DE10301138A1 - Platzsparende Abgasnachbehandlungseinheit mit ineinanderliegenden Hin- und Rückströmbereichen bei gleichseitigem Gasein- und -austritt - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist eine Abgasnachbehandlungseinheit mit einer ersten, im Wesentlichen homogen strukturierten Stirnfläche 4, einer zweiten Stirnfläche 5 und mit einer sich zwischen der ersten 4 und der zweiten Stirnfläche 5 erstreckenden für Abgas durchströmbaren Wabenstruktur 2 in einem Mantelrohr 3, wobei an die erste Stirnfläche 4 Anschlussmittel 7 zumindest nahezu dichtend angeschlossen sind, durch die das Abgas in einen inneren Hinströmbereich 8 der Wagenstruktur 2 einströmen kann, wobei es nach Umlenkung hinter der zweiten Stirnfläche 5 durch einen äußeren Rückströmbereich 9 außerhalb der Anschlussmittel 7 zurückströmen kann. DOLLAR A Eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit 1 ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Abgasnachbehandlung auch bei nur wenig Einbauplatz. Eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit 1 ist preiswert herstellbar und zuverlässig unter thermischen Wechselbelastungen, so dass eine gute Dauerhaltbarkeit erreicht wird.
Description
- Gegenstand der Erfindung ist eine Abgasnachbehandlungseinheit mit einer Wabenstruktur und Anschlussmitteln.
- Bei weltweit steigenden Zulassungszahlen von Automobilen sind in einer Vielzahl von Ländern zur Verringerung der Luftverschmutzung durch Automobile gesetzliche Abgasgrenzwerte eingeführt worden, die die Zusammensetzung des durch die Automobile emittierte Abgas erfüllen muss. Die hierzu nötige Verringerung der Emission von schädlichen Bestandteilen erfolgt durch den Einsatz von Edelmetallkatalysatoren, die gute Umsetzungsraten bei relativ niedrigen Umsetzungstemperaturen zu ermöglichen. Eine effektive Umsetzung beruht ferner auf einer möglichst großen Reaktionsoberfläche, die bereitgestellt werden muss. Hierbei hat es sich im Automobilbau weitestgehend durchgesetzt, Wabenkörper als Katalysator-Trägerkörper einzusetzen. Wabenkörper weisen eine Vielzahl von für ein Fluid beströmbaren oder durchströmbaren Hohlräumen wie zum Beispiel Kanäle auf und lassen sich als keramischer Monolith oder als metallische Struktur ausbilden.
- Man unterscheidet vor allem zwei typische Bauformen für metallische Wabenkörper. Eine frühe Bauform, für die die
DE 29 02 779 A1 typische Beispiele zeigt, ist die spiralige Bauform, bei der im wesentlichen eine glatte und eine gewellte Blechlage aufeinandergelegt und spiralförmig aufgewickelt werden. Bei einer anderen Bauform wird der Wabenkörper aus einer Vielzahl von abwechselnd angeordneten glatten und gewellten oder unterschiedlich gewellten Blechlagen aufgebaut, wobei die Blechlagen zunächst einen oder mehrere Stapel bilden, die mit einander verschlungen werden. Dabei kommen die Enden aller Blechlagen außen zu liegen und können mit einem Gehäuse oder Mantelrohr verbunden werden, wodurch zahlreiche Verbindungen entstehen, die die Haltbarkeit des Wabenkörpers erhöhen. Typische Beispiele dieser Bauformen sind in derEP 0 245 737 B1 oder der WO 90/03220 beschrieben. Auch seit langem bekannt ist es, die Blechlagen mit zusätzlichen Strukturen auszustatten, um die Strömung zu beeinflussen und/oder eine Quervermischung zwischen den einzelnen Strömungskanälen zu erreichen. Typische Beispiele für solche Ausgestaltungen sind die WO 91/01178, die WO 91/01807 und die WO 90/08249. Schließlich gibt es auch Wabenkörper in konischer Bauform, gegebenenfalls auch mit weiteren zusätzlichen Strukturen zur Strömungsbeeinflussung. Ein solcher Wabenkörper ist beispielsweise in der WO 97/49905 beschrieben. Darüber hinaus ist es auch bekannt, in einem Wabenkörper eine Aussparung für einen Sensor freizulassen, insbesondere zur Unterbringung einer Lambdasonde. Ein Beispiel dafür ist in derDE 88 16 154 U1 beschrieben. - Solche Wabenkörper werden oftmals in einem Abgasstrang eingesetzt, wobei sie zwei Stirnflächen aufweisen und das Abgas durch die eine Stirnfläche in den Wabenkörper hinein- und durch die andere Stirnfläche aus dem Wabenkörper hinausströmt. Steht zum Einbau des Wabenkörpers nur sehr wenig Platz zur Verfügung, soll aber gleichzeitig ein motornaher Einbau erfolgen, so ist es zweckmässig, einen Wabenkörper zu verwenden, bei dem das Abgas durch eine einzige Stirnfläche sowohl in den Wabenkörper hinein- als auch aus diesem herausströmt. Hierbei sind also innerhalb des Wabenkörpers zwei getrennte Strömungsbereiche ausgebildet. Ein Wabenkörper mit zwei konzentrischen Strömungsbereichen zum Einsatz in mehrsträngigen Abgassystemen, bei denen die Bereiche gleichsinnig, also in der gleichen Strömungsrichtung wechselweise von Abgas durchströmt werden, ist beispielsweise aus der
US 6,156,278 bekannt. Diese Strömungsbereiche sind durch ein zwischen den Bereichen liegendes Rohr getrennt. Ein solcher Wabenkörper ist sehr aufwendig herzustellen, zudem verschlechtert das zusätzliche Rohr die thermischen Eigenschaften des Wabenkörpers wie das Aufheiz- und das Wärmeabstrahlverhalten. Aus derEP 0 835 366 B1 wiederum ist es bekannt, einen Wabenkörper mit mindestens einer ebenen stirnseitig nahezu dichtend angeordneten Trennwand zu versehen und so einen Wabenkörper mit zwei Teilbereichen mit halbkreisförmigem Querschnitt zum Einsatz in mehrsträngigen Abgassystemen zur Verfügung zu stellen. - Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfach herzustellende Abgasnachbehandlungseinheit anzugeben, die preiswert herzustellen ist und eine gute Dauerhaltbarkeit unter thermischen Wechselbelastungen aufweist, aber dennoch unter ungünstigen Raumverhältnissen platzsparend angeordnet werden kann.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Abgasnachbehandlungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit weist eine erste, im wesentlichen homogen strukturierte Stirnfläche, eine zweite Stirnfläche und eine sich zwischen der ersten und der zweiten Stirnfläche erstreckende für Abgas durchströmbare Wabenstruktur in einem Mantelrohr auf. An die erste Stirnfläche sind Anschlussmittel zumindest nahezu dichtend angeschlossen, durch die das Abgas in einen inneren Hinströmbereich der Wabenstruktur einströmen kann, wobei es nach Umlenkung hinter der zweiten Stirnfläche durch einen äußeren Rückströmbereich außerhalb der Anschlussmittel zurückströmen kann.
- Eine solche Abgasnachbehandlungseinheit kann vorteilhafterweise bei kleinen zur Verfügung stehenden Räumen eingesetzt werden. Durch die erste Stirnfläche strömt sowohl das zu behandelnde Abgas in die Wabenstruktur hinein, als auch hinaus. Die Anschlussmittel sind so ausgebildet, dass der Hinströmbereich innerhalb des Rückströmbereichs konzentrisch oder exzentrisch angeordnet ist. Eine homogene Struktur der ersten Stirnfläche bedeutet insbesondere, dass im wesentlichen regelmäßige Einströmungsöffnungen als Zugang zu den Hohlräumen der Wabenstruktur ausgebildet sind, aber keine zusätzlichen verstärkten Trennwände die Wabenstruktur durchziehen.
- Bei einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit kann eine im wesentlichen standardisierte Wabenstruktur zum Einsatz kommen, insbesondere kann auf die Ausbildung eines den Hin- und den Rückströmbereich trennenden Innenrohres verzichtet werden, was eine kostengünstige und einfache Herstellung der Abgasnachbehandlungseinheit ermöglicht. Hin- und Rückströmbereich werden durch Wände der Hohlräume der Wabenstruktur voneinander getrennt, wie durch die Anschlussmittel vorgegeben. Einen zumindest nahezu dichtenden Anschluss der Anschlussmittel an die erste Stirnfläche der Wabenstruktur erreicht man dadurch, dass beispielsweise die erste Stirnfläche einen Schlitz aufweist, dessen räumliche Ausdehnung entsprechend der räumlichen Ausdehnung der Anschlussmittel gewählt wird. Durch das Hineinragen der Anschlussmittel in den Schlitz in Form einer Labyrinth-Dichtung in der Stirnfläche der Wabenstruktur wird in vorteilhafter Weise die Dichtung der Trennwand zum Wabenkörper auch bei thermischen Wechselbelastungen erhöht, ohne dass die Wabenstruktur bei Relativdehnungen des Anschlussmittels beschädigt werden kann.
- Kleinere Undichtigkeiten, die beispielsweise darauf beruhen können, dass das Anschlussmittel eine Hohlraumwand in einem Winkel schneidet, also Abgas in kleinen Mengen in den eigentlichen Rückströmbereich statt in den Hinströmbereich strömt, sind aufgrund der Druck- und Strömungsverhältnisse in der Wabenstruktur unerheblich.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungseinheit weist die erste Stirnfläche einen Schlitz auf, in den die Anschlussmittel nahezu dichtend hineinragen, vorzugsweise unter Ausbildung eines Schiebesitzes.
- Die Ausbildung eines Schiebesitzes ermöglicht eine Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungseinheit, bei der ein unterschiedliches thermisches Ausdehnungsverhalten der Komponenten, insbesondere der Wabenstruktur, nicht zu einer Schädigung der Abgasnachbehandlungseinheit führt. Durch die Schiebesitzausbildung werden einerseits von der Wabenstruktur keine Kräfte auf die Anschlussmittel und andererseits keine Kräfte vom Anschlussmittel in die Wabenstruktur eingeleitet.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungseinheit sind die Anschlussmittel als sich konisch erweiterndes Rohr ausgebildet.
- Die Ausbildung der Anschlussmittel als sich konisch erweiterndes Rohr ermöglicht in einfacher Weise den Aufbau einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit. Hierbei werden die Anschlussmittel zentral durch Ableitmittel hindurch geführt. Die Ableitmittel dienen der Ableitung des durch den Rückströmbereich strömenden Abgases und können im Querschnitt im wesentlichen kalottenförmig ausgebildet sein, wobei die Ableitmittel an einer Stelle das Ableiten des Abgases aus der Abgasnachbehandlungseinheit ermöglichen müssen, beispielsweise durch Ausbildung eines Flansches zum Anschluss eines Rohres oder ähnliches. Hierbei tritt das sich konisch erweiternde Rohr durch das kalottenförmige Ableitmittel, wobei auch hier bevorzugt gewährleistet ist, dass eine thermische Bewegung des sich konisch erweiternden Rohres und/oder des kalottenförmigen Ableitmittels nicht zu einer Schädigung des jeweils anderen Bauteils führt.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungseinheit ist die Wabenstruktur aus keramischem Material aufgebaut. Ebenso möglich ist jedoch auch der Aufbau aus metallischem Material. Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass die Wabenstruktur durch Aufwickeln mindestens einer Blechlage, die mindestens teilweise strukturiert ist oder mehrerer Blechlagen, von denen zumindest ein Teil zumindest teilweise strukturiert ist, aufgebaut ist, oder dass die Wabenstruktur durch Stapeln und miteinander Verschlingen mehrerer Blechlagen, von denen zumindest ein Teil zumindest teilweise strukturiert ist, aufgebaut ist.
- So ist der Aubbau spiralförmiger Wabenstrukturen möglich, ferner auch der Aufbau von Wabenkörpern durch das Verschlingen mehrerer Stapel beispielsweise in S-Form oder auch das gleichsinnige Verschlingen dreier Blechstapel. Der Aufbau aus strukturierten Blechlagen mit einer Strukturwiederhollänge, die beispielsweise bei gewellten Blechlagen der Wellenlänge entspricht, und im wesentlichen glatten Blechlagen führt zur Bildung von Kanälen oder auch Hohlräumen zwischen den Strukturen und den glatten Blechlagen.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Abgasnachbehandlungseinheit sind zumindest in einem Teil der Blechlagen in den Bereichen, die die Wände der Hohlräume des Hinströmbereichs und/oder des Rückströmbereichs bilden, Löcher ausgebildet, deren Ausdehnung größer ist als die Strukturwiederhollänge der zumindest teilweise strukturierten Blechlagen.
- Hierbei können die Löcher sowohl in den im wesentlichen glatten, als auch in den strukturierten Blechlagen ausgebildet sein. Hierdurch können sich Hohlräume bilden, die zu einer Verwirbelung des Abgases führen, was in vorteilhafter Weise zu einer verbesserten Umsetzungsrate führt. Zudem verringert die Ausbildung von Löchern die Herstellungskosten der Wabenstruktur.
- Auch weitere Maßnahmen zur Veränderung des Strömungsverhaltens sind möglich, wie beispielsweise die Ausbildung von Umstülpungen und/oder Strömungsleitflächen, wobei Umstülpungen in den Blechlagen nur in den Bereichen ausgebildet werden, die die Wände der Hohlräume des Hin- und/oder des Rückströmbereichs bilden. Weiterhin ist die Ausbildung von Mikrostrukturen, die eine wesentlich kleinere Amplitude aufweisen als die strukturierten Blechlagen, sowohl auf den strukturierten, als auch auf den im wesentlichen glatten Blechlagen möglich. Die Mikrostrukturen sind bevorzugt senkrecht zur Längsachse der Wabenstruktur ausgebildet und dienen der Vermeidung oder Verringerung von laminaren Randströmungen.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungseinheit sind zumindest ein Teil der Blechlagen in den Bereichen, die die Wände der Hohlräume des Hinströmbereichs und/oder des Rückströmbereichs bilden, aus einem zumindest teilweise für ein Fluid durchströmbaren Material ausgebildet.
- Dies gestattet in vorteilhafter Weise den Aufbau eines offenen Partikelfilters. Ein Partikelfilter wird dann als offen bezeichnet, wenn er grundsätzlich von Partikeln vollständig durchlaufen werden kann, und zwar auch von Partikeln, die erheblich größer als die eigentlich auszufilternden Partikel sind. Dadurch kann ein solcher Filter selbst bei einer Agglomeration von Partikeln während des Betriebes nicht verstopfen. Ein geeignetes Verfahren zur Messung der Offenheit eines Partikelfilters ist beispielsweise die Prüfung, bis zu welchem Durchmesser kugelförmige Partikel noch durch einen solchen Filter rieseln können. Bei vorliegenden Anwendungsfällen ist ein Filter insbesondere dann offen, wenn Kugeln von größer oder gleich 0,1mm Durchmesser noch hindurchrieseln können, vorzugsweise Kugeln mit einem Durchmesser oberhalb von 0,2mm.
- Beim Durchströmen dieses Materials kommt es zu einem Anlagern der Partikel in der Wand, wobei die Durchströmung der Wand durch die Ausbildung von Druckunterschieden vor und hinter der Wand begünstigt wird. Diese Druckunterschiede werden durch die Ausbildung von Umstülpungen und/oder Strömungsleitflächen in den nicht aus einem zumindest teilweise für ein Fluid durchströmbaren Material ausgebildeten Blechlagen hervorgerufen und/oder verzögert, wobei die Umstülpungen und/oder Strömungsleitflächen nur in den Bereichen der Blechlage ausgebildet werden, die später die Wände der Hohlräume im Hin- und/oder im Rückströmbereich bilden. Die Ausbildung einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit als Partikelfilter ermöglicht in vorteilhafter Weise den Aufbau von platzsparenden Partikelfiltern.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage sind hinter der zweiten Stirnfläche der Wabenstruktur Strömungsinvertierungsmittel angeordnet, die die Strömungsrichtung des aus dem Hinströmbereich strömenden Abgases so invertieren, dass dieses in den Rückströmbereich einströmt. Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass die Strömungsinvertierungsmittel im wesentlichen halbschalenförmig ausgebildet sind, insbesondere als Halbkugel mit einer Eindellung in der Mitte.
- Die Verwendung von halbschalenförmigen Strömungsinvertierungsmitteln ist vorteilhaft, da diese einfach und kostengünstig ausgebildet werden können.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit sind an der ersten Stirnfläche Ableitmittel ausgebildet, die das durch den Rückströmbereich strömende Abgas und durch die erste Stirnfläche außerhalb der Anschlussmittel austretende Abgas wegführen. Die Ableitmittel sind bevorzugt gasdicht mit dem Mantelrohr verbunden.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungseinheit sind die Ableitmittel als im wesentlichen kalottenförmiger Sammelraum, von dem Abströmmittel abzweigen.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungseinheit treten die Anschlussmittel (
7 ) durch den kalottenförmigen Sammelraum (18 ) hindurch. - Ableitmittel mit einem im wesentlichen kalottenförmigem Sammelraum und Abströmmitteln und durch kalottenförmigen Sammelraum durchtretende Anschlussmittel ermöglichen den Aufbau einer einfachen und unter thermischen Wechselbelastungen haltbaren Abgasnachbehandlungseinheit, die eine große Dauerhaltbarkeit aufweist.
- Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben werden, wobei die Erfindung nicht auf die dort gezeigten Ausführungsformen beschränkt ist. Es zeigen:
-
1 schematisch einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit; -
2 eine stirnseitige Ansicht einer Wabenstruktur einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit; und -
3 schematisch eine Blechlage zum Aufbau einer Wabenstruktur nach2 . -
1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Abgasnachbehandlungseinheit1 , die eine Wabenstruktur2 in einem Mantelrohr3 aufweist. Die Wabenstruktur2 weist eine erste Stirnfläche4 und eine zweite Stirnfläche5 auf, zwischen denen sich für ein Fluid durchströmbare Hohlräume erstrecken, die bevor zugt Kanäle darstellen können. Ein zu behandelnder Abgasstrom6 strömt durch Anschlussmittel7 , die in Form eines sich konisch erweiternden Rohres ausgebildet sind, in die Wabenstruktur2 ein. Die Anschlussmittel7 sind nahezu dichtend mit der ersten Stirnfläche4 verbunden, indem diese einen Schlitz aufweist, in den die Anschlussmittel7 stirnseitig eingreifen. Bevorzugt ist dieser Anschluss in Form eines nahezu dichtenden Schiebesitzes ausgeführt. Dazu kann in den Schlitz auch ein kurzes Rohrstück eingesetzt sein, welches dann mit dem Anschlussmittel7 einen Schiebesitz bildet. - Durch die Anströmung der ersten Stirnfläche
4 durch die Anschlussmittel7 bildet sich ein Hinströmbereich8 und ein Rückströmbereich9 aus. Der Hinströmbereich8 liegt im Inneren des Rückströmbereichs9 . Im Hinströmbereich8 strömt das Abgas im wesentlichen in der Hinströmrichtung10 , während es im Rückströmbereich9 im wesentlichen entgegengesetzt in Rückströmrichtung11 strömt. Der Hinströmbereich8 und der Rückströmbereich9 sind durch keinerlei besondere bauliche Maßnahmen voneinander getrennt, insbesondere liegt kein Zwischenrohr vor, das den Hinströmbereich8 vom Rückströmbereich9 trennt. Die Trennung12 zwischen Hinströmbereich8 und Rückströmbereich9 besteht aus den Wänden der für ein Fluid durchströmbaren Hohlräume, die im Bereich hinter den Anschlussmitteln7 liegen. Folglich stellt die Trennung12 zwischen dem Hinströmbereich8 und dem Rückströmbereich9 kein eigenes Bauteil dar, sondern ist im oben genannten Sinne zu verstehen. - Da im wesentlichen keinerlei besondere Maßnahmen zur Trennung des Hinströmbereichs
8 vom Rückströmbereich9 zu treffen sind, kann als Wabenstruktur2 eine übliche Wabenstruktur aus Keramik oder metallischen Blechlagen verwendet werden, die gegebenenfalls nur mit einem Schlitz in der ersten Stirnfläche4 versehen werden muss. - Das durch den Hinströmbereich
8 strömende Abgas verlässt die Wabenstruktur2 durch die zweite Stirnfläche5 und strömt in das Strömungsinvertierungsmittel13 . Dieses kann halbschalenförmig ausgebildet sein und weist im vorliegenden Fall eine Eindellung14 und zwei Erhöhungen15 auf. Die Eindellung14 ist zentral vor dem Bereich der zweiten Stirnfläche5 ausgebildet, aus dem das durch den Hinströmbereich8 strömende Abgas aus der zweiten Stirnfläche5 austritt. - Durch die Form des Strömungsinvertierungsmittels
13 erfolgt eine Invertierung16 der Strömungsrichtung des Abgases, das daraufhin durch die zweite Stirnfläche5 in Rückströmrichtung11 in den Rückströmbereich9 strömt. Das Strömungsinvertierungsmittel13 ist gasdicht mit dem Mantelrohr3 verbunden, beispielsweise durch Schweißen oder Löten, um ungewollte Abgasverluste zu vermeiden. - Nachdem das Abgas die gesamte Länge der Wabenstruktur
2 durchströmt hat, verlässt das Abgas die Wabenstruktur2 durch die erste Stirnfläche2 außerhalb des Anschlussmittels7 und tritt in die Ableitmittel17 ein. Diese bestehen aus einem Sammelraum18 und von diesem abzweigende Abströmmittel19 . Die Abströmmittel19 können als Flansch oder auch als Rohr ausgebildet sein. Ein behandelter Abgasstrom22 verlässt die Abgasnachbehandlungseinheit1 durch die Abströmmittel19 . Auch die Ableitmittel17 sind dichtend mit dem Mantelrohr3 verbunden, um ungewollte Abgasemissionen zu vermeiden. - Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Sammelraum
18 kalottenförmig ausgebildet. Die Abströmmittel19 sind als Rohr ausgebildet, das an die Kalotte angesetzt ist. Die Anschlussmittel7 treten durch den kalottenförmigen Sammelraum18 hindurch. Möglich ist auch die Ausbildung des Sammelraums18 als Halbkugel. -
2 zeigt eine stirnseitige Ansicht eines Wabenkörpers21 einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit1 . Der Wabenkörper21 besteht aus einer Wabenstruktur2 , die in einem Mantelrohr3 befestigt ist. Die Wabenstruktur2 ist aus im wesentlichen glatten Blechlagen22 und strukturierten Blechlagen23 aufgebaut, die Kanäle24 bilden, die für ein Fluid durchströmbar sind. Die erste Stirnfläche4 weist einen Schlitz25 auf, in den die Anschlussmittel7 eingreifen. Der Schlitz25 ist also in Lage, Form, Dicke und Ausdehnung an die Anschlussmittel7 angepasst. Schlitz25 und Anschlussmittel7 sind so ausgebildet, dass ein zumindest nahezu dichtender Anschluss der Anschlussmittel7 an die erste Stirnfläche4 der Wabenstruktur2 erfolgt. - Die in
2 gezeigte Wabenstruktur2 wurde durch gleichsinniges Verwinden dreier Stapel von Blechlagen22 ,23 ausgebildet. Die einzelnen Stapel werden durch das abwechselnde Stapeln von im wesentlichen glatten Blechlagen22 und strukturierten Blechlagen23 gebildet. Jeder Stapel wird um einen zentralen Punkt26 gefalten, dann werden die drei Stapel zusammengesetzt und gleichsinnig verwunden. - Sollen nun in den Hohlräumen des Hinströmbereichs
8 und/oder des Rückströmbereichs9 Löcher27 ausgebildet werden, deren Abmessungen größer sind als die Strukturwiederhollänge der Strukturen der strukturierten Blechlagen23 , so erfolgt der Aufbau der Wabenstruktur2 aus Blechlagen22 ,23 , wie sie beispielhaft in3 gezeigt sind.3 zeigt eine Blechlage mit Löchern27 , wobei die Blechlage eine im wesentlichen glatte Blechlage22 ist. Die Bildung einer strukturierten Blechlage23 mit Löchern27 ist analog möglich. - Die Blechlage
22 ist in Querrichtung28 der Wabenstruktur2 in fünf Bereiche unterteilt. Die Unterteilung in genau fünf Teilbereiche beruht darauf, das vorliegend sowohl im Hinströmbereich8 , als auch im Rückströmbereich9 Löcher27 ausgebildet werden sollen. Blechlagen22 mit einer anderen Anzahl Bereichen sind möglich und erfindungsgemäß. - Bei der Bildung des Stapels wird die Blechlage
22 um die Faltachse29 gefalten. Der innere Bereich30 bildet nach Herstellung der Wabenstruktur2 einen Teil der Wände der Hohlräume des Hinströmbereichs8 , während die Zwischenbereiche31 hinter den Anschlussmitteln7 liegen und somit der Trennung des Hinströmbereichs8 vom Rückströmbereich9 dienen. Deshalb weist der innere Bereich30 Löcher27 auf, während die Zwischenbereiche31 keine Löcher aufweisen. - Die Zwischenbereiche
31 sind unterschiedlich groß ausgebildet, um die relative Lage der Blechlage22 in der Wabenstruktur2 zu berücksichtigen. Für die Ausdehnung der Zwischenbereiche31 ist es entscheidend, in welchem Winkel die Blechlage22 den hinter den Anschlussmitteln7 liegenden Bereich schneidet. Hier sind verschiedene Winkel möglich, wie sich2 entnehmen lässt. Je flacher dieser Schnittwinkel ist, desto größer muss die Ausdehnung des entsprechenden Zwischenbereichs31 sein, um eine wirkungsvolle Trennung des Hinströmbereichs8 vom Rückströmbereich9 zu gewährleisten. Bei sehr steilen Winkeln ist also eine kleine Ausdehnung des Zwischenbereichs31 möglich. Je nach Lage der Blechlage22 zu den Anschlussmitteln7 ist es zudem möglich, dass die Zentren der Zwischenbereiche31 einen jeweils unterschiedlichen Abstand von der Faltachse29 aufweisen. - Die sich an die Zwischenbereiche
31 anschließenden Außenbereiche32 weisen wiederum Löcher27 auf, da diese Bereiche nach Herstellung der Wabenstruktur2 die Wände der Hohlräume des Rückströmbereichs9 bilden. Die Randbereiche33 weisen keine Löcher auf, um eine haltbare Anbindung beispielsweise mittels Löten oder Schweißen an das Mantelrohr3 zu ermöglichen. - Die Löcher
27 können jegliche Form und Ausdehnung haben, so lange gewährleistet ist, dass die Ausdehnung der Löcher27 größer ist als die Strukturwiederhollänge der Strukturen der strukturierten Blechlagen23 . Auf diese Weise werden kommunizierende Hohlräume geschaffen, durch die das Abgas strömen kann. Es ist zweckmässig, an den in Längsrichtung34 der Wabenstruktur2 liegenden Kanten der Blechlage22 keine Löcher27 auszubilden, um ein Flattern und Einreißen der Blechlage22 zu verhindern. - Bei anderen Bauformen der Wabenstruktur
2 müssen die Blechlagen22 ,23 entsprechend mit Löchern27 versehen werden, um zu gewährleisten, dass nur die Wände der Hohlräume des Hinströmbereichs8 und des Rückströmbereichs9 Löcher27 aufweisen, diese Bereiche aber wirkungsvoll voneinander getrennt sind. - Der Aufbau einer Blechlage
22 ,23 mit Teilbereichen aus einem Material, das zumindest teilweise für ein Fluid durchströmbar ist, erfolgt analog, indem Bereiche30 ,32 , die in3 mit ausgebildeten Löchern27 gezeigt sind, aus einem solchen Material ausgebildet sind. Das hier zu Figur43 ausgeführte gilt entsprechend für Blechlagen22 ,23 , die zumindest teilweise aus einem Material, das zumindest teilweise für ein Fluid durchströmbar ist. Ein solches Material stellt beispielsweise metallisches Fasermaterial dar. - Eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit
1 ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Abgasnachbehandlung1 auch bei nur wenig Einbauplatz. Besonders gut kann dadurch ein im Bereich eines Turboladers seitlich vorhandene Sackraum genutzt werden. Eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit1 ist preiswert herstellbar und zuverlässig unter thermischen Wechselbelastungen, so dass eine gute Dauerhaltbarkeit erreicht wird. -
- 1
- Abgasnachbehandlungseinheit
- 2
- Wabenstruktur
- 3
- Mantelrohr
- 4
- erste Stirnfläche
- 5
- zweite Stirnfläche
- 6
- zu behandelnder Abgasstrom
- 7
- Anschlussmittel
- 8
- Hinströmbereich
- 9
- Rückströmbereich
- 10
- Hinströmrichtung
- 11
- Rückströmrichtung
- 12
- Trennung
- 13
- Strömungsinvertierungsmittel
- 14
- Eindellung
- 15
- Erhöhung
- 16
- Invertierung
- 17
- Ableitungsmittel
- 18
- Sammelraum
- 19
- Abströmmittel
- 20
- behandelter Abgasstrom
- 21
- Wabenkörper
- 22
- im wesentlichen glatte Blechlage
- 23
- strukturierte Blechlage
- 24
- Kanal
- 25
- Schlitz
- 26
- zentraler Punkt
- 27
- Loch
- 28
- Querrichtung der Wabenstruktur
- 29
- Faltachse
- 30
- innerer Bereich
- 31
- Zwischenbereich
- 32
- Außenbereich
- 33
- Randbereich
- 34
- Längsrichtung der Wabenstruktur
Claims (14)
- Abgasnachbehandlungseinheit mit einer ersten, im wesentlichen homogen strukturierten Stirnfläche (
4 ), einer zweiten Stirnfläche (5 ) und mit einer sich zwischen der ersten (4 ) und der zweiten Stirnfläche (5 ) erstreckenden für Abgas durchströmbaren Wabenstruktur (2 ) in einem Mantelrohr (3 ), dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Stirnfläche (4 ) Anschlussmittel (7 ) zumindest nahezu dichtend angeschlossen sind, durch die das Abgas in einen inneren Hinströmbereich (8 ) der Wabenstruktur (2 ) einströmen kann, wobei es nach Umlenkung hinter der zweiten Stirnfläche (5 ) durch einen äußeren Rückströmbereich (9 ) außerhalb der Anschlussmittel (7 ) zurückströmen kann. - Abgasnachbehandlungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stirnfläche (
4 ) einen Schlitz (27 ) aufweist, in den die Anschlussmittel (7 ) nahezu dichtend hineinragen, vorzugsweise unter Ausbildung eines Schiebesitzes. - Abgasnachbehandlungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussmittel (
7 ) als sich konisch erweiterndes Rohr ausgebildet sind. - Abgasnachbehandlungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur (
2 ) aus keramischem Material aufgebaut ist. - Abgasnachbehandlungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur (
2 ) durch Aufwickeln mindestens einer Blechlage (24 ,25 ), die mindestens teilweise strukturiert ist oder mehrerer Blechlagen (24 ,25 ), von denen zumindest ein Teil zumindest teilweise strukturiert ist, aufgebaut ist. - Abgasnachbehandlungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur (
2 ) durch Stapeln und miteinander Verschlingen mehrerer Blechlagen (24 ,25 ); von denen zumindest ein Teil zumindest teilweise strukturiert ist, aufgebaut ist. - Abgasnachbehandlungseinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Teil der Blechlagen (
24 ,25 ) in den Bereichen, die die Wände der Hohlräume des Hinströmbereichs (8 ) und/oder des Rückströmbereichs (9 ) bilden, Löcher (29 ) ausgebildet sind, deren Ausdehnung größer ist als die Strukturwiederhollänge der zumindest teilweise strukturierten Blechlagen (25 ). - Abgasnachbehandlungseinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Blechlagen (
24 ,25 ) in den Bereichen, die die Wände der Hohlräume des Hinströmbereichs (8 ) und/oder des Rückströmbereichs (9 ) bilden, aus einem zumindest teilweise für ein Fluid durchströmbaren Material ausgebildet sind. - Abgasnachbehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der zweiten Stirnfläche (
5 ) der Wabenstruktur (2 ) Strömungsinvertierungsmittel (13 ) angeordnet sind, die die Strömungsrichtung (10 ) des aus dem Hinströmbereich (8 ) strömenden Abgases so invertieren, dass dieses in den Rückströmbereich (9 ) einströmt. - Abgasnachbehandlungseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsinvertierungsmittel (
13 ) im wesentlichen halbschalenförmig, insbesondere als Halbkugel mit einer Eindellung (14 ) in der Mitte, ausgebildet sind. - Abgasnachbehandlungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Stirnfläche (
4 ) Ableitmittel (17 ) ausgebildet sind, die das durch den Rückströmbereich (9 ) strömende Abgas und durch die erste Stirnfläche (4 ) außerhalb der Anschlussmittel (7 ) austretende Abgas wegführen. - Abgasnachbehandlungseinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitmittel (
17 ) gasdicht mit dem Mantelrohr (2 ) verbunden sind. - Abgasnachbehandlungseinheit nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitmittel (
17 ) als im wesentlichen kalottenförmiger Sammelraum (18 ) ausgebildet sind, von dem Abströmmittel (19 ) abzweigen. - Abgasnachbehandlungseinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussmittel (
7 ) durch den kalottenförmigen Sammelraum (18 ) hindurchtreten.
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