DE102004044585A1

DE102004044585A1 - Abgasfiltervorrichtung mit Filterregeneration

Info

Publication number: DE102004044585A1
Application number: DE102004044585A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jörg Dr.-Ing. Rembor
Original assignee: HUSS UMWELTTECHNIK GmbH
Current assignee: HUSS UMWELTTECHNIK GmbH
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-03-30

Abstract

Beschrieben wird ein Bausatz für eine Abgasfiltervorrichtung (10) mit einem Durchströmungsraum mit einer Abgaseintrittseinrichtung (20) mit Abgaseintritt (22), einer Filtereinrichtung (30) mit Filter (32), einer Abgasaustrittseinrichtung (40) mit Abgasaustritt (42) und einer Filterregenerationseinrichtung (50). Die Filterregenerationseinrichtung (50) ist auf unterschiedliche Wirkprinzipien umrüstbar und/oder zur Umstellung des Wirkprinzips der Filterregeneration als Austauscheinheit ausgebildet. Dazu sind ein an der Abgaseintrittseinrichtung (20) angeordneter Montageflansch (23) und ein an der Filterregenerationseinrichtung (50) angeordneter Anschlußflansch (53) vorgesehen. Die Filterregenerationseinrichtung (50) ist vorzugsweise als Brenner oder als elektrische Heizung ausgebildet, die gegeneinander austauschbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bausatz für eine Abgasfiltervorrichtung mit einem Durchströmungsraum mit einer Abgaseintrittseinrichtung, einer Filtereinrichtung, einer Abgasaustrittseinrichtung und einer Filterregenerationseinrichtung.

Dieselmotoren emittieren neben gasförmigen Abgasbestandteilen auch Rußpartikel. Da dem Dieselruß unter anderem krebsauslösende Eigenschaften zugeschrieben werden, sind große Anstrengungen unternommen worden, die Emission von Rußpartikeln einzudämmen oder gar zu verhindern. So ist die Filterung der Abgase als eine der wirkungsvollsten Methoden zur Beseitigung der Rußpartikel aus dem Abgas erkannt.

Von Nachteil ist, daß die im allgemeinen verwendeten feinporigen keramischen Filter nach relativ kurzer Betriebszeit sich zusetzen und deshalb von den in den Poren festsitzenden Rußpartikeln gereinigt werden müssen. Eine bekannte und bewährte Reinigungsmethode ist das „Freibrennen". Dazu wird auf mindestens 500 °C erwärmte Luft in den Abgasfilter eingeleitet, wodurch die Rußpartikel zu CO₂ verbrennen und der Filter regeneriert wird.

Aus der DE 200 12 812 U1 ist der modulare Aufbau einer Abgasfiltervorrichtung bekannt. Unter anderem ist ein Modul mit einer Regenerationseinheit bekannt. Es ist vorgesehen, verschiedene Module mit unterschiedlichen Regenerationseinheiten für unterschiedliche Zwecke und mit unterschiedlichen Wirkungsweisen zur Verfügung zu stellen.

Die bei dieser bekannten Vorrichtung vorgesehenen Module mit unterschiedlichen Regenerationseinheiten haben den Nachteil, daß sie zahlreiche Bauelemente aufweisen, die nicht standardisiert sind. Sie sind modulspezifisch ausgeführt, obwohl sie nichts mit der eigentlichen Funktion der Bereitstellung erhitzter Luft zu tun haben. Dadurch ist ein hoher Lagerhaltungsaufwand zu verzeichnen, insbesondere wenn Module für unterschiedliche Baureihen von Abgasfiltervorrichtungen bereitgestellt werden sollen. Dazu entstehen höhere Herstellungskosten, weil die Stückzahl der spezifischen Bauelemente verhältnismäßig gering ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Bausatz für eine Abgasfiltervorrichtung zu schaffen, mit dem die genannten Nachteile vermieden werden und bei geringem Lagerhaltungsaufwand eine Anpassung an die jeweiligen Einsatzbedingungen möglich ist.

Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Mit dem Bausatz ist eine Abgasfiltervorrichtung herstellbar, die einen Durchströmungsraum mit einer Abgaseintrittseinrichtung, eine Filtereinrichtung, eine Abgasaustrittseinrichtung und eine Filterregenerationseinrichtung aufweist, wobei die Abgaseintrittseinrichtung und/oder die Filtereinrichtung und/oder die Abgasaustrittseinrichtung und/oder die Filterregenerationseinrichtung, vorzugsweise als Modul ausgebildet sind. Der Bausatz weist mehrere unterschiedlich aufgebaute und/oder nach unterschiedlichem Wirkprinzip arbeitende Filterregenerationseinrichtungen auf, die als ein- oder mehrteilige Austauschbaueinheit ausgebildet sind. Dabei ist vorgesehen, daß die Abgaseintrittseinrichtung und/oder die Filtereinrichtung und/oder die Abgasaustrittseinrichtung derart universell ausgebildet ist bzw. sind, daß daran wahlweise eine der Filterregenerationseinrichtungen lösbar befestigbar ist. Vorzugsweise ist die Filterregenerationseinrichtung an der Abgaseintrittseinrichtung angeordnet oder in diese zumindest teilweise eintauchend.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird es möglich, die Abgasfiltervorrichtung mit besonders geringem Aufwand an unterschiedliche Aufgabenstellungen zur Abgasreinigung von Verbrennungskraftmaschinen anzupassen, wobei die Wahl des Wirkprinzips der Filterregenerationseinrichtung während des Herstellungsprozesses der Abgasfiltervorrichtung und/oder im Einsatz der Abgasfiltervorrichtung vor Ort möglich ist. Die Filterregenerationseinrichtung ist wegen der Verwendung von standardisierten Wiederholteilen auch sehr kostengünstig herstellbar.

Bei besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, daß die Filterregenerationseinrichtung als Modul ausgebildet in die Abgaseintrittseinrichtung einsetzbar ist. Auf diese Weise kann die Abgaseintrittseinrichtung als standardisiertes einheitliches Modul für unterschiedlich ausgebildete Filterregenerationseinrichtungen ausgebildet sein, so daß die Abgaseintrittseinrichtung in vergleichsweise hoher Stückzahl und somit kostengünstig produziert werden kann. Gleichzeitig ist auf diese Weise die Lagerhaltung vereinfacht.

Es kann vorgesehen sein, daß die Filterregenerationseinrichtung einen Brenner für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe aufweist oder mit einem solchen Brenner ausrüstbar ist. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, den Brenner mit dem gleichen Brennstoff zu betreiben wie die Verbrennungskraftmaschine, an der die Filterregenerationseinrichtung angeordnet ist.

Die Filterregenerationseinrichtung kann auch einen Brenner für feste Brennstoffe aufweisen, beispielsweise für Hartbenzin, Hartspiritus oder einen Brenner für staubförmige Brennstoffe aufweisen, beispielsweise Holzmehl. Vorteilhafterweise kann aus ökologischen Gründen vorgesehen sein, erneuerbare Brennstoffe einzusetzen.

Es kann auch vorgesehen sein, daß die Filterregenerationseinrichtung eine vorzugsweise elektrische Heizung aufweist oder mit einer solchen ausrüstbar ist. Dabei kann vorgesehen sein, die elektrische Heizung als Mittelspannungsheizung am öffentlichen Netz zu betreiben. Es kann aber auch vorgesehen sein, die elektrische Energie aus erneuerbaren Energiequellen, wie beispielsweise Solarzellen, zu gewinnen. In diesem Fall kann vorgesehen sein, die elektrische Energie zwischenzuspeichern, beispielsweise in einer Akkumulatorbatterie, und die elektrische Heizung als Niederspannungsheizung auszubilden.

Es kann auch jede andere Einrichtung, die Luft auf mindestens 500 °C zu erwärmen vermag oder auf andere geeignete Weise in den Poren eines Filters abgelagerte Rußpartikel in CO₂ umzuwandeln vermag, als Filterregenerationseinrichtung vorgesehen sein.

In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, daß die Filterregenerationseinrichtung als Modul ausgebildet in den Durchströmungsraum der Abgasfiltervorrichtung eintauchend lösbar montiert angeordnet ist.

Es kann vorgesehen sein, daß an der Abgasaustrittseinrichtung ein Montageflansch angeordnet ist, an dem die Filterregenerationseinrichtung vorzugsweise über einen Anschlußflansch der Filterregenerationseinrichtung montierbar ist.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, daß der Montageflansch so ausgebildet ist, daß daran wahlweise der Anschlußflansch einer einen Brenner aufweisenden Filterregenerationseinrichtung oder der Anschlußflansch einer eine Heizung aufweisenden Filterregenerationseinrichtung anschließbar ist. Vorteilhafterweise kann der Anschlußflansch der einen Brenner aufweisenden Filterregenerationseinrichtung identisch ausgebildet sein wie der Anschlußflansch der eine Heizung aufweisenden Filterregenerationseinrichtung.

Dabei kann vorgesehen sein, daß der Montageflansch und/oder der Anschlußflansch eine Befestigungseinrichtung zur Befestigung der Filterregenerationseinrichtung in einstellbarer Position relativ zur Abgaseintrittseinrichtung und/oder zur Filtereinrichtung und/oder zur Abgasaustrittseinrichtung aufweist. Vorzugsweise kann dazu eine Langloch/Schrauben-Verbindungseinrichtung vorgesehen sein.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, daß die Filterregenerationseinrichtung zumindest zum Teil in den Durchströmungsraum eintauchend angeordnet ist und dabei einen vorzugsweise außerhalb des Durchströmungsraums angeordneten Anschlußabschnitt und einen im wesentlichen in dem Durchströmungsraum angeordneten Hauptabschnitt aufweist.

Dabei ist vorgesehen, daß der Anschlußabschnitt und der Hauptabschnitt der Filterregenerationseinrichtung zur Montage in der Vorrichtung lösbar miteinander verbunden sind. Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß der Anschlußabschnitt von außen her und der Hauptabschnitt vom Inneren des Durchströmungsraums her zur Montage zugeführt wird.

Wenn die Filterregenerationseinrichtung als eine vorzugsweise eine elektrische Heizung aufweisende Filterregenerationseinrichtung ausgebildet ist, kann vorgesehen sein, daß zwischen dem Anschlußabschnitt und dem Hauptabschnitt ein Anschlußflansch angeordnet ist. Dabei kann vorgesehen sein, daß der Anschlußabschnitt eine vorzugsweise elektrische Energieanschlußeinrichtung aufweist und der Hauptabschnitt eine Heizwendel aufweist. Vorteilhafterweise können die Komponenten Filterregenerationseinrichtung mit lösbaren Verbindungsstellen ausgebildet sein, beispielsweise mit Schraub- und/oder Steckverbindungen. Auf diese Weise ist die Filterregenerationseinrichtung besonders montage- und servicegerecht ausgebildet. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die Heizwendel vom Innern der Abgaseintrittseinrichtung her zuzuführen und sodann mit dem von außen her zugeführten Anschlußflansch und dem Anschlußkasten mechanisch und elektrisch lösbar zu verbinden. Somit kann die elektrische Heizung mit einer solchen Breite ausgebildet sein, daß sie von außen her nicht durch die Öffnung des Montageflansches in die Abgaseintrittseinrichtung einführbar ist.

Es kann vorgesehen sein, daß die Heizwendel als eine Wendel zum Hindurchleiten eines Heizmediums ausgebildet ist, das die zum Regenerieren des Filters erforderliche Betriebstemperatur von mindestens 500 °C hat. In diesem Fall kann der Anschlußabschnitt als Heizmediumanschlußeinrichtung ausgebildet sein.

Je nach Ausbildung des Brenners oder der Heizung oder einer sonstigen Einrichtung kann vorgesehen sein, daß der Anschlußflansch mit dem Anschlußabschnitt und dem Hauptabschnitt permanent fest verbunden ist oder daß der Anschlußflansch mit dem Anschlußabschnitt und dem Hauptabschnitt lösbar verbunden ist oder daß der Anschlußflansch mit dem Anschlußabschnitt permanent fest verbunden ist und mit dem Hauptabschnitt lösbar verbunden ist oder umgekehrt.

Zur Regeneration des Filters durch Ausbrennen kann eine Luftzuführungseinrichtung vorgesehen sein. Dabei kann die Luftzuführungseinrichtung der einen Brenner aufweisenden Filterregenerationseinrichtung zumindest abschnittsweise identisch sein mit der Luftzuführungseinrichtung der eine Heizung aufweisenden Filterregenerationseinrichtung. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, daß die Luftzuführungseinrichtung mit demselben Gebläse verbunden ist.

Zum Schutz des Bedienpersonals vor Verbrennungen und zum sparsamen Energieeinsatz kann vorgesehen sein, daß die Abgaseintrittseinrichtung einen Innenmantel und einen Außenmantel mit dazwischen angeordneter Isolierungsschicht aufweist. Die Abgaseintrittseinrichtung kann ein den Außenmantel, die Isolierungsschicht und den Innenmantel durchgreifendes Abgaseintrittsrohr aufweisen, das nur mit dem Innenmantel permanent fest, insbesondere über Verschweißung verbunden ist, wobei zwischen dem Durchgriffsloch des Außenmantels und dem Außendurchmesser des Abgaseintrittsrohrs ein ringförmiger Spalt als Spiel zur Wärmeausdehnung ausgebildet sein kann.

Dabei kann am abgaseintrittsseitigen Ende des Abgaseintrittrohrs eine Manschette zur Abdeckung des Ringspalts zwischen dem Abgaseintrittsrohr und dem Außenmantel vorgesehen sein.

Mit dem Innenmantel kann ein Montageflansch zur Befestigung der Filterregenerationseinrichtung permanent fest verbunden sein, vorzugsweise über eine Schweißnaht verbunden. Vorteilhafterweise kann der Montageflansch als Ringflansch mit Einführstutzen ausgebildet sein, der den Außenmantel, die Isolierungsschicht und den Innenmantel durchgreift und dabei zwischen der Außenseite des Ringflanschs und dem Außenmantel und der Isolierungsschicht mit Spiel zur Wärmeausdehnung ausgebildet ist.

Die Erfindung wird nun an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

1 eine Schnittansicht einer Abgasfiltervorrichtung mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines Abgaseintrittsmoduls mit Brennereinheit;

2 eine Schnittansicht einer Abgasfiltervorrichtung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Abgaseintrittsmoduls mit elektrischer Heizungseinheit;

3 eine Draufsicht des in 1 dargestellten Abgaseintrittsmoduls;

4 eine Schnittansicht des in der 3 dargestellten Abgaseintrittsmoduls längs der Schnittlinie IV-IV;

5 eine Druntersicht der in 1 dargestellten Brennereinheit;

6 eine Teilschnittansicht der in 5 dargestellten Brennereinheit längs der Schnittlinie VI-VI;

7 eine Teilschnittansicht der in 6 dargestellten Brennereinheit längs der Schnittlinie VII-VII;

8 eine Draufsicht der in 2 dargestellten elektrischen Heizungseinheit (Heizwendel nicht dargestellt);

9 eine Seitenansicht der in 8 dargestellten elektrischen Heizungseinheit.

Die 1 und 2 zeigen eine modulare Abgasfiltervorrichtung 10, gebildet aus einem Abgaseintrittsmodul 20, einem Filtermodul 30 und einem Abgasaustrittsmodul 40.
Das Abgaseintrittsmodul 20, das Filtermodul 30 und das Abgasaustrittsmodul 40 sind im wesentlichen rohrförmig ausgebildet mit gleichen Außendurchmessern und gleichen Innendurchmessern. Die Module sind lösbar miteinander verbunden und jeweils mit Ein- und Ausgängen ausgebildet. Die Verbindungsstellen sind in den 1 und 2 nur schematisch angedeutet. Die Module können beispielsweise durch Schellen miteinander verbunden sein. Dabei ist der Ausgang des Abgaseintrittsmoduls 20 mit dem Eingang des Filtermoduls 30 verbunden, und der Ausgang des Filtermoduls 30 ist mit dem Eingang des Abgasaustrittsmoduls 40 verbunden.
Das Abgaseintrittsmodul 20 ist für die wahlweise Aufnahme einer mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff gespeisten Brennereinheit 50 oder einer mit Elektroenergie gespeisten Heizungseinheit 60 bestimmt, die in den 5 bis 7 bzw. 8 und 9 dargestellt sind.
Das Abgaseintrittsmodul 20 ist in den 3 und 4 im einzelnen dargestellt. Wie in 3 zu sehen, ist das im wesentlichen zylinderförmige Abgaseintrittsmodul 20 mit einem Außenmantel 20a und einem Innenmantel 20i ausgebildet, zwischen denen eine Wärmeisolationsschicht 20w angeordnet ist. Das Abgaseintrittsmodul 20 ist auf der dem Filtermodul 30 zugewandten Seite offen ausgebildet und auf der anderen Seite mit einen Innenboden 21i und einen Außenboden 21a ausgebildet, zwischen denen eine Wärmeisolationsschicht 21w angeordnet ist.
Der Außenboden 21a ist als kreisringförmige dünne Platte ausgebildet, deren Ränder L-förmig ausgebildet sind. Auf diese Weise ist der Kreisringquerschnitt des Außenbodens 21a U-förmig ausgebildet, wobei die U-Schenkel nach außen weisen. Der freie äußere Schenkel des Außenbodens 21a ist mit der Innenwand des äußeren Endabschnitts des Außenmantels 20a stoffschlüssig verbunden, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen.
Der Außenboden 21a wird von einem kreisringförmigen Montageflansch 23 unter Ausbildung von Spiel zwischen der Außenwand des Montageflansches 23 und dem freien inneren Schenkel des Außenbodens 21a durchgriffen. In dem Montageflansch 23 sind axiale Gewindelöcher 23g auf einem konzentrisch zur Mittelachse des Montageflansches 23 orientierten Teilkreis mit konstanter Winkelteilung angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind 8 Gewindelöcher 23g auf dem Teilkreis angeordnet, wie in 3 zu sehen ist.
Der Innenboden 21i ist ebenfalls als kreisringförmige dünnen Platte ausgebildet, deren Innenrand in der vorstehend beschriebenen Art L-förmig ausgebildet ist. Auf diese Weise ist ein Flansch gebildet, der von einem rohrförmigen Einführstutzen 20e durchgriffen ist. Der Innenboden 21i ist mit Spiel zum Außenmantel 20a ausgebildet und mit der dem Außenboden 21a zugewandten Stirnfläche des Innenmantels 20i gasdicht verbunden, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen.
Der Einführstutzen 20e ist mit seinem zum Innern des Abgaseintrittsmoduls 20 weisenden Endabschnitt mit dem nach außen weisenden L-Schenkel des Innenrands des Innenbodens 21i gasdicht verbunden, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen. Der nach außen weisende Endabschnitt des Einführstutzens 20e durchgreift den Montageflansch 23 zentrisch ohne Ausbildung von Spiel und ist dort mit dem Montageflansch 23 gasdicht verbunden, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen.
Der Innenmantel 20i, der Außenmantel 20a und die zwischen dem Innenmantel und dem Außenmantel angeordnete Wärmeisolationsschicht 20w sind von einem rohrförmigen radialen Abgaseintrittsstutzen 22s durchgriffen, der etwa mit dem Innenmantel 20i abschließt und dort mit diesem gasdicht verbunden ist, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen. Der Abgaseintrittsstutzen 22s ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in halber Höhe zu den Stirnflächen des Innenmantels 20i radial angeordnet. Die zum Abgaseintrittsstutzen 22s komplementären Löcher in der Wärmeisolationsschicht 20w und im Außenmantel 20a sind mit Spiel zum Außendurchmesser des Abgaseintrittsstutzens 22s ausgebildet. Auf diese Weise ist bei thermischer Ausdehnung des Innenmantels 20i die Relativbewegung des Abgaseintrittsstutzens 22s gegenüber dem Außenmantel 20a und/oder der Wärmeisolationsschicht 20w nicht behindert. Zur Abdichtung des Ringspalts zwischen dem Abgaseintrittsrohr (22) und dem Außenmantel (20a) ist am abgaseintrittsseitigen Ende des Abgaseintrittsstutzens (22s) eine Manschette (22m) angeordnet.
Auf dem vom Außenmantel 20a abgewandten Endabschnitt des Abgaseintrittsstutzens 22s ist ein Anschlußflansch 22a angeordnet und gasdicht mit dem Abgaseintrittsstutzen verbunden, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen. Der Anschlußflansch 22a ist zum Anschluß der Abgasfiltervorrichtung 10 beispielsweise an den Abgaskanal eines Dieselmotors bestimmt.
Auf der Außenwand des zum Filtermodul 30 weisenden Endabschnitts des Innenmantels 20i ist eine kreisringförmige Spannscheibe 20s mit Spiel zu den Stirnflächen des Außenmantels 20a und der Wärmeisolationsschicht 20w angeordnet. Die Spannscheibe 20s ist mit dem Innenmantel 20i gasdicht verbunden, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen.
Das Abgaseintrittsmodul 20 ist also so ausgebildet, daß sich dessen innere Hülle, gebildet aus dem Innenmantel 20i und dem Innenboden 21i gegenüber der äußeren Hülle, gebildet aus dem Außenmantel 20a und dem Außenboden 21a bei thermischer Ausdehnung ungehindert bewegen kann.
Das Filtermodul 30 (siehe 1 und 2) ist mit einem zylinderförmigen Filter 32 ausgebildet, der den Innenraum des Filtermoduls 30 ausfüllt. Der Filter 32 kann als keramischer Filter ausgebildet sein und mit einem Katalysator versehen sein.
Im Abgasaustrittsmodul 40 (siehe 1 und 2) ist ein rohrförmiger Abgasaustritt 42 angeordnet, der eine Bodenplatte 44 zentrisch durchgreift.
Die 5 bis 7 zeigen nun eine Brennereinheit 50, die wie in 1 dargestellt, an dem Abgaseintrittsmodul 20 angeordnet ist.
Die Brennereinheit 50 weist, wie in 5 dargestellt, einen Anschlußflansch 53 auf, der komplementär zu dem Montageflansch 23 (s. 1 bis 4) des Abgaseintrittsmoduls 20 ausgebildet ist. Zur Einstellung der Relativlage der Brennereinheit zum Abgaseintrittsmodul ist der Montageflansch mit Langlöchern 53l ausgebildet, im dargestellten Beispiel ist er mit 4 Langlöchern 53l ausgebildet. Dabei stimmen die Teilkreise der Gewindelöcher 23g (s. 3) des Montageflansches 23 und der Langlöcher 53l des Anschlußflansches 53 überein. Die Langlöcher 53l sind wiederum mit konstanter Winkelteilung auf ihrem Teilkreis angeordnet.
Die Brennereinheit 50 ist im wesentlichen als eine rohrförmige Mischkammer 50k mit einem Brennermantel 50m und einem Brennerboden 50b ausgebildet. Nicht dargestellt ist eine Zündvorrichtung, die beispielsweise als elektrisch heizbare Glühkerze ausgebildet sein kann.
Der Brennermantel 50m durchgreift den Anschlußflansch 53 zentrisch und ist gasdicht mit diesem verbunden. Eine rohrförmige Brennstoffzuführung 54z, eine rohrförmige Verbrennungsluftzuführung 54v und eine rohrförmige Montagehülse 55 zur Montage eines nicht dargestellten Temperatursensors durchgreifen oberhalb des Anschlußflansches 53 den Brennermantel 50m und sind gasdicht mit diesem verbunden, beispielsweise durch eine Schweißnaht.
Die Brennstoffzuführung 54z ist radial am Brennermantel 50m angeordnet, d.h. ihre Längsachsen schneiden sich. Wie in 5 besonders gut zu sehen, ist die Verbrennungsluftzuführung 54v um 90° abgewinkelt, d.h. L-förmig ausgebildet. Auf diese Weise ist die Längsachse des Rohrabschnitts der Verbrennungsluftzuführung 54v vom Verbrennungslufteinlaß bis zum Rohrknie parallel zur Längsachse der Brennstoffzuführung 54z.
Die Verbrennungsluftzuführung 54v ist tangential am Brennermantel angeordnet und über einen rohrförmigen Bypass 54b mit der Brennstoffzuführung 54z verbunden. Der Bypass 54b ist wie die Verbrennungsluftzuführung um 90° abgewinkelt, d.h. L-förmig ausgebildet. Er durchgreift auf diese Weise mit dem einen Endabschnitt die Brennstoffzuführung 54z tangential und mit dem anderen Endabschnitt die Verbrennungsluftzuführung 54v in der Nähe des Verbrennungslufteinlasses.
Ein Teilstrom der Verbrennungsluft ist also mit Hilfe des Bypasses 54b dem Brennstoff vor dem Eintritt direkt zugemischt. Wegen der tangentialen Anordnung des Bypasses 54b an der Brennstoffzuführung 54z ist das hinter der Einmündung des Bypasses 50b ausgebildete erste Brennstoff-Luft-Gemisch verwirbelt und tritt so in die Mischkammer 50k ein. Dieses erste Brennstoff-Luft-Gemisch ist ein sog. fettes Gemisch, d.h. es ist ein Gemisch mit Brennstoffüberschuß. Der Hauptstrom der Verbrennungsluft tritt nun stromabseitig in das erste Brennstoff-Luft-Gemisch ein und bildet mit diesem ein zweites Brennstoff-Luft-Gemisch aus mit für die Verbrennung optimalem Brennstof-Luft-Verhältnis. Wegen der tangentialen Anordnung der Verbrennungsluftzuführung 54v am Brennermantel 50m ist auch das zweite Brennstoff-Luft-Gemisch verwirbelt und deshalb optimal durchmischt.
Es kann vorgesehen sein, den lichten Querschnitt des Bypasses 54b und/oder der Verbrennungsluftzuführung 54v durch nicht dargestellte Drosselvorrichtungen einstellbar auszubilden und auf diese Weise das Mischungsverhältnis des ersten und/oder des zweiten Brennstoff-Luft-Gemischs für den Verbrennungsprozeß zu optimieren, beispielsweise bezüglich Flammentemperatur, Brennstoffverbrauch oder Abgaszusammensetzung.
Wie in 1 dargestellt, ist die Mischkammer 50k der Brennereinheit 50 außerhalb des Abgaseintrittsmoduls 20 angeordnet. Das in der Mischkammer gebildete Brennstoff-Luft-Gemisch verbrennt im Abgaseintrittsmodul 20 und erhitzt auf diese Weise das zu regenerierende Filter 32 so stark, daß in den Poren des Filters 32 gebildete Ablagerungen, beispielsweise Rußpartikel verbrennen.
In den 8 und 9 ist die Heizungseinheit 60 dargestellt. Die Heizungseinheit 60 ist als elektrische Heizungseinheit ausgebildet mit einem Anschlußkasten 60a, einem Heizkörper 60h, zwei Gewindestangen 60g, einer Montagehülse 65 für einen in den 8 und 9 nicht dargestellten Temperatursensor, einem Trägerelement 60t, einem Anschlußflansch 63 und einer Luftzuführung 64l.
Wie in 7 zu sehen, ist der Anschlußflansch 63 wie der Anschlußflansch 53 der Brennereinheit 50 ausgebildet. Zur Einstellung der Relativlage der Heizungseinheit 60 zum Abgaseintrittsmodul 20 ist der Anschlußflansch 63 mit Langlöchern 63l ausgebildet. Im dargestellten Beispiel ist er mit 4 Langlöchern 63l ausgebildet. Dabei stimmen die Teilkreise der Gewindelöcher 23g (s. 3) des Montageflansches 23 des Abgaseintrittsmoduls 20 und der Langlöcher 63l des Anschlußflansches 63 überein. Die Langlöcher 63l sind wiederum mit konstanter Winkelteilung auf ihrem Teilkreis angeordnet.
Die Gewindestangen 60g sind als die zentralen Bauelemente ausgebildet, an denen der Anschlußkasten 60a, der Anschlußflansch 63 und das Trägerelement 60t angeordnet sind.
Das Trägerelement 60t ist mit dem Heizkörper 60h in geeigneter Weise fest verbunden. Das Trägerelement 60t kann beispielsweise als kreisförmige Platte ausgebildet sein mit Löchern zur Aufnahme des einen Endabschnitts der Gewindestangen 60g und Ausnehmungen zur Aufnahme der Wendeln des Heizkörpers 60h. Das Trägerelement 60t kann aber auch als Drahtbiegeteil ausgebildet sein mit Ösen zur Aufnahme des einen Endabschnitts der Gewindestangen 60g und der Wendeln des Heizkörpers 60h. Es kann auch vorgesehen sein, die Gewindestangen 60g und den Heizkörper 60h als integrales Bauelement auszuführen, wobei vorteilhafterweise die Gewindestangen 60g als rohrförmiges Element mit einem Außengewinde ausgebildet sein können. Bei einer solchen Ausführung kann vorgesehen sein, das Trägerelement 60t fortzulassen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Gewindestangen 60g für eine Ein-Phasen-Wechselstromheizung vorgesehen. Es können aber auch mehr als zwei Gewindestangen 60g vorgesehen sein, beispielsweise sechs Gewindestangen für eine Drei-Phasen-Wechselstromheizung.
Die Gewindestange 60g durchgreift mit ihrem dem Trägerelement 60t und/oder dem Heizkörper 60h abgewandten Abschnitt den Anschlußflansch 63. Zur Befestigung der Gewindestangen 60g am Anschlußflansch 63 sind Muttern 60m vorgesehen, die nach dem Prinzip der Kontermutter auf beiden Seiten des Anschlußflansches 63 angeordnet und gegeneinander mit Spannung angezogen sind.
Zwei weitere Muttern 60m sind am freien Endabschnitt der Gewindestangen 60g angeordnet und fixieren wiederum nach dem Prinzip der Kontermutter den Anschlußkasten 60a, dessen Bodenplatte von den Gewindestangen 60g durchgriffen ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, die Bodenplatte des Anschlußkastens 60a mit einer zum Außengewinde der Gewindestangen 60g komplementären Gewindebohrung auszubilden und nur eine Mutter 60m als Kontermutter auszubilden.
Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung ist es möglich, den Heizkörper 60h mit einem größeren Durchmesser als dem Innendurchmesser des Einführstutzens 20e auszubilden (siehe 2). Der Heizkörper 60h kann nämlich nach Lösen der Schraubverbindungen und Entfernen des Anschlußkastens 60a und des Anschlußflansches 63 von unten in das Abgaseintrittsmodul 20 eingeführt werden. Dazu ist vorteilhafterweise vorgesehen, die elektrischen Verbindungen steckbar auszuführen, so daß der Montageaufwand insgesamt gering ist und kein Spezialwerkzeug benötigt ist. Nach Einführen des Heizkörpers 60h in das Abgaseintrittsmodul 20 werden in umgekehrter Reihenfolge der Anschlußflansch 63 und der Anschlußkasten 60a mittels der Muttern 60m befestigt und die elektrischen Verbindungen gesteckt.
Zur Bereitstellung der für die Verbrennung der im Filter 32 (siehe 2) abgelagerten Partikel notwendigen Luft ist eine Luftzuführung 64l vorgesehen, die, wie in 9 besonders gut zu sehen, den Anschlußflansch 63 durchgreift und mit diesem gasdicht verbunden ist, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen. Die Luftzuführung 64l ist als L-förmig abgewinkeltes Rohr ausgebildet. Dabei ist vorgesehen, daß die Luftzuführung 64l anschlußseitig wie die Verbrennungsluftzuführung 54v (siehe 5) ausgebildet ist. Auf diese Weise sind die Heizungseinheit 60 und die Brennereinheit 50 mit identischer Luftzufuhr über identische Gebläse mit Umgebungsluft speisbar.
Am Ausgang der Luftzuführung 64l ist ein Standardrohrbogen 64r angeordnet, der vorgesehen ist, um die in die Heizungseinheit 60 eingeleitete Luft in eine Drallstömung zur besseren Verwirbelung zu versetzen. Zur Verhinderung der Rückströmung in die Luftzuführung 64l ist ein in dem Ausführungsbeispiel nicht dargestelltes Rückschlagventil vorgesehen, das stromaufwärts vor dem Standardrohrbogen 64r angeordnet ist.

10: Abgasfiltervorrichtung
20: Abgaseintrittsmodul
20a: Außenmantel
20e: Einführstutzen
20i: Innenmantel
20s: Spannscheibe
20w: Wärmeisolationsschicht
21a: Außenboden
21i: Innenboden
21w: Wärmeisolationsschicht
22: Abgaseintritt
22a: Anschlußflansch
22m: Manschette
22s: Abgaseintrittsstutzen
23: Montageflansch
23g: Gewindeloch
30: Filtermodul
32: Filter
40: Abgasaustrittsmodul
42: Abgasaustritt
44: Bodenplatte
50: Brennereinheit
50b: Brennerboden
50k: Mischkammer
50m: Brennermantel
53: Anschlußflansch
53l: Langloch
54b: Bypass
54v: Verbrennungsluftzuführung
54z: Brennstoffzuführung
55: Montagehülse für Temperatursensor
60: Heizungseinheit
60a: Anschlußkasten
60g: Gewindestange
60h: Heizkörper
60t: Trägerelement
63: Anschlußflansch
63l: Langloch
64l: Luftzuführung
64r: Standardrohrbogen
65: Montagehülse für Temperatursensor

Claims

Bausatz für eine Abgasfiltervorrichtung mit einem Durchströmungsraum mit einer Abgaseintrittseinrichtung (20), einer Filtereinrichtung (30), einer Abgasaustrittseinrichtung (40) und einer Filterregenerationseinrichtung (50; 60), dadurch gekennzeichnet, daß der Bausatz mehrere unterschiedlich aufgebaute und/oder nach unterschiedlichem Wirkprinzip arbeitende Filterregenerationseinrichtungen (50; 60) aufweist, die als ein- oder mehrteilige Austauschbaueinheit (50; 60) ausgebildet sind; und daß die Abgaseintrittseinrichtung (20) und/oder die Filtereinrichtung (30) und/oder die Abgasaustrittseinrichtung (40) derart universell ausgebildet ist bzw. sind, daß daran wahlweise eine beliebige der Filterregenerationseinrichtungen (50; 60) lösbar befestigbar ist.
Bausatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaseintrittseinrichtung (20) und/oder die Filtereinrichtung (30) und/oder die Abgasaustrittseinrichtung (40) und/oder die Filterregenerationseinrichtung (50; 60) als Modul ausgebildet ist bzw. als Module ausgebildet sind.
Bausatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterregenerationseinrichtung (50; 60), vorzugsweise als Modul ausgebildet, in die Abgaseintrittseinrichtung (20) einsetzbar ist.
Bausatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterregenerationseinrichtung (50; 60) einen Brenner (50) für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe aufweist oder mit einem solchen Brenner ausrüstbar ist.
Bausatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterregenerationseinrichtung (50; 60) eine vorzugsweise elektrische Heizung (60) aufweist oder mit einer solchen ausrüstbar ist.
Bausatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterregenerationseinrichtung (50; 60) in den Durchströmungsraum eintauchend lösbar montiert angeordnet ist.
Bausatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Abgaseintrittseinrichtung (20) und/oder im Bereich der Filtereinrichtung (30) und/oder im Bereich der Abgasaustrittseinrichtung (40) ein Montageflansch (23) angeordnet ist, an dem die Filterregenerationseinrichtung (50; 60), vorzugsweise über einen Anschlußflansch (53, 63) der Filterregenerationseinrichtung (50; 60) montierbar ist.
Bausatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Montageflansch (23) derart ausgebildet ist, daß daran wahlweise der Anschlußflansch (53) einer einen Brenner (50) aufweisenden Filterregenerationseinrichtung oder der Anschlußflansch (63) einer eine Heizung (60) aufweisenden Filterregenerationseinrichtung (50; 60) anschließbar ist.
Bausatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußflansch (53) der einen Brenner (50) aufweisenden Filterregenerationseinrichtung identisch ausgebildet ist wie der Anschlußflansch (63) der eine Heizung (60) aufweisenden Filterregenerationseinrichtung.
Bausatz nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Montageflansch (23) und/oder der Anschlußflansch (53, 63) eine Befestigungseinrichtung zur Befestigung der Filterregenerationseinrichtung (50; 60) in einstellbarer Position relativ zur Abgaseintrittseinrichtung (20) und/oder zur Filtereinrichtung (30) und/oder zur Abgasaustrittseinrichtung (40) aufweist, vorzugsweise mit einer Langloch/Schrauben-Verbindungseinrichtung (23g, 53l, 63l).
Bausatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterregenerationseinrichtung (50; 60) zumindest zum Teil eintauchend in den Durchströmungsraum angeordnet ist und dabei einen vorzugsweise außerhalb des Durchströmungsraums angeordneten Anschlußabschnitt und einen im wesentlichen in dem Durchströmungsraum angeordneten Hauptabschnitt aufweist.
Bausatz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußabschnitt (60a) und der Hauptabschnitt (60h) der Filterregenerationseinrichtung zur Montage in der Vorrichtung lösbar miteinander verbunden sind und vorzugsweise derart ausgebildet sind, daß der Anschlußabschnitt (60a) von außen her und der Hauptabschnitt (60h) vom Inneren des Durchströmungsraums her zur Montage zugeführt wird.
Bausatz nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterregenerationseinrichtung als eine einen Brenner (50) aufweisende Filterregenerationseinrichtung ausgebildet ist mit einem Anschlußabschnitt mit einer Brennstoffzuführung (54z) und/oder Brennluftzuführung (54v) und einem Hauptabschnitt mit einer Brennstoffgemisch-Austrittsöffnung, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, daß zwischen dem Anschlußabschnitt und dem Hauptabschnitt ein Anschlußflansch (53) angeordnet ist.
Bausatz nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterregenerationsvorrichtung als eine eine vorzugsweise elektrische Heizung (60) aufweisende Filterregenerationseinrichtung ausgebildet ist, wobei der Anschlußabschnitt eine vorzugsweise elektrische Energieanschlußeinrichtung (60a) und/oder Heizmediumanschlußeinrichtung und der Hauptabschnitt eine Heizwendel (60h) aufweist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, daß zwischen dem Anschlußabschnitt und dem Hauptabschnitt ein Anschlußflansch (63) angeordnet ist.
Bausatz nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußflansch (53, 63) mit dem Anschlußabschnitt und dem Hauptabschnitt permanent fest verbunden ist oder daß der Anschlußflansch (53, 63) mit dem Anschlußabschnitt und dem Hauptabschnitt lösbar verbunden ist oder daß der Anschlußflansch (53, 63) mit dem Anschlußabschnitt permanent fest verbunden ist und mit dem Hauptabschnitt lösbar verbunden ist oder umgekehrt.
Bausatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Brenner (50) aufweisende Filterregenerationseinrichtung eine Luftzuführeinrichtung (54v) aufweist und die eine Heizung aufweisende Filterregenerationseinrichtung eine Luftzuführungseinrichtung (64l) aufweist, wobei die Luftzuführungseinrichtung (54v) der einen Brenner (50) aufweisenden Filterregenerationseinrichtung zumindest abschnittsweise identisch ist mit der Luftzuführungseinrichtung (64l) der eine Heizung (60) aufweisenden Filterregenerationseinrichtung, vorzugsweise mit demselben Gebläse verbunden.
Bausatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaseintrittseinrichtung (20) und/oder die Filtereinrichtung (30) und/oder die Abgasaustrittseinrichtung (40) als Modul mit zylindrischem Grundkörper ausgebildet sind bzw. ist und die Filterregenerationseinrichtung, ebenfalls als Modul ausgebildet, in eines der Module vorzugsweise koaxial einsetzbar ist.
Bausatz nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgaseintrittsmodul (20), das Filtermodul (30) und das Abgasaustrittsmodul (40) axial hintereinander fluchtend unter Ausbildung des Durchströmungsraums angeordnet sind und das Filterregenerationsmodul (50; 60) als vorzugsweise koaxial in den Durchströmungsraum eingreifender Einsatz montierbar ist.
Bausatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgaseintrittsmodul (20) einen Innenmantel (20i) und einen Außenmantel (20a) mit dazwischen angeordneter Isolierungsschicht (20w) und einem den Außenmantel (20a), die Isolierungsschicht (20w) und den Innenmantel (20i) durchgreifenden Abgaseintrittsrohr (22s) aufweist, wobei das Abgaseintrittsrohr (22s) nur mit dem Innenmantel (20i) permanent fest, insbesondere über Verschweißung verbunden ist und zwischen dem Durchgriffsloch des Außenmantels (20a) und dem Außendurchmesser des Abgaseintrittsrohrs (22s) ein ringförmiger Spalt als Spiel zur Wärmeausdehnung ausgebildet ist.
Bausatz nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß am abgaseintrittsseitigen Ende des Abgaseintrittrohrs (22s) eine Manschette (22m) angeordnet ist, die den Ringspalt zwischen dem Abgaseintrittsrohr (22) und dem Außenmantel (20a) abdeckt.
Bausatz nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Innenmantel (20i) ein Montageflansch (23) zur Befestigung der Filterregenerationseinrichtung permanent fest, vorzugsweise mit einer Schweißnaht verbunden ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, daß der Montageflansch (23) als Ringflansch mit Einführstutzen (20e) ausgebildet ist, der den Außenmantel (20a), die Isolierungsschicht (20w) und den Innenmantel (20i) durchgreift und daß dabei zwischen der Außenseite des Ringflanschs und dem Außenmantel (20a) und der Isolierungsschicht (20w) mit Spiel zur Wärmeausdehnung ausgebildet ist.