DE10306462A1

DE10306462A1 - Vorrichtung zur Abgasbehandlung

Info

Publication number: DE10306462A1
Application number: DE10306462A
Authority: DE
Inventors: Alfred Ernst Buck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-09-02

Abstract

Bei einem Filter sind auf den Abgasführungs- und trägermitteln scheibenförmige Abgasbehandlungskörper angeordnet. Diese Abgasbehandlungskörper werden in axialer Richtung von einer Stirnseite zur anderen durchströmt. DOLLAR A Die Abgasbehandlungskörper sind gemäß einem Ausführungsbeispiel spiralförmige Wickel aus Bändern in Form von Maschenware. Dabei wechseln sich in dem Wickel Lagen unterschiedlicher Art ab. Die Lagenreihenfolge ist Kermaik, Metall, Keramik, Metall. Die Bänder aus Metall werden wellenartig vorgeformt.

Description

Die Abgase von Verbrennungsmotoren enthalten neben den Verbrennungsprodukten Wasser und Kohlendioxid Stickoxide oder Ruß im Falle von Dieselmotoren. Ruß und Stickoxide werden als besonders umweltschädlich angesehen und sollten zweckmäßigerweise aus den Abgasen entfernt werden.
Die Beseitigung des Stickoxids geschieht mit Hilfe von so genannten Katalysatoren, die die erforderliche Prozesstemperatur zur Spaltung des Stickoxids in unschädlichen Stickstoff- und Sauerstoff erniedrigen. Dadurch entweicht der Abgasanlage nur noch Stickstoff und Sauerstoff und kein Stickoxid mehr.
Die Rußpartikel werden durch Adhäsion an sogenannten Tiefenfiltern gebunden und damit den Abgasen entzogen. Die selrußfilter setzen sich wegen der Beladung mit dem Ruß im Laufe der Zeit zu, wenn keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Die Gegenmaßnahmen bestehen darin, von Zeit zu Zeit das Rußfilter freizubrennen. Um hier zu niedrigen Prozesstemperaturen zu kommen, wird das Filtermaterial ebenfalls mit einem Katalysator beschichtet, der sich allerdings vom Katalysator unterscheidet, wie er zur Spaltung des Stickoxids verwendet wird.
Die Abgasbehandlungskörper, durch die das Abgas hindurchströmt, haben im Falle des Rußfilters und im Falle des so genannten Abgaskatalysators etwa dieselbe Gestalt. Als Träger für das Katalysatormaterial oder als Dieselrußfilter selbst sind hierzu sogenannte Monolithe bekannt, d.h. keramische Körper, die eine Vielzahl von kleinen Kanälen enthalten. An der Wand der Kanäle lagern, sich die Rußpartikel an, bzw. es erfolgt dort die Spaltung des Stickoxids an dem Katalysatormaterial, das die Wand der einzelnen Kanälchen bedeckt.
Neben diesen monolithischen Filtern oder Katalysatorkörpern sind auch Filter- oder Katalysatorkörper bekannt, bei denen das Trägermaterial aus einem Fasergestrick besteht.

Gemäß der EP 0 334 910 wird das Fasermaterial zu einer rundgestrickten Maschenware verarbeitet. Der erhaltene Warenschlauch wird entweder in Längsrichtung plissiert oder zu einem Torus aufgerollt. Die erhaltenen, im weitesten Sinne rohrartigen Gebilde sind an sich nicht hinreichend formstabil und werden um ihnen den genügenden mechanischen Halt zu geben, in ein gelochtes Rohr eingesetzt. Das Rohr ist an einem Ende geschlossen. Am offenen Ende einströmen des Gas muss damit zwangsläufig durch das Fasergestrick hindurchströmen. Die fertigen Gebilde werden als Filterkerzen bezeichnet. Sie sind in einem großen Gehäuse untergebracht, wobei die offenen Seiten der einzelnen Filterkerzen strömungsmäßig mit der Einlassseite des Filtergehäuses verbunden sind.

Kritisch bei derartigen Anordnungen von Abgasbehandlungsvorrichtungen ist der Gegendruck. Ist dieser Gegendruck zu hoch, sinkt die Leistung des Verbrennungsmotors stark, weil die Spülung der Zylinderkammer unzureichend ist. Es muss dafür gesorgt werden, dass trotz geringem Gegendruck eine gute Abscheidungsrate im Falle von Dieselruß oder eine gute Katalysatorwirkung im Falle von Stickoxid erreicht wird.

Bei den aufgerollten bzw. plissierten Maschenwaren ist es nicht einfach reproduzierbare Verhältnisse zu bekommen. Nicht reproduzierbare Verhältnisse würden den Gegendruck schwanken lassen bzw. könnten dazu führen, dass an den Stellen mit wenig Maschenware bevorzugt das Abgas hindurchströmt, mit der Folge einer geringen Abscheidungswirkung.

Bereiche mit großem Strömungswiderstand hingegen würden praktisch überhaupt nicht durchströmt werden.

Es kommt also auch darauf an, eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Strömungswiderstandes innerhalb einer Filterkerze zu erzeugen. Auch dies ist mit plissierten bzw. aufgerollten Maschenwarenstücken nicht leicht zu erreichen.

Schließlich ist zu beachten, dass das Fasermaterial gegebenenfalls durch Temperatureinwirkung schwindet und Leckagen entstehen können, die zum vollständigen Verlust der Filterwirkung bzw. der Katalysatorwirkung führen.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu Abgasbehandlung zu schaffen, die einen einfachen Aufbau aufweist.

Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung Abgasbehandlungskörper zu schaffen, die sich leicht ohne große Fertigungstoleranzen produzieren lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Einrichtung zur Behandlung von Abgas mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. durch den Abgasbehandlungskörper mit den Merkmalen des Anspruches 26 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung sind die Abgasebehandlungskörper, die als Tiefenfilter und/oder als Katalysatorträger wirken in Form von Scheiben ausgeführt. Jede der Scheiben wird von zwei Stirnflächen begrenzt und in radialer innerer und äußerer Richtung jeweils von einer Umfangsfläche. Die Scheiben haben den Vorteil sich sehr gut reproduzierbar herstellen zu lassen, insbesondere dann, wenn sie aus einer Maschenware aufgebaut sind. Andererseits ist es auch möglich die Abgasbehandlungskörper aus Keramik herzustellen.

Die scheibenförmigen Abgasbehandlungskörper lassen sich sehr einfach mit dem Abgasführungs- und Trägermitteln verbinden.

Ein sehr einfaches Abgasführungs- und Trägermittel besteht in einem Rohr, das an einem Ende verschlossen ist und dessen anderes Ende mit dem Einlass an dem Gehäuse verbunden ist.

Wenn das Trägerrohr Paare von Abgasbehandlungskörpern trägt, wobei das Trägerrohr zwischen den Scheiben jeweils eines Paares Durchgangsöffnungen enthält, durch die das Abgas aus dem Inneren des Trägerrohrs zwischen die beiden Scheiben eines Trennpaares einströmen kann, während das Rohr zwischen benachbarten Scheiben von benachbarten Paaren gasundurchlässig ist, ergeben sich günstige Strömungs- und Stabilitätsverhältnisse für die Abgasführungs- und Trägermittel. Es werden keine zusätzlichen Dichtmittel an den Scheiben benötigt, die bspw. verhindern, dass Abgas in einer ungewünschten Weise abströmt. Jede der Scheiben eines Paares bildet gleichsam für die andere Scheibe eine Art Rückwand, die verhindert, dass Abgas entweichen kann ohne durch einen der Abgasbehandlungskörper hindurch zu strömen.

Je nach Ausführung kann zu den Abgasführungs- und Trägermittel auch ein äußeres Rohr gehören, das dazu dient, die Abgasbehandlungskörper an der äußeren Umfangsfläche zu halten und gleichzeitig den Spalt zwischen den benachbarten zu einem Paar gehörenden Scheiben abzudichten.

Das äußere Rohr kann auch an strömungstechnisch entsprechenden Stellen gelocht sein, wenn hinreichend sichergestellt ist, dass im Falle von Abgasbehandlungskörpern, die auch an den Umfangsflächen gasundurchlässig sind durch die Abgasfährungs- und Trägermittel an den Umfangsflächen eine Abdichtung bewirkt wird.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Abgasführungs- und Trägermittel modulartig Gestalt, um ohne Änderung an den einzelnen Abgasbehandlungskörpern selbst Einrichtung mit unterschiedlichem Durchsatzvolumen zu schaffen.

Ein besonders einfaches Modul besteht aus zwei Rohren mit unterschiedlichem Durchmesser, die jeweils an einem Stirnende über eine radial sich erstreckende Wand, die plan- oder kegelstumpfförmig sein kann, miteinander verbunden sind. Hierdurch entsteht eine trichterähnliche Struktur, wobei das Rohr mit dem kleineren Durchmesser mit der radial inneren Umfangsfläche einer Scheibe abdichtend zusammenwirkt, während das Rohr mit dem größeren Durchmesser an der Außenumfangsfläche einer anderen Scheibe anliegt.

Der erfindungsgemäße Abgasbehandlungskörper besteht aus einem oder mehreren Bändern, die spiralförmig aufgewickelt sind und eine eine scheibenförmige Gestalt entstehen lassen. Das oder die Bänder bestehen jeweils aus einer Maschenware vorzugsweise aus einer rundgestrickten Maschenware. Im Falle der rundgestrickten oder rundgewirkten Maschenware wird nach dem Herstellen der erzeugte Warenschlauch zu einem flachen Band zusammengedrückt, was den Vorteil hat, dass die Ränder des Bandes besonders gut geschützt sind. Es gibt keine Maschenstäbchen, die nicht von anderen Maschenstäbchen benachbart sind.

Die auf diese Weise erhaltene Scheibe ist in ihren Herstellungsparametern und Betriebswerten sehr genau reproduzierbar.

Die Stirnflächen, die die Scheibe begrenzen, sind zueinander parallel. Sie brauchen nicht notwendigerweise ebene Flächen sein. Es ist aber denkbar, dass die Flächen ke gelstumpfförmig sind.

Das Material der Bänder ist, je nach dem welche Wirkung erzielt werden soll, Mineralfaser oder Drahtfäden oder eine Kombination aus beidem.

Es ist auch möglich, dass benachbarte Bänder, die benachbarte Lagen in dem Wickel ergeben, aus unterschiedlichem Material hergestellt sind. Eine besonders günstige Form ergibt sich, wenn insgesamt vier Bänder zu der Spirale aufgewickelt sind, wobei ein Band aus Mineralfasergestrick, das nächste Band aus Drahtgestrick, das dritte Band wiederum aus Mineralfasergestrick und das vierte Band schließlich aus Drahtgestrick besteht. Der Begriff Gestrick soll hierbei gewirkte Maschenware mit beinhalten.

Die Durchströmungsverhältnisse lassen sich noch verbessern, wenn die Bänder aus Drahtgestrick profiliert sind, bspw. indem durch die Profilierung auf den Bändern schräg verlaufende Rippen und Täler erzeugt werden. Die Metallbänder werden dann so angeordnet, dass die Rippen zu entgegen gesetzten Richtungen ansteigen und dementsprechend in den fertigen Wickel abwechselnd eine Links- und ein Rechtsschraube bilden.

Obwohl der Wickel in radialer Richtung durch die unterschiedlichen Bandarten nicht mehr isotrop ist, hat sich gezeigt, dass das anströmende Abgas aufgrund der Maschenstruktur nicht abschnittsweise nur durch den metallischen oder nur durch den Mineralfaserbereich strömt. Vielmehr wechselt ein Stromfaden in dem Abgas mehrfach zwischen dem Mineralfaserbereich und den Drahtbereich hin und her.

Bei den erfindungsgemäßen Abgasbehandlungskörpern besteht die Möglichkeit die einzelnen Bänder aus unterschiedlichem Grundmaterial mit unterschiedlichen Katalysatoren zu beschichten. So kann bspw. das Drahtgestrick mit einem Katalysatormaterial für Stickoxyd und das Gestrick aus Mineralfasern mit einem Katalysator zur Verbesserung des Abrennverhaltens von Ruß beschichtet sein.

Im Übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen. Dabei sollen auch solche Merkmalskombinationen als beansprucht angesehen werden, auf die kein Ausführungsbeispiel gerichtet ist. Ferner stellen die Ausführungsbeispiele und die Patentansprüche nur zur Zeit bevorzugte Varianten dar. Für den Fachmann ist klar, dass eine Reihe von Abwandlungen möglich sind.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Behandeln von Abgasen von Verbrennungsmotoren in einem Längsschnitt,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Behandeln von Abgasen, wobei die Abgasführungs- und Trägermittel modular gestaltet sind, in einem Längsschnitt,
3 einen scheibenförmigen Abgasbehandlungskörper in einer perspektivischen Darstellung, teilweise abgerollt, und
4 einen Abschnitt des Bandes aus Metalldraht, in einer perspektivischen Darstellung.
1 zeigt in einem schematisierten Längsschnitt eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Behandlung von Abgasen. Ob die gezeigte Einrichtung 1 zum Herausfiltern von Rußpartikeln aus dem Abgasstrom oder zur katalytischen Spaltung von Stickoxid verwendet wird, hängt von dem jeweils verwendeten Katalysatormaterial ab. Auf die spezielle Konstruktion der gezeigten Einrichtung zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors hat dies keinen entscheidenden Einfluss. Zur Vereinfachung des Sprachgebrauchs wird deswegen nachstehend die Einrichtung 1 in Gestalt eines Dieselrußfilters erläutert.
Das Dieselrußfilter 1 weist ein Gehäuse 2 mit einem Einlass 3 und einem Auslass 4 auf. Das Gehäuse 2 ist rotationssymmetrisch und besteht aus einer zylindrischen Wand 5, die endseitig mit Stirnwänden 6 und 7 gasdicht verbunden ist. Die Stirnwand 7 ist aus strömungstechnischen Gründen, wie gezeigt, kegelstumpfförmig gestaltet und geht in ein Anschlussrohr 8 über, das den Auslass 4 darstellt. Die Stirnwand und das Auslassrohr 8 bilden eine Art Trichter.
Durch die plane Stirnwand 6 führt koaxial ein Rohr 9, gasdicht hinein, dass den Einlass 3 darstellt. Das Rohr 9 ist Teil eines Abgasführungs- und Trägermittels 11, das dem Halten von zwei Filterkörpern 12a und 12b dient.
Das Einlassrohr 9 ist an dem im Gehäuse 2 liegenden Ende mittels eines Deckels 13 verschlossen. Im Abstand zu dem Deckel 13 enthält das Rohr 9 in seinem Umfang mehrere auf der gleichen Höhe liegende rechteckige Öffnungen 14, über das Innere des Rohres 9 strömungsmäßig mit dem Rohr außerhalb des Rohres 9 verbunden ist.
Zu dem Abgasführungs- und Trägermitteln 11 gehört zusätzlich zu dem Rohr 9 ein weiteres Rohr 15, das das Rohr 9 koaxial umgibt. Zwischen dem Rohr 15 und dem Rohr 9 besteht ein Ringspalt. Der Durchmesser des Rohres 15 ist so gewählt, dass es mit einem ausreichenden Spalt fast bis an die Innenseite der zylindrischen Wand 5 heranreicht. Das Rohr kann durch nicht veranschaulichte Streben gegen die Wand 5 abgestützt sein.
In dem Ringspalt zwischen dem Trägerrohr 9 und dem Rohr 15 befinden sich zwei Filterkörper 16a und 16b. Die beiden Filterkörper 16a und 16b sind baugleich und haben die Gestalt einer gelochten zylindrischen Scheibe.
Jeder Filterkörper 16a bzw. 16b ist von zwei planen Stirnflächen 17 und 18 sowie einer radial innenliegenden Umfangsfläche 19 und einer radial außenliegenden Umfangsfläche 20 begrenzt. Mit der Umfangsfläche 19 sitzt jeder Filterkörper 16 gasdicht auf dem Trägerohr 9, während die äußere Umfangsfläche 20 gasdicht an der Innenseite des Rohres 15 anliegt. Der Außendurchmesser der scheibenförmigen Filterkörper 16 ist, wie erkennbar deutlich größer als der Abstand der beiden Stirnflächen 17, 18 voneinander.
Wie ersichtlich sind die beiden Dieselrußfilterkörper 16a und 16b voneinander beabstandet, wobei der Filterkörper 16b links von den Öffnungen 14 und der Filterkörper 16a rechts von den Öffnungen 14 im Bereich zwischen den Öffnungen 14 und dem Deckel 13 angeordnet ist. Hierdurch entsteht zwischen den beiden einander zugekehrten Stirnseiten 18 der beiden Dieselrußfilterkörper 16a und 16b ein schei benförmiger Spalt, der jedoch nach außen hin durch das Rohr 15 abgedichtet ist. Die strömungsmäßige Verbindung zwischen dem Rohr 9 und dem Innenraum des Gehäuses 2 führt nur über die beiden scheibenförmigen Dieselrußfilerkörper 16.
Der Verlauf der Abgasströmung innerhalb des Dieselrußfilters 1 wird durch die großen Pfeile versinnbildlicht. Das Abgas des Dieselmotors strömt über den Einlass 3 in Gestalt des Rohres 9 in das Innere des Gehäuses 2. Von hier aus strömt das Dieselabgas über die Öffnungen 14 in den Spalt zwischen den beiden Filterkörpern 16a und 16b. Aus diesem Spalt kann das Abgas lediglich durch die Filterkörper 16a und 16b hindurch abströmen, und zwar von der Stirnseite 18 zu der Stirnseite 17. Das Abgas tritt an den beiden Stirnseiten 17 in das Innere des Gehäuses 2 aus, und strömt von hier aus entweder unmittelbar in den Abgasstutzen 8 oder durch den Ringspalt zwischen dem Rohr 15 und der Innenseite der zylindrischen Wand 5 in den Abgasstutzen 8.
Die gezeigte Anordnung lässt sich auch für größere Gasmengen dimensionieren, indem die Gruppierung aus den beiden Dieselrußfilterkörpern 16a und 16b vervielfältigt wird. Beispielsweise wird das Rohr 9 innerhalb des Gehäuses 2 nach rechts verlängert, wobei auf den verlängerten Bereich wiederum zwei scheibenförmige Dieselrußfilterkörper mit Abstand zueinander aufgesetzt werden. Zwischen diesen beiden weiteren Dieselrußfilterkörpern befinden sich wieder Öffnungen in dem Rohr 9. Diese weitere Gruppe von Dieselrußfilterkörpern ist bzgl. der gezeigten Gruppe beabstandet, damit das Abgas aus dem Spalt zwischen den Paaren von Filterköpern ungestört abströmt.
2 zeigt ein modifiziertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Abgasbehandlung. Der wesentliche Unterschied gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 1 besteht in dem modularen Aufbau des Abgasführungs- und Trägermittels 11. Es setzt sich aus mehreren Modulen 21a...21c zusammen. Der Aufbau des Gehäuses 2 ist prinzipiell wie zuvor beschrieben, lediglich mit dem Unterschied, dass die Abmessungen etwas geändert sind.
Jedes Modul 21 besteht aus einem ersten Rohrstück 22 sowie einem zweiten Rohrstück 22 mit deutlich größerem Durchmesser. Die beiden Rohrstücke 22 und 23 sind nach Art eines Trichters über eine Stirnwand 24 miteinander gasdicht verbunden. Die Stirnwand 24 kann wie gezeigt kegelstumpfförmig oder plan sein.
Der Außendurchmesser des Rohrstücks 22 entspricht dem Durchmesser der inneren Umfangsfläche 19, während der Innendurchmesser des im Durchmesser größeren Rohrstücks 23 dem Außendurchmesser der Außenumfangsfläche 20 entspricht. Das Rohrstück 22 des Moduls 21a führt durch die Stirnwand 6 hindurch und bildet den Einlass 3. In dem Rohrstück 23 sitzt ein wiederum scheibenförmiger Dieselrußfilterkörper 16a mit dem zuvor beschriebenen Aufbau.
In der Öffnung des Dieselrußfilterkörpers 16a steckt abgedichtet das Rohrstück 22 des Moduls 21b. Dieses Modul 21b nimmt in seinem Rohrstück 23 den Dieselrußfilterkörper 16b auf. In dessen zentraler Öffnung steckt abgedichtet das Rohrstück 22 des Moduls 21c. In dessen Rohrstück 23 mit dem großen Durchmesser steckt ein Dieselrußfilterkörper 16c, der mit den anderen Dieselrußfilterkörpern 16a und 16b baugleich ist.
Damit kein Abgas ungereinigt abströmen kann, steckt in der Öffnung des letzten Dieselrußfilerkörpers 16c ein Blindstopfen 24.
Die Führung des Abgasstroms ist wiederum durch Pfeile angedeutet. Das Abgas gelangt über den Einlass 3 in das erste Modul 21a. Von hier aus kann ein Teil des Abgases durch den Dieselfilterkörper 16a in den Innenraum des Gehäuses abströmen und anschließend über den Auslass 4 ins Freie gelangen. Ein anderer Teil des zuströmenden Gases strömt über den Rohrabschnitt 22 des Moduls 21b in dieses ein und verzweigt sich dort in einen Teil, der durch den Dieselrußfilterkörper 16b in das Innere des Gehäuses 2 gelangt sowie einen weiteren Teilstrom, der in das Modul 21c einströmt. Von hieraus kann der restliche Teil des über den Einlass 3 einströmenden Abgasstroms nunmehr durch den Dieselrußfilterkörper 16c in das Gehäuse 2 und von hier aus in den Auslass 4 gelangen.
Aufgrund des Aufbaus kann kein Gasstromanteil in den Auslass 4 gelangen, der nicht zuvor einen der Dieselrußfilerkörper 16 passiert hat und dort seine Rußfracht abgeladen hat. Als Dieselrußfilterkörper 16 können die bekannten keramischen Monolithe verwendet werden, die mit der entsprechenden scheibenförmigen Gestalt produziert sind. Sie werden mit der Abgasführungs- und Trägereinrichtung 11 gemäß den 1 und 2 verklebt. Entsprechend hitzebeständige Kleber sind am Markt erhältlich.
Die keramischen Dieselrußfilerkörper enthalten eine Vielzahl feiner sackförmiger Gaskanäle, die abwechselnd an gegenüberliegenden Stirnseiten 17 und 18 offen sind. Das Gas strömt durch Poren in den Wänden zwischen den Kanälen aus dem einen Kanal in den Kanal, der zur Abströmseite offen ist. Die Kanäle sind mit einem Katalysatormaterial beschichtet, um bei niedrigen Temperaturen eine Entzündung des Dieselrußes zu ermöglichen.
Beim NO_x-Katalysator sind die Kanäle durchgehend offen und mit Katalysatormaterial beschichtet, um Stickoxide, die in dem Abgas enthalten sind, zu spalten. Solche Katalysatoren werden bevorzugt, bei Ottomotoren verwendet, die einen größeren N0_x-Ausstoß haben dafür aber weniger Ruß.
In 3 ist ein anderer Abgasbehandlungskörper gezeigt, der ebenfalls die Gestalt einer gelochten Scheibe aufweist, wie die erläuterten Filterkörper 16. Im Unterschied zu den bisher erläuterten Filterkörpern besteht dieser aus einer Maschenware vorzugsweise rundgestrickten oder rundgewirkten Maschenware.
Strukturelemente, die bereits im Zusammenhang mit den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben sind, werden nicht erneut erläutert. Es werden hierfür dieselben Bezugzeichen verwendet.
Der Abgasbehandlungskörper 16 setzt sich aus insgesamt 4 Bändern 24, 25, 26, 27 und 28 zusammen, die im Rahmen der Herstellung zunächst flach aufeinander gelegt werden und sodann zu der gezeigten Scheiben spiralförmig aufgewickelt werden. Das Band 25 besteht aus einem rundgestrickten Schlauch, der nach dem Stricken flach gelegt wird, damit ein doppellagiges Band entsteht, dessen Lagen an beiden Rändern 29, 31 einstückig miteinander verbunden sind.
Das Material, aus dem das Rundgestrick erzeugt ist, ist ein Metalldraht, der im Abgas nicht korrodiert.
Nach dem Stricken, wird das erhaltene doppellagige Band zwischen zwei Walzen profiliert. Durch die Profilierung wird die in 4 gezeigte Struktur erhalten. Das Band 25 ist in Querrichtung mit einer wellenförmigen Struktur versehen, wodurch auf der Oberseite Rippen 32 entstehen, zwischen denen Täler 33 liegen. Die Täler 33 bilden aufgrund der flächigen Struktur an der dem Betrachter abgekehrten Unterseite Rippen, zwischen denen Täler liegen, die durch die Rippen 32 der Oberseite gebildet sind.
Die Rippen 32 sind zueinander parallel und verlaufen unter einem spitzen Winkel gegenüber der seitlichen Berandung des Bandes 25. Der Winkel, unter dem die Rippen 32 gegenüber den beiden Rändern 31 bzw. 29 verlaufen, beträgt ca. 10 bis 45°.
Lediglich in dem Band 26 sind stark schematisiert die Maschen des Rundgestricks gezeigt. Die Maschenstäbchen laufen in allen Bändern 25, 26, 27 und 28 in Längsrichtung, wie dies bei einem rundgestrickten Schlauch üblich ist. Die Maschenreihen hingegen quer.
Das auf dem Band 25 liegende Band 26 besteht Material in Gestalt von Mineralfasern oder einem Mineralfilamenten, beispielsweise Glas oder Keramik. Das Band 27 ist identisch aufgebaut, wie das Band 25 und besteht aus dem nicht korrodierenden Draht als Gestrickfaser. Es ist ebenfalls strukturiert, indem Rippen 32 entstehen, ähnlich der Darstellung in 4.
Die Orientierung des Bandes 27 ist geändert, in dem das Band 27 gegenüber dem Band 25 um seine Längsachse gedreht ist. Aufgrund des Drehens laufen die Scheitel der Rippen 32 in dem Band 27 gekreuzt zu den Rippen 32 des Bandes 25.
Das Band 28 ist wiederum ein rundgestrickter Schlauch aus Mineralfasern oder Mineralfilamenten, beispielsweise demselben Material, wie das Material aus dem das Band 26 hergestellt ist.
Die auf diese Weise gestalteten Bänder 25, 26, 27, 28 werden lagenweise in der gezeigten Form übereinander gestapelt und sodann gemeinsam spiralförmig aufgewickelt. Es entsteht ein spiralförmiger Wickel, der aufeinander folgend die Lagen 28, 27, 26, und 25 aufweist, wenn die Schichten ähnlich, wie Jahresringe von dem Mittelpunkt der Scheibe aus betrachtet werden. Dieses Muster aus den besagten vier Lagen wiederholt sich periodisch über die radiale Erstreckung des Wickels. Auf Grund der gewendeten Ausrichtung der Bänder 25 und 27 zueinander bilden die Rippen 32 beispilsweise des Bandes 25 eine vielgängige Rechtsschraube während die Rippen 32 des Bandes 27 eine vielgängigen Linkschraube erzeugen.
Die beschriebene Anordnung wird sodann als Filterkörper 16 in die zuvor beschriebenen Filter 1 eingebaut.
Dabei stellt sich erstaunlicherweise heraus, dass der Gasstrom sich keinesfalls in der Weise in radialer Richtung schichtet, dass ein Teil nur durch das Drahtgestrick und ein anderer Teil lediglich durch das Mineralfasergestrick hindurchströmt. Es ist vielmehr verblüffenderweise zu beobachten, dass der Abgasstrom aufgrund der geringen Stärke der einzelnen Lagen während der Durchströmung des Wickelkörpers von der einen Stirnseite 18 zu anderen Stirnseite 17 sowohl Keramik als auch Drahtfasern erreicht. Es ist kein Stromfaden zu beobachten, der entweder ausschließlich in dem Keramikmaterial oder ausschließlich in dem Metalldrahtmaterial bleibt.
Die Verwendung des Metalldrahtgestrickes mit sich kreuzenden Rippen in den unterschiedlichen Lagen erzeugt eine radiale Vorspannung, die für eine ausreichende radiale Eigenelastizität des spiralförmigen Wickels sorgt, damit er mit einer entsprechenden Vorspannung an dem Gasführungs- und Trägermittel 11 mit seinen Umfangsflächen abgedichtet anliegt.
Die Eigenschaft, dass ein Stromfaden abwechselnd in den unterschiedlichen Lagen des spiralförmigen Wickels auftaucht, kann dazu ausgenutzt werden, sowohl einen NO_x-Katalysator als auch ein Rußfilter mit ein und demselben Wickel zu erzeugen. Beispielsweise wird der Metalldraht mit einem Katalysator für NO_x beschichtet, während die Keramikfaser eine Katalysatorbeschichtung enthält, die ein leichtes Abbrennen des Rußes ermöglicht.
Auf den Metallfasern muss für eine solche Maßnahme nicht gesorgt werden, da sich erfahrungsgemäß hier nur verhältnismäßig wenig Ruß auf der Oberfläche ansammelt.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel geht von der einfachsten Herstellung der Bänder 25...28 aus, nämlich in Gestalt eines rundgestrickten Schlauches. Es besteht auch die Möglichkeit ein zweilagiges Flachgestrick herzustellen, wobei die Ränder der flachgestrickten Bänder einstückig miteinander verbunden sind.
Bei einem Filter sind auf den Abgasführungs- und trägermitteln scheibenförmige Abgasbehandlungskörper angeordnet. Diese Abgasbehandlungskörper werden in axialer Richtung von einer Stirnseite zur anderen durchströmt.
Die Abgasbehandlungskörper sind gemäß einem Ausführungsbeispiel spiralförmige Wickel, aus Bändern in Form von Maschenware. Dabei wechseln sich in dem Wickel Lagen unterschiedlicher Art ab. Die Lagenreihenfolge ist Keramik, Metall, Keramik, Metall. Die Bänder aus Metall werden wellenartig vorgeformt.

Claims

Einrichtung zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einem Gehäuse (2), das einen Einlass (3) und einen Auslass (4) aufweist, mit wenigstens zwei Abgasbehandlungskörpern (16), die als Tiefenfilter und/oder als Katalysatorträger wirken, die beide im Wesentlichen die Gestalt einer gelochten Scheibe aufweisen sowie in axialer Richtung von zwei Stirnflächen (17, 18) und in radialer Richtung von einer radial inneren und einer radial äußeren Umfangsfläche (19, 20) begrenzt sind, und mit Abgasführungs- und Trägermitteln (11), an denen die Abgasbehandlungskörper (16) im Abstand voneinander angeordnet befestigt sind, die mit dem Einlass (3) strömungsmäßig in Verbindung stehen und die derart gestaltet sind, dass sie das von dem Einlass (3) kommende Abgas ausschließlich der einen Stirnseite (17, 18) jedes Filterköpers (16) zuleiten.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasführungs- und Trägermittel (11) ein Trägerrohr (9) aufweist, das an einem Ende (13) verschlossen und dessen anderen Ende mit dem Einlass (3) verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Trägerrohr (9) Paare von Abgasbehandlungskörpern (16) sitzen, wobei das Trägerohr (9) zwischen den Abgasbehandlungskörpern (16) jeweils eines Paares Durchgangsöffnungen (14) enthält, durch die das Abgas aus dem Inneren des Trägerohrs (9) zwischen die beiden Abgasbehandlungskörper (16) eines Paares einströmen kann, während das Trägerrohr (9) zwischen benachbarten Abgasbehandlungskörpern (16) von benachbarten Paaren gasundurchlässig ist.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Trägerrohr (9) lediglich ein Paar von Abgasbehandlungskörpern (9) sitzt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu den Abgasführungs- und Trägermitteln (11) ein äußeres Rohr (15) gehört, dass dazu dient, die Abgasbehandlungskörper (16) an der äußeren Umfangsfläche (20) zu halten.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasführungs- und Trägermittel (11) derart gestaltet sind, dass sie einen Ein- oder Austritt des Abgases durch die Umfangsflächen (19, 20) verhindert, wenn die Abgasbehandlungskörper (16) eine Struktur aufweisen, derart, dass deren Umfangsflächen (19, 20) gasdurchlässig sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasführungs- und Trägermittel (11) modulweise gestaltet sind.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modul (21) ein Rohrstück (22) mit kleinem Durchmesser und ein Rohrstück (23) mit großem Durchmesser aufweist, wobei die beiden Rohrstücke (22, 23) an einem Ende über eine radial sich erstreckende Wand (24) gasdicht miteinander verbunden sind, derart, dass sie eine trichter ähnliche Konfiguration ergibt, wobei das Rohrstück (22) mit dem kleinen Durchmesser gegen die Innenumfangsfläche (19) eines Abgasbehandlungskörpers (16) und die Innenwand des Rohrstücks (23) mit dem großen Durchmesser gegen die radial äußere Umfangsfläche (20) eines Abgasbehandlungskörpers (16) abdichtet.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasbehandlungskörper (16) von einem formfesten Keramikkörper gebildet ist, der eine Vielzahl von Kanälen enthält.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasbehandlungskörper (16) in den Kanälen ein Katalysatormaterial trägt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Abgasbehandlungskörper (16) aus einer Maschenware besteht.
Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschenware eine rundgestrickte Maschenware ist.
Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschenware ein Band (25, 26, 27, 28) bildet, das spiralförmig aufgewickelt ist, wobei die einzelnen Lagen unmittelbar aufeinander liegen.
Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschenware Mineralfasern oder Mineralfilamente beispielsweise aus Glas enthält.
Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschenware Metallfäden/-drähten enthält.
Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (25, 26, 27, 28) zumindest zum Teil aus Metallfäden/-drähten und zum Teil aus mineralischen Fasern oder Filamenten besteht.
Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasbehandlungskörper (16) abwechselnd unterschiedliche Lagen (25, 26, 27, 28) enthält, von denen die erste Lage (25) eine Lage aus Mineralfasern oder -filamenten, die zweite (26) eine Lage aus Metallfäden/-draht, die dritte (27) eine Lage aus Mineralfasern oder -filamenten und die vierte (28) wiederum eine Lage aus Metalldraht ist.
Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bänder (25, 27), aus denen die Lagen mit Metalldraht bestehen, bezogen auf den Querschnitt von einem Rand (29, 31) zu dem anderen Rand (29, 31) eine Wellung aufweisen, derart, dass auf den gegenüberliegenden Flachseiten Rippen (32, 33) und Täler (32, 33) entstehen.
Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (32, 33) und Täler (32, 33) unter einem Winkel gegenüber den Rändern (29, 31) verlaufen, der größer als 90° und kleiner als 0° ist.
Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in aufeinander folgenden Lagen (25, 27) aus Metalldraht, die Rippen (32, 33) jeweils in entgegengesetzter Richtung verlaufen, derart, dass die Rippen (32, 33) in der einen Lage (25, 26) eine vielgängige Linksschraube in der anderen vielgängige Rechtsschraube bilden.
Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalldraht mit einem Katalysatormaterial für NO_x beschichtet ist.
Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralfasern oder -filamente mit einem Katalysatormaterial für Ruß beschichtet ist, um ein Freibrennen des Faser- oder Fialamentmaterials bei niedriger Prozesstemperatur zu ermöglichen.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasbehandlungskörper (16) aus Keramikmaterial mit den Abgasführungs- und Trägermitteln (11) gasdicht verklebt sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) zumindest an einer Stirnseite eine kegelstumpfförmige Wand (7) aufweist, die in den Auslass (8) übergeht.
Abgasbehandlungsköper (16), der eine scheibenförmige Gestalt mit zentralem Loch zeigt, die von zwei Stirnflächen (17, 18), einer radial innen liegenden Umfangsfläche (19) und einer radial außen liegenden Umfangsfläche (20) begrenzt ist, wobei der Abstand zwischen den Stirnflächen (17, 18) kleiner ist als der Durchmesser der äußeren Umfangsfläche (20), und der wenigstens ein spiralförmig aufgewickeltes Band (25, 26, 27, 28) aufweist, das aus Maschenware besteht, wobei die einzelnen Lagen (25, 26, 27, 28) unmittelbar aufeinander liegen, sich im Material unterscheiden und die Maschenstäbchen in Umfangsrichtung liegen.
Abgasbehandlungsköper nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass er aus wenigstens zwei spiralförmig aufgewickelten Bändern (25, 26, 27, 28) besteht, wobei in dem Wickel sich benachbarte Lagen jeweils aus unterschiedlichen Bändern (25, 26, 27, 28) gebildet sind.
Abgasbehandlungsköper nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen (17, 18) zueinander parallel sind.
Abgasbehandlungsköper nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschenware eine rundgestrickte Maschenware ist.
Abgasbehandlungskörper nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschenware Mineralfasern oder -filamenten beispielsweise aus Glas enthält.
Abgasbehandlungskörper nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschenware Metallfäden/-drähten enthält.
Abgasbehandlungskörper nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Bänder (25, 26, 27, 28) zumindest zum Teil aus Metallfäden/-drähten und zum Teil aus mineralischen Fasern oder Filamenten besteht.
Abgasbehandlungskörper nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass er abwechselnd unterschiedliche Lagen (25, 26, 27, 28) enthält, von denen die erste Lage (25) eine Lage aus Mineralfasern oder -filamenten, die zweite (26) eine Lage aus Metallfäden/-draht, die dritte (27) eine Lage aus Mineralfasern oder -filamenten und die vierte (28) wiederum eine Lage aus Metalldraht ist.
Abgasbehandlungskörper nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Bänder (25, 27), aus denen die Lagen mit Metalldraht bestehen, bezogen auf den Querschnitt von einem Rand (29, 31) zu dem anderen Rand (29, 31) eine Wellung aufweisen, derart, dass auf den gegenüberliegenden Flachseiten Rippen (32, 33) und Täler (32, 33) entstehen.
Abgasbehandlungskörper nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (32, 33) und Täler (32, 33) unter einem Winkel gegenüber den Rändern (29, 31) verlaufen, der größer als 90° und kleiner als 0° ist.
Abgasbehandlungskörper nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass in aufeinander folgenden Lagen (25, 27) aus Metalldraht, die Rippen (32, 33) jeweils in entgegengesetzter Richtung verlaufen, derart, dass die Rippen (32, 33) in der einen Lage (25, 27) eine vielgängige Linksschraube in der anderen (25, 27) vielgängige Rechtsschraube bilden.
Abgasbehandlungskörper nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalldraht mit einem Katalysatormaterial für NO_x beschichtet ist.
Abgasbehandlungskörper nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralfasern oder -filamente mit einem Katalysatormaterial für Ruß beschichtet ist, um ein Freibrennen des Fasermaterials bei niedriger Prozesstemperatur zu ermöglichen.