DE102005028606A1

DE102005028606A1 - Filtereinrichtung, insbesondere Partikelfilter für ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005028606A1
Application number: DE102005028606A
Authority: DE
Inventors: Werner Eisenbart
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2007-01-04

Abstract

Eine Filtereinrichtung, insbesondere ein Partikelfilter für ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine, filtert Partikel aus einem Gasstrom heraus. Sie umfasst eine Filterstruktur (20) mit einer Mehrzahl von Filtertaschen (28). Es wird vorgeschlagen, dass die Filtertaschen (28) ringförmig und zueinander konzentrisch sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Filtereinrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 101 28 936 A1 bekannt. Bei der dort gezeigten Filtereinrichtung handelt es sich um einen Partikelfilter für ein Abgassystem einer Diesel-Brennkraftmaschine. Die Filterwände bei der bekannten Filtereinrichtung sind aus Sintermetall hergestellt und so angeordnet, dass keilförmige Filtertaschen gebildet werden. Die spitz zulaufenden Keilkanten der Filtertaschen zeigen entgegen der Strömungsrichtung des Abgases, die in Strömungsrichtung gesehen hintere Schmalseite einer Filtertasche ist offen. Die Filtertaschen sind nebeneinander derart angeordnet, dass eine insgesamt rotationssymmetrische ringartige Filterstruktur gebildet wird. Im Betrieb tritt das Abgas durch die Seitenwände der Filtertaschen hindurch, wobei Rußpartikel zurückgehalten werden. Bekannt sind ferner Filterstrukturen, die durch Wickeln eines gefalteten Gewebes um einen Kern hergestellt sind, wodurch eine einzige spiralförmige Filtertasche entsteht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Filtereinrichtung der eingangsgenannten Art so weiterzubilden, dass sie einen geringen Strömungswiderstand bzw. Abgasgegendruck aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Filtereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben.

Vorteile der Erfindung

Durch die ringförmige Ausgestaltung der Filtertaschen und deren konzentrische Anordnung kann die Filterfläche gegenüber den bisher bekannten Filtereinrichtungen mit nebeneinander angeordneten Filtertaschen erhöht werden, bei gleichen Außenabmessungen der Filterstruktur. Hierdurch ergibt sich ein geringerer Abgasgegendruck bzw. ein verringerter Strömungswiderstand. Dies wiederum hat einen geringeren Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine zur Folge.

Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist die Reduzierung der Anzahl der Schweißstellen und die Vermeidung von „Schweißknoten", die zu einem verstärkten Spannungseintrag in die verschweißten Strukturen führen können (unter einem „Schweißknoten" versteht man beispielsweise das Verschweißen zweier Elemente an solchen Stellen, an denen diese bereits zuvor hergestellte Schweißnähte aufweisen). Ferner hat die Erfindung den Vorteil, dass eine vollkommen zylindrische und symmetrische Filterstruktur hergestellt werden kann, die in übliche zylindrische Gehäuse problemlos integriert werden kann, und dass kein Kern erforderlich ist, was ebenfalls die Filterfläche erhöht.

Besonders markant sind die genannten Vorteile bei keilringförmigen und an ihren offenen Enden miteinander verbundenen Filtertaschen. Von radial innen nach radial außen größer werdende Konuswinkel der Filterwände der Filtertaschen führt zu einer besseren Montierbarkeit der radial inneren Filtertaschen bei dennoch großer Filterfläche. Um ein axiales Verschieben einer Filtertasche gegenüber einer benachbarten Filtertasche zu verhindern, kann eine axiale Halteeinrichtung vorgesehen sein, die vorteilhafterweise, um thermische Spannungen in der Filterstruktur zu vermeiden, ein in axialer Richtung der Filterstruktur wirksames Federelement aufweist.

Um dennoch einen großen Strömungsquerschnitt auf der Ein- und Ausgangsseite der Filterstruktur gewährleisten zu können, sind speichenartige Haltearme der Filtereinrichtung vorteilhaft. Eine besonders zuverlässige Lagerung der einzelnen Filtertaschen bei gleichzeitig geringen Flächenkräften wird durch Halteausnehmungen in der Halteeinrichtung erreicht, die mit den Rändern der Filtertaschen formflüssig zusammen arbeiten.

Zeichnungen
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Filtereinrichtung, die eine Filterstruktur aufweist;
2 eine perspektivische Darstellung der Filterstruktur von 1;
3 eine perspektivische und geschnittene Darstellung einer Filtertasche der Filterstruktur von 2;
4 einen Längsschnitt durch die Filterstruktur von 2;
5 eine Ansicht von vorne auf die Filterstruktur von 2;
6 einen schematisierten Schnitt durch eine Halteeinrichtung der Filterstruktur von 2; und
7 eine Draufsicht auf einen Bereich der Halteeinrichtung von 6.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein Bereich einer Brennkraftmaschine 10 gezeigt. Abgase werden aus einem Motorblock 12 über ein Abgasrohr 14 abgeleitet. In letzterem ist eine Filtereinrichtung 16 angeordnet, welche Partikel, insbesondere Rußpartikel, aus dem im Abgasrohr 14 strömenden Abgas herausfiltert.
Die Filtereinrichtung 16 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 18, in dem eine im vorliegenden Ausführungsbeispiel rotationssymmetrische, insgesamt ebenfalls zylindrische Filterstruktur 20 angeordnet ist (vgl. auch 2). Eine in Strömungsrichtung (Pfeil 22) gesehen vordere Stirnseite der Filterstruktur 20 ist mit dem Bezugszeichen 24, eine in Strömungsrichtung 22 gesehen hintere Stirnseite der Filterstruktur 20 mit dem Bezugszeichen 26 versehen.
Der Aufbau der Filterstruktur 20 geht insbesondere aus den 2 bis 5 hervor: Danach ist die Filterstruktur 20 aus einer Mehrzahl von keilringförmig gebildeten und zueinander konzentrischen Filtertaschen 28 gebildet. Die in 2 gezeigte Filterstruktur 20 hat beispielhaft insgesamt sieben Filtertaschen 28, von denen in 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Eine derartige Filtertasche ist in 3 aufgeschnitten gezeichnet: Man erkennt, dass die Filtertasche 28 zwei kegelstumpfartig geformte rotationssymmetrische Filterwände 30 und 32 mit entgegengesetzter Konizität aber im wesentlichen gleichem Konuswinkel aufweist. Die beiden Filterwände 30 und 32 sind auf der in 3 linken Seite (geschlossenes Ende 33) miteinander durch eine umlaufende Schweißnaht 34 miteinander verschweißt. Ausgehend von der Schweißnaht 34 wird der Abstand zwischen den beiden Filterwänden 30 und 32 kontinuierlich größer. Das in 3 rechte Ende 35 der Filtertasche 28 ist offen. Benachbarte Filtertaschen 28 sind an ihrem offenen Ende 35 miteinander durch eine umlaufende Schweißnaht 37 verbunden.
Die Filterwände 30 und 32 sind aus einem gasdurchlässigen offenporigen Sintermetall hergestellt. Im Betrieb tritt Abgas (Pfeile 22 in 3) durch die Filterwände 30 und 32 hindurch, wodurch Partikel an der Oberfläche der Filterwände 30 und 32 abgeschieden werden.
Wie insbesondere aus den 4 und 5 hervorgeht, ist die in der Mitte liegende zentrische Filtertasche 28a als Spitzkegel ausgeführt. Sie weist eine einzige radial am weitesten innen liegende Filterwand 30a auf, die gegenüber einer Längssachse 36 der Filterstruktur einen Konuswinkel 2A hat, der größer ist als der Konuswinkel 2B der radial weiter außen liegenden Filterwände 30 und 32. In einem nichtdargestellten Ausführungsbeispiel wird dieser Winkel von radial innen nach radial außen kontinuierlich oder exponentiell kleiner.
Zur Halterung der Filterstruktur 20 am Gehäuse 18 ist die in den 6 und 7 gezeigte Halteeinrichtung 38 vorgesehen, von der eine an der vorderen Stirnseite 24 und eine andere (nicht gezeigte) an der hinteren Stirnseite 26 der Filterstruktur 20 angreift. Die Halteeinrichtung 38 umfasst vier kreuzförmig und speichenartig angeordnete Haltearme 40a bis 40d, die radial außen in 42 mit dem Gehäuse 18 verschweißt sind. Die vier Haltearme 40a bis 40d bilden auf diese Weise ein insgesamt einstückiges Haltekreuz.
Ungefähr in der Mitte eines Haltearms 40 ist, zur Filterstruktur 20 hin, ein bügelartiges Federelement 44 an dem jeweiligen Haltearm 40 befestigt. Auf der vom Haltearm 40 entgegengesetzten Seite eines Federelements 44 ist dieses mit einem inneren Haltearm verbunden (in 6 sind nur die beiden Haltearme 46a und 46c dargestellt). Diese bilden ebenfalls ein einstückiges, jedoch inneres, da zur Filterstruktur 20 hin gelegenes Haltekreuz. Die inneren Haltearme 46 weisen Halteausnehmungen auf, von denen in 6 nur eine mit dem Bezugszeichen 48 gekennzeichnet ist. In diese Halteausnehmungen 48 greifen die entsprechenden Ränder 33 der Filtertaschen 28 der Filterstruktur 20 formschlüssig ein.

Claims

Filtereinrichtung (16), insbesondere Partikelfilter für ein Abgassystem (14) einer Brennkraftmaschine (10), welche Partikel aus einem Gasstrom (27) herausfiltert, mit einer Filterstruktur (20) mit einer Mehrzahl von gasdurchlässigen Filtertaschen (22), dadurch gekennzeichnet, dass sie ringförmige und zueinander konzentrische Filtertaschen (28) aufweist.
Filtereinrichtung (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtertaschen (28) keilringförmig und an ihrem offenen Ende (35) miteinander verbunden, vorzugsweise verschweißt sind (37).
Filtereinrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine radial am weitesten innen liegende Filterwand (30a) einen Konuswinkel (A) aufweist, der gegenüber der Längsachse (36) der Filterstruktur (20) größer ist als der Konuswinkel (B) der radial weiter außen liegenden Filterwände (30, 32).
Filtereinrichtung (16) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittig im Zentrum angeordnete Filtertasche (28a) als Spitzkegel ausgebildet ist.
Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Filterwände gegenüber der Längsachse der Filterstruktur von radial innen nach radial außen kleiner wird.
Filtereinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mit einem Gehäuse (18) verbundene Halteeinrichtung (38) umfasst, die jede Filtertasche (28) axial haltert.
Filtereinrichtung (16) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (38) mindestens ein in axialer Richtung der Filterstruktur (20) wirksames Federelement (44) aufweist.
Filtereinrichtung (16) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (38) eine Mehrzahl speichenartiger Haltearme (40, 46) aufweist, die mit einer Stirnseite (24) der Filterstruktur (20) wirkverbunden sind.
Filtereinrichtung (16) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (38) Halteausnehmungen (48) aufweist, in die die Ränder (33) der Filtertaschen (28) formschlüssig eingreifen.