Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Filtern
eines mit Partikeln behafteten Fluids, insbesondere
eines Rußpartikel transportierenden Abgases einer Ma
schine, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher
definierten Art.
Allgemein bekannt sind Filtereinrichtungen aus porösen
Materialien, wobei diese Filtereinrichtungen üblicher
weise in einem Außenbehälter angeordnet sind. Als Ma
terial für die Filtereinrichtungen dient dabei im all
gemeinen ein poröses Material, welches z. B. ein Sin
termaterial aus metallischen Werkstoffen oder auch aus
Glas oder Kunststoffen sein kann.
Üblicherweise sind die Filtereinrichtungen, insbeson
dere wenn sie als Rußfilter für Abgasanlagen von Ma
schinen gedacht sind, aus hintereinanderliegenden Fil
terplatten aus dem oben genannten porösen Material in
einem Außenbehälter aufgebaut.
Beim Einsatz der Filtereinrichtungen als Rußfilter für
die Abgase einer Maschine werden dabei häufig Fil
tereinrichtung und Schalldämpfer im Abgasstrang der
Maschine zu einer Einheit zusammengefaßt.
Das zu filternde Fluid muß bei diesem üblichen Aufbau
der Filteranlagen eine oder mehrere Schichten aus dem
porösen Material durchdringen, um eine ausreichende
Reinigungswirkung zu erzielen. Dabei entstehen, durch
die erforderlichen großen Oberflächen an porösem Mate
rial, vielschichtige Filter, welche dem strömenden
Fluid einen sehr hohen Strömungswiderstand entgegen
stellen.
Alternativen hierzu liegen darin, die Partikelfilter
aus Metallgestricken oder aufgerauhtem Aluminiumoxyd-
Garn herzustellen.
Aus der US 2,926,743 ist ein Freifluß-Schalldämpfer
für eine Abgasanlage bekannt, welcher aus zwei inein
anderliegenden Rohrelementen besteht, wobei das Innere
der Rohrelemente eine in seinem Querschnitt sternför
mige Form aufweist, welche mit einem Abschlußelement
in der Art einer Venturi-Düse in das Außenrohr mündet.
Dieser Freifluß-Schalldämpfer ist dabei in der Lage
die Abgase zu kühlen, ihre Strömungsgeschwindigkeit zu
reduzieren und ihre Druckschwankungen effektiv zu ver
meiden. Dadurch wird eine sehr effiziente Kühlung und
Schalldämpfung der Abgase in der Abgasanlage erreicht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum
Filtern eines mit Partikeln behafteten Fluids, insbe
sondere eines Rußpartikel transportierenden Abgases
einer Maschine zu schaffen, welches bei idealer Raum
ausnutzung in einem vorgegebenen Außenbehälter eine
große Oberfläche an porösem Filtermaterial aufweist
und das außerdem Schallwellen und Druckschwankungen in
dem Fluid zu vermindern hilft.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn
zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale
gelöst.
Die eigentliche Filtereinheit in dem Außenbehälter
wird erfindungsgemäß dadurch gebildet, daß ein sich in
Strömungsrichtung erstreckendes poröses Material ent
lang dieser Strömungsrichtung mehrfach gefaltet und
mit den freien Enden zusammengefügt wird, so daß eine
im Querschnitt geschlossene geometrische Form ent
steht, welche wenigstens eine innere Öffnung aufweist.
Das Material kann also z. B. in der Art eines vielzac
kigen Sterns gefaltet werden, so daß eine Art Rohr mit
sternförmigen Querschnitt aus dem porösen Material
entsteht.
Das zu filternde Fluid durchdringt diese sternartige
Struktur dann von innen nach außen oder von außen nach
innen, dadurch daß das Fluid entweder in das poröse
Material eingeleitet wird und von dort in den Bereich
des Außenbehälters einströmt oder daß das Fluid in den
Außenbehälter eingelassen wird und aus der wenigstens
einen inneren Öffnung des Querschnitts des porösen
Materials abgezogen wird.
Durch die Faltungen ist man dabei in der Lage je nach
Anzahl eine an die Erfordernisse bestmöglichst ange
paßte bzw. größtmögliche Oberflächenquantität in dem
üblicherweise in seinen geometrischen Abmessungen vor
gegebenen Außenbehälter unterzubringen.
Dadurch, daß lediglich die Anzahl und die Form der
Faltungen verändert werden muß, kann aus einem endlo
sen Band des porösen Materials die jeweils erforderli
che Filtereinrichtung hergestellt werden. Da diese
üblicherweise mit numerisch gesteuerten Maschinen pro
duziert wird, reicht es hier aus, für die jeweils er
forderliche Filtereinrichtung ein leicht geändertes
Steuerungsprogramm zu bevorraten, welches aus dem je
weils selben Material, ohne ein großes Umrüsten an der
Maschine erforderlich zu machen, die an die jeweiligen
Erfordernisse angepaßte Filtereinrichtung herstellen
kann.
In einer besonders günstigen Ausführungsform der Er
findung dient der Außenbehälter mit der Filtereinrich
tung neben der Filterung eines mit Partikeln behafte
ten Abgases gleichzeitig als Schalldämpfer. Dies be
deutet, daß durch die Einheit aus Außenbehälter und
Filtereinrichtung gegebenenfalls vorliegende Druckwel
len in den Abgasen vermindert werden, so daß keine
störenden Geräusche an die Umgebung der Anlage gelan
gen können. Auch hierfür ist die große poröse Oberflä
che annähernd ideal, da sie entsprechende akustische
Effekte ermöglicht, welche es den Schallwellen in dem
Abgas erlaubt sich "totzulaufen".
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und den
anhand der Zeichnungen nachfolgend dargestellten Aus
führungsbeispielen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Querschnitts
durch die erfindungsgemäße Vorrichtung;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemä
ße Vorrichtung gemäß der Linie I-I in Fig.
1;
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines Querschnitts
durch eine weitere Ausführungsform der er
findungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4 einen Längsschnitt gemäß der Linie IV-IV in
Fig. 3;
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung eines Querschnitts
durch eine weitere mögliche Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer
Kombination mehrerer Filtereinrichtungen;
und
Fig. 6 eine weitere alternative Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Kom
bination mehrerer Filtereinrichtungen.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungs
form einer Vorrichtung 1 zum Filtern eines mit Parti
keln beladenen Fluids bzw. eines Partikelfilters 1.
Dabei ist die Filtereinrichtung 2 in einem Außenbehäl
ter 3 angeordnet und weist in einer inneren Öffnung 4
ein Innenrohr 5 als Stützkonstruktion 5 auf.
Das Innenrohr 5 bzw. Stützkonstruktion 5 dient zur
Stabilisierung der Filtereinrichtung 2, welche aus
einem porösen Material 6 bzw. Sintermaterial 6 besteht
und durch zahlreiche Faltungen in eine Vielzahl von
zackenartigen Teilbereichen 7 aufgeteilt ist.
Das Innenrohr 5 ist in dem im Inneren der Filterein
richtung 2 verlaufenden Bereich aus einem gelochten
Material oder gitterartigen Material ausgebildet (in
der Darstellung nicht erkennbar) oder weist zumindest
Öffnungen auf, welche die innere Öffnung 4 mit den
Innenräumen 8 der zackenartigen Teilbereiche 7 verbin
den.
In Fig. 2 ist ein Querschnitt gemäß der Linie II-II in
Fig. 1 dargestellt. Der Außenbehälter 3 umschließt
dabei die Filtereinrichtung 3 mit ihren zackenartigen
Teilbereichen 7. An dem dargestellten Endbereich des
Außenbehälters 3 ist ein den Außenbehälter abdichten
des Abschlußblech 9 angebracht, durch welches ein End
bereich 5a des Innenrohrs 5 läuft. Dieser Endbereich
5a des Innenrohrs 5 weist dabei im Gegensatz zu dem
Innenrohr 5 im Bereich innerhalb der Filtereinrichtung
2 keine radialen Öffnungen auf.
Zwischen der Filtereinrichtung 2 und dem Endbereich 5a
des Innenrohrs 5 liegt in dem hier dargestellten Aus
führungsbeispiel eine Sammelscheibe 10, welche für
einen gasdichten Übergang des strömenden Fluids zwi
schen der Filtereinrichtung und dem Endbereich des
Innenrohrs 5 sorgt.
In Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform des
Partikelfilters 1 dargestellt. Er arbeitet nach dem
selben Funktionsprinzip und weist auch einen ver
gleichbaren Aufbau wie die unter Fig. 1 dargestellte
Ausführungsform auf. Lediglich die Form des Außenbe
hälters 3 zeigt hier im Vergleich zu Fig. 1 keine run
de sondern eine ovale geometrische Form. Vergleichba
res gilt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel für
das Innenrohr 5. Es wäre jedoch auch durchaus denkbar
ein kreisrundes Innenrohr 5 einzusetzen, selbst wenn
der Außenbehälter 3 einen ovalen Querschnitt aufweist.
Die zackenartigen Teilbereiche 7 sind hier durch die
Faltungen in der Art angeordnet, daß sie von dem In
nenrohr 5 zu dem Außenbehälter 3 eine jeweils andere
radiale Ausdehnung aufweisen. Somit kann das poröse
Material 6 durch eine einfache Veränderung der Abstän
de zwischen den einzelnen Faltungen so angepaßt wer
den, daß die Filtereinrichtung 2 den zur Verfügung
stehenden Raum zwischen dem Innenrohr 5 und dem Außen
behälter 3 möglichst ideal auszunutzen vermag.
In Fig. 4 ist eine weitere Möglichkeit dargestellt,
die Filtereinrichtung 2 mit dem Endbereich 5a des In
nenrohrs 5 zu verbinden. Dazu wird das poröse Material
6 der Filtereinrichtung 2 um den Endbereich 5a des
Innenrohrs 5 zusammengedrückt und durch Verkleben,
Verlöten oder Verschweißen mit dem Endbereich 5a des
Innenrohrs 5 verbunden.
Prinzipiell sind die in den Fig. 2 und 4 darge
stellten Möglichkeiten bei jeder denkbaren Form und
Anordnung der zackenartigen Teilbereiche 7 bzw. des
Außenbehälters 3 einzusetzen. Eine alternative Mög
lichkeit, welche in den Ausführungsbeispielen nicht
dargestellt ist, kann dabei auch auf die Verwendung
eines Innenrohrs verzichten, wobei dann die zusammen
gedrückten Enden der Filtereinrichtung 2 auch von in
nen in ein mit dem Endbereich 5a des Innenrohrs 5 ver
gleichbares Anschlußrohrstück gedrückt und verschweißt
bzw. verlötet oder verklebt werden können.
Die prinzipielle Funktionsweise der Filtereinrichtung
2 ist dabei in beide Strömungseinrichtungen annähernd
gleich, so daß das mit Partikeln behaftete Fluid ei
nerseits in den Außenbehälter 3 eingeleitet und aus
der inneren Öffnung 4 der Filtereinrichtung 2 abgelei
tet oder andererseits über die innere Öffnung 4 einge
leitet und über den Außenbehälter 3 abgezogen werden
kann. Prinzipiell ändert sich durch die eine oder an
dere Strömungsrichtung nichts an der Funktionsweise
und dem Aufbau des Partikelfilters 1.
Um die jeweils gewünschte Betriebsweise zu realisie
ren, kann z. B. auf einer Seite eine Verbindung zwi
schen einem Rohrende gemäß der in Fig. 4 erläuterten
Ausführungsform vorgesehen sein, während an dem ande
ren Ende über eine Sammelscheibe 10 das Fluid so ein
geleitet oder abgezogen wird, daß das dortige An
schlußrohr eine Verbindung zu dem Raum zwischen Außen
behälter 3 und Filtereinrichtung 2 aufweist.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Parti
kelfilter 1, wobei hier acht Filtereinrichtungen 2 zu
einer Einheit kombiniert wurden. In dem in Fig. 5 dar
gestellten Ausführungsbeispiel wurde dabei auf die
Verwendung von Innenrohren 5 verzichtet. Dies ist mög
lich, wenn das Sintermaterial 6 eine ausreichende
Wandstärke und Festigkeit aufweist um die Filterein
richtung 2 als selbsttragendes Teil konzipieren zu
können. Die annähernd quadratische Ausführungsform der
jeweiligen Filtervorrichtung 2 zeigt, daß auch die
innere Öffnung 4 jeweils eine beliebige, hier eben
falls quadratische Form aufweisen kann.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit ei
ner Kombination von drei Filtereinrichtungen 2, welche
einen jeweils rechteckigen Raum zu seinem größten Teil
ausfüllen, und zu einer Gesamteinheit zusammengefaßt
sind. Im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 5 ist erkennbar, daß nicht jede der Filterein
richtungen 2 einen eigenen Außenbehälter 3 aufweisen
muß, sondern daß mehrere Filtereinrichtungen in einem
einzigen Außenbehälter 3 zusammengefaßt werden können.
Die Verarbeitung, insbesondere das Biegen von Sinter
materialien, stellt zwar eine produktionstechnische
Herausforderung dar, aber mit entsprechenden Materia
lien und Techniken, wie z. B. dem Vorwärmen der zu bie
genden Stellen mittels Lasertechnologie, ist dies
prinzipiell keine unlösbare Schwierigkeit.