DE3744265C2 - Rußfilter zur Abgasreinigung in Kraftfahrzeugen - Google Patents
Rußfilter zur Abgasreinigung in KraftfahrzeugenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Rußfilter zur Abgasreinigung bei
Verbrennungsmotoren, bei dem eine Lage aus gewelltem oder
gefaltetem Material abwechselnd mit einer Lage aus ebenem
Filtermaterial zu einem Wickelkörper oder Paket aufgewickelt
oder gestapelt ist, wobei die Lage aus gewelltem oder
gefaltetem Material quer zur Längsrichtung der Welle oder
Faltung an zumindest einer Stelle verschlossen ist.
Ein derartiges Rußfilter ist bekannt (DE-OS 33 30 020). Dabei
ist sowohl die gewellte oder gefaltete Lage als auch die ebene
Lage aus als Filtermaterial dienendem Siebgewebe, wobei das
Paket bzw. der Wickelkörper an gegenüberliegenden Stirnflächen
durch Quetschungen der gewellten oder gefalteten Lage gegen
die ebene Lage abschnittweise verschlossen ist. Durchströmende
Abgase können aus den verschlossenen Stirnflächenabschnitten
nicht austreten; sie sind vielmehr gezwungen, in die
benachbarten Hohlräume, deren Stirnflächenabschnitte nicht
verschlossen sind, überzutreten. Dabei treten sie durch das
Siebgewebe, aus dem sowohl die gewellte bzw. gefaltete Lage
als auch die ebene Lage hergestellt ist, hindurch. Da beide
Lagen aus Siebgewebe hergestellt sind, ist die Stabilität des
gesamten Wickelkörpers bzw. Pakets oft nicht ausreichend. Ein
Hindurchtreten der Abgasströmung durch das Siebgewebe erfolgt
vorwiegend in Nähe der Quetschungen an den Stirnflächen. Diese
Bereiche des Siebgewebes sind in besonderem Maße der
Beanspruchung durch Temperatur und Korrosion ausgesetzt. Das
Siebgewebe des gesamten Rußfilters wird nicht, wie es
wünschenswert wäre, gleichmäßig beansprucht.
Es ist die Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Rußfilter der
eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die Zahl der
Übertritte des Abgases durch Filtermaterial von einem Hohlraum
in einem benachbarten Hohlraum erheblich erhöht und damit das
verwendete Filtermaterial besser, gleichmäßiger und intensiver
genutzt wird. Dies soll bei möglichst großem wirksamem
Querschnitt des Wickelkörpers oder Pakets erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die
Lage aus gewelltem oder gefaltetem Material aus vom Abgas
nicht mit Durchtrittsöffnungen oder Poren versehenem
Stahlblech gebildet ist, und daß entlang eines nach der einen
Seite hin offenen Tals der Welle oder Faltung des Stahlblechs
und ferner entlang des benachbarten, nach der anderen Seite
offenen Berges der Welle oder Faltung des Stahlblechs jeweils
in Abständen querverlaufende die Strömung des Abgases nach
oben bzw. unten umlenkende Stege angeordnet sind.
Durch die Stege wird jeder Längsdurchgang entlang der
Längsrichtung der Welle oder Faltung, und zwar im Wellental
oder unter dem Wellenberg, wiederkehrend in bestimmten
Abständen, regelmäßig unterbrochen, so daß dadurch ein
Hindurchtritt durch die angrenzende Lage aus Filtermaterial
immer wieder hinüber und herüber erzwungen wird. Entlang der
gesamten Längserstreckung einer Welle oder Faltung der
gewellten oder gefalteten Lage entsteht sozusagen eine
dauernde Folge von Übertritten der Strömungen hinüber und
herüber zwischen zwei benachbarten Hohlräumen. Die Aussage,
daß das Stahlblech "nicht mit Durchtrittsöffnungen oder Poren
versehen" ist, bedeutet, daß es sich nicht um Filtermaterial,
sondern um durchgängige Flächen handelt, die entlang ihrer
Oberfläche die Strömung leiten, ihrerseits aber nicht
durchströmt werden. Durchströmt werden bei der Erfindung die
ebenen Lagen aus Filtermaterial, die sich mit den gewellten
bzw. gefalteten und gemäß der Erfindung geformten Lagen aus
Stahlblech abwechseln. Die Umlenkungen durch die genannten
Stege ergeben dabei praktisch auch keine Verringerungen des
freien Querschnitts des gesamten Wickelkörpers bzw. Paketes.
Außerdem ist bei einem Kaltstart eines Kraftfahrzeugs, das mit
einem derartigen Rußfilter ausgestattet ist, relativ schnell
Funktionsfähigkeit gegeben. Ein derartiges Rußfilter kommt
insbesondere zur Abscheidung der Rußpartikel bei
Diesel-Motoren in Betracht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen definiert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer vorteilhaften
Weiterbildungen werden im folgenden anhand der beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar:
Fig. 1 ein Grundelement eines Rußfilters, bestehend
aus einer gewellten mit querverlaufenden
Stegen versehenen Lage aus Stahlblech und
einer darunterliegenden ebenen Lage aus
feinmaschigem Drahtgitter;
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in
Fig. 1
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in
Fig. 1;
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in
Fig. 1
Fig. 5 ein als Wickelkörper ausgebildetes Rußfilter;
Fig. 6 den Ausschnitt VI aus Fig. 5 in vergrößerter
Darstellung;
Fig. 7 ein Walzenpaar zur Herstellung einer Lage aus
gewelltem und mit Stegen versehenem
Stahlblech;
Fig. 8 die Elemente eines weiteren
Ausführungsbeispiels;
Fig. 9 die Stirnansicht eines Wickelkörpers, der aus
den Elementen nach Fig. 8 hergestellt ist;
Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie X-X in Fig.
9;
Fig. 11 die Ausbildung einer ebenen Lage
Filtermaterial entsprechend einer
Modifikation des Ausführungsbeispiels nach
Fig. 8-10;
Fig. 12 ein Rußfilter in Form eines Pakets.
Fig. 1 zeigt eine Lage 1 aus gewelltem Stahlblech und
darunter eine Lage 2 aus einem feinmaschigen Drahtgitter.
Letzteres dient als Filtermaterial zur Abscheidung der
Rußpartikel. Innerhalb der Lage 1 aus gewelltem Stahlblech
wechseln sich Wellenberge und Wellentäler ab, so z. B.
Wellental 11 und Wellenberg 12.
Die gewellte Lage 1 aus Stahlblech ist in regelmäßigen
Abständen durch verschiedene Stege 13 und 15 unterbrochen, von
denen in Fig. 1 aber in Längsrichtung eines Wellentals bzw.
eines Wellenbergs nur je einer gezeigt ist. Die Stege 13
unterbrechen das Wellental 11, die Stege 15 den Hohlraum
unterhalb eines Wellenberges 12. Diese Stege 13 entstehen
durch Verformung des gewellten Stahlbandes derart, daß das
Wellental 11 von der Unterseite her nach oben hin gedrückt
wird. Dies hat zur Folge, daß eine Strömung im Wellental 11,
die durch den Pfeil 14 dargestellt ist, durch einen Steg 13 an
der geradlinigen Vorwärtsausbreitung gehindert und zum
Ausweichen nach oben gezwungen wird. Fig. 1 stellt sehr
vergrößert einen kleinen Ausschnitt als einer großen Fläche
dar. Die Breite eines Wellentals beträgt z. B. 1-2 mm. Die
Stege 13 sind in Längsrichtung des Wellentals in Abständen von
z. B. von 10 mm vorgesehen. Sie stellen die Strömung 14 zur
Oberseite hin umlenkende regelmäßige Hindernisse in
Längsrichtung des Wellentals dar.
Die Hohlräume unterhalb der Wellenberge 12 sind in
regelmäßigen Abständen durch die Stege 15 unterbrochen. Sie
stellen dort ebenfalls Strömungshindernisse entlang in dem
unter dem Wellenberg 12 gegebenen zur Unterseite hin offenen
glockenförmigen Hohlraum dar. Die quer zur Längsrichtung
ausgebildeten Stege 15 sind Strömungshindernisse für die auf
der Unterseite des Wellenberges 12 fließende Strömung, die
demgemäß nach unten ausweichen muß, wie durch Pfeil
16 angedeutet (da die Strömung 16 unterhalb der dargestellten
Lage 1 verläuft, ist sie gestrichelt eingezeichnet). Die Stege
15 entstehen dadurch, daß man in Fig. 1 von oben den
Wellenberg 12 zur Lage 2 hin drückt. Die Stege 13 und 15
können also auch als Verdrückungen bezeichnet werden, wobei -
ausgehend von einem Wellenband ohne Verdrückungen - die Stege
13 durch Verdrückung des Wellentals von unten nach oben und
die Stege 15 durch Verdrückung der Wellenberge von oben nach
unten entstehen.
Wickelt man nun einen Streifen, bestehend aus dem Verbund
einer Lage 1 und einer Lage 2 nach Fig. 1, spiralförmig auf,
dann entsteht ein zylindrischer Wickelkörper gemäß Fig. 5.
Betrachtet man daraus wieder einen Ausschnitt, wie in Fig. 6
dargestellt, so ergibt sich, daß sich jetzt von oben nach
unten immer eine Lage 1 und eine Lage 2 abwechseln. Jedesmal,
wenn ein Strömungsfaden 14 auf einen Quersteg 13 trifft,
weicht er nach oben aus und tritt dabei durch die oben
angrenzende ebene Lage 2 aus feinem Drahtgitter
(Filtermaterial) hindurch. Er befindet sich dann in der
nächstoberen Lage 1 unterhalb eines Wellenberges 12 und muß
beim nächsten Quersteg 15 wiederum nach unten durch eine Lage
2 aus feinem Drahtgitter (Filtermaterial) nach unten
hindurchtreten. Es entstehen dann die aus Fig. 6
ersichtlichen mäanderförmigen Strömungslinien als Folge der
ständigen Umlenkung der Strömungsfäden durch die Querstege 13
nach oben und die Querstege 12 nach unten. In dieser Art wird
der gesamte Wickelkörper 20 in Richtung der eingezeichneten
Pfeile durchströmt. Dabei ist in Strömungsrichtung der volle
Kreisquerschnitt wirksam.
Fig. 7 zeigt die Herstellung der Lagen 2 mittels zweier
miteinander verzahnter Walzen 30 und 31. Die Walze 30 ist
entlang ihres Umfangs zusätzlich mit einem geschlossenen
umlaufenden Ring 32 versehen. Die Walze 31 ist mit einer
entsprechenden Nut 33 versehen. In Fig. 7 sind die Kanten,
der besseren Darstellung halber, alle mehr oder weniger
rechteckig gezeigt. In der Praxis wird man die Übergänge
fließend, d. h. gerundet, gestalten, etwa entsprechend Fig. 1.
Es ist aber ersichtlich, daß beim Hindurchführen eines Bleches
durch die beiden Walzen (30, 31) dann eine gewellte Lage 1
entsteht, wie sie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist.
Fig. 8 zeigt Komponenten eines weiteren Ausführungsbeispiels
in einer von oben nach unten auseinandergezogenen Darstellung.
Es handelt sich um eine Lage 40 aus gewelltem Stahlblech,
ein erstes Drahtgeflecht 41, eine Heizspirale 42, ein
Keramikvlies 43, sowie ein zweites Drahtgeflecht 44. Die
Heizspirale 42 wird, wie durch den Pfeil angedeutet, zwischen
Keramikvlies 43 und erstem Drahtgeflecht 41 eingelegt. Der
durch diese Komponenten gebildete Verbund wird dann
aufgewickelt. Es entsteht dann ein Wickelkörper 50 nach Fig.
9. im Querschnitt ist ein Ausschnitt des Wickelkörpers in
Fig. 10 gezeigt.
Eine Modifikation ist in Fig. 11 gezeigt. Das Filterelement
50 wird durch ein Keramikvlies 51, beidseitig davon
angeordnete Drahtgeflechte 52 und 53, sowie eine in das
Keramikvlies 51 eingelegte Heizspirale 54 gebildet. Die
gesamte Einheit ist zusammen verpreßt und zusammengebacken.
Fig. 12 zeigt die Anordnung eines Paketes aus gestapelten
Lagen 1 und 2 in einem Gehäuse 60, das, wie auch der
Wickelkörper 20, als Patrone in einen Strömungskanal
eingesetzt werden kann.
Das Stahlblech kann auch mit katalytisch wirkendem Material
beschichtet sein.
In den Patentansprüchen wird nicht nur, wie bis jetzt in der
Beschreibung, von einer gewellten Lage 1, sondern alternativ
auch von einer gefalteten Lage gesprochen. Damit soll zum
Ausdruck gebracht werden, daß auch kantigere bzw. eckigere
Formen, wie sie in den Zeichnungen der besseren Darstellung
halber gelegentlich verwendet sind, zum Einsatz kommen können.
Damit können dieselben Strömungswege erreicht werden.
Claims (12)
1. Rußfilter zur Abgasreinigung bei Verbrennungsmotoren, bei
dem eine Lage aus gewelltem oder gefaltetem Material
abwechselnd mit einer Lage aus ebenem Filtermaterial zu
einem Wickelkörper oder Paket aufgewickelt oder gestapelt
ist, wobei die Lage aus gewelltem oder gefaltetem Material
quer zur Längsrichtung der Welle oder Faltung an zumindest
einer Stelle verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lage aus gewelltem oder gefaltetem Material aus nicht
mit Durchtrittsöffnungen oder Poren versehenem Stahlblech
gebildet ist, und daß entlang eines nach der einen Seite
offenen Tals (11) der Welle oder Faltung des Stahlblechs
und ferner entlang des benachbarten, nach der anderen Seite
offenen Berges (12) der Welle oder Faltung des Stahlblechs
jeweils in Abständen querverlaufende Stege (13, 15)
angeordnet sind.
2. Rußfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Stege (13) in dem zur einen Seite hin offenen Tal (11) der
Welle oder Faltung gegenüber den Stegen (15) in dem zur
anderen Seite hin offenen und benachbarten Berg (12) der
Welle oder Faltung in Längsrichtung versetzt sind.
3. Rußfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stege (13, 15) in der Lage (1) aus gewelltem oder
gefaltetem Stahlblech durch quer zur Längsrichtung
verlaufende Verformungen derselben gebildet werden.
4. Rußfilter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch
gekennzeichnet, daß die im Wickelkörper (20) oder Paket
(50) aneinander anliegenden Lagen (1, 2) aus gewelltem oder
gefaltetem Stahlblech und aus Filtermaterial an ihren
aneinander angrenzenden Berührungsflächen miteinander
verlötet sind.
5. Rußfilter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch
gekennzeichnet, daß die ebene Lage (2) aus Filtermaterial
durch ein feinmaschiges Drahtnetz gebildet wird.
6. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die ebene Lage (2) aus Filtermaterial
durch ein Keramikvlies (43) gebildet wird.
7. Rußfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Keramikvlies (43) beidseitig durch je ein Drahtgeflecht
(41, 44) abgestützt ist.
8. Rußfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in
das Keramikvlies eine Heizspirale (42) eingebettet ist.
9. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß jeweils zwischen einer Lage (1) aus
gewelltem oder gefaltetem Stahlblech und einer Lage (30)
aus ebenem Filtermaterial entlang eines Teils der
Längserstreckung des Wickelkörpers (20) oder des Pakets
(50) eine Heizspirale (54) eingelegt ist.
10. Rußfilter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech katalytisch
beschichtet ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Rußfilters nach Anspruch 1
oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die
Herstellung der gewellten bzw. gefalteten Lage (1) aus
Stahlblech durch Verformung beim Durchlaufen eines
verzahnten Walzenpaares (30, 31) erfolgt, wobei die Stege
in das Stahlblech durch einen Ring (22) in der einen Walze
(30) und eine entsprechende Nut (33) in der anderen Walze
(31) geformt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lage aus gewelltem oder gefaltetem Stahlblech vor der
Entfettung mit Lot versehen und nach Herstellung des
Wickelkörpers (20) bzw. des Pakets (50) das Löten im
Vakuum erfolgt.
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| DE3744265C2 true DE3744265C2 (de) | 1996-07-11 |
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