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Die Erfindung betrifft einen als Teilfilter ausgeführten Partikelfilter, etwa Rußpartikelfilter zum Entfernen von Rußpartikeln aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, etwa eines Dieselmotors oder auch eines Benzinmotors mit Direkteinspritzung, umfassend einen in einem Filtergehäuse gehaltenen, als Kanalfilter ausgeführten Filterblock mit einer Vielzahl paralleler durch Filterwände voneinander getrennter, wechselseitig endseitig verschlossener Kanäle, von denen eine erste Vielzahl anströmseitig und eine weitere Vielzahl abströmseitig verschlossen ist.
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Derartige Partikelfilter finden beispielsweise Verwendung zum Reinigen der Abgase von Dieselmotor betriebenen Fahrzeugen. Mit Hilfe derartiger Filter werden die im Abgasstrom mitgeführten Rußpartikel aus dem Abgasstrom herausgefiltert. Neben Partikelfiltern auf Sintermetallbasis werden auch Partikelfilter eingesetzt, deren Filterblock aus einem keramischen Material gefertigt ist. Ein solcher Filterblock ist nach Art eines Kanalfilters ausgeführt und verfügt über eine Vielzahl der Längserstreckung des Filterblockes folgender paralleler Kanäle, die voneinander durch Filterwände getrennt sind. Die Querschnittsgeometrie der Kanäle kann quadratisch sein. Andere Querschnittsgeometrien werden ebenfalls eingesetzt. Die Filterkanäle eines solchen Kanalfilters sind wechselweise anströmseitig bzw. abströmseitig verschlossen. Dieses bedeutet, dass das in einen abströmseitig verschlossenen Kanal einströmende Abgas die Filterwände dieses Kanals durchtreten muss, um in einen benachbart zu diesem angeordneten abströmseitig offenen Kanal zu gelangen. Somit bilden bei einem solchen Filter die Filterwände das Filtermedium. Aufgrund der parallelen Anordnung der wechselweise an- bzw. abströmseitig offenen Kanäle werden diese mitunter auch als Wabenfilter angesprochen.
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Eingesetzt werden neben Partikelfiltern, bei denen das gesamte Abgas in jedem Betriebszustand des Filters durch die Filterwände hindurchtreten muss, solche, die über einen oder mehrere Bypass-Wegsamkeiten verfügen. Dabei dienen die eine oder die mehreren Bypass-Wegsamkeiten maßgeblich dem Zweck, dass Abgas durch den Partikelfilter hindurchtreten kann, selbst wenn dieser aufgrund einer besonders hohen Rußpartikelbeladung einen relativ hohen Abgasgegendruck bietet. Ist der Abgasgegendruck zu hoch, beeinträchtigt dieses den Betrieb der Brennkraftmaschine. Zwar werden derartige Partikelfilter in zeitlichen Abständen durch Herbeiführen einer Rußoxidation regeneriert. Eine Rußoxidation kann jedoch nicht in jedem Betriebszustand eines Kraftfahrzeuges durchgeführt werden. Bei einer solchen, auch als Rußabbrand bezeichneten Regeneration ist Sorge dafür zu tragen, dass dieser möglichst vollständig durchgeführt wird, was wiederum bedeutet, dass eine hinreichende Zeit zur Verfügung stehen muss, in der der Motor noch in Betrieb ist. Es sind unterschiedliche Strategien bekannt, um einen möglichst optimalen Zeitpunkt für eine solche Partikelfilterregneration zu bestimmen und sodann den Regenerationsprozess durch Wärmezufuhr auszulösen. Es können daher immer wieder Situationen eintreten, in denen zwar eine Regeneration des Partikelfilters gewünscht, jedoch nicht ausgelöst werden kann. In solchen Fällen ist durch die Bypass-Wegsamkeiten sichergestellt, dass der Abgasgegendruck trotz hoher Partikelfilterbeladung nicht zu hoch wird.
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Auch im Bezug auf die gesetzlichen Grenzwerte ist in vielen Fällen eine 100%-Filterung nicht erforderlich. Eine Abstimmung auf die erforderliche Abscheiderate hilft, den Kraftstoffverbrauch zu senken.
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Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Bypass-Lösungen bei Partikelfiltern bekannt. So ist beispielsweise in
DE 10 2005 023 518 A1 ein verstopfungsfreies Filteraggregat beschrieben, bei dem Filterblockeinheiten in Strömungsrichtung mit Abstand hintereinander angeordnet sind und zu jeder Filterblockeinheit ein um diese herum geführter Bypass existiert. Auf diese Weise erfolgt eine Teilumströmung der jeweiligen Filterblockeinheit.
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Bei keramischen Filterblöcken werden auch filterinterne Bypasse realisiert. Keramische Filterblöcke werden mit einem Grundkörper mit den Filterwänden im Wege eines Extrusionsprozesses hergestellt. In einem nachfolgenden Schritt werden die zunächst durchgängigen Kanäle wechselseitig an ihren Enden durch Einsetzen eines Verschlussstopfens verschlossen. Zum Bereitstellen von Bypass-Wegsamkeiten ist aus
EP 1 408 208 B1 bekannt, die abströmseitigen Verschlussstopfen mit einem Durchgangsloch zu versehen. Vor dem Hintergrund, dass der Querschnitt der Kanäle eines solchen keramischen Wabenfilters nur etwa 1,5 mm betragen kann, ist es schwierig, diese Durchgangsöffnung nachträglich in die Verschlussstopfen einzubringen. Überdies besteht bei den dann notwendigerweise im Durchmesser nur sehr geringen Durchgangsöffnungen die Gefahr, dass diese bereits bei Vorhandensein kleinerer Rußmengen oder Aschemengen verstopfen und damit ihre Wirksamkeit verlieren.
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Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Partikelfilter dergestalt weiterzubilden, dass der Filterkörper mit herkömmlichen Verfahren und somit standardmäßig hergestellt werden kann und in einem an die Herstellung des Keramikkörpers anschließenden Schritt Bypass-Wegsamkeiten eingerichtet werden.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen eingangs genannten, gattungsgemäßen Partikelfilter, bei dem einige der zwei benachbarte Kanäle trennende Filterwände Aussparungen als Bypass-Wegsamkeiten aufweisen, welche Aussparungen durch zumindest einen von der Außenseite des Filterblockes ausgehenden, winklig zur Längserstreckung der Kanäle verlaufenden Einschnitt gebildet ist.
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Bei diesem Partikelfilter kann der Filterblock auf herkömmliche Weise hergestellt werden. Die benachbarte Kanäle – anströmseitig offene Kanäle und abströmseitig offene Kanäle – sind durch zumindest einen, typischerweise nachträglich zu dem Herstellungsprozess des Filterblockes von der Außenseite her in diesen eingebrachten Einschnitt gebildet. Bei einem solchen Einschnitt, wobei der Filterblock einen oder mehrere derartige Einschnitte aufweisen kann, kommt es darauf an, dass durch diesen Filterwandabschnitte durchbrochen werden, um die Bypass-Wegsamkeiten auszubilden. Es ist daher unerheblich, in welcher Art und Weise ein solcher Einschnitt von der Außenseite her in den Filterblock eingebracht wird. Daher ist der im Zusammenhang mit diesen Ausführungen benutzte Begriff "Einschnitt" nicht auf das Ausbilden eines solchen im Wege eines Schnitt- oder Sägeprozesses beschränkt. Vielmehr umfasst dieser Begriff auch sämtliche weitere Techniken, mit denen Material von der Außenseite des Filterblockes her entfernt werden kann, wie dieses beispielsweise auch durch Bohren oder Fräsen der Fall ist.
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Der oder die Einschnitte sind typischerweise quer zur Längserstreckung der den Filterblock durchquerenden Kanäle angeordnet. Dabei ist die Richtung bzw. die Ebene eines solchen Einschnittes nicht auf eine Ausgestaltung beschränkt, bei der diese rechtwinklig zur Längserstreckung der Kanäle verläuft, sondern die Anordnung des zumindest einen Einschnittes quer zur Längserstreckung der Kanäle umfasst auch Ausgestaltungen, bei denen die Richtung des Einschnittes mit der Längserstreckung der Kanäle einen Winkel einschließt, der kleiner oder auch größer 90° ist. Ausgenutzt wird bei diesem Konzept, dass der Filterblock selbst in einem Filtergehäuse gehalten ist und daher kein Abgas aus dem Filtergehäuse trotz Vorhandensein der die Bypass-Wegsamkeiten bildenden Einschnitte austreten kann. Von besonderem Vorteil ist bei diesem Konzept, dass der Filterblock als solcher kostengünstig mit einem standardisierten Herstellungsprozess hergestellt werden kann. Die die Bypass-Wegsamkeiten bildenden Einschnitte werden bevorzugt erst anschließend in den Filterblock eingebracht, etwa durch Sägen, Fräsen oder Bohren. Da die Bypass-Wegsamkeiten erst nachträglich eingerichtet werden, kann ein und derselbe Ausgangsfilterblock benutzt werden, um anwendungsspezifisch und ohne das eigentliche, typischerweise standardisierte und somit kostengünstige Herstellungsverfahren ändern zu müssen, Bypass-Wegsamkeiten mit unterschiedlicher Querschnittsfläche auszubilden.
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Zudem kann anwendungsspezifisch bei einer nachträglichen Einbringung der Bypass-Wegsamkeiten die Gleichverteilung des die Filterblockeinheit anströmenden Abgases berücksichtigt werden. Bei einer idealen Gleichverteilung des den Partikelfilter anströmenden Abgases wird man die Bypass-Wegsamkeiten gleichmäßig über die Querschnittsfläche des Filterblocks verteilen. Ist die Gleichverteilung nicht ideal, können, wenn gewünscht, die Bypass-Wegsamkeiten beispielsweise in denjenigen Bereichen eingerichtet werden, die aufgrund der Ungleichverteilung weniger Rußpartikel mitführen. Je nach dem gewünschten Ziel kann dieses auch umgekehrt eingerichtet werden.
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Die Bypass-Wegsamkeiten können je nach Ausgestaltung der Kanalquerschnitte zwei oder mehrere benachbarte Kanäle miteinander verbinden. Dies ist abhängig von der durch den oder die Einschnitte bereitgestellten Schnitt- bzw. Schneidfläche. Bei einem gesägten Einschnitt – also einem Einschnitt im engeren Sinne – werden typischerweise deutlich mehr als vier benachbarte Kanäle miteinander in Strömungsverbindung gebracht. Eine geringere Anzahl an Kanälen lässt sich beispielsweise durch Bohren oder Fräsen miteinander verbinden. Der Durchmesser sowie die Tiefe einer solchen gebohrten oder gefrästen Öffnung definiert sodann die Anzahl der miteinander über die Aussparungen verbundenen Kanäle.
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Bei dem vorbeschriebenen Konzept haben mehrere Größen Einfluss auf die durch den oder die Einschnitte gebildete Summe der Querschnittsflächen der Bypass-Wegsamkeiten. Einfluss auf die freie durchströmbare Querschnittsfläche der Bypass-Wegsamkeiten hat die Querschnittsfläche des Einschnittes, also: die flächige Erstreckung des Einschnittes, deren Tiefe, also: wie tief greift ein Einschnitt von der Außenseite des Filterblockes her in diesen ein, und der durch einen Einschnitt erstellte Freiraum ist, der sich bei einem durch Sägen erstellten Schnitt als Spalt und bei einer Bohrung als solche ausgebildet ist. Je tiefer ein Einschnitt in den Filterblock eingebracht ist, je mehr werden benachbarte Kanäle miteinander strömungstechnisch unter Umgehung der Filterwände verbunden. Dementsprechend steigt mit der Zahl der verbundenen Kanäle die Summe der Querschnittsfläche der Bypass-Wegsamkeiten. Gleiches gilt für die flächige Ersteckung in Schnittebene eines Einschnittes, da auch dieses Einfluss auf die Anzahl der miteinander verbundenen Kanäle hat. Aufgrund dieser Größen kann unter Berücksichtung der jeweils zur Bearbeitung eingesetzten Technik die gewünschte Querschnittsfläche der Bypass-Wegsamkeiten eingerichtet werden. Da dieses dem eigentlichen Herstellungsprozess des Filterblockes nachgeschaltet und die Erstellung des oder der Einschnitte mit einfachen Werkzeugen möglich ist, können aus ein und demselben Filterblock je nach Anwendungsfall unterschiedliche Bypass-Wegsamkeiten hinsichtlich ihrer Geometrie und Querschnittsfläche ausgebildet werden.
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Typischerweise ist ein solcher Filterkörper unter Zwischenschaltung eines nachgiebigen Materials, beispielsweise eines Drahtgestrickes als Lagerungsmatte in dem Filtergehäuse eingepasst. Somit findet sich auch an der Mantelfläche des Filterkörpers im Bereich des oder der die Bypass-Wegsamkeiten ausbildenden Einschnitte ebenfalls ein dieses Material.
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Dieses stellt dem durch den Filterblock strömenden Abgas einen größeren Strömungswiderstand entgegen als die Bypass-Wegsamkeiten oder auch die normale Filterstrecke durch die Filterwände hindurch. Mithin ist bei einer solchen Ausgestaltung wirksam eine Leckage aus dem zumindest einen Einschnitt vermieden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1: eine zum Teil geschnittene Einsicht in einen Partikelfilter gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung und
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2: eine vergrößerte Schnittdarstellung durch den Filterblock des Partikelfilters der 1 entlang der Linie A-B.
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Ein Partikelfilter 1, vorgesehen zum Einbau in den Abgasstrang einer Dieselbrennkraftmaschine, umfasst einen in einem Filtergehäuse 2 aufgenommene und darin gehaltenen Filterblock 3. Der Filterblock 3 ist unter Zwischenschaltung einer Lagerungsmatte 4, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Drahtgestrick besteht, in dem Filtergehäuse 2 ortsfest gehalten. Der Filterblock 3 des dargestellten Ausführungsbeispiels ist aus einem keramischen Material als Wabenfilter gefertigt. Demzufolge erstreckt sich durch den Filterblock 3 der Längserstreckung folgend eine Vielzahl paralleler Kanäle. Benachbarte Kanäle sind wechselweise anströmseitig bzw. abströmseitig verschlossen. Die abströmseitig verschlossenen Kanäle sind mit dem Bezugszeichen 5 und die anströmseitig verschlossenen mit dem Bezugszeichen 5.1 gekennzeichnet. Getrennt sind die Kanäle 5, 5.1 voneinander jeweils durch eine Filterwand 6. Die Querschnittsgeometrie der Kanäle 5, 5.1 ist quadratisch, so dass jeder Kanal 5, 5.1 von vier Filterwänden 6 eingefasst ist. Die Filterwände 6 dienen zum Filtern des in die abströmseitig verschlossenen Kanäle 5 einströmenden Abgases, wenn dieses durch die Filterwände 6 hindurchtritt. Zurückgehalten werden sodann im Abgas mitgeführte Partikel, insbesondere Rußpartikel, die sich sukzessive auf der anströmseitigen Oberfläche der abströmseitig verschlossenen und anströmseitig offenen Kanäle 5 ansammeln. Die Kanäle 5, 5.1 sind mittels Verschlussstopfen 7 verschlossen. Somit bilden bei dem Filterblock 3 die abströmseitig verschlossenen Kanäle 5 eine erste Vielzahl und die anströmseitig verschlossenen Kanäle 5.1 eine zweite Vielzahl aus.
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Von der in 1 erkennbaren äußeren Mantelfläche M des Filterblockes sind zum Ausbilden von Aussparungen in den Filterwänden 6 zum Schaffen von Bypass-Wegsamkeiten, durch die eine bestimmte Anzahl an abströmseitig verschlossenen Kanälen 5 mit abströmseitig offenen Kanälen 5.1 verbunden werden, eine Querbohrung B als Einschnitt eingebracht. Da der Filterblock 3 insgesamt von der Lagerungsmatte 4 eingefasst ist, bedeckt dieses auch die Mündung der Bohrung B an der Mantelfläche M des Filterblockes 3, wodurch die Bohrung B außenseitig verschlossen ist.
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Die Bohrung B ist in 2 in einem ersten Abschnitt gezeigt, der sich an die Mantelfläche M des Filterblockes 3 anschließt. Die Längserstreckung der Bohrung B reicht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über etwa ein Viertel des Durchmessers des Filterblockes 3. Durch die Bohrung B sind die Kanäle 5 und 5.1 trennende Filterwandabschnitte entfernt worden. Diese nach Einbringen des bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Bohrung ausgeführten Einschnittes nicht mehr vorhandenen Filterwandanteile bilden Aussparungen A, durch die eine direkte strömungstechnische Verbindung zwischen den abströmseitig verschlossenen Kanälen 5 und den abströmseitig offenen Kanälen 5.1 gebildet sind. In 2 sind die Verschlüsse 7 der Kanäle 5.1 durch eine größere Strichstärke kenntlich gemacht. In 2 ist die Bohrung B durch die nicht schraffiert dargestellten Abschnitte der Filterwände 6 erkennbar, da diese nicht im Schnitt sondern in ihrer Ansicht gezeigt sind. Die übrigen Wandabschnitte sind geschnitten und daher mit einer entsprechenden Schraffur versehen.
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Die Beschreibung der Erfindung macht deutlich, dass sich mit diesem Konzept in sehr einfacher Weise wirksam Bypass-Wegsamkeiten ausbilden lassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Partikelfilter
- 2
- Filtergehäuse
- 3
- Filterblockeinheit
- 4
- Lagerungsmatte
- 5, 5.1
- Kanal
- 6
- Filterwand
- 7
- Verschlussstopfen
- A
- Aussparung
- B
- Bohrung
- M
- Mantelfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005023518 A1 [0005]
- EP 1408208 B1 [0006]
