DE10031154A1

DE10031154A1 - Rußfilter

Info

Publication number: DE10031154A1
Application number: DE2000131154
Authority: DE
Inventors: Siegfried Kany
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2002-01-10

Abstract

Ein Rußfilter für einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, mit einem Abgaseinlass 2 und einem Abgasauslass 3, zwischen denen ein im Wesentlichen hohlzylindrischer Filtereinsatz 1 angeordnet ist, wobei der Filtereinsatz gebildet wird von einem in Textil- oder Seilereitechnik hergestellten länglichen flexiblen Formteil 4, wobei die Fasern, aus denen das Formteil 4 besteht, als Endlosfasern ausgebildete künstliche Mineralfasern sind.

Description

Stand der Technik

Ein derartiges beispielsweise aus der EP 0 808 414 B1 be kanntes Rußfilter für einen Abgasstrom einer Brennkraftma schine, insbesondere Dieselmotor, besitzt einen Gaseinlass und einen Gasauslass. Zwischen dem Gaseinlass und dem Gas auslass ist ein im wesentlichen hohlzylindrischer Filterein satz angeordnet, der im wesentlichen aus zu Fäden und/oder Garnen verarbeiteten keramischen Fasern besteht. Das Garn bzw. die Fäden sind rundgestrickt, wobei ein warmfester Draht parallel zu den Fäden bzw. dem Garn in das Gestrick miteingearbeitet ist.

Ferner ist es aus der DE 198 24 285 A1 bekannt, den ge strickten Filtereinsatz mit dem eingearbeiteten Draht bzw. den eingearbeiteten Drähten katalytisch zu beschichten. Hierdurch wird die Zündtemperatur zur Verbrennung von im Filtereinsatz zurückgehaltenen Rußpartikeln herabgesetzt.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rußfilter der eingangs ge nannten Art zu schaffen, dessen hohlzylindrischer Filterein satz in einfacher Weise herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Bei der Erfindung sind die Fäden und/oder Garne aus Endlos fasern, insbesondere SiO₂-Endlosfasern gebildet. Derartige Fasern bestehen aus in einem Düsenziehverfahren gezogenen.

Fasern mit weitgehend konstantem Faserdurchmesser. Sie kön nen als Endlos- oder Stapelfasern vorliegen. Endlosfasern besitzen einen mittleren Faserdurchmesser von etwa 5 µm bis 24 µm. Der verwendete Faserdurchmesser hängt auch vol der Weiterverarbeitung der Fäden und/oder Garne zu einem Zwi schenprodukt, aus welchem der hohlzylindrische Filtereinsatz gebildet wird, ab. Diese Weiterverarbeitung zu einem Zwi schenprodukt kann mit Hilfe bekannter Textil- oder Seilerei technik bestehen. Insbesondere werden die Fäden bzw. Garne zu einem Geflecht oder einem Gestrick oder auch zu einem Seil verarbeitet. Bei Ausführungsbeispielen beträgt der Fa serdurchmesser 6 µm oder mehr.

Derartige Endlosfasern (Textilglasfasern) kommen in herkömm licher Weise bei der Herstellung faserverstärkter Werkstof fe, bei Wärme- und Elektroisolierung sowie beim Brand- und Arbeitsschutz zum Einsatz. Ferner werden sie in herkömmli cher Weise zu Flach- und Heißgasdichtungen verarbeitet und bei Reibbelagherstellung sowie für den Innenausbau und zu Dekorationszwecken eingesetzt.

Vorzugsweise werden die Fäden und/oder das Garn zu wenigs tens einem als Schnur, Schlauch, Kordel, Seil oder ähnlich ausgebildeten langen und flexiblen Formteil verarbeitet. Der Begriff "lang" bedeutet, dass das Formteil eine Länge be sitzt, die wesentlich größer ist als sein Durchmesser. Die ses Formteil kann mit in axialer Richtung aneinanderliegen den Windungen zu dem hohlzylindrischen Filtereinsatz gewi ckelt werden. Die aneinanderliegenden Windungen umgeben den hohlen Innenraum des Filtereinsatzes und bilden die hohlzy lindrische Wandung des Filtereinsatzes. Es ist jedoch auch möglich, mehrere im wesentlichen parallel zueinander ange ordnete Formteile zur Bildung des hohlzylindrischen Filter einsatzes zu verwenden. Hierbei können mehrere auf die Länge des hohlzylindrischen Filtereinsatzes zugeschnittene Form teilstücke verwendet werden, die im wesentlichen parallel zur Hohlzylinderachse verlaufend im Filtereinsatz angeordnet werden. Es ist jedoch auch möglich, die parallel zur Hohlzy linderachse verlaufenden Formteilstücke an ihren jeweiligen Enden miteinander zu verbinden, so dass sie in einer mäand risch verlaufenden Linie um die Hohlzylinderachse angeordnet sind.

Ferner ist es möglich, das Formteil in mehrere Formteilstü cke aufzuteilen, die als Formstückringe nebeneinanderliegend den hohlzylindrischen Filtereinsatz bilden. Hierzu können die Enden der Formteilstücke aneinander stoßen.

In das Formteil kann insbesondere parallel zum jeweiligen Faden bzw. zur jeweiligen Fadengruppe oder dem Garn verlau fend ein Metalldraht, insbesondere aus Stahl, z. B. V4A- Stahl miteingearbeitet sein. Es handelt sich hierbei um ei nen warmfesten Draht, wie er beispielsweise aus der EP 0 808 414 B1 bekannt ist mit einem für die Verarbeitung zum Form teil geeigneten Durchmesser. Der Durchmesser des Runddrahtes wird so gewählt, dass seine Bearbeitung mit textiler Technik oder Seilereitechnik möglich ist. Beispielsweise kann der Durchmesser ca. 0,04 mm bis etwa 0,5 mm oder mehr betragen.

Die Fäden bzw. das Garn sind in bevorzugter Weise aus End losfasern hergestellt. Diese Endlosfasern können eine chemi sche Zusammensetzung aufweisen mit SiO₂ ≧ 93,5%, Al₂O₃ = 4% und Na₂O ≦ 0,8%. Ein derartiges Produkt ist mit der Bezeich nung Hakotherm 1200 auf dem Markt.

Der hohlzylindrische Filtereinsatz kann aus einer Lage des flexiblen Formteils gebildet sein. Diese einlagige Ausfüh rungsform kommt bevorzugt zum Einsatz. Es ist jedoch auch möglich, in radialer Richtung mehrere Lagen von Windungen, Ringen, Mäandern oder abgelängten Formteilstücken des Form teils zur Bildung des hohlzylindrischen Filtereinsatzes zu verwenden. Die Herstellung eines derartigen Filtereinsatzes ist einfach, da das längliche Formteil lediglich gewunden wird oder in seinen aufgeteilten Formteilstücken zum hohlzy lindrischen Filtereinsatz verarbeitet wird. Dies kann da durch geschehen, dass das längliche Formteil um einen nach träglich entfernten Kern angeordnet, insbesondere gewunden wird. Das so geformte Paket kann nachträglich durch äußere Druckanwendung insbesondere in axialer Richtung verdichtet werden. Dies kann, wie aus der EP 0 808 414 B1 bekannt ist, mit Hilfe eines Stempels erfolgen.

Die Wandstärken des hohlzylindrischen Einsatzes hängen von der jeweiligen Anwendung ab und können in der Größenordnung von 5 mm und mehr, beispielsweise 10 mm bis 20 mm betragen.

Der hohlzylindrische Filtereinsatz besitzt eine Eigenstabi lität, so dass für seine praktische Anwendung im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine eine innere Abstützung nicht erfor derlich ist. Es genügt, wenn der Filtereinsatz an seiner Au ßenfläche im wesentlichen formschlüssig von einem Rahmen, welcher Durchlässe aufweist, umgeben wird. Die Auslässe im Rahmen der den Filtereinsatz wie einen Mantel umgibt, dienen als Ausströmöffnungen für das gefilterte Gas, welches zum Abgasauslass weitergeleitet wird.

Das Filtermaterial des Filtereinsatzes kann mit einer kata lytischen Beschichtung, beispielsweise aus Kupfervanadat be schichtet sein, wie es aus der DE 198 24 285 A1 oder der DE 36 23 600 A1 bekannt ist. Es genügt, wenn vorzugsweise we nigstens der in das Filtermaterial eingearbeitete Draht bzw. die eingearbeiteten Drähte die Katalysatorbeschichtung auf weisen.

In einfacher Weise kann die Beschichtung des Filtermaterials nach Fertigstellung des hohlzylindrischen Filtereinsatzes erfolgen, wobei dieser Filtereinsatz in eine wässrige Sus pension des Katalysators getaucht wird.

Beispiele

Anhand der Figuren wird an Ausführungsbeispielen die Erfin dung noch näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine schnittbildliche Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Rußfilters;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für ein langes und fle xibles Formteil, aus dem der hohlzylindrische Filtereinsatz des in Fig. 1 dargestellten Aus führungsbeispiels hergestellt sein kann;

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des Rußfilters in schnittbildlicher Darstellung;

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Rußfilters in schnittbildlicher Darstellung; und

Fig. 5 eine spezielle Anordnung des in Fig. 2 darge stellten Formteils im hohlzylindrischen Filter einsatz.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszif fern versehen.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele eines Rußfilters dargestellt, welche in den Abgasstrom einer Brennkraftma schine, insbesondere eines Dieselmotors eingebaut werden können. Diese besitzen einen Abgaseinlass 2 und einen Abgas auslass 3. In Strömungsrichtung des Abgasstromes befindet sich zwischen dem Abgaseinlass 2 und dem Abgasauslass 3 ein hohlzylindrischer Filtereinsatz 1. Der Filtereinsatz wird im wesentlichen aus zu Fäden und/oder Garn verarbeiteten aus Endlosfasern bestehenden künstlichen Mineralfasern gebildet. Hierzu sind die Fäden bzw. das Garn zu wenigstens einem als Schnur, Kordel, Schlauch, Seil oder ähnlich ausgebildeten langen und flexiblen Formteil 4, welches ein Zwischenprodukt bei der Herstellung des Filtereinsatzes bildet, verarbeitet. Die Verarbeitung zu einer Schnur oder Kordel erfolgt vor zugsweise mit Hilfe textiler Fertigungstechniken, wie Stri cken, Flechten, Weben oder dergleichen. Die Verarbeitung zu einem Seil erfolgt mit Hilfe von Verseilen oder Verflechten von Einzelgarnen in herkömmlicher Seilereitechnik.

In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für ein geflochte nes flexibles Formteil dargestellt. Parallel zu den ver flochtenen Garnen verlaufen dünne Metalldrähte 7, die in das Formteil 4 eingearbeitet sind. Jedem geflochtenen Garn kann ein Metalldraht zugeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, mehrere Metalldrähte mit jedem Garn bzw. Fadengruppe zu ver flechten. Ferner kann in bekannter Weise das längliche fle xible Formteil 4 durch Stricken, insbesondere Rundstricken, hergestellt sein, wobei ebenfalls parallel zu den gestrick ten Fäden oder Garnen ein Metalldraht 7 oder mehrere Metall drähte mitgestrickt werden.

Wie aus dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zu ersehen ist, werden zur Bildung des hohlzylindrischen Filtereinsatzes 1 mehrere Windungen des flexiblen Formteils 4 in axialer Rich tung aneinandergelegt. Gegebenenfalls wird durch einen in axialer Richtung bewegten Stempel das aus den Windungen des flexiblen Formteils 4 gebildete Paket verdichtet. Bei der Bildung des hohlzylindrischen Filtereinsatzes 1 können die Windungen des flexiblen Formteils 4 auf einen zylindrischen Kern aufgewickelt werden. Der zylindrische Kern wird nach der Bildung des Filtereinsatzes entfernt, so dass der hohl zylindrische Filtereinsatz 1 zurückbleibt.

Dieser Filtereinsatz wird in einen Rahmen 6 eingesetzt. Der Rahmen 6 stützt den Filtereinsatz 4 nach außen hin. Der Rah men 6, welcher den Filtereinsatz im wesentlichen formschlüs sig als Mantel umgibt, weist Durchlässe 5 auf, welche ein Ausströmen des gefilterten Gases aus dem Filtereinsatz 1 er laubt.

Beim Verdichten der aneinanderliegenden Windungen des fle xiblen Formkörpers 4 verformt sich der Querschnitt der je weiligen Windung annähernd zu einem Rechteck, so dass der Filtereinsatz 1 mit kreiszylindrischen Innen- und Außenflä chen entsteht. Der Rahmen 6 wird an der einen Stirnseite beispielsweise durch eine aufgeschweißte Kappe 8 dicht ver schlossen. An der anderen Stirnseite ist der Rahmen 6 zur Bildung des Gaseinlasses 2 geöffnet. Der Gaseinlass 2 be sitzt einen Durchmesser, der etwa an den Innendurchmesser des Hohlraumes des Filtereinsatzes 1 angepasst ist. Das Ab gas fließt in Pfeilrichtung durch den Einlass 2 in das Fil terinnere und durch den Filtereinsatz 1. Durch die Durchläs se 5 im Mantel 6 gelangt das gefilterte Abgas in einen Sam melraum 11, welcher von einem Filtergehäuse 9 umgeben ist. Das Filtergehäuse 9 ist an der Stirnseite, an welcher der Einlass 2 vorgesehen ist, gasdicht mit dem Rahmen 6 und ei nem am Gaseinlass 2 vorgesehenen Gaseinlassrohr 10 verbun den. An der anderen Stirnseite befindet sich der Abgasaus lass 3, durch welchen die im Sammelraum 11 zwischen dem Rah men 6 und dem Filtergehäuse 6 gesammelten gefilterten Abgase abgeleitet werden.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Lage von Windungen des Formteiles 4 vorgesehen. Es ist auch möglich, zwei oder mehr Lagen in radialer Richtung übereinander zur Bildung des Filtereinsatzes 1 im Rahmen 6 vorzusehen.

Da das längliche flexible Formteil 4 lediglich auf einen Kern aneinander liegenden Windungen zur Herstellung des Fil tereinsatzes aufgewickelt werden muss, ergibt sich eine ein fache Herstellung des Filtereinsatzes, bei welchem nach He rausziehen des stabförmigen Kernes, auf welchem die Windun gen hergestellt wurden, der fertige Filtereinsatz vorliegt.

Bei dem in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das in Fig. 2 dargestellte flexible Formteil in mehrere Formteilstücke aufgeteilt. Die Formteilstücke werden zu Formstückringen 13 gebogen und in den Rahmen 6 des Filter einsatzes eingesetzt. Die Formstückringe 13 liegen nebenein ander und werden vorzugsweise durch einen axial bewegten Stempel verdichtet. Die Enden der Formteilstücke 13 stoßen im eingebauten Zustand aneinander, so dass durchgehende Formstückringe gebildet werden. Diese liegen, wie in Fig. 3 dargestellt ist, in axialer Richtung nebeneinander und bil den den hohlzylindrischen Filtereinsatz 1.

Bei dem in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das längliche flexible Formteil 4 (Fig. 2) in Formteilstücke 14 aufgeteilt, welche etwa der Länge des Filtereinsatzes 1 entsprechen. Die Formteilstücke 14 sind nebeneinanderliegend im wesentlichen parallel zur Hohlzylinderachse des Filter einsatzes 1 angeordnet. Anstelle von abgelängten Form teilstücken 14 kann das Formteil 4 in Mäanderform, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, in den Rahmen 6 des Filtereinsatzes 1 eingebaut werden. Jede Mäanderschleife entspricht etwa der Länge des hohlzylindrischen Filtereinsatzes 1. Auch bei den Ausführungsformen der Fig. 4 und 5 kann ein Verdichten des Filtermaterials im Rahmen 6 erfolgen.

Bezugszeichenliste

1

Filtereinsatz

2

Abgaseinlass

3

Abgasauslass

4

längliches, flexibles Formteil

5

Gasdurchlässe

6

Rahmen

7

Metalldraht

8

Verschlusskappe

9

Filtergehäuse

10

Gaseinlassrohr

11

Sammelraum

12

Garn

13

Formstückring

14

Formteilstücke

Claims

1. Rußfilter für einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, mit einem Abgaseinlass (2) und einem Abgasauslass (3), zwischen denen ein hohlzylindri scher Filtereinsatz (1), der im wesentlichen aus zu Fä den und/oder Garn verarbeiteten temperaturbeständigen Fasern besteht, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden und/oder Garne aus Endlosfasern, insbe sondere SiO₂-Endlosfasern, gebildet sind.

2. Rußfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Endlosfasern gebildeten Garne oder Fäden durch Textil- oder Seilereitechnik zu einem Zwischenpro dukt verarbeitet sind, aus dem der hohlzylindrische Fil tereinsatz (1) gebildet ist.

3. Rußfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenprodukt ein Gestrick, Geflecht oder Seil ist.

4. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass in das Zwischenprodukt wenigstens ein Metalldraht (7) eingearbeitet ist.

5. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass der wenigstens eine Metalldraht (7) parallel zu den Fäden bzw. zum Garn verläuft.

6. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die Fäden und/oder das Garn zu we nigstens einem als Schnur, Kordel, Schlauch, Seil oder ähnlich ausgebildeten langen und flexiblen Formteil (4) verarbeitet sind bzw. ist, mit welchem der hohlzylindri sche Filtereinsatz (1) gebildet ist.

7. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass in axialer Richtung aneinandergelegte Windungen des länglichen Formteils (4) den hohlzylindri schen Filtereinsatz (1) bilden.

8. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass mehrere im wesentlichen parallel zu einander angeordnete Formteilstücke (13; 14) den hohlzy lindrischen Filtereinsatz (1) bilden.

9. Rußfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteilstücke (14) im wesentlichen parallel zur Hohlzylinderachse verlaufen.

10. Rußfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4) in mehrere Formteilstücke aufgeteilt ist, die als nebeneinanderliegende Formstückringe (13) den hohlzylindrischen Filtereinsatz (1) bilden.

11. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, dass der Filtereinsatz (1) eine katalyti sche Beschichtung aufweist.

12. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, dass wenigstens der jeweils eingearbeitete Metalldraht (7) eine katalytische Beschichtung aufweist.

13. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, dass der Abgaseinlass (2) in das Innere des hohlzylindrischen Filtereinsatzes (1) geführt ist.

14. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, dass der Abgasauslass (3) mit der Außen fläche des Filtereinsatzes (1) verbunden ist.

15. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, dass der Filtereinsatz (1) nur an seiner Außenfläche im wesentlichen formschlüssig von einem äu ßeren Gasdurchlässe (5) aufweisenden Rahmen (6) umfasst ist.

16. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, dass die Windungen des Formteils (4) im hohlzylindrischen Filtereinsatz (1) in radialer Richtung ein- oder mehrlagig angeordnet sind.

17. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge kennzeichnet, dass der mittlere Faserdurchmesser ca. 6 µm oder mehr beträgt.