DE10035544A1 - Filteranordnung für eine Abgasreinigungsanlage - Google Patents
Filteranordnung für eine AbgasreinigungsanlageInfo
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Abstract
Eine solche Filteranordnung, bei der poröse Filterplattenelemente paarweise unter Bildung von Filtertaschen an ihrem Außenumfang sowie an ihrem Innenumfang miteinander verbunden sind, ist bekannt. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind den Filtertaschen außen- und/oder innenseitig Katalysatormittel zugeordnet. DOLLAR A Einsatz für Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen.
Description
Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung für eine Abgasrei
nigungsanlage einer Verbrennungsmaschine, insbesondere eines
Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, bei der Filterplat
tenelemente unter paarweiser Bildung von Filtertaschen an ih
rem Außenumfang sowie an ihrem Innenumfang miteinander verbun
den sind.
Eine solche Filteranordnung ist aus der DE 198 10 738 C1 be
kannt. Die bekannte Filteranordnung ist für die Abgasreini
gungsanlage eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors als Parti
kelfilter vorgesehen und dient insbesondere zur Rußreinigung
des Abgases eines Dieselmotors. Die Filteranordnung wird durch
poröse Filterplatten in Form von Sintermetallplattenringen
aufgebaut, die unter paarweiser Bildung von alternierend au
ßen- und innenliegenden Filtertaschen zu einem Filterpaket
miteinander verschweißt werden. Die Filteranordnung ist kata
lytisch inaktiv. Eine solche Filteranordnung kann mit einem
Oxidationskatalysator und/oder einem Stickoxid-Reduktionskata
lysator kombiniert werden, die den benötigten Bauraum für die
Abgasreinigungsanlage vergrößern.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Filteranordnung der ein
gangs genannten Art zu schaffen, die neben der Filterung von
Rußpartikeln auch Rußoxidation und/oder die Reduktion von
Stickoxiden ermöglicht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass den Filtertaschen au
ßen- und/oder innenseitig Katalysatormittel zugeordnet sind.
Durch die erfindungsgemäße Lösung sind in der Filteranordnung
zusätzlich zu der Filterwirkung, insbesondere in Form eines
Partikelfilters, noch Katalysatorfunktionen integriert, so
dass die Filteranordnung multifunktional gestaltet ist. Die
zusätzlichen Katalysatorfunktionen werden im Gegensatz zum
Stand der Technik bei der erfindungsgemäßen Lösung erreicht,
ohne das Bauvolumen oder den Bauraum für die Abgasreinigungs
anlage vergrößern zu müssen. Somit wird eine äußerst platzspa
rende und dennoch funktionale Lösung geschaffen. Die Filter
plattenelemente sind vorzugsweise tellerartig gestaltet und
mit einem zentralen Durchtritt versehen, so dass sie Ringform
besitzen.
In Ausgestaltung der Erfindung sind als Katalysatormittel ka
talytisch aktive Folien vorgesehen. Dies ist eine besonders
einfache und funktionssichere Ausgestaltung. Die Folien sind
vorzugsweise analog zu den Filterplattenelementen rotations
symmetrisch zur Filtermittellängsachse gestaltet. Weder Folien
noch Filterplattenelemente sind jedoch grundsätzlich auf die
rotationssymmetrische Gestaltung beschränkt. In gleicher Weise
können sie auch eckig oder in anderer geeigneter Weise geformt
sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Folien an den
außen- oder innenliegenden Scheitelpunkten der Filtertaschen
mit den Filterplattenelementen verbunden und ragen frei in die
außen- oder innenliegenden Filtertaschen, insbesondere radial
zu einer Filtermittelachse, ab. Dadurch, dass die Folien le
diglich im Bereich der Scheitelpunkte direkt mit den Filter
plattenelementen in Kontakt stehen, wird durch die Folien na
hezu keine Erhöhung des Abgasgegendrucks im Betrieb der Fil
teranordnung erzielt. Denn die Folien stellen kein zusätzli
ches Hindernis dar, da sie den Abgasstrom durch die Anordnung
im Freiraum der Filtertaschen nahezu nicht beeinflussen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Folien mit
einer Versteifungsstruktur versehen. Hierdurch wird verhin
dert, dass die Folien im Betrieb der Filteranordnung durch die
Abgasströmung und insbesondere durch entsprechende Druckpulse
der Abgasströmung zu flattern beginnen. Als Versteifungsstruk
tur kann die jeweilige Folie insbesondere mit einer entspre
chenden Prägung versehen sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Folien durch
Stützmittel der Filtertaschen in ihrer radialen Ausrichtung
fixiert. Hierdurch wird seitens der Filterplattenelemente eine
entsprechende Stützung der Folien erzielt, indem die Filter
plattenelemente mit geeigneten Stützmitteln versehen sind. Als
Stützmittel können die Filterplattenringe insbesondere mit ei
ner Noppenstruktur versehen sein, die die scheiben- oder schei
benringförmigen Folien über ihre gesamte Fläche oder über einen
Teil der Fläche punktartig stützen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein
Teil der Folien oxidationskatalytisch aktiv beschichtet. Die
ser Teil der Folien ist vorteilhaft an den innenliegenden
Scheitelpunkten der Filtertaschen festgelegt, um eintrittsei
tig die entsprechende Katalysatorfunktion zu erzielen. Hier
durch ist es möglich, im Abgas auftretenden Ruß zu oxidieren,
was insbesondere bei Dieselmotoren vorteilhaft ist. In glei
cher Weise können die Folien auch an den außenliegenden Schei
telpunkten mit den Filterplattenelemente verbunden sein, so
dass sie nach innen abragen und somit bei von außen nach innen
strömendem Abgas austrittseitig angebracht sind. Hierdurch
wird zwar die Rußoxidation nicht gefördert; es wird jedoch die
Oxidation von in Abgas befindlichem HC und CO verbessert, da
austrittseitig keine Ablagerungen von Ruß- oder anderen Fest
partikeln auf der Folie vorhanden sind und somit eine verbes
serte Aktivität der Katalysatorwirkung erzielbar ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein
Teil der Folien mit einem die Stickoxidreduktion unterstützen
den Katalysatormaterial aktiv beschichtet. Auch hier können
die entsprechend beschichteten Folien sowohl ein- als auch
austrittseitig der Abgasströmung und damit sowohl in den nach
außen offenen als auch in den nach innen offenen Filtertaschen
positioniert sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind den Folien Do
siermittel für die Zufuhr eines Reduktionsmittels, insbesonde
re Ammoniak, zugeordnet. Als Dosiermittel sind insbesondere
Strömungskanäle in der Filteranordnung integriert, die die
Eindüsung des Ammoniaks an geeigneter Stelle gewährleisten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Kanalabschnitte
der Dosiermittel durch entsprechende Prägungen der Filterplat
tenelemente einstückig in diese integriert. Dadurch sind die
Dosierkanäle zumindest teilweise in den Filterplattenelementen
aufgenommen. Dies ist eine besonders einfach herzustellende
Anordnung, die keine zusätzlichen Bauteile benötigt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus
den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von
bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand
der Zeichnungen dargestellt sind.
Fig. 1 zeigt schematisch in einer Längsschnittdarstellung eine
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filteranordnung
mit austrittseitig angeordneten, katalytisch aktiven
Folien,
Fig. 2 eine zu Fig. 1 ähnliche Ausführungsform mit eintritt
seitig angeordneten, katalytisch aktiven Folien,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei
der sowohl ein- als auch austrittseitig katalytisch ak
tive Folien vorgesehen sind,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Filteranordnung, bei der austrittseitig angeordneten,
katalytisch aktiven Folien Dosiermittel für die Zufuhr
eines Reduktionsmittels zugeordnet sind,
Fig. 5 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filteran
ordnung ähnlich Fig. 4, wobei zusätzlich noch eintritt
seitig katalytisch aktive Folien vorgesehen sind, und
Fig. 6 in einer stirnseitigen Ansicht die sternförmige Anord
nung der Dosiermittel im Bereich eines Filterplatten
ringes der Filteranordnung nach Fig. 4 oder Fig. 5.
Die Filteranordnungen gemäß den Fig. 1 bis 6 sind für Abgas
reinigungsanlagen von Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren, ins
besondere von Dieselmotoren, vorgesehen. Alle Filteranordnun
gen gemäß den Fig. 1 bis 6 weisen jeweils ein Filtergehäuse 1
auf, in dem ein Paket aus ringförmigen Filterplatten 2 ange
ordnet ist. Sowohl das Filtergehäuse 1 als auch das Paket aus
Filterplattenringen 2 ist rotationssymmetrisch zu einer Mit
tellängsachse M der Filteranordnung gestaltet. Das Filterge
häuse 1 weist einen Eintritt E für die zu reinigende Abgas
strömung und einen am gegenüberliegenden Ende des Filtergehäu
ses 1 vorgesehenen Austritt A für die gereinigte Abgasströmung
auf. Die Abgasströmung ist bei allen Ausführungsbeispielen ge
mäß den Fig. 1 bis 5 durch entsprechende Pfeile in ihrem Ver
lauf optisch dargestellt, wobei die entsprechenden Pfeile le
diglich symbolisch bestimmte Teilströme darstellen. Dem Fach
mann ist jedoch klar, dass alle Filterplattenringe 2 innerhalb
des Filtergehäuses 1 in entsprechender Weise durchströmt wer
den.
Die Filterplattenringe 2 sind porös gestaltet, um die Durch
strömung des Abgasstromes zu gewährleisten. Beim dargestellten
Ausführungsbeispiel sind die Filterplattenringe 2 als Sinter
metallplatten gestaltet und tellerartig ausgeführt. Dabei sind
die Filterplattenringe 2 jeweils paarweise derart zusammenge
fügt, dass sich zwischen jeweils zwei benachbarten Filterplat
tenringen jeweils außen- und innenliegende Filtertaschen erge
ben. Die Filterplattenringe 2 sind sowohl im Bereich der äuße
ren Scheitelpunkte 3 der Filtertaschen, d. h. ihrer äußeren
Ränder, als auch im Bereich ihrer inneren Scheitelpunkte 4,
d. h. im Bereich ihrer inneren Ränder, umlaufend fest miteinan
der verbunden, vorzugsweise miteinander verschweißt. Die im
Bereich des Austritts A positionierten, endseitigen Filter
plattenrinqe 2 sind mit ihren inneren Scheitelpunkten, d. h.
ihren inneren Rändern, fest mit der Innenseite des Filterge
häuses 1 verbunden, insbesondere verschweißt. Die Durchlässig
keit der Filterplattenringe 2 aufgrund ihrer porösen Gestal
tung als Sintermetallplatten ist durch die gestrichelte Dar
stellung der Filterplattenringe 2 verdeutlicht. Der zum Ein
tritt E benachbarte Filterplattenring 2 ist im Bereich seines
inneren Durchtrittes durch eine Prallplatte 5 verschlossen, so
dass die Abgasströmung, die in das Filtergehäuse 1 eintritt,
gemäß der Pfeildarstellung radial zur Mittellängsachse M nach
allen Seiten hin umgelenkt wird. Die Abgasströmung durchdringt
dann von außen her alle Filterplattenringe 2 nach innen hin,
wie anhand der Pfeildarstellung verdeutlicht ist. Vom Inneren
des Paketes aus Filterplattenringen aus wird die Abgasströmung
dann zum Austritt A geleitet.
Durch die poröse Gestaltung der Filterplattenringe 2 wird auf
die radial von außen nach innen die Filterplattenringe 2
durchströmende Abgasströmung eine Filterwirkung ausgeübt,
durch die sich entsprechende Feststoffpartikel innerhalb der
Abgasströmung, wie insbesondere Ruß, an den Außenwandungen der
Filterplattenringe 2 und damit im Bereich der außenliegenden
Filtertaschen ablagern.
Die grundsätzliche Filterfunktion der Filteranordnungen gemäß
den Fig. 1 bis 6, soweit sie bislang beschrieben worden sind, .
entspricht weitgehend der DE 198 10 738 C1, so dass bezüglich
der Filterfunktion wie auch der paarweisen Zuordnung der Fil
terplatten ergänzend auf diese Druckschrift verwiesen wird.
Um für die Filteranordnungen 1 gemäß den Fig. 1 bis 6 zusätz
lich noch Katalysatorfunktionen erfüllen zu können, sind den
durch die Filterplattenringe 2 geschaffenen Filtertaschen ka
talytisch aktive Folien 6, 6a, 6b zugeordnet, die anhand der
einzelnen Ausführungsbeispiele in Aufbau und Funktion nachfol
gend näher beschrieben werden. Alle Folien 6, 6a, 6b sind
scheibenringförmig gestaltet und im Bereich der inneren oder
der äußeren Scheitelpunkte 3, 4 des Paketes der Filterplatten
ringe 2 zwischen jeweils zwei benachbarte Filterplattenringe 2
eingebunden. Die Folien 6 bestehen vorzugsweise aus Metall
folien, die entsprechend katalytisch aktiv beschichtet sind.
Die Folien 6 können zwischen die Filterplattenringe 6 einge
schweißt sein. Die Folien 6 sind radial zur Mittellängsachse M
ausgerichtet und ragen in die Mitte der im Querschnitt drei
eckigen, außen- oder innenliegenden Filtertaschen hinein. Die
Folien 6, 6a, 6b sind somit lediglich im Bereich des jeweili
gen Scheitelpunktes 3, 4 fest mit den Filterplattenringen 2
verbunden und ragen im übrigen frei in die jeweilige Filter
tasche hinein ab. Die Folien 6, 6a, 6b können in nicht näher
dargestellter Weise mit einer Versteifungsstruktur in Form von
Verrippungen, Stegen oder Prägungen versehen sein, wodurch die
Steifigkeit der jeweiligen Folie 6, 6a, 6b erhöht wird. Ergän
zend oder alternativ können die Filterplattenringe 2 in eben
falls nicht näher dargestellter Weise mit in die jeweiligen
Filtertaschen hineinragenden Noppenstrukturen versehen sein,
die die Folien 6, 6a, 6b zumindest teilweise von beiden Seiten
her punktartig stützen. Die Noppen sind rechtwinklig zu den
Folien 6 ausgerichtet und greifen von beiden Seiten an jeder
Folie 6, 6a, 6b an.
Die Filteranordnungen 1 nach den Fig. 1 und 2 weisen oxida
tionskatalytisch aktiv beschichtete Folien 6a, 6b auf, die
beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 innenseitig und damit
austrittseitig der Filterplattenringe 2 und beim Ausführungs
beispiel nach Fig. 2 außenseitig und damit eintrittseitig der
Filterplattenringe 2 angeordnet sind. Bei der austrittseitigen
Anordnung gemäß Fig. 1 wird insbesondere eine Oxidation von HC
und CO im Abgasstrom erzielt, wobei die Oberfläche der Folien
6a in ihrer Aktivität durch Ablagerungen nicht beeinträchtigt
ist. Denn diese Ablagerungen werden außenseitig, d. h. abgas
eintrittseitig, an den Filterplattenringen 2 abgefangen.
Bei der außenseitigen, d. h. abgaseintrittseitigen Anordnung
der Folien 6b dienen diese insbesondere zur Oxidation von Ruß
partikeln innerhalb der Abgasströmung, so dass die Ablagerun
gen derartiger Partikel auf den Folien 6b stattfinden, wodurch
die Filterplattenringe 2 durch Rußablagerungen nicht oder we
niger belastet werden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird die Katalysatorober
fläche verdoppelt, indem im Bereich aller Filtertaschen, d. h.
sowohl ein- als auch austrittseitig der Filterplattenringe 2
entsprechende, oxidationskatalytisch aktive Folien 6a, 6b ange
ordnet sind. Dabei werden mit den außenliegenden Folien 6b
Funktionen und Vorteile des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2
und den innenliegenden Folien 6a Vorteile und Funktionen des
Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 erreicht.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 weist die Filteranordnung
in dem Filtergehäuse 1 katalytisch aktiv beschichtete Folien
6c auf, die zur Reduktion von Stickoxiden dienen. Die bezüg
lich der Stickoxidreduktion katalytisch aktiven Folien gemäß
den Fig. 4 und 5 sind mit dem Bezugszeichen 6c versehen, um
den Unterschied zu den oxidationskatalytisch aktiven Folien 6,
6a, 6b darzulegen. Diese Folien 6c ragen in die innenliegenden.
Filtertaschen hinein und sind somit austrittseitig angeordnet.
Um den Folien 6c für die katalytische Reduktion das entspre
chende Reduktionsmittel zuzuführen, vorliegend Ammoniak, sind
den Folien 6c Dosiermittel 7, 8 zugeordnet, die eine Eindüsung
des Ammoniaks ermöglichen. Hierzu sind drei gleichmäßig über
den Umfang verteilte, parallel zur Mittellängsachse M verlau
fende Kanalabschnitte 7 vorgesehen (Fig. 6), die beidseitig
jeder Folie 6c mit radial nach außen abragenden Abzweigungen
in Form von Düsenkanälen 8 versehen sind. Die entsprechend ka
talytisch aktiven Folien können auch eintrittseitig der Fil
terplattenringe 2 angeordnet sein. Selbstverständlich kann ge
mäß Fig. 5 auch die doppelte Anzahl von Folien vorgesehen
sein, um die katalytisch wirksame Fläche zu verdoppeln.
Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist es
auch möglich, die bezüglich der Stickoxidreduktion katalytisch
wirksamen Folien mit oxidationskatalytisch aktiven Folien zu
kombinieren und außen- und/oder innenseitige Anordnungen die
ser Folien im Bereich der Filtertaschen vorzusehen.
Claims (10)
1. Filteranordnung für eine Abgasreinigungsanlage einer
Verbrennungsmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors
eines Kraftfahrzeugs, bei der poröse Filterplattenelemente un
ter paarweiser Bildung von Filtertaschen an ihrem Außenumfang
sowie an ihrem Innenumfang miteinander verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass den Filtertaschen außen- und/oder innenseitig Katalysa
tormittel (6, 6a, 6b, 6c) zugeordnet sind.
2. Filteranordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Katalysatormittel katalytisch aktive Folien (6, 6a,
6b, 6c) vorgesehen sind.
3. Filteranordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Folien (6, 6a, 6b, 6c) an den außen- oder innenlie
genden Scheitelpunkten (3, 4) der Filtertaschen mit den Fil
terplattenelementen (2) verbunden sind und frei in die außen-
oder innenliegenden Filtertaschen, insbesondere radial zu ei
ner Filtermittellängsachse (M), abragen.
4. Filteranordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Folien (6, 6a, 6b, 6c) mit einer Versteifungsstruktur
versehen sind.
5. Filteranordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Folien durch Stützmittel der Filtertaschen in ihrer
radialen Ausrichtung fixiert sind.
6. Filteranordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein Teil der Folien (6, 6a, 6b) oxidationska
talytisch aktiv beschichtet ist.
7. Filteranordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein Teil der Folien (6c) mit einem die Stick
oxidreduktion unterstützenden Katalysatormaterial aktiv be
schichtet ist.
8. Filteranordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass den Folien (6c) Dosiermittel (7, 8) für die Zufuhr eines
Reduktionsmittels, insbesondere Ammoniak, zugeordnet sind.
9. Filteranordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dosiermittel in der Filteranordnung sternförmig ange
ordnete Kanaldüsen (8) aufweisen.
10. Filteranordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass Kanalabschnitte der Dosiermittel durch Prägungen der Fil
terplattenelemente einstückig in diese integriert sind.
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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R016 | Response to examination communication | ||
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R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
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|
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