DE102008031886A1

DE102008031886A1 - Partikelfilterelement

Info

Publication number: DE102008031886A1
Application number: DE102008031886A
Authority: DE
Inventors: Andreas Enderich; Hartmut Dr. Sauter
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2008-07-08
Filing date: 2008-07-08
Publication date: 2010-01-14

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Partikelfilterelement (3) für ein Partikelfilter (1) einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Körper (6) aus einem für Abgas durchlässigem Material. Die Herstellung des Partikelfilterelements (3) bzw. des damit ausgestatteten Partikelfilters (1) lässt sich vereinfachen, wenn der Körper (6) aus einem Metallpulver hergestellt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Partikelfilterelement für ein Partikelfilter einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit wenigstens einem solchen Partikelfilterelement ausgestattetes Partikelfilter. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Partikelfilterelements sowie eines solchen Partikelfilters.
Üblicherweise besteht ein Partikelfilterelement aus einem Körper, der aus einem für Abgas durchlässigen Keramikmaterial hergestellt ist. Bekannt sind bspw. Partikelfilterelemente mit einem Körper aus Cordierit sowie aus Siliciumcarbit. Derartige keramische Partikelfilterelemente werden bspw. durch Extrusion hergestellt und gesintert. Vor dem Sintern ist es erforderlich, die extrudierten Grünlinge langsam und vorsichtig zu trocknen, was bis zu drei Wochen beanspruchen kann. Das Sintern erfolgt dann bei vergleichsweise hohen Temperaturen, die oberhalb 2000°C liegen können. Keramische Partikelfilterelemente sind extrem spröde und müssen daher sorgfältig gelagert und insbesondere vor Spannungen, Vibrationen und Stößen geschützt werden. Sie besitzen einen anderen thermischen Wärmedehnungskoeffizienten als Metall, wodurch ihre Anordnung in einem Gehäuse eines Partikelfilters problematisch ist. Beispielsweise werden die Partikelfilterelemente mittels Quellmatten oder Lagermatten im Gehäuse verpresst, um sie im Gehäuse zu fixieren und vor Erschütterungen zu schützen. Ferner müssen die Partikelfilterelemente am Gehäuse zusätzlich axial abgestützt werden, um Axialbewegungen des Partikelfilterelements im Gehäuse zu vermeiden. Desweiteren besteht bei den keramischen Partikelfilterelementen die grundsätzliche Gefahr, dass sich Keramikpartikel vom keramischen Körper lösen und in der Abgasströmung abtransportiert werden. Diese keramischen Partikel können andere Abgasreinigungseinrichtungen, die stromab zum Partikelfilter in einer Abgasanlage angeordnet sein können, wie z. B. ein SCR-Katalysator, beschädigen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Partikelfilterelement, sowie für ein damit ausgestattetes Partikelfilter bzw. für entsprechende Herstellungsverfahren eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte und somit preiswertere Herstellbarkeit auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Körper des Partikelfilterelements aus einem Metallpulver herzustellen. Ein aus Metallpulver hergestellter, für Abgas durchlässiger Körper kann gegenüber einem Keramikkörper einen erhöhten Abscheidungsgrad bei besserer Gasdurchlässigkeit aufweisen. In der Folge ist weniger Filterfläche erforderlich. Gleichzeitig kann der Druckabfall beim Durchströmen des Partikelfilterelements reduziert werden. Der metallische Körper des Partikelfilterelements besitzt eine gegenüber einem Keramikkörper deutlich erhöhte Elastizität bzw. Flexibilität, so dass die Gefahr von Sprödbrüchen erheblich reduziert ist. Ferner besitzt der metallische Körper eine bessere Resistenz gegen Thermoschockbelastungen als ein Keramikkörper, so dass das aus Metallpulver hergestellte Partikelfilterelement insgesamt mit dünneren Wandstärken auskommt und besonders kompakt baut.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Körper aus einem gesinterten Metallpulver bzw. aus einem Sintermetallpulver hergestellt sein. Das Sintern von Metallpulvern setzt vergleichsweise kurze Trocknungszeiten voraus, da die Grünlinge vergleichsweise stabil sind. Desweiteren können Metallpulver bzw. Sintermetallpulver bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen gesintert werden, die bspw. bei etwa 1300°C liegen. Dies ermöglicht insbesondere die Verwendung anderer Sinteröfen, insbesondere von Durchlauföfen, was erhöhte Stückzahlen bei der Herstellung der Partikelfilterelemente ermöglicht.
Von besonderem Vorteil ist die Möglichkeit, das jeweilige metallische Partikelfilterelement unmittelbar an einem metallischen Gehäuse eines Partikelfilters zu befestigen, bspw. bevorzugt mittels wenigstens einer Schweißverbindung und/oder zumindest theoretisch mittels wenigstens einer Lötverbindung. Hierdurch kann auf zusätzliche Befestigungsmaßnahmen zum Abstützen des Filterelements am Gehäuse verzichtet werden. Darüber hinaus können aufwendige Lagerungen entfallen, da das metallische Filterelement hinreichend stabil gegenüber Erschütterungen ist.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Partikelfilterelement durch eine gezielte Zusammenstellung des jeweiligen Metallpulvers so auszugestalten, dass es etwa den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Material des Gehäuses aufweist. Dadurch können thermische Spannungen zwischen dem Partikelfilter und dem Gehäuse vermieden werden, auch wenn das Partikelfilter unmittelbar am Gehäuse befestigt ist.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt eine stark vereinfachte, schematisierte Prinzipdarstellung eines Partikelfilters im Längsschnitt.
Entsprechend 1 umfasst ein Partikelfilter 1 ein Gehäuse 2 sowie zumindest ein Partikelfilterelement 3. Im Beispiel ist genau ein einziges Partikelfilterelement 3 im Gehäuse 2 angeordnet. Es ist klar, dass im Gehäuse 2 auch mehrere derartige Partikelfilterelemente 3 parallel oder in Reihe angeordnet sein können. Das Partikelfilter 1 dient zum Einbau in eine hier nicht gezeigte Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, die insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann. Pfeile 4 deuten eine Durchströmung des Partikelfilters 1 mit Abgas an, während Pfeile 5 eine Durchströmung des Partikelfilterelements 3 mit Abgas andeuten.
Das Partikelfilterelement 3 weist einen Körper 6 auf, der aus einem für Abgas durchströmbaren bzw. durchlässigen Material besteht. Der Körper 6 ist insbesondere porös bzw. aus einem porösen Material hergestellt. Der Körper 6 ist aus einem Metallpulver hergestellt. Bei diesem Metallpulver kann es sich beim fertigen Körper 6 bspw. um ein gesintertes Metallpulver bzw. um ein Sintermetallpulver handeln.
Im gezeigten Beispiel ist der Körper 6 monolithisch ausgestaltet, d. h., der Körper 6 ist ein Monolith. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Körper 6 aus mehreren monolithischen Teilkörpern aufgebaut sein. Diese können dann so angeordnet sein, dass sie parallel oder in Reihe durchströmbar sind.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Körper 6 durch Extrusion hergestellt ist. Bevorzugt handelt es sich somit beim Körper 6 des Partikelfilterelements 3 um ein Metallextrudat auf der Basis eines Sintermetallpulvers.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform weist der Körper 6 eine Anströmseite 7 sowie eine Abströmseite 8 auf. Desweiteren besitzt der Körper 6 eine Vielzahl parallel zueinander angeordneter und parallel zur Hauptströmungsrichtung des Abgases orientierter Kanäle 9 und 10. Die einen Kanäle 9 sind anströmseitig offen und abströmseitig verschlossen. Sie werden im Folgenden als Einlasskanäle 9 bezeichnet. Die anderen Kanale 10, die im Folgenden als Auslasskanäle 10 bezeichnet werden, sind anströmseitig verschlossen und abströmseitig offen. Das anströmende Abgas tritt an der Anströmseite 7 durch die Einlassöffnungen der Einlasskanäle 9 in den Körper 6 ein. Da die Einlasskanäle 9 abströmseitig verschlossen sind, muss das Abgas das poröse metallische Material des Körpers 6 durchdringen, um in die Abströmkanäle 10 zu gelangen. Beim Durchströmen des porösen, metallischen Materials werden im Abgas mitgeführte Partikel ausgefiltert, die dann im porösen Material zurückbleiben. Das nunmehr gereinigte Abgas tritt an der Abströmseite 8 durch die offenen Auslassöffnungen der Auslasskanäle 10 aus dem Körper 6 aus. Das wechselweise Verschließen der Kanäle 9, 10 an der Anströmseite 7 sowie an der Abströmseite 8 kann bspw. mittels entsprechend maskierten Blechen erfolgen, die mit dem Körper 6 z. Bsp. verschweißt oder verlötet werden. Grundsätzlich sind auch andere Maßnahmen zum Verschließen der jeweiligen Kanäle 9, 10 durchführbar, wie z. Bsp. Einzel-Stopf-Verfahren, bei denen die einzelnen Kanäle auf geeignete Weise verstopft werden. Insbesondere können auch gleiche oder ähnliche Verfahren verwendet werden, die auch bei keramischen Körpern zum Einsatz kommen.
Das Partikelfilterelement 6 ist unmittelbar am Gehäuse 2 befestigt. Entsprechende Befestigungsstellen sind in 1 mit 11 bezeichnet. Beispielsweise kann es sich bei den Befestigungsstellen 11 um Schweißpunkte handeln. Es ist klar, dass auch eine andere Anzahl und/oder eine andere Verteilung der Schweißpunkte denkbar ist. Anstelle von Schweißpunkten können auch Schweißnähte verwendet werden. Ebenso kann der Körper 6 mit dem Gehäuse 2 verlötet werden. Grundsätzlich sind auch andere herkömmliche Befestigungsmethoden denkbar.

Claims

Partikelfilterelement für ein Partikelfilter (1) einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Körper (6) aus einem für Abgas durchlässigen Material, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (6) aus einem Metallpulver hergestellt ist.
Partikelfilterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (6) aus einem gesinterten Metallpulver oder aus Sintermetallpulver hergestellt ist.
Partikelfilterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (6) monolithisch ausgestaltet ist oder aus mehreren monolithischen Teilkörpern aufgebaut ist.
Partikelfilterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (6) durch Extrusion hergestellt ist.
Partikelfilter für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse (2), in dem zumindest ein Partikelfilterelement (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 angeordnet ist.
Partikelfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus Metall hergestellt ist, wobei das wenigstens eine Partikelfilterelement (3) unmittelbar am Gehäuse (2) befestigt ist.
Partikelfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Partikelfilterelement (3) mit dem Gehäuse (2) verschweißt und/oder verlötet ist.
Partikelfilter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver so zusammengestellt ist, dass der Körper und das Gehäuse etwa den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Verfahren zum Herstellen eines Partikelfilterelements (3) für ein Partikelfilter (1) einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein Körper (6) des Partikelfilterelements (3) aus einem für Abgas durchlässigen Material hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (6) aus einem Metallpulver hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (6) gesintert wird oder aus einem Sintermetallpulver hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (6) monolithisch ausgestaltet wird oder aus mehreren monolithischen Teilkörpern aufgebaut wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (6) extrudiert wird.
Verfahren zum Herstellen eines Partikelfilters (1) für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, insbesondere nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem zumindest ein aus Metallpulver hergestelltes Partikelfilterelement (3) in einem Gehäuse (2) aus Metall angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Partikelfilterelement (3) direkt am Gehäuse (2) befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Partikelfilterelement (3) mit dem Gehäuse (2) verschweißt und/oder verlötet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver so zusammengestellt wird, dass das Partikelfilterelement (3) und das Gehäuse (2) etwa den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.