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Die
Erfindung betrifft ein Partikelfilterelement nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Derartige
Partikelfilterelemente dienen der Verminderung der Partikelemission
insbesondere von Dieselmotoren. Sie sind üblicherweise in einem Filtergehäuse montiert
und enthalten wenigstens ein Filterplattenelement, einen Anströmbereich
für einen zu
reinigenden Abgasstrom und einen Abströmbereich für einen gereinigten Abgasstrom.
Die mehreren Filterplattenelemente sind zu einem Filterblock verschweißt. Eine
solche Partikelfilteranordnung ist zum Beispiel aus der
DE 101 06 769 bekannt.
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Zur
Vergrößerung der
stromaufwärtigen Oberfläche der
Filterplattenelemente, an welcher die Partikel aus dem Abgasstrom
abgeschieden werden sollen, können
die stromaufwärtigen
Seiten der Filterplattenelemente zum Beispiel mit Vorsprüngen oder
erhabenen Prägungen
versehen werden. Filterplattenelemente mit Vorsprüngen sind
in der
DE 10 2004
042 730 A1 beschrieben, geprägte Filterplattenelemente offenbart
zum Beispiel die
DE
102 06 769 A1 .
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Des
Weiteren verwendet die Anmelderin bereits seit einiger Zeit Filterplattenelemente
mit wellenförmigen
erhabenen Prägungen
sowohl auf der stromaufwärtigen
als auch der stromabwärtigen
Seite. Durch das spezielle Prägemuster
im Bereich des den inneren Abströmbereich
bildenden Innenlochs und die relativ steife ringförmige Prägung des
Innenlochs entsteht auf der stromabwärtigen Seite der Filterplattenelemente
zum Innenloch hin eine Engstelle im Auslassspalt des gereinigten
Abgasstroms, die zu höheren
Strömungsgeschwindigkeiten
und damit zu erhöhten
Differenzdruckanteilen führt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Partikelfilterelement
der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, dass die Strömungsgeschwindigkeit
im Abströmbereich
verringert werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Partikelfilterelement mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der abhängigen
Ansprüche.
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Das
erfindungsgemäße Partikelfilterelement, insbesondere
für ein
Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, weist wenigstens
ein Filterplattenelement, einen Anströmbereich für einen zu reinigenden Abgasstrom
und einen Abströmbereich für einen
gereinigten Abgasstrom auf, wobei die stromaufwärtigen Seiten der Filterplattenelemente mit
dem Anströmbereich
und ihre stromabwärtigen Seiten
mit dem Abströmbereich
verbunden sind, und die stromaufwärtigen Seiten der Filterplattenelemente
mit Vorsprüngen
versehen sind, und es ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die
Vorsprünge
der stromaufwärtigen
Seiten der Filterplattenelemente bis zu dem Abströmbereich
des Partikelfilterelements hin erstrecken.
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Aufgrund
der sich bis zu dem Abströmbereich
des Partikelfilterelements erstreckenden Vorsprünge der stromaufwärtigen Seiten
der Filterplattenelemente entsteht ein nahtloser Übergang
bis an die abströmseitige
Kante der Filterplattenelemente. Hierdurch entstehen deutlich größere Querschnitte auf
den stromabwärtigen
Seiten der Filterplattenelemente am Übergang zum Abströmbereich,
sodass die Strömungsgeschwindigkeit
im Auslassspalt und damit der Differenzdruck vermindert werden können. Außerdem wird
die Steifigkeit der Filterplattenelemente durch den möglichen
Wegfall der Kantenprägung
zum Abströmbereich
in diesem Bereich verringert, sodass bei Montage und Anwendung des
Partikelfilterelements das Problem eines „Höhenaufbaus" bzw. die Gefahr einer zusätzlichen
Verkleinerung des Auslassspalts vermieden oder zumindest deutlich
reduziert wird.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Anströmbereich außerhalb der Filterplattenelemente angeordnet,
und der Abströmbereich
ist innerhalb der Filterplattenelemente ausgebildet, sodass der Abgasstrom
die Filterplattenelemente von außen nach innen durchströmt. Alternativ
ist der Anströmbereich
innerhalb der Filterplattenelemente ausgebildet und der Abströmbereich
außerhalb
der Filterplattenelemente angeordnet, sodass der Abgasstrom die Filterplattenelemente
von innen nach außen
durchströmt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der innerhalb der
Filterplattenelemente ausgebildete Abströmbereich bzw. Anströmbereich
mittig oder exzentrisch ausgebildet und verläuft parallel zur Stapelrichtung
der Filterplattenelemente.
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In
einer besonderen Ausführungsform
sind die Vorsprünge
der stromaufwärtigen
Seiten der Filterplattenelemente in der Ausrichtung der Filterplattenelemente
wellenlinienförmig
ausgebildet, und auch die stromabwärtigen Seiten der Filter plattenelemente
sind mit wellenlinienförmigen
Vorsprüngen versehen,
die zu den Vorsprüngen
der stromaufwärtigen
Seiten der Filterplattenelemente versetzt angeordnet sind, wobei
die Vorsprünge
der stromaufwärtigen
Seiten und/oder die Vorsprünge
der stromabwärtigen
Seiten der Filterplattenelemente bevorzugt als erhabene Prägungen ausgebildet
sind.
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Die
Filterplattenelemente sind vorzugsweise aus einem porösen Sintermetall
gebildet.
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Obige
sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der
nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten, nicht-einschränkenden
Ausführungsbeispiels
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
besser verständlich.
Darin zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung einer
Brennkraftmaschine mit einem Partikelfilterelement der Erfindung;
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2 eine
ausschnittweise Draufsicht eines Filterplattenelements herkömmlicher
Bauart; und
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3 eine
ausschnittweise Draufsicht eines Filterplattenelements gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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1 zeigt
in stark schematisierter Darstellung eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 für eine Brennkraftmaschine
(nicht dargestellt), insbesondere einen Dieselmotor eines Nutzfahrzeugs.
Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 12,
in das ein Abgaszuführkanal 14 von
der (nicht dargestellten Brennkraftmaschine) mündet und aus dem ein Abgasabführkanal 16 führt. Der
Strömungsweg
des Abgases durch die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 ist
durch Pfeile in 1 angedeutet.
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In
dem Gehäuse 12 der
Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 ist ein Partikelfilterelement 18 angeordnet,
durch das Partikel aus dem durch die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 strömenden Abgasstrom
abgeschieden werden sollen. Wahlweise können in dem Gehäuse 12 auch
noch weitere Abgasnachbehandlungselemente wie Katalysatoren und
dergleichen stromauf und/oder stromab des Partikelfilterelements 18 angeordnet
sein; diese können jedoch
auch in separaten Gehäusen
stromauf und/oder stromab der in 1 gezeigten
Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 vorgesehen sein.
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Das
Partikelfilterelement 18 besteht aus einer Vielzahl von
miteinander verschweißten
Filterplattenelementen 20 und entsprechenden Zwischenräumen 22 zwischen
ihnen, die in Stapelrichtung zwischen Halteelementen 24 als
Filterblock gehalten sind. Über
diese Halteelemente 24 ist das Partikelfilterelement 18 auch
in dem Gehäuse 12 der
Abgasnachbehandlungsvorrichtung montiert.
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Weiter
weist das Partikelfilterelement 18 einen Anströmbereich 26,
der in dem Ausführungsbeispiel
von 1 außerhalb
der Filterplattenelemente 20 angeordnet ist, und einen
Abströmbereich 28,
der in dem Ausführungsbeispiel
von 1 innerhalb der Filterplattenelemente 20 ausgebildet
ist, auf. Die stromaufwärtigen
Seiten der Filterplattenelemente 20 stehen mit dem Anströmbereich 26 in
Fluidverbindung, welcher wiederum mit dem Abgaszuführkanal 14 in
Fluidverbindung steht; und die stromabwärtigen Seiten der Filterplattenelemente 20 stehen
mit dem Abströmbereich 28 in
Fluidverbindung, der wiederum mit dem Abgasabführkanal 16 in Fluidverbindung steht.
Die zu reinigenden Abgase strömen
aus dem Abgaszuführkanal 14 in
den Anströmbereich 26 des Partikelfilterelements 18 und
von dort in die stromaufwärtigen
Zwischenräume 22 zwischen
den Filterplattenelementen 20. Der Abgasstrom durchdringt
die Filterplattenelemente 20, die zum Beispiel aus einem porösen Sintermetall
gebildet sind, wodurch Rußpartikel
auf den stromaufwärtigen
Seiten der Filterplattenelemente 20 abgeschieden werden.
Dann strömt das
Abgas von den stromabwärtigen
Zwischenräumen 22 zwischen
den Filterplattenelementen 20 in den inneren Abströmbereich 28 und
von dort weiter in den Abgasabführkanal 16.
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Der
Grundaufbau des Partikelfilterelements 18 ist aber nicht
nur auf den in 1 dargestellten mit dem äußeren Anströmbereich 26 und
dem inneren Abströmbereich 28 beschränkt. Es
ist ebenso möglich,
einen quasi umgekehrten Aufbau mit einem außerhalb der Filterplattenelemente 20 angeordneten
Abströmbereich
und einem innerhalb der Filterplattenelemente 20 ausgebildeten
Anströmbereich vorzusehen
und damit die Abgasströmungsrichtung durch
das Partikelfilterelement 18 umzukehren. Weiter ist der
Abströmbereich 28 bei
dem in 1 dargestellten Partikelfilterelement 18 exzentrisch
ausgebildet, weshalb der Anströmbereich 26 auch
nicht über den
gesamten Außenumfang
des Partikelfilterelements 18 verteilt ist. Es ist aber
ebenso möglich,
den Abströmbereich 28 mittig
in den Filterplattenelementen 20 auszubilden und den Anströmbereich über den
gesamten Außenumfang
der Filterplattenelemente 20 anzuordnen. Gleiches gilt
natürlich
analog auch für
die erwähnte
mögliche
Umkehr von Anström-
und Abströmbereich.
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Der
genaue Aufbau der Filterplattenelemente 20 wird nun näher anhand
der 2 und 3 erläutert. Zum besseren Verständnis der
vorliegenden Erfindung wird dabei zunächst unter Bezugnahme auf 2 ein
herkömmliches
Filterplattenelement 20 beschrieben. Beide 2 und 3 zeigen
jeweils den hier besonders interessierenden Bereich des inneren
Abströmbereichs 28 des
Partikelfilterelements 18 in Draufsicht auf die stromaufwärtige Seite.
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Das
in 2 dargestellt Filterplattenelement 20 ist
von einer Außenprägung 30 umfasst,
an welcher die Filterplattenelemente 20 an ihren stromabwärtigen Seiten
miteinander verschweißt
werden können.
Der kreisförmige
Abströmbereich 28 im
Innern der Filterplattenelemente 20 ist von einer ringförmigen Innenprägung 32 umfasst,
mit welcher die Filterplattenelemente 20 an ihren stromaufwärtigen Seiten
miteinander verschweißt
werden können. Hierdurch
bilden sich stromaufwärtige
und stromabwärtige
Filtertaschen zwischen den Filterplattenelementen 20.
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Auf
der gesamten stromaufwärtigen
Seite ist das Filterplattenelement 20 mit Vorsprüngen 34 in der
Form von erhabenen Prägungen
(aus der Zeichnungsebene heraus) versehen, die in der Ausrichtung
des Filterplattenelements, d.h. einer Ebene parallel zum Filterplattenelement
wellenlinienförmig
ausgebildet sind. Versetzt zu diesen Vorsprüngen 34 auf der stromaufwärtigen Seite
sind auch auf der stromabwärtigen
Seite des Filterplattenelements 20 Vorsprünge 36 in
der Form von erhabenen Prägungen (in
die Zeichnungsebene hinein) wellenlinienförmig ausgebildet. Aufgrund
dieser Prägungen 34, 36 ist die
stromaufwärtige
Oberfläche
der Filterplattenelemente 20 vergrößert.
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Durch
das spezielle Muster der Prägungen 34, 36 und
die Innenprägung 34 um
den Abströmbereich 28 stellt
bei diesem herkömmlichen
Filterplattenelement 20 von 2 der Auslassspalt
des Abgases zwischen zwei stromabwärtigen Seiten benachbarter
Filterplattenelemente 20 eine Engstelle dar, was zu höheren Strömungsgeschwindigkeiten
und einem erhöhten
Differenzdruck im Abströmbereich 28 führt. Außerdem führt die
relativ steife Innenprägung 34 um
den Abströmbereich
zu einem Höhenaufbau,
der den Auslassspalt für
den gereinigten Abgasstrom weiter verringern kann.
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Das
in 3 dargestellte Filterplattenelement 20 der
vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem oben anhand von 2 erläuterten herkömmlichen
Filterplattenelement 20 dadurch, dass die Prägungen 34 auf
der stromaufwärtigen
Seite der Filterplattenelemente 20 sich bis zu dem Abströmbereich 28 hin
erstrecken. Mit anderen Worten enden möglichst wenig Prägungen 34 mit
Abstand zum Rand des Abströmbereichs 28.
Hierdurch entsteht ein nahtloser Übergang zwischen der Prägungen 34 auf
der stromaufwärtigen
Seite der Filterplattenelemente 20 bis an die Kante des
Abströmbereichs 28.
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Durch
diese Maßnahme
entsteht ein deutlich größerer Querschnitt
am Auslassspalt der Filterplattenelemente 20 zum Abströmbereich 28.
Zudem wird die Steifigkeit der Filterplattenelemente 20 in
diesem Bereich verringert, wodurch das genannte Problem des Höhenaufbaus
bzw. die Gefahr einer zusätzlichen
Verengung des Auslassspalts bei Montage und Anwendung vermieden
bzw. deutlich reduziert werden kann. Ein Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit
und damit des Differenzdrucks im Abströmbereich 28, wie durch
die herkömmlich
vorgesehene Innenprägung 32 verursacht,
kann auf diese Weise vermieden werden.
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Wie
in 3 veranschaulicht, ist es von Vorteil, wenn möglichst
viele Prägungen 34 auf
der stromaufwärtigen
Seite der Filterplattenelemente 20 bis an den Rand des
Abströmbereichs 28 verlaufen. Eine
derartige Optimierung der Prägungsformen 34 hängt im Einzelfall
auch von der Größe der Filterplattenelemente 20 und
der Positionierung des Abströmbereichs 28 innerhalb
der Filterplattenelemente 20 ab. Des Weiteren kann ggf.
bei einer ungleichmäßigen Strömungsverteilung
der Abgase durch das Partikelfilterelement 18 beachtet
werden, dass insbesondere jene Prägungen 34, die entlang
der Richtung von Abgasströmen
mit höheren
Strömungsgeschwindigkeiten
bis zum Rand des Abströmbereichs 28 verlaufen.
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Die
Anordnung der erhabenen Prägungen 36 auf
der stromabwärtigen
Seite der Filterplattenelemente 20 und die umlaufende Außenprägung 30 bleiben
gegenüber
dem in 2 dargestellten Stand der Technik unverändert.
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Ferner
ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich auch
möglich,
auf die erhabenen Prägungen
36 auf
der stromabwärtigen
Seite der Filterplattenelemente
20 zu verzichten und allein die
Prägungen
34 auf
der stromaufwärtigen
Seite vorzusehen. Weiterhin können
die Vorsprünge
34 anstelle
in Form erhabener Prägungen
auch als massive Vorsprünge
ausgebildet sein, wie dies in der bereits genannten
DE 10 2004 042 730 A1 beschrieben ist.
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Der
Aufbau der Filterplattenelemente 20 ist auch nicht auf
die wellenlinienförmig
verlaufenden Vorsprünge 34, 36 beschränkt, statt
dessen können ebenso
geradlinige oder anders gekrümmte
Verläufe von
Vorsprüngen 34, 36 erwogen
werden.
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Außerdem ist
die anhand von 3 erläuterte Struktur des Filterplattenelements 20 analog
auch auf eine Ausführungsform
des Partikelfilterelements 18 mit innerem Anströmbereich 26 und äußerem Abströmbereich,
wie oben erwähnt,
anwendbar. In diesem Fall würde
der in 3 mit der Bezugsziffer 28 gekennzeichnete
Bereich dann der Anströmbereich sein.
Des Weiteren muss der Bereich 28 auch nicht notwendigerweise
exzentrisch angeordnet sein, sondern kann insbesondere auch mittig
in den Filterplattenelementen 20 ausgebildet sein. Die
Form der Filterplattenelemente 20 ist auch nicht auf das
in 2 und 3 angedeutete Rechteck beschränkt, stattdessen
können
zum Beispiel auch kreisförmige
Filterplattenelemente 20 eingesetzt werden.