DE102004028887A1

DE102004028887A1 - Method for producing at least one region of a filter device, in particular a particle filter for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102004028887A1
Application number: DE200410028887
Authority: DE
Inventors: Ulrich Eisele; Gerhard Schneider; Alexander Flaig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2006-01-05
Also published as: WO2005123219A9; WO2005123219A2; WO2005123219A3

Abstract

Ein Partikelfilter (20) für eine Brennkraftmachine umfasst eine Mehrzahl taschenartiger Filterelemente (22). Diese werden folgendermaßen hergestellt: DOLLAR A a. Herstellen eines Compound aus einem Sintermetallpulver und einem thermoplatischen Binder; DOLLAR A b. Formen eines Vorgrünlings des taschenartigen Filterelements (22) aus dem Compound; DOLLAR A c. Entfernen mindestens eines Teils des Binders aus dem Vorgrünling; und DOLLAR A d. Sintern.A particulate filter (20) for an internal combustion engine comprises a plurality of bag-like filter elements (22). These are made as follows: DOLLAR A a. Producing a compound from a sintered metal powder and a thermoplastic binder; DOLLAR A b. Forming a pre-green body of the bag-like filter element (22) from the compound; DOLLAR A c. Removing at least a portion of the binder from the pre-green sheet; and DOLLAR A d. Sintering.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen mindestens eines Bereichs einer Filtereinrichtung, insbesondere eines Partikelfilters für eine Brennkraftmaschine, welcher mindestens ein taschenartiges Filterelement umfasst.The The invention relates to a method for producing at least one Area of a filter device, in particular a particle filter for an internal combustion engine, which comprises at least one pocket-like filter element.

Eine Filtereinrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 101 28 936 A1 bekannt. Der dort gezeigte Partikelfilter ist in das Abgassystem einer Diesel-Brennkraftmaschine eingebaut. Die Filterwände bei der bekannten Filtereinrichtung sind aus Sintermetall hergestellt und so angeordnet, dass keilförmige Filtertaschen gebildet werden. Die spitz zulaufenden Keilkanten der Filtertaschen zeigen entgegen der Strömungsrichtung des Abgases, die in Strömungsrichtung gesehen hintere Schmalseite einer Filtertasche ist offen. Die Filtertaschen sind nebeneinander derart angeordnet, dass eine insgesamt rotationssymmetrische, ringartige Filterstruktur gebildet wird.A filter device of the type mentioned is from the DE 101 28 936 A1 known. The particle filter shown there is installed in the exhaust system of a diesel internal combustion engine. The filter walls in the known filter device are made of sintered metal and arranged so that wedge-shaped filter bags are formed. The tapered wedge edges of the filter pockets show against the flow direction of the exhaust gas, the rear narrow side of a filter pocket seen in the flow direction is open. The filter bags are arranged side by side in such a way that an overall rotationally symmetrical, annular filter structure is formed.

Bei dem bekannten Partikelfilter sind die Filterwände durch flexible Sintermetallmatten oder Sintermetallfolien gebildet, denen gesonderte Tragstrukturen, beispielsweise Lochbleche, Gewebe oder dergleichen, zugeordnet sind. Möglich ist auch, die einzelnen ebenen Filterwände zunächst aus Streckmetall zusammenzuschweißen, dann mit Sintermetallpulver zu bestreichen, und dieses schließlich aufzusintern.at the known particle filter are the filter walls by flexible sintered metal mats or sintered metal foils, which have separate support structures, For example, perforated plates, tissue or the like, are assigned. Possible is also to weld the individual flat filter walls first of expanded metal, then to coat with sintered metal powder, and this finally aufzusintern.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die Herstellkosten für eine Filtereinrichtung zu senken. Gleichzeitig soll der Filter eine lange Lebensdauer aufweisen und zuverlässig und mit hohem Wirkungsgrad arbeiten.The The object of the present invention is to reduce the manufacturing costs for a filter device to lower. At the same time the filter should have a long life and reliable and work with high efficiency.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:

a. Herstellen eines Compound aus einem Sintermetallpulver und einem thermoplastischen Binder;
b. Formen eines Vorgrünlings des taschenartigen Filterelements aus dem Compound;
c. Entfernen mindestens eines Teils des Binders aus dem Vorgrünling; und
d. Sintern.

This object is achieved in that the method comprises the following steps:

a. Producing a compound from a sintered metal powder and a thermoplastic binder;
b. Forming a pre-green body of the bag-like filter element from the compound;
c. Removing at least a portion of the binder from the pre-green sheet; and
d. Sintering.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass von vornherein ein einstückiger Grünling des taschenartigen Filterelements geformt wird. Die Handhabung einzelner Flächenelemente und die Verbindung dieser Flächenelemente mittels zahlreicher Schweißnähte kann somit entfallen. Hierdurch werden erhebliche Kosten gespart, und durch den Entfall zahlreicher Schweißverbindungen wird darüber hinaus die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der erfindungsgemäß hergestellten Filtereinrichtung verbessert beziehungsweise verlängert. Ferner kann dank des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine gesonderte Tragstruktur, wie beispielsweise Streckmetallplatten, verzichtet werden, da das Sintermetallpulver dank des thermoplastischen Binders in einer formbaren Verbundmasse (Compound) gebunden ist.The inventive method has the advantage that from the outset a one-piece green of the bag-like filter element is formed. The handling of individual surface elements and the connection of these surface elements by means of numerous welds can thus omitted. This saves considerable costs, and beyond the elimination of numerous welded joints beyond the reliability and improves the life of the filter device produced according to the invention or extended. Furthermore, thanks to the inventive method to a separate Support structure, such as expanded metal plates omitted because the sintered metal powder thanks to the thermoplastic binder is bound in a moldable compound (compound).

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments of the method according to the invention are specified in subclaims.

Zunächst wird vorgeschlagen, dass der Schritt b) folgende Einzelschritte umfasst:

b1. Herstellen, vorzugsweise Extrudieren einer Folie aus dem Compound;
b2. Biegen und/oder Falten eines Bereichs der Folie, so dass der Vorgrünling des Filterelements entsteht;
b3. Verbinden benachbarter Kanten der Folie durch ein thermisches Verfahren.

First, it is proposed that step b) comprises the following individual steps:

b1. Producing, preferably extruding a film from the compound;
b2. Bending and / or folding a portion of the film to form the pre-green body of the filter element;
b3. Joining adjacent edges of the film by a thermal process.

Das Biegen oder Falten kann auf einfache Art und Weise automatisiert werden, was die Herstellkosten der Filtereinrichtung nochmals senkt. Gleiches gilt für das Extrudieren einer Folie aus dem Compound, welches ebenfalls preiswert möglich ist. Jene benachbarten Kanten der Folie des gefalteten Rohlings, die noch nicht miteinander verbunden sind, können dank des Vorhandenseins des thermoplastischen Binders mit einem thermischen Verfahren leicht fluiddicht und einstückig miteinander verbunden werden. Die Anzahl der zu verbindenden Kanten ist bei dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren gegenüber herkömmlichen Herstellverfahren deutlich reduziert, was die Herstellkosten senkt.The Bending or folding can be automated in a simple way be, which further reduces the manufacturing cost of the filter device. The same applies to extruding a film of the compound, which also reasonably priced is. Those adjacent edges of the film of the folded blank, which are not yet connected, thanks to the presence of the thermoplastic binder with a thermal process easily fluid-tight and one-piece be connected to each other. The number of edges to connect is in the inventive manufacturing method over conventional Production process significantly reduced, which reduces the manufacturing cost.

Konkret wird vorgeschlagen, dass im Schritt b3 benachbarte Kanten durch Heißlaminieren verbunden werden. Dies ist ein Verfahren, bei dem keine hohen Temperaturen erforderlich sind und welches daher einfach durchgeführt werden kann. Es ist darüber hinaus ebenfalls automatisierbar, was die Herstellkosten niedrig hält.Concrete it is proposed that in step b3 adjacent edges by hot lamination get connected. This is a process that does not involve high temperatures are required and which are therefore easily performed can. It is about it In addition also automatable, which low the manufacturing costs holds.

Ferner ist es möglich, dass im Schritt b2 zunächst der Bereich der Folie als Abwicklung des Filterelements aus der Folie ausgestanzt wird. Auch dies ist automatisierbar, was eine preiswerte Herstellung ermöglicht. Darüber hinaus kann durch eine entsprechend sinnvolle Gestaltung der Abwicklung die Anzahl der noch thermisch zu verbindenden Kanten besonders niedrig gehalten werden.Further Is it possible, that in step b2 first the area of the film as a development of the filter element from the Film is punched out. This too is automatable, what a inexpensive production allows. About that In addition, through a correspondingly meaningful design of the settlement the number of edges still to be thermally connected is particularly low being held.

Eine Alternative zum Falten und Biegen sowie zum thermischen Verbinden benachbarter Kanten besteht darin, dass im Schritt b der Vorgrünling des Filterelements durch Blasumformen geformt wird. Diese Variante ist besonders attraktiv, da hier in einem einzigen Arbeitsschritt aus der Verbundmasse ein einstückiger Rohling des Filterelements hergestellt werden kann. Zusätzliche Verbindungsarbeiten sind nicht erforderlich, was den Herstellkosten und der Zuverlässigkeit zugute kommt.A Alternative to folding and bending as well as for thermal bonding Adjacent edges is that in step b, the Vorgrünling the Filter element is formed by blow molding. This variant is particularly attractive, because here in a single step off the composite a one-piece Blank of the filter element can be produced. additional Connection work is not required, which reduces the manufacturing costs and reliability benefits.

Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass im Schritt a der Compound zusätzlich unter Verwendung mindestens eines Weichmachers hergestellt wird. Hierdurch kann die Extrudierbarkeit beziehungsweise Blasumformbarkeit des Compounds an die speziellen Anforderungen besonders gut angepasst werden. Auch komplexe Konturen und Formen sind auf diese Weise preiswert darstellbar.A further advantageous embodiment of the method according to the invention provides that in step a the compound additionally using at least of a plasticizer. This allows the extrudability or blow moldability of the compound to the special Requirements are particularly well adapted. Even complex contours and forms are inexpensive to represent in this way.

Der Compound wird vorteilhafterweise durch Kneten, vorzugsweise in einem Zweischneckenkneter, hergestellt. Dies erlaubt eine besonders homogene Durchmischung des Stoffverbunds.Of the Compound is advantageously by kneading, preferably in one Twin screw kneader, made. This allows a particularly homogeneous Mixing of the composite material.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der Binder im Schritt c wenigstens zum Teil thermisch und/oder durch ein Lösemittel entfernt wird. Das Entfernen des Binders mittels eine Lösemittels hat Vorteile im Hinblick auf eine besonders gute Maßhaltigkeit des Rohlings nach dem Entfernen des Binders im Vergleich zu einem Zeitpunkt vor dem Entfernen des Binders. Das thermische Entfernen des Binders ist dagegen technisch besonders einfach realisierbar und kann automatisiert erfolgen.Further it is proposed that the binder in step c at least for Part is removed thermally and / or by a solvent. The Removing the binder by means of a solvent has advantages in terms of on a particularly good dimensional stability of the blank after removal of the binder compared to a Time before removing the binder. The thermal removal the binder, however, is technically particularly easy to implement and can be automated.

Wird der Binder thermisch entfernt, ist es vorteilhaft, wenn die Schritte c und d in derselben thermischen Vorrichtung durchgeführt werden. Dies beschleunigt den Herstellvorgang und senkt die für die Herstellung erforderlichen Investitionen.Becomes The binder is removed thermally, it is beneficial if the steps c and d are performed in the same thermal device. This speeds up the manufacturing process and lowers the production necessary investments.

Zeichnungendrawings

Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:following are particularly preferred embodiments of the invention below With reference to the accompanying drawings explained in more detail. In the drawing show:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage, in der ein Partikelfilter angeordnet ist; 1 a schematic representation of an internal combustion engine with an exhaust system in which a particulate filter is arranged;

2 eine perspektivische Darstellung des Partikelfilters von 1 mit mehreren Filtertaschen; 2 a perspective view of the particulate filter of 1 with several filter bags;

3 ein Ablaufschema eines ersten Verfahrens zum Herstellen einer der Filtertaschen von 2; und 3 a flow chart of a first method for producing one of the filter bags of 2 ; and

4 ein Ablaufschema eines zweiten Verfahrens zum Herstellen einer der Filtertaschen von 2. 4 a flow chart of a second method for producing one of the filter bags of 2 ,

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments

In 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst einen Motorblock 12, aus dem die Verbrennungsabgase über ein Abgasrohr 14 zu einer Filtereinrichtung 16 geleitet werden. Diese dient dazu, im Abgas enthaltene Rußpartikel herauszufiltern.In 1 an internal combustion engine carries the reference numeral 10 , It includes an engine block 12 from which the combustion exhaust gases via an exhaust pipe 14 to a filter device 16 be directed. This serves to filter out soot particles contained in the exhaust gas.

Die Filtereinrichtung 16 umfasst ein Gehäuse 18 und eine Filterstruktur 20. Wie aus 2 hervorgeht, besteht diese aus einer Mehrzahl keilförmiger Filtertaschen 22 (in 2 ist nur eine dieser Filtertaschen mit einem Bezugszeichen versehen). Die spitz zulaufenden Keilkanten der Filtertaschen zeigen entgegen der Strömungsrichtung des Abgases. Die in Strömungsrichtung gesehene hintere Schmalseite einer Filtertasche 22 ist offen. Die radial innen und außen liegenden Schmalseiten der Filtertaschen 22 sind geschlossen. Die Filtertaschen 22 sind nebeneinander und sternförmig derartig angeordnet, dass eine insgesamt rotationssymmetrische, ringartige Filterstruktur 20 gebildet wird.The filter device 16 includes a housing 18 and a filter structure 20 , How out 2 As can be seen, this consists of a plurality of wedge-shaped filter bags 22 (in 2 only one of these filter bags is provided with a reference numeral). The tapered wedge edges of the filter pockets show against the flow direction of the exhaust gas. The seen in the flow direction rear narrow side of a filter bag 22 is open. The radially inside and outside narrow sides of the filter bags 22 are closed. The filter bags 22 are arranged side by side and star-shaped such that a total rotationally symmetric, ring-like filter structure 20 is formed.

Die Wände der Filtertaschen 22 sind porös und aus Sintermetall hergestellt. Im Betrieb tritt das Abgas durch die Filterwände der Filtertaschen 22 hindurch, wobei Rußpartikel zurückgehalten werden. Die einzelnen Filtertaschen 22 der Filterstruktur 20 können auf folgende Art und Weise hergestellt werden (vergleiche 3):
Mittels einer kontinuierlich arbeitenden Kneteinrichtung 24, beispielsweise eines Zweischneckenkneters, werden drei Ausgangskomponenten 26, 28 und 30 zu einer Verbundmasse gemischt, die auch als Compound 32 bezeichnet wird. Bei der Ausgangskomponente 26 handelt es sich um Sintermetallpulver, beispielsweise aus CrNi-Edelstahl. Auch andere hochtemperatur-korrosionsfeste Edelstahltypen oder keramische Materialien können verwendet werden. Die Ausgangskomponente 28 ist ein thermoplastischer Binder, beispielsweise Polyamid. Der Binder sollte bezüglich seiner Kettenlänge und damit seiner Rheologie an das jeweilige Herstellungsverfahren angepasst sein. Die weitere Ausgangskomponente 30 ist ein Weichmacher. Auf die letztgenannte Komponente 30 kann gegebenenfalls auch verzichtet werden.The walls of the filter bags 22 are porous and made of sintered metal. In operation, the exhaust gas passes through the filter walls of the filter bags 22 through, with soot particles are retained. The individual filter bags 22 the filter structure 20 can be made in the following way (compare 3 ):
By means of a continuous kneading device 24 , For example, a Zweilneckenkneters, three starting components 26 . 28 and 30 mixed into a composite compound, also called a compound 32 referred to as. At the output component 26 it is sintered metal powder, for example made of stainless steel CrNi. Other high temperature corrosion resistant stainless steel types or ceramic materials may also be used. The starting component 28 is a thermoplastic binder, for example polyamide. The binder should be adapted to the respective manufacturing process with regard to its chain length and thus its rheology. The other starting component 30 is a plasticizer. On the latter component 30 may also be waived if necessary.

Der Compound 32 wird nun mittels einer Extrudiereinrichtung 34 extrudiert und so eine Sintermetallfolie 36 hergestellt. Aus dieser wird mittels einer Stanzeinrichtung 38 eine Abwicklung 40 der herzustellenden Filtertasche 22 ausgestanzt. Ähnlich wie bei bekannten Papierfiltern wird diese Abwicklung 40 nun mittels einer Falt- und Biegeeinrichtung 42 so gefaltet beziehungsweise gebogen, dass eine Rohform 44 der Filtertasche 22 entsteht. Diese Rohform 44 unterscheidet sich von der endgültigen Filtertasche 22 unter anderem noch dadurch, dass bestimmte Filterwände an ihren benachbarten Kanten noch nicht miteinander verbunden sind. Dies geschieht nun in einer Laminiereinrichtung 46, wodurch ein Vorgrünling 48 entsteht. In der Laminiereinrichtung 46 werden benachbarte Kanten durch Heißlaminieren miteinander verbunden.The compound 32 is now by means of an extruding device 34 extruded and so a sintered metal foil 36 produced. From this is by means of a punching device 38 a settlement 40 the herzu adjusting filter bag 22 punched out. Similar to known paper filters this process 40 now by means of a folding and bending device 42 so folded or bent that a raw form 44 the filter bag 22 arises. This raw form 44 is different from the final filter bag 22 among other things by the fact that certain filter walls are not yet connected to each other at their adjacent edges. This happens now in a laminator 46 , creating a pre-greenling 48 arises. In the laminator 46 adjacent edges are joined together by hot lamination.

Der Vorgrünling 48 wird nun mit einem Lösemittel 50 beaufschlagt, durch welches der thermoplastische Binder 28 und der Weichmacher 30 zumindest zum Teil gelöst und aus dem Vorgrünling 48 entfernt werden. Anschließend wird der Vorgrünling 48 noch in einem Ofen 52 mit einer Temperatur beaufschlagt, wodurch der restliche thermoplastische Binder 28 aus dem Vorgrünling 48 entfernt wird. Es entsteht nun der eigentliche Grünling 54. Dieser wird nun in einem Ofen 56 gesintert, wodurch die endgültige Filtertasche 22 als einstückiges und ausschließlich aus Sintermetall bestehendes Element entsteht.The pre-greenling 48 is now using a solvent 50 acted by which the thermoplastic binder 28 and the plasticizer 30 at least partially solved and from the Vorgrünling 48 be removed. Subsequently, the Vorgrünling 48 still in an oven 52 subjected to a temperature, whereby the remaining thermoplastic binder 28 from the pre-greenling 48 Will get removed. It now creates the actual green 54 , This one is now in an oven 56 sintered, eliminating the final filter bag 22 as an integral element consisting exclusively of sintered metal.

Ein alternatives Herstellungsverfahren ist in 4 dargestellt. Dabei tragen solche Blöcke, welche äquivalente Funktionen zu Blöcken des im Zusammenhang mit 3 erläuterten Herstellungsverfahrens aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert.An alternative manufacturing process is in 4 shown. In doing so, those blocks which have equivalent functions to blocks of the type associated with 3 have explained manufacturing method, the same reference numerals. They are not explained again in detail.

Im Unterschied zu dem in 3 gezeigten Verfahren erfolgt die Herstellung des Vorgrünlings 48 aus dem Compound 32 in einem einzigen Arbeitsschritt. Hierzu wird eine bestimmte Compoundmenge in eine Blasumformeinrichtung 58 eingebracht. Deren Formraum entspricht der Form des herzustellenden Vorgrünlings 48. Durch Einbringen eines Gases in den Formhohlraum der Blasumformeinrichtung 58 entsteht aus dem Compound 32 unmittelbar der einstückige Vorgrünling 48.Unlike the in 3 The method shown, the preparation of Vorgrünlings 48 from the compound 32 in a single step. For this purpose, a certain amount of compound in a Blasumformeinrichtung 58 brought in. Their shape space corresponds to the shape of the Vorgrünlings to be produced 48 , By introducing a gas into the mold cavity of the Blasumformeinrichtung 58 arises from the compound 32 immediately the one-piece Vorgrünling 48 ,

Das thermische Entfernen des thermoplastischen Binders 28 aus dem Vorgrünling 48 und das Sintern des Grünlings 54 erfolgt vorteilhafterweise in zwei getrennten Schritten, kann jedoch im gleichen Ofen 56 durchgeführt werden.The thermal removal of the thermoplastic binder 28 from the pre-greenling 48 and sintering the green body 54 advantageously takes place in two separate steps, but can be in the same oven 56 be performed.

Claims

Method for producing at least one area ( 22 ) a filter device, in particular a particle filter ( 20 ) for an internal combustion engine ( 10 ), which at least one bag-like filter element ( 22 ), comprising the following steps: a. Producing a compound ( 32 ) from a sintered metal powder ( 26 ) and a thermoplastic binder ( 28 ); b. To shape ( 34 . 38 . 42 . 46 ; 58 ) of a pre-greenling ( 48 ) of the bag-like filter element ( 22 ) from the compound ( 32 ); c. Remove ( 50 . 52 ) at least part of the binder ( 28 ) from the pre-greenling ( 48 ); and d. Sintering ( 56 ).

A method according to claim 1, characterized in that the step b comprises the following individual steps: b1. Manufacture, preferably extrusion ( 34 ) of a film ( 36 ) from the compound ( 32 ); b2. Bending and / or folding ( 42 ) of an area ( 40 ) of the film ( 36 ), so that the Vorgrünling ( 48 ) of the filter element ( 22 ) arises; b3. Connect ( 46 ) of adjacent edges of the film ( 36 ) by a thermal process.

A method according to claim 2, characterized in that in step b3 adjacent edges are connected by hot lamination ( 46 ).

Method according to one of claims 2 or 3, characterized in that in step b2 first the area of the film ( 36 ) as settlement ( 40 ) of the filter element ( 22 ) from the film ( 36 ) is punched out ( 38 ).

Method according to claim 1, characterized in that in step b the pre-greenling ( 48 ) of the filter element ( 22 ) is formed by blow molding ( 58 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step a of the compound ( 32 ) additionally using at least one plasticizer ( 30 ) will be produced.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the compound ( 32 ) by kneading, preferably in a twin-screw kneader ( 24 ), will be produced.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the binder ( 28 ) in step c at least partially thermally ( 52 ) and / or by a solvent ( 50 ) Will get removed.

Method according to claim 8, characterized in that that steps c and d in the same thermal device carried out become.