WO2019185838A1 - Mischer - Google Patents

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WO2019185838A1
WO2019185838A1 PCT/EP2019/057932 EP2019057932W WO2019185838A1 WO 2019185838 A1 WO2019185838 A1 WO 2019185838A1 EP 2019057932 W EP2019057932 W EP 2019057932W WO 2019185838 A1 WO2019185838 A1 WO 2019185838A1
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central axis
static mixer
guide elements
carrier
exhaust gas
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PCT/EP2019/057932
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Inventor
Christoph KRIEGER
Stefan SCHÖFER
Original Assignee
Tenneco Gmbh
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    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
    • B01F25/43197—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor characterised by the mounting of the baffles or obstructions
    • B01F25/431974—Support members, e.g. tubular collars, with projecting baffles fitted inside the mixing tube or adjacent to the inner wall
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    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
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    • F01N2240/20—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a flow director or deflector
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a static mixer for mixing an exhaust gas stream in a housing for conducting exhaust gas in an exhaust system of an internal combustion engine.
  • a mixer for mixing a reducing agent such as urea which is introduced into the exhaust gas stream in vapor form or atomized into fine droplets, is the subject of this invention.
  • the mixer has a structure arranged around a central axis aligned at right angles to a flow direction (S) of the exhaust gas flow and having two peripherally closed carriers and at least two positively and / or material-lockingly arranged around the central axis and on the carriers fixed guide elements, wherein the guide elements are positioned in a space which is bounded by two notional conical or cylindrical surfaces which run concentrically and spaced from each other to the central axis.
  • the flow direction (S) of the exhaust gas flow to be mixed runs directly upstream of the mixer at right angles to the central axis, whereas the flow direction (S) of the mixed exhaust gas flow deflected by the housing and the mixer runs parallel to the central axis.
  • the housing is designed for this purpose knee or L-shaped.
  • a static mixer for mixing a reducing agent from WO 2015/020820 A1 is already known, in which the guide elements are arranged circumferentially about a carrier about a central axis. In this case, the guide elements are partially cut out of the carrier as part of the carrier and are set against the carrier by a plastic molding process. The guide elements and the carrier are one and the same component.
  • a static mixer is known in which the guide elements form separate components from the carrier and are inserted into the carrier. In this case, the guide elements are positioned parallel or at right angles with respect to a center plane of the static mixer.
  • a mixer with conically oriented guide elements is known, which is arranged a plurality of pipe diameters downstream of the injector, and whose central axis is aligned parallel to the flow direction upstream of the mixer.
  • the guide elements run parallel to the circumferential direction about the central axis.
  • each guide element is manufactured as a single and separate component and against the circumferential direction about the central axis is at least partially employed and the respective guide element with a first end on the first carrier and the respective second, the first end opposite end to a second carrier is attached.
  • the respective guide element has a longitudinal axis and the guide elements are adjusted relative to the respective longitudinal axis at an angle a between 0 ° and 90 °°, in particular between 15 ° and 38 °, to the central axis.
  • angle a between 0 ° and 90 °°, in particular between 15 ° and 38 °
  • any desired symmetrical but also asymmetrical geometry can be achieved.
  • it is provided for this purpose to make only a part of the guide element between the two ends correspondingly so that the remaining part of the guide element extends in the axial direction to the central axis from one carrier to the other.
  • at least two guide elements or all guide elements are geometrically identical and / or 8 to 12 guide elements are provided.
  • the conical geometry caused by employment has a lower dynamic pressure compared to a cylindrical arrangement and, by varying the angle a, permits adaptation to existing exhaust gas housings.
  • the second carrier is produced as part of a housing and / or as a separate component and has an opening coaxial with the central axis for injecting a liquid or gaseous additive.
  • a reducing agent such as urea vapor is introduced into the exhaust stream or atomized into fine droplets.
  • the two carriers are arranged coaxially to the central axis and each have one or more to the central axis coaxial contact surfaces, wherein the respective first end of the guide elements on the contact surface of the first T carrier and the respective second end is attached to the contact surface of the second carrier by means of spot welds or solder joints.
  • the two carriers form a structural unit with the guide elements, which is inserted into a housing.
  • a single abutment surface is provided for the respective carrier, which rotates the carrier rotationally symmetrical to the central axis.
  • the second T räger is formed as a flange plate for the middle or immediate attachment of a central axis coaxially positionable injector and having a coaxial with the central axis disposed opening for injecting an additive.
  • the static mixer can be used as a receptacle for the injector and simultaneously closes the housing in the region of the injector.
  • the carriers each have a cylindrical bearing surface running around the center axis parallel or concentrically for supporting the guide elements on which the guide elements rest. This makes possible a simple assembly of the mixer, in which the guide elements are clamped in the radial direction with the abutment surfaces and inductively welded or otherwise fastened in this clamped position.
  • the guide element is formed from sheet metal or stamped or produced by casting or printing.
  • the basic idea of the static mixer is based on a simple production of the individual guide elements and a highly variable arrangement of the same around the two supports circumferentially.
  • the printing of the guide elements has proven to be cost-effective and versatile in terms of flow technology.
  • a fastening surface is provided at the respective ends of the guide elements, wherein the fastening surface is oriented parallel or concentric with the fastening surface at the first end and all fastening surfaces (32) parallel to the central axis (M). are aligned.
  • the mounting surfaces allow attachment to the 20 cylindrical bearing surfaces, where against the fluidically relevant flow guide surfaces of the guide elements (3) are employed due to the separate mounting surfaces of the guide elements and thus not follow the cylindrical contour.
  • the guide between the two 25 mounting surfaces has a deviating from the mounting surface wing surface as a flow guide, which is against the mounting surface at least partially by an angle ß to 45 °, in particular between 15 ° and 35 °, employed ,
  • the wing surfaces are compared to the circumferential direction about the central axis by the angle ß employed.
  • This employment allows a 30 effective flow through the mixer in the radial direction to the central axis. Which in their curvature about the central axis to the diameter of the respective Adjustment surface adapted mounting surfaces allow easy positioning for attachment to the respective T räger.
  • the wing surfaces at least partially overlap in the circumferential direction about the central axis. In this way, on the one hand, an intensive mixing is made possible and, on the other hand, in combination with the adjustment of the wing surface by the angle .beta., A swirl increasing in the flow direction in the circumference is generated.
  • the housing generates by its shaping a flow deflection of the exhaust gas flow such that the flow direction of the exhaust gas stream upstream of the static mixer substantially perpendicular to the central axis and downstream of the static mixer is substantially coaxial to the central axis and the injector coaxial with Center axis is arranged on the first carrier.
  • a method for producing a static mixer for an exhaust gas-carrying housing of an exhaust system of an internal combustion engine for mixing the exhaust gas stream with the following method steps is advantageous: a) producing two carriers, each having a cylindrical contact surface, wherein a carrier as a flange plate for the middle or immediate Attaching an injector is formed and has a centrally disposed on the carrier T lars opening for injecting an additive;
  • Figure 1 is a perspective view of a static mixer with a first carrier, a second carrier and a plurality Leitele elements
  • FIG. 2 shows a static mixer according to FIG. 1 in the assembled state
  • FIG. 3 shows a perspective view of a guide element and its geometric arrangement with respect to the central axis and the longitudinal axis;
  • Figure 4 is a schematic diagram of a static mixer arranged in one
  • a generic static mixer 1 comprises a plurality of guide elements 3, which are arranged conically around a central axis M around.
  • the guide elements 3 are attached to a support 2, 4, each with a cylindrical contact surface 21, 41. Due to the different diameters of the two carriers 2, 4, the guide elements 3 are positioned in a space which is delimited by two fictitious conical surfaces E1, E2, which are to be defined concentrically and spaced from one another to the central axis M.
  • the Both mounting surfaces 32 are coaxial with respect to the central axis M and thus also arranged parallel to each other, whereby they are easily adaptable to a contact surface 21, 41 of the carrier 2, 4, which are also arranged coaxially to each other to the central axis M as described below.
  • a parallel arrangement of the mounting surfaces 32, which are not aligned coaxially with each other, represents another embodiment, not shown.
  • a wing surface 33 which generates a flow dynamics for mixing the exhaust stream.
  • the wellgelflä surface 33 is employed with respect to the respective mounting surface 32 by an angle ß, so that a on the wing surface 33 in the circumferential direction to the central axis with existing Mitt stream thread undergoes a directed in the radial direction to the central axis M flow vector.
  • the wing surface 33 is thus set in relation to the circumferential direction about the central axis M.
  • the exhaust gas stream to be flowed from outside onto the static mixer 1 within the housing thus flows at least partially between the individual guide elements 3 and thus experiences a swirling around the center axis M.
  • the guide elements 3 are fastened with their respective ends 3a, 3b to a first carrier 2 and to a second carrier 4 by means of spot welding, as shown in FIG.
  • the two carriers 2, 4 each have a contact surface 21, 41 which both extend coaxially to the central axis M and to which the guide elements 3 are fastened.
  • an injector 7 is arranged centrally on the first carrier 2 of the static mixer 1, which injects a reducing agent to be mixed with the exhaust gas flow through an opening 42 in the first carrier 2 into the housing 6 the static mixer 1 is arranged.
  • the exhaust gas flowing toward the static mixer 1 in a direction perpendicular to the central axis M is deflected by 90 ° through the L-shaped housing 6 independently of the influence of the flow of the static mixer 1, so that the mixed exhaust gas stream enriched with reducing agent is applied in pa - Ralleler direction to the central axis M moves away from the static mixer 1.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen statischen Mischer (1) zum Mischen eines Abgasstroms in einem Gehäuse (6) zum Leiten von Abgas in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, wobei der Mischer eine um eine rechtwinklig zu einer Strömungsrichtung (S) des Abgasstroms ausgerichtete Mittelachse (M) herum angeordnete Struktur mit zwei umlaufend geschlossenen Trägern (2, 4) und mindestens zwei um die Mittelachse (M) herum angeordnete und an den Trägern (2, 4) form- und/oder stoffschlüssig befestigte Leitelemente (3) aufweist und die Leitelemente (3) in einem Raum positioniert sind, der durch zwei fiktive kegel- oder zylinderförmige Flächen (E1, E2) begrenzt ist, die konzentrisch und zueinander beabstandet zur Mittelachse (M) verlaufen. Es sollen bei gleicher Geometrie der Bauteile unterschiedliche und komplexe Mischerstrukturen erreicht werden und gleichzeitig soll Material und damit Gewicht eingespart werden. Jedes Leitelement (3) ist als einzelnes und separates Bauteil hergestellt und das jeweilige Leitelement (3) ist mit einem ersten Ende (3a) am ersten Träger (2) und das jeweilige zweite, dem ersten Ende (3a) gegenüberliegende Ende (3b) an einem zweiten Träger (4) befestigt.

Description

Mischer
Die Erfindung bezieht sich auf einen statischen Mischer zum Mischen eines Abgasstroms in einem Gehäuse zum Leiten von Abgas in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine. Insbesondere ein Mischer zum Mischen eines Re- duktionsmittels wie beispielsweise Harnstoff, der dampfförmig oder in feine Tröpfchen zerstäubt in den Abgasstrom eingebracht wird, ist Gegenstand dieser Erfindung. Der Mischer weist eine um eine rechtwinklig zu einer Strömungsrich- tung (S) des Abgasstroms ausgerichtete Mittelachse herum angeordnete Struk- tur mit zwei umlaufend geschlossenen Trägern und mindestens zwei um die Mittelachse herum angeordnete und an den T rägern form- und/oder stoff- schlüssig befestigte Leitelemente auf, wobei die Leitelemente in einem Raum positioniert sind, der durch zwei fiktive kegel- oder zylinderförmige Flächen begrenzt ist, die konzentrisch und zueinander beabstandet zur Mittelachse verlau- fen. Die Strömungsrichtung (S) des zu mischenden Abgasstroms verläuft unmit- telbar stromauf des Mischers rechtwinklig zur Mittelachse, wohingegen die Strömungsrichtung (S) des gemischten und durch das Gehäuse und den Mi- scher abgelenkten Abgasstroms parallel zur Mittelachse verläuft. Das Gehäuse ist zu diesem Zweck knie- oder L-förmig ausgebildet.
Es ist bereits ein statischer Mischer zum Mischen eines Reduktionsmittels aus der WO 2015/020820 A1 bekannt, bei dem die Leitelemente über einen Träger um eine Mittelachse umlaufend angeordnet sind. Dabei sind die Leitelemente als Teil des T rägers aus dem T räger teilweise ausgeschnitten und durch einen plastischen Formprozess gegenüber dem Träger angestellt. Die Leitelemente und der Träger sind ein und dasselbe Bauteil. Aus der US 8,061 ,890 B2 ist ein statischer Mischer bekannt, bei dem die Leitelemente vom Träger separate Bauteile bilden und in den Träger eingesetzt sind. Dabei sind die Leitelemente bezüglich einer Mittelebene des statischen Mischers parallel oder rechtwinklig positioniert. Nach der DE 10 2008 029 809 A1 ist ein Mischer mit kegelförmig orientierten Leitelementen bekannt, der mehrere Rohrdurchmesser stromab des Injektors angeordnet ist, und dessen Mittelachse parallel zur Strömungsrichtung stromauf des Mischers ausgerichtet ist. Die Leitelemente verlaufen parallel zur Umfangs- richtung um die Mittelachse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen statischen Mischer derart aus- zubilden und anzuordnen, dass bei gleicher Geometrie der Bauteile unter- schiedliche und komplexe Mischerstrukturen erreicht werden und gleichzeitig Material und damit Gewicht eingespart wird. Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass jedes Leitelement als einzelnes und separates Bauteil hergestellt und gegenüber der Umfangsrichtung um die Mittelachse zumindest teilweise angestellt ist und das jeweilige Leitelement mit einem ersten Ende am ersten Träger und das jeweilige zweite, dem ersten Ende gegenüberliegende Ende an einem zweiten Träger befestigt ist.
Hierdurch werden komplexe Designs des Mischers ohne große Werkzeugkos- ten möglich, weil die einzelnen Leitelemente individuell durch einfaches Stan- zen von Blech oder durch Drucken gefertigt und einzeln zum T räger ausgerich- tet werden können und dadurch wiederum eine individuelle Anpassung an die jeweiligen Strömungsanforderungen im Gehäuse ermöglicht wird. Der statische Mischer kann dadurch mit immer den gleichen Bauteilen an verschiedene Geometrien der Gehäuse angepasst werden, in die er eingesetzt wird.
Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn das jeweilige Leitelement eine Längsachse aufweist und die Leitelemente bezüglich der jeweiligen Längsach- se in einem Winkel a zwischen 0° und 90°°, insbesondere zwischen 15° und 38°, zur Mittelachse angestellt sind. Dadurch kann jede beliebige symmetrische aber auch unsymmetrische Geometrie erreicht werden. Je nach Gestaltung ist hierzu vorgesehen, nur einen Teil des Leitelements zwischen den beiden En- den entsprechend anzustellen, damit sich der übrige Teil des Leitelements in axialer Richtung zur Mittelachse von einem zum anderen Träger erstreckt. Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn mindestens zwei Leitelemente oder alle Leitelemente geometrisch identisch sind und/oder 8 bis 12 Leitelemente vorgesehen sind. Hierdurch wir eine einfache symmetrische Anordnung um die Mittelachse und eine einfache Herstellung erreicht. Die durch Anstellung bewirkte kegelförmige Geometrie hat einen gegenüber einer zylindrischen Anordnung geringeren Staudruck und erlaubt durch Variation des Winkels a eine Adaption an vorhandene Abgasgehäuse.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn der zweite Träger als Teil eines Gehäuses und/oder als separates Bauteil hergestellt ist und eine zur Mittelachse koaxiale Öffnung zum Einspritzen eines flüssigen oder gasförmigen Zusatzmittels auf- weist. Bevorzugt wird ein Reduktionsmittel wie beispielsweise Harnstoff dampfförmig oder in feine Tröpfchen zerstäubt in den Abgasstrom eingebracht.
Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die beiden Träger koa- xial zur Mittelachse angeordnet sind und jeweils eine oder mehrere zur Mittel- achse koaxiale Anlageflächen aufweisen, wobei das jeweilige erste Ende der Leitelemente an der Anlagefläche des erster T rägers und das jeweilige zweite Ende an der Anlagefläche des zweiten T rägers durch Schweißpunkte oder durch Lötstellen befestigt ist. Hierdurch wird eine stabile und selbsttragende Struktur des statischen Mischers erreicht, ohne dass es weiterer Bauteile bedarf. Die beiden T räger bilden mit den Leitelementen eine Baueinheit, die in ein Gehäuse eingesetzt wird. Bevorzugt ist für den jeweiligen T räger eine einzige Anlagefläche vorgesehen, die den Träger rotationssymmetrisch zur Mittelachse umläuft.
Von besonderer Bedeutung kann für die vorliegende Erfindung sein, wenn der zweite T räger als Flanschplatte zum mittel- oder unmittelbaren Befestigen eines zur Mittelachse koaxial positionierbaren Injektors ausgebildet ist und eine koaxial zur Mittelachse angeordnete Öffnung zum Einspritzen eines Zusatzstoffes aufweist. Dadurch kann der statische Mischer als Aufnahme für den Injektor eingesetzt werden und verschließt gleichzeitig das Gehäuse im Bereich des Injektors. Auch ist es dabei von Vorteil, dass die Träger jeweils eine um eine parallel oder konzentrisch um die Mittelachse umlaufende zylinderförmige Anlagefläche für die Lagerung der Leitelemente aufweisen, auf denen die Leitelemente auflie- gen. Dadurch ist ein einfacher Zusammenbau des Mischers möglich, bei dem 5 die Leitelemente in radialer Richtung mit den Anlageflächen geklemmt und in dieser geklemmten Position induktiv geschweißt oder auf andere Weise befes- tigt werden.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn das Leitelement aus Blech geformt oder ge- 10 stanzt oder durch Gießen oder Drucken hergestellt ist. Die Grundidee des statischen Mischers basiert auf einer einfachen Herstellung der einzelnen Leitele- mente und einer äußerst variablen Anordnung derselben um die beiden Träger umlaufend. Hierzu hat sich neben dem Stanzen auch das Drucken der Leitele- mente als kostengünstig und strömungstechnisch vielseitig herauskristallisiert.
15 Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn an den jeweiligen Enden der Leitelemente eine Befestigungsfläche vorgesehen ist, wobei die Befestigungsfläche am ers- ten Ende parallel oder konzentrisch zu der Befestigungsfläche am zweiten Ende ausgerichtet ist und alle Befestigungsflächen (32) parallel zur Mittelachse (M) ausgerichtet sind. Die Befestigungsflächen erlauben eine Befestigung an den 20 zylindrischen Anlageflächen, wohin gegen die strömungstechnisch relevanten Strömungsleitflächen der Leitelemente (3) aufgrund der separaten Befesti- gungsflächen der Leitelemente angestellt sind und damit nicht der zylinderför- migen Kontur folgen.
Insgesamt kann es vorteilhaft sein, wenn das Leitelement zwischen den beiden 25 Befestigungsflächen eine von der Befestigungsfläche abweichende Flügelfläche als Strömungsleitfläche aufweist, die gegenüber der Befestigungsfläche zumin- dest teilweise um einen Winkel ß bis 45°, insbesondere zwischen 15° und 35°, angestellt ist. Damit sind die Flügelflächen gegenüber der Umfangsrichtung um die Mittelachse um den Winkel ß angestellt. Diese Anstellung ermöglicht eine 30 effektive Durchströmung des Mischers in radialer Richtung zur Mittelachse. Die in ihrer Krümmung um die Mittelachse an den Durchmesser der jeweiligen Auf- lagefläche angepassten Befestigungsflächen erlauben eine einfache Positionierung zum Befestigen an dem jeweiligen T räger.
Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn sich die Flügelflächen in Umfangsrichtung um die Mittelachse zumindest teilweise überdecken. Hierdurch wird einer- seits eine intensive Vermischung ermöglicht und andererseits in Kombination mit der Anstellung der Flügelfläche um den Winkel ß ein in Strömungsrichtung im Umfang zunehmender Drall erzeugt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gehäuse durch seine Formgebung eine Stömungsumlenkung des Abgasstroms derart erzeugt, dass die Strömungsrich- tung des Abgasstroms stromauf des statischen Mischers im Wesentlichen rechtwinklig zur Mittelachse und stromab des statischen Mischers im Wesentlichen koaxial zur Mittelachse verläuft und der Injektor koaxial zur Mittelachse am ersten Träger angeordnet ist.
Ferner ist ein Verfahren zum Herstellen eines statischen Mischers für ein ab- gasführendes Gehäuse einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine zum Mischen des Abgasstroms mit folgenden Verfahrensschritten vorteilhaft: a) Herstellung zweier T räger mit jeweils einer zylinderförmigen Anlagefläche, wobei ein Träger als Flanschplatte zum mittel- oder unmittelbaren Befestigen eines Injektors ausgebildet ist und eine mittig am T räger angeordnete Öffnung zum Einspritzen eines Zusatzstoffes aufweist;
b) Herstellung mehrerer einzelner Leitelemente separat von den Trä gern mit jeweils einer Befestigungsfläche an jedem der beiden der Längsachse gegenüberliegenden Enden des jeweiligen Leitelements und mit einer als Strömungsprofil geformten Flügelfläche zwischen den beiden Enden, wobei die Befestigungsflächen an den beiden Enden parallel und/oder konzentrisch zueinander ausgerichtet sind; c) form- und/oder stoffschlüssige Befestigung der Leitelemente an den Anlageflächen der beiden Träger, wobei die Leitelemente um eine Mittelachse des statischen Mischers umlaufend positioniert sind und d) wobei sich die Flügelflächen in Umfangsrichtung um die Mittelachse teilweise überdecken und
e) eine stabile selbsttragende Struktur des statischen Mischers ausschließlich durch die beiden T räger und die daran befestigten Leit- elemente erreicht wird.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines statischen Mischers mit einem ersten Träger, einem zweiten Träger und mehreren Leitele menten;
Figur 2 einen statischen Mischer gemäß Fig. 1 in zusammengebautem Zustand;
Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines Leitelements und seiner geo- metrischen Anordnung bezüglich der Mittelachse und der Längsachse;
Figur 4 eine Prinzipskizze eines statischen Mischers angeordnet in einem
Gehäuse und gekoppelt mit einem Injektor.
Gemäß den Figuren umfasst ein gattungsgemäßer statischer Mischer 1 mehre- re Leitelemente 3, die kegelförmig um eine Mittelachse M herum angeordnet sind. Jeweils endseitig sind die Leitelemente 3 an einem Träger 2, 4 mit jeweils einer zylinderförmigen Anlagefläche 21 , 41 befestigt. Durch die unterschiedlich großen Durchmesser der beiden Träger 2, 4 sind die Leitelemente 3 in einem Raum positioniert, der durch zwei fiktive kegelförmige Flächen E1 , E2 begrenzt ist, die konzentrisch und zueinander beabstandet zur Mittelachse M zu definie- ren sind.
Wie in Fig. 3 im Detail dargestellt weist jedes Leitelement 3 an jedem seiner beiden Enden 3a, 3b eine Befestigungsfläche 32 auf, mit der das Leitelement 3 an der jeweiligen Anlagefläche (21 , 41 ) der T räger 2, 4 durch Schweißen wie beispielsweise Punktschweißen oder durch Löten befestigt werden kann. Die beiden Befestigungsflächen 32 sind bezüglich der Mittelachse M koaxial und damit auch parallel zueinander angeordnet, wodurch sie einfach an eine Anlagefläche 21 , 41 der Träger 2, 4 adaptierbar sind, die wie nachstehend be- schrieben ebenfalls koaxial zueinander zur Mittelachse M angeordnet sind. Eine parallele Anordnung der Befestigungsflächen 32, die nicht koaxial zueinander ausgerichtet sind, stellt eine weitere nicht dargestellte Ausführungsform dar.
Zwischen den beiden Befestigungsflächen 32 des Leitelements 3 erstreckt sich in Richtung einer Längsachse 31 des Leitelements 3 eine Flügelfläche 33, die eine Strömungsdynamik zum Mischen des Abgasstroms erzeugt. Die Flügelflä che 33 ist gegenüber der jeweiligen Befestigungsfläche 32 um einen Winkel ß angestellt, sodass ein auf der Flügelfläche 33 in Umfangsrichtung um die Mit telachse M vorhandener Strömungsfaden einen in radialer Richtung zur Mittelachse M gerichteten Strömungsvektor erfährt. Die Flügelfläche 33 ist somit ge- genüber der Umfangsrichtung um die Mittelachse M angestellt. Der innerhalb des Gehäuses von außen auf den statischen Mischer 1 zu strömende Abgas- strom strömt somit zumindest teilweise zwischen den einzelnen Leitelementen 3 hindurch und erfährt somit einen um die Mittelachse M umlaufenden Drall.
Die Leitelemente 3 sind mit ihren jeweiligen Enden 3a, 3b an einem ersten Trä- ger 2 und an einem zweiten T räger 4 mittels Punktschweißung befestigt wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Hierzu weisen die beiden Träger 2, 4 jeweils eine Anla- gefläche 21 , 41 auf, die beide koaxial zur Mittelachse M verlaufen und an denen die Leitelemente 3 befestigt sind.
Wie mit der Prinzipskizze gemäß Fig. 4 verdeutlicht, ist zentral an dem ersten Träger 2 des statischen Mischers 1 ein Injektor 7 angeordnet, der ein mit dem Abgasstrom zu mischendes Reduktionsmittel über eine Öffnung 42 im ersten Träger 2 in das Gehäuse 6 einspritzt, in dem der statische Mischer 1 angeord- net ist. Das in rechtwinkliger Richtung zur Mittelachse M auf den statischen Mi- scher 1 zuströmende Abgas wird unabhängig von dem Strömungseinfluss des statischen Mischers 1 durch das L-förmige Gehäuse 6 um 90° umgelenkt, so- dass sich der gemischte, mit Reduktionsmittel angereicherte Abgasstrom in pa- ralleler Richtung zur Mittelachse M vom statischen Mischer 1 weg bewegt.

Claims

Patentansprüche
1. Statischer Mischer (1 ) zum Mischen eines Abgasstroms in einem Gehäu- se (6) zum Leiten von Abgas in einer Abgasanlage einer Brennkraftma- schine, wobei der Mischer (1)
a) eine um eine rechtwinklig zu einer Strömungsrichtung (S) des Abgasstroms ausgerichtete Mittelachse (M) herum angeordnete Struktur mit zwei umlaufend geschlossenen Trägern (2, 4) und b) mindestens zwei um die Mittelachse (M) herum angeordnete und an den Trägern (2, 4) form- und/oder stoffschlüssig befestigte Leitele- mente (3) aufweist und
c) die Leitelemente (3) in einem Raum positioniert sind, der durch zwei fiktive kegel- oder zylinderförmige Flächen (E1, E2) begrenzt ist, die konzentrisch und zueinander beabstandet zur Mittelachse (M) verlaufen,
dadurch gekennzeichnet, dass
d) jedes Leitelement (3) als einzelnes und separates Bauteil hergestellt und gegenüber der Umfangsrichtung um die Mittelachse zumindest teilweise angestellt ist,
e) das jeweilige Leitelement (3) mit einem ersten Ende (3a) an dem ers- ten Träger (2) und das jeweilige zweite, dem ersten Ende (3a) gegenüberliegende Ende (3b) an dem zweiten Träger (4) befestigt ist,
2. Statischer Mischer (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das jeweilige Leitelement (3) eine Längsachse (31 ) aufweist und die Leitelemente (3) bezüglich der jeweiligen Längsachse (31) in einem Winkel a zwischen 0° und 90°, insbesondere in einem Winkel zwischen 15° und 38°, zur Mittelachse (M) angestellt sind. Statischer Mischer (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens zwei Leitelemente (3) oder alle Leitelemente (3) geometrisch identisch sind und/oder 8 bis 12 Leitelemente
(3) vorgesehen sind.
4. Statischer Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweiter Träger (4) als Teil eines Gehäuses (6) und/oder als sepa- rates Bauteil hergestellt ist und eine zur Mittelachse (M) koaxiale Öffnung (42) zum Einspritzen eines flüssigen oder gasförmigen Zusatzmittels aufweist.
5. Statischer Mischer (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Träger (2, 4) koaxial zur Mittelachse (M) angeordnet, je- weils eine oder mehrere zur Mittelachse (M) koaxiale Anlageflächen (21, 41 ) aufweisen, wobei das jeweilige erste Ende (3a) der Leitelemente (3) an der Anlagefläche (21) des erster T rägers (2) und das jeweilige zweite Ende (3b) an der Anlagefläche (41) des zweiten T rägers (4) durch
Schweißpunkte (5) oder durch Lötstellen befestigt ist.
6. Statischer Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Träger (4) als Flanschplatte zum mittel- oder unmittelba- ren Befestigen eines zur Mittelachse (M) koaxial positionierbaren Injektors (7) ausgebildet ist und eine koaxial zur Mittelachse (M) angeordnete Öffnung (42) zum Einspritzen eines Zusatzstoffes aufweist.
7. Statischer Mischer (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Träger (2, 4) jeweils eine um eine parallel oder konzentrisch um die Mittelachse umlaufende zylinderförmige Anlagefläche (21 , 41 ) für die Lagerung der Leitelemente (3) aufweisen, auf denen die Leitelemente (3) aufliegen.
8. Statischer Mischer (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass an den jeweiligen Enden (3a, 3b) der Leitelemente (3) eine Befesti- gungsfläche (32) vorgesehen ist, wobei die Befestigungsfläche (32) am ersten Ende (3a) parallel oder konzentrisch zu der Befestigungsfläche (32) am zweiten Ende (3b) ausgerichtet ist und alle Befestigungsflächen (32) parallel zur Mittelachse (M) ausgerichtet sind.
9. Statischer Mischer (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass und das Leitelement (3) zwischen den beiden Befestigungsflä- chen (32) eine von der Befestigungsfläche (32) abweichende Flügelfläche (33) als Strömungsleitfläche aufweist, die gegenüber der Befestigungsflä- che (32) zumindest teilweise um einen Winkel ß bis 45°, insbesondere zwischen 15° und 35°, angestellt ist.
10. Statischer Mischer (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Flügelflächen (33) in Umfangsrichtung um die Mittelachse (M) zumindest teilweise überdecken.
11. Statischer Mischer (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit ei- nem Injektor (7) angeordnet in einem Gehäuse (6) einer Abgasanlage, dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse (6) durch seine Formgebung eine
Stömungsumlenkung des Abgasstroms derart erzeugt, dass die Strö- mungsrichtung (S) des Abgasstroms stromauf des statischen Mischers (1) im Wesentlichen rechtwinklig zur Mittelachse (M) und stromab des statischen Mischers (1) im Wesentlichen koaxial zur Mittelachse (M) verläuft und der Injektor (7) koaxial zur Mittelachse (M) am ersten Träger (2) an- geordnet ist.
12. Verfahren zum Herstellen eines statischen Mischers (1 ) für ein abgasfüh- rendes Gehäuse (6) einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine zum Mischen des Abgasstroms, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens- sch ritte:
a) Herstellung zweier T räger (2, 4) mit jeweils einer zylinderförmigen Anlagefläche (21 , 41 ), wobei ein Träger (4) als Flanschplatte zum mittel- oder unmittelbaren Befestigen eines Injektors (7) ausgebildet ist und eine mittig am Träger (4) angeordnete Öffnung (42) zum Ein- spritzen eines Zusatzstoffes aufweist;
b) Herstellung mehrerer einzelner Leitelemente (3) separat von den
T rägern (2, 4) mit jeweils einer Befestigungsfläche (32) an jedem der beiden der Längsachse (31 ) gegenüberliegenden Enden (3a, 3b) des jeweiligen Leitelements (3) und mit einer als Strömungsprofil geform- ten Flügelfläche (33) zwischen den beiden Enden (3a, 3b), wobei die Befestigungsflächen (32) an den beiden Enden (3a, 3b) parallel und/oder konzentrisch zueinander ausgerichtet sind;
c) form- und/oder stoffschlüssige Befestigung der Leitelemente (3) an den Anlageflächen (21 , 41 ) der beiden Träger (2, 4), wobei die Leitelemente (3) um eine Mittelachse (M) des statischen Mischers (1 ) umlaufend positioniert sind und
d) wobei sich die Flügelflächen (33) in Umfangsrichtung um die Mittelachse (M) teilweise überdecken und
e) eine stabile selbsttragende Struktur des statischen Mischers (1 ) aus schließlich durch die beiden T räger (2, 4) und die daran befestigten Leitelemente (3) erreicht wird.
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