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Die Erfindung bezieht sich auf eine Durchführung für eine Hochspannungselektrode für ein Abgasfilter gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Solche Hochspannungsdurchführungen, wie sie z. B. bei Zünd- oder Glühkerzen für Brennkraftmaschinen bekannt sind. weisen meist einen einstückigen keramischen Teil auf, der die Elektrode dicht umschliesst und der seinerseits in einen Metallring eingegossen ist, mit dem die Durchführung in eine eine entsprechende Dicke aufweisende Wand eingeschraubt werden kann.
Ein solcher Aufbau einer Durchführung ist aber für Durchführungen, die in relativ dünnwandige Gehäuseteile, wie sie z. B. für Filteranordnungen für die Reinigung der Abgase für Kraftfahrzeuge erwünscht sind, nicht geeignet. Ausserdem eignen sich solche Durchführungen nur für Spannungen im Bereich bis ca.
20kV und nur für impulsweisen Betrieb.
Für Filter mit elektrostatischer Aufladung der zu reinigenden Abgase sind aber höhere Spannungen, die
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stehendes Elektrofilter bekannt, bei dem ein mit Hochspannung verbundener Leiter zwei miteinander verbunden Hälften eines metallischen Hohlkörpers durchsetzt, wobei der Leiter mit einer Hälfte verschweisst ist und die zweite Hälfte mittels einer Feder, die an einer an einem Ende des Leiters gehaltenen Mutter abgestützt ist, gegen die mit dem Leiter verschweisste Hälfte gepresst wird.
Der metallische Hohlkörper ist über zwei ringfömige Isolatoren an einem Flansch des metallischen Gehäuses des Elektrofilters gehalten, wobei die Ringisolatoren an ihren inneren und äusseren Rändern im wesentlichen senkrecht zur Auflagefläche abstehende Rippen aufweisen, zwischen die die Ränder der beiden Hälften des metallischen Hohlkör- pers eingreifen und sich auf dem Grund der so gebildeten Nut abstützen.
Eine solche Durchführung ist jedoch sehr aufwendig und kann nicht für dünnwandige Gehäuse verwendet werden. Ausserdem weist eine solche auch den Nachteil auf, dass die aus dem Gehäuse des Filters vorragende Hälfte des metallischen Hohlkörpers unter Spannung steht und entsprechend abgesichert werden muss.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Durchführung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die auch für Wände mit geringer Wandstärke, z. B. Blechwände, geeignet ist, und die sich für Spannungen bis z. B. 100kV eignet.
Erfindungsgemäss wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
Durch diese Massnahmen können die beiden keramischen Teile, die entsprechend der erforderlichen Spannungsfestigkeit dimensioniert sind, auf einfache Weise auch bei dünnen Wänden angeordnet werden.
Dabei ergibt sich auch die Möglichkeit die gesamte Masseverteilung der Durchführung samt Elektrode so zu gestalten, dass sich der Massenschwerpunkt der gesamten Durchführung nahe der durchsetzten Wand befindet, wodurch auf die durchsetzte Wand einwirkende Biegemomente weitgehend vermieden werden.
Ausserdem erhöht sich durch die Druckbelastung der keramischen Teile auch deren mechanische Belastbarkeit, da Keramiken bekanntlich relativ hohe Druckbelastungen aber nur sehr geringe Zugbelastungen aufnehmen können. So wird durch die Druckvorspannung neben der Fixierung an der durchsetzten Wand auch sichergestellt, dass die durch das Eigengewicht der Teile der Durchführungen bei einer horizontalen Anordnung bedingten Biegekräfte zu keinen Zugspannungen in den Keramikteilen führen.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die vorgeschlagenen Massnahmen auch dadurch, dass bei thermischen Belastungen keine durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Keramik und Metall bedingten Spannungen in die keramischen Teile eingeleitet werden können.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich eine in konstruktiver Hinsicht sehr einfache Lösung für das Aufbringen der erforderlichen Druckspannungen in den keramischen Teilen.
Es ist günstig, wenn ein vorzugsweise keramischer Stützkörper zur Abstützung der Hochspannungselektrode gegenüber der Wand vorgesehen ist. Dadurch wird die Hochspannungselektrode gegenüber dem Gehäuse isoliert.
Weiters ist es vorteilhaft, wenn der Stützkörper axial verschiebbar auf dem Keramikkörper angeordnet ist. Es ist im Prinzip zwar möglich, den Stützkörper direkt auf der Hochspannungselektrode verschiebbar zu lagern, jedoch hat sich die Lagerung auf dem Keramikkörper im Hinblick auf die Stabilität als günstiger herausgestellt.
Durch die Merkmale des Anspruches 5 bleibt die Druckvorspannung der keramischen Teile auch bei starken Temperaturschwankungen weitgehend konstant, da die Wärmedehnung der Elektrode, die zumeist durch einen Metallstab oder ein Metallrohr gebildet ist, durch die Feder weitgehend kompensiert werden kann, deren Kraft sich durch die relativ geringen Längenänderungen der Elektrode nur wenig ändert.
Durch die Merkmale des Anspruches 6 ergibt sich der Vorteil eines erhöhten Schutzes gegen Überschlage und ausserdem bewirkt der glockenförmige Teil gleichzeitig auch eine Verbesserung der Strömung, wenn die Elektrodendurchführung z. B. in einem Filter für die Reinigung von Abgasen aus
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Brennkraftmaschinen verwendet wird. Der glockenförmige Teil kann sowohl einstückig mit dem Keramikkörper ausgeführt sein, als auch als separater Bauteil realisiert sein. Dies ermöglicht einfacher gestaltete keramische Teile, die daher einfacher herstellbar sind. Ausserdem ist es dadurch auch möglich, dass der weitere, glockenförmige Körper mit einem Ansatz die Wand durchsetzt, wobei dieser Ansatz vom an der Aussenseite der Wand abgestützten keramischen Teil übergriffen ist.
Dadurch lässt sich eine bessere Halterung aller drei keramischen Teile erreichen und auch eine ausgeglichene Verteilung der Massen der Durchführung, sodass deren Schwerpunkt im Bereich der durchsetzten Wand zu liegen kommt.
Dabei kann weiters zur Verlängerung der Kriechwege vorgesehen sein. dass der glockenförmige Abschnitt mehrere umlaufende und sich im wesentlichen in axialer Richtung der Durchführung vorspringende Rippen aufweist.
Ein weiters Ziel der Erfindung ist es, ein Abgasfilter, insbesondere für Brennkraftmaschinen mit einem in einem Gehäuse angeordneten keramischen Filterelement mit einer zentralen Ausnehmung zu schaffen.
Dieses Abgasfilter soll sowohl den mechanischen als auch den thermischen Belastungen, denen es Im Betrieb ausgesetzt ist lange Zeit standhalten.
Erfindungsgemäss wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 14 erreicht.
Durch diese Massnahmen ist sichergestellt, dass die keramischen Teile der Durchführung auf Druck vorgespannt sein können und daher auch bei den auftretenden Beschleunigungskräften in keinem Bereich der keramischen Teile Zugspannungen auftreten, wodurch eine sehr wesentliche Verlängerung der Standfestigkeit der Durchführung erreicht wird.
Ausserdem lässt sich eine solche Durchführung auch in dünnwandigen Gehäusen sehr einfach montieren und es besteht auch die Möglichkeit durch entsprechende Dimensionierung die Massenverteilung bei der Durchführung so zu gestalten, dass deren Schwerpunkt im Bereich der durchsetzten Wand des Gehäuses liegt, wodurch die durch das Eigengewicht der Durchführung und durch Beschleunigungskräfte bedingte Biegespannungen minimiert werden und daher durch die entsprechende Vorspannung der keramischen Teile der Durchführung das Auftreten von Zugspannungen vermieden werden kann.
Ausserdem ergibt sich durch den glockenförmigen Abschnitt auch eine sehr vorteilhafte Gestaltung der Umlenkung der zu reinigenden Abgase, wodurch der durch das gesamte Filter bedingte Strömungswiderstand verringert wird.
In diesem Zusammenhang kann weiters vorgesehen sein, dass der in das Innere des Gehäuses hineinragende keramische Teil eine sich gegen dessen freies Ende zu verjüngende Form aufweist und an seiner Mantelfläche vorzugsweise mit in Umfangsrichtung umlaufenden Rippen versehen ist, wobei die diese einhüllende Mantelfläche vorzugsweise konkav gekrümmt verläuft, wodurch sich für die umzulenkenden Abgase verbesserte Strömungsverhältnisse ergeben und die Masse der Durchführung verringert wird. wobei sich für den im Inneren des Gehäuses befindlichen, die Elektrode unmittelbar aufnehmenden keramischen Teil Verhältnisse ergeben, die im wesentlichen einem Träger gleicher Festigkeit ergeben.
Weiters kann vorgesehen sein, dass der glockenförmigen Abschnitt mehrere umlaufende und sich im wesentlichen in axialer Richtung der Durchführung vorspringende Rippen aufweist, wodurch sich längere Kriechwege ergeben.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, dass an der Elektrode ein Anschlag angeordnet ist. der an der freien Stirnseite des im Inneren des Gehäuses befindlichen Teiles über eine Dichtung anliegt und der, bzw. die an der Innenwand des Gehäuses anliegende (n) keramische (n) Teil (e) über ein Dichtung aus einem weichen temperaturbeständigen Material an der Wand anliegt und weiters eine an dem sich ausserhalb des Gehäuses befindlichen Endbereich der Elektrode angreifende und sich an dem ausserhalb des Gehäuses befindlichen keramischen Teil abstützende Spanneinrichtung z. B. eine auf die Elektrode aufschraubbare Mutter vorgesehen ist, wobei die Abstützung der Spanneinrichtung über eine Feder erfolgt.
Durch die Merkmale des Anspruches 12 kommt es zu einem Abstrahlen der sich an der Oberfläche des die Elektrode aufnehmenden Teiles ausbildenden Ladungen und damit zu einer Reduzierung der Belastung der Hochspannungsquelle und gleichzeitig zu einer Verbesserung der Bildung von 02-Radikalen aus dem im Abgas vorhandenen Restsauerstoff, die zu einer Verbrennung von Russpartikeln bei niedrigen Temperaturen von z. B. 180*C führen.
Auf diese Weise lässt sich sehr leicht die nötige Dichtheit der Durchführung erreichen.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen :
Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemässes Abgasfilter insbesonders für Brennkraftmaschinen im teilwei- sen Längsschnitt.
Fig. 2 schematisch ein Detail der Hochspannungsdurchführung,
Fig. 3 ein Detail einer Ausführungsvariante der Erfindung.
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Das Abgasfilter 1 nach der Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem in einem Gehäuse 2, das aus elektrisch leitendem Blech hergestellt und mit einem Pol, z. B. der Masse einer nicht dargestellten Hochspannungsquelle verbunden ist. Im Inneren ist ein keramisches Filterelement 3 angeordnet, das einen zentralen Durchlass 4 für die Zufuhr des zu reinigenden Abgases aufweist. Dieses keramische Filterelement 3 besitzt einen wabenartigen Aufbau, wobei die im wabenartigen Aufbau vorhandenen Kanäle 3a in axialer Richtung von einer Stirnfläche des Filterelementes 3 zur zweiten Stirnfläche durchgehen und an beiden Enden offen sind.
Der Einlass 7 des Gehäuses 2 ist über Keramikrohre 5 und 5a, die einen Sammelraum 6 für das gereinigte Abgas durchsetzen. mit dem Durchlass 4 des keramischen Filterelementes 3 dicht verbunden.
Die dem Einlass 7 gegenüberliegende Stirnwand 8 des Gehäuses 2 ist von der Durchführung 9 für die Hochspannungselektrode 10 durchsetzt, die mit Streuscheiben 11 versehen ist. Die Achse 10a der Hochspannungselektrode 10 stellt dabei gleichzeitig die Achse des Gehäuses 2 dar. Die Hochspannungselektrode 10 ragt in den Durchlass 4 des Filterelementes 3 hinein und bewirkt sowohl eine lonisierung des im Durchlass 4 strömenden Abgases als auch den Aufbau eines elektrischen Feldes, das das Filterelement durchsetzt und zur Anlagerung der im Abgas vorhandenen Teilchen an die Wände der Kanäle 3a dient.
Die Durchführung 9 besteht bei der Ausführungsvariante der Fig. 2 im wesentlichen aus zwei keramischen Teilen.
Der Keramikkörper 12 ist im wesentlichen im Inneren des Gehäuses 2 angeordnet. Er besitzt eine durchgehende Bohrung 13, in der die Elektrode 10 mit geringem Spiel gehalten ist. Dieser Keramikkörper 12 weist einen die Wand 8 durchsetzenden Ansatz 14 und einen an der Wand 8 abgestützten Abschnitt 15 auf, der mit in Umfangsrichtung verlaufenden Rippen 16 versehen ist, die zur Verlängerung der Kriechwege dienen, um Spannungsüberschläge durch angelagerte Schmutzpartikel zu vermeiden. Dabei verjüngt sich der Abschnitt 15 gegen sein freies Ende zu, wobei die die Rippen 16 einhüllende Mantelfläche im Längsschnitt konkav gekrümmt ist. An der freien Stirnseite des Keramikkörpers 12 liegt über eine Dichtung 17 ein mit der Hochspannungselektrode 10 verbundener, radial von dieser abstehender Ansatz 18 an.
Der Abschnitt 15 des Keramikkörpers 12 ist teilweise von einem glockenförmigen Abschnitt 22a umgeben, dessen Öffnung dem Filterelement 3 zugekehrt ist. Dabei weist der glockenförmige Abschnitt 22a umlaufende, in axialer Richtung der Durchführung 9 vorspringende Rippen 23a auf, die ebenfalls zur Vergrösserung der Kriechstrecken dienen. Der Keramikkörper 12 stützt sich mit einem Sitz 25a über eine Dichtung 29 an der Wand 8 ab.
Der ebenfalls keramische Stützkörper 26 ist auf dem Ansatz 14 des Keramikkörpers 12 axial verschiebbar gelagert. Der Stützkörper 26 stützt sich mit einem Sitz 27 über eine Dichtung 28 an der Wand 8 ab.
Bei der Ausführungsvariante der Fig. 3 ist ein glockenförmiger, keramischer Körper 22 vorgesehen, der den Abschnitt 15 des Keramikkörpers 12 teilweise umgibt. Der glockenförmige Körper 22 weist umlaufende, in axialer Richtung der Durchführung 9 vorspringende Rippen 23 auf, die zur Vergrösserung der Kriechstrecken dienen. Der glockenförmige Körper 22 ist am Ansatz 14 des Keramikkörpers 12 axial verschiebbar gelagert. Unter Zwischenschaltung einer zwischen den Sitzen 30 und 31 befindlichen Dichtung 32 drückt der Keramikkörper 12 den glockenförmigen Körper 22 mit seinem Sitz 25 über die Dichtung 29 gegen die Wand 8.
Den Ausführungsvarianten der Fig. 2 und 3 ist gemeinsam, dass der Stützkörper 26 einen Abschnitt 33 mit einem vergrösserten Durchmesser D aufweist, wodurch eine Schulter 34 gebildet wird. An der Schulter 34 liegt ein Ring 35 an, auf dem sich eine Feder 36 abstützt. Das andere Ende der Feder 36 stützt sich an einer auf der Hochspannungselektrode 10 aufgeschraubten Mutter 37 ab. Die Feder 36 spannt die keramischen Teile 12,26 und gegebenenfalls 22 über die Hochspannungselektrode 10 zusammen und nimmt dabei die thermisch bedingten Längenänderungen der einzelnen Bauteile auf. Dadurch kommt es auch zu einem Anpressen der Teile 26 und 22 an die Wand 8, wodurch die entsprechende Fixierung der Durchführung 9 sichergestellt wird. Bei Verwendung einer entsprechend elastischen Hochspannungselektrode 10 kann auf die Feder 36 auch verzichtet werden.
Der Anschluss der Hochspannungselektrode 10 einer nicht dargestellten Hochspannungsquelle erfolgt in bekannter Weise.
Die in den Durchlass 4 des keramischen Filterelementes 3 einströmenden Abgase werden durch die an Hochspannung liegenden Elektrode 10 elektrisch aufgeladen, wodurch es zur Bildung von ionisiertem Sauerstoff kommt. Nach dem Austritt aus dem Durchlass 4 gelangt das ionisierte Abgas in den Umlenkraum 38 und tritt dann in die durchgehenden Kanäle 3a des Filterelementes 3 ein.
Im Umlenkraum 38. aber insbesondere an den Wänden der Kanäle 3a des wabenartigen Aufbaus des keramischen Filterelementes 3 kommt es zur Ablagerung des Russes aber auch zum Auftreffen von ionisiertem Sauerstoff auf den Russ. wodurch dieser auch schon bei niedrigen Temperaturen, wie z. B. 180. C abbrennt. Dadurch kommt es zu keinen grösseren Anlagerungen von Russ, wodurch der durch das
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Filter verursachte Strömungswiderstand für die Abgase niedrig bleibt.
Um die sich an der Oberfläche des keramischen Teiles 12 anhäufenen elektrischen Ladungen abzustrahlen, weist der Keramikkörper 12 im Bereich der Öffnung des glockenförmigen Abschnittes 22a bzw. des glockenförmigen Körpers 22 einen Ring 40 aus einem elektrisch leitenden Material auf.