DE102005046051A1

DE102005046051A1 - Trägermaterial für Filtertaschen in Partikelfiltern

Info

Publication number: DE102005046051A1
Application number: DE102005046051A
Authority: DE
Inventors: Sascha Schumacher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2007-03-29

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Partikelfilter mit einer Anzahl von Filtertaschen (10) für Abgase von Verbrennungskraftmaschinen. Die Filtertaschen (10) weisen Filtertaschenflächen (28, 30) auf, die aus einem Sintermaterial (36) gefertigt sind, welches ein Trägermaterial (38) und sinterfähiges Material enthält. Das Trägermaterial (38) ist ein kaltgeformtes Blechmaterial mit Öffnungen (42) in Wabengitterform (40).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Trägermaterial für Filtertaschen von Partikelfiltern, insbesondere für Partikelfilter zur Reinigung von Abgasen selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen.

WO 02 102 494 A1 bezieht sich auf einen Partikelfilter für Abgase von Brennkraftmaschinen. Der Partikelfilter umfasst Filtertaschen, die vom Abgas durchströmte Filterflächen aus Sintermetall aufweisen und im Verbund miteinander einen Filterkörper bilden. Die Filtertaschen sind im Wesentlichen keilförmig ausgebildet und weisen ein stumpfes, die Taschenöffnung enthaltendes Keilende mit dreiecksförmigem Querschnitt sowie ein durch Zusammenlaufen der Taschenseitenwände gebildetes Ende auf. Die Filtertaschen weisen an ihrem stumpfen Keilende einen Scheitelwinkel von etwa 7° bei einem Verhältnis der Keilhöhe zur Keilrückenbreite von etwa 8 auf. In die aus WO 02 102 494 A1 bekannten Filtertaschen ist ein als Stütz- und/oder Gasführungseinlage und/oder Temperaturabsorber und/oder Träger einer katalytischen Beschichtung dienender Abstandshalter vorgesehen. Dieser Abstandshalter weist eine den Filterseitenwänden entsprechende Erstreckung auf und kann als eine gasundurchlässige Struktur beschaffen sein. Der Abstandshalter kann in einer Wellkontur ausgeführt sein mit durch die Wellung gebildeten Abstützungen für die Filterseitenwände. Die Wellen des Abstandshalters verlaufen im Wesentlichen in Längsrichtung der Filtertaschen.

EP 0 505 832 A1 bezieht sich auf einen Filter- oder Katalysatorkörper. Dieser dient zur Beseitigung von schädlichen Bestandteilen aus den Abgasen eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors. Der Filter- oder Katalysatorkörper ist mit wenigstens einer Gewebeeinlage aus Metalldrähten oder Metallfasern versehen. In die Maschen dieses Materials ist sinterfähiges Material in Pulver-, Körner-, Faserbruchstück- oder Spanform eingebracht und auf die Drähte bzw. Fasern aufgesintert. Das Trägergewebe für die Sintermaterialien ist als Körperdrahtgewebe ausgebildet, in dessen Maschen sinterfähiges Material eingebracht wird und mit den Drähten bzw. Fasern versintert ist.

Darstellung der Erfindung

Ausgehend vom oben skizzierten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die mechanische Festigkeit von Filtertaschen eines Partikelfilters zu verbessern.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, enthalten die durch den Abgasdruck des partikelbeladenen Abgases beaufschlagten Filterflächen einer Filtertasche als Trägermaterial ein Wabengitter. Das Wabengitter umfasst wabenförmige Öffnungen, die durch Stege voneinander getrennt sind. Die Stege aneinandergrenzender, wabenförmig ausgebildeter Öffnungen können in unterschiedlicher Stegbreite in Bezug auf die Längsrichtung und die Querrichtung des Wabengitters ausgeführt sein. Das Wabengitter kann als ein Blechstanzteil im Wege der Kaltumformung gefertigt werden. In die im Wabengitter ausgebildeten Öffnungen, die im Ausführungsbeispiel als Sechskantöffnungen beschaffen sind, wird das mit dem Trägermaterial zu versinternde Material der Filtertaschenfläche eingebracht. Das sinterfähige Material, welches in die wabenförmig konfigurierten Öffnungen des Trägermaterials eingebracht ist, findet aufgrund der Geometrie der wabenförmigen Öffnungen Halt in diesen, wobei anstelle der wabenförmigen Öffnungen (Sechseck) auch Rechtecke, Achtecke oder Quadrate oder andere Geometrien der Öffnungen im Trägermaterial denkbar sind.

Bevorzugt weist das als Trägermaterial für das sinterfähige Material dienende Wabengitter in Längsrichtung, d. h. in Strömungsrichtung des partikelbeladenen Abgases, Stege in einer ersten Stegbreite auf, welche die wabenförmigen Öffnungen, in Längsrichtung des Trägermaterials gesehen, voneinander trennen. In Bezug auf die Breitendimension des Trägermaterials liegen die Reihen von wabenförmigen Öffnungen in einer zweiten Stegbreite auseinander, die größer bemessen ist als die Teilung der wabenförmig konfigurierten Öffnungen in Längsrichtung des Trägermaterials gesehen.

Aufgrund der gewählten Geometrie ist einerseits sichergestellt, dass möglichst viel sinterfähiges Material pro Flächeneinheit in das Wabengitter eingebracht werden kann, andererseits ist durch die zweite Stegstärke, in der die einzelnen Reihen wabenförmiger Öffnungen nebeneinander liegen, sichergestellt, dass das Filterflächenmaterial eine hohe mechanische Festigkeit aufweist.

Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht einer Filtertasche eines Partikelfilters, insbesondere eines Dieselpartikelfilters für selbstzündende Verbrennungskraftmaschinen,
2 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäß vorgeschlagene Trägermaterial in Wabengitterform und
3 eine vergrößerte Darstellung zweier in Längsrichtung hintereinander liegender – in Strömungsrichtung des Abgases gesehen – wabenförmig konfigurierter Öffnungen.
Ausführungsbeispiele
1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Filtertasche eines Partikelfilters, insbesondere eines Dieselpartikelfilters, für selbstzündende Verbrennungskraftmaschinen.
Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass eine Filtertasche 10 von einem in Strömungsrichtung 16 strömenden Rohgas einer Anströmseite 12 angeströmt wird. Die die Filtertasche 10 passierenden Gase verlassen die Filtertasche 10 an einer Abströmseite 14. Die in 1 perspektivisch dargestellte Filtertasche 10 weist einen im Wesentlichen keilförmigen Querschnitt auf und verbreitert sich kontinuierlich, in Strömungsrichtung 16 des Rohgases gesehen, von der Anströmseite 12 zur Abströmseite 14. Die Filtertasche 10 umfasst einen Hohlraum 24, der im Wesentlichen einen dreieckförmigen Querschnitt 32 aufweist. Der dreieckförmige Querschnitt 32 des Hohlraums 24 der Filtertasche 10 wird durch eine erste Filtertaschenfläche 28 und eine zweite Filtertaschenfläche 30 sowie ein Filtertaschendach 22 begrenzt. Der Austrittsquerschnitt der Filtertasche 10 ist durch Bezugszeichen 34 gekennzeichnet.
Die in Strömungsrichtung 16 strömende Gasströmung durchtritt die erste Filtertaschenfläche 28 und die zweite Filtertaschenfläche 30 von der Außenseite zur Innenseite hin und strömt aus der Filtertasche 10 am Austrittsquerschnitt 34 aus, wobei die Partikel der partikelbeladenen Gasströmung sich in der ersten Filtertaschenfläche 28 bzw. der zweiten Filtertaschenfläche 30 anlagern und dort zurückgehalten werden.
Die Filtertasche 10 wird im Allgemeinen aus einem Sintermetallsheet aus Sintermaterial 36 gefertigt. Die Filtertasche 10 weist an ihrem spitz zulaufenden Ende an der Unterseite eine erste Naht 18 auf, an der die erste Filtertaschenfläche 28 und die zweite Filtertaschenfläche 30 miteinander stoffschlüssig verbunden sind. Ferner sind die beiden Filtertaschenflächen 28 bzw. 30 gemäß der Darstellung in 1 an der Anströmseite 12 durch eine zweite Naht 20, die in Bezug auf die Filtertasche 10 hochkant verläuft, stoffschlüssig miteinander verbunden. Die erste Naht 18 und die zweite Naht 20 werden bevorzugt als Schweißnähte hergestellt, wodurch eine besonders sichere Verbindung der ersten Filtertaschenfläche 28 mit der zweiten Filtertaschenhälfte 30 erreicht werden kann.
2 zeigt die Draufsicht auf ein z. B. gestanztes Wabengitter, welches als Trägermaterial für das sinterfähige Material dient.
Aus der Darstellung gemäß 2 geht die Ansicht eines Trägermaterials 38 in Wabengitterform 40 hervor. Das Trägermaterial 38 nimmt das sinterfähige Material auf, welches in der Darstellung gemäß 2 nicht dargestellt ist. Beim Versintern des Trägermaterials 38 mit sinterfähigem Material entsteht eine Sintermaterialschicht 36, aus der die erste Filtertaschenfläche 28 und die zweite Filtertaschenfläche 30 der Filtertasche 10 gemäß der Darstellung in 1 gefertigt sind.
In der Darstellung gemäß 2 ist das Trägermaterial flächig wiedergegeben. In X-Richtung erstrecken sich nebeneinander liegende Reihen 54 von Öffnungen 42 in Wabenform. In den einzelnen, in X-Richtung nebeneinander verlaufenden Reihen 54 sind die Öffnungen 42 versetzt zueinander angeordnet. In X-Richtung gesehen, sind die Öffnungen 42 in Wabenform jeweils durch einen zweiten Steg 50 getrennt. Die einzelnen Reihen 54 von Öffnungen 42 sind durch erste Stege 44 voneinander getrennt. In Y-Richtung des Trägermaterials 38 gesehen, ist im Trägermaterial 38 eine größere Stegbreite der ersten Stege 44 ausgebildet, während in X-Richtung des Trägermaterials 38 die Breite der zweiten Stege 50 erheblich geringer ist. Dadurch wird in Y-Richtung des Trägermaterials 38 eine größere mechanische Festigkeit erreicht.
Der Darstellung gemäß 3 sind wabenförmig konfigurierte Öffnungen in einem vergrößerten Maßstab zu entnehmen. Die in 3 dargestellten beiden Öffnungen 42 sind in X-Richtung gesehen durch den zweiten Steg 50 getrennt. Die Breite 52 des zweiten Steges 50 liegt in der Größenordnung von etwa 0,3 mm, während die Stegbreite 46 der ersten Stege 44, durch welche die Reihen 54 von Öffnungen 42 in Wabenform voneinander getrennt sind, etwa das Doppelte beträgt.
Der Durchmesser der im Ausführungsbeispiel gemäß 3 vergrößert dargestellten Öffnungen 42 in Wabenform ist durch Bezugszeichen 48 gekennzeichnet und liegt in der Größenordnung zwischen 1,5 und 3 mm, bevorzugt 2 mm.
In die in 3 vergrößert dargestellten, wabenförmig ausgebildeten Öffnungen 42 wird das sinterfähige Material eingebracht, welches zusammen mit dem Trägermaterial 38, welches z. B. als ein kaltgeformtes Stanzblech ausgebildet sein kann, einer Sinterbehandlung unterzogen wird. Während der Sinterbehandlung versintert das sinterfähige Material in den wabenförmigen Öffnungen 42 des Trägermaterials 38 und bildet dadurch ein flächiges Sintermetallsheet. Die in 2 dargestellte Wabengitterform 40 des Trägermaterials 38 kann aus Blech gestanzt werden oder aus einem Material wie V2A-Stahl oder dergleichen gestanzt werden. Neben der Ausbildung der Öffnungen 42 in Wabenform können diese auch als Rechtecke, Quadrate, Achtecke oder Vielecke gefertigt werden. Hinsichtlich der mechanischen Festigkeit des Trägermaterials wird eine ausgezeichnete Festigkeit dann erreicht, wenn die Öffnungen 42 in Wabenform 40 ausgebildet sind.
Mit dem in den 2 und 3 dargestellten Trägermaterial 38, in welches wabenförmige Öffnungen 42, z. B. im Wege des Stanzverfahrens, erzeugt werden, lässt sich ein thermomechanisch stabilerer Aufbau einer Filtertasche 10 erzielen. Dies hat seine Ursache darin, dass das Trägermaterial 38 nicht durch die Bearbeitung vorgeschädigt ist, da eine Kaltumformung, z. B. im Wege des Stanzens, erfolgt, bei der das Trägermaterial 38 keinen Temperaturschwankungen unterworfen ist.

Claims

Partikelfilter für Abgase von Verbrennungskraftmaschinen mit einer Anzahl von Filtertaschen (10), die Filtertaschenflächen zu (28, 30) aufweisen, die aus einem Sintermaterial (36) gefertigt sind, welches ein Trägermaterial (38) und sinterfähiges Material enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (38) ein Blechmaterial mit Öffnungen (42) in Wabengitterform (40) ist.
Partikelfilter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (42) in das Trägermaterial (38) eingestanzt sind.
Partikelfilter gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (42) in Form von Reihen (54) in das Trägermaterial (38) eingestanzt sind.
Partikelfilter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (42) in Y-Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung (16) der Abgase durch Stege (44) getrennt sind, die eine erste Stegbreite (46) aufweisen.
Partikelfilter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (42) in X-Richtung, welche der Strömungsrichtung (16) der Abgase entspricht, durch zweite Stege (50) getrennt sind, die eine zweite Stegbreite (52) aufweisen.
Partikelfilter gemäß der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stegbreite (46) die zweite Stegbreite (52) übersteigt.
Partikelfilter gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stegbreite (52) zwischen 0,1 und 0,4 mm liegt und bevorzugt 0,3 mm beträgt.
Partikelfilter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (38) ein kaltverformtes Blechmaterial ist.
Partikelfilter gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (38) ein kaltgewalztes Blechmaterial ist.
Partikelfilter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (38) ein V2A-Stahl ist.