ELM, Nils (Lohfeldstr. 14, Krailling, 82152, DE)
ANSPRUCHE
1. Endstück für ein Abgasrohr (12) mit einem Ansatzstutzen (14) zum Ansetzen des Endstücks (10) an dem Abgasrohr (12) und einem sich an den Ansatzstutzen anschließenden Abgasführungsteil (16) , der eine Mehrzahl axial und radial erstreckter Abgasleitelemente (18, 20, 22) mit gleichsinnig azimutaler Krümmung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitelemente (18, 20, 22) zusätzlich in ihrem Endbereich jeweils eine konkave Krümmung aufweisen, sodass ihre jeweilige endständige Kante (182, 202, 222) einen überhang zum Inneren der azimutalen Krümmung hin aufweist.
2. Endstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußere Kante (181, 201, 221) jedes Abgasleitelementes (18, 20, 22) in ihrem endständigen Be- reich freiliegt und in ihrem dem Ansatzstutzen (14) benachbarten Bereich in diesen übergeht.
3. Endstück nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitelemente (18, 20, 22) entlang einer axialen Zentrallinie (24) miteinander verbunden sind.
4. Endstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abgasleitelemente (18, 20, 22) bis in den Ansatzstutzen (14) hinein erstrecken.
5. Endstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansatzstutzen (14) in das Abgasrohr (12) einführbar ist.
6. Endstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansatzstutzen auf das Abgasrohr aufsetzbar ist.
7. Endstück nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein überlappungsbereich zwischen dem Ansatzstutzen (14) und dem Abgasrohr (12) variierbar ist.
8. Endstück nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass drei oder vier azimutal gleich beabstandete Abgasleitelemente (18, 20, 22) vorgesehen sind. |
Endstück für ein Abgasröhr
Die Erfindung bezieht sich auf ein Endstück für ein Abgas- rohr mit einem Ansatzstutzen zum Ansetzen des Endstücks an dem Abgasrohr und einem sich an den Ansatzstutzen anschließenden Abgasführungsteil, der eine Mehrzahl axial und radi- al erstreckter Abgasleitelemente mit gleichsinnig azimutaler Krümmung aufweist.
Ein derartiges Abgasrohrendstück ist aus der JP 55-160116A bekannt. Das dort offenbarte Abgasrohrendstück weist einen hohlzylindrischen Ansatzstutzen mit Klemmfuge auf, das außen über das Ende eines ebenfalls hohlzylindrischen Abgas- rohres gestülpt und mit diesem verklemmt werden kann. An den Ansatzstutzen schließt sich ein Abgasführungsteil an, der von einem sich hohlkegelstumpfartig aufweitenden Mantel umgeben ist. Konzentrisch mit der Hohlkegelstumpfachse ist ein Hohlkegel gleichen öffnungswinkels vorgesehen, der mittels lamellenartiger Abgasleitelemente an dem Mantel gehaltert ist. Die Abgasleitelemente erstrecken sich axial über die gesamte Länge des Abgasführungsteils und radial über die gesamte Breite des Spaltes zwischen dem zentralen Hohlkegel und dem Mantel. Die Lamellen sind gleichsinnig azimutal gekrümmt und helikal um den zentralen Hohlkegel gewunden. Auf diese Weise erhält das aus dem Abgasrohr ausgeblasene Abgas einen spiralartigen Drall. Im Anschluss an den Abgasführungsteil ist bei dem bekannten Endstück eine Ven- turi-Düse vorgesehen, die eine Beschleunigung und Auffächerung des spiralig rotierenden Abgasstromes erzeugt.
Ein ähnliches Abgasrohrendstück ist aus der US 4,303,143 A bekannt. Die äußeren Konturen des in dieser Druckschrift
offenbaren Endstücks entsprechen denen des zuvor beschriebenen. Im Gegensatz zu diesem ist jedoch kein zentraler Hohlkegel vorgesehen. Vielmehr winden sich mehrere bandartige Leitelemente unterschiedlicher Länge im Inneren des Abgasführungsteils und im Eingangsbereich der Venturi-Düse, um einen Drall des ausgeblasenen Abgases zu erzeugen. Durch den Verzicht auf den zentralen Hohlkegel wird bei dieser Endstückform der Gesamtstaudruck verringert.
Nachteilig bei den zuvor geschilderten Abgasrohrendstücken ist deren große Baulänge. Im Kraftfahrzeugbereich sind sie daher lediglich zum Einbau parallel zur Bodenebene des Fahrzeuges geeignet. Bei bestimmten Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich, beispielsweise bei der Abgasführung von Zusatzheizgeräten, ist jedoch ein Einbau senkrecht zur Bodenebene erforderlich.
Gerade im Bereich der Zusatzheizungen von Kraftfahrzeugen ist die Temperatur des Abgases oft sehr hoch. Dies erfor- dert eine sehr schnelle und effiziente Vermischung des Abgases mit der Umgebungsluft , um eine rasche Abkühlung zu erzielen. So ist es beispielsweise bekannt, in einem Abstand zum Ende eines senkrecht aus dem Boden eines Kraftfahrzeuges ragenden Abgasrohres einen senkrecht zur Rohr- achse positionierten Prallteller anzuordnen. Der Prallteller lenkt das Abgas seitlich um und weitet so abrupt den Abgasstrom auf. Als Nachteil hierbei sind zweierlei Aspekte anzusehen. Zum einen wird das heiße Abgas in großer Nähe zum Boden parallel zu diesem umgelenkt. Dies kann zur Be- Schädigung des Bodens oder benachbarter, hitzeempfindlicher Bauteile führen. Zum anderen ragt der Prallteller erheblich über das Rohrende hinaus und ist somit anfällig für Beschädigung, beispielsweise beim überfahren von ästen, Schneehaufen, Steinen etc.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Endstück für ein Abgasrohr zur Verfügung zu stellen, bei dem die genannten Probleme zumindest teilweise überwunden werden und bei dem insbesondere eine rasche Aufweitung des Abgasstromes ohne Beschädigung benachbarter, hitzeempfindlicher Bauteile erreicht wird.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Endstück dadurch auf, dass die Abgasleitelemente zusätzlich in ihrem Endbereich jeweils eine konkave Krümmung aufweisen, sodass ihre jeweilige endständige Kante einen überhang zum Inneren der azimutalen Krümmung hin aufweist.
Zum Zwecke der Veranschaulichung vereinfacht ausgedrückt bedeutet dies, dass die Abgasleitelemente in ihrem Endbereich schaufelartig, d.h. mit zweifacher Krümmung, ausgestaltet sind. Hierdurch ergibt sich an jedem Abgasleitelement eine tangential gerichtete Umlenkung des Abgasstromes, sodass dieser neben seiner hauptsächlich axialen Geschwindigkeitskomponente an jedem Abgasleitelement eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente erhält. Dies führt zu einer Aufspaltung des Abgasstromes in mehrere Arme einer sich aufweitenden Spirale, die sich jeweils in effizienter Weise mit der Umgebungsluft mischen. Dies führt zu einer deutlich schnelleren Abkühlung des Abgasstromes als im Fall eines einzelnen, kompakten Stromes, selbst wenn dieser in sich einen Drall aufweist, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Zudem ergibt sich eine sehr viel kürzere Baulänge, da sowohl auf eine Venturi-Düse als auch auf einen langen
Drallweg verzichtet wird. Auch ein Prallteller im Abstand vor dem Abgasrohrende ist bei der vorliegenden Erfindung entbehrlich. Dies hat neben der Schonung benachbarter Bauteile und der Vermeidung der Beschädigungsgefahr des Prall- tellers auch den zusätzlichen Vorteil, dass die Staudruckerhöhung, der sich durch die rechtwinklige Umlenkung am Prallteller ergeben würde, vermieden wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die radial äußere Kante jedes Abgasleitelementes in ihrem endständigen Bereich freiliegt und in ihrem dem Ansatzstutzen benachbarten Bereich in diesen übergeht. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Abgasleitelemente, anderes als beim Stand der Technik bekannt, nicht vollständig von einem Mantel des Ab- gasführungsteils umgeben sind. Hierdurch wird eine frühere Vermischung von Teilen des Abgases mit der Umgebungsluft ermöglicht. Durch den „sanften" übergang des Ansatzstutzens in die Kanten der Abgasleitelemente wird dennoch eine Umlenkung des nahezu vollständigen Abgasstromes entsprechend den Schaufeln der Abgasleitelemente gewährleistet.
Vorzugsweise sind die Abgasleitelemente entlang einer axialen Zentrallinie miteinander verbunden. Dies bedeutet, dass der Abgasstrom in eine Mehrzahl vorzugsweise symmetrischer Segmente unterteilt wird, die dann einzeln die oben erläuterte Umlenkung in unterschiedliche Richtungen erfahren. Hierdurch wird das Ziel der Gestaltung des Abgasstromes mit einer Mehrzahl getrennter Spiralarme besonders gut erreicht .
Bei einer günstigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Abgasleitelemente bis in den Ansatzstutzen hinein erstrecken. Hierdurch wird die Aufspaltung des Stromes in mehrere Segmente bereits sehr früh vorgenom- men, wobei vorzugsweise im Bereich des Ansatzstutzens noch
keine Umlenkung der einzelnen Stromsegmente erfolgt. Auf diese Weise wird der Staudruck minimiert, da im Bereich des Ansatzstutzens nur ein nahezu vernachlässigbarer Bruchteil dessen lichter Weite durch die Abgasleitelemente verlegt ist und die Umlenkung durch die schaufelartige Ausbildung vorzugsweise erst in einem Bereich erfolgt, in dem die radial äußeren Kanten der Abgasleitelemente freiliegen, so- dass die Abgasteilströme jeweils in Reaktion auf die Umlenkung unmittelbar ausweichen können. Die Geschwindigkeit des ausgeblasenen Abgases wird somit maximiert, ohne dass zusätzliche Beschleunigungskomponente, wie etwa eine Venturi- Düse, erforderlich wären.
Bei einer Variante der Erfindung ist der Ansatzstutzen in das Abgasrohr einführbar. Alternativ kann bei einer anderen Variante der Ansatzstutzen auf das Rohr aufgesetzt werden. Die erstgenannte Variante ist bevorzugt, da hierbei durch Variation der Einstecktiefe der Bereich, in dem die radial äußeren Kanten der Abgasleitelemente freiliegen, bedarfsge- maß variiert werden kann. Bei beiden vorgenannten Varianten ist jedoch bevorzugt vorgesehen, dass der überlappungsbereich zwischen Ansatzstutzen und Abgasrohr variierbar ist. Die Erfinder haben nämlich erkannt, dass die Effizienz der Vermischung des Abgases mit der Umgebungsluft durch Varia- tion der Einsteck- bzw. Aufstecktiefe in Abhängigkeit von dem Rohrdurchmesser und der Abgasgeschwindigkeit optimiert werden kann. Die Festlegung des Endstückes an dem Abgasrohr erfolgt vorzugsweise reversibel, etwa durch Auf- bzw. Einschrauben oder durch Auf- bzw. Einklemmen. Selbstverständ- lieh ist jedoch auch eine irreversible Festlegung, beispielsweise durch Verschweißen oder auf andere Weise möglich.
Eine weitere Möglichkeit zur Optimierung der Mischeffizienz zwischen Abgas und Umgebungsluft liegt in der Wahl der An-
zahl der Abgasleitelemente. Die Wahl von drei oder vier Abgasleitelementen hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Bei der Wahl nur zweier Leitelemente, d.h. der Aufspaltung des Abgasstromes in zwei Teilströme kann es sein, dass die Mischeffizienz ungenügend ist, da die Teilströme noch zu stark gebündelt sind. Bei der Wahl einer deutlich größeren Anzahl an Abgasleitelementen kann die Zunahme des verlegten Bruchteils der lichten Weite zu einer spürbaren Steigerung des Staudruckes und Verringerung der Ausblasge- schwindigkeit führen.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Abgasrohrendstückes,
Figur 2 eine Querschnittsdarstellung entlang der Quer- schnittslinie II - II in Figur 1.
Figur 1 zeigt eine dreiflüglige Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasrohrendstückes 10, das in das Ende eines gestrichelt dargestellten Abgasrohres 12 eingeführt ist. Das Endstück 10 ist etwa mit der halben Breite seines hohlzylindrischen Ansatzstutzens 14 in das Abgasrohr 12 eingesteckt. Im Anschluss an den Ansatzstutzen 14 ist in Figur 1 ein Abgasleitbereich 16 erkennbar, der von drei Abgasleitelementen 18, 20 und 22 dominiert wird. Die Abgas- leitelemente 18, 20, 22 sind entlang einer mit der Rohrachse zusammenfallenden Linie 24 verbunden und voneinander jeweils um etwa 120° versetzt angeordnet. Diese Anordnung ist in dem Querschnitt von Figur 2, der entlang der Querschnittslinie II - II genommen ist, besonders gut erkenn-
bar. In Figur 2 ist auch die azimutale Krümmung jedes Abgasleitelementes 18, 20, 22 erkennbar.
Außerhalb des Ansatzstutzens 14 sind die Abgasleitelemente nicht von einem durchgehenden Mantel eingeschlossen. Vielmehr liegen ihre äußeren Kanten 181, 201 und 221 frei und gehen in die endständige Kante 141 des Ansatzstutzens 14 über. Im Bereich ihrer endständigen Kanten 182, 202 und 222 weisen die Abgasleitelemente 18, 20, 22 eine zusätzliche, konkave Krümmung auf, die in Figur 1 besonders gut an dem Abgasleitelement 20 erkennbar ist.
Die Wirkung des erfindungsgemäßen Abgasrohrendstückes 10 ist durch die Pfeile 26, 28, 30 angedeutet. Diese zeigen die Auftrennung des Abgasstromes in unterschiedlich abgelenkte Spiralarme, was zu der erfindungsgemäßen Effizienzsteigerung der Durchmischung des Abgases mit der Umgebungs- luft führt.
Natürlich stellt die in den Figuren gezeigte und in der speziellen Beschreibung erläuterte Ausführungsform nur ein illustratives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Im Lichte der hiesigen Offenbarung ist dem Fachmann ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten anhand gegeben. Insbesondere kann die Anzahl der Abgasleitelemente an die Erfordernisse des konkreten Anwendungsfalles ange- passt werden. Auch die Krümmungen können je nach Anwendungsfall variiert werden. Auch ist es möglich, zusätzlich zu den erfindungsgemäßen azimutalen und konkaven Krümmungen eine zusätzliche helikale Krümmung der Abgasleitelemente vorzusehen. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn, wie bevorzugt vorgesehen, sich die Abgasleitelemente bis in den Ansatzstutzen 14 hineinerstrecken. Auch in Bezug auf die Materialwahl stehen dem Fachmann verschiedene Al- ternativen zur Verfügung. Wesentlich ist eine an die Abgas-
temperatur angepasste Hitzebeständigkeit des Materials. Insbesondere Metall und/oder Keramik haben sich als tauglich erwiesen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste :
10 Endstück
12 Abgasröhr 14 Ansätzstutzen von 10
141 Kante von 14
16 Abgasführungsteil von 10
18 Abgasleitelement
181 radial äußere Kante von 18 182 endständige Kante von 18
20 Abtastelement
201 radial äußere Kante von 20
202 endständige Kante von 20 22 Abgasleitelement 221 radial äußere Kante von 22
222 endständige Kante von 22
24 Verbindungslinie
26 Gasstrompfeil
28 Gasstrompfeil 30 Gasstrompfeil
Next Patent: METHOD FOR MONITORING A PRODUCTION PROCESS