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Die
Erfindung betrifft einen thermisch isolierten Partikelfilter, insbesondere
Dieselpartikelfilter, mit einem Gehäuse und einem Filterkörper, der
in dem Gehäuse
aufgenommen ist.
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Bei
modernen Fahrzeugen insbesondere mit Dieselmotoren werden im Abgassystem
vermehrt Partikelfilter eingesetzt, die dazu dienen, die im Abgas
des Dieselmotors vorhandenen Partikel aus dem Abgas herauszufiltern.
Hierzu werden üblicherweise Filterkörper aus
einen keramischen, porösen
Substrat verwendet, die eine Vielzahl von sich in Längsrichtung
erstreckenden Kanälen
aufweisen. Die eine Hälfte
dieser Kanäle
ist an ihrem stromaufwärtigen Ende
verschlossen und am stromabwärtigen
Ende geöffnet,
und die andere Hälfte
ist an ihrem stromaufwärtigen
Ende geöffnet
und am stromabwärtigen Ende
verschlossen. Das Abgas strömt
in die Kanäle ein,
die an ihrem stromaufwärtigen
Ende offen sind. Dann strömt
es quer durch die Poren im Substrat zu den Kanälen, die an ihrem stromabwärtigen Ende
offen sind. Dabei werden die Partikel im Substrat zurückgehalten.
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Der
Filterkörper
heizt sich im Betrieb sehr stark auf. Zum einen wird er vom Abgas
durchströmt, so
daß er
im wesentlichen dieselbe Temperatur wie das Abgas hat. Außerdem wird
bei vielen Systemen der Filterkörper
von den Partikeln dadurch befreit, daß die Partikel verbrannt werden.
Während
der Verbrennung der Partikel stellen sich im Filterkörper Temperaturen
in der Größenordnung
bis über 1000°C ein. Diese
Temperaturen stellen hohe Anforderungen an die Isolierung der Dieselpartikelfilter. Zum
einen ist eine homogene Temperaturverteilung im Filterkörper wünschenswert,
um einen gleichmäßigen Abbrand
der Partikel zu gewährleisten
und um mechanische Spannungen zu vermeiden, die aus einer inhomogenen
Temperaturverteilung resultieren würden und zu einer Beschädigung des
Partikelfilters führen
könnten.
Zum anderen muß die
Umgebung des Partikelfilters vor einer übermäßigen Wärmeabstrahlung geschützt werden.
Im Extremfall könnte diese
Wärmeabstrahlung
zur Entzündung
von Materialien führen,
die sich in der Nähe
des Partikelfilters befinden, wenn in diesem gerade Partikel verbrannt werden
oder wurden und keine Isolierung vorhanden wäre.
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Die
bisherigen Konzepte zur Wärmeisolierung
waren nicht immer zufriedenstellend im Versuch, eine gute Wärmeisolation
mit einer langen Betriebsdauer zu verbinden.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Partikelfilter zu schaffen,
der sich durch eine gute Wärmeisolation
bei gleichzeitig hoher Lebensdauer auszeichnet.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Hohlkammerstruktur
vorgesehen, die als Wärmeisolator
dient. Die Hohlkammerstruktur besteht aus einer Vielzahl von hohlen
Metallkörpern, beispielsweise
Kugeln, die aus einem gesinterten Material bestehen. Da sich die
Metallkörper
beim Sintern auch mit ihren jeweiligen Nachbarn verbinden, entsteht
ein eigenstabiles Gebilde, das ein geringes Gewicht bei vergleichsweise
hoher Strukturfestigkeit und geringer Wärmeleitfähigkeit aufweist. Ein besonderer
Vorteil gegenüber
Wärmeisolatoren,
die aus Fasern bestehen, liegt darin, daß die Hohlkammerstruktur auch
bei starken Vibrationen und langer Betriebsdauer intakt bleibt und,
anders als bei Faser-Isolierstoffen,
keine Bestandteile ausgetragen werden können. Ein weiterer Vorteil
einer solchen Hohlkammerstruktur liegt im guten Schallabsorptionsvermögen, so
daß ohne
sonstige Maßnahmen eine
geringe Schallabstrahlung bei guter Wärmedämmung erreicht wird.
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Die
Herstellung und der Aufbau von Hohlkammerstrukturen sind aus dem
Stand der Technik hinreichend bekannt, so daß hierauf nicht weiter eingegangen
wird. Als Beispiel einer Hohlkammerstruktur sei die
DE 199 49 271 A1 genannt.
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Die
Hohlkammerstruktur kann zwischen dem Filterkörper und dem Gehäuse angeordnet
sein. Sie wirkt als Isolator zwischen dem Filterkörper und
dem Gehäuse,
so daß dieses
vor übermäßiger Erwärmung geschützt ist.
Vorzugsweise ist die Hohlkammerstruktur zweiteilig ausgeführt, insbesondere
in der Form von zwei Halbschalen, die um den Filterkörper herum
angeordnet werden. Die so gebildete Baugruppe kann dann in das Gehäuse eingesetzt
werden.
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Alternativ
kann auch vorgesehen sein, die Hohlkammerstruktur auf der Außenseite
des Gehäuses
anzuordnen. In diesem Fall ist die Hohlkammerstruktur vorzugsweise
auf das Gehäuse
aufgepreßt, so
daß keine
zusätzlichen
Befestigungsmittel erforderlich sind.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung kann vorgesehen sein, daß auf der Außenseite des
Filterkörpers
eine Fasermatte angeordnet ist. Diese dient als mechanischer Schutz
für den
Filterkörper,
der meist aus Keramik besteht und empfindlich ist gegen lokale mechanische
Beanspruchungen. Die Fasermatte verhindert einen direkten Kontakt zwischen
dem Filterkörper
und dem Gehäuse
bzw. der Hohlkammerstruktur. Bei der Montage verteilt die Fasermatte
die auftretenden Druckbelastungen, so daß lokale Überbeanspruchungen des Filterkörpers verhindert
sind. Im Betrieb ermöglicht
die Fasermatte, daß der
Filterkörper
innerhalb des Gehäuses
geringfügige
Vibrationsbewegungen ausführen
kann, so daß im
Vergleich mit einer starren Einspannung des Filterkörpers geringere
mechanische Belastungen wirken.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsformen beschrieben, die
in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
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1 einen
schematischen Längsschnitt durch
einen Partikelfilter gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung; und
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2 einen
schematischen Längsschnitt durch
einen Partikelfilter gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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In 1 ist
schematisch ein Partikelfilter 10 gezeigt, der ein Gehäuse 12 aufweist.
Das Gehäuse 12 ist
Teil einer Abgasanlage eines (nicht gezeigten) Dieselmotors und
wird in der Richtung des Pfeils P von Abgas durchströmt. Die
Verwendung des Partikelfilters für
einen Dieselmotor ist nur ein Anwendungsbeispiel; der erfindungsgemäße Partikelfilter kann
auch bei anderen Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden.
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Im
Inneren des Gehäuses 12 ist
eine Hohlkammerstruktur 14 angeordnet, die aus einer Vielzahl
von miteinander versinterten, hohlen Metallkugeln besteht. Die Hohlkammerstruktur
hat eine hohlzylindrische Form und liegt mit ihrer Außenfläche an der
Innenseite des Gehäuses 12 an.
Zur Erleichterung der Herstellung und Montage der Hohlkammerstruktur 14 ist
diese zweiteilig in der Form von zwei identischen Halbschalen ausgeführt, die
zusammengesetzt einen Hohlzylinder ergeben. Daher ist es möglich, die
Hohlkammerstruktur auch zur Isolierung der Trichter am Einlaß und am
Auslaß des
Gehäuses zu
verwenden.
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An
der Innenseite des Hohlkammerstruktur 14 ist eine vergleichsweise
dünne Fasermatte 16 angeordnet,
innerhalb der wiederum ein Filterkörper 18 angeordnet
ist. Die Hohlkammerstruktur dient als Wärmeisolator und verhindert,
daß das
Gehäuse 12 vom
Filterkörper 18 auf
unzulässig
hohe Temperaturen aufgeheizt wird. Die Fasermatte 16 dient
als mechanischer Schutz für
den Filterkörper 18,
der aus Keramik besteht und empfindlich gegen lokale mechanische
Beanspruchungen ist.
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Die
Abmessungen der verschiedenen Bauteile sind so aufeinander abgestimmt,
daß die
Hohlkammerstruktur 14 fest, vorzugsweise mittels einer Preßpassung,
innerhalb des Gehäuses 12 gehalten ist
und daß der
Filterkörper 18,
zusammen mit der Fasermatte 16, fest innerhalb der Hohlkammerstruktur 14 gehalten
ist.
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Die
Hohlkammerstruktur 14 dient als Wärmeisolator und verhindert,
daß die
Wärme vom
Filterkörper 18 auf
das Gehäuse 12 übertragen
wird.
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In 2 ist
ein Partikelfilter gemäß einer zweiten
Ausführungsform
gezeigt. Für
die von der ersten Ausführungsform
bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und
es wird insofern auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Der
Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform
besteht darin, daß bei
der zweiten Ausführungsform
die Hohlkammerstruktur 14 außerhalb des Gehäuses angeordnet
ist. Sie ist ebenfalls als Hohlzylinder ausgeführt, hier jedoch einstückig. Dies
ermöglicht,
die Hohlkammerstruktur 14 mit einem Preßsitz auf der Außenseite
des Gehäuses 12 anzuordnen.
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Der
Filterkörper 18 ist
bei der zweiten Ausführungsform
zusammen mit der Fasermatte 16 unmittelbar in das Innere
des Gehäuses 12 eingesetzt. Auch
hier sind die Abmessungen der Bauteile so aufeinander abgestimmt,
daß der
Filterkörper 18 mit
einem Preßsitz
im Inneren des Gehäuses 12 gehalten ist.
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Auch
bei der zweiten Ausführungsform
wirkt die Hohlkammerstruktur 14 als Wärmeisolator. Sie gewährleistet,
daß das
Gehäuse 12 die
im Betrieb auftretende Wärme
nicht unmittelbar in die Umgebung abstrahlt und dadurch benachbarte
Bauteile in unerwünschter
Weise erwärmt.
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- 10
- Partikelfilter
- 12
- Gehäuse
- 14
- Hohlkammerstruktur
- 16
- Fasermatte
- 18
- Filterkörper