Verfahren zur Herstellung einer Mischvorrichtung für eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, Mischvorrichtung für eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung sowie Anordnung mit einer solchen Mischvorrichtung

Abstract

 Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Mischvorrichtung (10) für eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen eines Verbrennungsmotors.
Es wird vorgeschlagen, dass aus einem plattenförmigen Grundmaterial wenigstens ein Trägerelement (11) mit wenigstens einem einstückig angesetzten Mischelement (12) gebildet wird, wobei das Mischelement (12) und das Trägerelement (11) entsprechend ihrem späteren Einsatzzweck gebogen werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Mischvorrichtung für eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen eines Verbrennungsmotors sowie eine Anordnung mit einer solchen Mischvorrichtung.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Mischvorrichtung für eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, einer Mischvorrichtung für eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung sowie einer Anordnung mit einer solchen Mischvorrichtung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

[0002] Zur Verminderung der in einem Abgas eines Verbrennungsmotors enthaltenen Stickoxide hat sich für solche Verbrennungsmotoren, die mit Luftüberschuss betrieben werden, ein Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion ("SCR") als vorteilhaft erwiesen. Bei diesem Verfahren werden Stickoxide zusammen mit Ammoniak in einem selektiven Katalysator zu Stickstoff und Wasser umgesetzt. Das zur katalytischen Umsetzung der Stickoxide notwendige Reduktionsmittel wird anstelle des Ammoniaks in Form einer wässrigen Harnstofflösung in einem Vorratstank im Fahrzeug mitgeführt, aus der das Ammoniak durch Thermolyse und Hydrolyse der Harnstofflösung in der jeweils zur Umsetzung benötigten Menge freigesetzt werden kann. Bekannt ist, die wässrige Harnstofflösung durch eine Dosiervorrichtung in den Reduktionskatalysator einzubringen.

[0003] Zur besseren Abmischung des Abgases mit der verdampften wässrigen Harnstofflösung bzw. Ammoniak ist es weiterhin bekannt, zwischen dem Dosierventil und dem Katalysator einen so genannten statischen Mischer einzubauen. Als Mischer ist üblicherweise ein Ringelement oder ein Rohr vorgesehen, die in die Klappen eingeschweißt sind.

Vorteile der Erfindung

[0004] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Mischvorrichtung für eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen eines Verbrennungsmotors wird aus einem plattenförmigen Grundmaterial wenigstens ein Trägerelement mit wenigstens einem einstückig angesetzten Mischelement gebildet, wobei das Mischelement und das Trägerelement entsprechend ihrem späteren Einsatzzweck gebogen werden. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass beliebig komplizierten Mischvorrichtungen, selbst solche mit sehr kompakten Bauweisen, besonders einfach und mit der erforderlichen mechanischen Stabilität hergestellt werden können. Somit können auch die Herstellungskosten reduziert werden.

[0005] Als plattenförmiges Grundmaterial kann beispielsweise bereits ein einfaches Biege-Stanzteil dienen. Beispielsweise kann als Ausgangsmaterial eine ebene Blechplatte verwendet werden, aus der das wenigstens eine Mischelement vereinzelt, beispielsweise gestanzt oder geschnitten, wird. Besonders bevorzugt wird eine Vielzahl von Mischelementen vereinzelt, wobei die Mischelemente vorzugsweise zungenförmig gebildet werden.

[0006] In einer Weiterentwicklung können die Mischelemente aus der Ebene des plattenförmigen Grundmaterials gebogen werden, wobei zwischen den Mischelementen und der Ebene ein Winkel von bis zu 180° gebildet wird. Im montierten Endzustand können die Mischelemente bei dem vorgeschlagenen Winkelbereich sowohl in als auch gegen die Strömungsrichtung gerichtet sein, was zu einer besonders günstigen Verwirbelung führt.

[0007] Bedarfsabhängig können die Mischelemente entlang ihrer Längsachse in sich verwunden werden, wobei vorteilhafterweise zusätzliche Turbulenzen entstehen können, wodurch wiederum eine besonders vorteilhafte Vermischung der in die Mischvorrichtung eingebrachten und zu mischenden Fluide führt.

[0008] Das Trägerelement kann so zu einem Rohr geformt werden, dass die Mischelemente nach innen in den Strömungskanal ragen, wobei eine axial verlaufende Nahtstelle gebildet wird. Die erfindungsgemäß hergestellte Mischvorrichtung kann insbesondere für eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung verwendet werden, wobei Abgas mit der verdampften wässrigen Harnstofflösung bzw. Ammoniak abgemischt wird. Die Mischvorrichtung eignet sich jedoch auch für jede andere Anwendungsmöglichkeit.

[0009] Bei der bevorzugten Verwendung in einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung wird die Mischvorrichtung vorzugsweise zwischen dem Dosierventil und dem Katalysator in ein Abgasrohr gesteckt. Günstigerweise kann die Mischvorrichtung über eine kraft- oder formschlüssige Verbindung im Abgasrohr befestigt werden.

[0010] Eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung für eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen eines Verbrennungsmotors umfasst ein im Wesentlichen rohrförmiges einstückiges Element, das ein Trägerelement mit wenigstens einem angesetzten Mischelement umfasst, wobei das wenigstens eine Mischelement bedarfsabhängig nach innen gebogen ist. Bevorzugt ist das Mischelement zungenförmig ausgebildet.

[0011] Mit dem vorgeschlagenen Mischelement wird eine besonders günstige Verwirbelung eines Luftstroms bzw. eine Gleichverteilung mit einer weiteren Komponente erzielt werden. An einem Übergang zwischen dem Mischelement und dem Trägerelement kann ein Bereich ausgebildet sein, auf dem eine Sicke angeordnet ist, wobei der Bereich vorzugsweise in dem abgewinkelten Bereich der Mischelemente liegt. Die Sicke ist günstigerweise mittig entlang von Längsachsen der Mischelemente ausgebildet und führen vorteilhafterweise im späteren Betrieb zu einer erhöhten Stabilität der Mischvorrichtung.

[0012] Besonders bevorzugt sind in dem Mischelement Ausnehmungen ausgebildet, die bereichsweise oder über die gesamte Oberfläche der Mischelemente verteilt sein können. Eine günstige Verwirbelung des Abgasstromes bzw. die Gleichverteilung einer weiteren Komponente im Abgas, beispielsweise in Form der wässrigen Harnstofflösung, kann vorteilhafterweise über die Formgebung der bevorzugt zungenförmig ausgebildeten Mischelemente, über eine Verdrillung der Mischelemente und/oder über zusätzliche Ausnehmungen in Form von Löchern in den Mischelementen erzielt bzw. bedarfsabhängig angepasst werden.

[0013] An einer axial verlaufenden Nahtstelle des rohrförmigen Elements kann auf einer Seite ein Rastelement ausgebildet sein, das in eine entsprechende Ausnehmung auf der gegenüberliegenden Seite eingreift. Somit wird zweckmäßigerweise eine formschlüssige, schwer lösbare Verbindung von zwei Seitenkanten der Blechplatte zu dem rohrförmigen Element bereitgestellt.

[0014] Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung der Mischvorrichtung in einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs wird die Mischvorrichtung so in ein Abgasrohr eingeführt, dass das Rastelement in einem kraftschlüssigen Verbund mit der Innenseite des Abgasrohrs steht. Das Rastelement kann dabei wie ein Federelement dienen, das an der Nahtstelle der Mischvorrichtung von innen gegen das Abgasrohr drückt und somit eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Mischvorrichtung und Abgasrohr herstellt. Denkbar ist auch, dass die rohrförmige Mischvorrichtung einen ovalen Querschnitt aufweist und somit in eine sich gegen ein ungewolltes Lösen selbst hemmende Verbindung mit dem Abgasrohr gebracht wird.

Zeichnungen

[0015] Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus nachfolgend anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung. Im Folgenden zeigen schematisch:

Fig. 1

eine Draufsicht auf ein plattenförmiges Grundmaterial zur Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung;

Fig. 2

eine Seitenansicht des plattenförmigen Grundmaterials mit vereinzelten und gebogenen Mischelementen gemäß Fig. 1;

Fig. 3

eine Detailansicht der Mischelemente;

Fig. 4

eine perspektivische Ansicht der Mischvorrichtung im zusammengebauten Zustand mit einer Nahtstelle; und

Fig. 5

eine Detailansicht der Nahtstelle gemäß Fig. 4.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0016] Gleiche Elemente werden in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

[0017] Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein plattenförmiges Grundmaterial, das als Ausgangsmaterial für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung verwendet wird. Die Mischvorrichtung 10 wird bevorzugt für eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen eines Verbrennungsmotors verwendet und in ein Abgasrohr eingesetzt, um einerseits den Abgasstrom zu verwirbeln und andererseits den Abgasstrom mit weiteren Komponenten, insbesondere mit einer wässrigen Harnstofflösung, zu vermischen.

[0018] Das plattenförmige Grundmaterial ist als einfaches Biege-Stanzteil aus Blech ausgebildet und umfasst ein Trägerelement 11 mit einstückig angesetzten Mischelementen 12. Die Mischelemente 12 werden aus dem plattenförmigen Grundmaterial vorzugsweise ausgestanzt und sind beispielsweise zungenförmig ausgebildet. Sowohl die Mischelemente 12 als auch das Trägerelement 11 werden dann entsprechend ihrem späteren Einsatzzweck gebogen.

[0019] In einem an den Stanzvorgang anschließenden Herstellungsschritt werden zunächst die Mischelemente 12 aus der Ebene des plattenförmigen Grundmaterials gebogen, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die Biegung der Mischelemente 12 erfolgt dabei in eine Richtung, also in Fig. 1 nach unten. Die Mischelemente 12 werden dabei mit unterschiedlichen Winkeln α, α' gegen die Ebene des Trägerelements 11 gebogen, wobei der Winkel α, α' bedarfsabhängig unterschiedlich groß sein kann und von 0° bis zu 180° reichen kann. Die einzelnen Mischelemente 12 sind in diesem Beispiels im montierten Endzustand so gebogen, dass sie sowohl in Strömungsrichtung 21 als auch gegen die Strömungsrichtung 21 stehen.

[0020] Um eine bessere Mischwirkung durch zusätzliche Turbulenzen zu erzielen, können die Mischelemente 12 entlang ihrer Längsachse 13 in sich verwunden werden, was aus den Figuren nicht ersichtlich ist.

[0021] Aus der Detailansicht in Fig. 3 ist erkennbar, dass an einem Übergang zwischen den zungenförmigen Mischelementen 12 und dem Trägerelement 11 ein als Halsteil ausgebildeter Bereich 15 ausgebildet ist, auf dem jeweils eine Sicke 16 angeordnet ist. Die Sicke 16 ist dabei jeweils auf dem Halsteil 15 mittig ausgebildet und verläuft entlang der Längsachse 13 der Mischelemente 12. Die Sicke 16 dient dabei zur Erhöhung der Stabilität. Anstelle einer Sicke 16 kann auch eine Ausnehmung ausgebildet sein. Es können auf den Mischelementen 12 auch Ausnehmungen in unterschiedlicher Größe und Anordnungen ausgebildet sein, um bedarfsabhängig die Strömungscharakteristik beeinflussen. Die Ausnehmungen sind in den Figuren nicht gezeigt.

[0022] In einem anschließenden in Fig. 4 gezeigten Verfahrensschritt wird das Trägerelement 11 entsprechend seinem späteren Einsatzzweck gebogen und dabei so zu einem einstückigen Rohr 14 geformt, dass die Mischelemente 12 bedarfsabhängig nach innen in den künftigen Strömungskanal ragen. Dabei entsteht eine axial verlaufende Nahtstelle 18 auf dem Trägerelement 11.

[0023] In Fig. 5 ist eine Detailansicht der Nahtstelle 18 gezeigt, wobei auf einer Seite ein Rastelement 19 ausgebildet ist, das in eine entsprechende Ausnehmung 20 auf der gegenüberliegenden Seite eingreift. Damit wird eine stabile Rastverbindung an der Nahtstelle 18 hergestellt. Als zusätzliche Stabilisierungsmittel kann ein Durchmesser der rohrförmigen Mischvorrichtung 10 an den Durchmesser eines nicht gezeigten Abgasrohrs angepasst werden. Bevorzugt ist der Durchmesser der rohrförmigen Mischvorrichtung 10 etwas kleiner als der Durchmesser des Abgasrohrs, in das die Mischvorrichtung 10 eingesetzt werden soll. Die Nahtstelle 18 wird dabei tangential durch die Innenseite des Abgasrohrs abgesichert. Steht das Rastelement 19 leicht von der Oberfläche des Rohrs 14 nach außen ab, wirkt das Rastelement 19 wie ein Federelement, wodurch ein zusätzlicher Schutz gegen ein ungewolltes Lösen des Rohrs 14 an der Nahtstelle 18 hergestellt wird. Das Rastelement 19 steht somit in einem kraftschlüssigen Verbund mit der Innenseite des Abgasrohrs.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Mischvorrichtung (10) für eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem plattenförmigen Grundmaterial wenigstens ein Trägerelement (11) mit wenigstens einem einstückig angesetzten Mischelement (12) gebildet wird, wobei das Mischelement (12) und das Trägerelement (11) entsprechend ihrem späteren Einsatzzweck gebogen werden.

2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Mischelement(e) (12) aus der Ebene des plattenförmigen Grundmaterials gebogen wird/werden, wobei zwischen dem Mischelement (12) und der Ebene ein Winkel (α) von bis zu 180° gebildet wird.

3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischelemente (12) entlang ihrer Längsachse (13) ins sich verwunden werden.

4. Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (11) so zu einem Rohr (14) geformt wird, dass die Mischelemente (12) nach innen ragen.

5. Mischvorrichtung für eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen eines Verbrennungsmotors, gekennzeichnet durch ein im Wesentlichen rohrförmiges einstückiges Element (14), das ein Trägerelement (11) mit wenigstens einem angesetzten Mischelement (12) umfasst, wobei das wenigstens eine Mischelement (12) bedarfsabhängig nach innen gebogen ist.

6. Mischvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischelement oder die Mischelemente (12) zungenförmig ausgebildet ist.

7. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Übergang zwischen den Mischelementen (12) und dem Trägerelement (11) ein Bereich (15) ausgebildet ist, auf dem jeweils eine Sicke (16) angeordnet ist.

8. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Mischelementen (12) Ausnehmungen ausgebildet sind.

9. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einer axial verlaufenden Nahtstelle (18) des Trägerelements (11) auf einer Seite ein Rastelement (19) ausgebildet wird, das in eine entsprechende Ausnehmung (20) auf der gegenüberliegenden Seite eingreift.

10. Anordnung mit einer Mischvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 9 in einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, wobei die Mischvorrichtung (10) so in ein Abgasrohr eingeführt wird, dass das Rastelement (19) in einem kraftschlüssigen Verbund mit der Innenseite des Abgasrohrs steht.

Zeichnung