DE102005013449A1

DE102005013449A1 - Verfahren zum Herstellen eines Filterkörpers eines Partikelfilters, insbesondere für eine Abgasanlage eines Dieselmotors

Info

Publication number: DE102005013449A1
Application number: DE102005013449A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Effenberger; Wolfgang Maurischat; Klaus Prescha
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-09-28
Also published as: WO2006100134A1

Abstract

Ein Filterkörper eines Partikelfilters soll folgendermaßen hergestellt werden: DOLLAR A a. Positionieren eines Flächenmaterials (30) einer ersten Filterwand und eines Flächenmaterials (32) einer zweiten gegenüberliegenden Filterwand so, dass sie in mindestens einem Verbindungsbereich (56, 58) zueinander mindestens eng benachbart sind; DOLLAR A b. Aufbringen, insbesondere durch Tränken oder Beschichten der Flächenmaterialien (30, 32), eines aushärtbaren Materials (60) mindestens in dem Bereich (56, 58), in dem diese Flächenmaterialien (30, 32) eng benachbart sind; DOLLAR A c. Aushärten des Materials (60).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Filterkörpers eines Partikelfilters, insbesondere für eine Abgasanlage eines Dieselmotors, sowie einen Partikelfilter, insbesondere für eine Abgasanlage eines Dieselmotors, gemäß den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche.

Aus der DE 102 23 452 A1 ist ein Partikelfilter bekannt, welcher einen in einem Gehäuse angeordneten Filterkörper aufweist, der aus vom Abgas durchströmten Filtertaschen aufgebaut ist. Diese sind radial um eine Längsachse des Filterkörpers angeordnet, derart, dass sie jeweils paarweise zwischen sich einen sich keilförmig verjüngenden Filterraum bilden.

Aus der EP 1 256 369 A2 ist ein Partikelfilter bekannt, der aus einem spiralförmig gewickelten Körper mit zwei voneinander beabstandeten bahnförmigen Filterlagen besteht. Zwischen diesen befindet sich ein gewellter bahnförmiger Abstandshalter. Die Filterlagen sind abwechselnd stirnseitig geschlossen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen besonders preiswerten Partikelfilter zu schaffen und ein preiswertes Herstellungsverfahren für einen solchen Partikelfilter anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und einen Partikelfilter gemäß den nebengeordneten Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen.

Vorteile der Erfindung

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind keine oder zumindest nur noch wenige und einfache Schweißarbeiten erforderlich. Gerade das Verschweißen der im Allgemeinen sehr dünnen Filterwände ist jedoch besonders aufwändig und daher kostenintensiv.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn für die Flächenmaterialien eine durchbrochene Flächenstruktur, beispielsweise ein Siebdrahtgewebe verwendet wird, und wenn dieses dann beispielsweise durch Tauchen oder Besprühen mit einem Sintermetall beschichtet und das Ganze anschließend gesintert wird, oder wenn die einzelnen Bereiche durch Löten verbunden werden. Auf diese Weise wird, ohne jegliche Schweißarbeiten, ein einstückiger und insoweit äußerst dauerhafter Filterkörper geschaffen.

Ein solcher Filterkörper kann besonders preiswert in Form einer Spirale aus den Flächenmaterialien ausgebildet werden. Um die eng benachbarte beziehungsweise kontaktierende Positionierung in den Verbindungsbereichen sicherzustellen, eignet sich die erfindungsgemäß vorgesehene Umbördelung, die darüber hinaus während des Aufwickelvorgangs kontinuierlich hergestellt werden kann.

Ist das freie Volumen eines in Strömungsrichtung gesehen vor einer Filterwand liegenden Filterraums größer als das freie Volumen des in Strömungsrichtung gesehen hinter einer Filterwand liegenden Filterraums, wird, bei gleicher Baugröße, ein Partikelfilter geschaffen, der eine deutlich größere Menge an Rußpartikeln aufnehmen kann, bevor eine Entfernung der eingelagerten Rußpartikel durch eine Regenerierung erforderlich ist.

Zeichnungen
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische und teilweise geschnittene Darstellung durch einen Bereich einer Abgasanlage mit einem Partikelfilter, der einen Filterkörper umfasst,
2 eine schematische perspektivische Darstellung des Filterkörpers von 1;
3a bis 3d schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung des Filterkörpers von 2;
4 eine Darstellung ähnlich 3d einer zweiten Ausführungsform eines Filterkörpers; und
5 eine Darstellung ähnlich 3c einer dritten Ausführungsform eines Filterkörpers..
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Eine Abgasanlage für einen nicht gezeigten Dieselmotor trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst ein Abgasrohr 12, in dem ein zylindrischer Partikelfilter 14 angeordnet ist.
Der Partikelfilter 14 umfasst ein Gehäuse 16 und einen in diesem angeordneten Filterkörper 18. Letzterer wird im Betrieb der Abgasanlage 10 vom Abgas (Pfeile 20) durchströmt, wodurch Rußpartikel aus dem Abgas 20 abgeschieden werden. Der Filterkörper 18 hat insgesamt ebenfalls zylindrische Form mit einer stromaufwärtigen Stirnseite 22 und einer in 1 nur gestrichelt sichtbaren stromabwärtigen Stirnseite 24. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist der Filterkörper 18 aus einem, länglichen Bahnmaterial 26 durch Wickeln um eine Wickelachse 28 hergestellt. Das Verfahren zum Herstellen des Filterkörpers 18 wird nun unter Bezugnahme der 3a bis 3d im Detail erläutert:
In 3a ist das Bahnmaterial 26 in seinem Ausgangszustand vereinfacht und schematisch im Längsschnitt dargestellt. Es umfasst ein erstes und in 3a oberes Flächenmaterial 30 und ein zweites und in 3a unteres Flächenmaterial 32. Bei beiden Flächenmaterialien 30 und 32 handelt es sich um ein Siebdrahtgewebe, welches eine insgesamt durchbrochene Flächenstruktur darstellt. Das erste Flächenmaterial 30 weist einen in 3a linken und im Endzustand im Bereich der Stirnseite 22 sowie parallel zur Wickelachse 28 liegenden Randbereich 34, einen schräg in Richtung zum zweiten Flächenmaterial 32 verlaufenden Übergangsbereich 36, und einen sich im Endzustand bis zur stromabwärtigen Stirnseite 24 erstreckenden Filterbereich 38 auf.
Das zweite Flächenmaterial 32 entspricht dem ersten Flächenmaterial 30, jedoch um eine in 3a horizontale und eine vertikale Achse gespiegelt. Auf diese Weise ergibt sich ein im Endzustand zur stromabwärtigen Stirnseite 24 benachbarter Randbereich 40, ein sich an diesen anschließenden und vom ersten Flächenmaterial 30 weg führenden Übergangsbereich 42, und ein sich bis zur stromaufwärtigen Stirnseite 22 hin erstreckender Filterbereich 44. Der Filterbereich 38 des ersten Flächenmaterials 30 weist an seinem im Bereich der stromabwärtigen Stirnseite 24 gelegenen Ende einen Bördelumschlag 46 auf, in den der Randbereich 40 des zweiten Flächenmaterials 32 eingeschoben ist.
Das derart ausgestaltete Bahnmaterial 26 wird nun, entsprechend 3b, um die auch in 2 gezeigte Wickelachse 28 spiralförmig aufgewickelt. Hierdurch ergeben sich in 3b schematisch dargestellte übereinanderliegende Schichten a, b und c (zuerst entsteht Schicht c, dann Schicht b, und so weiter). Beim Aufwickeln um die Wickelachse 28 kommt der Filterbereich 44a des zweiten Flächenmaterials 32a der obersten Schicht a in Anlage an den Randbereich 34b des ersten Flächenmaterials 30b der darunter liegenden Schicht b. Die Länge des Filterbereichs 44a ist dabei so gewählt, dass dessen freier Rand 50a zunächst noch über den Randbereich 34b des ersten Flächenmaterials 30b der mittleren Schicht 48b übersteht.
Noch während des Wickelvorgangs wird mittels einer geeigneten und in 3b nur symbolisch als Gleitschiene 52 dargestellten Einrichtung der freie Rand 50a des Filterbereichs 44a des zweiten Flächenmaterials 32a um den Randbereich 34b des darunter liegenden ersten Flächenmaterials 30b umgebördelt (Bezugszeichen 54 in 3b). Nach dem Ende des Wickelvorgangs ist somit das zweite Flächenmaterial 32b auch im Bereich der stromaufwärtigen Stirnseite 22 mit dem ersten Flächenmaterial 30c durch einen Bördelumschlag 54 verbunden, so dass die entsprechenden Bereiche auch als Verbindungsbereiche 56 beziehungsweise 58 bezeichnet werden. Das erste Flächenmaterial 30 und das zweite Flächenmaterial 32 sind daher im Bereich der Bördelumschläge 46 und 54 zueinander eng benachbart beziehungsweise kontaktieren sich.
Der auf diese Weise aus dem Bahnmaterial 26 hergestellte Rohling wird nun, wie in 3c dargestellt ist, in ein flüssiges Sintermetall 60 getaucht und hierdurch beschichtet. Auf diese Weise werden auch die Verbindungsbereiche 56 und 58 mit den Bördelumschlägen 46 und 54 mit Sintermetall 60 gefüllt. Bei einem nachfolgenden Sinterprozess härtet das Sintermetall 60 aus, so dass sich, wie aus 3d hervorgeht, ein insgesamt einstückiger Filterkörper 18 ergibt.
Anstelle des eben beschriebenen Tauchvorgangs kann das Sintermetall 60 auch durch Besprühen, beispielsweise durch ein thermische Spritzverfahren wie Flammspritzen, aufgebracht werden. Außerdem kann anstelle flüssigem Sintermetall auch pulverförmiges Sintermetall verwendet werden. Ferner können auch bereits vorgesinterte Materialien eingesetzt werden, die dann zweitgesintert werden, oder es kann in die Bördelumschläge ein Lotmaterial eingelegt sein, welches dann bei einem nachfolgenden Hochtemperatur-Lötvorgang zuerst verflüssigt und dann wieder verfestigt wird.
Durch das Flächenmaterial 30 und 32 und das ausgehärtete Sintermetall 60 werden nun Filterwände 62 und 64 gebildet, die sich zumindest bereichsweise gegenüberliegen. Entsprechend dem gewählten Sintermetall 60 haben diese Filterwände 62 und 64 eine mikroporöse Struktur, durch die insbesondere Kohlenstoffpartikel, die im Abgasstrom (Pfeile 20 in 3d) vorhanden sind, zurückhält. Durch die wechselseitig im Bereich der stromaufwärtigen Stirnseite 22 beziehungsweise der stromabwärtigen Stirnseite 24 angeordneten Verbindungsbereiche 56 und 58 wird ein stromaufwärtiger Filterraum 66 und ein stromabwärtiger Filterraum 68 gebildet, die durch die mikroporösen Filterwände 62 und 64 voneinander getrennt sind.
In 4 ist eine abgeänderte Ausführungsform eines Filterkörpers 18 gezeigt. Dabei tragen hier und nachfolgend solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zur vorab beschriebenen Elementen und Bereichen aufweisen, die gleichen Bezugszeichen.
Darstellungsmäßig ist die 4 ähnlich zu 3d. Man erkennt, dass die schrägen Übergangsbereiche 36 und 42 der Filterwände 62 und 64 unterschiedlich hoch sind. Hierdurch ergibt sich, dass das Volumen des stromaufwärtigen Filterraums 66 deutlich größer ist als das Volumen des stromabwärtigen Filterraums 68. Dies hat Vorteile bezüglich des Sammelvermögens für Restasche, die nach einer Regenerierung des Partikelfilters 14 beziehungsweise des Filterkörpers 18 in diesem verbleibt.
Bei einem in 5 gezeigten Filterkörper 18 ist zwischen zwei gegenüber liegenden Filterwänden 62 und 64 ein wellenförmiger Abstandshalter 70 ("Spacer") angeordnet, der vor allem im Betrieb des Partikelfilters 14 dafür sorgt, dass die Filterwände 62 und 64 einen gewünschten Abstand beibehalten. Man erkennt in 5, dass ein Randabschnitt 72 des Abstandshalters 70 in die Bördelumschläge 46 und 54 integriert bzw. eingelegt, also im Verbindungsbereich 56, 58 angeordnet ist und zu den beiden Flächenmaterialien 30, 32 eng benachbart liegt. Auf diese Weise ist der Abstandshalter 70 im Verbindungsbereich 56, 58 durch das aushärtbare Material (hier nicht eingezeichnet) einstückig mit den Flächenmaterialien 30, 32 der beiden Filterwände 62, 64 verbunden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Filterkörpers (18) eines Partikelfilters (14), insbesondere für eine Abgasanlage (10) eines Dieselmotors, wobei der Filterkörper (18) mindestens einen Filterraum (66, 68) umfasst, welcher durch mindestens zwei wenigstens bereichsweise gegenüberliegende gasdurchlässige Filterwände (62, 64) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: a. Positionieren eines Flächenmaterials (30) einer ersten Filterwand (62) und eines Flächenmaterials (32) einer zweiten gegenüberliegenden Filterwand (64) so, dass sie in mindestens einem Verbindungsbereich (56, 58) zueinander mindestens eng benachbart sind; b. Aufbringen, insbesondere durch Tränken oder Beschichten der Flächenmaterialien (30, 32), eines aushärtbaren Materials (60) mindestens in dem Bereich (56, 58), in dem die Flächenmaterialien (30, 32) eng benachbart sind; c. Aushärten des Materials (60).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenmaterial (30, 32) einer Filterwand (62, 64) vor dem Schritt b in mindestens einem Verbindungsbereich (56, 58) von einem Abschnitt (38, 44) des Flächematerials (30, 32) der anderen Filterwand (62, 64) umbördelt wird (46, 54).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt b die Flächenmaterialien (30, 32) der beiden Filterwände (62, 64) spiralförmig aufgewickelt werden, und dass die Umbördelung (54) in mindestens einem Verbindungsbereich (56) während des Wickelvorgangs, insbesondere unter Verwendung mindestens eines Gleitblechs (52) und/oder einer Leitschiene, kontinuierlich hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich (40) des Flächenmaterials (32) der einen Filterwand (64) in einen vorab hergestellten Bördelumschlag (46) des Flächenmaterials (30) der anderen Filterwand (62) gesteckt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Flächenmaterial (30, 32) eine durchbrochene Flächenstruktur, insbesondere ein Siebdrahtgewebe verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c das Material gesintert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt b ein Abstandshalter (70), der wenigstens bereichsweise einen gewünschten Abstand zwischen zwei gegenüber liegenden Filterwänden (62, 64) sicherstellt, so positioniert wird, dass ein Randabschnitt (72) des Abstandshalters (70) ebenfalls im Verbindungsbereich (56, 58) und zu den beiden Flächenmaterialien (30, 32) eng benachbart liegt.
Partikelfilter (14), insbesondere für eine Abgasanlage (10) eines Dieselmotors, mit einem Filterkörper (18), der mindestens einen Filterraum (66, 68) umfasst, welcher durch mindestens zwei wenigstens bereichsweise gegenüberliegende gasdurchlässige Filterwände (62, 64) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenmaterial (30, 32) der einen Filterwand (60, 62) in mindestens einem Verbindungsbereich (56, 58) durch ein aushärtbares Material (60) einstückig mit dem Flächenmaterial (30, 32) der anderen Filterwand (62, 64) verbunden ist.
Partikelfilter (14) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenmaterial (30, 32) eine durchbrochene Flächenstruktur, insbesondere ein Siebdrahtgewebe umfasst, und dass das aushärtbare Material (60) ein Sintermetall umfasst.
Partikelfilter (12) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Volumen eines stromaufwärts von einer Filterwand (62, 64) liegenden Filterraums (66) größer ist als das freie Volumen eines stromabwärts von einer Filterwand (62, 64) liegenden Filterraums (68).
Partikelfilter (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Abstandshalter (70) umfasst, der wenigstens bereichsweise einen gewünschten Abstand zwischen zwei gegenüber liegenden Filterwänden (62, 64) sicherstellt und der einen Randabschnitt (72) aufweist, der im Verbindungsbereich (56, 58) durch das aushärtbare Material (60) einstückig mit den Flächenmaterialien (30, 32) der beiden Filterwände (62, 64) verbunden ist.
Partikelfilter (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zu seiner Herstellung ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 verwendet wird.