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Die
Erfindung betrifft eine Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor,
wobei es sich dabei sowohl um einen Viertakt-/ als auch um einen
Zweitaktbenzinmotor handeln kann. Diese Abgasanlage kann aufgrund
ihrer kompakten Bauart auch bei handbetriebenen Arbeitsmaschinen,
wie z. B. benzinmotorbetriebenen Kettensägen, Heckenscheren oder dergleichen
eingesetzt werden. Dabei weist die Abgasanlage ein Gehäuse auf,
in dem wenigstens eine Öffnung
für einen
Abgaseintritt und eine weitere Öffnung für einen
Abgas austritt vorgesehen ist. Damit die Abgase des Verbrennungsmotors
nicht ungereinigt in die Umwelt gelangen, ist zusätzlich im
Gehäuse
der Abgasanlage ein Katalysatorelement angeordnet, so dass zumindest
ein wesentlicher Teil der Abgase durch das Katalysatorelement strömt, bevor
die gesamten Abgase durch die Öffnung
des Abgasaustritts in die Umwelt gelangen.
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Bekannterweise
werden im Stand der Technik zur Reduzierung der Schadstoffemissionen
von Verbrennungsmotoren Katalysatorelemente in den Abgasanlagen
eingesetzt. Diese Katalysatorelemente ermöglichen eine Nachbehandlung
des Abgases mit den im Abgas enthaltenen Komponenten. Dabei werden
die vorhandenen Kohlenwasserstoffe mit Hilfe des Restsauerstoffgehaltes
zu Kohlendioxid bzw. Kohlenmonoxid umgesetzt. Um möglichst
sicherzustellen, dass die gesamten Abgase durch das Katalysatorelement
strömen
und somit gereinigt werden, kommen aufwendig ausgestaltete und damit
teure Katalysatorelement zur Anwendung. Üblicherweise werden zu diesem
Zweck beschichtete Wabenkatalysatoren eingesetzt. Diese werden durch
eine aufwendige, mechanische Konstruktion in der Abgasanlagen positioniert.
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Ein
Problem liegt aber in dem hohen Fertigungsaufwand und den daraus
resultierenden, hohen Fertigungskosten solcher Abgasanlagen. Auch verursacht
die Konstruktion zur Positionierung des Katalysatorelements einen
erheblichen Strömungswiderstand,
der u. a. zu einem Leistungsverlust des Verbrennungsmotors führt. Des
Weiteren wirkt sich die starke Erhöhung der Abgastemperatur während des
Durchströmen
des Katalysators negativ auf die Lebensdauer des Katalysators aus,
weshalb zusätzliche,
technische Maßnahmen
getroffen werden müssen,
um die Abgastemperatur zu reduzieren.
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Vor
diesem Hintergrund war es eine Aufgabe der Erfindung, eine Abgasanlage
mit vorhandenem Katalysatorelement der eingangs genannten Art zur Verfügung zu
stellen, die einfach und kostengünstig herzustellen
ist und bei der trotzdem sämtliche
Abgase durch das Katalysatorelement gereinigt werden, ohne einen
Leistungsverlust des Verbrennungsmotors zu verursachen.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst, denen
folgende besondere Bedeutung zukommt.
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Die
erfindungsgemäße Abgasanlage
für einen
Verbrennungsmotor weist ein Gehäuse
auf, worin zumindest eine Öffnung
für einen
Abgaseintritt der Abgase und eine weitere Öffnung für den Abgasaustritt vorgesehen
ist. Um den steigenden Umweltrichtlinien gerecht zu werden, ist
ein Katalysatorelement im Gehäuse
der Abgasanlage angeordnet, das dazu dient, zumindest den größten Teil
der Verbrennungsabgase zu reinigen, bevor sie in die Umwelt gelangen.
Damit aber tatsächlich
alle vom Verbrennungsmotor erzeugten Abgase gereinigt werden, ist
ein zusätzliches
Abgasleitmittel vorgesehen, wodurch die Abgase wechselseitig durch
das Katalysatorelement gezwungen werden. Die besondere Anordnung
des Katalysatorelementes im Abgasgleitmittel ist direkt vergleichbar
mit einer Reihenschaltung bzw. Hintereinanderschaltung von mehreren
Katalysatorelementen, durch die die Abgase schrittweise geleitet werden.
Somit wird auf jeden Fall sichergestellt, dass die Abgase oder auch
nur ein Teil davon nicht ungereinigt in die Umwelt gelangen. Da
die Abgase durch das zusätzliche
Abgasleitmittel wechselseitig das Katalysatorelement passieren müssen, wird
ebenfalls erreicht, dass auch eine nahezu vollständige chemische Reaktion (Umsetzung
der Kohlenwasserstoffe) zum Reinigen der Abgase stattfinden kann.
Wechselseitige Durchströmung
ist erfindungsgemäß dahingehend
zu verstehen, dass das Katalysatorelement von wechselnden Seiten durch
den Abgasstrom, d.h. also beispielsweise abwechselnd von oben und
unten oder von rechts und links, durchströmt wird, so dass der Abgasstrom
vom Eintritt in das Gehäuse
bis zum Austritt mehrfach, insbesondere durch aufeinander folgende
Abschnitte, durch das Katalysatorelement geleitet wird. Ebenfalls
erlaubt das zusätzliche
Abgasleitmittel eine besonders einfache mechanische Konstruktion
der Abgasanlage, wie in der nachfolgenden Beschreibung noch gezeigt
wird.
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Insbesondere
ist vorgesehen, dass dass das Katalysatorelement (22–25)
eben bzw. weitgehend eben und flächig
ausgebildet ist und dass Abschnitte des Katalysatorelements nacheinander
wechselseitig vom Abgas durchströmbar
ausgebildet sind, so dass die Abgase (27) durch ein Abgasleitmittel
(17) das Katalysatorelement (22) mehrfach wechselseitig durchströmen.
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Hierdurch
wird erreicht, dass das Katalysatorelement auf seiner vollen Länge optimal
ausgenutzt wird und mit einem einfachen Abgasleitelement kombiniert
werden kann.
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Vorzugsweise
ist nämlich
bei einer Variante der Abgasanlage – gemäß Unteranspruch 9 – zumindest
ein Abschnitt des Abgasleitmittels leitungsartig (z. B. wie eine
Wasser- oder Gasleitung) ausgebildet, wobei es dabei nicht auf eine
besondere Form der Querschnittsfläche des Abschnitts, durch die
die Abgase geleitet werden, ankommt. Zusätzlich ist das Katalysatorelement
in diesem leitungsartigen Abschnitt durch das Abgasleitmittel selbst
fixiert. Somit sind keine weiteren, konstruktiven Maßnahmen
notwendig, um das Katalysatorelement in der Abgasanlage ortsfest
zu halten.
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Ferner
war es eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Lebensdauer des Katalysatorelements zu
verlängern,
indem die darin zusätzlich entstehende
Wärme abgeführt wird.
Diese weitere Aufgabe wird durch die im Anspruch angegebenen Merkmale gelöst.
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Bei
einer Abgasanlage – gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 11 – wird
eine Außenschale des
Gehäuses
als ein Teil des leitungsartigen Abgasleitmittels verwendet. Somit
wird direkt ein großer
Teil der im Katalysatorelement erzeugten Wärme durch die Außenschale
des Gehäuses
abgeführt.
Durch diese Kühlung
der Abgase lässt
sich eine verlängerte Lebensdauer
des Katalysatorelements erzielen. Außerdem kann die mechanische
Konstruktion der Abgasanlage weiter vereinfacht werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Abgasanlage sind in den Unteransprüchen 2 bis
19 beschrieben.
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Um
die Reinigungswirkung der erfindungsgemäßen Abgasanlage weiter zu verbessern,
kann das Katalysatorelement derart im Abgasleitmittel angeordnet
sein, dass es mehrfach wechselseitig durchströmt werden muss. Folglich müssen die
Abgase mindestens einmal links- und rechtsseitig durch das Katalysatorelement
strömen,
bevor sie in die Umwelt gelangen. Auf diese Art und Weise kann nur mit
einem Katalysatorelement eine optimale Wirkung erzielt werden. Dementsprechend
reicht ein einfaches und flaches Katalysatorelement aus, um die
gewünschte
Reinigungswirkung zu erreichen. Reicht es dagegen aus, nur eine
geringere Konvertierungsrate zu erzielen, so kann auch ein teilbeschichtetes
Katalysatorelement eingesetzt werden, da die Abgase sowieso mehrfach
durch das Katalysatorelement geleitet werden. Somit kann insgesamt
eine kostengünstige
Abgasanlage hergestellt werden.
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In
einer zusätzlichen
Ausführungsform
der Abgasanlage kommt ein Katalysatorelement, welches selbsttragend
aufgebaut ist, zum Ein satz. Durch diese Maßnahme werden zusätzliche
Stütz-
oder Haltekonstruktionen für
die Positionierung des Katalysatorelements innerhalb des Gehäuses überflüssig, da
es selbst für
seinen Halt im Gehäuse
bzw. im Abgasleitmittel sorgen kann.
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Da
die Abgase sowieso mehrfach durch das Katalysatorelement gezwungen
werden, ist es bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasanlage
ausreichend, ein gitterartiges Katalysatorelement zu verwenden.
Im Gegensatz zu einem wabenartigen Katalysatorelement weist ein
gitterartiges Katalysatorelement einen deutlich geringeren Strömungswiderstand
auf. Zu diesem Zweck können
besonders beschichtete Metallgitter als Katalysatorelemente eingesetzt
werden, die als preisgünstige
Halbzeuge erhältlich
sind. Diese Katalysatorelemente sind in der Regel auch selbsttragend,
so dass auch die zuvor genannten Vorteile zum Tragen kommen. Außerdem lassen
sich diese Katalysatorelemente einfach und preisgünstig den
jeweiligen Einsatzbedingungen z. B. durch beliebige Verformungen anpassen.
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Alternativ
zu einem gitterartigen Katalysatorelement kann auch ein lochblechartiges
Katalysatorelement in der Abgasanlage eingesetzt werden, was ebenfalls über dieselben
zuvor genannten Vorteile verfügt.
Dementsprechend kann das Katalysatorelement besonders beschichtete
Metalllochbleche enthalten. Dabei ist die Form der Löcher im
Lochblech freiwählbar.
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Bei
einem besonderen Ausführungsbeispiel ist
das Katalysatorelement durch Befestigungsmittel stationär im Abgasleitmittel
angeordnet. Dabei können
diese Befestigungsmittel sowohl innerhalb als auch außerhalb
des Abgasleitmittels vorgesehen sein. Da auch ein selbsttragendes
Katalysatorelement verwendet werden kann, reichen ein oder zwei Befestigungsmittel
an einer oder beiden Stirnsei ten des Katalysatorelementes aus, um
dieses sicher im Abgasleitmittel zu halten. Denkbar ist es beispielsweise,
das Katalysatorelement zwischen zwei Teilen des Gehäuses ein-
oder beidseitig einzuklemmen, die als Befestigungsmittel dienen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist es auch auf einfache Weise möglich,
einen Bypass für
die Abgase im Abgasleitmittel zu verwirklichen, so dass die Konvertierungsrate
der Abgasanlage leicht abgestimmt werden kann. Außerdem lässt diese
besondere Befestigung des Katalysatorelements insgesamt größere Fertigungstoleranzen
der Abgasanlage und ihrer zugehörigen
Teile zu. Außerdem
kann eine wärmeabhängige Veränderung der
Form, z. B. verursacht durch Ausdehnung bei Wärmeeinfluss und anschließenden Abkühlen, ausgeschlossen
werden, wodurch ein „Klappern" der zusammengefügten Teile
verhindert wird.
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Zweckmäßigerweise
ist bei einer Variante der Abgasanlage das leitungsartige Abgasleitmittel nach
Anspruch 9 zumindest zweiteilig aufgebaut. Hierdurch ist die Montage
des Katalysatorelements innerhalb des Abgasleitmittels, besonders
einfach und schnell zu erledigen. Dazu muss nämlich das Katalysatorelement
nur auf das erste Teil des Abgasleitmittels gelegt werden, um dieses
anschließend
durch das Zusammenfügen
mit dem zweiten Teil im Abgasmittel kraft- und/oder formschlüssig zu
halten.
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Bei
der bereits beschriebenen, besonders vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung gemäß Anspruch
11 bildet zumindest eine Außenschale
des Gehäuses
einen Teil des Abgasleitmittels. Ebenfalls ist es denkbar, dass
ein weiterer Teil des leitungsartigen Abgasleitmittels durch eine
Umlenkschale ausgebildet ist, welche von den Außenschalen des Gehäuses gehalten
wird. Dabei kann das Gehäuse
aus zumindest zwei Außenschalen
bestehen, nämlich
einer Hinterschale und einer Vorderschale. Eine dieser beiden Schalen kann
wahlweise als ein Teil des Abgasleitmittels verwendet werden, wobei
die Umlenkschale als weiteres Teil des Abgasleitmittels durch das
Zusammenfügen
mit der anderen Außenschale gehalten
wird. Somit ist eine einfache und kostengünstige Fertigung der erfindungsgemäßen Abgasanlagen
möglich.
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Eine
andere Variante der Abgasanlage ist vorhanden, wenn die Umlenkschale,
also auch das zweite Teil des Abgasleitmittels, einteilig zu einer
Außenschale
des Gehäuses
ausgestaltet ist. Somit ist es denkbar, das Gehäuse und das Abgasleitmittel insgesamt
zweiteilig aufzubauen. So kann beispielsweise eine Hinterschale
des Gehäuses
mit einer Umlenkschale des Abgasleitmittels einteilig ausgestaltet sein.
Eine Vorderschale des Gehäuses
kann gleichzeitig als anderes Teil des Abgasleitmittels dienen.
Es versteht sich von selbst, dass Vorder- und Hinterschale bei diesem
Beispiel vertauscht werden können.
Damit ist eine besonders einfache Variante der Abgasanlage gegeben,
die leicht und kostengünstig herzustellen
ist.
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Um
die Außenschalen
des Gehäuses,
wobei eine davon als ein Teil des Abgasleitmittels ausgestaltet
ist, und die Umlenkschale, die das anderes Teil des Abgasleitmittels
bildet, zusammenzufügen,
wird vorgeschlagen, den Rand eines der beiden Außenschalen derart umzubördeln, so
dass das Gehäuse selbst
und das Abgasleitmittel fest miteinander verbunden sind. Durch die
Maßnahme
kann auf eine Schweiß-
oder Lötverbindung
zum Zusammenfügen der
Einzelteile verzichtet werden, wodurch weiter Kosten eingespart
werden können.
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Zweckmäßigerweise
kann das leitungsartige Abgasmittel mäanderartig ausgestaltet sein,
wobei wellenförmige
Abschnitte des Abgasleitmittels ein ebenes bzw. flaches Katalysatorelement
im Inneren fixieren. Ein Längsschnitt
durch ein solches Abgasleitmittel gleicht einem mäandrierenden
Fluss. Durch die wellenförmigen
Abschnitte wird einerseits erreicht, dass das Katalysatorelement
im Abgasleitmittel eingeklemmt ist und andererseits, dass die Oberflächen der
beiden Abgasleitmittel vergrößert werden.
Folglich wirken die wellenförmigen
Abschnitte wie zusätzliche
Kühlrippen.
Die Kühlwirkung
ist dabei besonders groß,
wenn ein Teil des Abgasleitmittels als Außenschale des Gehäuses ausgestaltet
ist. Außerdem
sorgen die wellenförmigen
Abschnitte des Abgasleitmittels für eine schalldämpfende
Wirkung, ohne jedoch den Strömungswiderstand
wesentlich zu erhöhen.
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Bei
der zuvor beschriebenen Ausführungsform
können
die welleförmigen
Abschnitte des Abgasleitmittels so angeordnet sein, dass sie parallel zueinander
verlaufen. Dabei ändert
sich die Größe einer
Querschnittsfläche
durch das Abgasleitmittel im Verlauf der Längsrichtung nicht. Sind dagegen
bei einer weiteren Ausführungsform
die welleförmigen
Abschnitte des Abgasleitmittels phasenverschoben zueinander angeordnet,
so verändert
sich auch die Größe der Querschnittsfläche durch
das Abgasleitmittel im Verlauf der Längsrichtung. Durch eine gezielte Phasenverschiebung
der beiden welleförmigen
Abschnitte des Abgasleitmittels zueinander, lassen sich die Strömungsverhältnisse
des Abgases auf einfache Art und Weise beeinflussen. Beispielsweise
lässt sich eine
Schalldämpfung
erzielen, indem das Reflexionsverhalten der Abgasschallwellen durch
die Phasenverschiebung veränderbar
ist. Hierdurch kann es sogar zu einer Auslöschung der Schallwellen kommen.
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Weiterhin
ist es bei einem anderen Ausführungsbeispiel
denkbar, dass das leitungsartige Abgasleitmittel zickzackartig ausgeformt
ist und durch die keilförmigen
Abschnitte des Abgasleitmittels ein ebenes oder flaches Katalysatorelement
fixiert wird. Dabei können
die keilförmigen
Abschnitte, wie die wellenartigen Abschnitte, sowohl parallel als
auch phasenverschoben (seitlich versetzt) zueinander angeordnet
sein. Die Herstellung der keilförmigen
Abschnitte ist kostengünstiger
zu realisieren, als die wellenförmigen
Abschnitte. Selbstverständlich
sind auch weitere, andersartig ausgestaltete Abschnitte des Abgasleitmittels
denkbar, die gleichzeitig ein ebenes oder flaches Katalysatorelement
einklemmen.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
der Abgasanlage ist das leitungsartige Abgasmittel mehr oder weniger
linear bzw. geradlinig ausgestaltet und weist eine über die
Längsrichtung
gleichbleibende Querschnittsfläche
auf. In diesem geradlinigen Abgasleitmittel ist ein wellenförmiges oder
zickzackartiges Katalysatorelement vorgesehen, welches darin ortsfest
eingeklemmt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird der Strömungswiderstand
im wesentlichen durch das Katalysatorelement vorgegeben. Allerdings
ist hier auch die Oberfläche
kleiner als bei einem Abgasleitmittel mit wellen- oder keilförmigen Abschnitten.
Folglich müssten
zusätzliche
Kühlrippen an
der ebenen Oberfläche
des geradlinigen Abgasleitmittels angebracht werden, um eine vergleichbar Kühlwirkung
zu erzielen.
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen in unterschiedlichen
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen in schematischer Darstellung
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1 in
einer schaubildlichen Ansicht eine erfindungsgemäße Abgasanlage in dreidimensionaler
Ansicht, mit einem wellenförmigen
Abgasleitmittel und einem ebenen Katalysatorelement,
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2 einen
Längsschnitt
durch die erfindungsgemäße Abgasanlage
aus 1,
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3a eine
schematische Schnittdarstellung durch ein geradliniges, leitungsartiges
Abgasleitmittel mit einem zickzackartigen Katalysatorelement,
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3b eine
schematische Schnittdarstellung durch ein geradliniges, leitungsartiges
Abgasleitmittel mit einem wellenförmigen Katalysatorelement,
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3c eine
schematische Schnittdarstellung durch ein mäanderartiges Abgasleitmittel
mit einem ebenen Katalysatorelement,
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3d eine
schematische Schnittdarstellung durch ein zickzackartiges Abgasleitmittel
mit einem ebenen Katalysatorelement, wobei der Querschnitt durch
das Abgasleitmittel konstant ist,
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3e eine
schematische Schnittdarstellung durch ein zickzackartiges Abgasleitmittel
mit einem ebenen Katalysatorelement, wobei der Querschnitt durch
das Abgasleitmittel in Längsrichtung
variiert,
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3f eine
schematische Schnittdarstellung durch ein mäanderartiges Abgasleitmittel
mit unterschiedlichen Radien in den Wellen und mit einem ebenen
Katalysatorelement,
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3g eine
schematische Schnittdarstellung durch ein mäanderartiges Abgasleitmittel,
wie in 3c, jedoch mit einem ebenen
Katalysatorelement, das mit Befestigungsmitteln gehalten wird, und
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4 einen
Längsschnitt
durch eine weitere erfindungsgemäße Abgasanlage
mit einem mäanderartigen
Abgasleitmittel, wobei ein ebenes Katalysatorelement durch Teile
des Gehäuses
ortsfest darin angeordnet ist.
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In
der 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasanlage 100 in
dreidimensionaler Darstellung gezeigt. Diese Abgasanlage 100 ist
im wesentlichen quaderförmige
ausgestaltet. Ihr Gehäuse 10 besteht
dabei aus zwei Elementen, nämlich
einer Vorderschale 11 und einer Hinterschale 14.
Die beiden Außenschalen 11, 14 werden
durch einen umgebördelten
Rand fest miteinander verbunden. Dabei ist es in der 1 nicht
erkennbar, dass eine Umlenkschale 19 durch die Umbördelung 16 im Inneren
des Gehäuses 10 gehalten
wird. In der Vorderschale 11 sind insgesamt zwei Öffnungen
für einen
Abgasaustritt 15a vorhanden. Durch die rechte Öffnung 15a ist
sogar ein Teil eines gitterartigen bzw. lochblechartigen Katalysatorelements 22 sichtbar, welcher
hinter der Vorderschale 11 angeordnet ist. Wie deutlich
zu erkennen ist, weist die Vorderschale 11 wellenartige
Abschnitte 12 auf, die zugleich einen Teil des Abgasleitmittels 17 bilden.
Die Abgase des Verbrennungsmotors gelangen über eine nicht dargestellte Öffnung für den Abgaseintritt 15b ins
Innere der Abgasanlage 100.
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Aus
der 2 wird das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Abgasanlage 100 deutlicher. Diese
Figur stellt einen Längsschnitt
durch die Abgasanlage 100 aus der 1 dar. Die
Abgase gelangen über
eine Öffnung
für den
Abgaseintritt 15b in eine Vorkammer 26 der Abgasanlage 100.
In dieser Vorkammer 26 kann beispielsweise eine erste Schalldämpfung durch
Reflexion oder Absorption der Schallwellen des Abgases durchgeführt werden.
Zu diesem Zweck kann die Vorkammer 26 mit entsprechenden,
schalldämmenden
Ma terialien ausgefüllt sein
bzw. entsprechende, schallwellenreflektierende Konstruktionen enthalten.
Von der Vorkammer 26 gelangen die Abgase weiter durch eine Öffnung in
der Umlenkschale 19 und einen ersten Bereich des ebenen
und gitterartigen Katalysatorelements 22, 23 in das
mäanderförmige Abgasleitelement 17.
Dieses Abgasleitelement 17 ist dabei leitungsartig ausgebildet
und sorgt für
eine seitlich-wechselnde Durchströmung des ebenen Katalysatorelements 22, 23.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
muss der gesamte Abgasstrahl 27 (s. Pfeile) das Katalysatorelement 22 siebenmal
passieren, bevor er durch eine der Öffnungen für den Abgasaustritt 15a aus
der Abgasanlage 100 entweichen kann. Im Längsschnitt
scheint, das Abgasleitmittel 17 das ebene Katalysatorelement 22 zu
umschlängeln,
wie ein mäandrierender
Fluss. Dazu weist das Abgasleitmittel 17 wellenförmige Abschnitte 12, 20 sowohl
in der Vorderschale 11 als auch in der Umlenkschale 19 auf.
Diese Abschnitte 12, 20 gleichen im Längsschnitt
auch einer flachen Sinus- bzw. Cosinus-Kurve. Das Katalysatorelement 22 wird
durch die Umlenkschale 19 und die Vorderschale 11 ortsfest
gehalten. Genauer gesagt, wird das ebene Katalysatorelement 22 einerseits
durch die Spitzen (Bergen) der wellenförmigen Abschnitte 20 der
Umlenkschale 19 und andererseits durch die Senken (Täler) der
wellenförmigen
Abschnitte 12 der Vorderschale 11 eingeklemmt.
Damit tatsächlich
die notwendige (Klemm-)Kraft durch die beiden Teile 11 und 19 des
Abgasleitmittels 17 auf das Katalysatorelement 22 wirken
kann, muss dieses selbsttragend ausgestaltet sein.
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Im
konkreten Beispiel aus 2 sind die wellenförmigen Abschnitte 12, 20 des
Abgasleitmittels 17 parallel zueinander angeordnet und
weisen im wesentlichen den gleichen Radius auf. Eine beliebige Querschnittsfläche durch
die wellenförmigen
Abschnitte 12, 20 – senkrecht zur Schnittkante
des Katalysatorelements 22 – weist somit immer die gleiche Größe auf,
so dass die Abgase in diesem Bereich weder komprimiert werden noch
selber expandieren. Da die Innenflächen des Abgasleitmittels 17 keine scharfkantigen
Vorsprünge
aufweisen, ist der Strömungswiderstand
für die
Abgase entsprechend gering.
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Die
Umlenkschale 19 ist im Ausführungsbeispiel der 2 als
separates Teil des Abgasleitmittels 17 bzw. der Abgasanlage 100 ausgestaltet.
Um die Umlenkschale 19 sicher im Gehäuses 10 zu fixieren,
wird sie am Rand mit der Vorderschale 11 und der Hinterschale 14 kraftschlüssig festgehalten.
Zu diesem Zweck wird der Rand der Hinterschale 14 um den
Rand der Umlenkschale 19 und der Vorderschale 11 umgebördelt. Ebenso
könnte
auch der Rand der Vorderschale 11 für die Umbördelung 16 verwendet werden.
Damit die Außenschalen 11, 14 kostengünstig hergestellt
werden können,
können
diese aus einfachen Tiefziehteilen bestehen. Dabei kann einfaches
(verzinktes) Blech als Herstellungsmaterial dienen. Ebenso kann
Edelstahl als Herstellungsmaterial, vorzugsweise für die Vorderschale 11 zum
Einsatz kommen.
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Bei
einem ähnlichen,
aber nicht gezeigten Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Abgasanlage 100,
ist es denkbar, sogar die Umlenkschale 19 einteilig zur
Hinterschale 14 oder Vorderschale 11 auszubilden.
Folglich wäre
das gesamte Gehäuse 10 und
das zusätzliche
Abgasleitmittel 17 zweiteilig aufgebaut.
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In
den 3a bis 3g ist
eine schematische Schnittdarstellung durch diverse Ausführungsformen
des Abgasleitmittels 17 mit einem dementsprechend ausgestalteten
Katalysatorelement 22 dargestellt. Bei diesen Abgasleitmitteln 17 werden nicht
die zusätzlichen
Bereiche, die der Befestigung dienen, dargestellt. Die 3a zeigt
ein geradliniges Abgasleitmittel 17, was aus einer Umlenkschale 19 und
einer Vorderschale 11 bestehen kann, in dem ein Katalysatorelement 22 einen
zickzackartigen Verlauf 24 einnimmt. Dieses Katalysatorelement 22 wird durch
die eigenen Spitzen des zickzackartigen Verlaufes 24 im
Abgasleitmittel 17 eingeklemmt.
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In
der 3b kommt das gleiche geradlinige Abgasleitmittel 17 aus 3a zum
Einsatz. Nur das Katalysatorelement 22 weist keinen zickzackartigen Verlauf 24 sondern
einen wellenartigen Verlauf 25 auf. Auch in diesem Ausführungsbeispiel
wird das Katalysatorelement 22 durch die Erhöhungen und Vertiefungen
im wellenartigen Verlauf 25 gehalten.
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Die
beiden zuletzt genannten Beispiele haben den Vorteil, dass von dem
Abgasleitmittel 17 ein besonders niedriger Strömungswiderstand
ausgeht und die Herstellung einfach ist.
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Die 3c stellt
ein mäanderartiges
Abgasleitmittel 17 dar, welches wellenförmige Abschnitte 12, 20 aufweist.
Innerhalb des mäanderartigen
Abgasleitmittels 17 ist ein ebenes oder flaches Katalysatorelement 22 angeordnet.
Diese Ausführungsform entspricht
im wesentlichen dem Beispiel des Abgasleitmittels 17 aus 1 und 2.
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Dagegen
zeigt die 3d ein zickzackartiges Abgasleitmittel 17,
welches keilförmige
Abschnitte 13, 21 aufweist. Ansonsten kann auch
das gleiche Katalysatorelement 22 aus 3c eingesetzt
werden. Auch sind die keilförmigen
Abschnitte 13, 21 parallel zueinander, vergleichbar
zum Beispiel aus 3c, angeordnet, wodurch eine
beliebige Querschnittsfläche – senkrecht
zur Schnittkante des Katalysatorelements 22 – größenmäßig konstant
ist. Durch die Kannten im Inneren des Abgasleitmittels 17 erhöht sich
leider der Strömungswiderstand
für das
Abgas. Allerdings sorgen die keilförmigen Abschnitte 13, 21 für eine gute
schalldämpfende
Wirkung und bieten eine vergrößerte Oberfläche zum Kühlen der
Abgase.
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In
der 3e ist ebenfalls ein zickzackartiges Abgasleitmittel 17 mit
keilförmigen
Abschnitten 13, 21 dargestellt. Jedoch sind die
keilförmigen
Abschnitten 13, 21 im Längsschnitt phasenverschoben, d.
h. seitlich zueinander versetzt angeordnet. Wie deutlich aus den
eingezeichneten Querschnitten 18 zuerkennen ist, variiert
die Querschnittsflächen
des Abgasleitmittels 17 im Verlauf der Längsachse
(parallel zur Schnittkante des Katalysatorelements 22). Durch
diese Maßnahme
kann eine besonders schalldämpfende
Wirkung erzeugt werden.
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Die 3f zeigt
weiter ein Abgasleitmittel 17 in Schnittdarstellung, wobei
dieses aus einem Wellenprofil besteht und mäanderartig ausgestaltet ist. Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel
wird ein flaches Katalysatorelement 22 durch das Abgasleitmittel 17 ortsfest
im Inneren gehalten. Jedoch weisen die Berge und Täler des
wellenartigen Abgasleitmittels 17 unterschiedliche Radien
R1 und R2 auf. Der wellenartige Verlauf kann z. B. durch die beiden
Radien R1 und R2, die durch ihre entsprechenden Tangenten verbunden
sind, gebildet sein. Durch diese Maßnahme lassen sich die Strömungseigenschaften des
Abgasleitmittels 17 positiv beeinflussen. Außerdem kann
somit die Berührungsfläche zwischen
Katalysatorelement 22 und Abgasleitmittel 17 minimiert werden,
damit möglichst
die gesamte Fläche
des Katalysatorelements 22 für eine Durchströmung der
Abgase zur Verfügung
steht. Oder anders ausgedrückt, die
Katalysatoroberfläche
ist leichter zugänglich
für die
Abgase. Zu diesem Zweck ist der kleinere Radius von den beiden Radien
(hier Radius R2) in Richtung Katalysatorelement 22 gerichtet.
Der größere Radius (hier
Radius R1) ist dagegen auf den zum Katalysatorelement 22 abgewandten
Seiten des Abgasleitmittels 17 angeordnet.
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Eine
besondere Anordnung von Katalysatorelement 22 im Abgasleitmittel 17 ist
in 3g dargestellt (s. auch Anspruch 8). Bei dieser
Variante wird das flache Katalysatorelement 22 nicht durch
das wellenartige Profil des Abgasleitmittels 17 gehalten, sondern
durch zusätzliche,
nicht gezeigte Befestigungsmittel. In diesem konkreten Beispiel
hat das Katalysatorelement 22 überhaupt keinen Kontakt zum
Abgasleitmittel 17. Allerdings beschränkt sich diese Ausführungsvariante
nicht darauf, so dass sehr wohl zumindest vereinzelt ein Kontakt
zwischen den beiden Teilen bestehen kann. Die Befestigung des Katalysatorelements 22 kann
z. B. durch die Verbördelung 16 der
Gehäuseschalen 11, 14 erfolgen.
Wie bereits erwähnt,
werden damit Bypässe
für den
Abgasstrahl freigemacht die ein Abstimmen der Konvertierungsrate
ermöglichen
und größere Fertigungstoleranzen
der Abgasanlage 100 erlauben. Durch diese Maßnahme lässt sich
auch der Strömungswiderstand
des Abgasleitmittels 17 auf ein Minimum reduzieren, da
ein gewisser Teil des Abgases bewusst durch die Bypässe an dem
Katalysatorelement 22 vorbei geführt wird. Der Verlauf des Abgasstrahls durch
die Bypässe
sind als parallele Pfeile 27 zum Katalysatorelement 22 abgebildet.
Zusätzlich
können wärmeabhängige Veränderungen,
verursacht durch ständige
Temperaturschwankungen, in der Form des Abgasleitmittels 17,
des Katalysatorelements 22 oder des Gehäuses 10 eliminiert
werden.
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Die 4 offenbart
eine Abgasanlage 100 die aus 4 Schalen aufgebaut ist, nämlich der
Vorder- und Hinterschale 11, 14 sowie zwei Umlenkschalen 19,
die das Abgasleitmittel 17 bilden. Die beiden Umlenkschalen 19 sind
zwischen den beiden Außenschalen 11, 14 positioniert.
Auch das Katalysatorelement 22 kann durch die beiden Außenschalen 11, 14 im
Abgasleitmittel 17 gehalten werden. Zu diesem Zweck werden
die inneren Teile 19, 22 mittels der Umbördelung 16 eingeklemmt.
Weiter entsteht durch die mittige Positionie rung des Abgasleitmittels 17 in der
Abgasanlage 100 eine zweite, obere Kammer (neben der Vorkammer 26),
die als zusätzlicher schalldämpfender
Raum bzw. Kammer 28 dienen kann. Entsprechend kann diese
zusätzliche
Kammer 28 Mittel zur weiteren Schalldämpfung durch Reflexion oder
Absorption enthalten. Außerdem
wird durch die Anordnung des mittigen Abgasleitmittels 17 eine „kalte" Vorderschale 11 ermöglicht.
Somit kann die Verbrennungsgefahr für einen Benutzer der entsprechenden
Maschine, an der die Abgasanlage 100 angebracht ist, bei
einem unbeabsichtigten Kontakt deutlich reduziert werden. Anstelle
des abgebildeten, mäanderartigen
Abgasleitmittels 17 kann auch ein geradliniges oder zickzackartiges
Abgasleitmittel 17 Anwendung finden. Ebenfalls ist es denkbar,
das Katalysatorelement 22 nicht durch das Abgasleitmittel 17 sondern
und / oder durch zusätzliche
Befestigungsmittel ortsfest in der Abgasanlage 100 zu positionieren.
Dabei können
auch die zuvor beschriebenen Bypässe
im Abgasleitmittel 17 vorgesehen sein.
-
Es
sei noch erwähnt,
dass die erfindungsgemäße Abgasanlage 100 sowohl
als komplette Abgasanlage, als auch als eine ergänzende Anfangs-, Mittel- oder
Endanlage für
eine teilweise bestehende Abgasanlage verwendet werden. Ebenso können zwei
oder mehrer flache bzw. ebene Katalysatorelemente 22 gleichzeitig
verwendet werden. Des Weiteren können
zusätzlich
zwei oder mehrere Abgasleitmittel 17, die beispielsweise
parallel zu einander angeordnet sind, in einer Abgasanlage 100 vorgesehen sein.
Auch sind verschiedenste Kombinationen der Ausführungsbeispiele möglich, sofern
sich diese technisch nicht ausschließen.
-
Abschließend ist
zu erwähnen,
dass die erfindungsgemäße Abgasanlage 100 auch
andere technische Merkmale aufweisen kann, als die hier beschriebenen,
die allerdings die gleiche Funktion innehaben.
-
- 100
- Abgasanlage
- 10
- Gehäuse
- 11
- Vorderschale
- 12
- Wellenförmige Abschnitte
von 11
- 13
- Keilförmige Abschnitte
von 11
- 14
- Hinterschale
- 15a
- Öffnung für Abgasaustritt
- 15b
- Öffnung für Abgaseintritt
- 16
- Verbindungsstelle
(Umbördelung)
- 17
- Abgasleitmittel
- 18
- Angedeuteter
Querschnitt durch 17
- 19
- Umlenkschale
- 20
- Wellenförmige Abschnitte
von 19
- 21
- Keilförmige Abschnitte
von 19
- 22
- Katalysatorelement
- 23
- Ebener
Verlauf von 22
- 24
- Zickzackartiger
Verlauf von 22
- 25
- Wellenartiger
Verlauf von 22
- 26
- Vorkammer
- 27
- Pfeil
für Abgasstrahl
- 28
- Zusätzliche
Kammer