DE102008029110A1

DE102008029110A1 - Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung

Info

Publication number: DE102008029110A1
Application number: DE102008029110A
Authority: DE
Inventors: Silvia Calvo
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2009-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung (7) für eine Abgasanlage (3) einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Ringkörper (8), der nach innen abstehende Schaufeln (9) aufweist und der mit Halteelementen (11) in einem abgasführenden Rohr (10) der Abgasanlage (3) an einer Rohrwand (12) befestigbar ist. Eine Verbesserung der Effektivität lässt sich erzielen, wenn die Halteelemente (11) den Ringkörper (8) im Einbauzustand der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung (7) zur Ausbildung einer zentralen Beschaufelung (13) im Rohr (10) beabstandet zur Rohrwand (12) positionieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einer derartigen Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung ausgestattete Abgasanlage.
Bei Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen kann es aus unterschiedlichen Gründen erforderlich sein, ein flüssiges Edukt in den Abgasstrom einzudüsen. Beispielsweise kann Kraftstoff stromauf eines Oxidationskatalysators in den Abgasstrom eingespritzt werden, um an dem stromab nachfolgenden Oxidationskatalysator eine exotherme Verbrennungsreaktion auszulösen. Ebenso kann beispielsweise ein Reduktionsmittel, wie zum Beispiel Ammoniak, in den Abgasstrom eingespritzt werden, um in einem nachfolgend angeordneten SCR-Katalysator vom Abgas mitgeführte Stickoxide zu reduzieren. Anstelle von Ammoniak kann auch Harnstoff bzw. eine wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrom eingespritzt werden. Durch eine Hydrolysereaktion entstehen aus der Harnstoff-Wasser-Lösung dann Ammoniak und Wasser. Ferner kann ein Kraftstoff oder ein anderes geeignetes Reduktionsmittel stromauf eines NOX-Speicherkatalysators in die Abgasströmung eingespritzt werden, um den NOX-Speicherkatalysator zu regenerieren.
Um die Wirkungsweise des in flüssiger Form in den Abgasstrang eingespritzten Edukts zu verbessern bzw. zu ermöglichen, ist eine weitgehende Verdampfung ebenso erstrebenswert wie eine intensive Durchmischung mit dem Abgas, was zu einem möglichst homogenen Abgas-Edukt-Gemisch führt. Hierzu kann die Abgasanlage mit einer im Abgasstrang stromab der Einspritzeinrichtung angeordneten Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung ausgestattet sein.
Je nach verwendeter Einspritzeinrichtung kann das Edukt in Form eines Flüssigkeitsstrahls eingebracht werden, der sich kegelförmig aufweitet. Bei niedrigen Motorlasten herrschen im Abgasstrang niedrige Abgastemperaturen und geringe Strömungsgeschwindigkeiten. In der Folge kann der Flüssigkeitsstrahl auf eine entsprechende Struktur der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung auftreffen. Je nach Ausgestaltung der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung kann der Flüssigkeitsstrahl zumindest teilweise die jeweilige Struktur der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung ungehindert durchdringen und dann in flüssiger Form zu einer Abgasbehandlungseinrichtung gelangen, bei der an sich die eingedüste Flüssigkeit nur in Form eines möglichst homogenen Gasgemischs ankommen soll. Eine reduzierte Wirkungsweise sowie die Gefahr von Beschädigungen sind die Folge.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung bzw. für eine damit ausgestattete Abgasanlage eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Verdampfungswirkung auszeichnet. Zusätzlich kann eine preiswerte Herstellbarkeit erwünscht sein.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einem Abgas führenden Rohr der Abgasanlage einen Ringkörper mit nach innen abstehenden Schaufeln beabstandet zu einer Rohrwand anzuordnen, um im Rohr eine zentrale Beschaufelung auszubilden. Diese Bauweise beruht auf der Überlegung, dass in einem zentralen Querschnittsbereich des abgasführenden Rohrs eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit vorherrscht. Zum einen werden dadurch die Schaufeln der zentralen Beschaufelung intensiv angeströmt, wodurch eine Verdampfungswirkung für einen auf die Schaufeln der Beschaufelung auftreffenden Eduktstrahl verbessert ist. Zum anderen erzeugt die zentrale Beschaufelung in diesem Kernbereich der Abgasströmung einen erhöhten Durchströmungswiderstand, was zu einer Homogenisierung des Geschwindigkeitsprofils im Abgas führt. Das homogenisierte Geschwindigkeitsprofil unterstützt eine intensive Durchmischung von Abgas und verdampftem Edukt. Des Weiteren bewirken die Schaufeln eine intensive Verwirbelung der Abgasströmung, was ebenfalls zur Homogenisierung des Abgas-Edukt-Gemischs beiträgt. Darüber hinaus besitzt die vorgeschlagene Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung eine vergleichsweise einfach aufgebaute Struktur, wodurch sie sich entsprechend preiswert herstellen lässt. Zweckmäßig wird der eingespritzte Eduktstrahl auf die zentrale Beschaufelung ausgerichtet, so dass er im Idealfall nur innerhalb der zentralen Beschaufelung auf die Schaufeln des Ringkörpers trifft, wodurch ein Durchschlag flüssigen Edukts durch die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung vermieden bzw. reduziert wird.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest eine Tragstruktur vorgesehen sein, die wenigstens einen Schaufelabschnitt und wenigstens einen Halteabschnitt aufweist. Der jeweilige Schaufelabschnitt besitzt zumindest einen Teil des Ringkörpers sowie mindestens einen Teil der Schaufeln, während der Halteabschnitt zumindest ein Halteelement bildet, mit dessen Hilfe der Ringkörper im Einbauzustand beabstandet zur Rohrwand positioniert werden kann. Durch diese Bauweise ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau für die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung. Besonders preiswert ist eine Weiterbildung, bei welcher die jeweilige Tragstruktur mit den zugehörigen Schaufeln aus einem einzigen Blechkörper durch Umformen hergestellt ist.
Dabei ist es entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung möglich, die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung mit genau einer einzigen solchen Tragstruk tur herzustellen, die dann zumindest zwei sich zum Ringkörper ergänzende Schaufelabschnitte und zumindest zwei Halteabschnitte aufweist. Durch diese einteilige Bauweise kann die Montage der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung vereinfacht werden.
Alternativ kann die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung auch zwei oder mehr derartige Tragstrukturen aufweisen, die jeweils einen Schaufelabschnitt und zwei beiderseits des Schaufelabschnitts angeordnete Halteabschnitte aufweisen, wobei sich die Schaufelabschnitte der Tragstrukturen im Einbauzustand zum Ringkörper ergänzen. Durch diese mehrteilige Bauweise kann durch geschickte Anordnung und Ausgestaltung der Halteabschnitte gegenüber der einteiligen Bauform eine gewisse Materialeinsparung realisiert werden, wodurch die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung ein geringeres Gewicht und reduzierte Materialkosten aufweist.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher die wenigstens eine Tragstruktur so ausgestaltet ist, dass sie im Einbauzustand einen schaufellosen Ringbereich ausbildet, der die zentrale Beschaufelung in Umfangsrichtung umschließt. Durch diese Bauweise ergibt sich ein besonders geringer Einfluss auf den radial äußeren Bereich der Abgasströmung. Durch die zentrale Beschaufelung und den damit einhergehenden Druckanstieg im Kernbereich der Abgasströmung lässt sich eine Homogenisierungswirkung für das Geschwindigkeitsprofil realisieren.
Alternativ ist es ebenso möglich, die jeweilige Tragstruktur so auszugestalten, dass am jeweiligen Halteabschnitt mehrere nach innen abstehende äußere Schaufeln ausgebildet sind. Diese können beispielsweise zwischen axialen Enden der jeweiligen Tragstruktur nach innen ausgestellt sein. Diese äußeren Schaufeln ermöglichen eine Verwirbelung auch im äußeren Strömungsbereich, was zur Homogenisierung des Abgas-Edukt-Gemischs beiträgt.
Bei einer anderen Ausführungsform können Halteelemente, mit denen der Ringkörper im Einbauzustand zur Ausbildung der zentralen Beschaufelung beabstandet zur Rohrwand positioniert wird, durch weitere Schaufeln gebildet werden, die vom Ringkörper nach außen abstehen. Mit Hilfe dieser äußeren Schaufeln kann auch eine Verwirbelung der äußeren Strömungsbereiche realisiert werden, was zur Homogenisierung des Abgas-Edukt-Gemischs beitragen kann. Gleichzeitig erhalten die Halteelemente durch ihre Ausbildung als nach außen abstehende Schaufeln eine Doppelfunktion.
Besonders vorteilhaft ist auch hier eine Ausführungsform, bei welcher der Ringkörper mit den inneren Schaufeln und mit den äußeren Schaufeln aus einem einzigen Blechkörper durch Umformen hergestellt ist. Diese integrierte oder einteilige Bauweise ist vergleichsweise preiswert realisierbar und vereinfacht die Montage.
Vorzugsweise bilden die inneren Schaufeln im Einbauzustand eine zentrale innere Beschaufelung, während die äußeren Schaufeln im Einbauzustand eine ringförmige äußere Beschaufelung bilden, welche die innere Beschaufelung in Umfangsrichtung umschließt. Die beiden Beschaufelungen lassen sich insbesondere unterschiedlich ausgestalten, wodurch gezielt eine Adaption an die im Einbauzustand herrschenden Strömungsbedingungen, insbesondere Geschwindigkeitsprofile, realisierbar ist. Beispielsweise kann die innere Beschaufelung mit einem größeren Durchströmungswiderstand ausgestattet werden als die äußere Beschaufelung, wodurch die Homogenisierung des Geschwindigkeitsprofils unterstützt wird. Des Weiteren können die beiden Beschaufelungen jeweils zum Erzeugen eines Dralls ausgestaltet werden. Eine derartige Drallströmung kann zur Homo genisierung des Abgas-Edukt-Gemischs beitragen. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher die beiden Beschaufelungen Drallströmungen mit unterschiedlicher Drallrichtung generieren. Hierdurch kann zwischen der zentralen inneren Drallströmung und der ringförmigen äußeren Drallströmung eine ringförmige Scherrströmung ausgebildet werden, in der eine intensive Durchmischung stattfindet.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
1 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer Abgasanlage,
2–6 jeweils eine stark vereinfachte Axialansicht einer Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung,
7 eine Draufsicht auf einen Blechkörper zur Herstellung einer Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung gemäß den 2–6,
8 eine Axialansicht einer weiteren Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung,
9 eine perspektivische Ansicht der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung der 8,
10 eine Draufsicht auf einen Blechkörper zur Herstellung der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung gemäß den 8 und 9,
11 eine Axialansicht einer anderen Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung,
12 eine perspektivische Ansicht der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung der 11,
13 eine Draufsicht auf einen Blechkörper zur Herstellung der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung gemäß den 11 und 12.
Entsprechend 1 weist eine Brennkraftmaschine 1, die beispielsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann, zur Versorgung mit Frischgas, vorzugsweise Luft, eine Frischgasanlage 2 und zum Abführen von Abgas eine Abgasanlage 3 auf. Eine derartige Abgasanlage 3 umfasst einen Abgasstrang 4, der im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 das dort entstehende Abgas von der Brennkraftmaschine 1 abführt. Die Abgasanlage 3 kann zumindest eine Abgasbehandlungseinrichtung 5 aufweisen, die im Abgasstrang 4 angeordnet ist. Bei dieser Abgasbehandlungseinrichtung 5 kann es sich zum Beispiel um einen Oxidations katalysator, um einen NOX-Speicherkatalysator, um eine Hydrolysereaktor, um einen SCR-Katalysator oder um ein Partikelfilter handeln. Ebenso können einzelne oder mehrere der genannten Einrichtungen in einem gemeinsamen Gehäuse, insbesondere in Verbindung mit einem Schalldämpfer untergebracht sein. Ferner weist die Abgasanlage 3 eine Einspritzeinrichtung 6 auf, die dazu ausgestaltet ist, ein flüssiges Edukt in den Abgasstrang 4 einzuspritzen. Dabei ist die Einspritzeinrichtung 6 im Abgasstrang 4 stromauf der Abgasbehandlungseinrichtung 5 angeordnet. Beim flüssigen Edukt kann es sich vorzugsweise um Kraftstoff handeln, insbesondere um den gleichen Kraftstoff, mit dem auch die Brennkraftmaschine 1 betrieben wird. Ferner kann es sich beim Edukt auch um Ammoniak oder um Harnstoff bzw. um eine wässrige Harnstofflösung handeln. Sofern eine Kraftstoffinjektion vorgesehen ist, handelt es sich bei der unmittelbar stromab zur Einspritzeinrichtung 6 benachbarten Abgasbehandlungseinrichtung 5 vorzugsweise um einen Oxidationskatalysator, an dem eine Umsetzung des Kraftstoffs in Wärme erfolgt, beispielsweise um den Oxidationskatalysator auf seine Betriebstemperatur zu bringen oder um ein stromab des Oxidationskatalysators angeordnetes Partikelfilter auf eine Regenerationstemperatur aufzuheizen. Sofern die Einspritzeinrichtung 6 zum Einspritzen von Ammoniak ausgestaltet ist, kann es sich bei der nachfolgenden Abgasbehandlungseinrichtung 5 um einen SCR-Katalysator handeln. Sofern Harnstoff oder eine Harnstoff-Wasser-Lösung eingedüst wird, kann es sich bei der unmittelbar stromab folgenden Abgasbehandlungseinrichtung 5 vorzugsweise um einen Hydrolysereaktor oder Hydrolyse-Katalysator handeln, in dem der Harnstoff in Ammoniak umgesetzt wird, um einen nachfolgenden SCR-Katalysator mit Ammoniak zu versorgen. Ebenso kann auf die Einspritzeinrichtung 6 direkt eine als SCR-Katalysator ausgestaltete Abgasbehandlungseinrichtung 5 folgen, in der zusätzlich die Hydrolysereaktion abläuft. Darüber hinaus sind noch beliebige andere Anwendungen für die Einspritzung eines flüssigen Edukts in den Abgasstrang 4 unmittelbar stromab einer Abgasbehandlungseinrichtung 5 denkbar.
Gemäß 1 wird für die Eindüsung des Edukts eine axiale Ausrichtung des Eduktstrahls bevorzugt, was zum Beispiel exemplarisch durch eine entsprechende Biegung im Abgasstrang 4 realisierbar ist. Um das eingespritzte, flüssige Edukt möglichst rasch und möglichst vollständig im Abgas verdampfen zu können und um das verdampfte Edukt möglichst homogen mit dem Abgas zu vermischen, ist die Abgasanlage 3 mit einer Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung 7 ausgestattet, die im Abgasstrang 4 stromab der Einspritzeinrichtung 6 und zweckmäßig stromauf oder unmittelbar an oder in der zur Einspritzeinrichtung 6 benachbarten Abgasbehandlungseinrichtung 5 angeordnet ist. Bevorzugte Ausführungsformen der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung 7, die im Folgenden auch abgekürzt mit Einrichtung 7 bezeichnet wird, werden im Folgenden mit Bezug auf die 2 bis 13 näher erläutert.
Entsprechend den 2 bis 13 umfasst eine solche Einrichtung 7 einen Ringkörper 8, der nach innen abstehende Schaufeln 9 aufweist. Im Einbauzustand ist die Einrichtung 7 in einem Rohr 10 angeordnet, das in den 2 bis 6, 8 und 11 durch eine unterbrochene Linie angedeutet ist. Besagtes Rohr 10 bildet dabei einen Bestandteil des Abgasstrangs 4 bzw. der Abgasanlage 3 und ist im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 von Abgas durchströmt bzw. abgasführend.
Der Ringkörper 8 ist im eingebauten Zustand mit Halteelementen 11 an einer Wand 12 des Rohrs 10 befestigt. Der Ringkörper 8 besitzt einen kleineren Querschnitt als das Rohr 10. Beispielsweise beträgt die Querschnittsfläche des Ringkörpers 8 etwa ein Viertel der Querschnittsfläche des Rohrs 10. Die Halteelemente 11 sind nun so ausgestaltet, dass sie den Ringkörper 8 im Einbauzustand beabstandet zur Rohrwand 12 positionieren, so dass eine zentrale Beschaufelung 13 mit den inneren Schaufeln 9 im Rohr 10 entsteht.
Die Einrichtung 7 weist entsprechend den Ausführungsformen der 2 bis 7 und 11 bis 13 zur Realisierung des Ringkörpers 8 und der Halteelemente 11 zumindest eine Tragstruktur 14 auf. Diese Tragstruktur 14 weist zumindest einen Schaufelabschnitt 15 und zumindest einen Halteabschnitt 16 auf. Der jeweilige Schaufelabschnitt 15 weist dann einen Teil des Ringkörpers 8 sowie einen Teil der Schaufeln 9 auf. Der jeweilige Halteabschnitt 16 bildet dabei zumindest eines der Halteelemente 11. Bei den Ausführungsformen der 2, 3, 6 und 11 bis 13 weist die Einrichtung 7 jeweils nur eine einzige solche Tragstruktur 14 auf. Sofern nur eine solche Tragstruktur 14 vorhanden ist, weist sie zumindest zwei Schaufelabschnitte 15 auf, die sich zum Ringkörper 8 ergänzen. Ferner weist die einzige Tragstruktur 14 zumindest zwei Halteabschnitte 16 auf. Zumindest einer dieser Halteabschnitte 16 ist dabei zwischen zwei Schaufelabschnitten 15 angeordnet. Bei den Ausführungsformen der 2, 3, 6 und 11 bis 13 umfasst die einzige Tragstruktur 14 jeweils genau zwei Schaufelabschnitte 15 und genau zwei Halteabschnitte 16.
Im Unterschied dazu sind bei den Ausführungsformen der 4 und 5 jeweils genau zwei derartige Tragstrukturen 14 vorgesehen. Die beiden Tragstrukturen 14 weisen dabei jeweils einen Schaufelabschnitt 15 sowie zwei Halteabschnitte 16 auf, die beiderseits des jeweiligen Schaufelabschnitts 15 angeordnet sind. Auch hier ergänzen sich die Schaufelabschnitte 15 der beiden verschiedenen Tragstrukturen 14 im Einbauzustand zum Ringkörper 8. Es ist klar, dass bei anderen Ausführungsformen auch mehr als zwei derartige Tragstrukturen 14 vorgesehen sein können.
Unabhängig davon, ob die jeweilige Einrichtung 7 genau eine oder genau zwei oder mehr als zwei Tragstrukturen 14 aufweist, sind Ausführungsformen besonders vorteilhaft, bei denen die jeweilige Tragstruktur 14 mit den zugehörigen Schaufeln 9 aus einem einzigen Blechkörper 14' durch Umformen hergestellt ist.
Ein derartiger Blechkörper 14' ist beispielsweise in 7 vor dem Umformen exemplarisch dargestellt. Erkennbar zeigt der dargestellte Blechkörper 14' unterschiedliche Längsabschnitte, die nach dem Umformen an der fertigen Tragstruktur 14 dann den jeweiligen Schaufelabschnitt 15 bzw. den jeweiligen Halteabschnitt 16 bilden. Beispielsweise sind am Blechkörper 14' zwei Schaufelabschnitte 15 und drei Halteabschnitte 16 erkennbar. Die Längenverhältnisse sind dabei nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. Der in 7 gezeigte Blechkörper 14' dient zur Herstellung einer Tragstruktur 14 entsprechend den 2, 3 oder 6, bei welcher die Tragstruktur 14 die einzige Tragstruktur 14 ist und die gesamte Einrichtung 7 bildet. Erkennbar sind je zwei Halteabschnitte 16 beiderseits der beiden Schaufelabschnitte 15 angeordnet. Einer der Halteabschnitte 16 ist zwischen den beiden benachbarten Schaufelabschnitten 15 angeordnet. Jeder Schaufelabschnitt 15 weist im Beispiel vier Schaufeln 9 auf, die durch freigeschnittene, seitlich abstehende Streifen gebildet werden, die hierzu noch gegenüber einem Grundkörper 17 des insgesamt bandförmigen Blechkörpers 14' abgewinkelt werden müssen.
Entsprechend den Ausführungsformen 2 bis 7 und 11 bis 13 weist der jeweilige Halteabschnitt 16 jeweils einen Fixierbereich 18 auf, der im Einbauzustand am Rohr 10 befestigt ist. Entsprechende Befestigungsstellen sind dabei durch Kreuze symbolisiert und mit 19 bezeichnet. Die Befestigungsstellen 19 können dabei Lötstellen oder Schweißstellen sein. Ferner weist der jeweilige Halteabschnitt 16 jeweils einen Positionierbereich 20 auf, der im Einbauzustand den zugehörigen Fixierbereich 18 mit dem jeweiligen Schaufelabschnitt 15 verbindet. Der Positionierbereich 20 dient somit zur Positionierung des jeweiligen Schaufelabschnitts 15 beabstandet zur Rohrwand 12. Bei den hier gezeigten Ausführungsformen sind zumindest einige dieser Fixierbereiche 18 jeweils komplementär zur Rohrwand 12 geformt, so dass sie sich im Einbauzustand entlang eines Umfangssegments an der jeweiligen Rohrwand 12 anlegen können. Bei der in den 2, 11 und 12 gezeigten Ausführungsformen erstrecken sich die Fixierbereiche 18 der beiden Halteabschnitte 16 jeweils entlang eines Umfangssegments um etwa 180°. Bemerkenswert ist im Hinblick auf 2 und 11 noch der Umstand, dass hier der eine Halteabschnitt 16 zwei Positionierbereiche 20 aufweist.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ist einer der beiden Halteabschnitte 16 so geformt, dass sein Fixierbereich 18 lediglich entlang eines Umfangssegments von etwa 90° an der Rohrwand 12 anliegt. Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform weisen die beiden Halteabschnitte 16 jeweils einen Fixierbereich 18 auf, der sich entlang eines Umfangssegments von etwa 90° an der Rohrwand 12 abstützt. Des Weiteren sind hier außerdem zwei Halteabschnitte 16 dargestellt, die punktförmige oder linienförmige Fixierbereiche 18 aufweisen, die quasi in der Verbindungsstelle 19 an der Rohrwand 12 enden und sich dementsprechend nicht in Umfangsrichtung der Rohrwand 12 erstrecken. Dementsprechend fallen hier die Fixierbereiche 18 mit den Befestigungsstellen 19 zusammen.
Bei den Ausführungsformen der 5 und 6 sind ebenfalls unterschiedlich geformte Fixierbereiche 18 erkennbar.
Bei den Ausführungsformen der 11 und 12 erstrecken sich die Halteabschnitte 16 bzw. die Fixierbereiche 18 wieder etwa um 180° und liegen in einem entsprechenden Umfangssegment an der Rohrwand 12 an.
Bei den hier gezeigten Ausführungsformen sind die Positionierbereiche 20 jeweils durch einen Steg gebildet, der den jeweiligen Fixierbereich 18 mit dem jeweiligen Schaufelabschnitt 15 verbindet. Diese Stege, die im Folgenden ebenfalls mit 20 bezeichnet werden, erstrecken sich beispielsweise geradlinig. Sie erstrecken sich quer zur Hauptströmungsrichtung bzw. quer zur Längsmittelachse des Rohrs 10.
Des Weiteren erstrecken sich die Stege 20 bevorzugt radial zur Längsmittelachse des Rohrs 10.
Bei den Ausführungsformen der 2 bis 7 sind die Tragstrukturen 14 bzw. ist die jeweilige Tragstruktur 14 so ausgestaltet, dass im Einbauzustand der Einrichtung 7 ein schaufelloser Ringbereich 21 entsteht, der die zentrale Beschaufelung 13 in Umfangsrichtung umschließt. Besagter Ringbereich 21 kann dabei durch die Halteabschnitte 16 bzw. durch deren Positionierbereiche 20 unterbrochen bzw. geteilt oder segmentiert sein. Der schaufellose Ringbereich 21, der sich in der Umfangsrichtung zwischen den Stegen 20 bzw. zwischen den Positionierbereichen 20 erstreckt, besitzt einen im Vergleich zur Beschaufelung 13 reduzierten Beströmungswiderstand. Bei einer anderen Ausführungsform ist es grundsätzlich denkbar, die Positionierbereiche 20 bzw. die Stege 20 als Schaufeln auszugestalten, die gegenüber der Axialrichtung angestellt sind. Zusätzlich oder alternativ ist auch eine Ausführungsform denkbar, bei der an den Schaufelabschnitten 15 außerdem nach außen abstehende Schaufeln angeordnet sind und/oder bei der an den Halteabschnitten 16 bzw. an den Fixierbereichen 18 weitere nach innen abstehende Schaufeln angeordnet sind. Diese weiteren Schaufeln können dabei entgegengesetzt zu den Schaufeln 9 der Beschaufelung 13 gegenüber der Axialrichtung angestellt sein, wodurch zwei gegensinnig rotierende Drallströmungen erzeugt werden können. Die vorstehend beschriebenen Varianten mit an den Halteabschnitten 16 bzw. an den Fixierbereichen 18 ausgebildeten, nach innen abstehenden äußeren Schaufeln ergeben die Ausführungsformen der 11 bis 13, die weiter unten noch näher beschrieben sind.
Bei den Ausführungsformen der 2 bis 4 besitzt das Rohr 10 einen kreisförmigen Querschnitt. Der Ringkörper 8 ist hier ebenfalls mit einem kreisförmigen Querschnitt versehen. Bei den Ausführungsformen der 5 und 6 besitzen sowohl das Rohr 10 als auch der Ringkörper 8 jeweils einen ovalen oder ellipti schen Querschnitt. Grundsätzlich sind auch andere Querschnittsgeometrien für den Ringkörper 8 und/oder für das Rohr 10 denkbar.
Die in den 8 bis 10 gezeigte Ausführungsform der Einrichtung 7 unterscheidet sich von den in den 2 bis 7 und 11 bis 13 gezeigten Ausführungsformen der Einrichtung 7 dadurch, dass entsprechend den 8 bis 10 die Halteelemente 11 selbst als Schaufeln ausgebildet sind, die im Folgenden mit 11 bezeichnet werden. Diese zusätzlichen Schaufeln 11 stehen dabei vom Ringkörper 8 nach außen ab und werden im Folgenden auch als äußere Schaufeln 11 bezeichnet. Die äußeren Schaufeln 11 erstrecken sich bis zur Rohrwand 12 und dienen zur Fixierung der Einrichtung 7 im Rohr 10. Dabei kann es grundsätzlich ausreichend sein, die äußeren Schaufeln 11 unter einer entsprechenden radialen Vorspannung in das Rohr 10 einzupressen. Bevorzugt sind jedoch Lötverbindungen oder Schweißverbindungen. Zusätzliche Halteelemente sind bei der in den 8 bis 10 gezeigten Ausführungsform nicht erforderlich.
Die in den 11 bis 13 gezeigte Ausführungsform ist eine Weiterbildung der in den 2 bis 7 gezeigten Ausführungsformen, bei welcher anstelle eines schaufellosen Ringbereichs 21 weitere Schaufeln 27 vorgesehen sind, die am jeweiligen Halteelement 11 bzw. am jeweiligen Halteabschnitt 16, insbesondere an dessen Fixierbereich 18 und somit an der jeweiligen Tragstruktur 14 ausgebildet sind. Dabei stehen diese zusätzlichen Schaufeln 27 vom jeweiligen Halteabschnitt 16 nach innen ab. Sie befinden sich somit außerhalb der zentralen Beschaufelung 13 mit den inneren Schaufeln 9. Im Folgenden werden die weiteren oder zusätzlichen Schaufeln 27 auch als äußere Schaufeln 27 bezeichnet.
Die inneren Schaufeln 9 bilden im Einbauzustand die zentrale Beschaufelung 13, die im Folgenden auch als innere Beschaufelung 13 bezeichnet wird. Im Unterschied dazu bilden die äußeren Schaufeln 11 der Ausführungsform gemäß den 8 bis 10 bzw. die äußeren Schaufeln 27 der Ausführungsform gemäß den 11 bis 13 im Einbauzustand eine ringförmige äußere Beschaufelung 22, welche die innere Beschaufelung 13 in Umfangsrichtung umschließt.
Wie insbesondere 9 entnehmbar ist, sind die beiden Beschaufelungen 13, 22 bei dieser Ausführungsform an voneinander entfernten axialen Enden des Ringkörpers 8 ausgebildet. Die inneren Schaufeln 9 sind dabei an einem nicht näher bezeichneten, dem Betrachter zugewandten ersten axialen Ende des Ringkörpers 8 angeordnet, während die äußeren Schaufeln 11 an einen vom Betrachter abgewandten, ebenfalls nicht näher bezeichneten zweiten axialen Ende des Ringkörpers 8 angeordnet sind. Im Unterschied dazu sind bei der in den 11 und 12 gezeigten Ausführungsform die äußeren Schaufeln 27 am jeweiligen Halteabschnitt 16 ausgebildet und nicht am innen liegenden Ringkörper 8. Des Weiteren sind sie zweckmäßig zwischen den axialen Enden der jeweiligen Tragstruktur 14 ausgebildet. Hierzu können die äußeren Schaufeln 27 aus der jeweiligen Tragstruktur 14 bzw. aus dem jeweiligen bandförmigen Fixierbereich 18 nach innen ausgestellt sein.
Die beiden Beschaufelungen 13, 22 können unterschiedlich konfiguriert sein, um sie an unterschiedliche Strömungsverhältnisse innerhalb des Abgasströmungsprofils gezielt zu adaptieren. Beispielsweise können die inneren Schaufeln 9 geradlinig geformt sein. Insbesondere können sie sich bei einem kreisförmigen Querschnitt radial zur Längsmittelachse erstrecken. Im Unterschied dazu können die äußeren Schaufeln 11 in Umfangsrichtung gekrümmt oder gebogen sein. Diese Formgebung ermöglicht radial außen ein im Wesentlichen tangentiales Anlegen der freien Enden der äußeren Schaufeln 11 an der Rohrwand 12 bzw. einen im wesentlichen tangentialen Übergang in die Tragstruktur 14. Gleichzeitig können die Beschaufelungen 13, 22 unterschiedliche Anstellwinkel gegenüber der Axialrichtung aufweisen. In den gezeigten Beispielen der 8 bis 13 sind die Schaufeln 9 und 11 bzw. 9 und 12 gegensinnig angestellt. Die inneren Schaufeln 9 sind gegenüber der Axialrichtung in der einen Richtung angestellt, während die äußeren Schaufeln 11 bzw. 27 gegenüber der Axialrichtung in der anderen Richtung, also in der Gegenrichtung angestellt sind. Bei der Durchströmung der Einrichtung 7 ergeben sich somit zwei koaxiale Drallströmungen mit gegensinniger Drallrichtung.
Im Beispiel der 8 bis 10 besitzen beide Beschaufelungen 13, 22 die gleiche Schaufelzahl. Im Beispiel der 11 bis 13 besitzt die äußere Beschaufelung 22 eine kleinere Schaufelzahl die innere Beschaufelung 13. Zwangsläufig besitzen die äußeren Schaufeln 11, 27 dadurch in Umfangsrichtung größere Abstände voneinander als die inneren Schaufeln 9.
Bei der in den 8 bis 10 gezeigten Ausführungsform sind der Ringkörper 8, die inneren Schaufeln 9 und die äußeren Schaufeln 11 gemeinsam aus einem einzigen Blechkörper 23 durch Umformen hergestellt. Dieser Blechkörper 23 ist in 10 vor seiner Umformung zur Einrichtung 7 dargestellt. Erkennbar sind die inneren und äußeren Schaufeln 9, 10 durch seitlich von einem zentralen Lochstreifen 33 abstehende streifenförmige Elemente gebildet, die voneinander freigeschnitten sind und nur noch umgebogen werden müssen, um die Schaufeln 9 bzw. 11 zu bilden.
Bei der in den 11 bis 13 gezeigten Ausführungsform sind der Ringkörper 8, die inneren Schaufeln 9, die einzige Tragstruktur 14 und die äußeren Schaufeln 27 gemeinsam an einem einzigen, in 13 dargestellten Blechkörper 28 durch Umformung hergestellt. Dieser Blechkörper 28 ist dabei in 13 vor seiner Umformung zur Einrichtung 7 dargestellt. Erkennbar sind die inneren Schaufeln 9 durch seitlich von einem bandförmigen Blechstreifen 29 abstehende, streifenförmige Elemente gebildet, die voneinander freigeschnitten sind und nur noch um gebogen werden müssen, um die inneren Schaufeln 9 zu bilden. Im Unterschied dazu sind die äußeren Schaufeln 27 innerhalb des Blechstreifens 29 an drei Seiten freigeschnitten, so dass sie nur noch ausgestellt werden müssen, um die äußeren Schaufeln 27 zu bilden. Die in den 11 bis 13 gezeigte Ausführungsform der Einrichtung 7 wird bevorzugt mit Hilfe einer einzigen Tragstruktur 14 hergestellt, die aus einem einzigen, einstückigen Blechkörper 28 hergestellt ist. Durch Umformung werden die einzelnen Halteabschnitte 11, deren Fixierbereiche 18 und Positionierbereiche 20 ausgebildet, ebenso wie die Schaufelabschnitte 15. Beispielsweise beginnt die Tragstruktur 14 bei einem Spalt 30 (in 11 nach unten) mit einem Fixierbereich 18 eines ersten Halteabschnitts 16, der sich über 180° entlang der Rohrwand 12 anliegend erstreckt. An diesen schließt sich ein erster stegförmiger Positionierbereich 20 an, der in einen halbkreisförmig gebogenen ersten Schaufelabschnitt 15 übergeht. Dieser geht in einen zweiten stegförmigen Positionierbereich 20 über, erstreckt sich bis zum Spalt 30 und geht dann in einen zweiten Halteabschnitt 16 bzw. in dessen Fixierbereich 18 über. Dieser zweite Halteabschnitt 16 bzw. sein Fixierbereich 18 erstreckt sich wieder um 180° entlang der Rohrwand 12 anliegend und geht gegenüber des Spalts 30 in einen weiteren stegförmigen Positionierbereich 20 über. Dieser dritte Positionierbereich 20 liegt dabei zweckmäßig am zuvor genannten ersten Positionierbereich 20 an und kann insbesondere an diesem befestigt sein, zweckmäßig durch eine Löt- oder Schweißverbindung. Der dritte Positionierbereich 20 geht in einen zweiten Schaufelabschnitt 15 über, der sich halbkreisförmig gegenüber des ersten Schaufelabschnitts 15 erstreckt und in einem Abschnitt 31 endet, der am zweiten Positionierabschnitt 20 anliegt und mit diesem zweckmäßig fest verbunden sein kann, beispielsweise durch eine Löt- oder Schweißverbindung. Die beiden halbkreisförmigen Schaufelabschnitte 15 ergänzen sich zum kreisförmigen oder zylindrischen inneren Ringkörper 8. Die beiden Halteabschnitte 16 bzw. deren Fixierbereiche 18 ergänzen sich zum einem äußeren Ringkörper 32, der den inneren Ringkörper 8 koaxial umschließt. Die äußeren Schaufeln 27 erstrecken sich vom äußeren Ringkörper 32 in Richtung zum inneren Ringkörper 8. Zweckmäßig enden die äußeren Schaufeln 27 mit ihren freien Enden beabstandet vom inneren Ringkörper 8.
In den Beispielen der 8 bis 13 besitzen das Rohr 10 und der Ringkörper 8 jeweils einen kreisförmigen Querschnitt. Es ist klar, dass auch beliebige andere, vorzugsweise runde, Querschnitte und unterschiedliche Querschnittskombinationen zwischen Rohr 10 und Ringkörper 8 denkbar sind. Beispielsweise sind auch hier wieder ovale und elliptische Querschnitte denkbar.
Wie erläutert besitzen die Schaufeln 9 und gegebenenfalls die Schaufeln 11 bzw. 27 eine Anstellung gegenüber der Axialrichtung des Rohrs 10. Das bedeutet, die jeweilige Schaufel 9, 11, 27 besitzt eine Anströmkante und eine Abströmkante, die bezüglich der Umfangsrichtung zueinander beabstandet sind. Dementsprechend besitzt die jeweilige Schaufel 9, 11, 27 ein Querschnittsprofil, dessen Längsrichtung gegenüber der Axialrichtung geneigt verläuft. Durch die Anstellung der Schaufeln 9, 11, 27 kann die Strömung mit einem Drall beaufschlagt werden, wenn sie die Einrichtung 7 durchströmt. Das Querschnittsprofil kann in der Längsrichtung der jeweiligen Schaufel 9, 11, 27 darüber hinaus einen variierenden Anstellwinkel aufweisen. Die jeweilige Schaufel 9, 11, 27 ist dann in sich verwunden. Beispielsweise zeigen die Schaufeln 11 und 27 der 8 und 9 bzw. 11 und 12 eine Verwindung, bei welcher die Anstellung gegenüber der Axialströmung mit zunehmendem Abstand vom inneren Ringkörper 8 abnimmt bis sie an der Rohrwand 12 bzw. am äußeren Ringkörper 32 den Wert Null annimmt.
Die Schaufeln 9 der zentralen Beschaufelung 13 sind zweckmäßig so ausgestaltet und angeordnet, dass sie sich in der Umfangsrichtung gegenseitig überlappen, und zwar insbesondere so, dass eine Fläche entstehen kann, die in axialer Richtung blickdicht ist. Diese blickdichte Fläche kann durch eine entsprechende Ausgestaltung und Anordnung der Schaufeln 9 grundsätzlich als Kreisfläche ausgestaltet sein. Hierdurch kann auf besonders effektive Weise ein Tröpfchendurchschlag durch die Einrichtung 7 im Bereich der zentralen Beschaufelung 13 vermieden werden. Alternativ können die Schaufeln 9 auch so angeordnet und ausgestaltet sein, dass die besagte blickdichte Fläche eine Ringfläche ist. Diese Ringfläche umschließt dabei einen zentralen Kernbereich. Durch gezielte Ausgestaltung, also Formgebung und Anordnung der Schaufel 9 lassen sich nun die strömungstechnischen Eigenschaften der Einrichtung 7 in diesem Kernbereich sowie im Bereich der Ringfläche unterschiedlich gestalten. Bevorzugt werden dabei Ausführungsformen, bei denen die Schaufeln 9 so ausgestaltet und angeordnet sind, dass sich für den Durchströmungswiderstand der Einrichtung 7 im Kernbereich ein kleinerer Wert einstellt als im Bereich der Ringfläche. Hierdurch sinkt im Kernbereich der Druck, was zu einer Beschleunigung der Strömung führt. Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit unterstützt einerseits die Verdampfung und andererseits die Gemischbildung.
Der Strömungswiderstand kann im Kernbereich gegenüber dem Bereich der blickdichten Ringfläche zum Beispiel dadurch reduziert werden, dass der Kernbereich eine zentrale Durchgangsöffnung bildet. Diese Durchgangsöffnung ist axial frei oder offen und besitzt dementsprechend einen im Vergleich zur blickdichten Ringfläche deutlich niedrigeren Durchströmungswiderstand. Die zentrale Durchgangsöffnung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass sich alle Schaufeln 9 mit ihren freien Enden nur innerhalb der Ringfläche erstrecken und jeweils am Kernbereich enden. Insbesondere sind dann alle Schaufeln 9 identisch geformt.
Im Unterschied dazu kann beispielsweise gemäß den in den 8 und 9 bzw. 11 und 12 gezeigten Ausführungsformen durch eine entsprechende Ausgestaltung und Anordnung der Schaufeln 9 auch der Kernbereich in Axialrichtung weitge hend blickdicht ausgestaltet sein. Hierzu erstrecken sich einige, jedoch nicht alle Schaufeln 9 auch bis in den Kernbereich. Diese radial längeren Schaufeln sind in den 8 bis 13 mit 9' kenntlich gemacht. Um nun den Strömungswiderstand im Kernbereich kleiner ausgestalten zu können als im benachbarten Bereich der blickdichten Ringfläche, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass sich die längeren Schaufeln 9', die sich im Kernbereich erstrecken, in diesem Kernbereich in der Umfangsrichtung nicht überlappen oder weniger überlappen als im Bereich der Ringfläche. Sofern sich diese längeren Schaufeln 9' im Kernbereich in der Umfangsrichtung nicht überlappen, sind sie bezüglich der Umfangsrichtung bevorzugt nebeneinander angeordnet, um die gewünschte Blickdichtheit in Axialrichtung realisieren zu können.
Im gezeigten Beispiel der 8 bis 10 sind ohne Beschränkung der Allgemeinheit genau drei Schaufeln 9' länger ausgestaltet als die übrigen Schaufeln 9. Im Unterschied dazu sind im Beispiel der 11 bis 13 genau zwei Schaufeln 9' länger ausgestaltet als die übrigen Schaufeln 9. Die freien Schaufelenden dieser Schaufeln 9' sind durch Fortsätze 23 gegenüber den freien Enden der anderen Schaufeln 9 in radialer Richtung verlängert. Diese Fortsätze 23, die an den jeweiligen längeren Schaufeln 9' integral angeformt sind, können über einen hier nicht dargestellten Mittelpunkt der Ringfläche bzw. der Einrichtung 7 radial vorstehen. Das heißt, die radiale Länge der jeweiligen Schaufeln ist dann größer als der Radius des kreiszylindrischen Ringkörpers 8. In jedem Fall ragen diese Schaufeln 9' mit den Fortsätzen 23 in den Kernbereich hinein, während alle anderen Schaufeln 9 mit ihren freien Enden jeweils am Kernbereich enden.
Die mit den Fortsätzen 23 versehenen Schaufeln 9' sind bei der Ausführungsform der 8 bis 10 am Ringkörper 8 jeweils um 120° in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet. Im Unterschied dazu sind die mit den Fortsätzen 23 versehenen längeren Schaufeln 9' bei der Ausführungsform der 11 bis 13 am Ringkörper 8 jeweils um 180° in Umfangsrichtung zueinander versetzt, also einander diametral gegenüberliegend angeordnet. Die Fortsätze 23 können so ausgestaltet sein, dass sie bezüglich des Mittelpunkts des Ringkörpers 8 rotationssymmetrisch gestaltet sind. Dabei können sich die längeren Schaufeln 9' im Bereich ihrer Fortsätze 23 in Umfangsrichtung geringfügig überlappen, bevorzugt sind sie jedoch in Umfangsrichtung überlappungsfrei, also nebeneinander angeordnet. Die radial längeren Schaufeln 9' können insbesondere gleichförmig bis in die Fortsätze 23 verwunden sein, so dass die Verwindung dieser Schaufeln 9' im Kernbereich am kleinsten ist, wodurch der Strömungswiderstand durch diese Schaufeln 9' im Zentrum am kleinsten ist.
Bei entsprechender Ausgestaltung der Schaufeln 9 kann sich die zuvor genannte blickdichte Ringfläche radial bis zum Ringkörper 8 erstrecken. Alternativ können die Schaufeln 9 bzw. 9' entsprechend den 8 und 9 bzw. 11 und 12 auch so angeordnet und ausgestaltet sein, dass radial außerhalb der blickdichten Ringfläche zwischen benachbarten Schaufeln 9, 9' axial freie Lücken 24 entstehen. Diese Lücken 24 sind dabei in Umfangsrichtung verteilt um die blickdichte Fläche angeordnet und erzeugen dort einen relativen Druckabfall, wodurch die Einrichtung 7 einen reduzierten Durchströmungswiderstand besitzt. Die in axialer Richtung blickdichte Ringfläche ist hierbei radial innen im Wesentlichen durch die zentrale Durchgangsöffnung bzw. durch den Kernbereich und radial außen durch einen weiteren Ringbereich begrenzt, der sich bis zum Ringkörper 8 erstreckt und der die Lücken 24 enthält. Die Bauweise mit den axial freien Lücken 24 kann bevorzugt dadurch erreicht werden, dass die Schaufeln 9 radial außen am Übergang zum Ringkörper 8 mit ihrem jeweiligen Querschnittsprofil in einer Ebene liegen, die gegenüber einer senkrecht zur Axialrichtung verlaufenden Ebene geneigt ist. Diese Neigung kann beispielsweise zwischen 20° und 70° liegen. Im gezeigten Beispiel liegt diese Neigung vorzugsweise bei etwa 45°.
Die Schaufeln 9 bzw. 9' können so ausgestaltet sein, dass sich ihre Anstellung gegenüber der Axialrichtung radial entlang der jeweiligen Schaufeln 9, 9' verändert. Die Veränderung der Anstellung kann dabei stufenlos erfolgen, wodurch die Schaufel 9, 9' eine Verwindung aufweisen. Ebenso kann die Veränderung der Anstellung in Stufen erfolgen. Hierzu können Teilbereiche innerhalb der jeweiligen Schaufel 9, 9' geringfügig gegenüber dem Rest der jeweiligen Schaufel 9, 9' abgewinkelt sein. Denkbar ist beispielsweise eine Ausführungsform, bei welcher die Schaufel 9, 9' an ihrem freistehenden inneren Ende, also am Übergang zum Kernbereich nicht angestellt sind, wodurch sich ihr Querschnittsprofil dort im Wesentlichen parallel zur Axialrichtung erstreckt. Die maximale Anstellung liegt dann bei den inneren Schaufeln 9 radial außen im Bereich des Ringkörpers 8 vor.
Um die Dauerfestigkeit der Einrichtung 7 zu erhöhen, können die einzelnen, in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Schaufeln 9 bzw. 11 radial außen am Übergang zum Ringkörper 8 jeweils über eine abgerundete Öffnung 25 aneinander grenzen. Diese abgerundeten Öffnungen 25 sind in den 7, 10 und 13 besser erkennbar. Die abgerundeten Öffnungen 25 dienen zur Reduzierung von Spannungen innerhalb der Blechkörper 14', 23, um die Gefahr einer Rissbildung zu reduzieren.
Besonders vorteilhaft sind außerdem Ausführungsformen, bei denen die Schaufeln 9, 9' so ausgestaltet und angeordnet sind, dass sie einander nicht berühren. Zweckmäßig ist dabei eine Weiterbildung, bei der sich die Schaufeln 9, 9' auch dann nicht berühren, wenn die Einrichtung 7 auf Betriebstemperatur aufgeheizt ist, die in einer Abgasanlage 3 vergleichsweise hoch sein. Durch diese kontaktfreie Bauweise können Beschädigungen und störende Geräuschentwicklungen innerhalb der Einrichtung 7 vermieden werden.
Insbesondere die inneren Schaufeln 9, 9' können mit einem Strömungsprofil versehen sein. Mit anderen Worten, zwischen ihrer Anströmkante und ihrer Abströmkante besitzt ihre Außenkontur eine Krümmung. In den 11 und 12 ist dabei eine abgewinkelte Kante 34 erkennbar, die an der jeweiligen Schaufel 9, 9' eine Abströmkante oder eine Anströmkante bildet.
Im Folgenden wird anhand der 7, 10 und 13 ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung 7 näher erläutert.
Entsprechend den 7, 10 und 13 ist der jeweilige Blechkörper 14', 23, 28 aus dem letztlich die Tragstruktur 14 mit den Schaufeln 9 bzw. der Ringkörper 8 mit den Schaufeln 9, 11, 27 durch Umformung ausgebildet werden, in einem Ausgangszustand ein im Wesentlichen ebener Blechstreifen. In diesen Blechstreifen werden Schnitte 26 eingearbeitet. Diese Schnitte 26 werden dabei seitlich angesetzt und erstrecken sich auf der jeweiligen Seite des Blechstreifens parallel zueinander. Zweckmäßig sind sie gegenüber der Längsrichtung des Blechstreifens geneigt. Diese Längsrichtung des Blechstreifens definiert dabei die Umfangsrichtung des damit gebildeten Ringkörpers 8 bzw. die Verlaufsrichtung der jeweiligen Tragstruktur 14.
Vor oder nach den Schnitten 26 oder gleichzeitig mit den Schnitten 26 können die Öffnungen 25 hergestellt werden. Durch die Schnitte 26 werden am Blechstreifen eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Querstreifen ausgebildet, die durch die Schnitte 26 voneinander getrennt sind. Diese Querstreifen bilden später die Schaufeln 9 bzw. 11. Die Schnitte 26 können bevorzugt auch so hergestellt werden, zum Beispiel durch Stanzvorgänge, dass sie zwischen benachbarten Querstreifen Spalte bilden, so dass sich die Querstreifen nach dem Herstellen der Schnitte 26 gegenseitig nicht berühren. Bei der Ausführungsform der 11 bis 13 werden außerdem im Blechstreifen Laschen freigeschnitten, welche die äuße ren Schaufeln 27 bilden sollen. Die hierzu angebrachten Schnitte sind in 13 mit 35 bezeichnet.
Nachdem die Querstreifen bzw. Laschen durch die Schnitte 26, 35 vereinzelt sind, können sie zu den Schaufeln 9 bzw. 11 bzw. 27 umgebogen werden. Beispielsweise können sie hierzu um etwa 90° vom übrigen Blechkörper abgewinkelt werden. Gleichzeitig kann beim Umbiegen der Schaufeln 9, 11, 27 eine spezielle Geometrie für die Schaufeln 9, 11, 27 realisiert werden. Beispielsweise können die Schaufeln 9, 11, 27 mit entsprechenden Verwindungen ausgestattet werden und/oder mit gekrümmten oder gebogenen Verläufen wie die äußeren Schaufeln 11, 27 der 8 und 9 sowie 11 und 12.
Nach dem Abwinkeln der Schaufeln 9, 11, 27 kann der Blechstreifen um eine parallel zur Axialrichtung des Ringkörpers 8 verlaufende Biegeachse gebogen bzw. aufgewickelt oder aufgerollte werden, um beispielsweise einen Ringkörper 8 gemäß der Ausführungsform der 8 bis 10 zu bilden. Sofern eine Tragstruktur 14 entsprechend den Ausführungsformen der 2 bis 7 und 11 bis 13 hergestellt werden soll, wird der Blechstreifen mit den angeformten Schaufeln 9, 27 entsprechend mehrfach umgebogen und umgeformt, bis sich die in den 2 bis 6 bzw. 11 und 12 erkennbaren Verläufe für die jeweilige Tragstruktur 14 ergeben, um die einzelnen Schaufelabschnitte 15 und Halteabschnitte 16 auszuformen.
Der umgeformte Blechkörper 14', 23, 28 kann beispielsweise an einem Stoß oder in einem Überlappungsbereich verschweißt werden. Ebenso sind andere Fixiertechniken denkbar.
Bevorzugt sind in der in 1 gezeigten Abgasanlage 3 die Einspritzeinrichtung 6 und die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung 7 so aufeinander abgestimmt, dass ein von der Einspritzeinrichtung 6 erzeugter einstrahliger oder mehrstrahliger Eduktstrahl die inneren Schaufeln 9 der zentralen oder inneren Beschaufelung 13 der Einrichtung 7 im blickdichten Bereich trifft, der insbesondere ringförmig ausgestaltet ist.

Claims

Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung für eine Abgasanlage (3) einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, – mit einem Ringkörper (8), der nach innen abstehende innere Schaufeln (9) aufweist und der mit Halteelementen (11) in einem abgasführenden Rohr (10) der Abgasanlage (3) an einer Rohrwand (12) befestigbar ist, – wobei die Halteelemente (11) den Ringkörper (8) im Einbauzustand der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung (7) zur Ausbildung einer zentralen Beschaufelung (13) im Rohr (10) beabstandet zur Rohrwand (12) positionieren.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Tragstruktur (14) vorgesehen ist, die mindestens einen Schaufelabschnitt (15), der zumindest einen Teil des Ringkörpers (8) und der inneren Schaufeln (9) aufweist, und zumindest einen Halteabschnitt (16) aufweist, der zumindest eines der Halteelemente (11) bildet.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Tragstruktur (14) mit den zugehörigen Schaufeln (9) aus einem einzigen Blechkörper (14') durch Umformen hergestellt ist.
Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Halteabschnitt (16) einen Fixierbereich (18), der im Einbauzustand am Rohr (10) befestigt ist, und wenigstens einen Positionierbereich (20) aufweist, der im Einbauzustand den jeweiligen Schaufelabschnitt (15) beabstandet zur Rohrwand (12) positioniert.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein solcher Fixierbereich (18) komplementär zur Rohrwand (12) geformt ist und im Einbauzustand entlang eines Umfangssegments an der Rohrwand (12) anliegt.
Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Positionierbereich (20) durch einen Steg gebildet ist, der den jeweiligen Fixierbereich (18) mit dem jeweiligen Schaufelabschnitt (15) verbindet.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine einzige solche Tragstruktur (14) vorgesehen ist, die mindestens zwei sich zum Ringkörper (8) ergänzende Schaufelabschnitte (15) und mindestens zwei Halteabschnitte (16) aufweist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei solche Tragstrukturen (14) vorgesehen sind, die jeweils einen Schaufelabschnitt (15) und zwei beiderseits des Schaufelabschnitts (15) angeordnete Halteabschnitte (16) aufweisen, wobei sich die Schaufelabschnitte (15) der Tragstrukturen (14) im Einbauzustand zum Ringkörper (8) ergänzen.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Tragstruktur (14) so ausgestaltet ist, dass sie im Einbauzustand einen schaufellosen Ringbereich (21) ausbildet, der die zentrale Beschaufelung (13) in Umfangsrichtung umschließt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am jeweiligen Halteabschnitt (16) mehrere, nach innen abstehende äußere Schaufeln (27) ausgebildet sind.
Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Schaufeln (27) zwischen den axialen Enden der jeweiligen Tragstruktur (14) nach innen ausgestellt sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Halteabschnitte (16) zu einem äußeren Ringkörper (32) ergänzen, der konzentrisch zu dem die inneren Schaufeln (9) aufweisenden inneren Ringkörper (8) angeordnet ist und insbesondere an der Rohrwand (12) anliegt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente als vom Ringkörper (8) nach außen abstehende äußere Schaufeln (11) ausgebildet sind.
Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Schaufeln (9) an einem ersten axialen Ende des Ringkörpers (8) angeordnet sind, während die äußeren Schaufeln (11) an einem zweiten axialen Ende des Ringkörpers (8) angeordnet sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (8) mit den inneren Schaufeln (9) und den äußeren Schaufeln (11) aus einem einzigen Blechkörper (23) durch Umformen hergestellt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Schaufeln (9) im Einbauzustand eine zentrale innere Beschaufelung (13) bilden, während die äußeren Schaufeln (11) im Einbauzustand eine die innere Beschaufelung (13) in Umfangsrichtung umschließende, ringförmige äußere Beschaufelung (22) bilden.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich die inneren Schaufeln (9) geradlinig erstrecken, während sich die äußeren Schaufeln (11) in Umfangsrichtung gekrümmt oder gebogen erstrecken.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Schaufeln (9) gegenüber der Axialrichtung in der einen Richtung angestellt sind, während die äußeren Schaufeln (11) gegenüber der Axialrichtung in der anderen Richtung angestellt sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Schaufeln (11) in Umfangsrichtung größere Abstände voneinander aufweisen als die inneren Schaufeln (9).
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (8) und/oder das Rohr (10) einen kreisförmigen oder ovalen oder elliptischen Querschnitt aufweist und/oder aufweisen.
Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine (1), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, – mit einem Abgas von der Brennkraftmaschine (1) abführenden Abgasstrang (4), – mit einer am oder im Abgasstrang (4) angeordneten Einspritzeinrichtung (6) zum Einspritzen eines flüssigen Edukts in den Abgasstrang (4), – mit mindestens einer im Abgasstrang (4) stromab der Einspritzeinrichtung (6) angeordneten Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 20.
Abgasanlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung (6) und die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung (7) so aufeinander abgestimmt sind, dass die Einspritzeinrichtung (6) einen auf die zentrale Beschaufelung (13) ausgerichteten Eduktstrahl erzeugt.