Beschreibung

Statischer Mischer für eine Abgasanlage eines brennkraftmaschinen- betriebenen Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs

Die Erfindung betrifft einen statischen Mischer für eine Abgasanlage eines brenn- kraftmaschinenbetriebenen Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist allgemein bekannt, dass in Verbindung mit Abgasreinigungsanlagen zur Reduzierung der Stickoxid-Emissionen die sogenannte selektive katalytische Reduktion (SCR) eingesetzt wird, bei der die NOx-Umwandlung in magerer Atmosphäre über speziell abgestimmte Katalysatoren erzielt wird. Dabei wird zur NOx-Reduktion in den Abgasstrom ein geeignetes Reduktionsmittel eingebracht, um Endprodukte wie N ₂ , CO ₂ und H ₂ O zu erhalten. Als Reduktionsmittel werden in Verbindung mit aktiven SCR-Katalysatoren z. B. Ammoniak oder Harnstoff verwendet. Zur Vermischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas wird üblicherweise ein statischer Mischer eingesetzt, mittels dem eine gewünschte Verteilung des Reduktionsmittels im Abgasstrom für eine effiziente Abgasreinigung erzielt werden soll.

Aus der US 5,489,153 ist bereits ein gattungsbildender statischer Mischer für einen Strömungskanal bekannt, der in dem Strömungskanal eine Vielzahl von sogenannten Auslenkelementen aufweist. Die Auslenkelemente sind hier reihenweise auf einem rechtwinkeligen Traggitter angeordnet. Mittels eines derartigen statischen Mischers soll die ankommende Strömung von den Auslenkelementen in unterschiedliche Richtungen abgelenkt werden, wobei die Auslenkelemente eine -

bezogen auf die Hauptströmungsrichtung - Querströmung in den einzelnen Traggitteröffnungen erzeugen. Damit soll eine besonders effektive Vermischung durch Verwirbelung, insbesondere durch die Ausbildung von Drehwirbeln erzielt werden. Problematisch in Verbindung mit einem derartigen eine rechtwinkelige Gitterstruktur aufweisenden statischen Mischer ist jedoch, dass es bei sehr hohen Abgastemperaturen und/oder bei Temperaturwechseln mit großem Gradienten zu Rissen und Zerstörungen im Traggitterbereich des Mischers kommen kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen statischen Mischer für eine Abgasanlage eines brennkraftmaschinenbetriebenen Fahrzeugs, insbesondere

Kraftfahrzeugs, zur Verfügung zu stellen, mittels dem auf baulich einfache und funktionssichere Weise die Gefahr einer Mischerbeschädigung reduziert werden soll.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Gemäß Anspruch 1 ist die wenigstens eine Halteleiste wenigstens in Teilbereichen federelastisch ausgebildet und/oder federnd in der Mischerebene gelagert. Mit einer derartigen Ausgestaltung können auf baulich und herstellungstechnisch einfache Weise temperaturbedingte Spannungen durch Materialdehnungen und damit Zerstörungen des Mischers vermieden werden, da die federelastischen Halteleistenbereiche die Dehnungen reversibel ausgleichen können.

Bevorzugt ist hierzu die wenigstens eine Halteleiste zur Ausbildung von federelastischen Bereichen in vorgegebenen Halteleistenbereichen gekrümmt ausgebildet, insbesondere die Krümmungsbereiche jeweils durch einen S- kurvenförmig gekrümmten Halteleistenbereich (S-Schlag) gebildet. Mit derartigen gekrümmten Halteleisten wird eine rechtwinklige Gitteranordnung, wie dies beim gattungsbildenden Stand der Technik der Fall ist, vorteilhaft vermieden. Wie erfinderseitige Versuche gezeigt haben, können insbesondere mit der kurvenförmig gekrümmten Ausbildung der Halteleisten bzw. einzelner Halteleistenbereiche Mischer ausgebildet werden, mit der der elastische Dehnungsausgleich, insbesondere bei hohen Abgastemperaturen, und damit die Gefahr einer Beschädigung des statischen Mischers deutlich reduziert werden kann.

Besonders bevorzugt sind mehrere in unterschiedliche Richtungen, bevorzugt im Wesentlichen quer zueinander verlaufende Halteleisten vorgesehen, die so in der Mischerebene angeordnet sind, dass wenigstens eine der Halteleisten mit wenigstens einem Befestigungsbereich, insbesondere einem Halteleisten- Endbereich, an einer weiteren Halteleiste festgelegt ist. Konkret ist hierzu gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass wenigstens eine Halteleiste als Zwischen-Halteleiste zwischen zwei beabstandeten weiteren und bevorzugt im Wesentlichen quer dazu verlaufenden Halteleisten als Befestigungs-Halteleisten angeordnet, insbesondere dort mit Halteleisten-Endbereichen festgelegt ist. Insbesondere vorteilhaft ist hierbei eine Anbindung der wenigstens einen Halteleiste an wenigstens einer anderen Halteleiste in einem Krümmungs- oder Kurvenbereich, insbesondere in einer dach- oder hutförmigen Federausbauchung derselben vorgesehen. Vorteilhaft wird dadurch eine besonders spannungsarme Anbindung von Halteleisten zur Verfügung gestellt, mit der temperaturbedingte Dehnungen und Materialverformungen hervorragend aufgenommen und ausgeglichen werden können.

Ferner kann die wenigstens eine Zwischen-Halteleiste gemäß einer thermo- mechanisch festigkeitsoptimierten Ausführungsform mit beiden gegenüberliegenden Halteleisten-Endbereichen in einem Krümmungs- oder Kurvenbereich, insbesondere einer dach- oder hutförmigen Federausbauchung der beabstandeten Befestigungs- Halteleisten angebunden sein. Bevorzugt weist dabei der Krümmungs- oder Kurvenbereich, insbesondere die Federausnehmung jeder der beiden Befestigungs- Halteleisten, an denen die wenigstens eine Zwischen-Halteleiste angebunden ist, einen vorgegebenen Spaltabstand zu einem Mischerring des statischen Mischers oder einer Abgaskanalwand auf.

Die Befestigungs-Halteleisten sind zudem hier bevorzugt als Gleichteile ausgebildet, was zur Reduzierung der Bauteilvielfalt und zur Einsparung von Kosten führt, was nachfolgend in Verbindung mit einem weiteren erfindungswesentlichen Aspekt noch eingehender erläutert wird.

Gemäß diesem Aspekt sind bevorzugt mehrere, insbesondere zwei hinsichtlich der Halteleistenausgestaltung unterschiedliche Halteleistengruppen vorgesehen, wobei wenigstens eine dieser Halteleistengruppen eine Mehrzahl von Halteleisten aufweist, die innerhalb der jeweiligen Halteleistengruppe als Gleichteile ausgebildet sind. Die Halteleisten der unterschiedlichen Halteleistengruppen können dann in einer vorgegebenen Konfiguration in der Mischerebene angeordnet werden. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass jede der Halteleistengruppen eine Mehrzahl von innerhalb der jeweiligen Halteleistengruppe als Gleichteile ausgebildeten Halteleisten aufweist.

Mit einer derartigen Ausgestaltung des statischen Mischers lässt sich ein herstellungstechnisch und bauteiltechnisch einfach aufgebauter statischer Mischer realisieren, da durch die Ausbildung von Gleichteilen der Herstellungsaufwand vorteilhaft reduziert werden kann. Durch das Vorsehen von mehreren, insbesondere zwei unterschiedlichen Halteleistengruppen lässt sich zudem auf einfache Weise sicherstellen, dass unterschiedliche gewünschte Konfigurationen für einen statischen Mischer zur Verfügung gestellt werden können. Insbesondere können damit auf eine Weise solche Mischer konfiguriert werden, mit der der zuvor geschilderte elastische Dehnungsausgleich, insbesondere bei hohen Abgastemperaturen, und damit die Gefahr einer Beschädigung des statischen Mischers deutlich reduziert werden kann.

Gemäß einer bevorzugten konkreten Ausgestaltung weist eine erste Halteleistengruppe eine Mehrzahl von als Gleichteile ausgebildeten Halteleisten auf, die in Halteleistenlängsrichtung jeweils mehrere voneinander beabstandete einflüglige Leitflügel als Strömungsleitelemente aufweisen. Besonders bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass die Leitflügel allesamt auf der gleichen Mischerebenenseite angeordnet sind und damit von dieser Mischerebenenseite wegragen. Auf dieser Mischerebenseite ragen die Leitflügel jedoch abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen, und zwar unter einem vorgegebenen Winkel gegen die Mischerebene geneigt. Die einflügeligen Leitflügel sind bevorzugt platten- und/oder schaufeiförmig ausgebildet. Mit einer derartigen Mischergeometrie lassen sich besonders gute und effektive Mischergebnisse erzielen.

Gemäß einer konkreten Ausgestaltung sind die Halteleisten parallel und beabstandet zueinander in der Mischerebene gehaltert, so dass die einzelnen Leitflügel der Halteleisten so hintereinander liegen, dass diese in der Mischerebene mehrere Leitflügelreihen ausbilden und zwar, wie zuvor bereits erläutert bevorzugt ohne eine rechtwinklige Gitterstruktur der Halteleisten. Die einzelnen Leitflügel der Halteleisten liegen dabei bevorzugt so hintereinander, dass die einzelnen Leitflügelreihen abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen weisen. Damit lassen sich hervorragende Mischergebnisse erzielen.

Eine für eine derartige konkrete Ausführungsform der ersten Halteleistengruppe geeignete Ausgestaltung der Halteleisten einer zweiten Halteleistengruppe sieht vor, dass die mehreren Halteleisten dieser zweiten Halteleistengruppe im Wesentlichen quer zu den Halteleisten der ersten Halteleistengruppe verlaufen, wobei diese Halteleisten der zweiten Halteleistengruppe bevorzugt jeweils eine solche Anzahl von einflügeligen Leitflügeln aus Strömungsleitelementen an solchen Positionen aufweisen, dass Leitflügel-Lücken in einem Mischerebenen-Randbereich in den durch die Leitflügel der Halteleisten der ersten Halteleistengruppe gebildeten Leitflügelreihen geschlossen werden können, d. h. die Leitflügel der Halteleisten der zweiten Halteleistengruppe somit Bestandteil der Leitflügelreihen bilden.

Die Festlegung der Halteleisten erfolgt bevorzugt mittels einer Punktschweißverbindung, und zwar entweder an einem Mischerring oder an einer Abgaskanalwand des Abgasstrangs.

Insbesondere für eine Vorfixierung bzw. Vormontage des Mischers können die Halteleisten gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung zudem in ihren überkreuzungsbereichen durch eine Steckschlitzverbindung miteinander verbunden sein.

Ebenso können die Halteleisten mittels einer Steckschlitzverbindung oder einer anderen Rastfixierung an einem Mischerring vorfixierbar sein, damit diese dann z. B. durch Schweißpunkte angeheftet werden können.

Als bevorzugtes Material für einen derartigen statischen Mischer dient in üblicher Weise ein Metall- oder Blechmaterial.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen statischen

Mischer,

Fig. 2 eine Rückansicht des statischen Mischers gemäß Fig. 1.

Fig. 3 schematisch eine Ausführung einer Halteleiste einer ersten Halteleistengruppe, und

Fig. 4 schematisch eine Ausführung einer Halteleiste einer zweiten Halteleistengruppe, -

In Fig. 1 ist schematisch eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen statischen Mischer 1 gezeigt, der, wie dies insbesondere in Zusammenschau mit den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, aus drei als Gleichteile ausgebildeten Halteleisten 2 einer ersten Halteleistengruppe und aus zwei als Gleichteile ausgebildeten Halteleisten 3 einer zweiten Halteleistengruppe aufgebaut ist, die in einer noch näher zu beschreibenden Art und Weise in einem Mischerring 4 des statischen Mischers gehaltert sind.

Wie dies der Fig. 4 entnommen werden kann, weisen die Halteleisten 3 jeweils eine im Wesentlichen S-förmige Krümmung auf, wobei in Halteleistenlängsrichtung gesehen mehrere voneinander beabstandete einflüglige plattenartige Leitflügel 5 angeordnet sind. Diese Leitflügel 5 stehen jeweils von der gleichen Seite der Halteleisten 2 und damit im montierten Zustand, wie dies aus der Fig. 1 ersichtlich ist, von der gleichen Mischerebenenseite ab, wobei die einzelnen Leitflügel in eben die Halteleistenlängsrichtung gesehen abwechselnd in entgegengesetzte Richtung

weisen und unter einem vorgegebenen Winkel gegen die Mischerebene geneigt sind.

Die Halteleisten 3 der zweiten Halteleistengruppe, die in Fig. 3 dargestellt sind, sind ebenfalls gekrümmt ausgebildet und weisen in etwa in einem mittleren Bereich - bezogen auf die Halteleistenlängsrichtung - eine hutförmige Ausbauchung 6 auf. An einem in der Bildebene der Fig. 3 linken Endbereich der Halteleiste 3 ist ferner ein plattenförmig ausgebildeter Leitflügel 7 angeordnet, der ebenfalls unter einem vorgegebenen Winkel geneigt ist.

Wie dies nunmehr insbesondere aus der Fig. 1 in Verbindung mit der Fig. 2 ersichtlich ist, werden die Halteleisten 2 der ersten Halteleistengruppe im montierten Zustand so voneinander beabstandet und im Wesentlichen parallel verlaufend ausgerichtet, dass die einzelnen Leitflügel 5 in der durch den Mischerring 4 gebildeten Mischerebene Leitflügelreihen 8, 9, 10 und 11 ausbilden, wobei die Leitflügel 5 der Halteleisten 2 jeder Leitflügelreihe 8, 9, 10, 11 jeweils hintereinander liegen und in eine gleiche Richtung weisend geneigt bzw. ausgerichtet sind.

Wie dies den Fig. 1 und 2 weiter entnommen werden kann, ergeben sich dadurch Leitflügelreihen 8, 9, 10, 11 , die durch die besondere Ausgestaltung der Halteleisten 2 mitsamt den daran angeordneten und in entgegengesetzte Richtung weisenden Leitflügeln 5 ebenfalls abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen weisen, und zwar dergestalt, dass die jeweils unmittelbar benachbarten Leitflügelreihen jeweils Leitflügel 5 aufweisen, die in eine entgegengesetzte Richtung weisen.

Dagegen werden die Halteleisten 3 (in der Fig. 1 und 2 mit dicken schwarzen Linien und schraffiertem Leitflügel dargestellt) der zweiten Halteleistengruppe im Wesentlichen quer zu den Halteleisten 2 der ersten Halteleistengruppe verlaufend im Mischerring 4 montiert, wobei die beiden Halteleisten 3 so gegeneinander versetzt und um 180° gedreht in der durch den Mischerring 4 gebildeten Mischerebene angeordnet sind, dass die Ausbauchungen 6 mit einem vorgegebenen Spaltabstand 12 vor dem Mischerring 4 enden. Wie dies den Fig. 1 und 2 weiter entnommen werden kann, gelangt durch eine derartige Anordnung der Halteleisten 3 deren

Leitflügel 7 in die Leitflügel-Lücken 13, 14, die konstruktionsbedingt durch die Gestaltung der Halteleisten 2 mitsamt ihren Leitflügeln 5 ausgebildet werden, so dass die Leitflügel 7 der Halteleisten 3 sich „nahtlos" in die Leitflügelreihen 9, 10 einreihen und diese Leitflügelreihen komplettieren.

Wie dies den Fig. 1 und 2 weiter entnommen werden kann, wird die mittlere Halteleiste 3 mit den freien Enden im Bereich der Ausbauchungen 6 festgelegt, z. B. durch Verschweißen, während die freien Enden der restlichen Halteleisten 2, ebenso wie die freien Enden der Halteleisten 3 über z. B. Punktschweißverbindungen mit der Innenseite des Mischerrings 4 verbunden werden.

Wie dies den Fig. 3 und 4 weiter entnommen werden kann, sind zudem an den Halteleisten 3 Schlitzausnehmungen 15, 16 und 17 vorgesehen, die entsprechend zugeordnete Halteleistenbereiche der Halteleisten 2 aufnehmen und umgreifen, wodurch diese in einer Art Steckverbindung miteinander verbunden sind und z. B. auf einfache Weise vorfixiert bzw. vormontiert werden können. Außerdem ist dadurch sichergestellt, dass die Leitflügel 5, 7 der Halteleisten 2, 3 im montierten Zustand des Mischers 1 im Wesentlichen in einer gleichen Horizontalebene liegen.