[0001] Die Erfindung betrifft ein handgeführtes Arbeitsgerät der im Oberbegriff des Anspruchs
1 angegebenen Gattung und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für ein handgeführtes
Arbeitsgerät.
[0002] Aus der
JP 2009-156158 A ist ein handgeführtes Arbeitsgerät mit einem Abgasschalldämpfer bekannt, der einen
Katalysator aufweist. Der Katalysator kann aus Draht sein und ist mit Katalysatormaterial
wie Platin beschichtet.
[0003] Verbrennungsmotorisch angetriebene handgeführte Arbeitsgeräte wie beispielsweise
Motorsägen, Trennschleifer, Freischneider, Blasgeräte, Rasenmäher oder dgl. unterliegen
ständig steigenden gesetzlichen Anforderungen im Hinblick auf die Zusammensetzung
der Abgase. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist es auch bei derartigen Kleinmotoren
bekannt, Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung einzusetzen. Die Rahmenbedingungen
für derartige Katalysatoren in handgeführten Arbeitsgeräten unterscheiden sich in
vielerlei Hinsicht von den Rahmenbedingungen beispielsweise im Automobilbereich. Aufgrund
des begrenzten zur Verfügung stehenden Bauraums müssen Abgasschalldämpfer in derartigen
handgeführten Arbeitsgeräten vergleichsweise klein ausgebildet werden. Gleichzeitig
muss ein Kontakt des Bedieners mit heißen Teilen des Arbeitsgeräts vermieden werden.
Daher gelten auch im Hinblick auf die Abgastemperaturen strenge Anforderungen. Häufig
sind die zum Einsatz kommenden Verbrennungsmotoren gemischgeschmierte Motoren. Dadurch,
dass der Kraftstoff bei gemischgeschmierten Motoren mindestens teilweise ins Kurbelgehäuse
des Verbrennungsmotors zugeführt wird, ist eine zyklusgenaue Dosierung von Kraftstoff
nicht möglich. Die Zusammensetzung des Abgases schwankt daher bei derartigen Kleinmotoren
deutlich stärker als beispielsweise im Automobilbereich, wo eine zyklusgenaue Steuerung
der unmittelbar in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge erfolgt.
[0004] Sowohl im Hinblick auf Temperatur und Gewicht als auch im Hinblick auf schwankende
Abgaszusammensetzungen sind an Abgasschalldämpfer für derartige handgeführte Arbeitsgeräte
daher andere Anforderungen zu stellen als an Abgasschalldämpfer, wie sie im Automobilbereich
bzw. für Dieselmotoren oder für getrenntgeschmierte Viertaktmotoren eingesetzt werden,
so dass Lösungen aus diesem Bereich nicht einfach auf Abgasschalldämpfer für handgeführte
Arbeitsgeräte übertragbar sind.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein handgeführtes Arbeitsgerät der gattungsgemäßen
Art zu schaffen, das einfach und robust aufgebaut ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung
liegt darin, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für den Abgasschalldämpfer eines
handgeführten Arbeitsgeräts anzugeben.
[0006] Diese Aufgabe wird bezüglich des handgeführten Arbeitsgeräts durch ein Arbeitsgerät
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bezüglich der Abgasnachbehandlungseinrichtung
wird die Aufgabe durch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 16 gelöst.
[0007] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung keine katalytisch
wirkende Beschichtung aufweist. Eine katalytisch wirkende Beschichtung ist dabei vorliegend
eine Beschichtung, die als Katalysator wirkt, die also die Aktivierungsenergie für
die chemische Umsetzung der Abgase senkt und dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit
erhöht. Eine katalytisch wirkende Beschichtung ist insbesondere eine Beschichtung
mit Edelmetall. Die katalytisch wirkende Beschichtung ist insbesondere eine Beschichtung,
die überwiegend zum Konvertieren von Kohlenwasserstoffen und/oder Stickoxiden dient.
[0008] Dadurch, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung keine katalytisch wirkende Beschichtung
aufweist, werden die Abgase in dem Abgasschalldämpfer deutlich weniger aufgeheizt
als bei einer Abgasnachbehandlungseinrichtung mit katalytisch wirkender Beschichtung.
Dadurch ist ein geringerer Bauraum des Abgasschalldämpfers möglich, da eine geringere
Abkühlstrecke für Abgase im Schalldämpfer benötigt wird. Dadurch, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung
keine katalytisch wirkende Beschichtung aufweist, werden Rohstoffe, insbesondere Edelmetall
der katalytisch wirkenden Beschichtung, eingespart, und die Kosten für die Herstellung
der Abgasnachbehandlungseinrichtung verringern sich. Überraschend hat sich gezeigt,
dass bei Verbrennungsmotoren in handgeführten Arbeitsgeräten auch ohne katalytisch
wirkende Beschichtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung in der Abgasnachbehandlungseinrichtung
eine ausreichende Aufbereitung der Abgase, insbesondere im Hinblick auf die Konvertierung
von Partikeln, möglich ist. Insbesondere weist die Durchströmungseinheit, bevorzugt
ein Drahtkörper der Durchströmungseinheit, keine katalytisch wirkende Beschichtung
auf.
[0009] Die Durchströmungseinheit muss eine Mindestdicke aufweisen, um eine ausreichende
Verweildauer der Abgase in der Durchströmungseinheit zu erreichen, so dass eine ausreichende
Konvertierung von Abgasen erfolgen kann. Eine Durchströmungseinheit, die zur Partikelkonvertierung
dient, weist in dem von Abgas durchströmten Bereich eine Dicke von mindestens 10 mm
auf. Dabei kann die Durchströmungseinheit in Randbereichen eine geringere Dicke aufweisen.
Beispielsweise kann die Durchströmungseinheit in Randbereichen abgerundet sein oder
eine Fase aufweisen. Die angegebene Dicke von mindestens 10 mm ist zumindest über
70% des größten Querschnitts, insbesondere über zumindest 80% des größten Querschnitts
gegeben.
[0010] Aufgrund der vergleichsweise großen Dicke der Durchströmungseinheit ergibt sich eine
hohe Stabilität der Durchströmungseinheit. Die Querschnitte liegen dabei senkrecht
zu einer Hauptströmungsrichtung durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung. Der größte
Querschnitt ist der größte Querschnitt der Durchströmungseinheit senkrecht zur Hauptströmungsrichtung.
Die Dicke ist vorteilhaft parallel zur Hauptströmungsrichtung gemessen. Bevorzugt
ist die Dicke senkrecht zur ersten, stromauf liegenden Stirnseite der Durchströmungseinheit.
[0011] Bevorzugt beträgt die Dicke der Durchströmungseinheit in dem von Abgas durchströmten
Bereich der Durchströmungseinheit zumindest über 70% des größten Querschnitts mindestens
15 mm, besonders bevorzugt mindestens 20 mm. Vorteilhaft beträgt die Dicke der Durchströmungseinheit
in dem von Abgas durchströmten Bereich der Durchströmungseinheit über den gesamten
größten Querschnitt mindestens 10 mm, insbesondere mindestens 15 mm.
[0012] Vorteilhaft weisen alle Durchströmungseinheiten von Abgasnachbehandlungseinheiten
des Abgasschalldämpfers in dem von Abgas durchströmten Bereich der Durchströmungseinheiten
zumindest über 70% des größten Querschnitts eine Dicke von mindestens 10 mm auf.
[0013] Vorteilhaft ist die mindestens eine Durchströmungseinheit zumindest teilweise, insbesondere
vollständig mit einem Washcoat beschichtet. Ein Washcoat ist vorliegend eine Beschichtung,
die die Oberfläche vergrößert, ohne die Aktivierungsenergie für die chemische Umsetzung
zu senken. Beispielsweise kann der Washcoat aus Aluminiumoxid sein. Der Washcoat bewirkt
eine Verbesserung der partikelkonvertierenden Wirkung. Vorteilhaft umfasst die Durchströmungseinheit
mindestens einen Drahtkörper aus Metall. Dadurch, dass die Durchströmungseinheit mindestens
einen Drahtkörper aus Metall umfasst, wirkt die Durchströmungseinheit als Partikelkonverter.
Öltröpfchen im Abgasstrom werden in dem Drahtkörper bei ausreichend hohen Temperaturen
konvertiert, wodurch eine Partikelreduktion erreicht wird.
[0014] Es hat sich gezeigt, dass insbesondere für einen Drahtkörper eine Beschichtung mit
einem Washcoat vorteilhaft ist, um gute Ergebnisse bei der Partikelkonvertierung zu
erreichen.
[0015] Unter einem Drahtkörper wird vorliegend ein formstabiler Körper verstanden, der aus
mindestens einem Draht aus Metall gebildet ist. Ein Draht ist dabei ein dünnes, langgestrecktes,
biegsames Metallteil. Der Draht weist vorzugsweise einen runden Querschnitt auf. Auch
ein eckiger Querschnitt oder eine geeignete andere Querschnittsform kann vorteilhaft
sein. Der Querschnitt des Drahts ist über dessen Länge im Rahmen der üblichen Fertigungstoleranzen
vorteilhaft konstant. Der Draht ist bevorzugt durch Ziehen hergestellt.
[0016] In alternativer Ausführung kann die Durchströmungseinheit anstatt eines Drahtkörpers
auch eine anders aufgebaute Durchströmungseinheit aufweisen.
[0017] Vorteilhaft beträgt der Drahtquerschnitt des mindestens einen Drahtkörpers, insbesondere
aller Drahtkörper der Abgasnachbehandlungseinrichtung, mindestens 0,07 mm
2. Weist der Draht einen runden Drahtquerschnitt auf, so beträgt der Durchmesser des
Drahts vorteilhaft mindestens 0,3 mm. Dadurch wird eine ausreichende Stabilität des
Drahtkörpers erreicht. Gleichzeitig wird eine große Oberfläche des Drahtkörpers erzielt,
so dass eine gute Partikelreduktion erreicht wird. Der Drahtquerschnitt des Drahtkörpers
beträgt vorteilhaft nicht mehr als 0,8 mm
2. Vorteilhaft beträgt der Durchmesser des Drahts bei einem runden Drahtquerschnitt
nicht mehr als 1 mm.
[0018] Vorteilhaft besteht der Draht des Drahtkörpers zumindest teilweise, insbesondere
vollständig aus einer Nickellegierung oder aus nichtrostendem Stahl. Nichtrostender
Stahl ist vorliegend insbesondere nichtrostender Stahl gemäß DIN EN 10 088.
[0019] Vorteilhaft beträgt die Dichte mindestens eines Drahtkörpers zumindest in dem von
Abgas durchströmten Bereich 0,6 g/cm
3 bis 2,0 g/cm
3. Bevorzugt beträgt die Dichte aller Drahtkörper der Abgasnachbehandlungseinrichtung
zumindest in dem von Abgas durchströmten Bereich 0,6 g/cm
3 bis 2,0 g/cm
3. Es hat sich gezeigt, dass bei einer Dichte des Drahtkörpers im angegebenen Bereich
eine gute Partikelreduktion erreicht werden kann. Die Dichte des Drahtkörpers steht
in engem Zusammenhang mit dem Anteil der Hohlräume des Drahtkörpers am gesamten Volumen
des Drahtkörpers. Die Dichte des Drahtkörpers beeinflusst dadurch den Strömungswiderstand
und die Verweildauer der Abgase im Drahtkörper. Liegt die Dichte im angegebenen Bereich,
so lassen sich günstige Werte für Strömungswiderstand und Verweildauer erzielen.
[0020] Es hat sich gezeigt, dass für eine gute Partikelreduktion das Volumen der Drahtkörper
relevant ist. Vorteilhaft beträgt die Summe der Volumina der durchströmten Bereiche
aller Drahtkörper der Durchströmungseinheit mindestens das 0,6fache des Hubraums des
Verbrennungsmotors.
[0021] Der Drahtkörper ist bevorzugt aus Metallgestrick ausgebildet. Bevorzugt ist der Drahtkörper
schneckenförmig aufgewickelt. Besonders bevorzugt ist der Drahtkörper eine schneckenförmig
aufgewickelte Metallgestrickmatte. In vorteilhafter Gestaltung ist der Drahtkörper
so im Abgasschalldämpfer angeordnet, dass die Wickelachse durch die stromauf liegende
Stirnseite und die stromab liegende Stirnseite des Drahtkörpers verläuft. Bei etwa
zylindrischer Form des Drahtkörpers kann so auf einfache Weise eine im Rahmen der
üblichen Fertigungstoleranzen konstante Dicke des Drahtkörpers über einen Großteil
des Querschnitts, insbesondere über den gesamten Querschnitt, erreicht werden. Vorteilhaft
verläuft die Wickelachse senkrecht zur stromauf liegenden Stirnseite und/oder zur
stromab liegenden Stirnseite des Drahtkörpers.
[0022] Der kleinste Querschnitt der Durchströmungseinheit beträgt in dem von Abgas durchströmten
Bereich der Durchströmungseinheit vorteilhaft mindestens 8 mm
2, insbesondere mindestens 12 mm
2 je Kubikzentimeter Hubraum des Verbrennungsmotors.
[0023] Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Abgasschalldämpfer einen Abgaseinlass in den
Abgasschalldämpfer und einen Abgasauslass aus dem Abgasschalldämpfer aufweist. Vorteilhaft
ist in jedem Strömungsweg vom Abgaseinlass zum Abgasauslass mindestens eine Durchströmungseinheit,
insbesondere mindestens ein Drahtkörper der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet.
Der Abgasschalldämpfer weist demnach in bevorzugter Gestaltung keinen Bypass zu dem
mindestens einen Drahtkörper auf. Abgas muss demnach zwangsweise durch mindestens
eine Durchströmungseinheit, insbesondere durch mindestens einen Drahtkörper der Abgasnachbehandlungseinrichtung
strömen. Dadurch wird eine gute Partikelreduktion sichergestellt. Es gibt vorteilhaft
keinen Strömungsweg vom Abgaseinlass zum Abgasauslass, der nicht durch zumindest eine
Durchströmungseinheit führt. Unter einem Strömungsweg wird vorliegend eine fluidische
Verbindung vom Abgaseinlass zum Abgasauslass des Abgasschalldämpfers verstanden. In
dem Abgasschalldämpfer können eine Vielzahl von Strömungswegen vom Abgaseinlass zum
Abgasauslass gebildet sein.
[0024] Um sicherzustellen, dass Abgase, die aus der Abgasnachbehandlungseinrichtung ausströmen,
im Abgasschalldämpfer ausreichend abkühlen können, ist vorteilhaft vorgesehen, dass
der zweite Schalldämpferraum ein Volumen aufweist, das mindestens 80% des Hubraums
des Verbrennungsmotors beträgt.
[0025] Der Verbrennungsmotor ist insbesondere ein gemischgeschmierter Verbrennungsmotor.
Besonders bevorzugt ist der Verbrennungsmotor ein Zweitaktmotor. Bei gemischgeschmierten
Verbrennungsmotoren enthält das Abgas Öltröpfchen, die in dem Drahtkörper konvertiert
werden können. Das Arbeitsgerät ist vorteilhaft derart ausgebildet, dass die Temperatur
des Abgasstroms an einer stromauf liegenden Seite der Abgasnachbehandlungseinrichtung
nach mindestens 2 Minuten Betriebszeit des Verbrennungsmotors bei Volllast von 450
°C bis 750 °C. Diese Temperatur kann beispielsweise durch geeignete Auslegung des
Verbrennungsmotors und/oder geeignete Anordnung der Abgasnachbehandlungseinrichtung
erreicht werden. Derartige Temperaturen werden insbesondere bei gemischgeschmierten
Verbrennungsmotoren in handgeführten Arbeitsgeräten, insbesondere bei Zweitaktmotoren,
erreicht. Es hat sich gezeigt, dass bei Temperaturen in diesem Temperaturbereich an
der stromauf liegenden Seite der Abgasnachbehandlungseinrichtung ausreichende Temperaturen
für eine gute Partikelreduktion vorliegen. Eine zusätzliche Aufheizung der Abgasnachbehandlungseinrichtung,
beispielsweise durch ein Heizelement oder durch katalytische Reaktion einer katalytisch
wirkenden Beschichtung von Teilen der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist daher nicht
zwingend erforderlich. Dadurch ergibt sich ein einfacher Aufbau des Arbeitsgeräts.
[0026] Für eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für ein handgeführtes Arbeitsgerät ist vorteilhaft
vorgesehen, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung mindestens eine Durchströmungseinheit,
insbesondere mindestens eine Durchströmungseinheit mit mindestens einem Drahtkörper
aus Metall, umfasst. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung weist keine katalytisch wirkende
Beschichtung auf. Demnach ist der Drahtkörper aus Metall nicht mit katalytischem Material
beschichtet. Der Drahtkörper weist keine Beschichtung auf oder die Beschichtung des
Drahtkörpers wirkt nicht katalytisch. Eine Beschichtung des Drahtkörpers umfasst insbesondere
kein Edelmetall. Dadurch ergibt sich ein einfacher, kostengünstiger Aufbau und die
den Drahtkörper verlassenden Abgase weisen eine vergleichsweise geringe Temperatur
auf.
[0027] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Schnittdarstellung durch eine Motorsäge,
- Fig. 2
- eine schematische Schnittdarstellung des Abgasschalldämpfers der Motorsäge aus Fig.
1,
- Fig. 3
- eine schematische perspektivische Darstellung der Abgasnachbehandlungseinrichtung
des Abgasschalldämpfers aus Fig. 2,
- Fig. 4
- eine schematische Darstellung eines Drahtkörpers,
- Fig. 5
- eine schematische Schnittdarstellung durch den Draht des Drahtkörpers aus Fig. 4,
- Fig. 6
- eine schematische Darstellung der Herstellung des Drahtkörpers.
[0028] Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel für ein handgeführtes Arbeitsgerät eine Motorsäge
1. Anstatt einer Motorsäge 1 kann das Arbeitsgerät auch ein Freischneider, Trennschleifer,
Blasgerät, Rasenmäher oder dergleichen Arbeitsgerät sein. Das handgeführte Arbeitsgerät
ist insbesondere ein handgetragenes Arbeitsgerät. Die Motorsäge 1 weist ein Gehäuse
2 auf, an dem ein Handgriff 3 gehalten ist. Am Handgriff 3 sind Bedienelemente für
die Motorsäge 1, im Ausführungsbeispiel ein Gashebel 4 und eine Gashebelsperre 5,
angeordnet. Die Motorsäge 1 weist eine Führungsschiene 6 auf, an der eine Sägekette
7 umlaufend angeordnet ist. Im Betrieb ist die Sägekette 7 von einem im Gehäuse 2
angeordneten Verbrennungsmotor 8 angetrieben. Der Verbrennungsmotor 8 ist vorteilhaft
ein gemischgeschmierter Verbrennungsmotor 8, im Ausführungsbeispiel ein Zweitaktmotor.
Der Verbrennungsmotor 8 kann auch ein anderer Verbrennungsmotor 8, insbesondere ein
gemischgeschmierter Viertaktmotor, sein.
[0029] Der Verbrennungsmotor 8 umfasst einen Luftfilter 9, über den im Betrieb Luft angesaugt
wird. Die Luft gelangt über einen Ansaugkanal 11 zu einem Kurbelgehäuse 15 des Verbrennungsmotors
8. Ein Abschnitt des Ansaugkanals 11 ist in einer Kraftstoffzuführeinrichtung 10,
beispielsweise einem Vergaser, ausgebildet. Auch eine andere Art der Zufuhr von Kraftstoff,
beispielsweise über ein Kraftstoffventil, kann vorgesehen sein. Auch ein anderer Ort
der Kraftstoffeinbringung, beispielsweise ins Kurbelgehäuse 15, kann vorgesehen sein.
[0030] Der Verbrennungsmotor 8 umfasst einen Zylinder 12, in dem ein Kolben 13 hin- und
hergehend gelagert ist. Der Kolben 13 begrenzt einen im Zylinder 12 ausgebildeten
Brennraum 14. Der Brennraum 14 ist über Überströmkanäle 19 im Bereich des unteren
Totpunkts des Kolbens 13, der in Fig. 1 dargestellt ist, mit dem Innenraum des Kurbelgehäuses
15 verbunden. Der Kolben 13 treibt über ein Pleuel 16 eine im Kurbelgehäuse 15 drehbar
gelagerte Kurbelwelle 17 an. Die Kurbelwelle 17 ist um eine Drehachse 18 drehbar gelagert.
In den Brennraum 14 ragt eine Zündkerze 20. Die Motorsäge 1 umfasst einen Abgasschalldämpfer
23. Aus dem Brennraum 14 führt eine Auslassöffnung 21, die über einen Auslasskanal
22 mit einem Abgaseinlass 24 des Abgasschalldämpfers 23 verbunden ist.
[0031] Im Betrieb saugt der als Zweitaktmotor ausgebildete Verbrennungsmotor 8 beim Aufwärtshub
des Kolbens 13 Kraftstoff/Luft-Gemisch durch den Ansaugkanal 11 in den Innenraum des
Kurbelgehäuses 15 an. Beim Abwärtshub des Kolbens 15 wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch
im Kurbelgehäuse 15 verdichtet. Sobald die Überströmkanäle 19 vom Kolben 13 zum Brennraum
14 geöffnet werden, strömt das Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Innenraum des Kurbelgehäuses
15 in den Brennraum 14 ein. Im Bereich des oberen Totpunkts zündet die Zündkerze 20
das Gemisch im Brennraum. Aufgrund der darauffolgenden Verbrennung wird der Kolben
13 wieder zurück in Richtung auf das Kurbelgehäuse 15 beschleunigt. Sobald der Kolben
13 die Auslassöffnung 21 öffnet, können Abgase aus dem Brennraum 14 ausströmen und
zum Abgasschalldämpfer 23 strömen. Sobald die Überströmkanäle 19 vom Kolben 13 zum
Brennraum 14 geöffnet werden, strömt frisches Kraftstoff/Luft-Gemisch für die nächste
Verbrennung nach.
[0032] Alternativ kann der Verbrennungsmotor 8 auch mit Spülvorlage arbeiten und zusätzlich
zum Ansaugkanal 11 einen oder mehrere Luftkanäle umfassen, über die in den Überströmkanälen
19 weitgehend kraftstofffreie Luft vorgelagert wird. Die vorgelagerte Luft trennt
beim Abwärtshub des Kolbens 13 Abgase aus der vorangegangenen Verbrennung von in den
Brennraum 14 einströmendem frischem Kraftstoff/Luft-Gemisch.
[0033] Der Abgasschalldämpfer 23 weist ein Schalldämpfergehäuse 32 auf, in dem ein erster
Schalldämpferraum 47 und ein zweiter Schalldämpferraum 48 ausgebildet sind. Der erste
Schalldämpferraum 47 ist stromauf des zweiten Schalldämpferraums 48 angeordnet. Im
Ausführungsbeispiel mündet der Abgaseinlass 24 in den ersten Schalldämpferraum 47.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass stromauf des ersten Schalldämpferraums weitere
Schalldämpferräume im Schalldämpfergehäuse 32 oder in einer anderen Einheit ausgebildet
sind. Der Abgasschalldämpfer 23 weist einen Abgasauslass 25 auf, aus dem Abgase aus
dem Abgasschalldämpfer 23 in die Umgebung ausströmen können. In mindestens einem Strömungsweg,
insbesondere in allen Strömungswegen zwischen dem zweiten Schalldämpferraum 48 und
der Austrittsöffnung 25 ist im Ausführungsbeispiel ein Funkenschutzsieb 33 angeordnet.
Das Funkenschutzsieb 33 kann beispielsweise ein einlagiges Gewebe aus Metalldraht
sein. Im Ausführungsbeispiel führt der Abgasauslass 25 aus dem zweiten Schalldämpferraum
48. In alternativer Ausführung können weitere Schalldämpferräume stromab des zweiten
Schalldämpferraums 48 vorgesehen sein. Es kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen
sein, dass weitere Schalldämpferräume zwischen dem ersten Schalldämpferraum 47 und
der Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 und/oder zwischen der Abgasnachbehandlungseinrichtung
26 und dem zweiten Schalldämpferraum 48 angeordnet sind.
[0034] Der erste Schalldämpferraum 47 und der zweite Schalldämpferraum 48 sind im Ausführungsbeispiel
von einer Trennwand 28 getrennt. Der Abgasschalldämpfer 23 weist eine Abgasnachbehandlungseinheit
26 auf. Im Ausführungsbeispiel ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 an der Trennwand
28 gehalten. Durch die Abgasnachbehandlungseinheit 26 strömen Abgase aus dem ersten
Schalldämpferraum 47 in den zweiten Schalldämpferraum 48. Im Ausführungsbeispiel ist
genau eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 vorgesehen, durch die Abgase vom ersten
Schalldämpferraum 47 zum zweiten Schalldämpferraum 48 strömen können. In alternativer
vorteilhafter Ausführung können mehrere Abgasnachbehandlungseinrichtungen 26 vorgesehen
sein. In vorteilhafter Ausführungsvariante sind mehrere Abgasnachbehandlungseinrichtungen
26 parallel zueinander angeordnet. Bei paralleler Anordnung von zwei Abgasnachbehandlungseinrichtungen
26 strömt ein Teilstrom des Abgasstroms durch die eine der Abgasnachbehandlungseinrichtungen
26 und ein anderer Teilstrom des Abgasstroms durch die andere der Abgasnachbehandlungseinrichtungen
26. Auch eine Anordnung mehrerer Abgasnachbehandlungseinrichtungen 26 hintereinander,
so dass zumindest ein Teilstrom des Abgasstroms erst durch die eine und dann durch
die andere Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 strömt, kann alternativ oder zusätzlich
vorteilhaft sein.
[0035] Die Trennwand 28 weist eine Öffnung 34 auf, die eine fluidische Verbindung zwischen
den Schalldämpferräumen 47 und 48 herstellt. Durch die Öffnung 34 ragt im Ausführungsbeispiel
die Abgasnachbehandlungseinrichtung 26. Auch eine andere Anordnung der Abgasnachbehandlungseinrichtung
26 an der Trennwand 28 kann vorteilhaft sein.
[0036] Der Verbrennungsmotor 8 und der Abgasschalldämpfer 23 sind so ausgebildet, dass die
Temperatur des Abgasstroms an der stromauf liegenden Seite der Abgasnachbehandlungseinrichtung
26 nach 2 Minuten Betriebszeit des Verbrennungsmotors 8 bei Volllast von 450°C bis
750°C beträgt. Dadurch ergeben sich vorteilhafte Temperaturen für die Umsetzung des
Abgases in der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
[0037] Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 umfasst eine Durchströmungseinheit 31, die
im Folgenden noch näher beschrieben wird. Im Ausführungsbeispiel umfasst die Abgasnachbehandlungseinrichtung
26 genau eine Durchströmungseinheit 31. In alternativer Ausführung kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung
26 mehrere Durchströmungseinheiten 31 umfassen.
[0038] Die Durchströmungseinheit 31 dient zur Partikelreduktion, also als Partikelkonverter.
In Abgasen von gemischgeschmierten Verbrennungsmotoren ist Schmieröl in Tröpfchenform
enthalten, das in der Durchströmungseinheit 31 zumindest teilweise konvertiert wird.
[0039] Das Volumen der Schalldämpferräume 47 und/oder 48 ist vorteilhaft größer als das
Volumen der Durchströmungseinheit 31. Vorteilhaft weist der zweite Schalldämpferraum
48 ein Volumen auf, das mindestens 80% des Hubraums des Verbrennungsmotors 8 beträgt.
Dadurch kann auf einfache Weise eine ausreichende Abkühlung der Abgase stromab der
Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 erfolgen, bevor die Abgase den Abgasschalldämpfer
23 durch den Abgasauslass 25 verlassen. Alternativ oder zusätzlich ist vorteilhaft
vorgesehen, dass der erste Schalldämpferraum 47 ein Volumen aufweist, das mindestens
80% des Hubraums des Verbrennungsmotors 8 beträgt.
[0040] Der Aufbau des Abgasschalldämpfers 23 wird im Folgenden anhand von Fig. 2 beschrieben.
Wie Fig. 2 zeigt, ist das Schalldämpfergehäuse 32 im Ausführungsbeispiel aus zwei
Teilschalen 49 und 50 ausgebildet, die an einem umlaufenden Rand 51 miteinander verbunden
sind. Die Teilschalen 49 und 50 können beispielsweise Tiefziehteile aus Blech sein,
die am Rand 51 umgebördelt sind. Im Schalldämpfergehäuse 32 verläuft die Trennwand
28. Im Ausführungsbeispiel ist die Trennwand 28 als Blech ausgebildet und ebenfalls
am Rand 51 fixiert. In der Öffnung 34 der Trennwand 28 ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung
26 angeordnet. Im Schalldämpfergehäuse 32 sind der erste Schalldämpferraum 47 und,
stromab des ersten Schalldämpferraums 47, der zweite Schalldämpferraum 48 ausgebildet.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 ist in mindestens einem Strömungsweg vom ersten
Schalldämpferraum 47 zum zweiten Schalldämpferraum 48 angeordnet. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung
26 ist im Ausführungsbeispiel so angeordnet, dass jeder Strömungsweg vom ersten Schalldämpferraum
47 zum zweiten Schalldämpferraum 48 durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 führt.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 weist ein Gehäuse 27 auf. In das Gehäuse 27
führen im Ausführungsbeispiel mehrere Einströmöffnungen 29.
[0041] Es kann auch eine einzige Einströmöffnung 29 vorgesehen sein. Im Ausführungsbeispiel
grenzen die Einströmöffnungen 29 an den ersten Schalldämpferraum 47 an. Aus dem Gehäuse
27 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 führen mehrere Ausströmöffnungen 30. Auch
eine einzige Ausströmöffnung 30 kann vorgesehen sein.
[0042] Im Gehäuse 27 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 ist die Durchströmungseinheit
31 angeordnet. Die Durchströmungseinheit 31 ist im Ausführungsbeispiel durch einen
einzigen Drahtkörper 41 gebildet. Wie Fig. 2 zeigt, weist die Durchströmungseinheit
31 eine erste, stromauf liegenden Stirnseite 36 und eine zweite, stromab liegenden
Stirnseite 37 auf. Die Abgase strömen in einer Hauptströmungsrichtung 35 durch die
Abgasnachbehandlungseinrichtung 26. Die Hauptströmungsrichtung 35 ist von der ersten
Stirnseite 36 zur zweiten Stirnseite 37 gerichtet. Im Drahtkörper 41 finden aufgrund
der Struktur des Drahtkörpers 41 Querströmungen statt. Dadurch sind eine Vielzahl
von Strömungswegen durch den Drahtkörper 41 möglich.
[0043] Im Ausführungsbeispiel ist der gesamte Drahtkörper 41 von Abgas durchströmt. Bei
einer alternativen Ausführung, bei der nicht der gesamte Drahtkörper 41 von Abgas
durchströmt ist, beziehen sich die nachfolgend angegebenen Abmessungen nur auf den
von Abgas durchströmten Bereich. Bereiche des Drahtkörpers 41 bzw. der Durchströmungseinheit
31, die nicht von Abgas durchströmt werden, werden nicht berücksichtigt.
[0044] Eine Dicke b der Durchströmungseinheit 31 beträgt in dem von Abgas durchströmten
Bereich vorteilhaft mindestens 10 mm, insbesondere mindestens 15 mm, bevorzugt mindestens
20 mm. Die Dicke b ist dabei von der stromauf liegenden Stirnseite 36 zu der stromab
liegenden Stirnseite 37 gemessen. Die Dicke b ist vorteilhaft parallel zur Hauptströmungsrichtung
35 gemessen. Die Dicke b ist im Ausführungsbeispiel, in dem die Stirnseiten 36 und
37 im Rahmen der Fertigungstoleranzen parallel zueinander verlaufen, senkrecht zu
den Stirnseiten 36 und 37 gemessen. Die Durchströmungseinheit 31 muss die angegebene
Dicke b dabei nicht über ihren gesamten Querschnitt aufweisen. Die Durchströmungseinheit
31 weist einen größten Querschnitt E auf, der in Fig. 2 mit gestrichelter Linie eingezeichnet
ist. Die Durchströmungseinheit 31 weist einen Bereich 45 auf. In dem Bereich 45 ist
die Dicke b im Ausführungsbeispiel im Rahmen der üblichen Fertigungstoleranzen konstant.
Der Bereich 45 ist in Fig. 2 schematisch von gestrichelten Linien begrenzt dargestellt.
Vorteilhaft weist die Durchströmungseinheit 31 die Dicke b von mindestens 10 mm über
zumindest 70%, insbesondere mindestens 80% ihres größten Querschnitts E im durchströmten
Bereich auf. Im Ausführungsbeispiel weist die Durchströmungseinheit 31 die Dicke b
über den gesamten Bereich 45 auf. Besonders bevorzugt beträgt die Dicke b der Durchströmungseinheit
31 in dem von Abgas durchströmten Bereich der Durchströmungseinheit 31 über den gesamten
Querschnitt mindestens 10 mm, insbesondere mindestens 15 mm. Der größte Querschnitt
E erstreckt sich vorteilhaft senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 35.
[0045] Bevorzugt ist die Durchströmungseinheit 31 durch einen einzigen Durchströmungskörper
41 ausgebildet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Durchströmungseinheit
31 durch mehrere Durchströmungskörper 41 gebildet ist.
[0046] Der Durchströmungskörper 41 weist eine Vielzahl von Hohlräumen auf, die ein Durchströmen
erlauben. Dies ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Der Durchströmungskörper 41
weist zumindest an den Stirnseiten 36 und 37 keine geschlossenen Oberflächen auf,
wie Fig. 4 zeigt. Die Durchströmungseinheit 31 umfasst im Ausführungsbeispiel den
Draht des zugeordneten Durchströmungskörpers 41 und die Hohlräume, die zwischen den
Abschnitten des Drahts gebildet sind. Die Durchströmungseinheit 31 bezeichnet den
Hüllkörper, der den Durchströmungskörper 41 umgibt und an dem der Durchströmungskörper
41 im Rahmen der Fertigungsgenauigkeit und der Gleichmäßigkeit von Größe und Verteilung
der Hohlräume gleichmäßig anliegt.
[0047] Wie die Figuren 2 und 3 zeigen, ist das Gehäuse 27 der Abgasnachbehandlungseinrichtung
26 durch zwei Teilschalen 38 und 39 gebildet. Die Teilschalen 38 und 39 sind fest,
insbesondere dichtend, miteinander verbunden. Die Durchströmungseinheit 31 ist vorteilhaft
in das Gehäuse 27 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 eingepresst.
[0048] Wie Fig. 3 zeigt, überlappen sich die Einströmöffnungen 29 und die Ausströmöffnungen
30 in Hauptströmungsrichtung 35 nicht. Dadurch müssen Abgase auf ihrem Weg durch die
Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 auch quer zur Hauptströmungsrichtung 35 strömen.
Dadurch wird die Verweildauer der Abgase in der Abgasnachbehandlungseinrichtung 29
erhöht. Auch eine andere Anordnung der Einströmöffnungen 29 und Ausströmöffnungen
30 kann vorteilhaft sein.
[0049] Die Durchströmungseinheit 31 ist durch den mindestens einen Drahtkörper 41 gebildet.
Fig. 4 zeigt schematisch eine mögliche Gestaltung des Drahtkörpers 41. Der Drahtkörper
41 ist im Ausführungsbeispiel aus Metallgestrick 42 aufgebaut, das in geeignete Form
gepresst wurde. Alternativ kann der Drahtkörper 41 auch aus einem Drahtgewirk, einem
Drahtgeflecht oder dgl. aufgebaut sein. Das Metallgestrick 42 ist aus einem Draht
43 ausgebildet.
[0050] Der Draht 43 ist in Fig. 5 schematisch im Querschnitt dargestellt. Der Draht 43 weist
im Ausführungsbeispiel einen runden Querschnitt mit einem Durchmesser d auf. Der Durchmesser
d beträgt vorteilhaft mindestens 0,3 mm. Die Querschnittsfläche A des Drahts 43 beträgt
vorteilhaft mindestens 0,07 mm
2. Diese Querschnittsfläche ist auch für einen Draht 43 vorteilhaft, der eine von der
runden Form abweichende Querschnittsform aufweist. Der Draht 43 besteht vorteilhaft
zumindest teilweise, insbesondere vollständig aus einer Nickellegierung oder aus nichtrostendem
Stahl.
[0051] Der Drahtkörper 41 ist vorteilhaft aus aufgewickeltem Metallgestrick 42 ausgebildet,
wie schematisch in Fig. 6 dargestellt ist. Wie durch den Pfeil 44 verdeutlicht, wird
das Metallgestrick 42 um eine Wickelachse 46 aufgewickelt. Das Metallgestrick 42 liegt
dabei vor dem Aufwickeln beispielsweise in Form einer Matte vor.
[0052] Wie Fig. 4 zeigt, erstreckt sich die Wickelachse 46 vorteilhaft von der ersten Stirnseite
36 zu der zweiten Stirnseite 37 der Durchströmungseinheit 31. Die Hauptströmungsrichtung
35 verläuft vorteilhaft parallel zur Wickelachse 46. Der Drahtkörper 41 weist in bevorzugter
Gestaltung näherungsweise zylindrische Form auf. Auch eine andere Form des Drahtkörpers
41 kann jedoch vorteilhaft sein. Der Drahtkörper 41 ist dabei vorteilhaft in geeignete
Form gepresst.
[0053] Um eine ausreichende Partikelreduktion zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Summe
der Volumina aller Drahtkörper 41 der Durchströmungseinheit 31 mindestens das 0,6fache
des Hubraums des Verbrennungsmotors 8 beträgt. Im Ausführungsbeispiel beträgt das
Volumen des Drahtkörpers 41 der Durchströmungseinheit 31 mindestens das 0,6fache des
Hubraums des Verbrennungsmotors 8. Sind nicht alle Bereiche des Drahtkörpers 41 durchströmt,
so beträgt die Summe der Volumina der durchströmten Bereiche aller Drahtkörper 41
der Durchströmungseinheit 31 mindestens das 0,6fache des Hubraums des Verbrennungsmotors
8.
[0054] Die Dichte des Drahtkörpers 41 beträgt zumindest in dem von Abgas durchströmten Bereich
0,6 g/cm
3 bis 2 g/cm
3. Dadurch wird ausreichender Kontakt der Abgase mit der Oberfläche des Drahtkörpers
41 sichergestellt. Vorteilhaft liegt die Dichte aller Drahtkörper 41 des Abgasschalldämpfers
23 in dem angegebenen Bereich. Im Ausführungsbeispiel wird der gesamte Drahtkörper
41 von Abgas durchströmt.
[0055] Die Durchströmungseinheit 31 weist erfindungsgemäß keine katalytisch wirkende Beschichtung
auf. Eine katalytisch wirkende Beschichtung ist dabei vorliegend eine Beschichtung,
die als Katalysator wirkt, die also die Aktivierungsenergie für die chemische Umsetzung
der Abgase senkt und dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht. Eine katalytische
Beschichtung ist insbesondere eine Beschichtung mit Edelmetall, die überwiegend zum
Konvertieren von Kohlenwasserstoffen und/oder Stickoxiden dient. Keine Durchströmungseinheit
41 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 ist mit katalytisch wirkender Beschichtung
versehen.
[0056] Der Drahtkörper 41 der Durchströmungseinheit 31 ist im Ausführungsbeispiel mit einem
Washcoat beschichtet. Ein Washcoat ist vorliegend eine Beschichtung, die die Oberfläche
vergrößert, ohne die Aktivierungsenergie für die chemische Umsetzung zu senken. Ein
Washcoat ist demnach keine katalytisch wirkende Beschichtung im Sinne der vorliegenden
Schrift. Beispielsweise kann der Washcoat aus Aluminiumoxid sein.
1. Handgeführtes Arbeitsgerät mit einem Verbrennungsmotor (8) und mit einem Abgasschalldämpfer
(23), in dem ein erster Schalldämpferraum (47) und ein zweiter Schalldämpferraum (48)
ausgebildet sind, wobei der Abgasschalldämpfer (23) eine Abgasnachbehandlungseinrichtung
(26) umfasst, die mindestens eine Durchströmungseinheit (31) umfasst, wobei die Durchströmungseinheit
(31) in einem Strömungsweg von dem ersten Schalldämpferraum (47) in den zweiten Schalldämpferraum
(48) angeordnet ist, wobei die von einer stromauf liegenden Stirnseite (36) zu einer
stromab liegenden Stirnseite (37) der Durchströmungseinheit (31) gemessene Dicke (b)
der Durchströmungseinheit (31) in dem von Abgas durchströmten Bereich der Durchströmungseinheit
(31) zumindest über 70% des größten Querschnitts (E) mindestens 10 mm beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung (26) keine katalytisch wirkende Beschichtung
aufweist.
2. Arbeitsgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Durchströmungseinheit (31) zumindest teilweise mit einem Washcoat
beschichtet ist.
3. Arbeitsgerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmungseinheit (31) mindestens einen Drahtkörper (41) aus Metall umfasst.
4. Arbeitsgerät nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtquerschnitt des mindestens einen Drahtkörpers (41), insbesondere aller Drahtkörper
(41) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (26), mindestens 0,07 mm2 beträgt.
5. Arbeitsgerät nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Draht des Drahtkörpers (41) zumindest teilweise aus einer Nickellegierung oder
aus nichtrostendem Stahl besteht.
6. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte mindestens eines, insbesondere aller Drahtkörper (41) zumindest in dem
von Abgas durchströmten Bereich 0,6 g/cm3 bis 2 g/cm3 beträgt.
7. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Volumina der durchströmten Bereiche aller Drahtkörper (41) der Durchströmungseinheit
(31) mindestens das 0,6fache des Hubraums des Verbrennungsmotors (8) beträgt.
8. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtkörper (41) aus Metallgestrick (42) ausgebildet ist.
9. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtkörper (41) schneckenförmig aufgewickelt ist.
10. Arbeitsgerät nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtkörper (41) so im Abgasschalldämpfer (23) angeordnet ist, dass die Wickelachse
(46) durch die stromauf liegende Stirnseite (36) und die stromab liegende Stirnseite
(47) des Drahtkörpers (41) verläuft.
11. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste Querschnitt der Durchströmungseinheit (31) in dem von Abgas durchströmten
Bereich der Durchströmungseinheit (31) mindestens 8 mm2 je Kubikzentimeter Hubraum des Verbrennungsmotors (8) beträgt.
12. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasschalldämpfer (23) einen Abgaseinlass (24) in den Abgasschalldämpfer (23)
und einen Abgasauslass (25) aus dem Abgasschalldämpfer (23) aufweist und dass in jedem
Strömungsweg vom Abgaseinlass (24) zum Abgasauslass (25) mindestens eine Durchströmungseinheit
(31), insbesondere mindestens ein Drahtkörper (41) der Abgasnachbehandlungseinrichtung
(26) angeordnet ist.
13. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schalldämpferraum (48) ein Volumen aufweist, das mindestens 80% des Hubraums
des Verbrennungsmotors (8) beträgt.
14. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (8) ein gemischgeschmierter Verbrennungsmotor (8), insbesondere
ein Zweitaktmotor ist.
15. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsgerät (1) derart ausgebildet ist, dass die Temperatur eines Abgasstroms
an der stromauf liegenden Seite der Abgasnachbehandlungseinrichtung (26) nach mindestens
2 Minuten Betriebszeit des Verbrennungsmotors (8) bei Volllast von 450°C bis 750°C
beträgt.
16. Abgasnachbehandlungseinrichtung für ein handgeführtes Arbeitsgerät nach einem der
Ansprüche 1 bis 15, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung (26) mindestens eine
Durchströmungseinheit (31), insbesondere mindestens eine Durchströmungseinheit (31)
mit mindestens einem Drahtkörper (41) aus Metall, umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung (26) keine katalytische Beschichtung aufweist.