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Die Erfindung betrifft einen Abgaspartikelfilter
zum Beseitigen von in dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, etwa
einer Dieselbrennkraftmaschine enthaltenen Partikeln, umfassend
einen in einem Gehäuse
angeordneten Filterkörper,
gebildet aus benachbart zueinander angeordneten und in Längserstreckung
des Filterkörpers
keilförmig
verjüngten
und gemeinsam einen Ringkörper
ausbildenden Filtertaschen.
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In dem Abgasstrang von Brennkraftmaschinen,
vor allem von Dieselmotoren, sind Abgaspartikelfilter eingebaut,
durch den der Abgasstrom zur Reduzierung einer Partikelemission
geführt
wird. Die Abgaspartikelfilter dienen bei Dieselmotoren vor allem
zum Beseitigen von in dem Abgasstrom enthaltenen Russpartikeln.
Zum Entfernen der sich über
die Zeit auf der Filteroberfläche
ablagernden Russpartikel werden die Filter durch Erzeugen eines
Russabbrandes regeneriert. Die Filter, insbesondere die Filterkörper, müssen daher
nicht nur den Temperaturen des Abgasstromes sondern auch den bei
einem Russabbrand entstehenden Temperaturen standhalten. Dieselpartikelfilter
werden für
sich alleine oder auch im Rahmen eines zur Reinigung des Abgasstromes
konzipierten CRT-Systems oder eines SCRT-Systems eingesetzt.
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Ein vorbekannter, diesen Anforderungen
genügender,
als Dieselpartikelfilter eingesetzter Abgaspartikelfilter ist als
rohrförmiger
Filter aufgebaut und umfasst einen Filterkörper, der aus einer Vielzahl
die Längserstrekkung
des Filterkörpers
bestimmender Filtertaschen gebildet ist. Die Filtertaschen sind
radial zur Längsachse
des Filters bzw. des Filterkörpers angeordnet.
Die anströmseitig
offenen Filtertaschenzwischenräume
sind in Richtung der Längsachse
des Filterkörpers
und somit in Hauptströmungsrichtung
des den Abgaspartikelfilter durchströmenden Abgases keilförmig verjüngt. Infolge
der radialen Anordnung der einzelnen Filtertaschen zueinander verjüngt sich
die Querschnittsfläche
in radialer Richtung jeder einzelnen Filtertasche von außen nach
innen. Jede Filtertasche ist somit in zwei Richtungen – in Längserstreckung
des Filterkörpers
und in radialer Richtung von außen
nach innen – keilförmig verjüngt. Gehalten
sind die einzelnen radial zur Längsachse
des Filterkörpers
angeordneten Filtertaschen an einem zentralen, axial verlaufenden
Stützrohr
und außenseitig
an einem Haltering. Somit bilden die Filtertaschen insgesamt einen
Ringkörper aus.
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Als Material zum Ausbilden der Filtertaschen wird üblicherweise
ein Filtermaterial eingesetzt, das einen Träger aus Metall mit Öffnungen
umfasst, wobei in den Öffnunger
ein Sintermaterial eingebracht ist. Das Trägermaterial kann beispielsweise
ein Drahtgewebe sein und ist umformbar und schweißbar. Zur
Ausbildung einer Filtertasche aus einem solchen Filtermaterial wird
zunächst
jede Filtertasche aus einem eigenen Filtermaterialzuschnitt gekantet. Anschließend werden
die Stirnseite und die verjüngte Längsseite
der Filtertasche durch einen Schweißprozess verschlossen. Zur
Ausbildung des Filterkörpers selbst
werden zahlreiche derartiger individueller vorkonfektionierter Filtertaschen
radial zur Längsachse des
Filters angeordnet, wobei die querseitige Verjüngung zur Längsachse des Filterkörpers weist.
Die verjüngten
und geschlossenen stirnseitigen Enden der Filtertaschen sind in
Anströmrichtung
weisend angeordnet. Im Bereich der abströmseitigen Stirnfläche sind
zwei benachbart zueinander angeordnete Filtertaschen jeweils durch
radial verlaufende Schweißnähte verbunden
die auch der Abdichtung der Abströmseite gegenüber der
Anströmseite
dienen. Die anströmseitig
offenen, und ebenfalls in Längsrichtung
des Filterkörpers
sowie in radialer Richtung von außen nach innen sich keilförmig verjüngenden
Filtertaschen sind somit durch die Zwischenräume zwischen jeweils zwei zuvor
einzeln gefertigten abströmseitig
offenen Filtertaschen gebildet.
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Auch wenn grundsätzlich ein solcher Abgaspartikelfilter
als Dieselpartikelfilter den gewünschten Anforderungen
genügt,
ist seine Herstellung aufwendig. Insbesondere ist es erforderlich,
dass bei Realisierung eines Filterkörpers mit einer von einer kreisrunden
Querschnittsform abweichenden Querschnittsfläche, unterschiedlich bezüglich ihrer
radialen Erstrekkung dimensionierte Filtertaschen individuell bereitgestellt
werden müssen.
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Zur Ausbildung des Filterkörpers müssen zahlreiche
Schweißungen
vorgenommen werden. Zum einen müssen
nach dem Ausbilden der einzelnen Filtertaschen die Stirnseiten und
die Längsseiten zur
Ausbildung jeder einzelnen Tasche durch Fügen verschlossen werden. Ferner
ist es notwendig, die durch die benachbarte Anordnung zweier zuvor
erstellter Filtertaschen anströmseitig
offenen Filtertaschenzwischenräume
an ihrem unteren Abschluss durch Fügen benachbarter Filtertaschenwände im Wege
eines Schweißvorganges
zu verschließen. Darüber hinaus
ist festzustellen, dass infolge der radialen Anordnung der einzelnen
Filtertaschen zur Längsachse
des Filterkörpers
sich im Zentrum des Filterkörpers
ein für
die Durchführung
der Filterung nicht wirksamer axialer Bereich befindet, gebildet durch
das Stützrohr
sowie durch die inneren verjüngten
Bereiche der Filtertaschen.
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Ausgehend von diesem diskutierten
Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde,
einen eingangs genannten gattungsgemäßen Abgaspartikelfilter dergestalt
weiterzubilden, dass insbesondere seine Herstellung vereinfacht
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Filtertaschen aus einem kantbaren, der Breite der Längserstreckung
des Filterkörpers
entsprechenden Filtermaterialstreifen gebildet sind, wobei ein Filtermaterialstreifen
jeweils zur Ausbildung von mehreren Filtertaschen des Filterkörpers vorgesehen
ist und dass der Filterkörper
eine konisch verjüngt
ausgebildete äußere Mantelfläche aufweist, wobei
das verjüngte
Ende des Filterkörpers
gegen die Hauptströmungsrichtung
des den Abgaspartikelfilter durchströmenden Abgases weisend angeordnet ist.
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Bei diesem Abgaspartikelfilter sind
jeweils mehrere Filtertaschen des Filterkörpers aus einem einzigen Filtermaterialstreifen
hergestellt. Zweckmäßigerweise
sind sämtliche
Filtertaschen des Filterkörpers
aus einem einzigen Filtermaterialstreifen erstellt. Zu diesem Zweck
ist die Breite des zur Ausbildung der Filtertaschen eingesetzten
Filtermaterialstreifens der Längserstreckung
des auszubildenden Filterkörpers
entsprechend vorgesehen. Das Filtermaterial ist kantbar. Daher können aus
einem einzigen Filtermaterialstreifen zumindest mehrere, wenn nicht
sogar alle Filtertaschen ausgebildet werden. Durch entsprechendes
Zick-Zack-Falten können
die Grundformen der Filtertaschen erstellt werden, wobei das Filtermaterial
bzw. der Filtermaterialstreifen plisseeartig umgeformt und zu einem
Ringkörper
zusammengefügt
ist. Die Herstellung eines solchen Filterkörpers, bei dem jeweils mehrere,
zweckmäßigerweise
alle Filtertaschen aus einem einzigen Filtermaterialstreifen durch
Zick-Zack-Falten bzw. Plissieren hergestellt sind, stellt sich besonders
einfach und kostengünstig
dar.
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Die äußere Mantelfläche des
Filterkörpers
ist konisch verjüngt
ausgebildet, wobei das verjüngte Ende
des Filterkörpers
gegen die Hauptströmungsrichtung
des den Abgaspartikelfilter durchströmenden Abgases weisend angeordnet
ist. Eine solche Verjüngung
kann beispielsweise kegelstumpfförmig ausgebildet
sein. Durch diese Anordnung sind die anströmseitig offenen Filtertaschen
im Bereich des anströmseitigen
Endes des Filterkörpers
enger ausgebildet als im Bereich des gegenüberliegenden Endes. Die keilförmige Ausbildung
der Filtertaschen ist in Längserstreckung
des Filterkörpers
somit entgegengesetzt zu der keilförmigen Orientierung der Filtertaschen
vorbekannter Abgaspartikelfilter. Da zweckmäßigerweise die anströmseitige
Stirnfläche
des Filterkörpers
insgesamt verschlossen ist, beispielsweise durch einen Dichtungsflansch,
befinden sich in diesem Fall die anströmseitig offenen verengten Bereiche
der Filtertaschen im Strömungsschatten
des anströmenden
Abgases, so dass ein Zusetzen dieser Taschenbereiche durch die in
dem Abgasstrom enthaltenen Russpartikel nur sehr langsam erfolgt.
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Infolge der Konizität des Filterkörpers braucht
das den Filterkörper
aufnehmende Gehäuse lediglich
einen Innendurchmesser aufzuweisen, wie dieser durch den maximalen
Durchmesser der abströmseitigen
Stirnfläche
des Filterkörpers
definiert ist, ohne dass eine Beeinträchtigung einer ra dialen Anströmung der
Filtertaschen hingenommen werden müsste. Sollte ein vorbekannter
Filterkörper
eines Abgaspartikelfilters radial angeströmt werden, so musste das den
Filterkörper
aufnehmende Gehäuse bezüglich seines
Durchmessers entsprechend größer konzipiert
sein als der Filterkörper
als solcher. Somit ist bei gleicher Filterfläche der für einen Einbau des Filterkörpers bzw.
des Abgaspartikelfilters vorgesehene Raum beim Gegenstand des beanspruchten Abgaspartikelfilters
kleiner.
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Überdies
bringt die Konizität
des Filterkörpers
nicht unerhebliche strömungstechnische
Vorteile mit sich.
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Zumeist wird man die Tiefe der Filtertaschen über die
Längserstreckung
des Filterkörpers
gleichbleibend vorsehen wollen. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass
die Tiefe der Filtertaschen von der einströmseitigen Stirnfläche zur
abströmseitigen
Stirnfläche
hin zunimmt. Die innere Mantelfläche
des Filterkörpers
ist zweckmäßigerweise
ebenfalls in dieselbe Richtung konisch verjüngt wie die äußere Mantelfläche des
Filterkörpers.
Eine solche Ausgestaltung der inneren Mantelfläche ist insbesondere dann sinnvoll,
wenn in dem Filterkörper
Abstandshalter, beispielsweise ausgebildet als Abstandsringe gehalten
werden sollen. Diese Abstandsringe dienen zur Stabilisierung des
Filterkörpers.
Die Abstandsringe können
radial nach außen abragende
Finger aufweisen, die jeweils in eine abströmseitig offene Filtertasche
eingreifen. Vorteilhafterweise werden mehrere derartiger Abstandsringe
in Hauptströmungsrichtung
des den Abgasfilter durchströmenden
Abgases angeordnet, um zu gewährleisten,
dass die Filtertaschen abströmseitig
auch bei höherem
Abgasdruck offen bleiben. Bei Vorsehen derartiger Abstandsringe
ist die entgegen der Hauptströmungsrichtung
geneigt vorgesehene innere Mantelfläche des Filterkörpers zweckmäßig, da
dann ein solcher Abstandsring ohne zusätzliche Maßnahmen in dem Filterkörper verklemmt
gehalten ist.
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Zur Reduzierung von Zwickeln in den
Filtertaschen sind diese durch Biegen des Filtermaterialstreifens
unter Einhaltung eines bestimmten Innenradiuses hergestellt.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand
eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren beschrieben. Es zeigen:
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1:
Einen Längsschnitt
durch einen schematisiert dargestellten Abgaspartikelfilter zum
Beseitigen von in dem Abgasstrom eines Dieselmotors enthaltenen
Partikeln,
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2:
einen Querschnitt durch den Abgaspartikelfilter entlang der Linie
A – B
der 1 und
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3:
einen vergrößerten Ausschnitt
aus der Darstellung der 2.
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Ein Abgaspartikelfilter 1 umfasst
ein Gehäuse 2 mit
einem zylindrischen Gehäuseabschnitt 3,
in dem ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichneter
Filterkörper
eingesetzt ist. Der zylindrische Gehäuseabschnitt 3 geht über in jeweils
einem kegelstumpfförmig
verjüngten
Abschnitt 5, 6, an denen jeweils ein mit einem
Anschlussflansch versehenes Anschlussrohrstück 7, 8 angeformt
ist. Der Abgaspartikelfilter 1 ist in den Abgasstrang eines
Dieselmotors eingeschaltet; das von dem Dieselmotor herangeführte Abgas
tritt in den Abgaspartikelfilter 1 über das Anschlussrohrstück 7 ein.
Die Hauptströmungsrichtung
ist in 1 durch den im
Bereich des Einganges des im Abgaspartikelfilters 1 dargestellten Pfeil
gekennzeichnet.
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Der Filterkörper 4 ist – wie aus
dem Querschnitt der 2 ersichtlich – durch
Plissieren sternförmig
und aus einem einzigen Materialstreifen erstellt, wobei durch das
plisseeartig Umformen anströmseitig
offene Filtertaschen Fan und abströmseitig
offene Filtertaschen Fab gebildet
sind. Dabei bildet die Breite des Materialstreifens zum Ausbilden
des Filterkörpers 4 die
Längserstreckung
des Filterkörpers 4.
Die Filtertaschen Fan , Fab sind zur Ausbildung eines Ringkörpers angeordnet.
Die Wechselfolge von anströmseitig
offenen Filtertaschen Fan und abströmseitig
offenen Filtertaschen Fab ist ebenfalls
in der vergrößerten Darstellung
eines Ausschnittes des Filterkörpers 4 der 3 erkennbar. Der durch die
Filtertaschen Fan, Fab gebildete
ringförmige
Filterkörper 4 verjüngt sich
bezüglich
seiner äußeren Mantelfläche Ma gegen die Hauptströmungsrichtung des den Abgaspartikelfilter
durchströmenden
Abgases (vgl. 1). Die
anströmseitige
Stirnfläche
des Filterkörpers 4 ist
durch einen Dichtungsflansch 9 verschlossen. Über dem
Dichtungsflansch 9 ist der Filterkörper 4 mit dem Gehäuse 2 verbunden.
Der Dichtungsflansch 9 weist eine Vielzahl von Durchbrechungen 10 auf,
durch die das Abgas zum Erreichen der an strömseitig offenen Filtertaschen Fan hindurch treten kann. Der Innendurchmesser
des zylindrischen Gehäuseabschnitts 3 entspricht
in etwa dem Außendurchmesser
des Filterkörpers 4 im
Bereich seiner abströmseitigen
Stirnfläche,
wie dies in 1 erkennbar
ist. Anstelle des in den Figuren gezeigten Dichtungsflansches 9 zum
Verschließen
der vorderen Stirnseite des Filterkörpers können auch andere Maßnahmen
vorgesehen sein, beispielsweise kann anstelle des Dichtungsflansches
eine Verschlußkappe
als Dichtelement dienen. Diese stützt sich zweckmäßigerweise über radial
sich von einer solchen Verschlusskappe nach aussen erstreckenden
Streben am Gehäuse
ab. Durch solche Streben ist die Strömungsquerschnittsfläche nur
geringfügig
und kaum merklich reduziert.
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Der Filterkörper 4 wird aus radialen
Richtungen durch das zu reinigende Abgas angeströmt, wie dies schematisiert
durch die Pfeile im linken Bereich der 1 gezeigt ist.
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Die innere Mantelfläche Mi des Filterkörpers 4 ist mit gleichem
Winkel entgegen der Hauptströmungsrichtung
des Abgases geneigt wie die äußere Mantelfläche Ma . Somit ist die Tiefe jeder Filtertasche Fan , Fab über die
Längserstreckung
des Filterkörpers 4 hinweg
gleich. Die Konizität
der inneren Mantelfläche Mi wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
genutzt, um innerhalb des Filterkörpers 4 mehrere Abstandsringe 11, 11', 11" darin verklemmt
zu halten. Die Abstandsringe 11, 11'. 11" dienen zum Offenhalten des Filterkörpers 4,
insbesondere der abströmseitig
offenen Filtertaschen Fab auch
bei höheren
Abgasdrücken.
Die Abstandsringe 11, 11', 11" umfassen jeweils einen ringförmigen Grundkörper 12,
wie dieser insbesondere in der vergrößerten Darstellung in der 3 zu dem Abstandsring 11 gezeigt ist.
An dem ringförmigen
Grundkörper 12 sind
in radialer Richtung nach außen
abragende Abstandsfinger 13 angeformt, die sich jeweils
in eine abströmseitig offene
Filtertasche Fab hinein erstrecken.
Die Abstandsfinger 13 dienen zum Oftenhalten der abströmseitig
offenen Filtertaschen Fab . Die
Abstandsfinger 13, wie in 3 gezeigt,
ausgebildet sein, um sich bis in die Umbiegungszone einer Filtertasche
hinein zu erstrecken. Die Abstandsfinger können ebenfalls eine Ausgestaltung
aufweisen, bei der deren Breite sich in radialer Richtung nach aussen
hin verjüngt
und diese an der abströmseitigen
Oberfläche der
Filtertaschen Fab über ihre
Länge anliegen.
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Aus 3 ist
ebenfalls der keilförmige
Charakter der abströmseitig
offenen Filtertaschen Fab erkennbar,
die sich zur anströmseitigen
Stirnfläche
des Filterkörpers 4 hin
verjüngen.
Die anströmseitig
offenen Filtertaschen Fan verjüngen sich
entsprechend.
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Die abströmseitige Stirnfläche des
Filterkörpers 4 ist
durch einen Dichtring 14 verschlossen. Gleichwohl besteht
auch die Möglichkeit,
lediglich die anströmseitig
offenen Filtertaschen Fan im Bereich der
abströmseitigen
Stirnfläche
des Filterkörpers 4 zu
verschießen.
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Das die Filtertaschen ausbildende
Material ist zweckmäßigerweise
als solches aus Metall, aufgebaut als Sintermetallfiltermaterial
mit einem Träger mit Öffnungen,
in denen ein Sintermetall eingebracht ist. Als Träger dient
zweckmäßigerweise
ein Streckmetall. Ein solcher Filterkörper ist, wie in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
gezeigt, als Filterkörper mit
einer runden Kontur auszubilden. Gleichwohl können aufgrund der Flexibilität eines
solchen Materials auch Filterkörper
mit anderen Konturen ausgebildet werden. Ferner besteht die Möglichkeit,
in einem Gehäuse
mehrerer derartiger Filterkörper
anzuordnen.
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Bezugszeichenliste
- 1
- Abgaspartikelfilter
- 2
- Gehäuse
- 3
- zylindrischer
Wandabschnitt
- 4
- Filterkörper
- 5
- verjüngter Abschnitt
- 6
- verjüngter Abschnitt
- 7
- Anschlussrohrstück
- 8
- Anschlussrohrstück
- 9
- Dichtungsflansch
- 10
- Öffnung
- 11,
11', 11"
- Abstandsring
- 12
- Grundkörper
- 13
- Abstandsfinger
- 14
- Dichtung
- Fan
- Filtertasche,
anströmseitig
offen
- Fab
- Filtertasche,
abströmseitig
offen
- Ma
- äußere Mantelfläche
- Mi
- innere
Mantelfläche