DE10128937A1

DE10128937A1 - Partikelfilter, insbesondere für Abgase von Dieselbrennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10128937A1
Application number: DE2001128937
Authority: DE
Inventors: Gerhard Juergen Fraenkle; Hermann Josef Schulte; Hans Peter Frisse; Carsten Jutka
Original assignee: HJS Fahrzeugtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: HJS Fahrzeugtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2001-06-18
Publication date: 2003-01-02

Abstract

Bei einem Partikelfilter, insbesondere für Abgase von Dieselbrennkraftmaschinen, wird ein Aufbau aus in Durchströmungsrichtung verlaufenden und bevorzugt koaxial angeordneten Ringkanälen vorgesehen, deren Wände Filterflächen bilden und die, bezogen auf radial aneinander anschließende und einander umschließende Ringkanäle, wechslseitig endgeschlossen ausgeführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter, insbesondere für Abgase von Dieselbrennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Partikelfilter sind als keramische Wabenkörper mit bezogen auf die Durchströmungsrichtung wechselseitig endgeschlossenen Kanälen bekannt.
Desweiteren sind Partikelfilter mit zu durchströmenden Filterwänden mit Filterflächen aus Sintermetall bekannt, bei denen die Filterwände axial aufeinander folgende Filtertaschen in Ringform bilden und bei denen die Filtertaschen radial außen geschlossen und nach radial innen gegen einen zentralen Innenraum des Filters geöffnet sind, wobei einander benachbarte Wände der axial aufeinanderfolgend angeordneten Filtertaschen radial innen verbunden sind und der Filter, quer zur axialen Erstreckung gesehen, in axialer Richtung eine mäanderförmige Außenkontur aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Partikelfilter der eingangs genannten Art weitere Bauformen aufzuzeigen, die unter Beibehalt des baulichen Grundprinzipes kostengünstig herstellbar sind und in ihren verschiedenen Ausgestaltungen Anpassungsmöglichkeiten an die insbesondere im Fahrzeugbau sehr unterschiedlichen Anforderungen, auch unter Raumgegebenheiten, bieten.
Erreicht wird dies gemäß der Erfindung mit einem Partikelfilter gemäß dem Anspruch 1, bei dem die Filterwände einander umschließende Ringkanäle bilden, von denen aneinander angrenzende wechselseitig endgeschlossen sind. Einander umschließende Ringkanäle lassen sich in einfacher Weise aus röhrenförmig gebogenen Sintermetallblechen bzw. Traggerüsten, wie Lochblechen, Gitterblechen oder dergleichen Tragstrukturen mit Filterflächen aus Sintermetall in Form von labilen Sintermetellmatten, Sintermetallfolien oder Sintermetallbeschichtungen, im folgenden kurz Sintermetallträgern, aufbauen, wobei Ausgangspunkt ebene Platinen sein können, die zu Röhren gebogen entlang ihrer Längskante verbunden werden, so dass im Falle der Verschweißung in Abhängigkeit von Durchmesser und Länge der jeweiligen Röhre auch große Filterflächen nur verhältnismäßig kurze Schweißwege bedingen. Zudem kann mit einfachen Zuschnitten auch von in Rollenform angelieferten Sintermetallblechen oder Sintermetallträgern gearbeitet werden, wobei die im Regelfall rechteckige Grundform der Zuschnitte auch ein weitgehend verschnittfreies Arbeiten ermöglicht. Zudem bietet der geschilderte Aufbau des Filters aus Ringkanälen auch die Möglichkeit, diese bei geringem Aufwand wechselseitig endgeschlossen auszuführen, wobei unterschiedliche Ansätze zur Herstellung des jeweiligen wechselseitigen Abschlusses verfolgt werden können, und der jeweilige Abschluss gleichzeitig auch dazu dienen kann, die jeweiligen Ringwände endseitig gegeneinander abzustützen.
Ein besonders einfacher Gesamtaufbau ergibt sich, wenn jeweils zwei aneinander angrenzende, einander umschließende Ringkanäle über eine gemeinsame Zwischenwand gegeneinander abgegrenzt sind, wobei durch die Festlegung der Durchmesserverhältnisse auch weitgehende Variationsmöglichkeiten bezüglich der Kanalbreite gegeben sind, so dass fallweise an- und abströmseitig durch die Wahl der Kanalbreite eine konstruktive Anpassung an die jeweiligen Anforderungen erfolgen kann.
Diesbezügliche Anpassungsmöglichkeiten ergeben sich auch in Abhängigkeit davon, ob die jeweiligen Ringkanäle koaxial, parallel achsversetzt oder auch leicht winklig zueinander angeordnet werden, beispielsweise um Zonen größeren Querschnittes zu schaffen, die - bezogen auf den bevorzugten Einsatzzweck der Partikelfilter als Rußfilter als Sammelräume, so beispielsweise für Ascherückstände bei Abbrennen des Rußes - dienen können.
In Verbindung mit einer wechselseitig endgeschlossenen Ausführung der Ringkanäle und einem Aufbau des Partikelfilters insbesondere aus mehr als zwei, bevorzugt einer Vielzahl von Ringkanälen erweist sich eine stirnseitige Anströmung und Abströmung, bezogen auf die Längserstreckung der Ringkanäle, als zweckmäßig, wobei die An- und/oder die Abströmquerschnitte jeweils bevorzugt in einer Ebene liegen, die an- und abströmseitig entsprechend den Bedürfnissen unterschiedlich gestaltet sein kann. So können die an- oder abströmseitigen Querschnitte im Rahmen der Erfindung beispielsweise jeweils in einer Radialebene oder auf einem Kegelmantel liegen, wobei der jeweilige Kegelmantel sich bezogen auf die Durchströmungsrichtung in An- oder Abströmrichtung verjüngen kann.
Eine solche Anordnung der An- und/oder Abströmquerschnitte, insbesondere eine kegelige Lage bietet besonders günstige Möglichkeiten, den endseitigen Abschluss eines Ringkanales durch endseitiges Zusammenführen seiner Kanalwände zu realisieren. Hierfür ist es besonders zweckmäßig, die Kanalwände endseitig flächig zusammenzuführen, also in radiale, berührende Überdeckung zueinander, was durch ein- oder beidseitiges, endseitig stufenförmiges Verformen der Kanalwände erfolgen kann, aber auch durch konische Übergänge oder dergleichen, wobei eine besonders zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltung darin liegt, die jeweils radial innere Wand endseitig stufenförmig so abzuwinkeln, dass sich auslaufend eine flächige Anlage zur äußeren Kanalwand ergibt, womit z. B. auch die Möglichkeit eröffnet wird, die Verbindung der aneinander anliegenden Wände durch Widerstandsschweißung herzustellen. Der Zugang zum jeweiligen auslaufenden, gedoppelten Wandende ist aber besonders günstig, wenn die aufeinander folgenden Ringkanalpaare axial gestuft zueinander liegen, also beispielsweise auf der Kegelmantellinie eines mit seiner Achse pur Filterachse gleichgerichteten Kegelmantels. Anstelle einer stufenförmigen Zusammenführung ist im Rahmen der Erfindung auch ein verlaufendes Zusammenführen eine zweckmäßige Ausgestaltung, wobei im Rahmen der Erfindung, unabhängig von der Art des endseitigen zusammengeführten Bereiches eine zweckmäßige Lösung darin besteht, und dies insbesondere bei verlaufender Zusammenführung, die jeweils radial innere Ringwand gegen die nächst äußere Ringwand aufzudehnen.
Im Hinblick auf die Stabilisierung des Filteraufbaus erweist es sich dabei als zweckmäßig, zumindest endseitig den jeweiligen ringförmigen An- oder Abströmquerschnitt durch Abstützungen radial auszusteifen, was im Rahmen der Erfindung über einzelne Distanzkörper, insbesondere aber durch ringförmige Distanzkörper beispielsweise in Form eines quer zur Durchströmungsrichtung gewellten oder mäanderförmig ausgebildeten Distanzringes erfolgen kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, die die Ringkanäle gegeneinander abgrenzenden Ringwände teils zylindrisch und teils konisch auszubilden, beispielsweise derart, dass zwischen zwei zylindrischen Wänden zweier aufeinander folgender Ringkanäle die Zwischenwand einen Kegelstumpf bildet, der im Bereich seiner Enden gegen die jeweils innere bzw. äußere Kanalwand der beiden aufeinander folgenden Ringkanäle anliegt und diese dadurch endseitig wechselseitig abschließt.
Im Rahmen der Erfindung liegen auch Ausgestaltungen, bei denen die Kanalwände jeweils flach kegelstumpfförmig ausgebildet sind und dadurch endseitig zusammengeführt sind, und dies verlaufend oder stufenförmig, so dass sich an- und abströmseitig jeweils gegen die Enden aufweitende Ringkanäle ergeben.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Ringkanäle an einem Ende oder an beiden Enden gegen einen Deckel auslaufen, das für aufeinander folgende Ringkanäle abwechselnd den Querschnitt als Zu- und/oder Abströmquerschnitt freigibt oder verschließt, so dass der endseitige Abschluss durch die Deckel gebildet ist, wobei die Deckel gleichzeitig auch die Lagesicherung der Filterwände bildenden Ringkanalwände übernimmt. Ein derartiger Deckel kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass, den Ringkanälen zugewandt, die Ringkanäle endseitig abschließende Deckelbereiche durch in die Ringkanalquerschnitte eingreifende, insbesondere ringförmige Ansätze gebildet sind, und dass diese Ansätze Anlagen für die jeweiligen Ringkanalwände bilden, die gegen diese Anlagen über Klammerelemente radial verspannt sind.
Derartige Klammerelemente können beispielsweise durch dem Deckel zugehörige Laschen oder dergleichen gebildet sein, die aus dem Deckelbereich ausgebogen sind, der als auf den dahinterliegenden Ringkanal zu durchströmender Bereich offen zu halten ist, oder sie können auch durch gesonderte Klammern gebildet sein, die beispielsweise ringförmig zusammengefasst auf den Deckel aufzusetzen sind. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, gegebenenfalls auch die Deckel als Sintermetallteile auszubilden, so dass die großen Temperaturunterschiede, denen Partikelfilter im Betrieb ausgesetzt sind, mit daraus folgenden Wärmedehnungen ohne nachteilige Einflüsse auf den Filteraufbau bleiben.
Der erfindungsgemäße Filteraufbau mit einander umschließenden Ringkanälen ermöglicht in vorteilhafter Weise auch die Beheizung des Filters, wobei entsprechende Heizelemente vom jeweils offenen Kanalende in den Filter eingeführt sein können. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang auch eine ringförmige Ausbildung der Heizelemente möglich, so dass diese beispielsweise eine Gitterstruktur aufweisen können, oder auch durch Heizfolien oder dergleichen gebildet sein können, die über entsprechende Ringabschnitte als Rahmen getragen sind. Bevorzugt können die Heizelemente abströmseitig in den jeweiligen Ringkanal eingeführt sein, so dass die Heizelemente gegen Verunreinigungen weitgehend geschützt sind.
Insbesondere kann im Rahmen der Erfindung eine Anordnung der Heizelemente in stirnseitigen Abschlussteilen der Partikelfilter erfolgen, wobei als solche Abschlussteile auch die stirnseitigen Deckel vorgesehen sein können, die die radiale Abstützung der einander ringförmig umschließenden Filter bzw. Ringkanalwände übernehmen.
In Verbindung mit den aufgezeigten Möglichkeiten der Querschnittsabstimmung der Ringkanäle auf die jeweiligen Bedürfnisse kann es im Rahmen der Erfindung auch von Vorteil sein, die die Heizelemente aufnehmenden Ringkanäle verbreitert auszuführen.
Im Hinblick auf eine möglichst dünnwandige Ausbildung der insbesondere durch formsteife Sintermetallbleche gebildeten Filterwände als Ringkanalwände kann es desweiteren im Rahmen der Erfindung zweckmäßig sein, diese auch zwischen ihren Endbereichen radial gegeneinander abzustützen, beispielsweise durch entsprechende Ausformungen der Filterwände, oder auch durch zusätzliche Nutzung der Heizelemente als Abstützelemente, wobei die dadurch erreichte wechselseitige Abstützung auch im Hinblick auf einen möglichst leichten Aufbau der Heizelemente zweckmäßig sein kann.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen. Ferner wird die Erfindung mit weiteren Details anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele nachstehend erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schemadarstellung eines gemäß der Erfindung aufgebauten Partikelfilters mit Filterwänden aus Sintermetall, in stark schematisierter Darstellung,
Fig. 2 einen schematisierten Schnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt gemäß III in Fig. 1,
Fig. 4 eine stirnseitige Ansicht eines mäanderförmigen Stützelementes, in einer Ansicht gemäß Pfeil IV in Fig. 3,
Fig. 5 in schematisierter Darstellung ein Ausschnitt aus einem gemäß der Erfindung aufgebauten Partikelfilter, bei dem für einander umschließende, aneinander angrenzende Ringkanäle, die wechselseitig endgeschlossen sind, ein stirnseitiger Deckel vorgesehen ist, der der wechselseitigen Abstützung der Filterwände und der durch diese gebildeten Ringkanäle gegenüber dem Filtergehäuse dient,
Fig. 6 im Schema eine stirnseitige Ansicht des Deckels gemäß Fig. 5 im Ausschnitt,
Fig. 7 in einer schematisierten vereinfachten Darstellung eine mögliche Anordnung eines Heizelementes in Zuordnung zu einem Ringkanal des Partikelfilters,
Fig. 8 eine Ausschnittsvergrößerung aus der Darstellung gemäß Fig. 7,
Fig. 9 bis 12 verschiedene Ausgestaltungsformen für einen erfindungsgemäßen Aufbau eines Partikelfilters mit Filterwänden mit Filterflächen aus Sintermetall, wobei die jeweils endgeschlossene Ausbildung der Ringkanäle durch die Formgebung der Filterwände bildenden Ringkanalwände erreicht ist, und
Fig. 13 eine weitere stark schematisierte Darstellung eines Ausschnittes eines Partikelfilters gemäß der Erfindung, bei dem die Filterwände stirnseitig in Deckeln enden, über die die Wände, Ringkanäle bildend, zu einander fixiert sind und die gebildeten, einander umschließenden Ringkanäle über die Deckel wechselseitig endgeschlossen sind.
Fig. 1 zeigt den stark schematisierten Längsschnitt durch einen Partikelfilter 1 für Abgase von Dieselbrennkraftmaschinen, der in Längsrichtung durchströmt ist, wobei die Anströmung durch den Pfeil 2 und die Abströmung durch den Pfeil 3 symbolisiert ist und die Achse des in diesem Ausführungsbeispiel rotationssymmetrischen Partikelfilters 1 mit 4 bezeichnet ist. Das Gehäuse des Partikelfilters 1 ist mit 5 bezeichnet und weist einen Mantel 6 sowie stirnseitige Abschlussteile 7 und 8 auf, die mit Anschlussstutzen versehen sind, über die der Partikelfilter in den Abgasstrang eines Fahrzeuges oder dergleichen einzusetzen ist.
Der Mantel 6 des Gehäuses 5 umschließt den Filterkörper 9, der eine Anzahl von Ringkanälen 10 und 11 umfasst, von denen die Ringkanäle 10 anströmseitig (Pfeil 2) endseitig offen sind, und die Ringkanäle 11 abströmseitig (Pfeil 3), so dass jeweils radial aufeinander folgende, aneinander angrenzende Ringkanäle 10 und 11 wechselseitig endgeschlossen sind.
Der endseitige Abschluss ist für die Ringkanäle in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 12 dadurch gebildet, dass, am zu schließenden Ende des jeweiligen Ringkanales 10 bzw. 11 die beiden einen Ringkanal begrenzenden Wände zusammengeführt sind, so beispielsweise für den in Fig. 1 radial innen liegenden Ringkanal 10 am abströmseitigen Ende (Pfeil 3) und für den radial nach außen daran angrenzenden Ringkanal 11 am gegenüberliegenden, anströmseitigen Ende (Pfeil 2). Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die endseitige Zusammenführung jeweils dadurch vorgenommen, dass die radial innere Ringwand, also für den Ringkanal 10 die Ringwand 12 und für den Ringkanal 11 die Ringwand 13 - als radial äußere Ringwand des Ringkanales 10 - stufenförmig nach radial außen abgesetzt ist, so dass sich eine flächige Anlage zwischen den endseitig zusammengeführten Ringwänden 12 und 13 ergibt. Die Ringwand 13 läuft endseitig an die radial äußere Ringwand 14 des Kanales 11 an, und so fortlaufend für die weiteren zueinander konzentrischen Ringkanäle, aus denen der Filterkörper 9 aufgebaut ist. In den Ausführungsbeispielen 1 bis 12 ist davon ausgegangen, dass die aus Sintermetall bestehenden Filterwände, obwohl sie sehr dünn und porös sind, eine ausreichende Eigensteife aufweisen, um Ringkanäle der angesprochenen Art formhaltend zu bilden.
Grundsätzlich stellt es aber eine weitere und eigenständige erfindungsgemäße Lösung dar, die Ringkanalwände, auch in der vorbeschriebenen konstruktiven Ausgestaltung, durch einen Grundkörper zu bilden, so beispielsweise einen Sinterkörper oder einen Blechkörper, der außerhalb seiner endgeschlossenen, endseitigen Bereiche als Gitterblech, Lochblech oder anderweitig gasdurchlässig gestaltet ist und der in diesem gasdurchlässig gestalteten Bereich mit einer nicht eigensteifen, folienartigen Filtermatte, Filterfolie oder Filterschicht aus Sintermetall belegt ist, und zwar insbesondere auf der anströmseitig (Pfeil 2) beaufschlagten Fläche, wobei die matten- oder folienartige Sintermetallabdeckung bzw. die Sintermetallbeschichtung gegen das Traggerüst befestigt ist, zumindest in den stirnseitigen Endbereichen, und bei matten- oder folienartiger Ausbildung insbesondere verschweißt ist.
Fig. 1 und 2 gehen von einem konzentrischen Aufbau des Filterkörpers 9 und zylindrischen Ringwänden 12 bis 14 aus, im Rahmen der Erfindung liegen aber auch hiervon abweichende Ausführungsformen, so beispielsweise Ovalformen oder dergleichen. Ferner ist es auch möglich, die Ringkanäle durch Achsversatz der anströmseitigen gegenüber dem abströmseitigen Ringkanälen über entsprechende Umfangsbereiche in ihrer Breite zu variieren, wie dies im Hinblick auf die Filterreinigung, die Anordnung von Heizelementen zum Abbrennen von auf den Filterflächen abgelagertem Ruß oder dergleichen zweckmäßig sein kann. Ungeachtet der über die axiale Länge gleichförmigen Struktur des Filterkörpers 9 kann dieser auch Einschnürungen oder dergleichen aufweisen, beispielsweise um baulich bedingten Einschränkungen Rechnung zu tragen.
Auch wenn der Filterkörper 9 aufgrund der Verwendung eigensteifer Sintermetallbleche, oder von eigensteifen Tragstrukturen für Filterflächen aus Sintermetall, für die Filterwände bildenden Ringwände insgesamt formhaltig ist, insbesondere auch aufgrund seiner zusätzlichen Abstützung im Gehäuse 5, ist es zweckmäßig, die Ringkanäle 10, 11 bzw. die diese begrenzenden Ringwände 12 bis 14 endseitig gegeneinander abzustützen, wobei diese Abstützung so ausgebildet sein muß, dass sowohl anströmseitig (Pfeil 2) wie auch abströmseitig (Pfeil 3) die Durchströmung über die Abstützungen möglichst wenig beeinträchtigt wird.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist hierzu vorgesehen, dass die endseitig zusammengeführten Enden der Ringwände 12 und 13 bzw. 13 und 14 jeweils einen gedoppelten, freien Wandbereich 15 bzw. 16 bilden, so dass sich entsprechend der radialen Schichtung der Ringkanäle 10, 11 an den beiden Enden des Filterkörpers 9 radial gegeneinander versetzt umlaufende Ringsprossen 17 ergeben, die jeweils über ein dazwischen liegendes Stützelement 18 verbunden sind. In Fig. 3 ist das Stützelement 18 als U-förmiger, durchbrochener Ringbügel 19veranschaulicht, der mit seinen Schenkeln gegen radial aufeinander folgende Ringsprossen 17 abgestützt ist, in Fig. 4 als mäanderförmig gewellter Ring 20, der entsprechend zwischen Ringsprossen 17 angeordnet ist. Nach radial außen erfolgt eine entsprechende tragende Abstützung gegen das Gehäuse 5, nach radial innen anströmseitig (Pfeil 2) gegen einen hier napfförmig dargestellten Pfropfen 21, der den vom Ringkanal 10 nach radial außen abgegrenzten zentralen Kanal 22 anströmseitig abschließt. Abströmseitig (Pfeil 3) ist ein Stützring 23 vorgesehen, der die Verbindung des Zentralkanals 22 zur Abströmseite (Pfeil 3) offen lässt.
Die Fig. 9 bis 12 zeigen weitere Möglichkeiten zur Gestaltung eines Filterkörpers eines Partikelfilters, dessen zu durchströmende Filterwände aus Sintermetall bestehen bzw. Filterflächen aus Sintermetall aufweisen, wobei die Filterwände bei ausreichenden Eigensteifigkeit im wesentlichen selbsttragend miteinander verbunden sind, im Rahmen der Erfindung aber auch einem - analog zu den gezeigten Filterwänden - ausgebildeten Traggerüst zugeordnet sein können, das seinerseits in den als Filterflächen benutzten Flächen das Filtermaterial trägt, das insbesondere durch eine nicht ausreichend eigensteife Sintermetallfolie oder -matte gebildet ist, die mit dem Traggerüst verbunden ist und die bevorzugt auf der Anströmseite des jeweiligen Traggerüstes liegt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 sind Anströmung und Abströmung wiederum durch die Pfeile 2 und 3 markiert, und die anströmseitigen Ringkanäle mit 30 und die abströmseitigen Ringkanäle mit 31 bezeichnet. Den Ringkanälen 30 und 31 sind als Ringwände zugeordnet die radial innere Ringwand 32, die radial äußere Ringwand 34 und die den Ringkanälen 30 und 31 gemeinsame Ringwand 33 als Zwischenwand. Letztere verläuft über die Länge des Filterkörpers 9 bezogen auf den Ringraum, der von den Ringwänden 32 und 34 begrenzt wird, diagonal von anströmseitig radial innen nach abströmseitig radial außen, bildet also einen zur Achse 4 konzentrischen Kegelmantel, der endseitig tangential gegen die jeweilige Ringwand 32 bzw. 34 anläuft und an diese flächig anschließt, so dass sich der jeweilige endseitige Abschluss ergibt, wobei die Ringkanäle 30 und 31 entsprechend dem Verlauf der Ringwand 33 im Querschnitt entgegengerichtet keilförmig sind. Eine solche Ausgestaltung kommt bezüglich der die Ringwände, und das heißt damit auch die Filterflächen bildenden Wände mit geringfügigen Verformungen aus, und ist damit auch für relativ spröde Materialien geeignet. Desweiteren ist die Lösung bezüglich der endseitigen Verbindungen zwischen den Ringwänden, beispielsweise durch Widerstandsschweißen vorteilhaft.
Veranschaulicht ist in Fig. 9 auch, dass der Filterkörper 9 bezüglich seiner an- und abströmseitig gelegenen Stirnflächen im Rahmen der Erfindung unterschiedlichst gestaltet sein kann und auf die jeweiligen Bedürfnisse ausgerichtet sein kann. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 veranschaulichten Kegelform der Stirnflächen des Filterkörpers 9 mit einander zugewandten Kegelspitzen zeigt Fig. 9 eine Ausgestaltung, bei der der Filterkörper 9 einerseits entgegen der Anströmrichtung 2 kegelig gepfeilt ist, während am anderen Ende des Filterkörpers 9, d. h. abströmseitig (Pfeil 3) ein ebener Abschluss gegeben ist.
Fig. 10 zeigt eine weitere Ausgestaltungsform eines Filterkörpers 9, wobei nunmehr die Ringkanäle 50 und 51 durch eine radial innere Ringwand 32 und eine radial äußere Ringwand 34 begrenzt sind, die beide Mantelflächen eines Kegelstumpfes bilden, dessen Kegelspitze entgegen der Anströmrichtung 2 stromauf liegt und zwischen denen sich die Ringwand 33 als Zwischenwand erstreckt, die endseitig mit den Ringwänden 32 und 34 verbunden ist und die auf einem Kegelmantel liegt, der sich in Abströmrichtung (Pfeil 3) verjüngt. Dieses Ausführungsbeispiel veranschaulicht desweiteren, dass die Ringwände 32 bis 34 endseitig nahezu tangential oder auch gestuft zusammengeführt werden können, wobei entsprechende Abstufungen an den außenliegenden Ringwänden 32, 34 abströmseitig vorgesehen sind, aber auch der dazwischen liegenden Ringwand 33 zugeordnet sein könnten.
In Fig. 11 ist - vergrößert - im wesentlichen eine Form des Filterkörpers 9 veranschaulicht, die in ihrem Grundaufbau dem entspricht, was in Fig. 1 dargestellt ist, so dass auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird und entsprechende Bezugszeichen Verwendung finden. Abweichend von Fig. 1 enden die Ringkanäle 10, 11 jeweils in radialen Ebenen.
Auch Fig. 12 zeigt bezüglich der endseitigen Verbindungen zwischen den Ringwänden der Ringkanäle einen den Fig. 1 und 11 entsprechenden Aufbau, so dass auf entsprechende Bezugszeichen zurückgegriffen ist und auf die diesbezüglichen Darlegungen zu Fig. 1 verwiesen wird. Abweichend von der Gestaltung gemäß Fig. 1 ist ergänzend veranschaulicht, dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Filterkörpers 9 auch die Realisierung eines solchen mit anströmseitig (Pfeil 2) größerer Stirnfläche als der abströmseitigen (Pfeil 3) Stirnfläche ermöglicht. Dies ist durch die unterschiedliche Größe der stirnseitigen Durchmesser D und d veranschaulicht.
Fig. 5 und 6 zeigen in Bezug auf einen Partikelfilter 9, wie er im grundsätzlichen Aufbau in Fig. 1 veranschaulicht ist, einen Ausschnitt, wobei stirnseitig zum Filterkörper 9 ein Deckel 35 vorgesehen ist, der radial außen zum Mantel 6 des Gehäuses 5 festgelegt ist und der entsprechend dem radial nach außen axial gestuften Verlauf der Ringsprossen 17 gestuft ist, wobei die radialen Stufenstege, wie insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich, durchbrochen sind. Die diesbezüglichen, axialen Durchbrechungen 36 bilden fensterartige Ausschnitte, über die das Abgas auf die anströmseitig offenen Kanäle 10 gelangt, wobei der Deckel 35 im Bereich der Durchbrechungen 36 mit axialen, insbesondere eingebogenen Laschen 37 versehen ist, die in radialer Überdeckung zu den radialen Stufenteilen 38 des Deckels 35 liegen, wobei die Ringsprossen 17 zwischen den Laschen 37 und den axialen Stufenteilen 38 liegen und gegen diese befestigt, insbesondere verschweißt sein können. Bevorzugt kann der Deckel 35 als Blechteil ausgebildet sein, das mit Schiebesitz gegenüber dem Mantel 6 des Gehäuses 5 abgestützt ist, was z. B. den Abgleich temperaturbedingter Längenänderungen zwischen Filterkörper 9 und Gehäuse 5 ermöglicht. Zwischen den Durchbrechungen 36 liegen radiale Stufenstege 39
Während bei einem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 und 6, basierend auf einem Grundaufbau eines Filterkörpers gemäß Fig. 1, die Ringkanäle endseitig durch Zusammenführung der sie begrenzenden Ringwände, z. B. zu Ringsprossen 17, geschlossen sind, veranschaulicht Fig. 13 eine Lösung, bei der aneinander angrenzende Ringkanäle 41 und 42 über durchlaufend zueinander beabstandete Ringwände 43 bis 45 begrenzt sind und bei der der stirnseitig wechselseitig vorgesehene Abschluss der Ringkanäle 41 und 42 über die Deckel 40 erfolgt. Dadurch ist eine besonders einfache Ausbildung der Ringwände 43 bis 45 möglich, die über die Deckel 40 auch in ihrer Lage zueinander fixiert sind.
Im Ausführungsbeispiel, das eine stark schematisierte Darstellung zeigt, ist vorgesehen, dass seitens der Deckel 40 jeweils dem Querschnitt des Kanales 41 bzw. 42 entsprechende Abstützungen 46, 47 vorgesehen sind. Die gleichzeitig die Ringkanäle 41 abschließenden Abstützungen 46 sind als Ringkörper ausgebildet, die endseitig in den Querschnitt der Kanäle 41 eingreifen und diese überdecken, während die Abstützungen 47, die den Kanälen 42 zugeordnet ist, beispielsweise durch laschenartige Ringabschnitte gebildet sein können, die zwischen jeweiligen radialen Stützstegen (nicht gezeigt) liegend die jeweilige Ringwand 43 bzw. 44 gegen die Abstützung 46 des benachbarten Ringkanales andrücken. Selbstverständlich stellt eine derartige Lösung nur ein die Funktion veranschaulichendes Ausführungsbeispiel dar, da vielfältige andere Ausgestaltungen des Deckels 40 möglich sind, über die die Ringwände zum jeweiligen Deckel 40 fixiert werden können und über die darüber hinaus die Kanäle 41 und 42 wechselseitig endseitig geschlossen werden können.
Analog zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 und 6 sind dem Deckel 40 in Überdeckung zu den anströmseitig jeweils offenen Ringkanälen 42 Durchbrechungen 48 zugeordnet, die sich als Ringsegmente, wie beispielsweise in Fig. 6 veranschaulicht, über kleinere oder auch größere Bogenbereiche erstrecken können und zwischen denen radiale Abstützstege verbleiben. Die beispielsweise als Ringabschnitte ausgebildeten Abstützungen 46 können, bezogen auf die Umfangsrichtung, sowohl im Bereich der Durchbrechungen 47 wie auch im Bereich der Stützstege liegen.
Auch bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 13 ist es selbstverständlich möglich, dass die Ringwände 43 bis 45 quasi radial durchströmbare Traggerüste für mit ihnen verbundene Filterflächen bilden, so dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung nicht auf die Verwendung formsteifer Filterwandmaterialien, wie beispielsweise steifer Sintermetallbleche beschränkt ist, sondern im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung auch Filtermatten oder Filterfolien aus Sintermetall Verwendung finden können, die nicht eigensteif sind und daher einer gesonderten Tragkonstruktion bedürfen.
Fig. 7 und 8 veranschaulichen stark schematisiert desweiteren eine Möglichkeit, die Filterwände zu beheizen, wenn dies zum Abbrennen des auf den Filterwänden abgelagerten Rußes erforderlich ist, da betriebsbedingt im regulären Betrieb der Brennkraftmaschine entsprechende Abgastemperaturen nicht erreicht werden.
Ausgehend von einer Grundgestaltung gemäß Fig. 1 ist in Fig. 7 eine Anordnung veranschaulicht, bei der abströmseitig (Pfeil 3) ein Heizelement 55 derart ortsfest zum Filterkörper 9 angeordnet ist, dass dieses in den zur Abströmseite hin offenen Ringkanal 11 zumindest über einen wesentlichen Teil seiner Länge hineinragt.
Das elektrisch betriebene Heizelement 55 kann hierfür als ringförmiger Heizkörper ausgebildet sein oder auch über einzelne, in Ringform zueinander angeordnete und bevorzugt über einen gemeinsamen Träger 56, insbesondere einen als Deckel 40 ausgebildeten Träger 56 gehaltene elektrische Heizkörper 57 gebildet sein, wobei es sich als zweckmäßig erweist, den Heizkörper 57 so auszubilden, was hier nicht gezeigt ist, dass er gleichzeitig - entsprechend isoliert - der radialen Abstützung benachbarter Filterwände dienen kann. Hierzu kann der Heizkörper beispielsweise als Gitterkörper ausgebildet sein, von dessen einander überkreuzenden Streben die einen Heizleiter und die anderen Tragstreben bilden.
Eine besonders zweckmäßige Lösung ergibt sich, wenn der Heizkörper in eine Ringwand integriert ist, die Träger einer Filterfolie oder Filtermatte ist, wobei eine solche Lösung insbesondere dann zu einer vorteilhaften und einfachen Gesamtlösung führt, wenn der Partikelfilter im Grundaufbau eine Gestaltung gemäß Fig. 13 aufweist. Auch bei Lösungen gemäß Fig. 5 und 6 ist es aber im Rahmen der Erfindung möglich, das Heizelement 55 einem Bereich der Filterwand zuzuordnen, der einen Durchströmungsbereich bildet und in dem die Ringwand ein Traggerüst für die nicht selbst tragende Filterfolie oder Filtermatte bildet.
Wie Fig. 7 in Verbindung mit der Ausschnittsvergrößerung gemäß Fig. 8 zeigt, kann eine Beheizbarkeit unter Beibehalt des konstruktiven Grundaufbaus des Partikelfilters vorgesehen werden, wobei das oder die Heizelemente 55 auch über einen gesonderten Träger 56 gegenüber dem Gehäuse 5 abgestützt sein können, der auch die Funktion eines Deckels, analog zum Deckel 35 in Fig. 5 übernimmt. Die Abstützung für die Heizelemente kann allerdings auch in Deckel 40 integriert sein, wie sie beispielsweise anhand der Fig. 13 als stirnseitige Abstützung des Filterkörpers 9 vorgesehen sind.

Claims

1. Partikelfilter, insbesondere für Abgase von Dieselbrennkraftmaschinen, mit zu durchströmenden Filterwänden mit Filterflächen aus Sintermetall, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterwände (Ringwände 12-14; 32-34; 43-45) einander umschließende Ringkanäle (11, 12; 30, 31; 41, 42) bilden, von denen aneinander angrenzende wechselseitig endgeschlossen sind.

2. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aneinander angrenzende Kanäle (11, 12; 30, 31; 41, 42) eine gemeinsame Zwischenwand (13; 33; 43) aufweisen.

3. Partikelfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkanäle (10, 11; 30, 31; 41, 42) gleichgerichtete Achsverläufe aufweisen.

4. Partikelfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkanäle (10, 11; 30, 31; 41, 42) parallele Achsverläufe aufweisen.

5. Partikelfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkanäle (10, 11; 30, 31; 41, 42) koaxial liegen.

6. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmquerschnitte der Ringkanäle (10; 30; 41) stirnseitig liegen.

7. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmquerschnitte der Ringkanäle (11; 31; 42) stirnseitig liegen.

8. Partikelfilter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmquerschnitte der Ringkanäle (10, 11; 30, 31; 41, 42) in einer gemeinsamen Ebene liegen.

9. Partikelfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmquerschnitte der Ringkanäle (41, 42) in einer radialen Ebene liegen.

10. Partikelfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmquerschnitte der Ringkanäle (30, 31) auf einem Kegelmantel liegen.

11. Partikelfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Anströmquerschnitte gebildete Kegelmantel sich in Anströmrichtung erweitert.

12. Partikelfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Anströmquerschnitte (30, 31) gebildete Kegelmantel sich entgegen der Anströmrichtung (Pfeil 2) erweitert.

13. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmquerschnitte der Ringkanäle (10, 11; 30, 31; 41, 42) in einer gemeinsamen Ebene liegen.

14. Partikelfilter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmquerschnitte der Ringkanäle (41, 42) in einer radialen Ebene liegen.

15. Partikelfilter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmquerschnitte der Ringkanäle (10, 11) auf einem Kegelmantel liegen.

16. Partikelfilter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Abströmquerschnitte gebildete Kegelmantel sich in Abströmrichtung (Pfeil 3) erweitert.

17. Partikelfilter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Abströmquerschnitte gebildete Kegelmantel sich entgegen der Abströmrichtung erweitert.

18. Partikelfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkanäle (41, 42) in Durchströmungsrichtung ihren jeweiligen Querschnitt beibehalten.

19. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkanäle (50, 51) in Durchströmungsrichtung ihren jeweiligen Querschnitt verändern.

20. Partikelfilter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die anströmseitigen Ringkanäle (50) sich in Anströmrichtung verjüngen.

21. Partikelfilter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die anströmseitigen Ringkanäle sich in Anströmrichtung erweitern.

22. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die abströmseitigen Ringkanäle sich in Abströmrichtung verjüngen.

23. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die abströmseitigen Ringkanäle (51) sich in Abströmrichtung erweitern.

24. Partikelfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der endseitige Abschluss eines Ringkanales durch endseitige Zusammenführung seiner Kanalwände (Ringwände 12, 13; 13, 14; 32, 33; 33, 34) gebildet ist.

25. Partikelfilter nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der endseitige Abschluss eines Ringkanales (z. B. 10) zumindest teilweise durch endseitige Aufweitung seiner radial inneren Kanalwand (12) gebildet ist.

26. Partikelfilter nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass der endseitige Abschluss eines Ringkanales zumindest teilweise durch endseitige Verjüngung seiner radial äußeren Kanalwand gebildet ist.

27. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die endseitige Aufweitung oder Verjüngung am jeweiligen Ende einer Kanalwand vorgesehen ist.

28. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die endseitige Aufweitung und die endseitige Verjüngung an gegenüberliegenden Enden der gleichen Kanalwand vorgesehen sind.

29. Partikelfilter nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die an gegenüberliegenden Enden endseitig aufgeweitete bzw. verjüngte Kanalwand eine Zwischenwand zwischen zwei Ringkanälen bildet, die aneinander umschließend angrenzen.

30. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die endseitige Aufweitung oder Verjüngung durch radiale Abstufung der jeweiligen Kanalwand (z. B. 12; 13) gebildet ist.

31. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die endseitige Aufweitung oder Verjüngung verlaufend ausgeführt ist.

32. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die endseitige Aufweitung oder Verjüngung einer Kanalwand (z. B. 33) eines Ringkanales (z. B. 31) in einem Endabschnitt ausläuft, der zu einem korrespondierendem Endabschnitt der anderen Kanalwand (z. B. 34) des gleichen Ringkanals (z. B. 31) gleiche Erstreckung aufweist.

33. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial voneinander abgelegenen Ringwände zweier aneinander angrenzender und wechselseitig endgeschlossener Ringkanäle im jeweils offenen Endbereich gegeneinander abgestützt sind.

34. Partikelfilter nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass zur radialen Abstützung ein ringförmiger Einsatzkörper (Ringbügel 19; Ring 20) vorgesehen ist.

35. Partikelfilter nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Einsatzkörper durch ein radial gewelltes Profil (Ringbügel 19; Ring 20) gebildet ist.

36. Partikelfilter nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Einsatzkörper durch ein mäanderförmiges Profil (20) gebildet ist.

37. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 32 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Abstützung einem stirnseitig zu den Filterwänden liegenden axial durchbrochenen Deckel (35) zugeordnet ist.

38. Partikelfilter nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (35) axial sich erstreckende radiale Abstützungen (Seitenteil 38) für die jeweils benachbart endgeschlossenen Kanalwände aufweist.

39. Partikelfilter nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die axial sich erstreckenden, radialen Abstützungen (Seitenteil 38) durch Ringsektoren gebildet sind.

40. Partikelfilter nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die axial sich erstreckenden, radialen Abstützungen (Seitenteil 38) durch Ringkörper gebildet sind.

41. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 37 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (35) die axial sich erstreckenden, radialen Abstützungen verbindende Stützstege (Stufenstege 39) aufweist.

42. Partikelfilter nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (35) im Bereich zwischen den radialen Stützstegen (39) und den axial sich erstreckenden, radialen Abstützungen (38) freie Durchtrittsquerschnitte (Durchbrechungen 36) aufweist.

43. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 37 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Abstützungen (Seitenteil 38) die abzustützenden Filterwände (Ringstege 17) radial untergreifen.

44. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 37 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Abstützungen (Laschen 37) die abzustützenden Filterwände (Ringstege 17) radial übergreifen.

45. Partikelfilter nach Anspruch 1, insbesondere Partikelfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Ringkanälen (41, 42) stirnseitige Deckel (40) zugeordnet sind, dass die die Ringkanäle (41, 42) begrenzenden Ringwände (43-45) über die Deckel (40) getragen und mit einander verbunden sind und dass die Deckel (40) bei axialer Durchströmbarkeit auf die jeweils endseitig offenen Ringkanäle (41 bzw. 42) Abdeckungen für die jeweils endseitig geschlossenen Ringkanäle (41 bzw. 42) bilden.

46. Partikelfilter nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die die Ringkanäle (z. B. 41) begrenzenden Ringwänden (43, 44) stirnseitig in insbesondere als Ringnuten ausgebildete Aufnahmen der Deckel (40) eingreifen.

47. Partikelfilter nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkanäle (41) begrenzenden Ringwänden (43, 44) stirnseitig gegen radiale Abstützungen (46; 47) der Deckel (40) anliegen.

48. Partikelfilter nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Abstützungen (46; 47) der Deckel (40) die Ringwände endseitig ringartig übergreifen.

49. Partikelfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringwände der Ringkanäle zwischen ihren Endbereichen radial gegeneinander abgestützt sind.

50. Partikelfilter nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Abstützungen zwischen einander benachbarten Ringwänden durch Teile der Ringwände, insbesondere an- und ausgeformte Bereiche der Ringwände gebildet sind.

51. Partikelfilter nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Abstützungen mit den stirnseitigen Deckeln verbunden sind.

52. Partikelfilter nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Abstützungen insbesondere in den anströmseitig offenen Ringkanälen durch in diesen liegende elektrische Heizelemente gebildet sind.

53. Partikelfilter, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den anströmseitig und/oder abströmseitig offenen Ringkanälen liegende elektrische Heizelemente (55) über zumindest einen stirnseitig zum Filterkörper (9) liegenden gemeinsamen Träger 56 abgestützt sind.

54. Partikelfilter nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (55) zwischen als Deckel (40) ausgebildeten Trägern (56) verlaufen, insbesondere über die einander gegenüberliegenden Deckel (40) getragen sind.

55. Partikelfilter nach Anspruch 53 oder 54, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (55) durch gitterförmige Heizleiter gebildet sind.

56. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 53 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (55) axial verlaufende Heizleiter (57) aufweisen.

57. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 53 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (55) in Umfangsrichtung verlaufende Heizleiter aufweisen.

58. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 53 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (55) als Ringkörper ausgebildet sind.

59. Partikelfilter nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente als ringförmige Gitter ausgebildet sind, deren eine Gitterstreben Heizleiter und deren andere Gitterstreben Tragstreben bilden.

60. Partikelfilter nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstreben radiale Abstützungen für die Wände des das Heizelement aufnehmenden Ringkanals bilden.