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Die
Erfindung betrifft einen Partikelfilterkörper zur Filterung
von Brennkraftmaschinenabgas nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Aus
der
DE 10 2004
037 706 A1 ist ein Partikelfilterkörper zur Filterung
von Brennkraftmaschinenabgas bekannt, welcher aus einer Vielzahl
von stapelförmig angeordneten Filterplatten aufgebaut ist.
Die Filterplatten weisen jeweils ein Durchgangsloch und eine im
Wesentlichen geradlinig oder annähernd gleichmäßig
gekrümmte äußere Umfangskontur auf. In
Stapelrichtung sind abwechselnd benachbarte Filterplatten verbindende
geschlossene Verbindungslinien entlang der äußeren
Umfangskonturen und entlang der Umfangskonturen der Durchgangslöcher
vorgesehen und es sind abwechselnd nach außen öffnende
Filtertaschen und nach innen öffnende Filtertaschen ausgebildet.
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Im
Abgassystem von Kraftfahrzeugen verbaute Abgaspartikelfilter sind
beim Betrieb mechanischen Beanspruchungen aufgrund unvermeidlicher Erschütterungen
ausgesetzt, die zu Beschädigungen beispielsweise durch
Rissbildung führen können, welche die Wirksamkeit
eines entsprechenden Partikelfilterkörpers vermindern oder
ihn unbrauchbar machen können.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Partikelfilterkörper der oben
genannten Art anzugeben, der einen weitgehend erschütterungsunempfindlichen Aufbau
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Partikelfilterkörper mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Der
erfindungsgemäße Partikelfilterkörper gemäß Anspruch
1 weist charakteristischerweise eine sich wenigstens über
den überwiegenden Teil der Stapellänge erstreckende
Stabilisierungsstruktur auf, durch welche eine Mehrzahl von Filterplatten mechanisch
miteinander in Verbindung steht. Infolge der Verbindung mehrerer
Filterplatten miteinander durch die vorzugsweise schlank ausgeführte
erfindungsgemäße Stabilisierungsstruktur weist
der Partikelfilterkörper eine verbesserte mechanische Stabilität
auf. Die Schwingfähigkeit der Filterplatten ist durch die
Stabilisierungsstruktur vermindert und der Partikelfilterkörper
ist dadurch weitgehend unempfindlich gegen Erschütterungen.
Die Empfindlichkeit gegenüber Beschädigungen infolge
von Lastwechselbeanspruchungen, wie sie in Kraftfahrzeugen häufig
auftreten, wird stark reduziert und die Dauerhaltbarkeit verbessert.
Die durch die Stabilisierungsstruktur erzielte mechanische Verbindung
der Filterplatten kann reibschlüssiger, formschlüssiger und/oder
materialschlüssiger Natur sein.
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Die
Filterplatten sind vorzugsweise als Sintermetallfilterplatten ausgebildet.
Diese Art von Filterplatten ist besonders geeignet zur Filterung
von heißem und korrosivem Brennkraftmaschinenabgas und weist überdies
infolge des gitterförmigen metallischen Trägermaterials
von vornherein gute mechanische Stabilitätseigenschaften
auf. Vorzugsweise weisen die Filterplatten eine zumindest annähernd
rechteckige äußere Umfangskontur auf. Eine annähernd rund
oder oval ausgebildet äußere Umfangskontur ist ebenfalls
möglich. Mit derartig geformten Filterplatten lassen sich
Partikelfilterkörper mit einer einfachen Geometrie aufbauen,
welche leicht in einem Gehäuse untergebracht werden können,
was eine kompakte Ausführung des entsprechenden Abgaspartikelfilters
ermöglicht. Die Form der Durchgangslöcher kann
beliebig sein, bevorzugt sind jedoch runde, ovale oder tropfenförmige
Durchgangslöcher. Die Filterplatten können ein
oder mehrere Durchgangslöcher aufweisen. Ist nur ein einziges
Durchgangsloch vorgesehen, so ist dieses vorzugsweise etwa mittig
in der Filterplattenfläche angeordnet. Entlang der äußeren
Umfangskontur und der Umfangskontur der Durchgangslöcher
sind zwei benachbarte Filterplatten miteinander, beispielsweise
durch eine Schweißnaht, gasdicht verbunden. Infolge der
in Stapelrichtung des Partikelfilterkörpers abwechselnd
entlang der äußeren Umfangskontur und der Umfangskontur der
Durchgangslöcher vorhandenen Verbindung von Filterplatten
entsteht ein ziehharmonikaähnlicher Aufbau mit Filterplattenpaaren
und mit nach außen öffnenden Filtertaschen, in
welche zu filterndes Abgas einströmen kann und nach innen öffnenden
Filtertaschen für gefiltertes Abgas, welches über
die Durchgangslöcher zu einer Endplatte geführt
wird und dort aus dem Partikelfilterkörper austreten kann.
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Die
einzelnen Filterplatten sind vorzugsweise im Wesentlichen eben ausgebildet
und weisen bevorzugt eine aus der Filterplattenebene heraus ragende
Prägung auf. Die Prägung kann dabei der mechanischen
Abstützung gegenüber einer benachbarten Filterplatte
dienen. Eine vorzugsweise wellenförmig oder noppenförmig
ausgebildete Prägung hat sich zusätzlich in Bezug
auf die Strömungsverhältnisse im von zwei benachbarten
Filterplatten gebildeten Zwischenraum als vorteilhaft erwiesen.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist die Stabilisierungsstruktur aus
den Verlauf der äußeren Umfangskontur unterbrechenden
laschenförmigen Erweiterungen von Filterplatten aufgebaut,
wobei eine laschenförmige Erweiterung einer ersten Filterplatte mit
einer laschenförmigen Erweiterung wenigstens einer zweiten
Filterplatte verbunden ist. Unter einer laschenförmigen,
den Verlauf der Umfangskontur unterbrechenden Erweiterung wird dabei
ein lokal aus der äußeren Umfangskontur abragendes
Flächenelement verstanden, welches klein gegenüber
der Gesamtfläche der Filterplatte ist. Vorzugsweise ragt
das Flächenelement zumindest im Ausgangszustand in der
Ebene der Filterplatte von der ansonsten annähernd glatt
verlaufenden äußeren Umfangskontur ab. Es ist
vorzugsweise vorgesehen, dass ein Abbiegen oder Abknicken des Flächenelements
ermöglicht ist. Vorzugsweise ist die Erweiterung so dimensioniert, dass
nach Abbiegen oder Abknicken eine Verbindung mit einer Erweiterung
einer benachbarten gleichartigen Filterplatte des Partikelfilterkörpers
gegeben ist. Auf diese Weise wird eine Stabilisierungsstruktur erzielt, über
welche eine Mehrzahl von Filterplatten untereinander in Verbindung
steht. Die laschenförmige Erweiterung weist vorzugsweise
eine halbrunde, halbovale oder eckige Form auf, wobei eine Lochung
vorgesehen sein kann.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die laschenförmige Erweiterung einer
Filterplatte mit einer solchen einer anderen, vorzugsweise der analogen eines
benachbarten Filterplattenpaares mechanisch verbunden werden kann
bzw. verbunden ist. Es kann jedoch auch eine Verbindung bzw. Befestigung
der laschenförmigen Erweiterung an einem entlang des Partikelfilterkörpers
verlaufenden Stützelement, beispielsweise in Form eines
Stabes oder am Gehäuse für den Partikelfilterkörper
vorgesehen sein. In beiden Fällen wird eine mechanische
Stabilisierung der Filterplatten erreicht und deren Schwingfähigkeit
vermin dert. Auf diese Weise ist der Aufbau eines gegen Erschütterungen
weitgehend unempfindlichen Abgaspartikelfilters ermöglicht.
Für jeweils eine Filterplatte können selbstverständlich
mehrere laschenförmige Erweiterungen vorgesehen sein. Dadurch
ergeben sich mehrere Befestigungsmöglichkeiten für
die Filterplatte, wodurch die mechanische Stabilität weiter
erhöht ist.
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Die
laschenförmige Erweiterung oder die Erweiterungen können
als lokale Erweiterung des Filterplattenmaterials ausgebildet sein.
Damit ist die laschenförmige Erweiterung einer Filterplatte
aus dem gleichen Material wie die Filterplatte selbst bzw. deren
Träger aufgebaut. Dies ermöglicht eine Fertigung einer
Filterplatte mit Erweiterung aus einem Zuschnitt. Die Erweiterung
oder die Erweiterungen können auch als separate, an der
Filterplatte befestigte Laschenelemente ausgebildet sein. Die Laschenelemente
können somit nach Fertigstellung der Filterplatte nachträglich,
beispielsweise durch Punktschweißung angebracht werden.
Auf diese Weise wird eine Behinderung des Fertigungsprozesses infolge
abragender Filterplattenbestandteile vermieden.
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Im
Fall einer Filterplatte mit zumindest annähernd rechteckiger äußerer
Umfangskontur ist die Erweiterung vorzugsweise an einer Ecke und/oder
annähernd mittig an einer Längsseite der äußeren
Umfangskontur angeordnet. Im Fall einer annähernd rund
oder oval ausgebildet äußeren Umfangskontur sind
die Erweiterungen vorzugsweise mit annähernd gleichmäßigem
Abstand entlang der äußeren Umfangskontur angeordnet.
Dadurch können mechanische Spannungskräfte in
vorteilhafter Weise gleichmäßig verteilt in Bezug
auf die Filterplatte aufgenommen werden. Dadurch werden mechanische
Spannungen wirksam vermindert.
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Generell
kann eine laschenförmige Erweiterung einer Filterplatte
sowohl mit einer analogen des direkt benachbarten Filterplattenpaares,
als auch mit einer solchen des übernächsten Plattenpaares
verbunden sein. Eine Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher zwei
miteinander verbundene Erweiterungen direkt benachbarten Filterplattenpaaren
zugeordnet sind, ist jedoch bevorzugt. Auf diese Weise ragen die Erweiterungen
weniger stark ab, was die mechanische Handhabbarkeit erleichtert.
Typischerweise sind zumindest ein Großteil der Filterplatten
bzw. Filterplattenpaare über laschenförmige Erweiterungen miteinander
verbunden. Auf diese Weise ist eine besonders stabile Versteifung
in Stapelrichtung des Partikelfilterkörpers gegeben. Dadurch
können Schwingungen der Filterplatten wirksam vermieden und
die mechanische Stabilität erhöht werden. Die
laschenförmigen Erweiterungen sind vorzugsweise derart
miteinander verbunden, dass eine geschlossene Verbindungsbrücke
ausgebildet wird. Die Verbindung kann form-, stoff- und/oder kraft-
bzw. reibschlüssig ausgebildet sein. Vorteilhaft ist eine Schweißverbindung
von laschenförmigen Erweiterungen verschiedener Filterplatten.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Stabilisierungsstruktur
aus miteinander in Verbindung stehenden Eckbereichen verschiedener
Filterplatten aufgebaut. Hierzu sind Eckbereiche einer vorzugsweise
rechteckig geformten Filterplatte derart umgebogen oder umgekantet,
dass sie mit einem analogen Eckbereich einer weiteren Filterplatte
in Verbindung stehen. Eine Verbindung über umgebogene oder
umgekantete Randbereiche von Filterplatten ist ebenfalls möglich.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Stabilisierungsstruktur
als Strebe ausgebildet, welche mit einer Mehrzahl von Filterplatten
an deren äußerer Umfangskontur und/oder an der
Umfangskontur der Durchgangslöcher verbunden ist. Die Strebe
kann beispielsweise als Flachmaterial, als Stab oder als Eckstrebe
mit L-Profil ausgebildet sein. Die Verbindung der Filterplatten
untereinander über die Strebe erfolgt vorzugsweise durch
Verschweißungen. Eine einfache, jedoch vorteilhafte Ausgestaltung
ergibt sich durch Einsatz eines oder mehrerer Blechstreifen, die
entlang der Stapelrichtung anliegend außenseitig oder im
Durchgangsloch des Partikelfilterkörpers angeordnet sind
und an den Kontaktstellen mit den Filterplatten über Schweißverbindungen
mit diesen verbunden sind. Auf eine Verschweißung der Strebe
mit den Filterplatten an der äußeren Umfangskontur
bzw. an der Umfangskontur der Durchgangslöcher kann verzichtet
werden, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Strebe über
ein nachgiebiges Dämpfungsmaterial mit den Filterplatten
verbunden ist. Das Dämpfungsmaterial ist vorzugsweise eingeklemmt
zwischen der Strebe und der äußeren Umfangskontur
bzw. an der Umfangskontur der Durchgangslöcher angeordnet.
Dadurch ergibt sich eine reibschlüssige Verbindung der Filterplatten.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Strebe kammförmig
ausgebildet, wobei Zinken der kammförmigen Strebe in die
nach außen öffnenden Filtertaschen und/oder in
die nach innen öffnenden Filtertaschen eingreifen. Dabei
kommen die Zinken in reibschlüssigen Kontakt mit den entsprechenden
Filterplatten. Eine besonders wirkungsvolle Stabilisierung der Filterplatten
wird durch keilförmige Zinken erreicht.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Strebe leiterförmig
mit zwei parallel verlaufenden Stäben mit gekrümmten,
die Stäbe verbindende Sprossen ausgebildet, wobei die Sprossen
in die nach außen öffnenden Filtertaschen und/oder
in die nach innen öffnenden Filtertaschen eingreifen. Infolge
der gekrümmten Form der Sprossen wird eine punktuelle Beanspruchung
an den Kontaktstellen der Filterplattenflächen ver mieden.
Vorzugsweise stehen im montierten Zustand die Stäbe einer
sich entlang der Stapelrichtung erstreckenden leiterförmigen
Strebe an den äußeren Umfangskonturen bzw. an
den Umfangskonturen der Durchgangslöcher von mehreren oder
allen Filterplatten eines Partikelfilters in kraft- oder stoffschlüssigem
Kontakt, wodurch eine Verbindung einer Mehrzahl von Filterplatten
miteinander gegeben ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Stabilisierungsstruktur
aus die Filterplatten in Stapelrichtung durchdringenden Stäben
aufgebaut. Hierfür weisen die Filterplatten in Stapelrichtung fluchtende
Durchgangsbohrungen auf, in welche die Stäbe eingesteckt
werden. Auf diese Weise wird eine Bewegung der Filterplatten in
der Plattenebene vermieden oder zumindest behindert. Durch eine
kraft- oder stoffschlüssige Verbindung der Stäbe
am Rand der Durchgangsbohrungen können Bewegungen auch
in Stapelrichtung vermieden werden, wodurch eine besonders wirksame
Stabilisierung erzielt wird. Eine vorteilhafte Verbindung der Stäbe
mit den Filterplatten wird erzielt, wenn in weiterer Ausgestaltung der
Erfindung die Stäbe eine Riffelung aufweisen. Die Riffelung
ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich eine Verzahnung
mit den Filterplatten durch Eingreifen in die nach außen öffnenden
Filtertaschen und/oder in die nach innen öffnenden Filtertaschen
ergibt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Stäbe einen
Längsschlitz auf und sind durch Aufspreizung kraftschlüssig
zur Anlage an eine Umfangskontur von Durchgangsbohrungen der Filterplatten
gebracht. Diese Ausführungsform erleichtert eine Montage
der Stäbe, da diese in einem nicht aufgespreiztem Ausgangszustand
auf einfache Weise in die Durchgangsbohrungen mit geringfügig
größerem Durchmesser eingeführt werden
können. Eine Verbindung der Filterplatten untereinander
ist anschließend durch Aufspreizen der Stäbe ermöglicht.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen
veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die
vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden
Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination,
sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Dabei wird ohne
Einschränkung der Allgemeinheit davon ausgegangen, dass
der erfindungsgemäße Partikelfilterkörper
aus Sintermetallfilterplatten aufgebaut ist.
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Dabei
zeigen:
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1a eine
beispielhafte Grundform einer Filterplatte für einen Partikelfilterkörper,
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1b eine
schematische Längsschnitt-Darstellung eines aus Filterplatten
nach 1a aufgebauten Partikelfilterkörpers,
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2 eine
erste Ausführungsform einer Filterplatte für einen
Partikelfilterkörper mit Elementen einer Stabilisierungsstruktur
im Ausgangszustand,
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3a eine
Querschnittsdarstellung eines Partikelfilterkörpers aufgebaut
aus Filterplatten im Ausgangszustand gemäß 2,
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3b eine
Querschnittsdarstellung analog 3a mit
fertiggestellter Stabilisierungsstruktur,
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4 eine
zweite Ausführungsform einer Filterplatte für
einen Partikelfilterkörper mit Stabilisierungsstruktur,
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5 eine
schematische Perspektivansicht eines Partikelfilterkörpers
mit einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform einer
Stabilisierungsstruktur,
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6 eine
schematische Schnittansicht eines Ausschnitts Partikelfilterkörpers
mit einer vorteilhaften Variante einer Stabilisierungsstruktur gemäß 5,
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7a eine
schematische Darstellung eines Partikelfilterkörpers mit
strebenförmigen Stabilisierungsstrukturen, welche Filterplatten
eines Partikelfilterkörpers an der Umfangskontur von deren
Durchgangslöchern miteinander verbindet,
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7b eine
schematische Darstellung eines Partikelfilterkörpers mit
einer rohrförmigen Stabilisierungsstruktur, welche Filterplatten
eines Partikelfilterkörpers an der Umfangskontur von deren
Durchgangslöchern miteinander verbindet,
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8a eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer
kammförmigen Strebe als Stabilisierungsstruktur für
einen Partikelfilterkörper,
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8b eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform
einer kammförmigen Strebe als Stabilisierungsstruktur für
einen Partikelfilterkörper,
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9a eine
schematische Darstellung einer leiterförmig aufgebauten
Strebe als Stabilisierungsstruktur für einen Partikelfilterkörper,
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9b eine
schematische dargestellte Draufsicht auf einen Partikelfilterkörper,
der mit einer Strebe gemäß 9a versehen
ist,
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10 eine
schematische dargestellte Draufsicht auf einen Partikelfilterkörper
mit einer Stabilisierungsstruktur, die aus die Filterplatten des
Partikelfilterkörpers durchdringenden Stäben aufgebaut ist,
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11 eine
Querschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines
Partikelfilterkörpers mit einer Stabilisierungsstruktur
gemäß 10,
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12 eine
Querschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines
Partikelfilterkörpers mit einer Stabilisierungsstruktur
gemäß 10 und
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13a bis 13d Bestandteile
einer vorteilhaften Ausführungsform für eine Stabilisierungsstruktur
zur Ausbildung eines Partikelfilterkörpers gemäß 10.
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1a zeigt
schematisch eine Grundform einer Sintermetallfilterplatte 1,
wie sie zur Ausbildung eines Partikelfilterkörpers für
ein Abgaspartikelfilter typischerweise verwendet wird. Die Sintermetallfilterplatte 1 ist
vorzugsweise als plattenförmiger Zuschnitt eines filterwirksamen
porösen Materials mit vergleichsweise geringer Dicke im
Millimeterbereich ausgebildet. Vorzugsweise ist das entsprechende Material
im Sinne eines Oberflächenfilters filterwirksam. Das Material
kann beispielsweise aus mit einander verwobenen Fasern aufgebaut
und gegebenenfalls durch Verstärkungseinlagen mechanisch stabilisiert
sein. Vorzugsweise wird jedoch ein flacher metallischer Träger
mit einer Vielzahl von kleinen Öffnungen, etwa in der Form
eines Gitters oder eines Siebes eingesetzt. Der Träger
kann auch in Form einer Matte, aufgebaut aus miteinander verwobenem Drahtmaterial
oder in Form eines gitterförmigen Streckmetalls vorliegen.
Auf den Träger können poröse Fasermatten
aufgebracht sein, die mit dem Träger eine mehrlagige Verbundstruktur
bilden. Vorzugsweise sind die Öffnungen des Trägers
jedoch mit einem körnigen Material ausgefüllt,
dessen Verbund durch einen Sinterprozess erzielt ist. Die äußere Form
des Filterplattenzuschnitts ist an die Einbauanforderungen für
den zu bildenden Partikelfilterkörper angepasst. In dem
in 1 dargestell ten Fall ist die Filterplatte 1 kreisrund
ausgeführt und weist ein ebenfalls kreisrundes Durchgangsloch 2 auf.
Die äußere Umfangskontur 9 und die Umfangskontur 10 des
Durchgangsloches sind daher ebenfalls rund. Das Durchgangsloch 2 ist
im vorliegenden Fall zentral auf der Sintermetallfilterplatte 1 angeordnet.
Hinsichtlich der Gestaltungsmöglichkeit der äußeren Form
und der Form und Anordnung des Durchgangsloches 2 ist jedoch
im Allgemeinen eine große Variabilität gegeben.
Die Filterplatten 1 bzw. die Durchgangslöcher 2 können
je nach Anforderungen rund, oval, rechteckig oder als Vieleck ausgebildet
sein. Die Filterplatte 1 kann auch abweichend von der in 1a dargestellten
Ausführung zwei oder mehrere Durchgangslöcher 2 aufweisen.
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Zur
Ausbildung eines Partikelfilterkörpers werden eine Vielzahl
von gleichen Filterplatten 1 wechselseitig miteinander
verbunden, so dass sich eine stapelförmige Anordnung ergibt.
In dieser weist, abgesehen von den endständigen Filterplatten
jede Filterplatte 1 zwei nächste Nachbarn auf.
Die Verbindung der Filterplatten 1 erfolgt in der Weise,
dass eine Filterplatte 1 ringsum entlang ihrer äußeren
Umfangskontur mit ihrem ersten Nachbarn 1a beispielsweise
durch Verschweißung verbunden ist. Ferner ist diese Filterplatte 1 ringsum
entlang der Umfangskontur des Durchgangslochs 2 mit ihrem
zweiten Nachbarn 1b beispielsweise durch Verschweißung
verbunden.
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In 1b ist
schematisch ein auf diese Weise gebildeter Partikelfilterkörper 4 mit
Filterplatten gemäß 1a im
Längsschnitt dargestellt, wobei lediglich eine Filterplatte 1 mit
dem entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet ist. Zu erkennen
ist, dass sich durch die paarweise Verbindung der Filterplatten 1 abwechselnd
hintereinander angeordnete nach innen öffnende Filtertaschen 3 und
nach außen öffnende Filtertaschen 8 ausbilden.
Der Partikelfilterkörper 4 weist bei vorzugsweise
eingesetzten achsensymmetrischen oder punktsymmetrischen Filterplatten 1 eine
Mittellängsachse 7 auf. Zur Ausbildung eines Abgaspartikelfilters
wird der Partikelfilterkörper 4 in ein nicht dargestelltes
Gehäuse eingebaut, so dass eine Integration in ein Abgassystem
einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) erfolgen kann.
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Wie
durch die Pfeile 5 angedeutet, erfolgt eine bezüglich
des Partikelfilterkörpers 4 etwa radiale Einströmung
in die nach außen öffnenden Filtertaschen 8 und
weiter durch die Filterplatten 1 in die nach innen öffnenden
Filtertaschen 3 und damit ins Innere des Partikelfilterkörpers 4.
Mit dem Durchtritt durch die porösen Filterplatten 1 erfolgt
eine Filterung des Abgases. Im Abgas enthaltene Partikel lagern sich
außenseitig in Bezug auf den Partikelfilterkörper 4 auf
den Filterplatten 1 ab. Durch die Durchgangslöcher 2 erfolgt
eine Ableitung gefilterten Abgases entsprechend der durch den Pfeil 6 dargestellten Hauptabgasströmungsrichtung.
Eine Ableitung in beide axialen Richtungen ist jedoch ebenfalls
möglich.
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Üblicherweise
wird zur Erzielung einer guten Filterwirkung eine hohe Packungsdichte
von Filterplatten 1 angestrebt. Dies hat einen entsprechend geringen
Abstand der Filterplatten 1 untereinander zur Folge. Um
ein insbesondere großflächiges Anlegen von benachbarten,
im Wesentlichen eben ausgebildeten Filterplatten 1 zu verhindern,
ist es bevorzugt, wenn die Filterplatten 1 mit einer sich
aus der Filterplattenebene erhebenden Prägungsstruktur versehen
sind. Durch eine Struktur von ineinandergreifenden Prägungen,
welche vorzugsweise auf der gesamten Fläche der Filterplatten 1 vorgesehen
sein kann, ist es möglich, benachbarte Filterplatten 1 mechanisch
miteinander in Verbindung zu bringen. Auf diese Weise können
die Filterplatten 1 sich gegenseitig abstützen
und es resultiert eine Versteifung des Partikelfilterkörpers.
Durch die mechanische Verbindung der Filterplatten 1 ist
eine Schwingfähigkeit der Filterplatten 1 bei
Erschütterungen vermindert. Somit sind mechanische Belastungen
vermindert, die zu ermüdungsbedingten Schädigungen
beispielsweise in Form von Rissen oder Brüchen führen
können. Generell wird solchen Beschädigungen erfindungsgemäß durch
eine Stabilisierungsstruktur begegnet, durch welche eine Mehrzahl
von Filterplatten 1 miteinander verbunden ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird die Stabilisierungsstruktur
durch miteinander verbundene laschenförmige Erweiterungen
von Filterplatten 1 erreicht. Eine hierfür geeignete
Ausführungsform von Filterplatten 1 ist in 2 im
Ausgangszustand schematisch dargestellt.
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Die
in 2 dargestellte erste Ausführungsform
einer Filterplatte 1 zum Aufbau eines Partikelfilterkörpers
mit Stabilisierungsstruktur weist eine rechteckige äußere
Umfangskontur 9 auf. An den Ecken sowie in der Mitte der
Längsseiten der Filterplatte 1 sind laschenförmige
Erweiterungen 12 vorgesehen, welche den ansonsten vorwiegend
geradlinigen Verlauf der äußeren Umfangskontur 9 unterbrechen
und im Ausgangszustand seitlich in der Filterplattenebene nach außen
abragen. Ansonsten weist die Filterplatte 1 eine wellenförmige
Prägungsstruktur 11 von Erhebungen und/oder Vertiefungen auf.
Das Durchgangsloch 2 weist eine runde Umfangskontur 10 auf.
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In 3a ist
ein Teil eines durch solche Filterplatten 1 aufgebauten
Partikelfilterkörpers 4 schematisch im Querschnitt
dargestellt. Die Prägungsstruktur 11 der Filterplatten 1 ist
durch wellenförmige Vertiefungen 13 und Erhebungen 14 gebildet.
Dabei schließt sich eine Vertiefung 13 unmittelbar
an eine Erhebung 14 an. Ferner schließt sich sowohl
an jede wellenförmige Vertiefung 13 als auch an
jede wellenförmige Erhebung 14 ein ebener Flächenbereich 15 an.
Diese Prägungsstruktur 11 verbessert einerseits die
Stabilität bzw. Steifigkeit der Filterplatten 1 und damit
des gesamten Partikelfilterkörpers 4 und andererseits
eine Verteilung des Abgasstroms über die Filterplatten 1.
An den Randbereichen 16 sind zwei jeweils benachbarte Filterplatten 1 miteinander
ringsum miteinander verbunden, so dass sich eine der äußeren
Umfangskontur 9 entsprechende geschlossene Verbindungslinie
ergibt. Die entsprechende Verbindungslinie zweier benachbarter Filterplatten 1 entlang
der Umfangskontur 10 der Durchgangslöcher 2 ist
in 3a nicht dargestellt. Erkennbar sind die an den
Randbereichen 16 der Filterplatten 1 angeordneten
laschenförmigen Erweiterungen 12, welche im dargestellten
Ausgangszustand seitlich abragen. Die Erweiterungen sind im vorliegenden
Fall als separate Strukturelemente für die Stabilisierungsstruktur
ausgebildet und auf den Randbereichen 16 aufgesetzt und
beispielsweise durch Schweißung mit den Filterplatten 1 verbunden.
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Die
erfindungsgemäße Stabilisierungsstruktur wird
im vorliegenden Fall dadurch gebildet, dass die im Ausgangszustand
seitlich abragenden laschenförmigen Erweiterungen 12 umgebogen
werden. Der sich dadurch ergebende Zustand ist in 3b dargestellt.
Wie zu erkennen ist, kommen infolge der Umbiegung die laschenförmigen
Erweiterungen 12 zweier benachbarter Filterplattenpaare miteinander
in Kontakt, wobei vorgesehen ist, dass sich eine reibschlüssige
Verbindung an der Kontaktstelle ausbildet. Durch die Gesamtheit
der umgebogenen laschenförmigen Erweiterungen 12 ist
auf diese Weise eine entlang der Stapelrichtung von Filterplatten 1 des
Partikelfilterkörpers 4 verlaufende Stabilisierungsstruktur
geschaffen, durch welche vorzugsweise alle Filterplattenpaare miteinander
in Verbindung stehen. Die Verbindungskraft an den Kontaktstellen
der laschenförmigen Erweiterungen 12 kann zusätzlich
durch stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise durch
Schweißung weiter verstärkt und gefestigt werden.
Anstelle einer Ausführung der laschenförmigen
Erweiterungen 12 als separate, auf oder an den Randbereichen 16 mit
den entsprechenden Filterplatten 1 verbundenen Strukturelemente, können
diese auch Bestandteile der Filterplatten 1 bzw. des Filterplattenträgermaterials
selbst sein. Bevorzugt werden hierfür Zuschnitte von Filterplatten 1 derart
ausgeführt, dass die äußere Umfangskontur 9 von
vornherein laschenförmige Erweiterungen 12 aufweist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform einer Stabilisierungsstruktur
wird nachfolgend anhand von 4 erläutert.
Im Unterschied zu der in 2 dargestellten Filterplatte
weist die Filterplatte 1 gemäß 4 keine
laschenförmige Erweiterungen auf, obschon diese auch in
dieser Variante vorgesehen sein können. Zur Ausbildung
einer Stabilisierungsstruktur, welche eine Mehrzahl von Filterplatten 1 miteinander
verbindet, sind als alternative Ausführungsform umklappbare
Randbereiche, hier umklappbare Eckbereiche 17 vorgesehen,
welche in 4 in umgeklapptem bzw. gefaltetem
Zustand dargestellt sind. Es ist vorzugsweise eine mehrfache Faltung
derart vorgesehen, dass sich umgeklappte bzw. umgefaltete Eckbereiche 17 von
benachbarten Filterplattenpaaren überlappen. An der Kontaktstelle ergibt
sich analog des oben erläuterten Falles von umgebogenen
Laschen eine reibschlüssige Verbindung. Durch Verschweißung
kann eine stoffschlüssige Verbindung mit erhöhter
Stabilität erzielt werden. Zusätzlich oder alternativ
kann ein Flachprofil entlang der umgeklappten Ecken des resultierenden
Partikelfilterkörpers 4 aufgesetzt und mit den
umgeklappten Eckbereichen 17 verschweißt werden.
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5 zeigt
schematisch eine weitere vorteilhafte Ausführungsform einer
Stabilisierungsstruktur in Verbindung mit einem Partikelfilterkörper 4,
aufgebaut aus Sintermetallfilterplatten 1 mit einer rechteckigen äußeren
Umfangskontur 9. Die Stabilisierungsstruktur wird durch
eine Strebe in Form eines schmalen Streifens 18a, 18b aus
Blechmaterial gebildet, welcher außenseitig entlang der
Stapelrichtung der Filter platten 1 am Partikelfilterkörper 4 anliegend
angeordnet ist. Der Streifen 18a, 18b ist dabei über
eine jeweilige Schweißverbindung 19a, 19b an der
Umfangskontur 9 mit den Filterplatten zumindest abschnittsweise
stoffschlüssig verbunden. Es kann eine Schweißverbindung
in Richtung der Umfangskontur 9 (19a) oder in
Stapelrichtung (19b) vorgesehen sein. Vorzugsweise wird
eine Rollnahtschweißung durchgeführt, wobei der
Partikelfilterkörper beim Schweißvorgang vorzugsweise
in Stapelrichtung der Filterplatten 1 auf seine Sollausdehnung
fixiert wird. Anstelle eines dichten Blechstreifens kann auch ein
Sintermetallfilterstreifen oder ein aus dem Trägermaterial
der Sintermetallfilterplatten 1 gefertigter Materialstreifen
verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass an der Überdeckung
von nach außen öffnenden Filtertaschen 8 weiterhin
eine Gasdurchlässigkeit gegeben ist. Eine weiter verbesserte
Stabilität wird erzielt, wenn der eingesetzte Materialstreifen
endseitig umgekantet und mit den endständigen Filterplatten 1 fest
verbunden wird, wie durch den Streifen 18b verdeutlicht.
Weiterhin ist es vorteilhaft, zusätzlich oder alternativ
zu einem flachen Materialstreifen ein L-förmiges Profil
als Eckstrebe 18c zu verwenden, welche an den Ecken der
Filterplatten 1 entlang der Stapelrichtung des Partikelfilterkörpers 4 verläuft.
Durch eine solche als Eckstrebe 18c ausgebildete Stabilisierungsstruktur
kann eine in drei Dimensionen wirkende Stabilisierung erzielt werden.
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In 6 ist
eine vorteilhafte Variante einer Stabilisierungsstruktur gemäß 5 schematisch dargestellt,
wobei lediglich ein die Randbereiche 16 zeigender Ausschnitt
des Partikelfilterkörpers 4 skizziert ist. Im
Unterschied zu der in 5 dargestellten Ausführungsform
mit Schweißverbindungen von Streben 18a, 18b, 18c mit
den Filterplatten 1 an deren äußerer
Umfangskontur 9 ist eine Verbindung der Filterplatten mit
einer analog ausgeführten Strebe 18 über
ein zwischengeschaltetes nachgiebiges Dämpfungsmaterial 20 vorgesehen.
Als Dämpfungsmaterial 20 kommen beispielsweise
Drahtgestricke, Drahtgewebeeinlagen, Metallfaservlies oder kerami sche Faserprodukte
in Frage. Diese werden zwischen dem Partikelfilterkörper
und der Strebe 18 so eingebracht, dass sie im Betrieb des
Abgaspartikelfilters über Reibung Schwingungen der Filterplatten
in drei Dimensionen behindern bzw. dämpfen. Das Dämpfungsmaterial 20 wird
vorzugsweise bei der Montage der Streben 18 kraftschlüssig
mit eingebracht. Kraftschluss besteht dann sowohl zwischen Strebe 18 und dem
Dämpfungsmaterial 20 als auch zwischen Dämpfungsmaterial 20 und
den Filterplatten bzw. von Filterplatten untereinander. Das Dämpfungsmaterial 20 kann
auch stoffschlüssig auf der Strebe 18 aufgebracht
sein, wodurch eine Verliersicherheit für das Dämpfungsmaterial 20 erzielt
wird.
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Selbstverständlich
kann eine Stabilisierungsstruktur analog der in den 5 und 6 dargestellten
Ausführungsformen auch am Durchgangsloch 2 vorgesehen
sein, was grob schematisch in 7a dargestellt
ist. Bevorzugt ist dabei eine Ausführung der Strebe 18 als
schmaler Blechstreifen oder in Form eines Stabs 18d. Durch
eine Umkantung des Stabs 18d bzw. der Strebe 18 zusammen mit
einer vorzugsweise stoffschlüssigen Verbindung mit den
Flachseiten der endständigen Filterplatten kann deren Relativbewegung
zueinander verhindert werden.
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Bei
der in 7b dargestellten Ausführungsform
sind die Filterplatten mittels eines perforierten Innenrohrs 21 an
der Umfangskontur 10 ihrer Durchgangslöcher 2 mechanisch
miteinander verbunden. Das perforierte Innenrohr 21 kann
dabei stoffschlüssig oder kraftschlüssig ringsum
entlang der Umfangskontur 10 einiger oder aller Durchgangslöcher 2 mit den
entsprechenden Filterplatten verbunden sein. Es kann jedoch auch
lediglich eine punktförmige Verbindung vorgesehen sein.
Anstelle einer runden Rohrform kann auch eine eckige Rohrform eingesetzt
werden.
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Zwei
weitere vorteilhafte Ausführungsformen für eine
strebenförmige Stabilisierungsstruktur werden nachfolgend
unter Bezug auf die 8a und 8b erläutert.
Dargestellt ist schematisch ein Ausschnitt eines Partikelfilterkörpers 4 in
Schnittansicht. Die sich entlang der Stapelrichtung an den Umfangskonturen
der Durchgangslöcher 2 erstreckenden eingesetzten
Streben 18e sind kammförmig ausgebildet, wobei
keilförmige Zinken 22 der kammförmigen Streben 18e in
die nach innen öffnenden Filtertaschen 3 eingreifen
und mit den jeweiligen Filterplatten in reibschlüssiger
bzw. formschlüssiger Verbindung stehen, wodurch diese sowohl
in Stapelrichtung als auch in axialer Richtung lagefixiert sind.
Vorzugsweise ist eine Verschweißung der kammförmigen Streben 18e mit
den endseitigen Filterplatten vorgesehen. Es können eine
oder auch mehrere Streben 18e für einen Partikelfilterkörper 4 eingesetzt
werden. Eine kammförmige Strebe 18e kann gemäß 8a derart
ausgebildet sein, das die Zinken 22 in alle nach innen öffnenden
Filtertaschen 3 eines Partikelfilterkörpers 4 eingreifen.
Es können jedoch auch wie in 8b dargestellt,
weniger Zinken 22 für eine kammförmige
Strebe 18e vorgesehen sein, so dass ein Eingriff nur in
einen Teil der nach innen öffnenden Filtertaschen 3 erfolgt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform für eine
strebenförmige Stabilisierungsstruktur ist in 9a dargestellt.
Die Strebe 18f ist leiterförmig mit zwei parallel
verlaufenden Stäben 23 gestaltet, wobei vorzugsweise äquidistant
angeordnete bogenförmige Sprossen 24 die Stäbe 23 miteinander
fest verbinden. Die Strebe 18f wird zu Stabilisierung eines
erfindungsgemäßen Partikelfilterkörpers 4 mit
den bogenförmigen Sprossen 24 in die nach außen öffnenden Filtertaschen 3 und/oder
in die nach innen öffnenden Filtertaschen 8 eingeschoben.
Dabei kommen die Stäbe 23 an der äußeren
Umfangskontur 9 bzw. and der Umfangskontur 10 der
Durchgangslöcher 2 zur Anlage an die jeweiligen
Filterplatten 1 eines Partikelfilterkörpers 4.
In 9b ist in einer Draufsicht auf einen derart stabilisierten
Partikelfilterkörper der zweitgenannte Fall schematisch
dargestellt. Dabei weist der dargestellte Partikelfilterkörper
eine aus zwei leiterförmigen Streben 18f gebildete
Stabilisierungsstruktur auf. Vorzugsweise sind die Stäbe 23 zumindest
an den Umfangskonturen 10 der Durchgangslöcher 2 der
endständigen Filterplatten 1 mit diesen z. B.
Durch Schweißung fest verbunden. An den endseitigen Filterplatten 1 eines
Partikelfilterkörpers 4 können Sprossen 24 der
Streben 18f außenseitig aufliegen, wodurch der
Partikelfilterkörper 4 zusätzlich in
axialer Richtung fixiert ist.
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Unter
Bezug auf die 10 bis 13d werden
nachfolgend weitere vorteilhafte Ausführungsformen von
Stabilisierungsstrukturen erläutert, welche hier aus die
Filterplatten 1 des Partikelfilterkörpers 4 durchdringenden
Stäben 25 aufgebaut sind. Dabei ist in 10 eine
Draufsicht auf einen entsprechend gestalteten Partikelfilterkörper 4 schematisch
dargestellt. 11 zeigt den Partikelfilterkörper 4 gemäß 10 in
einer Querschnittsansicht. Die Stäbe 25 durchdringen
den Filterkörper 4 in Stapelrichtung der Filterplatten 1.
Hierfür werden die Filterplatten 1 mit entsprechenden
Durchgangsbohrungen versehen, welche bei Stapelung der Filterplatten 1 zur
Ausbildung eines Partikelfilterkörpers 4 in Stapelrichtung fluchtend übereinander
angeordnet sind. Die Stäbe 25 können
dann auf einfache Weise in die übereinander liegenden Durchgangsbohrungen
eingeführt werden. Eine Verschweißung der Stäbe 25 zumindest mit
den endseitigen Filterplatten 1 des Partikelfilterkörpers 4 ist
vorzugsweise vorgesehen. Bevorzugt ist es, mehrere Stäbe 25 gleichmäßig
verteilt auf der Filterplattenfläche einzusetzen.
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Bevorzugt
sind die Stäbe 25 geriffelt ausgeführt,
wodurch deren Verzahnung mit den Filterplatten 1 ermöglicht
ist. Auf diese Weise wird eine besonders wirksame und gleichmäßige
Stabilisierung erzielt, da die Filterplatten 1 in drei
Dimensionen stabilisiert werden. Die Riffelung kann beispielsweise
in Form eines Gewindes oder zweier gegenläufiger Gewinde
ausgeführt sein. Diese Ausführungsform ist insbesondere
vorteilhaft, wenn benachbarte Filterplatten 1 an der Umfangskontur
der Durchgangsbohrungen miteinander verschweißt werden.
Eine solche Ausführungsform ist beispielhaft in 12 skizziert, wobei
die Bezugsziffer 26 eine entsprechende Schweißnaht
an der Durchgangsbohrung bezeichnet.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform einer Stabilisierungsstruktur
mit die Filterplatten 1 eines Partikelfilterkörpers 4 durchdringenden
Stäben 25 wird erhalten, wenn die Stäbe 25 rohrförmig
und längsgeschlitzt ausgeführt sind und nach Einführung in
die Durchgangsbohrungen der Filterplatten derart aufgespreizt werden,
dass sie kraftschlüssig zur Anlage an die Umfangskontur
der Durchgangsbohrungen kommen. Vorzugsweise erfolgt die Aufspreizung der
rohrförmigen Stäbe 25 mittels eines eingedrückten
Spannbolzens. Die entsprechenden Bestandteile für eine
derartige Stabilisierungsstruktur sind in den 13a bis 13d dargestellt.
Dabei zeigt 13a eine Ausgangsform eines
rohrförmigen Stabs 25 mit Längsschlitz
in perspektivischer Darstellung. In 13b ist
eine Draufsicht auf einen entsprechend 13a ausgeführten,
und in die Durchgangsbohrung einer Filterplatte eingeführten
Stab 25 dargestellt, wobei die Bezugsziffer 27 die
Umfangskontur der Durchgangsbohrung bezeichnet. Zur umfangsseitigen
Verklemmung des Stabes 25 mit der Umfangskontur 27 der
Durchgangsbohrung wird ein mit einer nasenförmigen Erweiterung
versehener Spannbolzen gemäß 13c in den Hohlraum des Stabes 25 derart
eingedrückt, dass die nasenförmige Erweiterung
in den Längsschlitz des Stabes 25 einrastet, wobei
der Stab 25 entsprechend aufgespreizt wird, was zu der
in 13d dargestellten Form führt.
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Es
versteht sich, dass im Rahmen der Erfindung die vorstehend erläuterten
Ausführungsformen für eine Stabilisierungsstruktur
eines aus Filterplatten aufgebauten Partikelfilterkörpers
in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004037706
A1 [0002]