DE102004058590A1

DE102004058590A1 - Verfahren zur Herstellung von Partikelfiltern

Info

Publication number: DE102004058590A1
Application number: DE102004058590A
Authority: DE
Inventors: Helmut Swars
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2006-08-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Partikelfiltern aus einem Trägermaterialband, welches eine offene Trägerstruktur aufweist, mit den Schritten des Auftragens und/oder Einarbeitens einer Beschichtungsmasse mit einem feinteiligen Partikelmaterial auf/in das Trägermaterialband zur Erzeugung eines Filtermaterialvorproduktes, Strukturierung von Trägerbandabschnitten zur Erzeugung einer Strukturierung der Filterwände, wobei das derart erzeugte Gebilde mehrere oder sämtliche der Filterwände des Filters umfasst und wobei die Strukturierung unter Erzeugung von Umlenkbereichen des Trägerbandes erfolgt, Erzeugen der im Wesentlichen endgültigen Struktur des Filterkörpers unter Bildung eines Filtergrünkörpers, und nachfolgend hierzu Sintern des derart hergestellten Filtergrünkörpers unter Ausbildung des Filtermaterials mit der gewünschten Porenstruktur aus der Beschichtungsmasse zur Herstellung des Filterkörpers. Hierdurch wird ein Partikelfilter hoher Stabilität und langer Lebensdauer sowie insbesondere auch hoher Dichtigkeit bereitgestellt, der besonders ökonomisch herstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Partikelfiltern, insbesondere für Abgase von Dieselbrennkraftmaschinen, mit einer Vielzahl von zu durchströmenden Filterwänden mit Filterflächen aus einem Filtermaterial, welches aus einem eine Trägerstruktur bereitstellenden Material sowie einem die Porenstruktur des Filters definierenden mit der Trägerstruktur verbundenen partikelförmigen Material besteht.
Partikelfilter finden insbesondere zur Reinigung von Abgasen von Dieselbrennkraftmaschinen in Form von Rußfiltern Verwendung, oder allgemein, um fluide gasförmige oder flüssige Medien von mitgeführten Partikeln zu reinigen und sind daher auch in anderen Bereichen einsetzbar, z.B. der der Reinigung anderer Verbrennungsprozesse oder von Abgase aus technologischen Prozessen.

Es sind Partikelfilter bestehend aus aufeinander gestapelten Filterplatten bekannt, wobei die Filterplatten strukturgebende, deformierbare Gebilde wie Metallgitter aufweisen können, die mit geeigneter Beschichtungsmasse beschichtet sind, um die Filtereigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Durchlässigkeit bzw. Undurchlässigkeit von Partikeln bestimmter Größe oder Form definieren zu können. Es versteht sich, dass sich die Erfindung jedoch auch auf andere Trägermaterialien bezieht, sofern diese unter Erhalt einer für den Anwendungsfall noch ausreichenden Festigkeit eine ausreichend stabile Trägerstruktur bereitzu stellen. Die Trägerstruktur ist hierbei „offen", weist also eine Vielzahl von Durchbrüchen auf.

Die die Porenstruktur des Filters bestimmende partikelförmige Beschichtungsmasse wird hierbei zumeist mittels eines Bindemittels auf die Trägerstruktur wie z.B. ein Drahtgewebe aufgebracht. Es werden Abschnitte des derart beschichteten Trägermaterials unter Ausbildung von Filterwänden strukturiert und nachfolgend hierzu die derart hergestellten Grünkörper gesintert, um anschließend durch Verschweißen oder gegebenenfalls auch Verkleben der Filterwände den Partikelfilter herzustellen. Die stoffschlüssige Verbindung der Filterwandabschnitte durch Schweißen oder Kleben ist zwingend notwendig nach dem Sintervorgang durchzuführen, da diese Vorgänge an dem Grünkörper mit lediglich vorgetrockneter Beschichtungsmasse nicht durchführbar sind. Eine dauerhafte Verbindung der verschiedenen Filterwandbereiche könnte aufgrund der sich insbesondere beim Schweißen ergebenden Zersetzungsprodukte des Bindemittels oder Austreiben von Restfeuchtigkeit aus der Beschichtungsmasse nicht erzielt werden. Andererseits führt die Handhabung der gesinterten Teile des Filters, z.B. beim nachfolgenden Schweißvorgang, oftmals zu Beschädigungen der Beschichtung, die Leckagen und damit eine Herabsetzung der Filterwirkung bedingen. Des Weiteren ist auch der Schweißvorgang sehr sorgfältig durchzuführen, um nicht durch diesen das gesinterte Beschichtungsmaterial zu beschädigen. Da ferner, die Schweißverbindungen nur in eng begrenzten Bereichen durchzuführen sind, ist die Stabilität des Filterkörpers insgesamt und damit auch dessen Lebensdauer aufgrund mechanischer und thermischer Wechselbeanspruchungen beim Einsatz im Kraftfahrzeug oder dergleichen gering.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Partikelfiltern bereitzustellen, durch welches Partikelfilter hoher Stabilität und langer Lebensdauer sowie insbesondere auch hoher Dichtigkeit besonders ökonomisch herstellbar sind.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst:

– Bereitstellen eines durch Deformation strukturierbaren Trägermaterialbandes wie beispielsweise eines Drahtgeflechtes, Filzes oder Streckmetallgebildes oder dergleichen, in Form eines Endlosbandes, wobei das Trägerband eine offene Trägerstruktur mit einer Vielzahl von Durchtrittsöffnungen bereitstellt,
– teilweises Abwickeln des Bandes,
– Auftragen und/oder Einarbeiten einer Beschichtungsmasse enthaltend ein feinteiliges Partikelmaterial auf/in das Trägermaterialband zur Erzeugung eines Filtermaterialvorproduktes
– gegebenenfalls Vortrocknen des Filtermaterialvorproduktes,
– Strukturierung von Trägerbandabschnitten zur Erzeugung einer Strukturierung der Filterwände, wobei die Strukturierung gegebenenfalls in mehreren Verfahrensschritten erfolgt, und wobei das derart erzeugte Gebilde mehrere oder sämtliche der Filterwände des Filters umfasst, und wobei die Strukturierung unter Erzeugung von Umlenkbereichen des Trägerbandes erzeugt und zumindest einige der Umlenkbereiche eine Begrenzungsfläche des Filterkörpers definieren,
– gegebenenfalls Anordnung von Stabilisierungselementen an und/oder in dem wie oben erzeugten Gebilde,
– Erzeugen der im Wesentlichen endgültigen Struktur des Filterkörpers unter Bildung eines Filtergrünkörpers,
– nachfolgend Sintern des derart hergestellten Filtergrünkörpers unter Ausbildung des Filtermaterials mit der gewünschten Porenstruktur aus der Beschichtungsmasse zur Herstellung des Filterkörpers.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt somit der Sintervorgang nachfolgend zu der Erzeugung der im Wesentlichen end gültigen Struktur des Filterkörpers, d.h. nach Anordnung und Ausrichtung der einzelnen Filterwände zueinander und gegebenenfalls nach Anordnung von Stabilisierungselementen an und/oder in dem dreidimensionalen Gebilde der Filterwände. Hierdurch sind Filterkörper besonders hoher Dichtigkeit und Stabilität herstellbar. Beschädigungen des partikelförmigen Filtermaterials und damit Beeinträchtigungen der Filterwirkung werden weitestgehend vermieden. Selbstverständlich kann gegebenenfalls auch der derart hergestellte gesinterte Filterkörper noch durch Anbringung weiterer Stabilisierungselemente versteift werden. Schweißverbindungen können vollständig entfallen. Das Verfahren ist für eine kontinuierliche Fertigung besonders geeignet. Die genannten Verfahrensschritte werden vorzugsweise in der genannten Reigenfolge durchgeführt.

Im Folgenden sei unter „Beschichtungsmasse" stets die gegebenenfalls mit Bindemittel versehene Rohmasse verstanden, die vorzugsweise jeweils vorgetrocknet aber jeweils noch nicht gesintert ist. Die Beschichtungsmasse enthält hierbei Partikel, die vorzugsweise sinterbar sind, um die Porenstruktur des Filters zu erzeugen.

Ferner bezieht sich im Folgenden der Begriff „beschichtetes Trägerband" oder „beschichtetes Trägerbandmaterial" auf ein mit der Beschichtungsmasse versehenes Band oder Material vor einem Sintervorgang, gegebenenfalls jedoch nach einem Vortrocknen. Die Beschichtungsmasse ist in das Band eingearbeitet und/oder aufgebracht, vorzugsweise derart, dass eine stoffschlüssige Verbindung mit einem anderen Bandbereich durch Druckausübung nach gegebenenfalls nachfolgender Trocknung und/oder Sinterung möglich ist.

Das Trägermaterialband stellt hierbei eine im wesentlichen ausreichende Strukturstabilität der Filterwände bereit.

Vorzugsweise wird ein Endlosband bereitgestellt, aus dem eine Vielzahl von Filterkörpern hergestellt wird, wobei jeweils der gesamte Filterkörper oder zumindest ein aus einer Vielzahl von Filterwänden bestehendes Segment durch ein einteiliges Stück des bandförmigen Flächengebildes gebildet wird.

Besonders bevorzugt wird der Filtergrünkörper derart hergestellt, dass Abschnitte des mit Beschichtungsmasse versehenen bandförmigen Flächengebildes, die verschiedene oder insbesondere benachbarte Filterwände erzeugen, mit punktförmigen, linienförmigen oder flächigen Kontaktbereichen miteinander zur Anlage gebracht werden, so dass durch den nachfolgenden Sintervorgang durch die Beschichtungsmasse der verschiedenen Abschnitte des Flächengebildes eine stoffschlüssige Verbindung resultiert. Vorzugsweise wird je Paar von Filterwänden eine Vielzahl von punktförmigen, linienförmigen oder flächigen Fügestellen unter Ausbildung eines Stoffschlusses erzeugt, die vorzugsweise gleichmäßig über die Fläche der jeweiligen Filterwände verteilt sind. Die Fügestellen können hierbei Bereiche der bereits vorhandenen Strukturierung der Filterwände sein, wie beispielsweise von Scheiteln von Wellenbergen, Wellentälern, Rippen, abgeflachten Bereichen oder dergleichen, die zur Erzielung der Strömungseigenschaften oder anderer Eigenschaften des Filters bereits ohnehin vorgesehen sind. Gegebenenfalls können auch separate Fügebereiche geschaffen werden, die eine stoffschlüssige Verbindung verschiedener Filterwände durch Sintern der Beschichtungsmasse ermöglichen. Durch die Vielzahl der durch die Beschichtungsmasse erzeugten stoffschlüssigen Fügestellen kann somit ein bereits in sich ausreichend stabiler Filterkörper erzeugt werden. Dies gilt insbesondere nach einer Anordnung entsprechender Stabilisierungselemente, die sich über längere Abschnitte oder die gesamte Ausdehnung des Filters in einer gegebenen Richtung erstrecken können, und die stoffschlüssig, insbesondere mittels der Beschichtungsmasse, und/oder reib- und/oder kraftschlüssig an den Filterwänden befestigt sind.

Die durch das Sintern erzeugten Fügebereiche sind jeweils vor zugsweise partikeldicht für die aus dem Fluid herauszufiltrierenden Partikel.

Das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass der erzeugte Filtergrünkörper oder Abschnitte wie z.B. einzelne Filterwände oder Segmente mit bereits endgültiger Strukturierung bzw. Anordnung einer zusätzlichen Qualitätskontrolle unterzogen werden können, beispielsweise einer Dichtigkeitsüberprüfung, bevor der Sintervorgang erfolgt. Leckagen können somit z.B. durch Aufbringung weiterer Beschichtungsmasse abgedichtet werden, bevor durch das Sintern der fertige Filterkörper erzeugt wird.

Die Strukturierung der mit der Beschichtungsmasse versehenen Flächengebildeabschnitte kann eine Vorprägung der Knick- und/oder Faltungslinien umfassen, wobei die Vorprägung des bandförmigen Flächengebildes vor und/oder nach der Beschichtung mit der Beschichtungsmasse erfolgen kann.

Das flache, bandförmige Flächengebilde wie z. B. ein Drahtgewebe kann vor etwaiger Strukturierung, gegebenenfalls jedoch auch nach einer Vorprägung der Knick- und/oder Faltungslinien, mit der Beschichtungsmasse versehen werden. Durch die Vorprägung werden lediglich Knick- oder Faltungslinien im Material definiert, ohne größere Strukturierungen. Die nachfolgende Strukturierung des beschichteten Flächengebildes kann durch geeignete Mittel wie beispielsweise durch Anordnungen von Prägerollen erfolgen.

Die Strukturierung der die Filterwände bildenden Abschnitte des bandförmigen Flächengebildes kann nach Aufbringung der Beschichtungsmasse in mehreren Schritten erfolgen, beispielsweise indem das bandförmige Flächengebilde zunächst abschnittsweise in eine offene Zickzackstruktur überführt wird, bevor gegebenenfalls in einem kontinuierlichen Fertigungsprozess die endgültige Zickzackfaltung des Filterkörpers erzeugt wird. Die Strukturierung kann hierbei an einem Abschnitt des endlosen bandförmigen Flächengebildes erfolgen. Das derart vorgeformte Zickzackband kann Bereichsweise, z.B. an kritischen Faltungslinien oder an zur stoffschlüssigen Verbindung durch Sintern vorgesehenen Bereichen zusätzlich mit sinterfähiger Beschichtungsmasse versehen werden.

Im Bereich der durch die Beschichtungsmasse zu erzeugenden stoffschlüssigen Fügestellen kann die Beschichtungsmasse in einer erhöhten Schichtdicke gegenüber anderen Bereichen aufgebracht werden, denen im Wesentlichen eine Filterfunktion zukommt. Auch bei gleichmäßig aufgetragener Schichtdicke der Beschichtungsmasse kann jedoch gegebenenfalls auch ein Stoffschluss durch den Sintervorgang erzielt werden.

Besonders bevorzugt wird die Beschichtungsmasse im Bereich von Faltungs- oder Knicklinien in einer erhöhten Schichtdicke aufgetragen, gegebenenfalls unter Anordnung einer zusätzlichen Lage von Trägermaterial, um die Gefahr von Leckagen zu verringern. Das Trägermaterial kann hierbei lediglich abschnittsweise oder streifenförmig im Bereich der Faltungs- oder Knicklinien angeordnet sein.

Insbesondere kann im Bereich von abgeflachten Bereichen des Flächengebildes das Beschichtungsmaterial in einer ausreichenden Schichtdicke aufgetragen sein, um durch den Sintervorgang einen Stoffschluss zu erzeugen, insbesondere kann die Beschichtungsmasse in erhöhter Schichtdicke gegenüber anderen Bereichen, die im Wesentlichen lediglich Filterfunktion haben, aufgetragen sein. Derartige abgeflachte Bereiche können insbesondere an den Einström- bzw. Ausströmseiten des Filters vorgesehen sein.

Insbesondere können auch im Bereich von Faltungslinien Bereiche erzeugt werden, die flächig mit benachbarten Filterwänden anliegen und die unter Ausbildung von Abdichtbereichen durch den Sintervorgang stoffschlüssig miteinander oder mit einer Zwi schenlage eines partikeldichten Materials verbunden werden. Hierdurch können zum Einen die Bereiche von Faltungslinien stabilisiert werden, insbesondere wenn die Faltungslinien an der Einström- und/oder Ausströmseite des Filters angeordnet sind.

Besonders bevorzugt werden seitlich der Filterwände stegförmige Abfaltungen ausgebildet, die mit Beschichtungsmasse versehen werden, welche insbesondere in einer höheren Schichtdicke aufgetragen sein kann als in filterwirksamen Abschnitten, wobei die stegförmigen Abfaltungen flächig miteinander überlappend unter Ausbildung von Seitenwänden des Filters zur Anlage gebracht werden, so dass durch das Sintern die Abfaltungen unter Ausbildung von Seitenwandbereichen oder sich über die gesamte Länge und/oder Höhe des Filters erstreckenden Seitenwänden verbunden werden. Vorteilhafterweise werden diese Seitenwände durch den durch die Beschichtungsmasse hergestellten Stoffschluss partikeldicht verbunden.

Vorzugsweise erfolgt im Allgemeinen an den Bereichen stoffschlüssiger Verbindung durch Sintern der Beschichtungsmasse eine partikeldichte Fügestelle, so dass der Filter insgesamt eine sehr hohe Dichtigkeit und Filterwirkung aufweist.

Es versteht sich, dass jeweils unter Umständen auch bereits durch ein Aneinanderpressen von mit zur Filterwirkung ausreichender Beschichtungsmasse versehenen Bereichen des Trägerbandes eine gewisse stoffschlüssige Verbindung erzielt wird, so dass bereits der Filtergrünkörper eine gewisse Eigenstabilität aufgrund der Fügebereiche aufweist. Eine durch die Beschichtungsmasse erzielte stoffschlüssige Verbindung von Versteifungselementen mit dem Trägerbandmaterial ist hierbei vorteilhaft, jedoch nicht zwingend erforderlich, um einen formstabilen Filtergrünkörper zu erzeugen.

Vorzugsweise beträgt die Gesamtfläche der Bereiche mit Lagendoppelung des Trägermaterialbandes, die durch Sintern der Be schichtungsmasse flächig verbunden werden, weniger als ungefähr 10% der Gesamtfläche des Trägermaterialbandes, besonders bevorzugt ca. 1–5% oder 2–3% der Gesamtfläche.

Vorzugsweise sind sowohl an Einström- und Ausströmseite des Filters die Verbindungen benachbarter Filterwände durch Umlenkbereiche des durchgehenden Trägermaterialbandes bereitgestellt und zusätzlich durch Anordnungen gesinterter Beschichtungsmasse verstärkt, so dass auf separate Fügevorgänge an den Umlenkbereichen zumindest weitestgehend verzichtet werden kann. Ein stabiler Filter hoher Partikeldichtigkeit kann erzeugt werden.

Vorzugsweise ist das gesamte Band zumindest im filterwirksamen Bereich durchgehend und vollflächig mit Beschichtungsmasse versehen, vorzugsweise ist die Beschichtungsmasse über die gesamte Breite des Bandes aufgebracht und/oder eingearbeitet. Gegebenenfalls können somit Seitenstreifen des Bandes, die z. B. durch Überlappung zu einer Seitenwand zusammengefügt werden, unbeschichtet bleiben oder aus anderem Material bestehen. Gegebenenfalls können nicht filterwirksame Bereiche wie seitlich abgebogene Stege aber auch frei von Beschichtungsmasse sein. Der Filter ist vorzugsweise derart hergestellt, dass die Umlenkbereiche des abgelegten Bandes Anströmbereiche für das zu reinigende fluide Medium darstellen und hierbei eine Strömungsumlenkung desselben bewirken und/oder eine Filterwirkung haben.

Das durchgehende Band kann gegebenenfalls zwei oder mehr Bandabschnitte aufweisen, die entlang einer vorzugsweise im wesentlichen parallel zur Bandlängsrichtung verlaufenden Fügelinie miteinander im wesentlichen partikeldicht oder vorzugsweise zugkraftaufnehmend verbunden sind, beispielsweise durch eine Schweiß- oder Falzverbindung. Die Fügelinie ist vorzugsweise mit Beschichtungsmasse versehen, welche am Ende des Herstellungsverfahrens versintert wird.

Vorzugsweise ist das durchgehende Band jeweils zumindest über die Breite einteilig ausgeführt, durch die bei abgelegtem Band der von dem fluiden Medium durchströmte Filterbereich des Filters gebildet wird, oder über die gesamte Breite des Bandes. Vorzugsweise ist das Band auch über dessen gesamte Länge einteilig ausgeführt. Gegebenenfalls können Fügestellen in etwa auf Höhe der Seitenwände des Filters oder in dem Bereich des Bandes, der seitlich des Durchströmbereichs des Filters angeordnet ist angeordnet sein, beispielsweise unter Ausbildung einer Filterseitenwand durch Abbiegung von der Filterwand. Die seitlichen Bereiche des Bandes können somit andere Eigenschaften wie z. B. höhere Steifigkeit aufweisen, beispielsweise um eine einfachere oder stabilere Befestigung an einem Gehäuse zu ermöglichen.

Vorzugsweise werden sämtliche Filterwände des Partikelfilters durch ein einzelnes durchgehendes, vorzugsweise einteiliges, Band aus mit Beschichtungsmasse beschichteten Trägermaterial hergestellt. Gegebenenfalls kann der Partikelfilter aber auch aus mehreren Filtersegmenten bestehen, die jeweils eine Vielzahl von Filterwänden aufweisen, wobei jeweils ein Segment des Partikelfilters durch ein einteiliges Band, welches in geeigneter Weise zu einem Filterkörper geformt bzw. abgelegt ist, ausgebildet wird. Die Segmente können durch Gehäuseteile oder dergleichen getrennt sein, sie können auch zu einem zusammenhängenden Filterkörper verbunden sein, beispielsweise durch Fügen der jeweiligen Endbereiche der Filtermaterialbänder verschiedener Segmente miteinander.

Vorzugsweise wird der Partikelfilter durch ein durchgehendes, insbesondere einteiliges, Band aus Filtermaterial gebildet, welches unter Ausbildung eines dreidimensionalen Körpers angeordnet wird. Hierzu wird das Band vorzugsweise mäanderförmig abgelegt. Durch die mäanderförmige Ablage werden Fügestellen zwischen benachbarten Filterflächen weitestgehend vermieden. Derartige dreidimensionale Körper aus mäanderförmig abgelegtem bandförmigen Filtermaterial können einzelne Segmente eines Par tikelfilters oder den gesamten Filterkörper des Partikelfilters erzeugen.

Alternativ kann ein Partikelfilter mit einer Vielzahl von Filterwänden aus einem durchgehenden, insbesondere einteiligen, Band aus Filtermaterial, welches mit Beschichtungsmasse versehen ist, beispielsweise auch dadurch hergestellt werden, dass das Band entlang einer in Bandlängsrichtung verlaufenden Faltungslinie unter Lagendoppelung gefaltet ist, wobei die Faltungslinie vorzugsweise die Mittellinie des Bandes darstellt, wobei die beiden Bandhälften an den gegenüberliegenden freien Längskanten einen gewissen Abstand voneinander aufweisen und wobei anschließend das etwas gespreizte Band um eine zentrale Achse schrauben- oder schneckenförmig gewickelt wird. Die zentrale Achse kann durch ein Bauteil wie beispielsweise einen Längsstab bereitgestellt werden oder eine virtuelle Achse darstellen. Die Krümmung des Bandes in Wickelrichtung kann beispielsweise dadurch ermöglicht werden, dass bestimmte Bereiche des Bandes zusammengefaltet oder gerafft werden, wobei die Faltungslinien im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des Bandes verlaufen. Derartige Partikelfilter sind für bestimmte Anwendungen herstellbar, wenn auch gegenüber Partikelfiltern mit mäanderförmig abgelegtem Filterband in der Herstellung aufwändiger.

Besonders bevorzugt erstrecken sich die Umlenkbereiche des einteiligen Bandes aus Trägermaterial durchgehend über zumindest die gesamte Ausdehnung des Filters in Durchströmungsrichtung oder einer Richtung quer zu dieser. Die Umlenkbereiche erstrecken sich mit ihrer Längsausdehnung jeweils vorzugsweise quer, insbesondere senkrecht, zur Bandlängsrichtung, ist das Band entlang einer parallel zur Bandlängsachse verlaufenden Faltungslinie gefaltet, so können sich die Umlenkbereiche in Bandlängsrichtung erstrecken. Benachbarte Filterwände werden so durch die einteilig angeformten Umlenkbereiche durchgehend miteinander verbunden.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das mäanderförmig abgelegte Filtermaterialband derart abgelegt, dass dessen Längsrichtung im Wesentlichen oder exakt parallel zur Durchströmungsrichtung des fluiden Mediums verläuft. Gleichzeitig können die Umlenkbereiche auf einfache Weise mit geeigneten Profilierungen versehen werden, um die Ein- und/oder Ausströmbereiche des Filters zu stabilisieren und/oder um günstige Strömungsverhältnisse zu schaffen.

Alternativ kann beispielsweise der Partikelfilter durch ein zusammenhängendes, vorzugsweise einteiliges beschichtetes Trägermaterialband auch dadurch hergestellt werden, dass das Band entlang zumindest einer im Wesentlichen parallel zur Bandlängsrichtung verlaufenden Faltungslinie zumindest unter Lagendoppelung gefaltet wird und anschließend derart mäanderförmig abgelegt wird, dass die Längsrichtung des Bandes quer, vorzugsweise senkrecht zur Durchströmungsrichtung des fluiden Mediums verläuft. Die in Bandlängsrichtung verlaufende Faltungslinie kann dann einströmseitig oder ausströmseitig angeordnet sein. Durch die Faltung entlang der Faltungslinie in Bandlängsrichtung werden somit zwei Sätze von Filterwänden von zunächst im wesentlichen gleicher Länge in Durchströmungsrichtung erzeugt. Gegebenenfalls kann das Filtermaterialband auch mehrlagig entlang einer in Längsrichtung verlaufenden Faltungslinie gefaltet werden, beispielsweise durch drei Faltungen, so dass ein Band mit vier Sätzen von Filterwänden, entsprechend vier Streifen des bandförmigen Materials erzeugt werden. Nach mäanderförmiger Ablage des Bandes können benachbarte Längskanten des Bandes, die unterschiedlichen Lagendoppelungen bezogen auf die Faltungslinie des Bandes zuzuordnen sind, miteinander verbunden werden, vorzugsweise durch Umfaltung von randseitigen Bandbereichen um die Kante einer benachbarten Filterwand. Bei geeignetem beschichteten Trägermaterialband kann bereits durch die Umfaltung eines randseitigen Bereiches eine ausreichend stabile Verbindung mit einem Randabschnitt einer benachbarten Filterwand er zeugt werden, beispielsweise durch die Umbördelung und/oder eine stoffschlüssige Verbindung durch die Beschichtungen. Die Abfaltung kann derart erfolgen, dass bereits durch diese eine ausreichend partikeldichte Verbindung der Randbereiche benachbarter Filterwände erzeugt werden, so dass auf zusätzliche Fügeverfahren wie die Erzeugung von Schweißverbindungen vollständig verzichtet werden kann, auch wenn gegebenenfalls derartige weitere Fügeverfahren alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein können.

Vorteilhafterweise ist die in Bandlängsrichtung verlaufende Faltungslinie parallel zur Bandlängsachse ausgerichtet, so dass die randseitigen Kanten benachbarter Filterwände dann parallel zueinander angeordnet sind.

Ist die parallel zur Bandlängsrichtung verlaufende Faltungslinie außermittig angeordnet, so dass benachbarte Filterwände unterschiedlicher Erstreckung ausgehend von der Faltungslinie vorliegen, so kann der überstehende randseitige Bereich einer Filterwand um die Kante einer Filterwand einer benachbarten Lagendoppelung umgefaltet werden, so dass im Verbindungsbereich z. B. eine Dreifachlage des Trägermaterialbandes erzeugt wird. Die Verbindung kann zusätzlich stoffschlüssig durch die Beschichtung erfolgen.

Vorzugsweise ist die Breite des beschichteten Trägermaterialbandes derart bemessen, dass diese die Breite des durch die geeignete dreidimensionale Ablage des Bandes erzeugten Filters bzw. Filtersegmentes zumindest über eine Teillänge oder vorzugsweise die gesamte Länge des Bandes übersteigt, wobei randseitige Bereiche des Bandes an zumindest einem oder beiden seitlichen Bandrändern gegenüber der Erstreckungsrichtung der durch einen Bandabschnitt gebildeten Filterrand gegenüber dieser abgebogen sind. Die randseitigen Bereiche sind somit in Richtung auf eine Seitenwand des Filters bzw. Filtersegmentes, die sich zwischen der Einström- und Ausströmseite des Filters befindet, abgebogen. Durch diese Abbiegungen können Verbindungen zwischen verschiedenen Filterwänden erzeugt werden, wobei die Verbindungen durch stoffschlüssige Verbindung der beschichteten Trägermaterialbereich und/oder durch kraft- und/oder formschlüssige Mittel wie beispielsweise durch Falzbildung erzeugt werden können. Die Verbindungen können jeweils zwischen benachbarten Filterwänden oder auch zusätzlich oder alternativ zwischen weiter benachbarten Filterwänden erfolgen, so dass sich die abgebogenen Bereich auch über drei, vier oder mehr Lagen der benachbarten Filterwände erstrecken können. Durch derartige Verbindungen kann die Formstabilität des Partikelfilters deutlich erhöht werden.

Ferner können derartige abgebogene Bereiche zum Aufbau einer oder beider Seitenwände des Filters dienen, wobei sich die abgebogenen Bereiche über einen Teil, vorzugsweise den mittleren Teil des Filters oder Filtersegmentes, vorzugsweise über die gesamte Erstreckung des Filters bzw. Filtersegmentes in Durchströmungsrichtung und/oder die Höhe desselben erstrecken. Durch derartige Abbiegungen können insbesondere auch partikeldichte Seitenwände über die gesamte oder einen Teil der Seitenfläche des Filters erzeugt werden. Zugleich können derartige abgebogene Bereiche dazu dienen, weiter unten beschriebene Versteifungselemente oder katalytisch aktive Elemente an dem Partikelfilter festzulegen, beispielsweise durch Einklemmung von Endbereichen der genannten Elemente zwischen benachbarten abgebogenen Bereichen des Filtermaterialbandes und/oder durch stoffschlüssige Verbindung durch die auf dem Trägermaterial aufgebrachte Beschichtungsmasse. Die abgebogenen Bereiche können insbesondere unter Lagendoppelung abgebogen sein. Die abgebogenen Bereiche sind vorzugsweise flach an die entsprechende Seitenwand des Partikelfilters angelegt, gegebenenfalls können die abgebogenen Bereiche untereinander auch durch Falzverbindungen unter Umfalzung randseitiger Bereiche des Trägermaterialbandes verbunden sein. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung der abgebogenen Bereiche des Filtermaterialbandes zumindest im Wesentli chen oder vollständig partikeldicht, insbesondere jeweils auch durch die stoffschlüssige Verbindung durch die Beschichtungsmasse.

An den Bereichen des Partikelfilters, an denen Lagendoppelungen des Filtermaterialbandes entstehen, können Ausklinkungen einer Lage des Bandes unter Erhalt einer durchgehenden partikeldichten Filterwand vorgesehen sein, wobei die Ausklinkungen in Richtung auf eine benachbarte Filterwand aus der Lage des Bandes abgebogen sind und von der Filterwand vorstehen. Derartige Ausklinkungen können dazu dienen, eine Filterwand an einer gegenüberliegenden Filterwand oder an einem Gehäuse zu befestigen, beispielsweise durch Einklemmen des ausgeklinkten Bereiches in einem Falz der gegenüberliegenden Filterwand oder des Gehäuses. Derartige Ausklinkungen können alternativ oder zusätzlich auch dazu dienen, andere Elemente des Partikelfilters festzulegen, wie beispielsweise weiter unten beschriebene Versteifungselemente, katalytisch aktive Elemente oder dergleichen. Die Lagendoppelungen auf Höhe der ausgeklinkten Bereiche sind vorzugsweise derart ausgeführt, dass durch die benachbarte Lage des Filtermaterialbandes die durch die Ausklinkung erzeugte Ausnehmung mehr oder weniger vollständig, vorzugsweise partikeldicht, abgeschlossen wird. Die gedoppelten Lagen des Filtermaterialbandes liegen somit im Bereich der Ausklinkungen oder zumindest in einem benachbarten, die Ausklinkung umfänglich umgebenden Bereich eng an der mit der Ausklinkung versehenen Lage des Bandmaterials an.

Im Sinne dieser Anmeldung ist der Begriff „partikeldicht" dahingehend zu verstehen, dass durch die Filterwände jeweils die bestimmungsgemäß zu entfernenden Partikel mit einer Größe über einem Schwellwert zurückgehalten werden.

Vorzugsweise ist das durchgehende Band aus mit Beschichtungsmasse beschichtetem Trägermaterial zumindest auf dem filterwirksamen Bereich des Bandes einteilig ausgebildet. Gegebenen falls können auch ein- oder beidseitig an dem Band aus beschichtetem Trägermaterial, das insoweit vorzugsweise einteilig ausgebildet ist, über eine Teillänge des Bandes oder durchgehend über die gesamte Länge des Bandes Streifen aus Blechmaterial angeformt sein. Das Blechmaterial ist für das Fluid im Wesentlichen oder vollständig undurchlässig, es versteht sich, dass gegebenenfalls auch ein anderes geeignetes Material einsetzbar ist. Die Verbindung des Filtermaterialbandes mit den seitlichen Blechstreifen kann durch eine Stoffschlussverbindung, beispielsweise durch eine Schweißverbindung oder durch eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung wie beispielsweise eine Falzverbindung realisiert sein. Randbereiche des Bandes, durch die beispielsweise Seitenwände des Filters aufgebaut oder Blechlagen miteinander verbunden werden, müssen somit nicht mehr aus vergleichsweise teurem und schwerer handhabbarem Filtermaterial bestehen. Die Verbindungsbereiche zwischen Filtermaterial und seitlichen Randstreifen des Bandes sind in dem hergestellten Partikelfilter vorzugsweise außenseitig angrenzend an dem filterwirksamen Bereich des Filters angeordnet, beispielsweise auf Höhe des Übergangsbereichs der Filterwände in die Seitenwände oder die Übergangsbereiche sind innerhalb der Seitenwände integriert.

Vorzugsweise wird das Trägermaterialband unter Ausbildung von sich über zumindest eine Teillänge oder die gesamte Länge und über zumindest im Wesentlichen die Breite der den Radius des Filterkörpers erstreckende Spalte abgelegt, wodurch die Regeneration des Filters durch geeignete Maßnahmen, insbesondere durch Spülen mit Spülgas quer zur Durchströmungsrichtung des Filters, gegebenenfalls unterstützt durch Aufheizung des Filters oder des Spülgases, besonders einfach durchführbar ist. Es versteht sich, dass derartige Spalte unabhängig von dem Zeitpunkt des Sinterns und auch unabhängig von der Bereitstellung des Trägermaterials in Bandform ausbildbar sind, z. B. auch bei Aufbau des Filters aus einzelnen Filterwänden. Die Spalthöhe kann ≥ 10%, ≥ 25% oder 50%, vorzugsweise ≥ 75%, besonders be vorzugt ca. 100% des mittleren oder maximalen Wandabstandes benachbarter Filterwände betragen.

Vorzugsweise weisen einige oder sämtliche Filterwände eine Strukturierung in Form von sich im Wesentlichen in Durchströmungsrichtung erstreckenden Rippen auf, die sich über einen Teil, beispielsweise mindestens ein Viertel, mindestens die Hälfte oder vorzugsweise im Wesentlichen die gesamte Erstreckung des Filters in Durchströmungsrichtung erstrecken. Durch diese Strukturierungen kann sowohl die wirksame Filterfläche als auch die Stabilität der Filterwände erhöht werden. Vorzugsweise erfolgt die Strukturierung durch eine Prägung oder Deformation des beschichteten Trägerbandmaterials, insbesondere in Art einer Faltung oder wellenförmigen Strukturierung desselben. Hierzu kann das Band beispielsweise zickzackförmig gefaltet werden, wobei die entstehenden Rippen im Wesentlichen in Bandlängsrichtung verlaufen oder mit dieser einen geringen Winkel einschließen. Vorzugsweise erfolgt die Strukturierung des Bandes unter Ausbildung von Rippen derart, dass durch diese die Breite des Bandes gleichbleibend über dessen gesamte Länge vermindert wird.

Die Strukturierung des beschichteten Trägermaterialbandes zur Erzeugung benachbarter Filterwände kann derart erfolgen, dass die quer zur Durchströmungsrichtung aufeinanderfolgenden Filterwände, die in dieser Richtung vorzugsweise im Wesentlichen parallel aufeinanderliegend gestapelt sind, im Wesentlichen kongruent oder invers zueinander angeordnet sind. Gegebenenfalls können benachbarte Filterwände jedoch auch andersartig, d.h. nicht kongruent, strukturiert sein, wodurch die Strömungsverhältnisse beeinflussbar sind.

Sind benachbarte Filterwände, die durch das beschichtete Trägermaterialband erzeugt werden, unter Ausbildung von sich vorzugsweise alternierend ändernden Filterwandabständen strukturiert, wobei die Strukturierung regelmäßig oder unregelmäßig sein kann, so sind vorzugsweise die Umlenkbereiche des Bandmaterials in dem Bereich größerer Abstände der Filterwände voneinander unter Ausbildung von in das Filterinnere hin zurückspringenden Einbuchtungen ausgeführt. Hierdurch kann eine Umformung des beschichteten Trägermaterialbandes ohne Stauchung oder Dehnung erfolgen, was insbesondere bei nicht-duktilem Bandmaterial vorteilhaft ist. Die Filterwände können bei dieser Anordnung insbesondere invers zueinander strukturiert sein.

Vorzugsweise sind benachbarte Filterwände durch entsprechende Profilierung des beschichteten Trägermaterialbandes unter Ausbildung von im Wesentlichen in Durchströmungsrichtung verlaufenden Rippen strukturiert, wobei die Rippen im Wesentlichen zickzackförmig gefaltet, in Form von Filterwandwellungen ausgebildet oder anders gestaltet sein, wobei benachbarte Filterwände mit einem Abstand in einer Stapelungsrichtung aufeinander folgend stapelförmig abgelegt sind, wobei unter Verringerung des Filterwandabstandes ausgebildete Abflachungen vorgesehen sind, die an dem Filter stirnseitig angeordnet und in Form von sich in das Filterinnere hineinerstreckenden Einbuchtungen ausgeführt sind. Diese Einbuchtungen sind vorzugsweise an Umlenkbereichen des Trägermaterialbandes ausgebildet, die benachbarte Filterwände durchgehend bzw. einstückig miteinander verbinden. Vorzugsweise sind derartige Einbuchtungen vorgesehen, wenn benachbarte Filterwände kongruent zueinander strukturiert sind.

Die Abflachungen können insbesondere derart ausgebildet sein, dass die benachbarten Trägerbandbereiche nur geringfügig voneinander beabstandet sind, beispielsweise in bis zu fünffacher oder bis zu ein- bis zweifacher Filterwandstärke, wobei der Zwischenraum durch Beschichtungsmasse zur stoffschlüssigen Verbindung und verbesserten Abdichtung ausgefüllt ist. Vorzugsweise liegen benachbarte Filterwände im Bereich der Abflachungen flächig aneinander an und sind durch die Beschichtungsmasse stoffschlüssig miteinander verbunden. Die Beschichtungsmasse kann im Bereich der Abflachungen mit erhöhter Dicke aufgetragen sein.

Gegebenenfalls können die abgeflachten Bereiche der Filterwände in einem gewissen Winkel zu der Haupterstreckungsrichtung der zugeordneten Filterwände schräg angestellt sein, so dass sich bei schräger Anströmung des Filters vorteilhafte Strömungsverhältnisse ergeben.

Vorzugsweise haben die Abflachungen benachbarter Filterwände, die insbesondere im Umlenkbereich des beschichteten Trägerbandmaterials unter Ausbildung von Lagendoppelungen vorgesehen sein können, in Erstreckungsrichtung der Filterwände bzw. in Durchströmungsrichtung des Filters einen wellenförmigen oder zickzackförmigen Verlauf, so dass Abflachungsbereiche mit geringerer und tieferer Erstreckung ins Filterinnere vorliegen. Vorzugsweise entspricht die Begrenzungslinie der Abflachungen zum Filterinneren hin in ihrer Konturform der rippenförmigen Strukturierung der Filterwände im stirnseitigen Bereich der Abflachung. Im Falle von zickzackförmig strukturierten Filterwänden mit in Durchströmungsrichtung verlaufenden Rücken ist somit die Abflachung ebenfalls vorzugsweise zickzackförmig ausgebildet, entsprechendes gilt bei wellenförmiger Strukturierung der Filterwände, bei denen die Abflachungen sich vorzugsweise wellenförmig in das Filterinnere hinein erstrecken. Im Scheitelbereich der Filterwandrippen weisen die Abflachungen jeweils vorzugsweise eine tiefere Erstreckung in das Filterinnere auf, vorzugsweise eine maximale Erstreckung, wobei im Bereich von Strukturierungstälern beispielsweise Wellentälern oder Rippensenken die Abflachungen einen geringeren, vorzugsweise einen minimalen Abstand zu der Filterstirnseite aufweisen. Vorzugsweise entsprechen Abflachungen und sich ins Filterinnere erstreckende Filterwandstrukturierungen einander im Wesentlichen dem Ausmaß nach, beispielsweise mit Toleranzen von weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 10% oder besonders bevorzugt im Wesentlichen ohne Abweichungen. Die Abflachungen gehen hierbei vorzugsweise mehr oder weniger stufenförmig, besonders be vorzugt mit im Wesentlichen rechtwinkligen Stufenprofil, bei welchem gegebenenfalls die Umlenkkanten bogenförmig ausgebildet sein können, in die Filterwandbereiche über, bei welchen benachbarte Filterwände voneinander beabstandet sind. Die Strukturierung der Filterwände in der Höhe entspricht somit vorzugsweise der Strukturierung der Abflachungen in Durchströmungsrichtung des Filters. Hierdurch können im Wesentlichen allein durch Deformation des beschichteten Trägermaterialbandes, ohne dass Materialverdichtungen oder Materialdehnungen auftreten, einström- und/oder ausströmseitig an dem Filter Abflachungen bzw. Lagendoppelungen vorgesehen sein, die den Filter stirnseitig stabilisieren und zu günstigeren Strömungsverhältnissen führen.

Die Filterwände können durch Profilierung des beschichteten Trägerbandmaterials insbesondere derart unter Ausbildung von Wellenbergen und Wellentälern strukturiert sein, dass deren Scheitellinien in Durchströmungsrichtung wechselweise geneigt zueinander verlaufen, so dass sich die Scheitellinien benachbarter Scheitel einer Filterwand in seitlicher Projektion schneiden. Hierdurch wird durch die sich in Durchströmungsrichtung verbreiternden und verschmälernden Filterwandprofilierungen ein Querversatz des durchströmenden Fluids bewirkt. Es versteht sich, dass die Wellungen im Wesentlichen bogenförmig oder im Wesentlichen zickzackförmig gestaltet sein können, wobei gegebenenfalls durch die Wellungen auch Rippen unterschiedlicher Höhe erzeugt werden können.

Alternativ oder in Kombination hiermit können die Umlenkbereiche des beschichteten Trägermaterialbandes und damit die Filterwände an der Einströmseite und/oder der Ausströmseite eine Höhe quer zu der Durchströmungsrichtung des Filters aufweisen, so dass benachbarte Filterwände stirnseitig durch die Umlenkbereiche voneinander beabstandet sind, vorzugsweise über die gesamte Breite des Filters.

Hierdurch können sich über die gesamte Breite und Länge des Filters erstreckende Spalte ausgebildet werden, die Verstopfungen des Filters erschweren und eine Regeneration erleichtern. Es können zur Einström- und/oder Ausströmseite hin offene Spalte vorgesehen sein. Die Spalte weisen jeweils in Querrichtung vorzugsweise eine gleichbleibende oder sich bezogen auf die maximale Spalthöhe des Querschnittsbereichs nur um ≤ 50% oder ≤ 10–25% ändernde Spalthöhe auf.

Die Beabstandung kann insbesondere, beispielsweise durch stegförmige Umlenkbereiche, derart erfolgen, dass die Abstände auf Einströmseite und Ausströmseite unterschiedlich sind. Die Einströmseite kann somit beispielsweise eine größere Fläche aufweisen als die Ausströmseite des Filters. Unabhängig hiervon können sich durch diese Maßnahme die zwischen benachbarten Filterwänden ausgebildeten Strömungskanäle oder Strömungsspalte für das fluide Medium in Richtung auf die Ausströmseite hin verengen oder gegebenenfalls erweitern oder auch gleichbleiben. Ferner können so Partikelfilter mit trapezförmiger, rautenförmiger oder anders gestalteter Form erzeugt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das mäanderförmig abgelegte Trägermaterialband, das insbesondere auch in Form einer Lagendoppelung entlang einer in Bandlängsrichtung verlaufenden Faltungslinie gefaltet sein kann, um eine Filterkörperlängsachse zusammengelegt bzw, zusammengerollt werden, so dass im Wesentlichen zylindrische Filter oder Filter mit halbkreisförmigen Segmenten herstellbar sind.

Vorzugsweise ist der Partikelfilter mit Versteifungselementen versehen, die die Filterwände stabilisieren, beispielsweise durch Unterstützung oder durch Durchdringung der Filterwände unter kraftabtragender Ankoppelung an diese.

Die Versteifungselemente werden vorzugsweise in den aus dem beschichteten Trägermaterialband hergestellten Körper einge bracht, wobei erst nachfolgend ein Sintervorgang durchgeführt wird. Durch diesen können die Versteifungselemente stoffschlüssig mit dem Trägermaterial verbunden werden, was aber nicht zwingend ist.

Vorteilhafterweise sind langgestreckte Versteifungselemente vorgesehen, die zwischen benachbarten Filterwänden angeordnet sind, die die Filterwände durchdringen und/oder stirnseitig an dem Filter angeordnet sind und an den Filterwänden und/oder an den diese verbindenden Umlenkbereichen angreifen. Die Versteifungselemente können beispielsweise in Form von Drähten oder Bändern, strukturierten Bändern wie zickzackförmig oder wellenförmig abgelegten Bändern, Streckmetalllagen oder dergleichen ausgebildet sein. Die Versteifungselemente können lediglich in Form von Abstandshaltern zwischen benachbarten Filterwänden angeordnet sein und diese gegeneinander abstützen, die Versteifungselemente können auch alternativ oder zusätzlich mit den Seitenwänden des Filters oder einem vorgesehenen Filtergehäuse zugkraftaufnehmend verbunden sein, wobei die Versteifungselemente an einem oder vorzugsweise beiden Enden zugkraftaufnehmend festgelegt sind. Die Festlegung der Versteifungselemente kann durch kraft- und/oder formschlüssige Mittel wie beispielsweise durch Faltungen des Filtermaterialbandes, einschließlich von an diesen befestigten Seitenbereichen aus unterschiedlichem Material wie blechförmigen Streifen oder dergleichen festgelegt sein, insbesondere können die Versteifungselemente mit einem Bereich des Partikelfilters wie den Seitenwänden oder aus geklinkten Bereichen oder Lagenfaltungen auch stoffschlüssig mittels der Beschichtungsmasse verbunden sein. Die Versteifungselemente können lediglich bereichsweise in dem Filter vorgesehen sein, vorzugsweise wird jede Filterwand durch mindestens eines, vorzugsweise zwei, drei oder mehr Versteifungselemente stabilisiert. Insbesondere können die Versteifungselemente auch stirnseitig an der Einström- und/oder Ausströmseite des Filters angeordnet sein, beispielsweise in stirnseitiger Einbuchtung der Umlenkbereiche des Filtermaterialbandes eingelegt sein.

Vorzugsweise erstrecken sich die Versteifungselemente jeweils durchgehend über die Erstreckung des Partikelfilters in der jeweiligen Richtung, beispielsweise über die gesamte Länge, Höhe, Breite und/oder eine Flächen- oder Raumdiagonale desselben.

Vorzugsweise sind langgestreckte Versteifungselemente, beispielsweise in Form von Drähten oder Bändern, auf Höhe der Abflachungen von Paaren bereichsweise beabstandeter benachbarter Filterwände, die insbesondere Lagendoppelungen bilden können, vorgesehen. Die Versteifungselemente erstrecken sich hierbei vorzugsweise senkrecht zur Durchströmungsrichtung des Filters, besonders bevorzugt auf Höhe der einström- und/oder ausströmseitigen Filterstirnseite. Hierdurch können insbesondere die Filterstirnseiten stabilisiert werden.

Unabhängig von der sonstigen Gestaltungsweise der Versteifungselemente sind diese vorzugsweise gegenüber den durch diese versteiften Filterwänden elektrisch isoliert, insbesondere um Kurzschlüsse zwischen Filterwänden bei elektrisch beheiztem Partikelfilter zu vermeiden, was beispielsweise erfolgt, wenn der Filter bei ausreichender Rußbelastung zur Regeneration ausgeheizt werden soll. Eine derartige elektrische Isolierung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Versteifungselemente eine elektrisch nichtleitende Umhüllung, beispielsweise durch keramisches Material oder Oxidschichtbildung, aufweisen. Die elektrische Isolierung kann gegebenenfalls auch nur bereichsweise vorgesehen sein.

Gegebenenfalls können mehrere Versteifungselemente, beispielsweise lagenweise, unter Ausbildung zwei- oder dreidimensionaler Verbände von Versteifungselementen miteinander verbunden sein, vorzugsweise in zugkraftaufnehmender Weise. Insbesondere können die Versteifungselemente in Form von ein- oder zweidimensionalen Streckmetalllagen bzw. Bereichen derselben ausgebildet sein.

Es versteht sich, dass gegebenenfalls auch die Versteifungselemente unter Einflechtung in die mäanderförmig abgelegte Struktur des Filtermaterialbandes abgelegt sein können, wobei sich die Längserstreckungsrichtungen der Versteifungselemente und des Filtermaterialbandes kreuzen können, vorzugsweise senkrecht zueinander angeordnet sind.

Vorzugsweise ist zumindest ein Versteifungselement, gegebenenfalls auch mehrere, vorgesehen, welches sich vollumfänglich um den Filter erstreckt und quer zur Erstreckungsrichtung der Filterwände verläuft. Das Versteifungselement kann hierbei die Einström- und Ausströmseite des Filters überbrücken oder alternativ oder gegebenenfalls auch gleichzeitig die beiden gegenüberliegenden Seitenwände des Filters. Insbesondere kann das Versteifungselement auch derart um den Filter herumgewickelt sein, dass in Art einer Wendelstruktur mehrere Umwickelungen mit einer bestimmten Ganghöhe vorgesehen sind, wodurch durch ein durchgehendes Versteifungselement der Partikelfilter über eine größere laterale Erstreckung bezüglich der Versteifungselementlängsrichtung oder über dessen gesamte Ausdehnung quer zum Versteifungselement durch dieses stabilisiert sein kann. Die Ganghöhe des Versteifungselementes entspricht vorzugsweise dem Abstand von Längsstrukturierungen der Filterwände, beispielsweise einem Rippenabstand oder Wellenabstand derselben. Hierdurch kann beispielsweise durch ein oder vorzugsweise zwei Versteifungselemente der gesamte Filter in Art eines zusammenhängenden Paketes stabilisiert werden. Die Endbereiche des Versteifungselementes sind vorzugsweise zugkraftaufnehmend an dem Filter oder an dem Gehäuse festgelegt, beispielsweise an einem anderen Bereich desselben Versteifungselementes oder sind an einer Seitenwand des Filters oder einer Filterwand zugkraftaufnehmend verbunden, beispielsweise durch Verklemmung. Vorzugsweise wird ein derart erzeugtes Paket, gegebenenfalls nach Korrektur seiner Abmessungen, gesintert.

Ferner sind vorzugsweise zwischen den Filterwänden oder stirn seitig an dem Filter des Filters Strukturelemente mit katalytisch wirksamen Material vorgesehen. Derartige Strukturelemente können insbesondere die oben beschriebenen Versteifungselemente sein oder separate zusätzliche Bauteile, ohne hierauf beschränkt zu sein. Die katalytisch wirksamen Strukturelemente können an den Filterwänden, Seitenwänden des Filters und/oder an einem vorgesehenen Filtergehäuse zugkraftaufnehmend verbunden sein. Insbesondere können die katalytisch wirksamen Strukturelemente zwischen benachbarten Filterwänden form- und/oder kraftschlüssig oder stoffschlüssig durch die Beschichtungsmasse des Filters oder ein anderes Material festgelegt sein, beispielsweise durch Einklemmung, Falzbildung oder dergleichen. Die katalytische Wirksamkeit kann sich auf eine Umsetzung einer Komponente des fluiden Mediums beziehen, beispielsweise auf eine Reinigung des fluiden Mediums wie Zersetzung von Stickoxiden zu Stickstoff und Sauerstoff, Oxidation von Komponenten des fluiden Mediums oder auf eine oxidative Umsetzung der zu separierenden Partikel.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft beschrieben und anhand der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
1a–c ein profiliertes Band aus Filtermaterial in verschiedenen Faltungszuständen zur Herstellung eines Partikelfilters,
2a, b schematische Darstellungen eines Partikelfilters aus mäanderförmig abgelegtem Filtermaterialband,
3 eine Fertigungslinie zur Herstellung eines Partikelfilters aus einem Filtermaterialband mit separaten eingeschobenen Lagen,
4 einen Partikelfilter mit Einström- und Ausströmstutzen in schematischer Darstellung,
5a, b perspektivische Darstellungen eines Filtermaterialbandes,
6 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes eines teilweise hergestellten Partikelfilters,
7 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes eines teilweise hergestellten Partikelfilters,
8 eine Abwandlung eines Partikelfilters nach 6,
9 einen perspektivischen Teilausschnitt eines teilweise zusammengefalteten Filtermaterialbandes zur Herstellung eines Partikelfilters,
10 eine schematische Darstellung eines Partikelfilters mit unterschiedlich strukturierten Filterwänden,
11 eine schematische perspektivische Darstellung eines Partikelfilters mit Versteifungselement,
12a, b Detaildarstellungen eines Ausschnittes des Filtermaterialbandes nach 9,
13 eine schematische Darstellung eines teilweise zusammengefalteten Filtermaterialbandes zur Herstellung eines Partikelfilters,
14 eine Abwandlung eines Filtermaterialbandes gemäß 13,
15 eine Abwandlung eines Filtermaterialbandes nach 13,
16a, b Schnittdarstellungen entlang den Linien A-A und B-B des Filtermaterialbandes nach 13 in unterschiedlichen Faltungszuständen,
17 ein teilweise zusammengefaltetes Filtermaterialband zur Herstellung eines Partikelfilters,
18 eine Detailansicht des Filterbandes nach 17,
19 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnittes eines Filtermaterialbandes zur Herstellung eines Partikelfilters,
20 eine perspektivische Ansicht eines teilweise zusammengefalteten Filtermaterialbandes zur Herstellung eines Partikelfilters,
21a–f perspektivische Darstellungen von Ausschnitten von Filtermaterialbändern zur Herstellung von Partikelfiltern,
22a–c perspektivische Ansichten von Ausschnitten von Partikelfiltern mit Seitenwänden,
23a, b perspektivische Ansichten eines Ausschnittes eines Filtermaterialbandes zur Herstellung eines Partikelfilters und eines Filtermaterialbandes nach 23a in Anordnung in einem Gehäuse,
24a–d perspektivische Ansichten und Schnittdarstellungen von Ausschnitten eines Partikelfilters,
25 perspektivische Darstellungen eines teilweise zusammengefalteten Filtermaterialbandes zur Herstellung eines Partikelfilters mit unterschiedlichen Einströmrichtungen.
Die 1 bis 3 zeigen die Herstellung eines erfindungsgemäßen Partikelfilters, der beispielsweise als Rußfilter für Dieselbrennkraftmaschinen verwendbar ist. Der Partikelfilter 1 weist eine Vielzahl von zu durchströmenden Filterwänden 2 auf, die aus einem strukturbildenden Trägermaterialband wie einem Drahtgeflecht, Streckmetall oder Filz bestehen können, welches wie in 3 beschrieben mit einer Beschichtungsmasse versehen ist, um für das beispielsweise gasförmige Fluid permeabel zu sein und von diesem mitgeführte Partikel zumindest ab einer bestimmten Partikelgröße ausfiltern zu können. Es versteht sich, dass die üblichen zur Regeneration von Partikelfiltern versehenen Einrichtungen wie Heizeinrichtungen vorgesehen sein können. Der Partikelfilter weist hierbei eine Einströmseite 3 und eine Ausströmseite 4 auf, wobei, wie in 4 durch die Einströmstutzen 5 und Ausströmstutzen 6, die Bestandteile eines zugeordneten Gehäuses sein können, kann die Anströmrichtung (Pfeil) auch schräg zu der Hauptebene der Filterwände 2 und zur Durchströmungsrichtung des fluiden Mediums durch den Filter (Pfeil; 4) sein. Die Filterwände bestehen erfindungsgemäß aus einem durchgehenden Band 7 aus Filtermaterial, welches durch geeignete Profilierungsmittel wie Prägewalzen unter Ausbildung von vorzugsweise im Wesentlichen in Bandlängsrichtung (Pfeil; 3) verlaufenden rippenartigen Strukturierungen versehen sein kann. Das durchgehende Band ist vorzugsweise zumindest in dem Bereich filterwirksamer Filterwände einteilig in einer Länge ausgeführt ist, um einen Filterkörper 8 herstellen zu können, der zumindest in einer Dimension den Partikelfilter bildet, wobei aber auch mehrere Filterkörper neben- oder übereinander und/oder hintereinander angeordnet sein können. Wie in 4 angedeutet, können gegebenenfalls auch mehrere Filtersegmente 9a, 9b mit jeweils einer Vielzahl von Filterwänden 2 vorgesehen sein, wobei die Enden der die Filtersegmente erzeugenden Bänder miteinander verbunden sein können, beispielsweise durch Falzbildung oder eine Schweißverbindung oder bei welcher die Bandenden benachbarter Filtersegmente an einem zumindest im wesentlich partikeldichten Halteteil wie einer Klemm- oder Halteschiene 9c verbunden sind, wobei die Halteschiene lageunveränderlich oder durch Befestigungsmittel ausreichend in ihrer Solllage stabilisiert aber noch geringfügig lageveränderlich sein kann, beispielsweise an dem Gehäuse festgelegt sein kann.
Das Filtermaterialband wird zur Herstellung des Partikelfilters an Umlenkbereichen 10 umgelenkt und hierbei vorzugsweise mäanderförmig unter Umlenkung von zumindest ungefähr 180° abgelegt, so dass durch die in Stapelrichtung S (2a, 4) abgelegten Bereiche des Filterbandes, die Filterwände 2 ausbilden, zu einem Filter oder zumindest zu einem Segment desselben zusammengelegt werden. Durch die Umlenkbereiche, die sich über mehr als die Hälfte der Erstreckung des Filters, beispielsweise eine Erstreckungsrichtung des Filters oder unter Ausbildung von Seitenwandbereichen darüberhinaus erstrecken, wird mit geringem Fertigungsaufwand ein ausreichend stabiler Filter und auch bei Beanspruchungen wie dynamischer Kräften, Temperaturlastwechseln oder dergleichen zuverlässig dichter Filter geschaffen.
Das gemäß 3 mit Beschichtungsmasse zur Erzeugung der gewünschten Porenstruktur vollflächig beschichtete Trägermaterialband wird nachfolgend wie in den Figuren dargestellt strukturiert und gefaltet, um den Filtergrünkörper herzustellen, der nachfolgend gesintert wird.
Das unter Ausbildung von Umlenkbereichen 10 abgelegte Band, das vorzugsweise mäanderförmig abgelegt ist (1–3), kann hierbei derart gefaltet und in dem Gehäuse 11 angeordnet sein, dass die Umlenkbereiche einströmseitig und/oder ausströmseitig angeordnet sind.
Die Umlenkbereiche 10 sind einstückig in dem Trägermaterialband integrierte Bereiche desselben, die sich vorzugsweise über die gesamte filterwirksame Breite des Bandes oder Gesamtbreite des Bandes erstrecken. Die gesamte Anordnung der Filterwände des Partikelfilters 9 kann somit aus einem durchgehenden Band oder mehreren Teilbändern aus Trägermaterial bestehen. Gegebenenfalls können jedoch mehrere Trägermaterialbänder über im Wesentlichen in Bandlängsrichtung verlaufende Fügelinien des Bandes miteinander verbunden sein. Die Umlenkbereiche erstrecken sich dann hierbei vorzugsweise über die filterwirksame Breite der jeweiligen Teilbänder oder die jeweilige Teilbandgesamtbreite.
Gemäß 1a können an dem beschichteten Trägermaterialband seitliche Bereiche 12 ausgebildet werden, die gegenüber der Hauptebene E der Filterwände abgebogen sind, vorzugsweise um ca. 90°, und die unter Ausbildung seitlicher Stabilisierungsbereiche des Filterkörpers oder unter Ausbildung einer im Wesentlichen geschlossenen und partikeldichten Seitenwand miteinander verbunden werden können, z. B. durch Stoffschluss durch die Beschichtungsmasse in dem Sintervorgang. An benachbarten Filterwänden werden die seitlichen Bereiche vorzugsweise in umgekehrte Richtungen abgefaltet (1a). Die Seitenbereiche können aus Trägermaterial oder gemäß 5 aus einem anderen Material bestehen.
Benachbarte Filterwände 2a, 2b, die aus benachbarten und durch Umlenkbereiche 10 getrennten Abschnitten des Filtermaterialbandes bestehen, können die gleiche Erstreckung in Bandlängsrichtung (X = Y) aufweisen, so dass ein im Wesentlichen quaderförmiger Filterkörper entsteht (1a, 2a), die Längen der Filterwände in Bandlängsrichtung können gegebenenfalls auch unterschiedlich sein (X > Y), so dass ein schiefer, beispielsweise trapezoidaler, Filterkörper entsteht (2b). Es versteht sich, dass in beiden Ausführungsformen gemäß 2a, 2b die stirnseitigen Umlenkbereiche gleiche Höhen a, b an Einström- und Ausströmseite oder unterschiedliche Höhen aufweisen können.
Gemäß 1b kann das beschichtete Trägermaterialband 7 derart profiliert werden, dass nach Zusammenfalten des Bandes unter Ausbildung der Umlenkbereiche gemäß 1c benachbarte Filterwände 2a, 2b, die eine Lagendoppelung des Bandes ausbilden, invers zueinander strukturiert sind, d. h. mit ihren Wellenrücken bzw. Wellentälern jeweils aufeinander zuweisen. Im Filtergrünkörper aufeinander liegende Wellenrücken und -täler können durch Sintern der Beschichtungsmasse stoffschlüssig verbunden werden. Um eine Zusammenfaltung des strukturierten Bandes zu ermöglichen, sind die Umlenkbereiche 10 mit Einbuchtungen 13 versehen, so dass die Umlenkung der Bandabschnitte bei gegebener Profilierung des Bandes aufgrund der weitestgehend fehlenden Duktilität im Wesentlichen oder vollständig ohne Stauchung oder Dehnung des Filtermaterials erfolgen kann, sondern durch Deformation unter Umlenkung von Bandabschnitten.
Gemäß 1c und 3 können zwischen die jeweils benachbarten und durch einen Umlenkbereich 10 miteinander verbundenen Bandabschnitte, die nach dem Sintern Filterwände 2a, 2b ergeben, Lagen 14 eingelegt sein, die im Wesentlichen die Ausdehnung der Filterwände um deren Hauptebene haben können, wobei die Lagen 14 beispielsweise mit einem katalytisch wirksamen Material versehen sein können, welches chemische Umsetzungen des fluiden Mediums katalysieren kann, wie sie bei einer Abgasreinigung vorteilhaft sein kann. Die Lagen können insbesondere für das Fluid permeabel und als gitterartige Gebilde, Maschendrähte, Streckmetalllagen, Vlieslagen oder dergleichen ausgeführt sein. Die Lagen können auch streifenförmig ausgebildet sein und sich nur über eine Teilbreite oder Teillände des Filters erstrecken. Gemäß 3 können die separat eingeführten Lagen 14 gegenüber deren Hauptebenen abgebogene seitliche Bereiche 12 aufweisen, um eine Seitenwand eines Filters aufzubauen oder den aus den Filterwänden bestehenden Filterkörper zu stabilisieren, die alternativ oder zusätzlich zu den Seitenbereichen 12 des Bandes vorgesehen sein können. Es versteht sich, dass anstelle der Lagen 14 auch Versteifungselemente wie unten beschriebene Drähte oder Bänder eingelegt und z. B. durch Beschichtungsmasse stoffschlüssig mit dem Trägermaterialband verbunden werden können.
Gemäß 3 kann das Trägerbandmaterial als Endlosband beispielsweise von einer Rolle C abgewickelt werden, wobei das flache Band anschließend in der Beschichtungsstation B mit der feinteilige Partikel enthaltenden Beschichtungsmasse beschichtet wird. Die Beschichtungsmasse kann hierbei Bindemittel und weitere Hilfsstoffe aufweisen, um eine dauerhafte Beschichtung des Trägermaterials zu ergeben. Im Allgemeinen sind die Partikel der Beschichtungsmasse Metallpartikel geeigneter Zusammensetzung, die nach Verflüchtigung oder Zersetzung des Bindemittels zusammen sintern können, um die gewünschte Porenstruktur der Filterplatten zu ergeben. Es können jedoch auch andere geeignete Partikel wie beispielsweise solche aus keramischen Materialien verwendet werden, wenn geeignete Sinterhilfsmittel vorhanden sind. Nachfolgend zu der Strukturierung und Faltung des Trägermaterialbandes in den Bearbeitungsstationen S und F und gegebenenfalls nach Einführung weiterer Strukturelemente wie Abstandshalter, katalytisch wirksame Elemente oder von Versteifungselementen an der Station F wird dann der Filtergrünkörper von dem Endlosband separiert. Gegebenenfalls kann der Filtergrünkörper hier mit weiteren Versteifungselementen oder Funktionsteilen versehen werden und in seinen Abmessungen konditioniert werden. Nachfolgend hierzu wird dann nach der Abtrennung von dem Endlosband der Filterkörperrohling in der Verarbeitungsstation S gesintert, bevor er in der Station G in einem Gehäuse befestigt wird. In dem Ablauf der Fertigungsschritte bis zu dem Sintervorgang kann sowohl das noch nicht profilierte aber beschichtete Trägermaterialband einer Qualitätskontrolle unterzogen werden, diese kann auch in jedem der nachfolgenden Verfahrensschritte vorgenommen werden. Die Qualitätskontrolle kann beispielsweise eine Dichtigkeitsprüfung umfassen, um Leckagen des beschichteten Trägermaterialbandes zu ermitteln und durch Aufbringung weiterer Beschichtungsmasse zu beheben. Die Strukturierung des Filtermaterialbandes kann durch Prägerollen oder geeignete andere Mittel erfolgen. An den Bereichen des Filterbandmaterials, die mit Knick- oder Faltungslinien versehen werden, kann die Beschichtungsmasse in erhöhter Schichtdicke aufgetragen sein. Gegebenenfalls können auch die Bereiche der Knick- oder Faltungslinien nach der Strukturierung zusätzlich mit Beschichtungsmasse versehen werden, um durch das Prägen möglicherweise entfernte Beschichtungsmasse zu ergänzen oder die Beschichtungsmasse an diesen Linien vorsorglich zu verstärken.
Gemäß 5a besteht das eine Vielzahl von Filterwänden erzeugende Band aus einem zentralen Abschnitt 15, der vollständig aus Filtermaterial besteht, und beidseitig an diesem angebrachten Längsstreifen 16, die mit dem seitlichen Randbereich des zentralen Bandes verbunden sind, beispielsweise durch eine Schweißverbindung oder durch eine Falzverbindung 16a, wie sie in 5b beispielhaft dargestellt ist. Die Längsstreifen 16 können aus einem fluidundurchlässigen Blechmaterial bestehen, so dass fluiddichte Seitenwände des Filters auf einfache und kostengünstige Weise aufgebaut werden können. Es versteht sich, dass unabhängig hiervon die Filterwände vorzugsweise über deren gesamte Flächenausdehnung, sofern diese in einem filterwirksamen und von dem zu reinigenden Fluid zugänglichen Bereich des Partikelfilters angeordnet sind, aus Filtermaterial, d. h. beschichtetem Trägermaterial, bestehen. Das Band aus Filtermaterial kann somit ein über seine gesamte Länge und Breite einheitliches Flächengebilde darstellen.
6 zeigt einen Ausschnitt eines mäanderförmig abgelegten beschichteten Trägermaterialbandes 7 zur Erzeugung eines Partikelfilters, wobei benachbarte und durch sich über die Bandbreite erstreckende Umlenkbereiche 10 verbundene Filterwände 2 invers zueinander strukturiert sind. Die Strukturierung erfolgt hier durch im Wesentlichen zickzackförmige Wellungen unter Ausbildung von kantenförmigen Wellenbergen 17 und kantenförmigen Wellentälern 18. Die Wellenberge bzw. Wellentäler benachbarter Filterwände liegen vorzugsweise linienförmig über deren gesamte Länge aneinander an, durch die inverse Anordnung der Wellentäler werden im Wesentlichen eindimensionale Strömungskanäle 19 für das fluide Medium ausgebildet, wobei das fluide Medium durch die Filterwände durchtretend auf der gegenüberliegenden Seite über eindimensionale Strömungskanäle aus dem Filter aus strömen kann. Die Beschichtungsmasse ist im Bereich der Wellenberge/Wellentäler in ausreichender, gegebenenfalls gegenüber angrenzenden Filterbereichen erhöhter Schichtdicke aufgebracht, und durch das Sintern stoffschlüssige Fügelinien zu ergeben, so dass bereits ein formstabiler Filterkörper entsteht. Die Umlenkbereiche 10 sind hier im Wesentlichen kantenförmig ausgebildet, wobei sich an diese in Richtung auf das Filterinnere zurückspringende gegen die Längsrichtung der Strömungskanäle 19 schräggestellte Flächen 20 ausgebildet sind. Neigung und Ausdehnung der Flächen 20 sind derart gewählt, dass das Band praktisch ohne Dehnung oder Stauchung sondern nur durch Ausbildung der gezeigten Umlenk- und Knickbereiche unter Erhalt der Profilierung mäanderförmig abgelegt ist. Die Spitzen der Dreiecksflächen 20 weisen hierbei in Längsrichtung der Strömungskanäle 19.
7 zeigt ein ähnlich wie 6 mäanderförmig abgelegtes Band mit invers profilierten benachbarten Filterwänden 2, wobei die Profilierung jedoch in Form einer Wellung unter Ausbildung bogenförmiger Wellenberge 17 und Wellentäler 18 erfolgt, wobei die Wellenberge 17 wiederum unter Ausbildung eindimensionaler Strömungskanäle 19 linienförmig aneinander anliegen. Auch hier können die Wellenberge und -täler durch Sintern der Beschichtungsmasse Fügelinien ausbilden. Die Umlenkbereiche 10 sind hierbei unter Ausbildung wellenförmiger Einbuchtungen 21 ausgebildet, wobei das Querschnittsprofil der Wellenberge 17 im Wesentlichen oder exakt dem Profil der Einbuchtungen 21 auf Höhe der Umlenkbereiche 10 in Erstreckung parallel zu den Filterwänden entspricht, um eine dehnungs- und stauchungsarme Umlenkung des profilierten Bandes zu möglichen. Die Umlenkbereiche gemäß 7 weisen stegförmige Bereiche 22 mit einer über die Breite des Bandes gleichbleibenden Steghöhe a auf, wobei die Steghöhe a auf Einströmseite und Ausströmseite gleich oder unterschiedlich sein kann, um die Geometrie des Filterkörpers zu variieren. Entsprechendes ist auch nach 6 möglich. Hierdurch entstehen sich über die gesamte Breite des Filters erstreckende Spalte, die zur Einströmseite bzw. Ausströmseite offen sind.
Die Tiefe T der Einbuchtung 21 parallel zur Längsrichtung der Strömungskanäle 19 bzw. Längsrichtung der Wellenberge ist somit im Wesentlichen gleich der den Steg a übersteigenden Höhe H der Wellenberge 17. Die Frontseite der Einbuchtung 21 verläuft somit im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung der Wellenberge 17 bzw. Längsrichtung der Strömungskanäle 19. Es versteht sich, dass gegebenenfalls die im Wesentlichen kantenförmige Einfassung der Einbuchtungen 21 durch die Begrenzungskanten 21a auch abgeflacht oder bogenförmig ausgebildet sein kann.
8 zeigt eine weitere Möglichkeit der Profilierung des Filtermaterialbandes unter Ausbildung invers strukturierter benachbarter Filterwände, wobei die Umlenkbereiche 10 wiederum Stege 22 mit einer Höhe a aufweisen können. Im Unterschied zu 6 sind hier Einbuchtungen 23 ausgebildet, um wiederum eine praktisch dehn- und stauchungsfreie Umlenkung eines profilierten Bandes zu ermöglichen, wobei der ins Filterinnere weisende Endbereich 23a der Einbuchtung im Wesentlichen linienförmig, vorzugsweise geradlinig ausgeführt ist und im Wesentlichen oder exakt senkrecht zur Erstreckung des Umlenkbereiches 10 und/oder zur Längserstreckung der als Wellenberge 17 ausgeführten Rippen verläuft. Die im Wesentlichen ebenen Flächen 24 der Einbuchtungen weisen somit im Filterinneren angeordnete gemeinsame Kanten auf, wohingegen nach 6 die gemeinsame Kante von angrenzenden Flächen 20 benachbarter Filterwände stirnseitig angeordnet ist. Gemäß 8 können somit Einbuchtungen 23 jeweils angrenzender Paare von Filterwänden durchgehende Einbuchtungslinien 25 ausbilden, die sich quer, insbesondere senkrecht, zu den Hauptebenen der Filterwände erstrecken. Durch diese Einbuchtungen werden die Stirnseiten, die insbesondere Einström- und Ausströmseiten des Filters darstellen können, stabilisiert, in die linienförmigen Einbuchtungen 23 können weiter unten beschriebene Versteifungselemente 23b eingelegt werden, die durch die Einbuchtungen lateral verschiebungsgesichert sind, beispielsweise in Art des Versteifungselementes 40 nach 11. Die Versteifungselemente 23b können durch Beschichtungsmasse stoffschlüssig und linienförmig mit dem Trägermaterialband durch Sintern verbunden werden. Es versteht sich, dass die Einbuchtungen 23 nicht auf die gezeigte Ausführung beschränkt sind, sondern dass die die Flächen 24 begrenzenden Kanten gegebenenfalls auch geknickt oder bogenförmig ausgebildet sein können, wodurch die Umlenkbereiche des Bandes vielfältig strukturiert sein können.
Ferner versteht es sich aus den 7 und 8, was entsprechend auch für andere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen- Filters gelten kann, dass die Steghöhen a an Einströmseite 26 und Ausströmseite 27 verschieden sein können, wobei beispielsweise einströmseitig die Wellenberge benachbarter Filterwände, die unterschiedlichen Lagendoppelungen zuzuordnen sind, im Wesentlichen punktförmig oder linienförmig über eine Ausdehnung aneinander liegen können, die im Wesentlichen kleiner als die Länge der Strömungskanäle 19 ist, beispielsweise einem Zehntel oder weniger derselben, wobei die Wellenberge benachbarter invers zueinander strukturierter Filterwände mit zunehmender Erstreckungstiefe in den Filter hinein voneinander zunehmend beabstandet werden können, so dass sich die im Wesentlichen eindimensionalen Strömungskanäle an der Einströmseite 26 zu im Wesentlichen spaltförmigen Strömungskanälen an der Ausströmseite 27 erweitern, die sich quer zur Durchströmungsrichtung über mehrere Strömungskanäle oder die gesamte Bandbreite bzw. Filterbreite erstrecken können. Die jeweils aneinander liegenden Bereiche des beschichteten Trägermaterialbandes können durch Sintern stoffschlüssig verbunden werden.
9 zeigt ein mäanderförmig abgelegtes Band 7 aus beschichtetem Trägermaterial mit als Rippen in Form von Wellenbergen 17 und dazwischen angeordneten Wellentälern 18 ausbildenden Profilierungen, die sich im Wesentlichen in Bandlängsrichtung L bzw.
Durchströmungsrichtung erstrecken, wobei nach dem Ausführungsbeispiel die Profilierung im Wesentlichen zickzackförmig ausgebildet ist. Benachbarte Filterwände sind nach dem Ausführungsbeispiel kongruent zueinander strukturiert, d.h. mit ineinander eingreifenden Wellenbergen und -tälern, so dass sich über die Breite und Länge des Filters durchgehende spaltförmige Kanäle ergeben. Unter Betrachtung einer vorgegebenen Seite des Partikelfilters wie beispielsweise der Einströmseite 31 nach 9 bilden benachbarte Filterwände 2a, 2b; 2c, 2d, die durch einen dieser Seite zugeordneten Umlenkbereich 10 unmittelbar miteinander verbunden sind, eine Lagendoppelung, so dass die Filterwände 2a, 2b einer ersten und die Filterwände 2b, 2c einer zweiten Lagendoppelung zuzuordnen sind. Zumindest eine Filterwand einer jeweiligen Lagendoppelung ist hierbei mit einer Stufe 32 bzw. einem Stufenabsatz versehen, wobei der Stufenabsatz im Wesentlichen rechtwinklige oder auch bogenförmige Umlenkkanten 33 (vgl. auch 12b) aufweisen kann. Nach dem Ausführungsbeispiel ist jeweils eine Filterwand 2b, 2d mit zwei derartigen Stufen 32 versehen, wobei beide Stufen in Durchströmungsrichtung des Filters bzw. in Längsrichtung der in Form von Wellenbergen 17 ausgebildeten Rippen ansteigen, so dass sich der Höhenversatz der Stufen über die Erstreckungsrichtung der jeweiligen Filterwand addiert. Die Stufen erstrecken sich hierbei im Wesentlichen wellenförmig ausgehend von einem dem Umlenkbereich 10 zugewandten Bereich in das Filterinnere hinein, so dass die Stufen 32 nach dem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen zickzackförmig in der Filterwandebene verlaufen. Sind die Rippen eher wellig mit bogenförmigen Wellenbergen und Wellentälern ausgebildet, verlaufen die Stufen im Wesentlichen vorzugsweise ebenfalls in bogenförmigen Wellungen mit einer Erstreckungsrichtung in Strömungsrichtung bzw. Längsrichtung der Wellenberge 17 (siehe auch 17, 18). Bezogen auf die Stapelungsrichtung S (Pfeil) sind die der Filterwand bzw. Einströmseite zugewandten Bereiche der Stufen 32 in den Wellentälern angeordnet und die von den Umlenkbereichen 10 am weitesten beabstandeten Bereiche 34 der Stufen, an welchen sich die Wel lung der Stufen umkehrt, ist auf Höhe der Wellenberge 17 angeordnet. Die Höhe der Filterwandwellungen und die Höhe der Stufen 32 addieren sich hier somit, so dass die Spalthöhe an Ein- und Ausströmseite erhöht ist. Die stirnseitigen Bereiche der Stufen 32 sind in etwa auf Höhe der Umlenkbereiche 10 angeordnet, es versteht sich, dass diese gegebenenfalls auch durch einen stegartigen Bereich von der Partikelfilterwand bzw. Stirnseite beabstandet sein können. Die Tiefe T der durch die Stufen ausgebildeten Einbuchtungen 35, die sich zur Filterstirnseite bzw. den Umlenkbereichen 10 hin aufweiten, ist hier ein Vielfaches der Höhe H der Rippungen bzw. Wellenberge 17. Gleichzeitig hiermit oder unabhängig hiervon kann die Höhe HS der Stufen 32 in Stapelrichtung S im Wesentlichen oder gleich der Höhe H der rippenartigen Strukturierungen der Filterwände, die in Strömungsrichtung verlaufen, entsprechen. In den jeweiligen Faltungslinien ist die Beschichtungsmasse jeweils mit erhöhter Schichtdicke aufgetragen, um Leckagen zu vermeiden.
Nach dem Ausführungsbeispiel sind die jeweils gegenüberliegenden Filterwände einer Lagendoppelung, d. h. die Filterwände 2a, 2c, die den Filterwänden 2b, 2d zugeordnet sind, nicht mit einer Stufe versehen sondern lediglich mit einer Längsprofilierung, die der Wellenberge und Wellentäler erzeugenden Profilierung der mit Stufen versehenen Filterwände 2b, 2c entspricht. Auf Höhe der Einbuchtungen 35 liegen somit die Filterwände der ersten Gruppe, d. h. die Filterwände 2a, 2c an den Filterwänden 2b, 2d der zweiten Gruppe an, vorzugsweise jeweils über größere Bereiche, insbesondere flächig über die Ausdehnung der Einbuchtungen, wodurch Abflachungen 35a der Filtertaschen ausgebildet werden. Diese Bereiche können zur Ausbildung eines Schoffschlusses nach Sintern in erhöhter Schichtdicke mit Beschichtungsmasse versehen sein. Hierdurch werden die Filterwände im Bereich der Umlenkbereiche zusätzlich stabilisiert, die insbesondere die Einström- und Ausströmbereiche des Filters darstellen können, des Weiteren werden strömungsgünstige Verhältnisse für das Einströmen des fluiden Mediums geschaffen.
Durch die Stufen 32 werden somit Filtertaschen durch gegenüberliegende, voneinander beabstandete Filterwände geschaffen. Die Filtertaschen sind hierbei wechselweise zur Einströmseite und zur Ausströmseite des Filters hin geöffnet. Gegebenenfalls können die Taschen auch eine größere Weite in Stapelrichtung S aufweisen als die Höhe der Stufen 32 beträgt, wozu benachbarte Filterwände geneigt zueinander bzw. geneigt zur Längsrichtung des Filters verlaufen können.
Werden zwischen benachbarten Filterwänden Filtertaschen ausgebildet, beispielsweise bei einer Ausgestaltung nach 9, wobei die Filtertaschen über Teilbereiche oder die gesamte Breite des Filters erstreckende Spalte ausbilden, so können in diesen Spalten sich quer zur Durchströmungsrichtung erstreckende Versteifungselemente 36 vorgesehen sein, die benachbarte Filterwände voneinander beabstanden. Die Versteifungselemente können zur Ausbildung eines Stoffschlusses mit Beschichtungsmasse versehen sein. Nach dem Ausführungsbeispiel ist das Versteifungselement 36 in Form eines gewellten Bandes ausgeführt, wobei die jeweiligen Wellenberge 37 Abstützungen für die Filterwände bilden. Das Versteifungselement 36 kann hierbei mit einem katalytisch wirksamen Material beschichtet sein oder gegebenenfalls als Heizelement ausgebildet sein. Das Versteifungselement kann sich im Wesentlichen über die Breite des Filters erstrecken oder in die Seitenwände desselben übergehen und an diesen festgelegt sein oder auf andere Weise an dem Filter lagegesichert sein.
Gemäß 10 können, wie schematisch dargestellt ist, die rippenförmigen Längsprofilierungen 38a, 38b des Bandes, die in verschiedenen Filtern realisiert sein können, eine unterschiedliche Steilheit bzw. Breite aufweisen, wodurch der Strömungswiderstand des fluiden Mediums quer zur Durchströmungsrichtung (Pfeil) veränderbar ist.
Gemäß 11 ist ein eindimensionales Versteifungselement 40 in Form eines Drahtes, gegebenenfalls auch eines Bandes oder dergleichen, vorgesehen, welches wendelförmig um den Filter 41 gewickelt ist und hierbei die Einströmseite 41a, die Bodenseite 41b, die Ausströmseite 41c und die Oberseite 41d des Filters umspannt. Das Versteifungselement ist hierbei in mehreren Ganghöhen G um den Filter gewickelt und erstreckt sich somit über mehrere rippenförmige Längsprofilierungen bzw. Wellenberge des Bandes. Vorzugsweise erstreckt sich das Versteifungselement durchgehend in der dargestellten Wickelanordnung über die gesamte Breite des Filters. Die Ganghöhe des wendelförmig gewickelten Versteifungselementes kann hierbei dem einfachen Rippenabstand benachbarter Rippen bzw. Wellenbergen entsprechen, aber auch hiervon verschieden sein, vorzugsweise einem ganzzahligen Vielfachen hiervon. Gegebenenfalls kann das Versteifungselement die Wellenberge an der Ober- bzw. Bodenseite des Filters auch schneiden, nach dem Ausführungsbeispiel ist dies nicht der Fall, das Versteifungselement erstreckt sich ausgehend von einem Wellental an einer Stirnseite zu dem nächstbenachbarten Wellenberg. Die Versteifungselemente sind hierbei auf Höhe der Wellenberge über die Oberkante bzw. den größten Tiefenbereich 34 (siehe 9) der jeweiligen Stufe 32 geführt und hierdurch beidseitig verschiebungsgesichert. Der Filter kann somit durch ein einziges Versteifungselement stabilisiert werden, wobei auch weitere vorgesehen sein können. Das Versteifungselement 40 kann zur Ausbildung eines Stoffschlusses nach Sintern mit Beschichtungsmasse versehen sein, wobei nach dessen Anordnung und vor dem Sintern eine exakte Dimensionierung des Filtergrünkörpers erfolgt.
Es versteht sich, dass in sämtlichen Ausführungen des Filters die Profilierungen auch asymmetrisch ausgeführt sein können, d.h. mit unterschiedlichen Breiten und/oder Steigungen der Profilierungen beidseitig der jeweiligen Scheitel bzw. Wellenrücken.
12a, b zeigt eine vergrößerte Darstellung der Stufe 32 nach 9, wobei veranschaulicht ist, dass auch im Bereich der Einbuchtung 31, die eine Abflachung der weiter innen liegenden Filtertasche bildet, indem die benachbarten Filterwände aneinander liegen, im Wesentlichen eine 90°-Stufe darstellen kann. Der Wellenberg 42 der nach dem Ausführungsbeispiel zickzackförmig ausgeführten Wellung verläuft hiermit parallel zu dem Wellenberg 43 des abgeflachten Bereichs. Vorteilhafterweise beträgt die minimale Tiefe T der Einbuchtung dem Produkt aus der Breite a der Profilierung und dem Sinus α der Abbiegung der Filterwand von dem benachbarten Wellental aus gemessen (a × sin α), maximal vorzugsweise dem Produkt aus a × sin 45°. Es versteht sich, dass Entsprechendes auch für wellenförmige Profilierungen der Filterwand unter Ausbildung bogenförmiger Wellenberge und Wellentäler gilt. Wie sich in Zusammenschau mit 9 ergibt, entstehen an den Einbuchtungen Lagendoppelungen mit der benachbarten Filterwand, so dass hierdurch Beschichtungsmasse, gegebenenfalls in erhöhter Schichtdicke, durch Sintern flächige Fügebereiche benachbarten Filterwände erzeugt werden können.
Wie in 12b dargestellt ist, kann die Stufe 32 auch bogenförmige Übergangsbereiche 32a der Stufe zur Einbuchtung 31 und zur angrenzenden Filterwand 44 hin, die eine Filtertasche ausbildet, aufweisen.
Die 13 bis 16 zeigen einen Partikelfilter, der im Wesentlichen durch eine Faltung eines Filtermaterialbandes entsprechend 9 ausgebildet ist, wobei im Folgenden auf weitere Einzelheiten eingegangen werden soll, die jedoch auch im Zusammenhang mit anderen Ausführungsformen wie insbesondere den Ausführungsbeispielen nach den 17 und 18 realisiert sein können, aber auch gemäß allen anderen Ausführungsbeispielen, sofern diese dort zweckdienlich sind.
Nach 13 und 16 weist der Filter zumindest zwei unter schiedliche Arten von Versteifungselementen 45, 46 auf, wobei eine erste Art von Versteifungselementen 45 in den einströmseitig geöffneten Filtertaschen 47 angeordnet ist und die zweite Art von Versteifungselementen 48 in den ausströmseitig angeordneten Filtertaschen 48, wobei die Filtertaschen jeweils durch benachbarte, durch Umlenkbereiche 10 miteinander verbundene Filterwände gebildet werden. Die Versteifungselemente 45, 48 können mittels Beschichtungsmasse an den Filterwänden festgesintert und ggf. zugleich durch gesinterte Beschichtungsmasse stabilisiert sein. Die 16a, 16b zeigen hierbei Querschnittsanordnungen des Filters gemäß 13 auf Höhe der Linie A-A (16, rechts) bzw. auf Höhe der Linie B-B ( 16, rechts). Die Versteifungselemente 47 weisen eine geringere Steifigkeit bzw. Versteifungswirkung gegenüber benachbarten Filterwänden auf, die Versteifungselemente 46 eine erhöhte Versteifungswirkung. Hierdurch kann bei geringem Materialeinsatz und geringer Veränderung der Strömungsverhältnisse die Ausströmseite des Filters stärker stabilisiert werden, als die ebenfalls stabilisierte Einströmseite, da der Druck des fluiden Mediums einströmseitig auf die Filterwände höher ist als ausströmseitig, wodurch die Filterwände zur Ausströmseite hin druckbeaufschlagt werden. Das einströmende Medium kann hierdurch im Wesentlichen in spaltförmigen Strömungskanälen 49a geführt werden, wobei die Spalte sich quer zur Strömungsrichtung erstrecken, ausströmseitig im Wesentlichen in eindimensionalen Strömungskanälen 49b, da sich hier die wellenförmigen Versteifungselemente 45 einsströmseitig nur über kurze Erstreckung LE, die Versteifungselemente über eine längere Erstreckung LA, hier praktisch die gesamte Filterlänge, erstrecken. Der Durchtritt des fluiden Mediums durch die Filterwände ist in 13 durch die gebogenen Pfeile dargestellt.
Gemäß 14 verlaufen die stirnseitigen Abflachungen 50 der Filtertaschen, die durch benachbarte Filterwände gebildet werden, zur Längsrichtung des Filters hin geneigt, so dass auch bei schräger Anströmung des Filters durch das fluide Medium (siehe gebogene Pfeile) günstige Strömungsverhältnisse vorliegen. Im Bereich der Abflachungen 50, bei denen die benachbarten Filterwände der Lagendoppelung flächig aneinander anliegen, können im Wesentlichen eindimensionale Versteifungselemente 51 durch die Lagen durchtretend durchgeführt sein. Da die Abflachungen außerhalb der Filtertaschen 52 angeordnet sind und Filterwände eng aneinander anliegen, ist eine partikeldichte Ausgestaltung möglich. Im Bereich der einströmseitigen bzw. ausströmseitigen Abflachungen 10c, 10d kann Beschichtungsmaterial zur stoffschlüssigen Verbindung benachbarter Trägermateriallagen vorgesehen sein, auch können die Versteifungselemente auch die Beschichtungsmasse benachbarter Lagen nach Sintern stoffschlüssig verbinden.
Es versteht sich, dass die Versteifungselemente gemäß 13, 16 nicht auf wellenförmig oder zickzackförmig strukturierte Bänder oder Blechlagen beschränkt beispielsweise in Form von Streckmetalllagen oder andere geeignete Weise ausgeführt sein können. Dies gilt für sämtliche erfindungsgemäße Ausführungen, bei welchen spaltförmige Filtertaschen vorgesehen sind.
Gemäß 15 können die Filterwände 2 geringfügig geneigt zur Längsrichtung des Filters bzw. Durchströmungsrichtung des fluiden Mediums (siehe Pfeil D) verlaufen, wobei die Weite der Filtertaschen 47 in Stapelungsrichtung S, die der Ablagerichtung des mäanderförmig abgelegten Bandes entspricht, einströmseitig und ausströmseitig gleich oder verschieden sein kann. Durch die geneigte Anordnung der Filterwände (15, oben) kann das einströmseitige Filtervolumen des Partikelfilters, welches durch die einströmseitig offenen Filtertaschen 47 definiert wird, größer sein als das ausströmseitige Volumen der Filtertaschen 48, beispielsweise in einem Verhältnis von 60:40 bis 100:50 oder darüber hinaus. Hierdurch können günstige Strömungs- oder Druckverhältnisse in dem Filter realisiert werden.
In den 19 und 20 ist eine weitere Ausgestaltung des Bandes mit in Durchströmungsrichtung verlaufenden Rippen dargestellt, die zickzackförmig gefaltet aber auch bogenförmig gewellt sein können. Die Strukturierung ist in Form einer einzelnen Blechlage gemäß 19 und in Form eines mäanderförmig abgelegten Bandes mit Stufen 32 auf Höhe der Umlenkbereiche 10 und Einbuchtungen 35 ausgebildet, wie sie den Stufen 32 des Ausführungsbeispiels nach 9 entsprechen.
Gemäß den 19 und 20 erfolgt die Strukturierung des Bandes derart, dass auf Höhe einer Stirnseite bzw. Seitenwand des Partikelfilters, beispielsweise der Einströmseite 50a vorgesehen Wellenberge 51 entlang der Durchströmungsrichtung bzw. Filterlängsrichtung in Wellentäler 52 übergehen, so dass der Wellenberg bzw. dessen durch die Faltungslinie gebildete Wellenrücken 17a zur Ausströmseite 50b hin abfällt. Hierzu ist eine erste Gruppe von Faltungslinien 53 erzeugt, die parallel zur Filterlängsrichtung oder zur Durchströmungsrichtung des fluiden Mediums verläuft, wobei auf beiden Seiten der Linie 53 einander gegenüberliegende zweite und dritte Gruppen von Faltungslinien 54 und 55 vorgesehen sind, die jeweils aufeinander zulaufen und jeweils zwischen zwei Linien 53 angeordnet sind und zumindest in etwa auf Höhe der Filterstirnseiten die Linie 53 schneiden. Durch die Gruppen von Faltungslinien 54, 55 werden somit einströmseitig angeordnete Wellenberge mit ausströmseitig angeordneten Wellenbergen verbunden. Hierdurch werden Strömungsumlenkmittel für das fluide Medium bereitgestellt, die eine Strömungskomponente in Querrichtung zur Partikelfilterlängsrichtung erzeugen, wobei die spaltförmigen Filtertaschen über die Breite des Filters ein im wesentlichen gleichbleibende bzw. einen gleichbleibenden Filterwandabstand aufweisen können, wozu die einzelnen Lagen der Filterwände kongruent zueinander ausgebildet sind, aber auch eine inverse Anordnung möglich ist.
21 zeigt verschiedene Ausführungen von Versteifungselementen, die hier eindimensional oder nulldimensional ( 21b) ausgeführt sind. Die Versteifungselemente können insbeson dere in Form von Drähten, Bändern aber auch Blechlagenstreifen oder streifenförmigen Streckmetalllagen ausgeführt sein, ohne hierauf beschränkt zu sein. Sie können jeweils durch Beschichtungsmasse an den Trägermateriallagen angesintert werden.
Gemäß 21a durchstoßen im wesentlichen parallel zu den Filterwandhauptebenen verlaufende Versteifungselemente 60a die Faltungswände auf Höhe von Lagendoppelungen, die von den durch eine Stufe 62 abgesetzten Filtertaschen beabstandet sind und so eine partikeldichte Ausführungsform schaffen, sowie im wesentlichen senkrecht zu den Filterwandhauptebenen verlaufende Versteifungselemente 60b, wobei der Filter auch jeweils nur mit einem Typ von Versteifungselementen, zumindest an der jeweiligen Stirnseite, ausgestatte sein kann. Gegebenenfalls können die Versteifungselemente 60a auch auf den wellenförmigen Abflachungen 62 aufliegen. Die Versteifungselemente können jeweils lose durch die Filterwände durchgezogen sein, beschichtet sein oder mit diesen zugkraftaufnehmend verbunden sein, beispielsweise durch nachträgliche Verdrillung, durch Punktschweißverbindungen, durch kraftschlüssige Verbindungen wie Falzverbindungen oder dergleichen.
Gemäß 21b sind im Bereich der Lagendoppelungen aus Filterwänden 63a, 63b, die eng, vorzugsweise partikeldicht, aneinander anliegen und durch Beschichtungsmasse und nachfolgendes Sintern stoffschlüssig verbunden werden, bzw. an den Einbuchtungen 35 Laschen 65 ausgeklinkt, die in Bereichen der gegenüberliegenden Filterwände eingeklemmt sind oder diese unterstützen, nach dem Ausführungsbeispiel in den Unterseiten der Wellenberge. Durch die Aneinanderreihung der nulldimensionalen Versteifungselemente in Form der ausgeklinkten Laschen 65 werden insgesamt eindimensionale Versteifungsstrukturen ausgebildet. Auch hier sind die Ausklinkungen von den Filtertaschen 63 beabstandet. In den Lagendoppelungen 63d können, wie auch in den anderen Ausführungsbespielen mit ähnlichen Lagendoppelungen, die aneinanderliegenden Bereiche benachbarter Filterwände durch Beschichtungsmasse flächig zusammengesintert sein, wobei hier auch ein gewisser Abstand der Filterwände durch Beschichtungsmasse ausgefüllt sein kann, um die beiden Filterwandbereiche stoffschlüssig zu verbinden und den Einströmbereich zu stabilisieren (siehe z.B. Bereiche 31 nach 12a, b; Bereiche 10c nach 13 und 14; Bereiche 35 nach 9 u. 17; Bereiche 101a nach 24a, c).
21e zeigt eindimensionale Versteifungselemente in Form von Bändern 66, die durch Punktschweißverbindungen 67 mit den Filterwänden verbunden sind. Die Streifen liegen hierbei auf den Abflachungen 68 auf und können die jeweils darüber liegende Filterwand der benachbarten Lagendoppelung unmittelbar unterseitig abstützen.
21f zeigt eine Anordnung mit einem eindimensionalen Versteifungselement, hier in Form eines Bandes 69, welches bereichsweise mit isolierenden Stellen 69a versehen ist, beispielsweise durch keramische Beschichtungen. Wie symbolisiert, können diese Bänder als Heizelemente ausgebildet sein.
Die Versteifungselemente 60a, b, 65, 66, 69 sind jeweils vorzugsweise im Bereich der Stirnseiten angeordnet. Die Versteifungselemente können jeweils mit katalytischem Material beschichtet sein, insbesondere wenn diese separate Versteifungselemente darstellen, die Versteifungselemente können auch als Heizeinrichtungen ausgeführt sein, insbesondere wenn diese elektrisch isolierend ausgeführt sind, beispielsweise durch Beschichtung, Oxidation oder dergleichen.
22a zeigt eine Ausbildung der Filterwände 70 mit gegenüber der Haupterstreckungsrichtung derselben abgebogenen Seitenbereichen 71, die ebenfalls durch durchgehende, stirnseitig angeordnete Umlenkbereiche 72 miteinander verbunden sind und eine Lagendoppelung 71a, 71b unter enger und partikeldichter Anlage der Lagenbereiche 71a und 71b ausbilden. Hierdurch sind partikeldichte Seitenwände des Filters erzeugbar, die sich über die gesamte Länge und/oder Höhe des Filters erstrecken können aber auch gegebenenfalls nur über jeweils einen Teil derselben, um beispielsweise Versteifungselemente auszubilden. Hierzu sind die abgefalteten Lagenbereiche 71a, 71b mit Beschichtungsmasse, gegebenenfalls in erhöhter Schichtdicke versehen, um nach dem Sintern eine stoffschlüssige und partikeldichte Verbindung zu ergeben, so dass eine partikeldichte Seitenwand des Filters aufgebaut werden kann (entsprechend abgefaltete Stege 78a, b nach 22b). Diese Ausgestaltung ist nicht auf die dargestellte inverse Anordnung der Filterwände und gezeigte Ausbildung der Einbuchtung beschränkt, die eine Bandfaltung nach 8 entspricht, sondern unabhängig von dieser.
Gemäß 22a, oben, kann die Umlenkung der Seitenbereiche 71 im Wesentlichen im Bereiche der Wellentäler 73 erfolgen, nach dem Ausschnitt gemäß 22b, unten, auch auf Höhe der Wellenberge 74 bzw. allgemein dem oberen Scheitel der rippenartigen Bandstrukturierung. Es versteht sich, dass die Wellung jeweils auch bogenförmig ausgeführt sein kann und die stegförmigen Bereiche 75 an den Umlenkbereichen fehlen oder einströmseitig und ausströmseitig unterschiedliche Höhe aufweisen können. Die eindimensionalen Versteifungselemente 76, hier in Form von Drähten, sind ebenfalls abgebogen. Die Versteifungselemente können an den Seitenwänden 71 zugkraftaufnehmend befestigt sein, beispielsweise durch Einklemmung an den Klemmstellen 77, oder an einem Gehäuse zugkraftaufnehmend festgelegt sein. Die Versteifungselemente 76, 66 können auch mit katalytisch wirksamen Material versehen sein.
Nach 22b können die abgebogenen Seitenbereiche auch Ausklinkungen 80 aufweisen, wobei an jeweils einer Lagendoppelung 78a, b nur jeweils vorzugsweise die obere Lage 78a ausgeklinkt wird, so dass darunter eine durchgehende und partikeldichte Seitenwand verbleibt, die durch Sintern der Beschichtungsmasse an den überlappenden Bereichen des Trägermaterialbandes erzeugt ist. Die Ausklinkungen können der Befestigung des Filters an einem Gehäuse dienen. Es versteht sich, dass die Ausbildung der ausgeklinkten Seitenwände nicht auf die dargestellte Profilierung des Bandes nach 22b beschränkt ist.
23a, 23b zeigt eine Umlenkung des Bandes durch Knickstelle 90, die ausgehend von einem Wellenberg 17 durch sich einströmseitig und ausströmseitig erstreckende und auseinanderlaufende Knicklinienpaare 92, 93 erzeugt werden, die sich vorzugsweise auf Höhe der Wellentäler 18 schneiden. Hierdurch werden rautenförmige Bereiche 95 ausgebildet. Insgesamt kann hierdurch der Filter (siehe 23b) Bereiche 8a, 8b aufweisen, deren Durchströmungsrichtungen einen Winkel zueinander einschließen, wodurch einen Höhenversatz HV in Durchströmungsrichtung erzeugt wird. Der gesamte Filter wird hierbei nach wie vor durch ein einziges durchgehendes Band 7 gebildet. Das Gehäuse 11 kann hierbei in Art eines Krümmers ausgebildet sein. Es versteht sich, dass diese Strömungsumlenkung auch bei anderen Profilierungen des Filterbandes möglich ist.
24 zeigt eine weitere Variante eines Partikelfilters, bei welchem ein Filtermaterialband 100 entlang einer parallel zur Bandlängsrichtung verlaufenden Faltungslinie 101 unter Ausbildung einer Lagendoppelung bezogen auf die Faltungslinie gefaltet ist, die einen stirnseitig, d.h. einström- oder – nach dem Ausführungsbeispiel – ausströmseitig angeordneten, Umlenkbereich bildet. Schnitte der Anordnung nach 24a entlang den Linien A-A, B-B und C-C sind in den 24b–d, nach 24d mit zusätzlichem Gehäuse, dargestellt. Die freien Seitenkanten des Filterbandes sind jeweils mit Seitenkanten einer benachbarten Lagendoppelung unter Ausbildung von Falzen 104 erzeugt, die durch Sintern der aufgebrachten Beschichtungsmasse die Filtertaschen partikeldicht abschließen. Die einströmseitig, gegebenenfalls anstelle hiervon auch ausströmseitig, aufeinander folgende Verbindungsbereiche 102, 103 der Randbereichen von Filterwänden benachbarter Ladendoppelungen können hierbei, wie dargestellt, gegeneinander vor- und zurückspringend angeordnet. Die Filterwände 101a und 101b werden somit, entsprechend der Terminologie der Erfindung, derselben Lagendoppelung zugeordnet, die Filterwände 101b und 101c verschiedenen Lagendoppelungen. Den Falzungen nachgelagert sind flächige Anlagebereiche 105 benachbarter Filterwände zur Erhöhung der Partikeldichtigkeit. Die Strömungsrichtung des fluiden Mediums durch die durch die Lagedoppelung ausgebildeten Filtertaschen 106 ist durch die gebogenen Pfeile symbolisiert. Sämtliche Knick- und Fügebereiche können mit Beschichtungsmasse versehen sein, um die Bereiche abzudichten oder stoffschlüssig zu verbinden.
Das derart lagengedoppelte Filtermaterialband wird mäanderförmig gemäß 24a, b unter Erzeugung eines zylinderförmigen oder teilzylinderförmigen Partikelabschnittes abgelegt, in dem radial außenseitig Umlenkbereiche 107 größerer Breite und innenseitig an einer zentralen Achse enge Umlenkbereiche 108 vorgesehen sind. Das mäanderförmig abgelegte Band wird somit um die Filterlängsachse 100a zusammengerollt. Wie in 24d dargestellt, kann das fluide Medium nicht durch die Stirnseite 109 sondern auch von radial außen über den dem Umlenkbereich 107 zugeordneten Bereich der Filtertasche in die Filtertaschen eindringen und ausströmseitig durch die Filtertaschen stirnseitig austreten. Der Partikelfilter kann so einteilig als vollzylindrischer Filter ausgeführt sein. Gegebenenfalls können die Umlenkbereiche 101 auch einströmseitig angeordnet sein. An den radial außenliegenden Umlenlcbereichen 107 sind stirnseitig oder auch radial vorstehende Laschen 110 ausgebildet, mittels derer der Filter an dem Gehäuse 111 partikeldicht befestigbar ist, beispielsweise in einer Gehäusetasche 112 einklemmbar ist.
Die Fläche der durch Sintern von Beschichtungsmasse gefügten Bereiche mit Lagendoppelung, einschließlich Seitenwände, nach den Ausführungsbeispielen betragen ca. 2–5% der Gesamtfläche des Trägermaterialbandes.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Partikelfiltern, insbesondere für Abgase von Dieselbrennkraftmaschinen, mit einer Vielzahl von zu durchströmenden Filterwänden mit Filterflächen aus einem Filtermaterial mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Bandes eines durch Deformation strukturierbaren Trägermaterials – Erzeugung einer Vielzahl von Filterwänden aus einem zusammenhängenden, insbesondere einteiligen, Bandabschnitt, – Auftragen und/oder Einarbeiten einer Beschichtungsmasse enthaltend ein feinteiliges Partikelmaterial auf und/oder in das Trägermaterialband zur Erzeugung eines Filtermaterialvorproduktes – gegebenenfalls Vortrocknen des beschichteten Trägermaterialbandes – Strukturierung von Trägerbandabschnitten zur Erzeugung einer Strukturierung der Filterwände und Ausbildung von Umlenkungsbereichen von Trägerbandabschnitten, die verschiedene Filterwände miteinander verbinden, so dass das derart erzeugte Gebilde mehrere oder sämtliche der Filterwände des Filters umfasst, – gegebenenfalls Anordnung von Stabilisierungselementen an und/oder in dem erzeugten Gebilde, – Erzeugung der im Wesentlichen endgültigen Struktur des Filterkörpers oder Filterkörpersegmentes unter Bildung eines Filtergrünkörpers, – nachfolgendes Sintern des hergestellten Filtergrünkörpers unter Ausbildung des Filtermaterials mit der gewünschten Porenstruktur aus der Beschichtungsmasse – und gegebenenfalls nachfolgend weitere Verfahrensschritte.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Beschichtungsmasse versehene Bereiche von Trägermaterialbandabschnitten, die verschiedenen Filterwänden zugeordnet sind, miteinander derart in Verbindung gebracht werden, dass bei dem Sintern eine stoffschlüssige Verbindung der Filterwandbereiche erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Beschichtungsmasse stoffschlüssig miteinander verbundenen Fügebereiche partikeldicht verbunden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung der mit der Beschichtungsmasse versehenen Trägermaterialabschnitte eine Vorprägung der Knick- und/oder Faltungslinien umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aufbringung der Beschichtungsmasse und Strukturierung der die Filterwände bildenden Abschnitte des Trägermaterialbandes dieses zunächst abschnittsweise in eine offene Zickzackstruktur überführt wird, bevor – gegebenenfalls in einem kontinuierlichen Fertigungsprozess – die endgültige Zickzackfaltung des Filterkörpers erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich von Faltungs- oder Knicklinien, im Bereich von insbesondere einström- oder ausströmseitig angeordneten Umlenkbereichen des Trägermaterialbandes und/oder im Bereich abgeflachter Trägerbandbereiche, die vorzugsweise an den Einström- und oder Ausströmbereichen des Filterkörpers vorgesehen sind, das Beschichtungsmaterial in erhöhter Schichtdicke aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsmasse nach teilweiser oder vollständiger Faltung des Trägermaterialbandes im Bereich der Faltungslinien in erhöhter Schichtdicke aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Trägermaterialband seitlich der die Filterwände erzeugenden Abschnitte stegförmige Abfaltungen erzeugt werden, die mit Beschichtungsmasse versehen und flächig miteinander überlappend unter Ausbildung von Seitenwänden oder Seitenwandabschnitten miteinander zur Anlage gebracht werden, so dass durch das nachfolgende Sintern die Abfaltungen stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die stoffschlüssige Verbindung der abgefalteten Bereiche partikeldichte Seitenwände oder Seitenwandbereiche erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich von in die Filterkörperstruktur eingebrachten separaten Strukturelementen die Beschichtungsmasse in einer ausreichenden Schicht dicke aufgebracht ist, um durch das Sintern eine stoffschlüssige und partikeldichte Verbindung zwischen dem Trägermaterialband und den Strukturelementen erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterialband mäanderförmig abgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mäanderförmig abgelegte beschichtete Trägermaterialband (7) entlang zumindest einer im Wesentlichen parallel zur Bandlängsrichtung (L) verlaufenden Faltungslinie (101) zumindest unter Lagendoppelung gefaltet und derart mäanderförmig abgelegt wird, dass die Längsrichtung des Bandes quer zur Durchströmungsrichtung des fluiden Mediums verläuft und dass die in Bandlängsrichtung verlaufende Faltungslinie (101) einströmseitig oder ausströmseitig angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltungslinie (101) gegenüberliegend angeordnete, in Bandlängsrichtung verlaufende Kanten des Bandes, die bezogen auf die Faltungslinie (101) einer Lagendoppelung (101a, 101b) zuzuordnen sind, mit Abschnitten des Bandes, die einer benachbarten Lagendoppelung (101c) zuzuordnen sind, durch die Beschichtungsmasse und nachfolgendes Sintern im Wesentlichen partikeldicht verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Trägermaterialbandes die Breite des Filters zumindest bereichsweise übersteigt und dass randseitige Bereiche des Bandes an zumindest einem oder beiden seitlichen Bandrändern unter Ausbildung von Verbindungen zwischen verschiedenen Filterwänden (2) oder unter Ausbildung einer sich zumindest teilweise zwischen Einströmseite (3, 26) und Ausströmseite (4, 27) erstreckenden Seitenwand des Filters abgebogen und durch die gesinterte Beschichtungsmasse partikeldicht verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche mit Lagendoppelung des Trägermaterialbandes, die durch Sintern der Beschichtungsmasse flächig verbunden werden, weniger als ungefähr 10% der Gesamtfläche des Trägermaterialbandes betragen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige oder sämtliche Filterwände (2) eine Strukturierung in Form von sich im Wesentlichen in Durchströmungsrichtung erstreckenden Rippen (17) oder Wellenbergen und Wellentälern aufweisen, die sich vorzugsweise im wesentlichen über die Erstreckung des Filters in Durchströmungsrichtung erstrecken und dass die Rippen oder die Wellenberge und -täler zumindest punkt- oder linienförmig durch Sintern von aufgebrachtem Beschichtungsmaterial stoffschlüssig und gegebenenfalls partikeldicht miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Filterwände (2) unter Ausbildung von im Wesentlichen in Durchströmungsrichtung verlaufenden Rippen (17) strukturiert und benachbarte Filterwände (2) mit einem Abstand in einer Stapelungsrichtung aufeinander stapelförmig abgelegt und unter Verringerung des Filterwandabstandes ausgebildete Abflachungen (35a, 50) vorgesehen sind, die an dem Filter stirnseitig angeordnet und in Form von sich von der zugeordneten Stirnseite in den Filter hinein erstreckenden Einbuchtungen (35) ausgeführt sind und dass im Bereich der Abflachungen benachbarte Filterwände durch Sintern von aufgebrachtem Beschichtungsmaterial stoffschlüssig verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkbereiche (10) des Filtermaterialbandes an der Einströmseite (3, 26) und/oder Ausströmseite (4, 27) eine Höhe quer zu der Durchströmungsrichtung des Filters aufweisen, so dass spaltförmige Filtertaschen ausgebildet und benachbarte Filterwände (2) stirnseitig durch die Umlenkbereiche (10) voneinander beabstandet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter als im Wesentlichen zylindrischer oder teilzylindrischer Filterkörper mit einer Filterkörperlängsachse (100a) ausgebildet ist, der durch ein unter Lagendoppelung in Längsrichtung gefaltetes, mäanderförmig abgelegtes Band (7) aus Filtermaterial hergestellt wird, und dass das mäanderförmig abgelegte Band (7) unter Ausbildung eines zylindrischen Filterkörpers oder unter Ausbildung im wesentlichen halbkreisförmiger Seitenbereiche um die Filterkörperlängsachse (100a) zusammengelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass langgestreckte Versteifungselemente (45, 60a, 66) vorgesehen sind, die zwischen den Lagen des Trägermaterialbandes angeordnet werden und/oder den Filterkörpervorformling außenseitig umgeben, das der Filterkörpervorformling dimensioniert wird und dass nachfolgend unter Sintern der Beschichtungsmasse ein maßgenauer Filterkörper erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass langgestreckte Versteifungselemente (66) vorgesehen sind, die sich im wesentli chen parallel zu den Filterwänden (2) erstrecken und auf Höhe der Abflachungen (35a) auf dem Trägermaterialband (7) aufliegen und durch Sintern von Beschichtungsmasse mit diesem verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Versteifungselement (40) vorgesehen ist, welches sich vollumfänglich um den Filter erstreckt und quer zur Erstreckungsrichtung der Filterwände (2) verläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen oder auf den Filterwänden (2) Strukturelemente (14, 36, 45) mit katalytisch wirksamen Material zur katalytischen Umsetzung von zumindest einer Komponente des fluiden Mediums und/oder der Partikel vorgesehen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterialband (7) einseitig oder beidseitig angeformte Streifen (16) aus von dem Trägermaterial verschiedenen Materials aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass einströmseitig zwischen benachbarten Filterwänden (2) ausgebildet Einströmspalte für das Fluid vorgesehen sind und dass sich die Spaltbreite zum Inneren des Partikelfilters hin verringert und die den Spalt begrenzenden Filterwände (2) beabstandet von der einströmseitigen Stirnseite unter Ausbildung von im Wesentlichen eindimensionalen Strömungskanälen stellenweise aneinander anliegend ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterialband unter Ausbildung von Umlenkbereichen zu einem dreidimensio nalen Körper abgelegt wird, der sich zumindest über eine Teillänge oder die gesamte Länge über zumindest im Wesentlichen die gesamte Breite oder den gesamten Radius des Filters erstreckende Spalte aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest einige oder sämtliche Spalte mit im Wesentlichen konstanter Spalthöhe über einen Teil oder zumindest im Wesentlichen die gesamte Filterlänge in Durchströmungsrichtung des Fluids erstrecken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalthöhe zumindest einiger oder sämtlicher Spalte über einen Teil oder zumindest im Wesentlichen die gesamte Filterlänge in Durchströmungsrichtung des Fluids auf das Ausströmende hin zunimmt oder abnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterialband mäanderförmig mit Umlenkbereichen einer gewissen Steghöhe a abgelegt wird.
Partikelfilter hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 29.