DE102014222350A1 - Partikelfiltereinheit zur Reinigung von Abgasen sowie Verfahren zur Herstellung einer Partikelfiltereinheit - Google Patents

Partikelfiltereinheit zur Reinigung von Abgasen sowie Verfahren zur Herstellung einer Partikelfiltereinheit Download PDF

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Abstract

Es wird eine Partikelfiltereinheit (1) zur Reinigung von Abgasen angegeben, die ein Filtergehäuse (2) und eine im Filtergehäuse (2) angeordnete Filterstruktur (3) aufweist, welche eine Vielzahl von Filterelementen (31) umfasst. Das Filtergehäuse (2) und die Filterstruktur (3) sind mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens hergestellt. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Partikelfiltereinheit (1) angegeben.

Description

  • Es wird eine Partikelfiltereinheit zur Reinigung von Abgasen angegeben. Die Partikelfiltereinheit kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Partikelfiltereinheit angegeben.
  • Partikelfilter werden z. B. aus den keramischen Materialien Cordierit, Siliciumcarbid oder Aluminiumtitanat hergestellt. Bei der Herstellung der Partikelfilter werden die Keramiken durch eine Form gepresst, wobei Partikelfilterstrukturen mit Gasführungskanälen entstehen, welche anschließend auf zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils wechselseitig verschlossen werden. Danach werden die Partikelfilterstrukturen in Metallbehälter eingepackt, die die Partikelfilterstrukturen nach außen hin gasdicht umschließen.
  • Weiterhin sind Metallfilter bekannt, die auf Metallfließen basieren, welche als Zwischenlagen in einem gelochten Blech eingelegt und gewickelt werden.
  • Die im Stand der Technik bekannten Partikelfilter sind aufgrund der verwendeten Herstellungsverfahren nicht in beliebigen makroskopischen Formen herstellbar. Dies wirkt sich insbesondere beim Einsatz in Fahrzeugen zum Nachteil aus, da der im Fahrzeug zur Verfügung stehende Bauraum üblicherweise sehr begrenzt ist. Weiterhin beschränkt auch das Einpacken der Keramiken in Metallbehälter zusätzlich die Möglichkeiten der makroskopischen Formgebung der Partikelfilter.
  • Darüber hinaus ist auch die mikroskopische Formgebung der Partikelfilterstrukturen durch die Herstellungsverfahren begrenzt. Insgesamt entstehen aufgrund der genannten Beschränkungen Anpassungseinschränkungen in Bezug auf eine Gegendruckverringerung und Filtereffizienzsteigerung bei Partikelfiltern.
  • Es ist eine zu lösende Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen, eine Partikelfiltereinheit zur Reinigung von Abgasen anzugeben, die in einer beliebigen makroskopischen Form herstellbar ist und in keine zusätzlichen Metallbehälter oder dergleichen eingepackt werden muss. Eine weitere Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Partikelfiltereinheit anzugeben.
  • Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor.
  • Eine Partikelfiltereinheit gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Filtergehäuse, das die Partikelfiltereinheit nach außen begrenzt, sowie eine im Filtergehäuse angeordnete Filterstruktur auf, welche eine Vielzahl von Filterelementen umfasst. Das Filtergehäuse und die Filterstruktur sind mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens hergestellt. Beispielsweise sind das Filtergehäuse und die Filterstruktur mittels eines selektiven Laserschmelzverfahrens oder eines selektiven Lasersinterverfahrens hergestellt. Alternativ dazu können auch andere Rapid-Prototyping-Verfahren zum Einsatz kommen. Besonders bevorzugt besteht die Partikelfiltereinheit aus dem Filtergehäuse und der darin angeordneten Filterstruktur.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Filtergehäuse einen Eintrittsbereich, durch den ein mit Partikeln beladener Gasstrom in die Partikelfiltereinheit einströmen kann, und einen Austrittsbereich, durch den der Gasstrom nach einem Durchströmen der Filterstruktur die Partikelfiltereinheit wieder verlassen kann, auf. Vorzugsweise sind der Eintrittsbereich und der Austrittsbereich auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Filtergehäuses angeordnet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Filtergehäuse eine oder mehrere Filterwände auf, welche gasdicht ausgebildet sind. Die Filterwand bzw. die Filterwände verbinden vorzugsweise den Eintrittsbereich mit dem Austrittsbereich des Filtergehäuses. Mittels der gasdichten Filterwände wird sichergestellt, dass ein in die Partikelfiltereinheit einströmender Gasstrom die Partikelfiltereinheit erst im Austrittsbereich wieder verlassen kann und beispielsweise nicht vor einem vollständigen Durchströmen der Filterstruktur seitlich austritt.
  • Vorzugsweise sind das Filtergehäuse und die Filterstruktur einstückig ausgebildet. Insbesondere können das Filtergehäuse und die Filterstruktur in einem gemeinsamen Herstellungsvorgang hergestellt sein, so dass es nicht notwendig ist, die Filterstruktur in weiteren Verfahrensschritten mit einem Gehäuse zu verbinden.
  • Das Filtergehäuse und die Filterstruktur können ein oder mehrere keramische und/oder metallische Materialien aufweisen oder daraus bestehen. Die verwendeten Materialien weisen vorzugsweise eine hohe Temperaturbeständigkeit auf. Beispielsweise kann die Partikelfiltereinheit auch eine Materialmischung und/oder eine Legierung aufweisen bzw. daraus bestehen. Weiterhin ist es möglich, dass das Filtergehäuse ein von der Filterstruktur verschiedenes Material aufweist, beispielsweise indem bei der Herstellung der Partikelfiltereinheit lokal verschiedene Materialien verwendet werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Filtergehäuse eine Krümmung in zumindest zwei verschiedene Raumrichtungen auf. Dadurch kann die Partikelfiltereinheit vorteilhafterweise besonders gut an den umliegenden Bauraum angepasst sein. Besonders bevorzugt weist das Filtergehäuse eine Krümmung in drei Raumrichtungen auf.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Filtergehäuse als Grundform die Form eines dreidimensionalen Polyeders auf. Beispielsweise kann das Filtergehäuse bzw. die Grundform des Filtergehäuses würfel-, quader-, prismen-, pyramiden- oder spatförmig ausgebildet sein. Insbesondere kann das Filtergehäuse eine Form aufweisen, bei der aneinander grenzende Filterwände des Filtergehäuses Kanten ausbilden. Unter „Grundform” des Filtergehäuses kann beispielsweise eine Form des Filtergehäuses ohne Berücksichtigung des Eintrittsbereichs und/oder des Austrittsbereichs des Filtergehäuses und damit ausgebildeten Anschlusselementen gemeint sein. Weiterhin ist es möglich, dass das Filtergehäuse als Grundform eine Kugel-, Kegel-, Kegelstumpf- oder Flaschenform, oder auch eine Kombination der genannten Formen aufweist. Weiterhin kann das Filtergehäuse derart ausgebildet sein, dass die Oberfläche des Filtergehäuses zumindest eine Krümmungsänderung aufweist. Bevorzugt weist die Oberfläche des Filtergehäuses eine Mehrzahl von Krümmungsänderungen auf.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Filtergehäuse eine Längsausdehnung auf, wobei das Filtergehäuse in Richtung der Längsausdehnung mehrfach gekrümmt ist. Dadurch kann das Filtergehäuse optimal an einen in einem Fahrzeug zur Verfügung stehenden Bauraum angepasst sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist eine kürzeste Verbindungslinie, die den Flächenschwerpunkt der Eintrittsfläche des Eintrittsbereichs mit dem Flächenschwerpunkt der Austrittsfläche des Austrittsbereichs verbindet und die durchgehend innerhalb des Filtergehäuses verläuft, eine Krümmung auf. Vorzugsweise weist diese Verbindungslinie zumindest eine Krümmungsänderung, besonders bevorzugt zumindest zwei Krümmungsänderungen auf.
  • Vorteilhafterweise ist bei der hier beschriebenen Partikelfiltereinheit, bei der sowohl das Filtergehäuse als auch die Filterstruktur mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens hergestellt sind, eine freie als und komplexe Geometriegestaltung sowohl des Filtergehäuses als auch der Filterstruktur möglich.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Filterelemente eine variable Geometrie entlang einer Gaslaufstrecke, welche durch den Gasweg des Gasstroms vom Eintrittsbereich zum Austrittsbereich des Filtergehäuses definiert wird, auf. Dadurch kann die Filterstruktur beispielsweise eine Porosität aufweisen, welche entlang der Gaslaufstrecke des Gasstromes variiert. Beispielsweise kann die Porosität der Filterstruktur vom Eintrittsbereich zum Austrittsbereich kontinuierlich zunehmen. Weiterhin ist es möglich, dass die Porosität vom Eintrittsbereich zum Austrittsbereich kontinuierlich abnimmt. Mittels des zur Herstellung der Partikelfiltereinheit eingesetzten Rapid-Prototyping-Verfahrens kann eine beliebige Formgebung der Filterelemente sowie eine beliebige Porositätsverteilung der Filterstruktur erzielt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Filtergehäuse zumindest eine erste und eine zweite Querschnittsfläche auf, wobei sich die erste Querschnittsfläche in ihrer Form und/oder Größe von der zweiten Querschnittsfläche unterscheidet. Die zweite Querschnittsfläche kann beispielsweise parallel zur ersten Querschnittsfläche sein. Weiterhin kann das Filtergehäuse neben der ersten und zweiten Querschnittsfläche eine Vielzahl an weiteren Querschnittsflächen aufweisen, die sich in ihrer Form und/oder Größe von der ersten und zweiten Querschnittsfläche unterscheiden. Die weiteren Querschnittsflächen können ebenfalls parallel zur ersten Querschnittsfläche ausgebildet sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Eintrittsbereich eine Eintrittsfläche und der Austrittsbereich eine Austrittsfläche auf, wobei die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche jeweils vom Filtergehäuse begrenzt sind. Vorzugsweise unterscheidet sich die Eintrittsfläche von der Austrittsfläche in ihrer Form und/oder in ihrer Größe.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Filterstruktur eine Vielzahl von gasdichten Bereichen auf, welche Hohlräume für Ascheeinlagerungen ausbilden. Die gasdichten Bereiche sind vorzugsweise einstückig mit den Filterelementen ausgebildet. Weiterhin sind die gasdichten Bereiche vorzugsweise zusammen mit den Filterelementen in einem gemeinsamen Herstellungsvorgang mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens hergestellt. Beispielsweise können die Hohlräume derart ausgebildet sein, dass sie eine Quaderform aufweisen, bei der fünf Seitenflächen gasdicht ausgeführt sind und eine Seitenfläche offen ist. Vorteilhafterweise kann mittels der die Hohlräume ausbildenden gasdichten Bereiche innerhalb der Filterstruktur erreicht werden, dass sich das Gegendruckverhalten der Partikelfiltereinheit über die Lebensdauer nicht verändert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Eintrittsbereich und/oder der Austrittsbereich ein einstückig mit dem Filtergehäuse ausgebildetes Anschlusselement auf. Die Anschlusselemente können der Befestigung mit des Eintritts- bzw. Austrittsbereichs mit einem rohrförmigen Element zur Gaszuführung bzw. -abführung dienen. Beispielsweise können die Anschlusselemente als Schweiß-, Flansch- und/oder Schraubanschlüsse ausgebildet sein. Der Schweißanschluss kann dabei eine oder mehrere Schweißkanten umfassen und der Schraubanschluss bzw. Flanschanschluss kann z. B. mehrere Löcher zur Aufnahme von Schrauben umfassen. Die Anschlusselemente sind vorzugsweise zusammen mit dem Filtergehäuse und der Filterstruktur in einem gemeinsamen Herstellungsvorgang mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens hergestellt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Filtergehäuse eine Sondenzuführung zur Aufnahme einer Messsonde auf. Vorzugsweise ist die Sondenzuführung einstückig mit dem Filtergehäuse ausgebildet. Mittels der Messsonde können die Temperatur und/oder der Druck innerhalb des Partikelfilters gemessen werden. Auch die Sondenzuführung ist vorzugsweise zusammen mit dem Filtergehäuse und der Filterstruktur in einem gemeinsamen Herstellungsvorgang mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens hergestellt.
  • Vorzugsweise sind zwischen der Filterstruktur und dem Filtergehäuse keinerlei Verbindungselemente, wie z. B. Schweiß-, Löt-, Kleb- und/oder Klemmverbindungen, vorhanden. Des Weiteren sind bevorzugt keinerlei Isolationselmente, wie z. B. thermische Isolationselemente, und/oder keinerlei Dämpfungselemente zwischen der Filterstruktur und dem Filtergehäuse angeordnet. Somit kann bei der hier beschriebenen Partikelfiltereinheit auf Zwischenelemente zwischen der Filterstruktur und dem Filtergehäuse verzichtet werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Filterelemente eine Beschichtung auf. Die Beschichtung kann beispielsweise eine katalytische Beschichtung, wie z. B. eine Cer(IV)-oxid-Beschichtung sein. Alternativ kann die Beschichtung eine Beschichtung sein, die SCR-tauglich ist (SCR, selective catalytic reduction bzw. selektive katalytische Reduktion). Die Beschichtung kann beim Herstellungsprozess des Filtergehäuses und der Filterelemente hergestellt sein. Alternativ kann die Beschichtung auch nach der Herstellung der Partikelfiltereinheit auf die Filterelemente aufgebracht sein. Weiterhin kann die Beschichtung ein oder mehrere Materialien aufweisen bzw. aus einem oder mehreren Materialien bestehen. Beispielsweise kann zumindest eines der Materialien ein Edelmetall sein. Es ist außerdem möglich, dass die Beschichtung eine Mehrzahl von Schichten aus unterschiedlichen Materialien umfasst.
  • Die hier beschriebene Partikelfiltereinheit, die ein Filtergehäuse und eine Filterstruktur, welche mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens hergestellt sind, umfasst, ist voll funktionstüchtig, insbesondere auch ohne in ein weiteres Gehäuse, wie z. B. ein sogenanntes Metall- oder Blechcanning, eingepackt zu werden.
  • Außerdem zeichnet sich die hier beschriebene Partikelfiltereinheit durch eine freie und komplexe Geometriegestaltung des Filtergehäuses und der Variabilität der mikroskopischen Formgebung der Filterelemente bzw. der Filterstruktur entlang des Filterquerschnitts aus. Darüber hinaus können Filterabschnitte der Filterstruktur optimal zur Gegendruckoptimierung aufgrund der thermischen Viskosität des Abgases sowie zur Verbesserung von Sensorsignalen angepasst sein.
  • Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Partikelfiltereinheit angegeben. Die dadurch herstellbare oder hergestellte Partikelfiltereinheit kann eines oder mehrere Merkmale der vorgenannten Ausführungsformen aufweisen. Die vorher und im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen gelten gleichermaßen für die Partikelfiltereinheit wie auch für das Verfahren zur Herstellung der Partikelfiltereinheit.
  • Gemäß einer Ausführungsform werden bei einem Verfahren zur Herstellung einer Partikelfiltereinheit, die ein Filtergehäuse und eine Filterstruktur mit einer Vielzahl von Filterelementen umfasst, das Filtergehäuse und die Filterstruktur in einem gemeinsamen Herstellungsvorgang mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens hergestellt. Beispielsweise können das Filtergehäuse und die Filterstruktur mittels eines selektiven Laserschmelzverfahrens oder eines selektiven Lasersinterverfahrens hergestellt werden.
  • Zur Herstellung der Partikelfiltereinheit können insbesondere keramische und/oder metallische Materialien eingesetzt werden. Weiterhin ist es möglich, dass Materialmischungen und/oder Legierungen verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform kann zur Herstellung des Filtergehäuses ein von der Filterstruktur verschiedenes Material zum Einsatz kommen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden bei dem Verfahren zur Herstellung der Partikelfiltereinheit durch einen Ausbrennvorgang Hohlräume innerhalb der Filterstruktur gebildet, indem beim Ausbrennvorgang zwischen den Filterelementen angeordnetes Material thermisch zersetzt wird. Beispielsweise können bei der Herstellung der Filterstruktur zumindest zwei verschiedene Materialien verwendet werden, von denen eines in einem Ausbrennvorgang wieder entfernt wird, so dass Hohlräume innerhalb der Filterstruktur entstehen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei der Herstellung der Filterstruktur eine Beschichtung auf die Filterelemente aufgebracht. Bei der Beschichtung kann es sich beispielsweise um eine katalytische Beschichtung oder eine SCR-taugliche Beschichtung handeln. Alternativ kann die Beschichtung auch in einem separaten Verfahrensschritt nach der Herstellung der Partikelfiltereinheit aufgebracht werden.
  • Mittels des hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung einer Partikelfiltereinheit kann vorteilhafterweise eine schnelle Prototypen- und Versuchsträgererstellung einer Partikelfiltereinheit erfolgen. So kann eine wenig zeitaufwändige und individuelle Filteranpassung an verschiedene Fahrzeugderivate und Motorvarianten erreicht werden.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der hier beschriebenen Partikelfiltereinheit ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 8 beschriebenen Ausführungsformen. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Partikelfiltereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • 2 bis 5 schematische Darstellungen von Filterstrukturen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, und
  • 6 bis 8 schematische Darstellungen von Partikelfiltereinheiten gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
  • In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie z. B. Schichten, Bauteile und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Partikelfiltereinheit 1 in einer perspektivischen Ansicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Partikelfiltereinheit 1 weist ein Filtergehäuse 2 auf, das zumindest teilweise zylindrisch ausgebildet ist, sowie eine im Filtergehäuse 2 angeordnete Filterstruktur 3, die eine Vielzahl von Filterelementen 31 umfasst. Das Filtergehäuse 2 und die Filterstruktur 3 sind mittels eines selektiven Laserschmelzverfahrens hergestellt. Alternativ können das Filtergehäuse 2 und die Filterstruktur 3 auch mittels eines selektiven Lasersinterverfahrens oder eines anderen Rapid-Prototyping-Verfahrens hergestellt sein. Insbesondere sind das Filtergehäuse 2 und die Filterstruktur 3 in einem gemeinsamen Herstellungsvorgang hergestellt und einstückig ausgebildet. Das Filtergehäuse 2 weist Filterwände 21 auf, welche die Partikelfiltereinheit 1 nach außen hin begrenzen und gasdicht ausgeführt sind. Die Filterstruktur 3 kann beispielsweise wie weiter unten im Zusammenhang mit den 2 bis 4 beschrieben ausgeführt sein.
  • Das Filtergehäuse 2 weist einen Eintrittsbereich 22 und einen Austrittsbereich 23 auf und ist derart ausgebildet sind, dass ein mit Partikeln beladener Gasstrom durch den Eintrittsbereich 22 in die Partikelfiltereinheit 1 einströmen und nach einem Durchströmen der Filterstruktur 3 die Partikelfiltereinheit 1 durch ein Austreten aus dem Austrittsbereich 23 wieder verlassen kann. Der Eintrittsbereich 22 und der Austrittsbereich 23 weisen jeweils ein einstückig mit dem Filtergehäuse 2 ausgebildetes Anschlusselement 24 auf. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist dabei das Anschlusselement 24 des Eintrittsbereichs 22 als Flanschanschluss 242 mit mehreren Löchern 243 zum Befestigen eines rohrförmigen Elements zur Gaszuführung. Das Anschlusselement 24 des Austrittsbereichs 23 ist als Schweißanschluss 242, welcher eine oder mehrere Schweißkanten zum Verschweißen mit einem weiteren rohrförmigen Element.
  • Weiterhin weist das Filtergehäuse 2 eine Sondenzuführung 25 auf, die einstückig mit dem Filtergehäuse 2 ausgebildet ist. In die Sondenzuführung 25 ist eine Messsonde 251 eingebracht, mittels derer beispielsweise Druck und Temperatur gemessen werden können.
  • Zwischen der Filterstruktur 3 und dem einstückig mit der Filterstruktur 3 ausgebildeten Filtergehäuse 2 sind keine Verbindungselemente, wie z. B. Schweiß-, Löt-, Kleb- und/oder Klemmverbindungen, vorhanden. Weiterhin sind zwischen der Filterstruktur 3 und dem Filtergehäuse 2 auch keinerlei Isolations- und/oder Dämpfungselemente angeordnet.
  • In der 2 ist ein Ausschnitt einer Filterstruktur 3 in einer schematischen Schnittansicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Filterstruktur 3 umfasst eine Vielzahl von Filterelementen 31, welche jeweils eine Kugelform oder kugelähnliche Form aufweisen. Die einzelnen Filterelemente 31 sind derart miteinander verbunden, dass zwischen den Filterelementen 31 Hohlräume 33 vorhanden sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel nimmt die Größe der einzelnen Filterelemente 31 in Richtung des Gaswegs 4 kontinuierlich ab mit der Folge, dass sich die Porosität der Filterstruktur 3 in Richtung des Gaswegs 4 ändert. Alternativ kann die Größe der einzelnen Filterelemente 31 in Richtung des Gaswegs 4 kontinuierlich zunehmen bzw. gezielt variieren, so dass eine gewünschte Porositätsverteilung innerhalb der Filterstruktur 3 erzielt wird. Die Hohlräume 33 innerhalb der Filterstruktur 3 können beispielsweise durch einen Ausbrennvorgang gebildet sein, in dem zwischen den Filterelementen 31 angeordnetes Material thermisch zersetzt wurde.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnittes einer Filterstruktur 3 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem die Filterstruktur 3 eine Gitterstruktur aufweist, wobei die Gitterstruktur von einer Vielzahl von Filterelementen 31 ausgebildet wird. Die einzelnen Filterelemente bilden sozusagen die Gitterelemente der Gitterstruktur, zwischen denen Hohlräume 33 vorgesehen sind. Beispielsweise kann die Filterstruktur 3 vom Eintrittsbereich 22 bis zum Austrittsbereich 23 als durchgehende Gitterstruktur ausgebildet sein. Dabei kann die Größe der einzelnen Hohlräume in Richtung des Gaswegs 4 konstant sein. Alternativ kann die Größe der einzelnen Hohlräume in Richtung des Gaswegs 4 variieren, beispielsweise kontinuierlich zu- oder abnehmen. Weiterhin ist es möglich, dass eine Vielzahl an hintereinander angeordneten Gitterstrukturen, zwischen welchen sich Zwischenräume befinden, vorgesehen ist, wobei die einzelnen hintereinander angeordneten Gitterstrukturen jeweils gleich ausgeführt sind. Alternativ dazu können die hintereinander angeordneten Gitterstrukturen in ihrer Ausbildung variieren, beispielsweise indem sich die Gitterstrukturen hinsichtlich der Größe der einzelnen Hohlräume unterscheiden.
  • In den 4 und 5 ist eine schematische Darstellung einer Filterstruktur 3 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei die 4 die Filterstruktur 3 in einer perspektivischen Ansicht zeigt und 5 einen Ausschnitt aus 4 in einer schematischen Schnittansicht zeigt. Die Filterstruktur 3 weist eine Vielzahl von Filterelementen 31 sowie eine Vielzahl von gasdichten Bereichen 32 auf. Die gasdichten Bereiche 32 sind einstückig mit den Filterelementen 31 ausgebildet und bilden Hohlräume für Ascheeinlagerungen aus. Die Hohlräume bilden somit einseitig offene Aschetaschen aus. Mittels der gasdichten Bereiche 32 innerhalb der Filterstruktur 3 kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass sich das Gegendruckverhalten der Partikelfiltereinheit 1 über die Lebensdauer nicht verändert.
  • Die 6 bis 8 zeigen Partikelfiltereinheiten 1 gemäß weiteren Ausführungsbeispielen. Die Partikelfiltereinheit 1 gemäß 1 weist eine Polyederform als Grundform auf, wobei jeweils drei aneinander angrenzende Filterwände 21 des Filtergehäuses 2 eine Ecke ausbilden. Das Filtergehäuse 2 der Partikelfiltereinheit 1 weist einen Eintrittsbereich 22 und einen Austrittsbereich 23 auf, die jeweils Anschlusselemente 24 zum Befestigen von rohrförmigen Elementen umfassen. Die Anschlusselemente 24 sind einstückig mit dem Filtergehäuse 2 ausgebildet und sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als Flanschanschluss 242 bzw. Schweißanschluss 241 ausgeführt. Die Querschnittsfläche des Filtergehäuses 2 nimmt im polyederförmigen Bereich der Partikelfiltereinheit 1 vom Eintrittsbereich 22 in Richtung des Austrittsbereichs 23 kontinuierlich ab.
  • Die Partikelfiltereinheit 1 gemäß 7 weist eine schlauchähnliche Form auf, die einem in einem Kraftfahrzeug vorhandenen Bauraum angepasst ist. Das Filtergehäuse 2 der Partikelfiltereinheit 1 weist eine Längsausdehnung auf, wobei das Filtergehäuse 2 in Richtung seiner Längsausdehnung mehrfach gekrümmt ist. Das Filtergehäuse 2 der Partikelfiltereinheit 1 umfasst wiederum einen Eintrittsbereich 22 und einen Austrittsbereich 23, wobei der Eintrittsbereich einen Flanschanschluss als Anschlusselement 24 zum Befestigen eines rohrförmigen Elements zur Gaszuführung aufweist. Weiterhin weist das Filtergehäuse 2 eine Sondenzuführung 25 zur Aufnahme einer Messsonde 251 auf, die einstückig mit dem Filtergehäuse 2 ausgebildet ist.
  • In 8 ist eine Partikelfiltereinheit 1 gezeigt, die eine Kugelform als Grundform aufweist. Das Filtergehäuse 2 wird durch eine gasdichte Filterwand 21 gebildet. Innerhalb des Filtergehäuses 2 ist ein Hohlraum 33 sowie eine kugelförmige Filterstruktur 3, die eine Vielzahl an Filterelementen 31 umfasst, vorgesehen. Weiterhin weist das Filtergehäuse 2 einen Eintrittsbereich 22 und einen Austrittsbereich 23 auf, durch welche ein Gasstrom in die Partikelfiltereinheit 1 ein- bzw. ausströmen kann. Die kugelförmige Filterstruktur 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel im Austrittsbereich 23 bzw. in unmittelbarer Nähe des Austrittsbereichs 23 angeordnet. Mittels der kugelförmigen Filterstruktur 3 sowie des im Filtergehäuse 2 vorgesehenen Hohlraumes 33 kann eine Querschnittänderung der Gaszuleitung erzielt werden. Dadurch können vorteilhfterweisen die Gaszu- und Abführung gegendruckoptimiert ausgeführt sein, indem der Querschnitt des Hohlraumes 33 bzw. der Filterstruktur 3 entlang der Laufstrecke abhängig vom lokalen Massenstrom ausgebildet ist.
  • Die in den gezeigten Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auch miteinander kombiniert sein. Alternativ oder zusätzlich können die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Partikelfiltereinheit
    2
    Filtergehäuse
    21
    Filterwand
    22
    Eintrittsbereich
    23
    Austrittsbereich
    24
    Anschlusselement
    241
    Schweißanschluss
    242
    Flanschanschluss
    243
    Loch
    25
    Sondenzuführung
    251
    Messsonde
    3
    Filterstruktur
    31
    Filterelement
    32
    gasdichter Bereich
    33
    Hohlraum
    4
    Gasweg

Claims (15)

  1. Partikelfiltereinheit (1) zur Reinigung von Abgasen, aufweisend – ein Filtergehäuse (2) und – eine im Filtergehäuse (2) angeordnete Filterstruktur (3), die eine Vielzahl von Filterelementen (31) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass – das Filtergehäuse (2) und die Filterstruktur (3) mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens hergestellt sind,
  2. Partikelfiltereinheit nach Anspruch 1, wobei das Filtergehäuse (2) und die Filterstruktur (3) einstückig ausgebildet sind.
  3. Partikelfiltereinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Filtergehäuse (2) und die Filterstruktur (3) mittels eines selektiven Laserschmelzverfahrens oder eines selektiven Lasersinterverfahrens hergestellt sind.
  4. Partikelfiltereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filtergehäuse (2) Filterwände (21) aufweist, welche gasdicht ausgebildet sind.
  5. Partikelfiltereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filterstruktur (3) eine Porosität aufweist, welche entlang einer Gaslaufstrecke von einem Eintrittsbereich (22) des Filtergehäuses (2) zu einem Austrittsbereich (23) des Filtergehäuses (2) kontinuierlich zu- oder abnimmt.
  6. Partikelfiltereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filtergehäuse (2) zumindest eine erste und eine zweite Querschnittsfläche aufweist, wobei sich die erste Querschnittsfläche in ihrer Form und/oder Größe von der zweiten Querschnittsfläche unterscheidet.
  7. Partikelfiltereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filtergehäuse eine Oberfläche aufweist, und wobei das Filtergehäuse derart ausgebildet ist, dass die Oberfläche des Filtergehäuses eine Mehrzahl von Krümmungsänderungen aufweist.
  8. Partikelfiltereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filterstruktur (3) eine Vielzahl von gasdichten Bereichen (32) aufweist, welche Hohlräume für Ascheeinlagerungen ausbilden.
  9. Partikelfiltereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filtergehäuse (2) einen Eintrittsbereich (22) und einen Austrittsbereich (23) aufweist, welche jeweils ein einstückig mit dem Filtergehäuse (2) ausgebildetes Anschlusselement (24) aufweisen.
  10. Partikelfiltereinheit nach Anspruch 9, wobei die Anschlusselemente (24) als Schweiß-, Flansch- oder Schraubanschlüsse (241, 242) ausgebildet sind.
  11. Partikelfiltereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filtergehäuse (2) eine Sondenzuführung (25) zur Aufnahme einer Messsonde (251) aufweist, die einstückig mit dem Filtergehäuse (2) ausgebildet ist.
  12. Partikelfiltereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Filterstruktur (3) und dem Filtergehäuse (2) keinerlei Verbindungselemente, wie Schweiß-, Löt-, Kleb- und/oder Klemmverbindungen, vorhanden sind.
  13. Partikelfiltereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Filterstruktur (3) und dem Filtergehäuse (2) keinerlei Isolations- und/oder Dämpfungselemente angeordnet sind.
  14. Verfahren zur Herstellung einer Partikelfiltereinheit (1) mit einem Filtergehäuse (2) und einer Filterstruktur (3), welche eine Vielzahl von Filterelementen (31) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtergehäuse (2) und die Filterstruktur (3) in einem gemeinsamen Herstellungsvorgang mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens hergestellt werden.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei Hohlräume (33) innerhalb der Filterstruktur (3) durch einen Ausbrennvorgang gebildet werden, in welchem zwischen den Filterelementen (31) angeordnetes Material thermisch zersetzt wird.
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