DE102005035593A1

DE102005035593A1 - Filtereinrichtung, insbesondere Partikelfilter für ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005035593A1
Application number: DE102005035593A
Authority: DE
Inventors: Martin Eggenmueller; Thomas Hauber; Markus Wolff; Siegbert Griesinger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2007-02-08

Abstract

Eine Filtereinrichtung, insbesondere ein Partikelfilter für ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine, filtert Partikel aus einem Gasstrom heraus. Sie umfasst ein Gehäuse und eine Filterstruktur mit einer Mehrzahl keilförmiger Filtertaschen (22). Es wird vorgeschlagen, dass alle Filtertaschen (22) als Ganzes und wenigstens bereichsweise um mindestens eine Krümmungsachse (38) gekrümmt 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.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Filtereinrichtung der eingangsgenannten Art so weiterzubilden, dass sie eine verbesserte thermomechanische Stabilität 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 wenigstens bereichsweise als Ganzes quer zur Längsachse gekrümmte Filtertasche wird deren Steifigkeit in Längsrichtung erhöht, ohne das zusätzliche Elemente erforderlich sind. Daher kann die erfindungsgemäße Filtereinrichtung den im Betrieb auftretenden Schwingungen besser Stand halten, so dass sie eine verlängerte Lebensdauer aufweist. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Krümmung einer zwischen einander gegenüber liegenden Seitenwänden einer Filtertasche liegenden Mittelebene bewirkt werden. Dabei ist es am einfachsten, wenn die Krümmung nur zu einem Ende, vorzugsweise zum geschlossenen Ende hin vorhanden ist.

Wiederum eine höhere Steifigkeit über die gesamte Axiallänge der Filtertasche wird jedoch erreicht, wenn eine Krümmung vom einen axialen, offenen Ende bis zum anderen axialen, geschlossenen Ende vorhanden ist. Auch komplexe Formen mit mehreren Krümmungsachsen, die zueinander in einem Winkel stehen und/oder auf entgegengesetzten Seiten der Filtertasche angeordnet sind, sind möglich, was den Freiheitsgrad bei der Auslegung der Filterstruktur erhöht. Durch entsprechende komplexe Formen wird auch eine gewisse Elastizität in der Querrichtung der Filtertasche realisiert, was das Entstehen thermischer Spannungen reduziert.

Dabei versteht sich, dass die oben angesprochene Krümmung einer Seitenwand der Filtertasche auch mit bereits bisher bekannten Mitteln zur Steifigkeitserhöhung verknüpft werden kann. Hierzu gehören sowohl im Inneren einer Filtertasche als auch am Rand der Filtertasche vorhandene Stützelemente (Saumband).

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 wiederum eine Filterstruktur aufweist;
2 eine perspektivische Darstellung der Filterstruktur von 1;
3 eine perspektivische Darstellung einer Filtertasche der Filterstruktur von 2;
4 eine perspektivische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Filtertasche;
5 eine perspektivische Darstellung einer nochmals alternativen Ausführungsform einer Filtertasche;
6 eine perspektivische Darstellung einer nochmals alternativen Ausführungsform einer Filtertasche;
7 eine perspektivische Darstellung einer nochmals alternativen Ausführungsform einer Filtertasche;
8 eine perspektivische Darstellung einer nochmals alternativen Ausführungsform einer Filtertasche; und
9 eine perspektivische Darstellung einer nochmals alternativen Ausführungsform einer Filtertasche.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein Bereich einer Brennkraftmaschine 10 gezeigt. Abgase werden aus einem einen Motorblock 12 über ein Abgasrohr 14 abgeleitet. In letzterem ist eine Filtereinrichtung 16 angeordnet, welche 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). Diese umfasst eine Vielzahl von keilförmigen Filtertaschen 22, von denen eine vergrößert in 3 gezeigt ist.
Jede der keilförmigen Filtertaschen 22 weist zwei seitliche Filterwände 24 und 26 auf. Die in Strömungsrichtung 27 gesehen vorderen Ränder der Filterwände 24 und 26 einer Filtertasche 22 sind miteinander verbunden, wohingegen die in Strömungsrichtung 27 hinteren Ränder einer Filtertasche 22 voneinander beabstandet sind (das vordere Ende einer Filtertasche 22 ist mit 28, das hintere mit 30 bezeichnet). Hierdurch ergibt sich die Keilform der Filtertaschen 22. Nach radial außen sind die Filtertaschen 22 durch insgesamt dreieckige Filterwandabschnitte 32 verschlossen, nach radial innen sind die Seitenwände 24 und 26 direkt miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt (Bezugszeichen 33).
Die Filtertaschen 22 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel ringförmig um einen zentrischen kanalartigen Strömungsraum 34 angeordnet und zueinander abgedichtet. Dieser ist an seinem in seinem in Strömungsrichtung 27 gesehen hinteren Ende durch eine nicht dargestellte Dichtplatte verschlossen. Gegenüber dem Gehäuse 18 ist die Filterstruktur 20 ebenfalls im Bereich ihres in hinteren Endes 30 durch nicht näher gezeigte Dichteinrichtungen abgedichtet.
Die die Filtertaschen 22 und letztlich die Filterstruktur 20 bildenden Filterwände 24, 26 und 32 sind auf Sintermetallbasis hergestellt. Dabei handelt es sich um eine offenporige und gasdurchlässige Struktur, welche Rußpartikel aus dem Gasstrom herausfiltert, wenn dieser durch die Filterwände 24, 26 und 32 hindurchtritt. Der gereinigte Gasstrom verlässt die Filtertaschen 22 über deren hinteres und offenes Ende 30.
Wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist, sind die Filterwände 24 und 26 im Bereich des vorderen Endes 28 um eine zu einer Längsachse 36 der Filterstruktur 20 bzw. der Filtertasche 22 parallele Achse 38 gekrümmt. Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Krümmungsradius R quer zur Längsachse 36, also von der radial äußeren Filterwand 32 zum radial inneren Rand 33 einer Filtertasche 22, konstant. In einem nichtgezeigten Ausführungsbeispiel ist der Krümmungsradius R quer zur Längsachse einer Filtertasche veränderlich, vorzugsweise ist er radial innen größer als radial außen. Denkbar ist auch eine Wechsel der Krümmungsrichtung. Wie aus 3 ferner hervorgeht, wird der Krümmungsradius zum hinteren Ende 30 hin immer größer derart, dass an diesem hinteren Ende 30 die Filtertasche 22 quer zur Längsachse 36 nicht mehr gekrümmt ist (Krümmungsradius unendlich).
Die dreidimensionale Krümmungsgeometrie der Filtertasche 22 wird in 3 zusätzlich durch die strichpunktierte Darstellung einer Mittelebene 40 deutlich gemacht: Diese Mittelebene 40 liegt mittig zwischen den Filterwänden 24 und 26. Man erkennt, dass diese Mittelebene 40 am hinteren Ende 30 der Filtertasche 22 gerade, am vorderen Ende 28 der Filtertasche 22 dagegen gekrümmt ist.
Eine alternative Ausführungsform einer Filtertasche 22 zeigt 4. Dabei gilt hier und nachfolgend, dass solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Elementen und Bereichen vorab beschriebener Ausführungsbeispiele aufweisen, die gleichen Bezugszeichen tragen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert.
Bei der in 4 gezeigten Filtertasche 22 gehen die beiden Filterwände 24 und 26 radial außen kontinuierlich ineinander über. Die Außenseite 32 ist also abgerundet. Im Inneren der Filtertasche 22 ist darüber hinaus ein Stützelement bzw. Abstandshalter 42 angeordnet, welches durch ein zickzackförmig gebogenes Blech gebildet wird. Durch dieses Stützelement 42 werden zum einen die beiden Filterwände 24 und 26 in einem bestimmten Abstand voneinander gehalten und zum anderen wird hierdurch die Gesamtsteifigkeit der Filtertasche 22 erhöht.
Eine nochmals geänderte Ausführungsform zeigt 5: Dort ist die Filtertasche 22 nicht nur an ihrem in Strömungsrichtung 27 gesehen vorderen Ende 28, sondern auch am hinteren Ende 30 um eine in der Figur nichtdargestellte Krümmungsachse gekrümmt, die parallel zur Längsachse 36 der Filtertasche 22 verläuft. Darüber hinaus sind an den Rändern der Filtertasche 22 Stützelemente in Form von Saumbändern 44 angebracht, die zum einen die Steifigkeit der Filtertasche 22 erhöhen, zum anderen aber auch die Verschweißbarkeit in diesen Bereichen verbessern.
Bei der in 6 gezeigten Filtertasche 22 ist die Krümmungsachse 38 nicht parallel zur Längsachse 36, sondern gegenüber dieser schräg angeordnet, derart, dass am in Strömungsrichtung 27 gesehen hinteren offenen Ende 30 die Filtertasche 22 als Ganzes keine Krümmung aufweist, am vorderen geschlossenen Ende 28 dagegen der zur Außenseite 32 benachbarte Bereich der Filtertasche 22 als Ganzes gekrümmt, zum radial inneren Rand 33 hin jedoch gerade ist.
Die in 7 gezeigte Filtertasche 22 wiederum ist an ihrem offenen Ende 30 insgesamt gerade, zum geschlossenen Ende 28 hin dagegen wellenförmig gekrümmt mit drei zueinander in einem Winkel stehenden und abwechselnd auf entgegengesetzten Seiten der Filtertasche 22 angeordneten Krümmungsachsen 38a, 38b, und 38c.
Aus 8 ergibt sich eine Filtertasche 22, die am offenen Ende 30 gleich gekrümmt ist wie am geschlossenen Ende 28, jedoch um zwei zueinander im Wesentlichen parallele Krümmungsachsen 38a und 38b, die auf entgegengesetzten Seiten der Filtertasche 22 liegen.
Ähnlich hierzu ist die Filtertasche 22 von 9, bei der jedoch insgesamt vier Krümmungsachsen 38a, 38b, 38c, und 38d vorgesehen sind, die abwechselnd auf unterschiedlichen Seiten der Filtertasche 22 liegen und die zueinander nicht parallel sind.

Claims

Filtereinrichtung (16), insbesondere Partikelfilter für ein Abgassystem (14) einer Brennkraftmaschine (10), welche Partikel aus einem Gasstrom (27) herausfiltert, mit einem Gehäuse (18), und mit einer Filterstruktur (20) mit einer Mehrzahl keilförmiger Filtertaschen (22), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Filtertasche (22), vorzugsweise alle Filtertaschen (22) als Ganzes und wenigstens bereichsweise quer zu einer Längsachse (36) gekrümmt ist bzw. sind.
Filtereinrichtung (16) nach Anspruch 1, dass die Filtertasche (20) ein geschlossenes Ende (28) aufweist und sie an diesem nicht gekrümmt ist.
Filtereinrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtertasche (22) ein offenes Ende (30) aufweist und sie an diesem nicht gekrümmt ist.
Filtereinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung (R) wenigstens bereichsweise in einer Richtung quer zur Längsachse (36) konstant ist.
Filtereinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung vom geschlossenen Ende (28) zum offenen Ende (30) einer Filtertasche (22) hin abnimmt.
Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Krümmungsachse (38) wenigstens in etwa parallel zu einer Längsachse (36) der Filtertasche (22) ist.
Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Krümmungsachsen (38a, 38b) aufweist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Krümmungsachsen (38a, 38b) in einem Winkel zueinander stehen und/oder auf unterschiedlichen Seiten der Filtertasche (22) angeordnet sind.
Filtereinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der Filtertasche (22) ein Stützelement (42) angeordnet ist.
Filtertasche (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Rand der Filtertasche (22) ein Stützelement (44) angebracht ist.