas enthaltenen Schadstoffe, wie
Kohlenmonoxid, ungesättigte
Kohlenwasserstoffe, Stickstoffmonoxid usw. Um bereits eine relativ
große
Oberfläche
für die Trägerschicht
bereitzustellen, werden die Katalysator-Trägerkörper üblicherweise als Wabenkörper ausgeführt, die
eine Vielzahl für
ein Fluid (insbesondere Abgas) durchströmbare Kanäle aufweist. Hierbei sind keramische,
extrudierte und metallische Wabenkörper bekannt. Die Wabenkörper werden
im allgemeinen in ein Gehäuse
eingebracht, welches wiederum direkt in die Abgasleitung beispielsweise
eines Pkws integriert wird. In einer solchen mobilen Abgasanlage
ist der Katalysator-Trägerkörper hohen thermischen
und dynamischen Belastungen ausgesetzt.
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Die thermischen Belastungen resultieren beispielsweise
einerseits aus der Temperatur des Abgases selbst, wobei diese zunimmt,
wenn der Katalysator-Trägerkörper näher an der
Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Außerdem führt auch die chemische, katalytische
Umsetzung zu einer Temperaturerhöhung
des Katalysator-Trägerkörpers, da
diese im allgemeinen exotherm abläuft, so dass unter Umständen Temperaturen
erreicht werden, die deutlich höher
als die Abgastemperatur selbst sind (bis 1300° C). Die wesentlichen Faktoren
im Hinblick auf die dynamischen Belastungen resultieren aus dem
Verbrennungsprozess sowie externen Schwingungsanregungen. Da der
Verbrennungsprozess in der Verbrennungskraftmaschine intermittierend
erfolgt, setzen sich die daraus resultierenden Druckstöße periodisch
durch das Abgassystem fort. Externe Schwingungsanregung erfolgt
beispielsweise aufgrund von Fahrbahn-Unebenheiten, über welche
sich das Automobil bewegt.
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Wegen dieser hohen thermischen und
dynamischen Belastungen ist eine dauerhafte Verbindung des Strömungsbeeinflussers
mit seinem Mantelrohr bzw. Gehäuse
von besonderem Interesse. Die Dauerhaltbarkeit einer solchen Verbindung
wird wesentlich durch die Art der Verbindung (Schweißen, Löten, usw.),
deren Ausgestaltung (über
die gesamte Umfangsfläche,
punktuell, streifenweise,..) und die Anlagefläche (Größe, Ebenheit, usw.) des Strömungsbeeinflussers
am Gehäuse
bestimmt. Ein weiteres Kriterium ist aber auch die Masse des Strömungsbeeinflussers,
da er einerseits aufgrund der Druckstöße beschleunigt wird und andererseits
wegen seiner Wärmekapazität unterschiedlich
stark expandiert. Aus diesem Grund ist man im Automobilbau dazu übergegangen,
großvolumige
Strömungsbeeinflusser
bzw. Katalysator-Trägerkörper im
Unterboden eines Pkws anzuordnen, da in diesem Bereich bereits eine
deutliche Abkühlung
des vom Motor stammenden Abgases erfolgte, und die Druckstöße wegen
der vielen Wendungen der Abgasleitung abgeschwächt wurden. Zudem ist am Unterboden
ausreichend Platz zur Anordnung von großvolumigen Komponenten zur Abgasbehandlung
verfügbar.
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Weiterhin ist beispielsweise aus
der WO 99/11911 oder der
US 6,397,588 bekannt,
in der Nähe
des Motors kleinvolumige Strömungsbeeinflusser
einzusetzen, die beispielsweise unmittelbar am Motorauslass angeordnet
sind. Als Katalysator-Trägerkörper erreichen
diese Strömungsbeeinflusser deutlich
früher
eine hohe Temperatur, so dass die Anspringtemperatur des Katalysators,
ab der dieser mit der Umsetzung von im Abgas enthaltenen Schadstoffen
beginnt, frühzeitig
erreicht wird. Aufgrund der beengten Platzverhältnisse im Motorraum eines Pkws
ist die Unterbringung eines solchen „Start-Katalysator-Trägerkörpers" relativ schwierig
und kostenaufwendig.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung, insbesondere zur Abgasbehandlung
mobiler Verbrennungskraflmaschinen, umfas send ein Mantelrohr und
mindestens einen Strömungsbeeinflusser
anzugeben, welche preisgünstig
herstellbar, effektiv und vielseitig einsetzbar sowie an bestehende
Umgebungsbedingungen einfach anpassbar ist, und die sich durch eine dauerhafte
Verbindung von Mantelrohr und Strömungsbeeinflusser auszeichnet.
Weiter soll ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung
angegeben werden.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch
eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein
Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Dabei sei darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigten
Merkmale miteinander sowie mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche kombiniert
werden können.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere
zur Abgasbehandlung mobiler Verbrennungskraftmaschinen, umfasst
ein zumindest in einem Teilbereich gekrümmtes Mantelrohr mit einem Innenquerschnitt
und mindestens einen Strömungsbeeinflusser,
welcher sich zumindest in einem axialen Abschnitt des Mantelrohrs über den
gesamten Innenquerschnitt erstreckt und eine Vielzahl von Öffnungen
hat, in die ein Fluid einströmen
kann. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der mindestens
eine Strömungsbeeinflusser
und das Mantelrohr metallisch sind, und der axiale Abschnitt und
der gekrümmte
Teilbereich des Mantelrohres in Richtung einer Achse einen Überlappungsbereich
bilden.
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Bezüglich des Mantelrohrs sein
angemerkt, dass dieses als separates Bauteil ausgeführt sein kann,
es ist aber auch möglich,
dass das Mantelrohr z. B. Teil einer Abgasleitung selbst ist. Das
Mantelrohr kann über
seine gesamte Länge
einfach, mehrfach, und/oder in unterschiedliche Richtungen gekrümmt bzw.
gebogen sein, es kann aber auch geradlinige Teil- oder Endstücke aufweisen.
Unter einem In nenquerschnitt ist die vom Mantelrohr eingeschlossene
Fläche
senkrecht zur Achse des Mantelrohrs gemeint, wobei diese verschiedene
Formen aufweisen kann (oval, kreisförmig, polygonal, etc.).
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Der mindestens eine Strömungsbeeinflusser erstreckt
sich in dem axialen Abschnitt über
den gesamten Innenquerschnitt des Mantelrohrs. Das bedeutet, dass
der mindestens eine Strömungsbeeinflusser
bevorzugt über
den gesamten Umfang mit der Mantelinnenfläche des Mantelrohres in Kontakt
ist, und selbst im Inneren nicht als Hohlkörper ausgeführt ist. Mit „Hohlkörper" ist in diesem Zusammenhang
ein Körper
gemeint, dessen größter zusammenhängender
Hohlraum im Inneren ein größeres Volumen
hat als das am Mantelrohr anliegende Volumen des Strömungsbeeinflussers.
Stellt man sich also einen solchen Innenquerschnitt mit einem erfindungsgemäßen Strömungsbeeinflusser
im Inneren des axialen Abschnittes vor, so ist die größte zusammenhängende Freifläche (Fläche in der
kein Material des Strömungsbeeinflussers
angesiedelt ist) kleiner als die restliche Fläche des Innenquerschnitts.
Der Strömungsbeeinflusser
hat die Aufgabe, das an- bzw.
abströmende
Fluid/Abgas zu führen
bzw. zu verwirbeln. Nahe den Stirnseiten dienen die Öffnungen
bevorzugt dazu, den Fluidstrom in eine Vielzahl von Teilfluidströmen aufzuteilen,
bzw. Kanten zur Verwirbelung bereitzustellen.
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Sowohl der mindestens eine Strömungsbeeinflusser
als auch das Mantekohr sind metallisch. Hierbei ist es besonders
bevorzugt, dass der eine Strömungsbeeinflusser
unter das Mantelrohr aus einem hochtemperaturfesten, korrosionsbeständigen, insbesondere
chrom- und/oder aluminiumhaltigen Stahl ausgeführt sind.
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Ein erfindungswesentliches Merkmal
ist darin zu sehen, dass der axiale Abschnitt und der gekrümmte Teilbereich
in Richtung einer Achse einen Überlappungsbereich
bilden. Das heißt
mit anderen Worten, dass sich der Strömungsbeeinflusser zumindest
teilweise in den gekrümmten
Teilbereich hinein erstreckt, insbesondere mit dem Mantelrohr gemeinsam
gebogen ist. Da lässt
sich beispielsweise daran erkennen, dass der Strömungsbeeinflusser sowohl in geraden
als auch in gekrümmten
Teilbereichen des Mantelrohres, vorzugsweise über den gesamten Innenquerschnitt,
an der Mantelinnenfläche
des Mantelrohres anliegt.
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In Bezug auf Abgassysteme mobiler
Verbrennungskraftmaschinen wird hier erstmalig die Möglichkeit
aufgezeigt, metallische Strömungsbeeinflusser
auch in stark gewundene bzw. gebogene Abgasleitungen zu integrieren.
Durch das gemeinsame Biegen werden unter anderem Klemmkräfte erzeugt, die
ein dauerhafte Fixierung des Strömungsbeeinflussers
im Inneren des Mantelrohrs sicherstellen. Setzt man solche Strömungsbeeinflusser
beispielsweise als Katalysator-Trägerkörper in
den motornahen Abgasleitungen ein, so lassen sich unter Umständen über eine
beachtliche Länge
Temperaturverläufe
erzielen, die ein besonders gutes Kaltstartverhalten der Abgasanlage
zur Folge haben. Zudem kann auf diese Weise ein Großteil der
Abgasleitungen nun zur Umwandlung von im Abgas enthaltenen Schadstoffen
genutzt werden. Die Abgasbehandlungskomponenten im Unterboden des
Pkws können deutlich
kleiner ausgeführt
werden, so dass hier aufgrund der reduzierten Masse auch eine Erhöhung der Lebensdauer
dieser Komponenten festgestellt wird. Um diesen Effekt umfassend
ausschöpfen
zu können wird
vorgeschlagen, dass sich der Überlappungsbereich
mindestens über
5 cm, insbesondere 10 cm und bevorzugt 15 cm erstreckt. Dabei weist
der Strömungsbeeinflusser
bevorzugt ein Volumen von mindestens 0,3 Liter, vorzugsweise mindestens
0,8 Liter und bevorzugt mindestens 1,5 Liter. Unter Volumen ist
dabei der Raum zu verstehen, welcher zwischen den Stirnseiten des
Strömungsbeeinflussers
und dem Mantelrohr eingeschlossen ist (also das Material des Strömungsbeeinflussers
mit den gebildeten Hohlräumen,
Kanälen, Öffnungen
etc.).
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
der Vorrichtung hat der mindestens eine Strömungsbeeinflusser eine Mehrzahl
von Komponenten, welche ihm einen ge ordneten Ausbau geben, insbesondere eine
Art Wabenstruktur. Unter Komponenten sind in diesem Zusammenhang
unterschiedliche Materialformen subsumiert, insbesondere Fasern,
Folien, Lagen, Gitter, Matten. Diese Komponenten bilden im Gegensatz
zum chaotischen Ausbau bei einem Gewirr oder dergleichen, vorliegend
einen geordneten Ausbau, wie z. B. ein Gewebe, eine Gitterstruktur,
ein Gitter oder auch eine Wabenstruktur. Dieser geordnete Ausbau
ist insbesondere bei einer stirnseitigen Ansicht eines solchen Strömungsbeeinflussers
zu erkennen. Der geordnete Ausbau hat u.a. zur Folge, dass das anströmende Fluid
in im wesentlichen gleichgroße
Teilfluidströme
unterteilt wird. Dabei ist selbstverständlich, dass sich dieser geordneten
Aufbau unter Umständen
nur über
eine relativ kurze Tiefe in das Innere des Strömungsbeeinflussers hinein erstrecken
kann, weil ursprünglich
zunächst
diese Struktur hergestellt wurde, dann aber gemeinsam mit dem Mantelrohr
verformt wurde. Diese plastischen Verformungen haben lokal bzw.
regional zumindest teilweise eine Zerstörung bzw. Veränderung
des geordneten Ausbaus zur Folge. Dennoch hat der geordnete Ausbau
zur Folge, dass der Strömungsbeeinflusser
in sich stabil ausgeführt
ist und somit auch über
einen langen Zeitraum den dynamischen Belastungen im Abgassystem
eines Automobils standhält.
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In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft,
dass der mindestens eine Strömungsbeeinflusser
aus einer Mehrzahl von Blechlagen aufgebaut ist, die in Richtung
der Achse eine Vielzahl für das
Fluid durchströmbare
Kanäle
bilden. Wie bereits oben erläutert,
können
sich diese Kanäle
teilweise auch im Inneren des Strömungsbeeinflussers verschließen und/oder
wieder öffnen.
Die Kanäle
reichen dabei ausgehend von einer Stirnseite des Strömungsbeeinflussers
zumindest so tief in das Innere, wie der Betrag der Dicke der Blechlagen
ist, bevorzugt aber mindestens 1 cm, insbesondere 2 cm und vorzugsweise
sogar 5 cm in Richtung der Achse. Die Kanäle erstrecken sich zumindest
nahe dieser Stirnseite im wesentlichen senkrecht zur Stirnfläche und/oder
parallel zur Achse.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die Blechlagen im wesentlichen glatt und/oder strukturiert sind. Bevorzugt
werden Anordnungen von Blechlagen, bei denen sich glatte und gewellte
Blechlagen abwechseln. Diese Stapel von Blechlagen werden schließend miteinander
gewunden und/oder verschlungen, so dass beliebige Körperformen
gebildet werden können
(Zylinder, Polygon, etc.). Die Struktur der Blechlagen ist bevorzugt
so gewählt,
dass letztendlich eine Kanaldichte erzielt wird, die im Bereich
von 100 bis 500 cpsi (cells per square inch) liegt.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die
Blechlagen zumindest teilweise mit einer Mehrzahl von Durchbrüchen versehen
sind, die für
das Fluid durchströmbar
sind. Die Durchbrüche
weisen bevorzugt eine Ausdehnung in Richtung der Blechlagen auf,
die größer als
eine Länge
der Strukturen der strukturierten Blechlagen ist. Diese Durchbrüche können als Schlitze,
Löcher
oder sonstige (bevorzugt abgerundete) Konturen gebildet sein. Sie
bieten die Möglichkeit,
dass die gebildeten Teilfluidströme
in benachbarte Kanäle
ausweichen können,
beispielsweise wenn ein solcher Kanal infolge der Deformierung des Strömungsbeeinflussers
mit dem Mantelrohr verschlossen wurde. Um möglichst viele benachbarte Kanäle miteinander
zu verbinden, ist die maximale Ausdehnung der Durchbrüche so groß zu wählen, dass
sie sich über
die Länge
mehrerer (z.B. zwei, drei oder fünf)
Strukturen erstrecken. Die Länge
der Strukturen wird durch den Abstand zweier benachbarter, bleichartiger
Extrempunkte (z. B. zwei benachbarte Hochpunkte bzw. zwei benachbarte
Tiefpunkte) bestimmt. Diese Hochpunkte bzw. Tiefpunkte der Struktur
sind bei stirnseitiger Ansicht auf den mit Blechlagen gebildeten
Strömungsbeeinflusser
zu erkennen. Diese Extrema erstrecken sich dabei bevorzugt entlang
bzw. parallel zur Achse.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der
mindestens eine Strömungsbeeinflusser
zumindest teilweise aus Streckmetall ist. Unter Streckmetall ist
insbesondere ein metallisches Maschenwerk mit festen Knotenpunkten
zu verstehen, dass beispielsweise aus Stahlblech gezogen wird. Dazu
wird der Werkstoff bevorzugt in einer Querrichtung eingeschnitten
und sogleich in der Länge
gestreckt. Dieses Material eignet sich besonders gut zum gemeinsamen
Umformen von Mantekohr und dem Strömungsbeeinflusser. Unter Umständen ist
es auch vorteilhaft, dass der mindestens eine Strömungsbeeinflusser
zumindest teilweise aus einem Fasermaterial ist, bevorzugt einem
gesinterten Metallfasermaterial. Dieses Fasermaterial ist ebenso
wie das Streckmetall sehr robust, biegsam und formbar. Zudem lassen
sich damit definiert Klemmkräfte
zwischen dem Strömungsbeeinflusser
und dem Mantelrohr erzeugen, die einen dauerhafte Anbindung des
Strömungsbeeinflussers
an das Mantelrohr zumindest unterstützen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Strömungsbeeinflusser in einer
Ebene, welche einen Krümmungsradius
des gekrümmten
Teilbereichs umfasst, unterschiedliche Erstreckungen parallel zur Achse
des Mantelrohres hat. Das bedeutet, dass die radial auswärts gelegene
Mantellinie des Strömungsbeeinflussers
länger
ist, als die radial innen liegende. Dies hat seinen Ursprung darin,
dass beim Biegen von Mantelrohr und Strömungsbeeinflusser die radial außen liegenden
Bereiche gestreckt und die innen liegenden Bereiche gestaucht (bzw.
nicht gestreckt) werden. Umfasst der mindestens eine Strömungsbeeinflusser
nun Komponenten aus Streckmetall, so lässt sich dass beispielsweise
daran erkennen, dass die Höhe
des Streckmetalls im radial außen
liegenden Bereich geringer ist als im innen liegenden Bereich.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung,
insbesondere zur Abgasbehandlung mobiler Verbrennungskraftmaschinen,
vorgeschlagen, welches zumindest die folgenden Schritte umfasst:
- – Ausbilden
des mindestens einen Strömungsbeeinflussers
mit einer Vielzahl von Öffnungen,
in die ein Fluid zumindest einströmen kann;
- – Zumindest
teilweises Einbringen des mindestens einen Strömungsbeeinflussers in ein im
wesentlichen grades Mantelrohr mit einem Innenquerschnitt, so dass
sich der mindestens eine Strömungsbeeinflusser
in einem axialen Abschnitt des Mantelrohres über den gesamten Innenquerschnitt
erstreckt; und
- – Gemeinsames
Biegen von Mantelrohr und dem mindestens einen Strömungsbeeinflusser,
so dass der axiale Abschnitt und der gekrümmte Teilbereich des Mantelrohres
in Richtung einer Achse einen Überlappungsbereich
bilden.
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Auf diese Weise ist eine Vorrichtung
umfassend einen zumindest in einem Teilbereich gekrümmtes Mantelrohr
und mindestens einen Strömungsbeeinflusser
in dessen Inneren gebildet.
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Als Halbmaterial wird demnach ein
gerades Mantelrohr gewählt,
wobei dies nicht vollständig
gerade sein muss, sondern vielmehr zumindest in dem Abschnitt, in
dem letztendlich der mindestens eine Strömungsbeeinflusser eingesetzt
wird, gerade ist. Es ist auch möglich,
dass das Mantelrohr nahe einer Stirnseite bzw. nahe beiden Stirnseiten
deutlich über die
Stirnseiten des mindestens einen Strömungsbeeinflussers hinausragt,
beispielsweise um mehrere Zentimeter (insbesondere 3 cm, bevorzugt
10 cm). Andererseits ist es aber auch möglich, dass das Mantelrohr
relativ genau mit den Stirnseiten des Strömungsbeeinflussers abschließt.
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Nach dem ein (u.U. auch zwei oder
mehrere) Strömungsbeeinflusser
an bestimmten Stellen im Mantelrohr positioniert ist, kann dieser
gegebenenfalls noch mit einem Klebemittel am Mantelrohr fixiert werden,
bevor mit dem Umformprozess begonnen wird. Dabei sei darauf hingewiesen,
dass hier unter Umständen
auch mehrere Teilbereiche des Mantelrohres gebogen werden können, z.B.
auch in un terschiedliche Richtungen. Dabei ist ggf. in jedem dieser gekrümmten Teilbereiche
jeweils ein Strömungsbeeinflusser
angeordnet, und/oder ein Strömungsbeeinflusser
erstreckt sich über
mehrere solche Biegungen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Strömungsbeeinflusser
aus zumindest einer Blechlage hergestellt wird, die bevorzugt teilweise strukturiert
und/oder mit Durchbrüchen
versehen ist. Ganz besonders bevorzugt ist die Herstellung eines solchen
Strömungsbeeinflussers
aus einer einzelnen, mit einer Wellung versehenen Blechlage, die spiralig
zu einer zylindrischen Form gewickelt ist. Dabei werden parallel
zur Achse des Strömungsbeeinflussers
eine Vielzahl von Kanäle
gebildet, die durch Durchbrüche
miteinander verbunden sind, so dass ein Fluid von einem solchen
Kanal zu einem benachbarten wechseln kann. Ganz bevorzugt sind solche Strömungsbeeinflusser
zumindest teilweise aus Streckmetall und/oder einem Fasermaterial
herzustellen. Dies hat zur Folge, dass der Strömungsbeeinflusser plastisch
gut umgeformt werden kann, ohne dass es sich Teilbereiche abspalten,
abplatzen, brechen, einreißen
oder dergleichen. Solche Risse bzw. Zerstörungen des Materials hätten beim
Einsatz im Abgassystem zur Folge, dass Teile der Strömungsbeeinflusser
abgetrennt und infolge der zum Teil erheblichen Druckstöße hin zu
nachgeschalteten Abgasreinigungskomponenten mitgerissen werden. Dort
würden
Beschädigungen
auftreten, welche die Lebensdauer einer solchen Abgasanlage deutlich beeinträchtigen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Strömungsbeeinflusser
nach dem Biegen mit dem Mantelrohr fügetechnisch verbunden wird,
insbesondere verlötet
oder verschweißt.
Hinsichtlich des Verschweißens
sei angemerkt, dass in diesem Fall der Strömungsbeeinflusser von außen mit
dem Mantelrohr fügetechnisch
verbunden wird. Wird der mindestens eine Strömungsbeeinflusser mit dem Mantelrohr
verlötet,
dann wird dieser bevorzugt vor dem Einbringen in das Mantelrohr,
danach oder sogar erst nach dem Biegen mit einem Lotmaterial versehen.
Erfolgt die Anbringung des Lotmaterials bereits vor dem Einbringen
des mindestens einen Strömungsbeeinflussers
in das Mantelrohr, so sind vorzugsweise Lotbänder bzw. Lotstreifen zu verwenden, die
zwischen den Komponenten des Strömungsbeeinflussers,
insbesondere den Blechlagen, sowie an dessen Umfang angebracht bzw.
positioniert werden. Gemeinsam mit diesen Lotbändern bzw. Lotstreifen wird
der Strömungsbeeinflusser
nun in das Mantelrohr eingebracht und gebogen. Für den Fall, dass das Mantelrohr
und der Strömungsbeeinflusser
gemeinsam mit Lotmaterial versehen werden, ist bevorzugt pulverförmiges Lotmaterial
zu verwenden. Hierbei wird an dem Strömungsbeeinflusser (z. B. zwischen
den Blechlagen bzw. am Umfang der Blechlagen) und/oder an der Innenseite
des Mantelrohres ein Klebemittel aufgetragen, an dem die Lotkörner haften
bleiben, wenn sie beispielsweise durch den Strömungsbeeinflusser bzw. das
Mantelrohr hindurchgeblasen werden. Dabei ist sichergestellt, dass sich
Lotkörner
tatsächlich
nur in den Bereichen ansiedeln, in denen eine fügetechnische Verbindung ausgeführt werden
soll.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der
mindestens eine Strömungsbeeinflusser
nach dem Verbinden mit einer katalytisch aktiven Beschichtung versehen
wird. Hierbei ist in Bezug auf die Verwendung eines solchen Strömungsbeeinflussers
als Katalysator-Trägerkörper im
Abgassystem mobiler Verbrennungskraftmaschinen einen Washcoat-Beschichtung zu
nennen. Diese ist insbesondere erst dann aufzutragen, wenn Verbindungen
bereits erstellt wurden.
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Weiterhin wird noch eine Verwendung
einer oben genannten Vorrichtung vorgeschlagen, und zwar als Katalysator-Trägerkörper, insbesondere
im Abgassystem eines Fahrzeuges mit Verbrennungskraftmaschine.
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Weitere Vorteile der Erfindung werden
mit Bezug auf die Figuren näher
erläutert.
Dabei sei darauf hingewiesen, dass die Figuren lediglich besonders
bevorzugte Ausführungsbeispiele
zeigen, auf die die Erfindung nicht begrenzt ist.
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Es zeigen:
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1 Schematisch
und perspektivisch eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 schematisch
ein Kraftfahrzeug mit einer Abgasanlage,
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3 eine
Ausgestaltung einer Blechlage zur Herstellung eines Strömungsbeeinflussers,
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4 schematisch
und perspektivisch ein Detail einer weiteren Ausgestaltung eines
Strömungsbeeinflussers
in Explosionsdarstellung, und
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5 schematisch
den Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt
schematisch und perspektivisch eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1.
Diese Vorrichtung 1 ist hier Teil einer Vorrichtung zur
Abgasbehandlung mobiler Verbrennungskraftmaschinen. Die Vorrichtung 1 umfasst
ein zumindest in einem Teilbereich 2 gekrümmtes Mantelrohr 3 mit
einem Innenquerschnitt 4 (gestrichelt dargestellt). An
den gekrümmten
Teilbereich 2 schließen sich
zwei im wesentlichen gradlinig verlaufende Teilbereiche an. Das
Mantelrohr 2 ist im wesentlichen zylindrisch und hat einen
kreisrunden Innenquerschnitt 4.
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Im Inneren des Mantelrohres 3 ist
ein Strömungsbeeinflusser 5 angeordnet,
welcher sich zumindest in einem axialen Abschnitt 6 des
Mantelrohres 3 über
den gesamten Innenquerschnitt 4 erstreckt und eine Vielzahl
von Öffnungen 7 hat,
in die ein Abgas zumindest einströmen kann. Der Strömungsbeeinflusser 5 und
das Mantelrohr 3 sind metallisch und der axiale Abschnitt 6 und
der gekrümmte
Teilbereich 2 bilden in Richtung einer Achse 8 einen Überlappungsbereich 9.
In der dargestellten Ausführungsform
ist ein Teil des Strömungsbeeinflussers 5 außerhalb
des gekrümmten
Teilbereichs 2 angeordnet, während sich der andere Teil
in diesen hineinerstreckt. Der Strömungsbeeinflusser ist so gestaltet, dass
sich sowohl seine Stirnseiten 25 als auch der dazwischen
liegende Bereich über
den gesamten Innenquerschnitt 4 des Mantelrohres 3 erstreckt.
An den Stirnseiten 25 lässt
sich eine Wabenstruktur 10 mit einer Vielzahl von Öffnungen 7 erkennen,
so dass ein Abgasstrom in Strömungsrichtung 24 durch
eine Vielzahl von Kanälen 12 geführt wird.
Die Kanäle 12 sind
beispielsweise mit Blechlagen (nicht dargestellt) gebildet, die
eine Vielzahl von Durchbrüchen 13 aufweisen,
damit das Abgas in benachbarte Kanäle 12 beim Durchströmen wechseln
kann. Zudem sind die Kanäle 12 bzw.
die sie bildenden Blechlagen mit einer katalytisch aktiven Beschichtung 18 versehen.
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In dieser Darstellung lässt sich
erkennen, dass der Strömungsbeeinflusser 5 in
einem radial außen
liegenden Bereich gedehnt und einem radial innen liegenden Bereich
gestaucht bzw. weniger gedehnt wurde. Mit anderen Worten hat der
Strömungsbeeinflusser 5 in
einer Ebene 22, welche einen Krümmungsradius 23 des
gekrümmten
Teilbereichs 2 umfasst, unterschiedliche Erstreckungen 21 parallel
zur Achse 8 des Mantelrohres 3. Dabei sei darauf
hingewiesen, dass die Achse 3 hier eine Zentrumsachse darstellt,
die also im zentralen Bereich des gebogenen Mantelrohres 3 verläuft und
somit selbst eine Krümmung
aufweist. Die Ebene 22 ist hier mit der Zeichnungsebene
bzw. einer parallelen Ebene durch die Achse 8 gleichzusetzen.
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2 zeigt
schematisch die bevorzugte Verwendung einer solchen Vorrichtung,
als Katalysator-Trägerkörper im
Abgassystem eines Fahrzeugs 19 mit Verbrennungskraftmaschine 20.
Im Hinblick auf die Verbrennungskraftmaschine 20 sei angemerkt,
dass es sich hierbei sowohl um Ottomotoren als auch beispielsweise
um Dieselmotoren handeln kann. Ausgehend von der Verbrennungskraftmaschine 20 wird
das Abgas durch einen sogenannten Krümmer 28 zur Abgasleitung 31 geführt. In 2 sind Strömungsbeeinflusser 5 in
je einem Auslasskanal des Krümmers 28 dargestellt.
Dabei ist es auch möglich,
dass mehrere Strömungsbeeinflusser 5 in Strömungsrichtung 24 des
Abgases hintereinander angeordnet sind. Nachdem das Abgas durch
die dargestellten Strömungsbeeinflusser 5 hindurchgeströmt ist,
erfolgt die Umwandlung von im Abgas enthaltenen Schadstoffen mittels
nachgeschalteter Komponenten, wie beispielsweise einem Partikelfilter 27,
einem Adsorber 29 und einem katalytischen Konverter 30.
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3 zeigt
in zwei Ansichten eine Ausgestaltung einer Blechlage 11 zur
Herstellung eines Strömungsbeeinflussers 5.
Die Blechlage 11 ist aus Streckmetall gebildet, wobei die
Blechlage 11 eine Vielzahl von Durchbrüchen 13 mit einer
maximalen Ausdehnung 14 hat. Die Blechlage 11 hat
eine Dicke 26, die kleiner als 3 mm beträgt, insbesondere
kleiner 2 mm. Im Hinblick auf die Durchbrüche 13 sei erwähnt, dass
die maximale Ausdehnung 14 in Richtung der Blechlagen 11 größer ist
als eine Länge 16 der
Strukturen 15 der strukturierten Blechlagen 11. Wie
aus der 3 zu erkennen
ist, wird die Länge
16 anhand zweier gleichartiger, benachbarter Extrempunkte der Struktur 15 bestimmt.
Ebenfalls lässt
sich aus der 3 die Höhe 34 der
Blechlage 11 erkennen. Beim Strecken bzw. Biegen des Materials
wird regelmäßig die
Höhe 34 teilweise
verändert.
Betrachtet man beispielsweise die Blechlage 11 wie dargestellt
in einem Strömungsbeeinflusser 5 wie
in 1 gezeigt, so sind
die radial außen
angeordneten Blechlagen 11 mit einer geringeren Höhe 34 versehen,
als die radial innen liegenden .
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4 zeigt
eine andere Ausgestaltung eines Strömungsbeeinflussers 5 im Detail.
Hier wird der Strömungsbeeinflusser 5 durch
abwechselnd angeordneten glatten und strukturierten Lagen gebildet. Die
glatten Lagen sind als Fasermatte 32 ausgeführt, zwischen
denen eine Blechlage 11 angeordnet ist, die eine Struktur 15 aufweist.
Die Struktur 15 gewährleistet,
dass für
ein Abgas in einer Strömungsrichtung 24 durchströmbare Kanäle gebildet
sind. Die Blechlage 11 weist zusätzlich zur Struktur 15 noch
Durchbrüche 13 und
Leitflächen 33 auf,
die eine Vermischung von Gasteilströmen gewährleisten. Grundsätzlich ist auch
möglich,
dass die strukturierte Lage ebenfalls aus Fasermaterial, insbesondere
gesintertem Metallfasermaterial, hergestellt ist.
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5 zeigt
schematisch eine Ausgestaltung eines Verfahrens zur Herstellung
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1.
In einem ersten Schritt wird der mindestens eine Strömungsbeeinflusser 5 mit
einer Vielzahl von Öffungen 7 (nicht
dargestellt) hergestellt, so dass dieser für ein Fluid bzw. ein Abgas durchströmbar ist.
Dieser Strömungsbeeinflusser 5 wird
nun zumindest teilweise in ein im wesentlichen gerades Mantelrohr 3 eingebracht.
Nachdem der Strömungsbeeinflusser
im Inneren des Mantelrohres 3 fixiert bzw. positioniert
ist, erfolgt ein gemeinsames Biegen von Mantelrohr 3 und
dem mindestens einem Strömungsbeeinflusser 5,
so dass beide Komponenten eine plastische Verformung erfahren (Schritt
2). In einem dritten Schritt werden der Strömungsbeeinflusser 5 bzw.
die Innenseiten des Mantelrohres 3 mit einem Lotmaterial 17 versehen,
welches sich in den Teilbereichen anlagert, in denen eine Verbindung zwischen
Strömungsbeeinflusser
und Mantelrohr einerseits bzw. den Komponenten des Strömungsbeeinflussers 5 selbst
erzeugt werden soll. Anschließend
erfolgt in einem weiteren Schritt die Ausbildung der fügetechnischen
Verbindungen, die hier im Rahmen eines Hochtemperatur-Vakuumlötprozess
in einem Ofen 35 hergestellt werden. Anschließend ist
es noch möglich,
die so hergestellte Vorrichtung als Vorbereitung für ihren
Einsatz in Abgasanlagen mobiler Verbrennungskraftmaschinen mit einer
katalytisch aktiven Beschichtung zu versehen (nicht dargestellt).
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Die hier vorgeschlagene Vorrichtung
sowie das Verfahren zu deren Herstellung ist besonders einfach,
preiswert und vielseitig einsetzbar.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Teilbereich
- 3
- Mantelrohr
- 4
- Innenquerschnitt
- 5
- Strömungsbeeinflusser
- 6
- Abschnitt
- 7
- Öffnung
- 8
- Achse
- 9
- Überlappungsbereich
- 10
- Wabenstruktur
- 11
- Blechlage
- 12
- Kanal
- 13
- Durchbruch
- 14
- Ausdehnung
- 15
- Struktur
- 16
- Länge
- 17
- Lotmaterial
- 18
- Beschichtung
- 19
- Fahrzeug
- 20
- Verbrennungskraftmaschine
- 21
- Erstreckung
- 22
- Eben
- 23
- Krümmungsradius
- 24
- Strömungsrichtung
- 25
- Stirnseite
- 26
- Dicke
- 27
- Partikelfilter
- 28
- Krümmer
- 29
- Adsorber
- 30
- Katalytischer
Konverter
- 31
- Abgasleitung
- 32
- Fasermatte
- 33
- Leitfläche
- 34
- Höhe
- 35
- Ofen