静态混合元件以及生产静态混合元件的方法.pdf

本发明涉及一种静态混合元件(10)，所述静态混合元件(10)特别地布置在内燃机的排气系统中，其中，所述元件具有叶栅状部件(14)，废气流过所述叶栅状部件(14)。部件(14)采用与长形的金属条带(26)的一体设计。在静态混合元件(10)的生产期间，将金属条带(26)弯折成叶栅状部件(14)。

1.  一种静态混合元件，所述静态混合元件特别地布置在内燃机的排气系统(50)中，所述静态混合元件包括
有流体流过的叶栅状部件(14)，
其特征在于，所述部件(14)由长形的金属条带(26)一体形成。

2.  根据权利要求1所述的混合元件，其特征在于，所述部件(14)通过弯折而形成。

3.  根据权利要求1或2所述的混合元件，其特征在于，所述金属条带(26)包括第一区段(28)，所述第一区段(28)被弯折从而形成多个大致平行的环(30)。

4.  根据权利要求3所述的混合元件，其特征在于，所述环(30)的彼此大致平行的局部段(32)形成所述叶栅状部件(14)的多个第一腹板(16)。

5.  根据权利要求3或4所述的混合元件，其特征在于，所述环(30)为开口的且呈U形。

6.  根据权利要求4或权利要求4和5所述的混合元件，其特征在于，所述金属条带(26)包括第二区段(36)，所述第二区段(36)形成一个或多个与所述部件(14)的第一腹板(16)相交的第二腹板(18)。

7.  根据任一项前述权利要求所述的混合元件，其特征在于，所述金属条带(26)包括第三区段(38)，所述第三区段(38)形成至少局部环绕所述部件(14)的框架(12)。

8.  根据权利要求3和7所述的混合元件，其特征在于，所述环(30)包括靠在所述框架(12)上的弯折部(34)。

9.  根据权利要求3、6和7所述的混合元件，其特征在于，所述第一区段(28)为中间区段，而所述第二区段(36)和第三区段(38)为所述金属条带(26)的边缘区段。

10.  根据权利要求3、6和7所述的混合元件，其特征在于，所述第三区段(38)为中间区段，而所述第一区段(28)和第二区段(36)为所述金属条带(26)的边缘区段。

11.  根据权利要求1或2所述的混合元件，其特征在于，所述金属条带(26)包括第一区段(28’)，所述第一区段(28’)被弯折从而形成螺旋(60)或圈。

12.  根据权利要求11所述的混合元件，其特征在于，所述金属条带(26)包括第二区段(36’)，所述第二区段(36’)被弯折从而形成与所述螺旋(60)或所述圈相交的腹板(18’)。

13.  根据权利要求6，或根据从属于权利要求6时的权利要求7至10中的任一项，或根据权利要求11和12所述的混合元件，其特征在于，所述第二区段(36，36’)包括多个截槽(40)，所述截槽(40)装配到所述第一区段(28，28’)的对应截槽(42)中，从而形成相交点(41)。

14.  根据任一项前述权利要求所述的混合元件，其特征在于，设置有多个偏转元件(20)，所述偏转元件(20)从所述部件(14)突出并相对于叶栅平面法线(N)倾斜。

15.  根据权利要求14所述的混合元件，其特征在于，所述偏转元件(20)与所述金属条带(26)一体形成。

16.  根据权利要求14或15所述的混合元件，其特征在于，所述偏转元件(20)沿多个彼此平行的行(22，24)布置，一行(22，24)上的所有偏转元件(20)都沿相同的方向倾斜。

17.  根据权利要求16所述的混合元件，其特征在于，至少两个直接相邻的中间行(22)上的所述偏转元件(20)沿相同的方向倾斜。

18.  根据权利要求17所述的混合元件，其特征在于，与所述中间行(22)相邻的行(24)上的偏转元件(20)沿与所述中间行(22)上的偏转元件相反的方向倾斜。

19.  一种生产静态混合元件(10)的方法，所述静态混合元件(10)包括有流体流过的叶栅状部件(14)，所述方法的特征在于以下步骤：
-提供长形的金属条带(26)；
-弯折所述金属条带(26)以形成所述叶栅状部件(14)。

20.  根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述部件(14)包括多个第一腹板(16)和至少一个布置成垂直于所述第一腹板(16)的第二腹板(18)，
弯折所述金属条带(26)的第一区段(28)以形成多个大致平行的环(30)，所述环(30)的平行局部段(32)形成所述第一腹板(16)；
弯折所述金属条带(26)的第二区段(36)以形成所述第二腹板(18)；并且
将所述第二腹板(18)装配到所述第一腹板(16)上。

21.  根据权利要求19所述的方法，其特征在于
弯折所述金属条带(26)的第一区段(28’)以形成螺旋(60)或圈；
弯折所述金属条带(26)的第二区段(36’)以形成与所述螺旋(60)或所述圈相交的腹板(18’)；并且
将所述第二腹板(18’)装配到所述螺旋(60)上。

22.  根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其特征在于，弯折所述金属条带(26)的区段(38)以形成至少局部环绕所述部件(14)的框架(12)。

23.  根据权利要求19至22中任一项所述的方法，其特征在于，在一些位点处对所述部件(14)和/或所述框架(12)进行焊接或钎焊。

24.  根据权利要求19至23中任一项所述的方法，其特征在于，多个偏转元件(20)与所述金属条带(26)一体形成，所述偏转元件(20)相对于叶栅平面法线(N)倾斜。

25.  根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在弯折工序期间，利用所述偏转元件(20)来进行定位。

26.  根据权利要求19至25中任一项所述的方法，其特征在于，在进行弯折之前，所述金属条带(26)设置有弯折标记(56)。

静态混合元件以及生产静态混合元件的方法
技术领域
本发明涉及一种静态混合元件，特别地，该静态混合元件布置在内燃机的排气系统中，该静态混合元件包括叶栅状部件，流体流过所述叶栅状部件。本发明进一步涉及一种生产包括有叶栅状部件的静态混合元件的方法，其中流体流过所述叶栅状部件。
背景技术
在例如欧洲专利EP 1712751A2中公开了一种常规混合元件，所述常规混合元件用于以流过导管的气流形式对引入导管中的液体进行尽可能均匀的散布。特别地，混合元件用于将含有氮氧化物的废气流与含水尿素溶液混合。在连接于下游的DeNO_x催化转化器中，根据选择性催化还原方法，将氮氧化物和借助于水解而从尿素中获得的氨催化转化为水和氮。在已知的混合元件中，叶栅状部件由大量随后通过例如激光焊接或气体保护弧焊而彼此连接的单个零件组装而成。所以，已知的混合元件比较繁杂，且因此而生产成本高。
发明内容
本发明提供了一种混合元件以及一种生产该混合元件的方法，与现有技术相比，其更简单并因此而更节省成本。
根据本发明的第一方面，在开头所提及类型的静态混合元件中，上述目的是由于所述部件由长形的金属条带一体形成而实现的。这种结构使得能够省略已知的混合元件中的单个零件之间所需的众多焊接点，而且该混合元件可以以自动化制造工艺进行生产。由此，与现有技术相比，生产成本能够显著降低。另外，根据本发明的静态混合元件本身的特征在于增强了稳定性和耐久性。特别地，气流不仅转向，而且还因叶栅状部件而分散(在所述部件的区域中)，所述叶栅状部件不局限于具有多个平行或相交的腹板的传统叶栅形状。
优选地，所述部件通过弯折而形成，这使得生产格外简单。
根据第一实施方式，金属条带包括第一区段，所述第一区段被弯折从而形成多个大致平行的环，更具体地，所述环以并置方式布置。
优选的是，环的彼此大致平行的局部段形成叶栅状部件的多个第一腹板，由此而获得了其基本形状。
更具体而言，环为开口的且呈U形，并且彼此直接接续。
金属条带可以包括第二区段，所述第二区段形成一个或多个与叶栅状部件的第一腹板相交的第二腹板。更具体而言，第二区段布置成垂直于第一腹板并增强了部件的稳定性。
为了便于混合部件插入导管中，尤其是排气管中，金属条带可以包括第三区段，所述第三区段形成至少局部环绕所述部件的框架。
有利地，所述环包括靠在框架上的弯折部，这使得混合元件具有高稳定性。
优选地，第一区段为中间区段，第二区段和第三区段为金属条带的边缘区段。区段的这种布置有利于混合元件的生产。然而，作为可替代方案，区段相对于彼此的不同布置也是可以想象得到的。
例如，形成框架的第三区段可以为中间区段，而第一区段和第二区段构造成金属条带的边缘区段。
根据可替代的实施方式，金属条带包括被弯折从而形成螺旋或圈的第一区段，并且在这种结构中，所述第一区段形成叶栅状部件的一部分以及形成环绕所述叶栅状部件的框架。
为了增强混合元件的尺寸稳定性，在该实施方式中，金属条带也可以包括第二区段，所述第二区段被弯折从而形成与螺旋/圈相交的腹板。
为了获得静态混合元件的特别高的稳定性，第二区段优选地包括多个截槽(slits)，所述截槽装配到第一区段的对应截槽中，从而形成相交点。
根据本发明的优选实施方式，设置有多个偏转元件，所述偏转元件从所述部件突出并相对于叶栅平面法线倾斜；在这一点上，叶栅平面法线应当理解为叶栅状部件的主平面的法线。偏转元件产生漩涡，这导致两种介质更好地混合。
更具体而言，偏转元件与金属条带一体形成。这也使得省去焊接点或钎焊点成为可能。
偏转元件例如沿多个彼此平行的行布置，一行上的所有偏转元件都沿相同的方向倾斜。由此，气流中的液态介质得以格外均匀地散布。
有利地，至少两个直接相邻的中间行上的偏转元件沿相同的方向倾斜。这附加地有利于混合元件的生产，原因为，如果邻近的偏转元件可以沿相同的方向弯折，则紧密相邻的偏转元件的弯折将更容易进行。
与中间行相邻的行上的偏转元件优选地沿与中间行上的偏转元件相反的方向倾斜。这导致中间区段中和相邻的边缘区段中的流动介质沿相反的方向偏转，从而导致了特别良好的混合。
混合元件的其它优选设计涉及偏转元件的位置，由此而产生了沿相反方向的旋流或漩涡。更具体而言，也可以在混合元件的框架上设置偏转元件，所述偏转元件在边缘区域中产生湍流。
根据本发明的第二方面，提供了一种生产开头所提及类型的静态混合元件的方法，所述方法包括以下步骤：
提供长形的金属条带；
弯折所述金属条带以形成叶栅状部件。
根据本发明的方法特别简单并因此而节省成本，而且，该方法允许生产工艺自动化。部件的单个零件之间的焊接点可以大大地省去。另外，借助于根据本发明的方法而生产的静态混合元件本身的特征是高稳定性。
根据该方法的第一变型方案，所述部件包括多个第一腹板和至少一个布置成垂直于所述第一腹板的第二腹板，弯折金属条带的第一区段以形成多个大致平行的环，所述环的平行局部段形成所述第一腹板，弯折金属条带的第二区段以形成所述第二腹板，并且将所述第二腹板装配到所述第一腹板上。优选地，该方法的步骤按照如所规定的顺序来进行，但是这不是绝对必须的。例如，第二腹板可以在第一腹板之前弯折。可代替地，可以想到的是，完全省略第二腹板。
在该方法的可替代变型方案中，弯折金属条带的第一区段以形成螺旋或圈，弯折金属条带的第二区段以形成与螺旋/圈相交的腹板，并且将第二腹板装配到螺旋上。同样地，以简单的方式提供了稳定且节省成本的混合元件。
根据优选实施方式，弯折金属条带的区段以形成至少局部环绕所述部件的框架。更具体而言，框架与混合元件要插入其中的导管的横截面相适配。
在最后的方法步骤中，可以在一些位点处对部件和/或框架进行焊接或钎焊。由此，混合元件的稳定性得到进一步增强。这里，还可以想到的是采用平面连接。
优选地，多个偏转元件与金属条带一体形成，所述偏转元件相对于叶栅平面法线倾斜。例如，偏转元件可以与金属条带共同冲压。
特别地，在优选地以弯折机来进行的弯折工序期间，可以利用偏转元件来进行定位。
此外，在弯折之前，金属条带可以设置有弯折标记，弯折机利用所述弯折标记作为弯折期间的夹持点或定向点。
在这一点上，应当指出的是，优选地，所有细节已经在弯折金属条带以形成叶栅状部件之前成型，所述细节例如偏转元件、用于插接的凹槽或截槽以及通过冲压、激光处理或其它类型的材料切除机加工而在金属条带上产生的其它标记。
附图说明
从以下参照附图进行的若干优选实施方式的描述中，本发明的进一步特征和优点将显而易见，其中：
图1示出了根据本发明第一实施方式的混合元件的立体图；
图2示出了形成图1的混合元件的叶栅状部件的金属条带的视图；
图3示出了具有图1的混合元件的排气系统的侧视图；
图4示出了根据本发明第二实施方式的混合元件的立体图；
图5示出了根据本发明第三实施方式的混合元件的俯视图；以及
图6示出了根据本发明第四实施方式的混合元件的俯视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的静态混合元件10，所述混合元件10包括叶栅状部件14，所述叶栅状部件14以环形框架12为边界，而且在所示的实施方式中，所述叶栅状部件14由多个平行定向的第一腹板16和与该第一腹板16相交的第二腹板18形成，在该实例中，更具体地，该第二腹板18布置成垂直于第一腹板16。
与第一腹板16一体形成的是多个偏转元件20，所述偏转元件20从部件14突出并相对于叶栅平面法线N倾斜。偏转元件20沿多个彼此平行的行22、24布置，其中一行22、24上的全部偏转元件20都沿相同的方向倾斜。通过第二腹板18而彼此分隔的两个直接相邻的中间行22上的偏转元件20沿相同的方向倾斜，而与中间行22相邻的外部行24上的偏转元件20沿与中间行22上的偏转元件20相反的方向倾斜。更具体而言，中间行22上的相邻偏转元件20定向成彼此平行，并且一行22、24上的全部偏转元件20相对于叶栅平面法线N都具有相同的倾斜角，该倾斜角在10度至60度之间，优选为大约45度。这里呈梯形形状且采用在冲压工序后未经过精加工步骤而制成的冲压金属件的形式的偏转元件20沿着行的纵向方向倾斜并沿离开部件14的方向逐渐变窄。偏转元件20的长度大致对应于行22、24的宽度。如图1中以虚线标示，第二腹板18上以及框架12的区域中也可以另外设置偏转元件20，所述偏转元件20还可以相对于叶栅状部件14的主平面沿与其余偏转元件20的方向不同的方向延伸。
从图1中显而易见，部件14和框架12---即整个混合元件10---形成为一体，更具体而言，由单个长形的金属条带26弯折而形成。这里金属条带26包括居中的第一区段28，使所述第一区段28弯折以形成多个大致平行的、开口的且呈U形的环30。环30的彼此平行的局部段32形成第一腹板16。在平行局部段32之间，环30具有靠在框架12上的弯折部34。金属条带26进一步包括第二区段36，所述第二区段36邻接第一区段28并形成第二腹板18，而且所述第二区段36是金属条带26的边缘区段。金属条带26的第三区段38是在和第二区段36相反的侧部处与居中的第一区段28相邻的边缘区段，所述第三区段38形成环绕部件14的框架12。
为了增加叶栅状部件14的稳定性，第二区段36包括多个截槽40，所述截槽40装配到第一区段28的对应截槽42中，从而形成部件14的相交点41(具体见图2)。
为了生产静态混合元件10，首先提供具有偏转元件20的金属条带26，所述偏转元件20一体地形成在居中的第一区段28的区域中(并且，如果需要，还形成在第二区段36的区域中以及第三区段38的区域中)，而且，这里使第一区段28弯折以形成总共三个环30，所述环30的平行局部段32形成第一腹板16。随后，使第二区段36在以44表示的位点处向下弯折90度(相对于图1中的图示)，并且，以这种方式形成的第二腹板18通过将所述第二腹板18的截槽40放入第一腹板16的截槽42中而得以装配到第一腹板16上。然后，从位点46开始，使第三区段38弯折以形成环绕部件14的圆形框架12。在弯折工序中，对于例如在弯折机中的定位，可以利用已经与金属条带26一体形成的偏转元件20。接着，在以48表示的连接点处选择性地对部件14和/或框架12进行焊接或钎焊。在这一点上，尤其可以想到的是电阻焊接。最后，使与金属条带26一体形成的偏转元件20向上或向下弯折成离开其平行于金属条带26的位置。这里应当明白的是，不同于图1中所示的直线弯折轴线---其每一个都位于金属条带26的平面中，也可以想到布置成与金属条带26的平面成一定角度的弯折轴线，也就是说，偏转元件20相对于金属条带26沿着其纵向轴线偏斜。也可以使用本身弯折的偏转元件20。当然，各个方法步骤的如上所规定的顺序并不是强制性的。
图3示出了尤其是机动车辆的内燃机的排气系统50的一些部分，其包括还原剂供应装置54和废气经其流动的管52，这里，所述还原剂是尿素水溶液。相对于如由箭头P所标示的废气流动方向，混合元件10布置于供应装置54的下游，偏转元件20定位于部件14的下游侧。如已经描述，一些偏转元件也可以另外设置于上游侧。叶栅平面法线N与管52下游侧的纵向轴线重合。在混合元件10的下游，设置有图中未示出的SCR(选择性催化还原)催化转化器。作为所示结构的可替代方案，供应装置54可以是燃料汽化器，所述燃料汽化器与混合元件10一起连接在微粒过滤器的上游。
在混合元件10的上游，也就是说，在背离偏转元件20的一侧，管52相对于叶栅平面法线N成15度至60度的角度倾斜(角α)，在该实例中为大约45度。从图3中明显地看到，管52沿着行22、24成一定角度倾斜，也就是说，废气大体垂直地撞击在中间行22上的、图中向下朝向的偏转元件20上。另一方面，还原剂相对于废气流入方向以15度至60度之间的角度供应。
为了还原废气中所含有的氮氧化物，在操作中，经由供应装置54引入尿素水溶液(散布轨迹呈V形)，尿素溶液通过混合元件10而得以精细地散布并汽化。这里有可能存在的任何液滴都撞击在偏转元件20上并因此而破碎。为了促进尿素溶液汽化以及转化为氨，偏转元件20或整个混合元件10可以包括催化活性层(未示出)。在进一步优选的应用场合中，混合元件10用于将可氧化物质---尤其是燃料蒸汽---混入到氧化或重组催化转化器的上游的主流体流中。
图4示出了根据本发明第二实施方式的混合元件10，其中相同或功能上相同的部件在下文中以相同的附图标记表示，而且仅对与先前描述的第一实施方式的不同之处进行讨论。在图4的混合元件10中，框架12并未完全环绕叶栅状部件14，而且偏转元件20以较不规则的方式构造和布置。特别地，偏转元件20相对于部件14的主平面沿不同的方向朝向，而且一些偏转元件20不是梯形。另外，可以看到，这里形成框架12的第三区段38形成金属条带26的居中区段，而形成环30的第一区段28和形成第二腹板18的第二区段36是边缘区段。在生产期间，优选地，首先使第一区段28弯折以形成这里的环30，然后使框架12弯折，而在最后步骤中使第二区段36弯折并装配到环30上。
另外，金属条带26包括多个采用凹槽形式的弯折标记56；金属条带26在弯折工序之前已经设置有所述弯折标记56。弯折标记56在弯折期间用作定向点并构成一种预定弯点。设置在第一区段28和第三区段38二者中的另外的凹槽58用于相对于框架12对由弯折部34形成的内层进行定位。
图5示出了根据本发明的混合元件10的第三实施方式，其与根据图1的结构的根本不同之处在于省略了第二腹板18(进而省略了金属条带26的第二区段36)。而且，向内朝向的附加偏转元件20设置在形成框架12的第三区段38中。
图6示出了根据本发明的混合元件10的第四实施方式，其与至此所描述的混合元件的不同之处在于金属条带26包括第一区段28’，所述第一区段28’被弯折以形成螺旋60。这里，螺旋60同时形成叶栅状部件14的一部分以及局部环绕所述叶栅状部件14的框架12。使金属条带26的第二区段36’弯折以形成与螺旋60相交的腹板18’。同样，第二区段36’包括多个截槽，所述截槽装配到第一区段28’的对应截槽中以形成叶栅状部件14的相交点41。这里，偏转元件20布置于第一区段28’的区域中。也就是说，所述偏转元件20同样地形成螺旋，而且大多数所述偏转元件20相对于金属条带26向内朝向。作为可替代方案，叶栅状部件的径向内部也可以设计为开放圈或闭合圈，所述圈具有径向向外指向框架12的延伸部。
当生产混合元件10时，首先弯折第一区段28’以形成螺旋60，之后使第二区段36’弯折以形成腹板18’并装配到螺旋60上。随后，使偏转元件20相对于叶栅平面法线倾斜。在该实施方式中，至多在相交点41的区域中需要对叶栅状部件14进行焊接或钎焊。