-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Flammenlöschen, die
innerhalb einer Abgasanlage für
einen Verbrennungsmotor hinter einem oder mehreren Katalysatoren
angeordnet ist. Dabei weist diese Vorrichtung zum Flammenlöschen, kurz
Flammenlöscher
genannt, ein eingehendes Rohr zum Flammenlöscher auf, welches eine erste Querschnittsfläche beinhaltet,
und durch welches das eintretende Abgas aus dem Katalysator geführt wird.
Des Weiteren weist der Flammenlöscher
auch ein abgehendes Rohr auf, das über eine zweite Querschnittsfläche verfügt, und
durch welches das austretende Abgas abgeführt wird. Dieser Flammenlöscher dient
dazu, eine Flammenbildung nach dem Katalysator zu vermei den, da
im schlimmsten Fall die vorhandene Flamme aus der Abgasanlage austreten kann
und hierdurch eine Brandgefahr sowie eine Verletzungsgefahr gegeben
sind. Der Flammenlöscher soll
bei besonders kompakten Abgasanlagen für einen Viertakt- oder einen
Zweitaktbenzinmotor bei einem tragbaren Motorgerät Verwendung finden und ist
deshalb im Gehäuse
der Abgasanlage untergebracht. Diese Abgasanlagen verfügen in der
Regel über
eine sehr kompakte Bauweise, damit sie auch bei handbetriebenen
Arbeitsmaschinen, wie zum Beispiel benzinmotorbetriebenen Kettensägen, Heckenscheren
oder dergleichen verwendet werden können.
-
Aus
dem Stand der Technik sind zahlreiche Flammenlöscher oder auch Funkenfänger bekannt, die
bei Abgasanlagen von Fahrzeugmotoren eingesetzt werden. Diese Abgasanlagen
weisen oftmals einen Vor- und einen Hauptschalldämpfer auf. Bei Abgasanlagen,
die zusätzlich
mit einem Katalysator ausgestattet sind, wird dieser oftmals an
der Stelle des Vorschalldämpfers
eingebaut. Damit stellt dieser Flammenlöscher ein Bauteil in einer
langen Auspuffanlage dar, welches selber über einen Außengehäuse verfügt. Folglich
spielt eine kompakte Bauweise bei den bekannten Abgasanlagen für Fahrzeuge
keine Rolle. Darüber
hinaus sind die bekannten Funkenlöscher für Fahrzeuge mit einer aufwendigen
Innenkonstruktion ausgestattet, um eine zuverlässige Löschung der Flammen zu gewährleisten.
-
In
diesem Zusammenhang sei beispielsweise die Druckschrift
DE 948 210 genannt. Aus dieser Druckschrift
erfährt
der Fachmann, dass eine Zyklonenanordnung bei einem Funkenlöscher zum
Einsatz kommt, wodurch glühende
Teilchen im Abgas an die Innenseite der Zyklonenanordnung durch
die erzeugte Zentrifugalkraft geschleudert werden sollen. Aber auch
die Patentschrift
DE 1 031 581 offenbart einen
Flammendurchschlagschutz für
die Auspuffleitung von Brennkraftmaschinen, wobei ein aufwendiges
Labyrinthsystem eingesetzt wird, um eine gute Flammenschutzwirkung
zu erhalten und gleichzeitig den durchströmenden Widerstand zu minimieren.
-
Des
Weiteren ist dem Fachmann bekannt, einen genügend langen Kanal hinter einem
Katalysator anzuordnen, um eine ausreichend lange Verweildauer bzw.
Weglänge
innerhalb des Schalldämpfers
zu erzeugen, damit die Flamme erlöscht. Dieser Kanal muss jedoch
für eine
zuverlässige
Vermeidung von Flammen, die unter bestimmten Betriebszuständen des
Verbrennungsmotors aus dem Kanal „geblasen" werden können, sehr lang sein. Dabei
entstehen die Flammen besonders im Schiebebetrieb eines Verbrennungsmotors.
Ein solcher Kanal ist in kompakten Abgasanlagen schwer bzw. nicht
unterzubringen.
-
Es
ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und
kostengünstige
Vorrichtung zum Flammenlöschen
zu schaffen, die auch bei kompakten Abgasanlagen zum Einsatz kommen
kann. Zur Lösung
dieser Aufgabe wird ein Flammenlöscher mit
den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen, denen folgende besondere
Bedeutung zukommt.
-
Die
Vorrichtung zum Flammenlöschen,
welcher innerhalb einer Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor hinter
einem Katalysator angeordnet ist, mit einem Gehäuse und einer Querschnittsfläche und mit
einem eingehenden Rohr zum Flammenlöscher, welches eine erste Querschnittsfläche aufweist,
und durch welches das eintretende Abgas geführt wird und mit einem abgehenden
Rohr vom Flammenlöscher,
welches eine zweite Querschnittsfläche aufweist, und durch welches
das austretende Abgas abgeführt
wird, sieht vor, dass ein insbesondere sprunghaft zunehmender Übergang
von der ersten Querschnittsfläche
zur Gehäusequerschnittsfläche und ein insbesondere
sprunghaft abnehmender Übergang
von der Gehäusequerschnittsfläche zur
zweiten Querschnittsfläche
vorhanden sind. Dabei ist der Flammenlöscher im Gehäuse der
Abgasanlage integriert, um somit eine kompakte Bauweise der gesamten
Abgasanlage zu realisieren. Durch die sprunghaften Übergänge von
den ein- und ausgehenden Rohren zum Flammenlöscher wird erreicht, dass eine
Abgasflamme nicht aus dem abgehenden Rohr ausgeblasen wird. Dabei
ist die Gestalt der Querschnittserweiterung weitestgehend frei wählbar, ohne
dass eine Beeinträchtigung
der Funktion vorliegt. Durch den sprunghaft zunehmenden Übergang
von der ersten Querschnittsfläche
des eingehenden Rohres zur Gehäusequerschnittsfläche des
Flammenlöschers wird
an dieser Stelle die Strömung
des Abgases verlangsamt und verwirbelt. Dadurch wird die Flamme „festgehalten", so dass eine äußere Flamme
am Auslass der Abgasanlage zuverlässig vermieden wird. Des Weiteren
sind keine zusätzlichen
Mittel im Flammenlöscher
notwendig, um das Austreten einer Flamme zu vermeiden. Folglich
kann ein Kanal hinter einem Katalysator, der aus dem eingehenden
Rohr und dem ausgehenden Rohr besteht, deutlich verkürzt ausgestaltet
werden. Dadurch ist eine einfache und kompakte Konstruktion der
gesamten Abgasanlage möglich.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Abgasanlage sind in den Unteransprüchen 2–14 dargestellt.
-
Um
den Strömungswiderstand
im Flammenlöscher
möglichst
gering zu halten, können
beispielsweise das eingehende Rohr und/oder das ausgehende Rohr
bündig
mit der Gehäuseinnenseite
des Flammenlöschers
abschließen.
Hierdurch entstehen keine zusätzlichen
Strömungsschatten
bzw. -verwirbelungen, die den Strömungswiderstand des Flammenlöschers deutlich
vergrößern. Aus
diesem Grund ist es weiter empfehlenswert, dass das eingehende Rohr
und/oder das ausgehende Rohr etwa mittig zur Gehäusequerschnittsfläche angeordnet
sind. Da allein die sprunghafte Erweiterung durch den Flammenlöscher dafür Sorge
trägt,
dass eine Verwirbelung des austretenden Abgases stattfindet.
-
Damit
die Konstruktion des Flammenlöschers
möglichst
einfach ausgestaltet ist, können
das eingehende und das ausgehende Rohr axial zueinander an dem Gehäuse des
Flammenlöschers
ausgerichtet sein. Das heißt
die beiden Längsachsen des
ein- und ausgehenden Rohres verlaufen parallel zueinander bzw. treffen
sich auf einer Linie. Somit muss das Abgas aus dem Katalysator nicht
um irgendwelche Ecken oder Labyrinthe strömen, um eine Flammenbildung
zu unterdrücken.
Selbstverständlich
wird hierdurch auch der Strömungswiderstand optimiert.
-
Um
eine kostengünstige
Herstellung des Flammenlöschers
zu ermöglichen,
ist bei der Erfindung vorgesehen, dass zumindest das eingehende Rohr
und/oder ausgehende Rohr mit dem Gehäuse des Flammenlöschers zweischalig
aufgebaut ist. Dabei kann die Berührungsfläche der beiden Schalen dem
Längsschnitt
durch den Flammenlöscher
entsprechen. Somit können
die beiden Gehäuseschalen aus
einem einfachen Blechteil hergestellt werden, welches entsprechend
der Gehäusekontur
des Flammenlöschers
umgeformt werden muss. Dieses kann beispielsweise durch Tiefziehen,
Stanzen, Pressen oder dergleichen geschehen. Ebenfalls können die beiden
Gehäuseschalen
auch den Katalysator mit aufnehmen.
-
Darüber hinaus
ist es bei einer anderen Variante des Flammenlöschers denkbar, dass das eingehende
Rohr und/oder das ausgehende Rohr materialeinheitlich und einstückig mit
dem Gehäuse
des Flammenlöschers
ausgestaltet ist. In diesem Fall sind z. B. das Katalysatorgehäuse, das
eingehende und/oder das ausgehende Rohr sowie der Flammenlöscher selbst
einteilig ausgestaltet, so dass vorhandene Wärmespannungen möglichst
gering gehalten werden. Dadurch kann die Lebensdauer der entsprechenden
Teile deutlich verlängert
werden. Allerdings lassen sich auf diese Art und Weise keine aufwendig konstruierten
Teile herstellen.
-
Eine
andere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Flammenlöschen sieht
vor, dass das eingehende Rohr und das ausgehende Rohr als einteiliges
Rohr ausgestaltet ist, an dem der Flammenlöscher nachträglich angeordnet
worden ist. Dieses kann beispielsweise dadurch geschehen, dass das
durchgehende Rohr an einer Stelle aufgetrennt wird, um an die dadurch
entstehende Öffnung den
Flammenlöscher
anzuordnen. Dabei kann der Flammenlöscher zum Beispiel über eine
Schweißverbindung
oder Lötverbindung
mit dem durchgehenden, teilweise aufgetrennten Rohr verbunden werden.
Bei dieser Variante ist es nicht notwendig, dass das erwähnte Rohr
in zwei Rohre getrennt wird, sondern es ist ausreichend, dass wirklich
nur ein Durchbruch bzw. eine Öffnung,
durch die das Abgas in den Flammenlöscher einströmt, vorhanden
sein muss. Diese Öffnung
muss dann ebenfalls einen sprunghaften Übergang in dem Querschnittsflächenverlauf
darstellen.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung ist es ebenfalls denkbar, dass das eingehende
Rohr und/oder das ausgehende Rohr über einen Ansatzstutzen mit dem
Gehäuse
des Flammenlöschers
verbunden werden kann. Dabei kann ein Ansatzstutzen zum Beispiel
aus einem längsgeschnitzten
Rohr bestehen, was fest mit dem Gehäuse des Flammenlöschers verbunden
ist, und bei dem der Längsschlitz
im Rohr durch beispielsweise eine Schraubenverbindung reduzierbar
ist, so dass ein im Ansatzstutzen eingefügtes Rohr dadurch einklemmbar
wird. Somit kann der erfindungsgemäße Flammenlöscher auch nachträglich bei
einer bereits bestehenden Konstruktion einer Abgasanlage auf einfache
Art und Weise integriert werden. Selbstverständlich ist es auch denkbar,
einen etwas aufwendiger ausgestalteten Flammenlöscher in einer bestehenden
Konstruktion für
eine Abgasanlage zu integrieren, welcher beispielsweise über ein
Funkengitter im Gehäuse
verfügt.
Ebenfalls kann auch Stahlwolle oder ein sonstiges Mittel (Zyklonenanordnung,
Labyrinth etc.) zur zusätzlichen Flammenreduzierung
im Inneren des Gehäuses
eingesetzt sein.
-
Weiterhin
ist es denkbar, dass die Gehäusequerschnittsfläche konstant über ihren
axialen Verlauf ausgestaltet ist. Mit anderen Worten, die Gehäusequerschnittsfläche vergrößert sich
nicht, noch verjüngt
sie sich im Verlauf ihrer Längsachse.
Hierdurch wird eine geometrisch einfach zu formende Ausgestaltung
des Flammenlöschers
erreicht. Es sei noch einmal deutlich erwähnt, dass die Erfindung nicht
auf diese Ausgestaltung bzw. Form des Flammenlöschergehäuses beschränkt ist.
-
Um
auf möglichst
einfache Art und Weise einen sprunghaften, zunehmenden Übergang
von der ersten Querschnittsfläche
zur Gehäusequerschnittsfläche und
einen sprunghaften, abnehmenden Übergang
von Gehäusequerschnittsfläche zur
zweiten Querschnittsfläche
zu erhalten, kann die erste Querschnittsfläche größenmäßig und/oder formmäßig gleich
zur zweiten Querschnittsfläche
des ausgehenden Rohres ausgestaltet sein. Damit ist beispielsweise
gemeint, dass eine runde Querschnittsfläche des eingehenden Rohres
auch einer runden Querschnittsfläche
des ausgehenden Rohres entspricht, wobei die beiden Querschnittsflächen zusätzlich größenmäßig gleich
ausgestaltet sein können.
Selbstverständlich
sind auch dreieckige, ovale oder andersartig geformte Querschnittsflächen für das eingehende
und ausgehende Rohr denkbar. Auch die Querschnittsfläche des
Flammenlöschers
selbst kann mehr oder weniger jede beliebige Form aufweisen, wobei
allerdings die hier dargestellten Formen besondere Vorteile aufweisen,
wie beispielsweise eine Reduzierung des Strömungswiderstandes.
-
Damit
einerseits eine gute Flammenschutzwirkung des Flammenlöschers vorhanden
ist und andererseits eine kompakte Bauweise der gesamten Abgasanlage
realisiert werden kann, kann es vorgesehen sein, dass der Flammenlöscher hinter dem
Katalysator in einem Abstand zwischen 30 bis 150 mm, insbesondere
in einem Abstand zwischen 50 bis 120 mm angeordnet ist. In einem
Versuchsbeispiel hat sich herausgestellt, dass bei einem Katalysatordurchmesser
von 35 mm ein Abstand zwischen Flammenlöscher und Katalysator von ca.
80 mm besonders vorteilhaft ist.
-
Weiter
sei erwähnt,
dass auch mehrere Katalysatoren mit mehreren Flammenlöschern innerhalb einer
Abgasanlage vorgesehen werden können. Auch
ist es denkbar zwei Flammenlöscher
hintereinander oder parallel zu schalten. Darüber hinaus können auch
zwei oder mehrere eingehende Rohre in einem Flammenlöscher enden.
Auch ist es denkbar, dass von einem Flammenlöscher mehrere ausgehende Rohre
abgehen. Durch die unterschiedlichen Variationen von ein- und ausgehenden
Rohren in einem oder mehreren Flammenlöscher kann das Geräuschverhalten
der Abgasanlage wesentlich beeinflusst werden.
-
Um
eine besonders robuste Ausgestaltung des Flammenlöschers zu
erhalten, ist es denkbar, dass zumindest das Gehäuse des Flammenlöschers und/oder
das ein- und/oder ausgehende Rohr aus Edelstahl bestehen. Dabei
kann natürlich
der Flammenlöscher
auch zweischalig oder einteilig oder dergleichen ausgestaltet sein.
-
Ebenfalls
richtet sich die Erfindung auch auf eine Abgasanlage mit einer integrierten
Vorrichtung zum Flammenlöschen
nach einem der Ansprüche 1–13.
-
Nachstehend
wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen in unterschiedlichen
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen in rein schematischer Darstellung:
-
1 einen
Längsschnitt
durch einen Abgaskanal mit einem Katalysator und einem erfindungsgemäßen Flammenlöscher in
runder Querschnittsform
-
2 eine
dreidimensionale Ansicht eines Ausschnittes des erfindungsgemäßen Flammenlöschers aus 1,
-
3 ebenfalls
eine dreidimensionale Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Flammenlöschers mit
einer umgekehrten u-förmigen
Querschnittsfläche,
und
-
4 mit
einem vergleichbaren Längsschnitt
zu 1, allerdings mit einem trichterförmigen Flammenlöscher.
-
In
der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Flammenlöschen 100 dargestellt.
Dabei ist nicht nur der Flammenlöscher 100,
sondern auch der Katalysator 13 mit dem gesamten Abgaskanal
gezeigt. Dieser Abgaskanal enthält
zunächst
eine Erweiterung 19, in der der Katalysator 13 angeordnet
ist. Nach der Erweiterung 19 geht der Abgaskanal in ein
eingehendes Rohr 11 zum anschließenden Flammenlöschergehäuse 10 über. Nach
dem Gehäuse 10 bildet
das ausgehende Rohr 12 einen weiteren Teil des Abgaskanals.
-
Das
unbehandelte Abgas gelangt im Bereich des Katalysators 13 in
den Abgaskanal. Nachdem das Abgas in dem Katalysator 13 konvertiert
wurde und sich stark aufgeheizt hat, wird es durch den Flammenlöscher 100 zum
Ausgang geleitet. Dabei verhindert der erfindungsgemäße Flammenlöscher 100,
das eventuell vorhandene Flammen bis zum Ausgang des Abgaskanals
gelangen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus 1 ist
deutlich die einfache Konstruktion des Flammenlöschers 100 zu erkennen.
Dieser bildet im Wesentlichen zwischen den Rohren 11 und 12 eine
sprunghafte Erweiterung der Querschnittsfläche aus. Dabei sind die Rohre 11 und 12 in
ihren Querschnittsflächen 15, 16 größenmäßig und
formmäßig gleich
ausgebildet. Ebenfalls weisen die Rohre 11 und 12 keinen
axialen Versatz auf, so dass das austretende konvertierte Abgas
fast ungehindert durch den Flammenlöscher 100 geführt wird.
Bei dem vorliegenden Beispiel aus 1 kann es
sich um eine zweischalige Ausgestaltung des Flammenlöschers 100 mit
den angrenzenden Rohren 11 und 12 handeln. Andererseits
kann der Flammenlöscher 100 materialeinheitlich
und einstückig
zu den Rohren 11 und 12 ausgestaltet sein. Wie
weiter sichtbar ist, ragen die Rohre 11 und 12 nicht
in das Gehäuse 10 des
Flammenlöschers 100 hinein,
sondern schließen
bündig
mit der Gehäuseinnenseite 17 ab.
Zwar kann durch das Hineinragen der Rohre 11 und 12 in
das Gehäuse 10 vielleicht
eine bessere Verwirbelung des Abgases stattfinden, allerdings nimmt
hierdurch auch der Strömungswiderstand
im Flammenlöscher 100 zu.
Weiter ist in der 1 ein Querschnitt 14 im
Verlauf der Längsachse
des Abgaskanals zeichnerisch angedeutet sowie der Abstand 20 zwischen
dem Katalysator 13 und dem Flammenlöscher 100.
-
Die 2 zeigt
einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Flammenlöschers 100 aus 1 in dreidimensionaler
Ansicht. Dabei ist dargestellt, wie die Rohre 11 und 12 mittig
zur Gehäusequerschnittsfläche des
Flammenlöschers 100 angeordnet
sind. Ebenfalls sind deutlich die kreisförmigen bzw. runden Querschnittflächen 15 und 16 des
ein- und ausgehenden Rohres 11, 12 zu erkennen,
die größenmäßig und
formmäßig gleich
ausgestaltet sind.
-
In
der 3 ist eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Flammenlöschen 100 dargestellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
handelt es sich um einen Flammenlöscher 100, der an
einem durchgehenden Rohr angeordnet worden ist. Dabei besteht dieses
durchgehende Rohr nunmehr aus dem eingehenden Rohr 11 und
dem ausgehenden Rohr 12. Dazwischen ist der erfindungsgemäße Flammenlöscher 100 angeordnet.
Dieses kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass das durchgehende
Rohr auf einer gewissen Breite bis zur Längsachse des Rohres aufgetrennt
wird, um den Flammenlöscher 100 an
die entstandene Trennungsöffnung
anzuschließen.
Zu diesem Zweck kann der Flammenlöscher 100 an den Rohren 11 und 12 angeschweißt sein.
Auch dieses Ausführungsbeispiel lässt sich
durch einen zweischaligen Aufbau des Flammenlöschers 100 realisieren.
Die vorliegende Gehäusequerschnittsfläche des
Flammenlöschers 100 gleicht
einem umgekehrten „U".
-
Bei
dem letzten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Flammenlöschers 100 in 4 kommt
eine andere Gehäuseform 10 zum
Einsatz. Zwar weist auch dieser Flammenlöscher 100 einen sprunghaften Übergang
in der Querschnittsfläche vom
eingehenden Rohr 11 zum Gehäuse 10 des Flammenlöschers 100 auf,
allerdings bleibt die Querschnittsfläche des Gehäuses 10 nicht über die Längsachse
des Gehäuses 10 konstant.
Vielmehr ähnelt
der vorliegende Flammenlöscher 100 einem Trichter
mit einem aufgesetzten Rohr. Des Weiteren ist innerhalb des Flammenlöschers 100 zusätzlich ein
Funkengitter 18 vorgesehen, wodurch der Flammenschutz weiter
verbessert werden soll. Allerdings erkauft man sich diese Verbesserung
mit einem steigenden Strömungswiderstand.
Bei der erfindungsgemäßen Variante
aus 4 ist das Gehäuse 10 zwischen
den Rohren 11 und 12 durch Schweißnähte 21 festgehalten.
-
Abschließend ist
zu erwähnen,
dass die zuvor beschriebenen technischen Merkmale einzeln oder in
Kombination bei einer Abgasanlage mit dem erfindungsgemäßen Flammenlöscher 100 eingesetzt werden
können,
sofern sie sich nicht gegenseitig explizit ausschließen.
-
- 100
- Vorrichtung
zum Flammenlöschen/Flammenlöscher
- 10
- Gehäuse
- 11
- eingehendes
Rohr
- 12
- ausgehendes
Rohr
- 13
- Katalysator
- 14
- Querschnitt
durch 10, 11, oder 12
- 15
- Querschnittsfläche von 11
- 16
- Querschnittsfläche von 12
- 17
- Gehäuseinnenseite
- 18
- Funkengitter
- 19
- Erweiterung
für 13
- 20
- Abstand
zwischen 10 und 13
- 21
- Schweißnaht