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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung, wie sie beispielsweise in einem Abgasrückführzweig eines Kraftfahrzeugs verwendet wird, das durch eine Verbrennungskraftmaschine angetrieben ist. Es ist die Aufgabe eines derartigen Filters in einem Abgasführzweig etwaig mitgeführte Partikel aufzufangen bzw. zurückzuhalten, um deren Eindringen auf der Verdichterseite eines Abgas-Turboladers oder in eine Brennkammer bzw. einen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine zu verhindern.
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Um im Sinne einer Reinhaltung der Luft eine Einhaltung von Abgasvorschriften nicht nur bei der Zulassung eines mit einer Verbrennungskraftmaschine betriebenen Fahrzeuges, sondern über dessen Lebensdauer hinweg sicherzustellen, werden heute alle abgasbeeinflussenden Systeme und wichtige Steuergeräte eines Fahrzeuges während des Fahrbetriebes durch zahlreiche Sensoren überwacht. Dazu verfügt heute jedes Kraftfahrzeug über eigene elektronische Systeme in Form einer sog. On-Board-Diagnose, kurz OBD, zur Selbstüberwachung. Ein OBD zeigt einem Fahrer abgasrelevante Fehler über eine Signallampe an. Zudem müssen ermittelte Fehler in einem mit Bordmitteln und später auch durch eine Fachwerkstatt auslesbaren Speicher abgelegt werden. Neben der Gefahrenabwehr und Schonung der Umwelt kann die OBD in der Praxis so auch Motorschäden verhindern: Bei entsprechenden Fehlern werden motorschonende Notlaufprogramme aktiviert, die der betreffende Fahrer neben der eventuell aufleuchtenden Signallampe als Leistungsabfall wahrnimmt. Weiterhin kann die OBD auch zur Vereinfachung von Reparaturen und Wartung dienen: Die Informationen der OBD können die Suche nach der defekten Komponente nach Auftreten eines Fehlersymptoms erleichtern oder gar überflüssig machen. Grundlage für ein OBD sind aber entsprechende Sensoren, die auf eine Lebensdauer eines Fahrzeugs ausgelegt und auch in einem Fehlerfall gegen Beschädigungen zu schützen sind.
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Die
DE 17 82 600 C3 offenbart einen Filtereinsatz für eine Fluidleitung, bei dem ein Filtergewebe durch Rahmenleistein eingefasst und gasdicht in einem Rahmen gespannt gehalten ist.
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In einer bekannten Schutzvorrichtung wird dazu gemäß der
DE 10 2011 085 800 A1 in einem Rohrabschnitt eines Abgasrückführzweiges an ein Gehäuse eines Diesel-Partikel-Filters anschließend mindestens ein Filtergewebe zum Zurückhalten temperaturbeständiger Feinpartikel angeordnet, dem in Strömungsrichtung eine Lochplatte zum Zurückhalten etwaiger Grobpartikel vorgelagert sein kann. Das mindestens eine Filtergewebe ist dabei zwischen zwei Metallringen eingeklemmt, die nach der Fixierung des mindestens einen Filtergewebes miteinander verschweißt werden. Nachfolgend wird diese Anordnung ihrerseits auf einem Abgasrohr, einen Teil bzw. Stutzen eines Abgassystems aufgesetzt und dort aufgeschweißt. Daran anschließend kann eine weiterführende Rohrleitung an diese Anordnung angeschlossen oder gasdicht über diese gestülpt werden, wobei auch diese Fixierung i.d.R. in Form einer Schweißverbindung erfolgt.
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Die
DE 10 2012 214 609 A1 offenbart für eine Filtervorrichtung in einem AGR-Zweig, bei der eine Fixierung durch Klemmung erfolgt.
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Ferner ist in der
US 5 549 826 A eine Filtervorrichtung offenbart, bei der ein Filterelement um einen steifen Drahtring herum umgeschlagen und zwischen zwei Teile, einem ringförmiges Leistenelement und einem Klemmring, in einem Zylinder fixiert gehalten wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Filtervorrichtung der vorstehend genannten Art unter Vereinfachung des Aufbaus bei gleichzeitiger Optimierung einer Serienfertigung weiterzubilden.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 durch eine Filtervorrichtung mit einem Rahmen als Träger für mindestens ein Filtergewebe gelöst, in dem das mindestens eine Filtergewebe mit einem Metallring als Rahmen durch eine durch Umformen erzeugte Einfassung verbunden und ein Abstand zwischen dem mindestens einen Sieb- oder Filtergewebe und einem als Grobfilter eingesetzten Lochblech durch eine Schulter des unteren Metallrings definiert ist. Damit ist das mindestens eine Filtergewebe mit einem Metallring als Rahmen und Halter verbunden, der in bekannter Art und Weise mit einem Abgasrohr, Teil eines Abgassystems oder einem Katalysator durch Verschweißen verbunden werden kann. Eine erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich also dadurch besonders aus, dass auf einen zweiten Metallring zur Fixierung des mindestens einen Filtergewebes verzichtet wird.
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Aus den nachfolgenden vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung wird deutlich, dass die verbindende Einfassung als Ergebnis eines Umformprozesses an dem Metallblech unter Einbeziehung des mindestens einen Filtergewebes und damit unter Verzicht thermischer Fügeverfahren herstellbar ist, sodass ein durch Wärmeeintrag hervorgerufener Bauteilverzug vermieden und damit eine höhere Teilpräzision in der Serienfertigung erzielt werden kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Vorteilhafter Weise ist die Einfassung als ringförmig geschlossener Rand Ergebnis einer Faltung, Bördelung, Falzung, Rollfalzung oder durch Umlegen gebildet. Dabei ist die Einfassung zwischen den mindestens einen Filtergewebe und einem inneren Randbereich des Metallrings gebildet.
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Vorzugsweise kann die Einfassung senkrecht oder unter einem Versatzwinkel α zu einer Mittelachse des Rohrstutzens orientiert liegen. Ferner kann die Einfassung vertikal zu der Mittelachse des Rohrstutzens versetzt angeordnet sein.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Rahmen in Form des Metallrings als Tiefziehteil aus einem Metallblech ausgeführt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Haltering eines insbesondere als Lochblech realisierten Grobfilters außen von einer verlängerten Schulter des Metallrings so umschlossen, dass der Haltering zwischen der Schulter und einer Sicke fixiert ist. So ergibt sich eine bauliche Einheit mit Grob- und Feinfilter.
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Vorteilhafte Weise ist ein Abstand d zwischen dem mindestens einen Sieb- oder Filtergewebe und einem als Grobfilter eingesetzten Lochblech durch eine Schulter des unteren Metallrings definiert. Alternativ ist bei einem Versatzwinkel von 90°< α < 180° ein Abstand d zwischen dem mindestens einen Sieb- oder Filtergewebe und einem als Grobfilter eingesetzten Lochblech durch die Einfassung in der Funktion einer Schulter definiert.
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Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:
- 1: eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer Filtervorrichtung gemäß vorliegender Erfindung;
- 2: die Schnittdarstellung der Ausführungsform von 1 zu einem Zeitpunkt des Zusammenbaus vor dem Zusammenfügen durch mehrfache Faltung;
- 3: eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Filtervorrichtung gemäß vorliegender Erfindung mit Verlagerung des durch mehrfache Faltung gebildeten Randes nach außen hin;
- 4a: einen Schnitt durch eine Einbausituation an einem Ausgang eines Diesel-Partikel-Filters als vergrößerten Ausschnitt unter Hervorhebung der dem Aufbau gemäß 1 korrespondierenden Bereiche und Bauteile;
- 4b: eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Filtervorrichtung als Erweiterung der Ausführungsform von 4a und
- 5: einen Schnitt durch einen aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau einer Filtervorrichtung unter Hervorhebung der dem Aufbau gemäß 1 korrespondierenden Bereiche und Bauteile.
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Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden für gleiche Elemente oder Verfahrensschritt stets die gleichen Bezugszeichen verwendet. Ohne Beschränkung der Erfindung wird nachfolgend nur ein Einsatz als Schutzfilter in einem Abgasrückführstrang einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs dargestellt und beschrieben. Es ist aber für den Fachmann offensichtlich, dass in gleicher Weise auch eine Anpassung auf sonstige Einsatzfelder von Filtervorrichtungen möglich ist.
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Ferner werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff „Siebgewebe“ oder „Filtergewebe“ auch Geflechte oder Wirrlagen-Strukturen, wie z.B. Vliese, verstanden, die sich allesamt durch eine ausreichende Hitzebeständigkeit auszeichnen.
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5 stellt einen Schnitt durch einen aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau einer Filtervorrichtung 1 dar. Diese Filtervorrichtung 1 ist an einem Haltering 2 eines Lochblechs 3 fixiert, das wiederum auf einem Rohrstutzen 4 am Ausgang eines Diesel-Partikel-Filters DPF dauerhaft angeordnet ist. Das Lochblech 3 dient dem Zurückhalten etwaig in einem durch den Rohrstutzen 4 geleiteten Abgasstrom enthaltener grober Teile, während die Filtervorrichtung 1 dem Zurückhalten etwaiger Feinpartikel dient, wie sie in Fehlerfällen z.B. von keramischen Katalysatoren abgegeben werden und zu Störung oder gar einer Zerstörung an der Verdichterseite eines Abgas-Turboladers führen könnten.
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Um eine dauerhafte und belastbare Filtervorrichtung 1 trotz der pulsierenden Belastung durch den Abgasstrom herzustellen, wird in der bekannten Vorrichtung ein ein- oder mehrlagiges Sieb- oder Filtergewebe 5 zwischen einem oberen Metallring 6 und einem unteren Metallring 7 eingeklemmt. Die beiden Metallringe 6, 7 werden danach miteinander mindestens punktuell in einem Bereich A verschweißt. Diese Anordnung wird dann über den Haltering 2 des als Grobfilter dienenden Lochblechs 3 aufgesetzt. Ein Abstand d zwischen dem als Feinfilter wirkenden Sieb- oder Filtergewebe 5 und dem als Grobfilter eingesetzten Lochblech 3 wird durch eine Schulter 8 des unteren Metallrings 7 definiert. Die Schulter 8 setzt in einer Einbaulage auf dem Ring 2 auf, woraufhin der untere Metallring 7 mit dem Ring 2 ebenfalls durch eine mindestens punktuelle Verschweißung verbunden wird, dies nun in einem Schweißbereich B.
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Die gesamte Anordnung wird dann schließlich auf den Rohrstutzen 4 aufgesetzt und durch eine weitere mindestens punktuelle Verschweißung an diesem in einem Bereich C fixiert. Zur Herstellung einer Gasdichtigkeit wird diese Anordnung durch ein Außenrohr 9 umschlossen, das an einem Flansch 10 gasdicht fixiert ist.
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Damit wird in dem beschriebenen Aufbau zwei Metallringe 6, 7 benötigt, um das ein- oder mehrlagige Sieb- oder Filtergewebe 5 gespannt zu halten. Ferner werden für diesen Aufbau an drei Verbindungsbereichen A, B, C thermische Fügeverfahren in Form mindestens punktueller Verschweißung eingesetzt, was zu einem vergleichsweise hohen Zeit- und Arbeitsaufwand der Herstellung führt, und zudem einen deutlichen Bauteilverzug nach sich ziehen kann. Diese Punkte sind für eine Serien- und Massenfertigung nachteilhaft.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer Filtervorrichtung 1 gemäß vorliegender Erfindung, bei der das ein- oder mehrlagige Sieb- oder Filtergewebe 5 nur durch den unteren Metallring 7 als Rahmen und nachfolgend als Halter eingefasst ist. Für die Integration wird das ein- oder mehrlagige Sieb- oder Filtergewebe 5 außen von dem unteren Metallring 7 durch Umformen eingefasst, so dass beide Komponenten mechanisch dauerhaft und sicher miteinander umgeformt werden. Zur Umformung eines Metallblechs mit einem ein- oder mehrlagigen Sieb- oder Filtergewebe 5 kommen als nicht thermische Verfahren eine Faltung, eine Bördelung, ein Falz oder Rollfalz durch Umlegen in Betracht. In jedem Fall entfällt damit eine Fixierung durch Verschweißung in einem Bereich A.
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Die Einfassung 11 kann also unter Vermeidung thermischer Spannungen im Bauteil als Einfalzung, Faltung, Bördelung, Rollfalzen oder durch Umlegen sowohl horizontal bzw. senkrecht zu einer nicht weiter dargestellten Mittelachse des Rohrstutzens 4 verlaufen, als auch mit einem Winkelversatz oder vertikal versetzt liegen. Ein Versatzwinkel α ist also in einem weiten Bereich frei wählbar und kann einem Anwendungsfall entsprechend angepasst werden. In 1 ist ein Beispiel mit einem Winkelversatz α ≈ 22° zur grundsätzlichen Veranschaulichung eines Aufbaus in einem Bereich 0° < α < 90° gewählt worden, hier liegt die Einfassung 11 innerhalb des Metallrings 7.
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2 stellt einen Schnitt der Ausführungsform von 1 entsprechend einem Zeitpunkt eines Zusammenbaus dar vor dem Zusammenfügen und Einfassen durch mehrfache Faltung. Demnach ist das ein- oder mehrlagige Sieb- oder Filtergewebe 5 an einem Randbereich 12 so gebördelt, dass es eine gebördelte Schulter 13 des Metallrings 7 tendenziell hintergreift. Zum Zusammenfügen wird die Schulter 13 nach außen hin gedrückt, dann wird die Anordnung zusammengepresst, wie durch die jeweils entsprechenden Pfeile in 2 angedeutet. Der pulsierenden Belastung durch einen Abgasstrom hält diese Verbindung dauerhaft stand.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Winkelversatz von α ≈ 270° und vertikalem Versatz zu einer Mittelachse des Rohrstutzens 4 um eine Strecke s. Ab einem Winkelversatz von α > 90° liegt die Einfassung 11 quasi außerhalb des Metallrings 7. Der Randbereich 12 des Sieb- oder Filtergewebes 5 und die gebördelte Schulter 13 des Metallrings 7 entsprechen so im Wesentlichen einer freien Weite des Rohrstutzens 4. Diese Verbindung selber hält tendenziell noch höhere Belastungen stand, als die gemäß 1, zumal eine freie Querschnittsfläche bei gleichbleibendem Durchmesser des Rohrstutzens 4 vergrößert wird.
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In der Ausführungsform von 3 liegen die Einfassung 11 als Einfalzung und die Schulter 13 des Metallrings 7 innerhalb des umfassenden und tragenden Metallrings 7 ungefähr auf der Höhe des Rohrstutzens 4. Damit entspricht die Einfalzung 11 vom Durchmesser im Wesentlichen einer freien Weite des Rohrstutzens 4. Hier kann daher auf Ausbildung einer Schulter 13 an dem Metallring 7 unter Einsparung des vertikalen Versatzes s am tragenden Metallring 7 verzichtet werden, wenn die Einfalzung 11 selber bei entsprechender Dimensionierung zur Einrichtung eines Abstandes d zwischen dem Feinfilter des Sieb- oder Filtergewebes 5 und dem Lochblech 3 als Grobfilter herangezogen wird. In angedeuteter Art und Weise kann eine derart ausgeführte Einfalzung 11 als Schulter 8' dienen und eine separat herzustellende Schulter 8 am Metallring 7 in einem Bereich ersetzen, der durch einen Versatzwinkel α mit 90°< α ≤ 180° abgeschätzt werden kann wobei aber auch Winkel α > 180° realisiert werden können. Ein Abstand d zwischen einem Grobfilter und dem ein- oder mehrlagigen Sieb- oder Filtergewebe 5 wird dann durch ein Anliegen der Schulter 8' an dem Rohrstutzen 4 unter Einsparung eines separaten Arbeitsschrittes definiert, wie in der Abbildung von 3 angedeutet.
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Die Abbildung von 4a zeigt einen Schnitt durch eine Einbausituation an einem Ausgang eines Diesel-Partikel-Filters als vergrößerten Ausschnitt unter Hervorhebung der dem Aufbau gemäß 1 korrespondierenden Bereiche und Bauteile. Durch Einsparung des oberen Metallrings 6, vergleiche 5, werden durch eine der vorstehend beispielhaft beschriebenen Lösungen Materialkosten eingespart. Zudem wird vor einem Zusammenbau der Filtervorrichtung 1 mit dem Grobfilter in Form des Lochblechs 4 ein Schritt mit thermischem Fügen mit entsprechenden Prozesskosten eingespart. Zudem können nun Bauteile mit geringeren Toleranzen zusammengesetzt werden, was ebenfalls eine Produktionserleichterung mit sich führt.
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Schließlich stellt die Abbildung von 4b einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform einer Filtervorrichtung 1 dar, in der als Erweiterung der Ausführungsform gemäß 4a nun auch der Grobfilter durch eine Anpassung des unteren Metallrings 7 mit dem durch das mindestens eine Filtergewebe gebildete Feinfilter eine bauliche Einheit 14 bildet. Dazu ist der Haltering 2 eines Lochblechs 3 soweit in einer axialen Länge zu dem Rohrstutzen 4 verkürzt worden, dass er zusammen mit dem Lochblech 3 nach Art einer Kappe auf den Rohrstutzen 4 aufgesetzt werden kann. Hierbei wirkt nun das Lochblech 3 als Anschlag, und der Haltering 2 übernimmt die Funktion einer Führung auf dem Rohrstutzen 4. Zur Fixierung wird der Haltering 2 des Grobfilters nun außen von einer verlängerten Schulter 15 des unteren Metallrings 7 so umschlossen, dass der Haltering 2 zwischen der Schulter 15 des unteren Metallrings 7 und einer Sicke 16 fixiert ist. Jenseits der Sicke 16 ist an der verlängerten Schulter 15 des unteren Metallrings 7 jetzt nun noch der Bereich C einer letzten verbliebenen Punkt-Verschweißung vorgesehen, durch den als nun einziges thermisches Füge- und Verbindungsverfahren die Filteranordnung mit dem Grobfilter als einstückige Einheit 14 an dem Rohrstutzen 4 fixiert wird. Damit ist unter weiterer Minderung des Materialaufwandes in dem Ausführungsbeispiel gemäß 4b nur noch eine Punkt-Verschweißung zur dauerhaften Fixierung einer kompletten und sehr konturtreuen Einheit 14 auf dem Rohrstutzen 4 erforderlich.
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Damit sind vorstehend mehrere Ansätze beschrieben worden, die unter fortschreitendem Einsatz nicht-thermischer Füge- und Verbindungsverfahren auch Vereinfachungen des jeweiligen Aufbaus eines Filters aufzeigen. Gleichzeitig erfolgt eine Optimierung einer jeweiligen Serienfertigung dadurch, dass ein reduzierter Einsatz thermischer Füge- und Verbindungsverfahren eine Minderung thermischer Spannung innerhalb eines jeden Bauteils sowie geringere Toleranzgrenzen bewirkt. Auch kann Prozesszeit auch durch einen Verzicht auf grundsätzlich verschiedene Fertigungsschritte und Transportwege eingespart werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Filtervorrichtung
- 2
- Haltering
- 3
- Lochblech
- 4
- Rohrstutzen zum Diesel-Partikel-Filter (DPF) hin
- 5
- Filtergewebe
- 6
- oberer Metallring
- 7
- unterer Metallring
- 8
- Schulter des unteren Metallrings 7 8` Schulter durch Einfassung 11 gebildet
- 9
- Außenrohr
- 10
- Flansch zur weiteren Anbindung an den AGR-Zweig
- 11
- Einfassung / Einfalzung
- 12
- gebördelter Randbereich des Filtergewebes 5
- 13
- gebördelte Schulter des Metallrings 7
- 14
- bauliche Einheit aus Grob- und Feinfilter
- 15
- verlängerten Schulter des unteren Metallrings 7
- 16
- Sicke
- A
- Bereich einer (Punkt-) Verschweißung
- B
- Bereich einer (Punkt-) Verschweißung
- C
- Bereich einer (Punkt-) Verschweißung
- d
- Abstand zwischen dem Sieb- oder Filtergewebe 5 und dem Lochblech 3
- s
- Strecke eines axialen Versatzes
- α
- Versatzwinkel
