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Die
Erfindung betrifft einen Körper,
der durch Zusammenfügen
mehrerer Blöcke
gebildet ist, die insbesondere zur Herausfiltern von Partikeln verwendet
werden, welche in den Abgasen eines Verbrennungsmotors und insbesondere
eines Dieselmotors enthalten sind.
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Herkömmlicherweise
können
die Abgase, bevor sie in die Umgebungsluft abgelassen werden, mittels
eines gemäß
1 und
2 ausgebildeten Partikelfilters
gereinigt werden, der aus dem Stand der Technik wie z.B. aus
EP 1 142 613 A bekannt
ist.
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Ein
Partikelfilter 1 ist in 1 in einer
Querschnittsansicht, die an der Schnittebene B-B von 2 angesetzt
ist, und in 2 in einem Längsschnitt gezeigt, der an
der Schnittebene A-A von 1 angesetzt ist.
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Der
Partikelfilter 1 weist herkömmlicherweise mindestens einen
Filterkörper 3 auf,
der in eine Metallhülse 5 eingeführt ist.
Der Filterkörper 3 ist
ausgebildet durch Zusammenfügen
und Maschinieren mehrerer Blöcke 11 mit
den einzelnen Bezugszeichen 11a-11i, zu deren
Herstellung ein Keramikmaterial (Cordierit, Siliciumcarbid, ...)
derart extrudiert wird, dass poröse
Wabenstrukturen geformt werden.
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Vor
dem Zusammenfügen
und Maschinieren hat ein Block 11 (siehe 3)
herkömmlicherweise die
Form eines Quaders, der entlang einer Achse D-D zwischen zwei im
Wesentlichen quadratischen Flächen,
und zwar einer stromaufwärtigen
Fläche 12 und
einer stromabwärtigen
Fläche 13 verläuft, an
denen mehrere geradlinige Kanäle
mit 14 quadratischem Querschnitt ausmünden, die sich quer zu der Achse
D-D erstrecken.
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Die
Gesamtheit der äußeren Flächen 15 der am
Außenbereich
des Blocks 11 angeordneten Kanäle oder der "äußeren Kanäle" 13p bildet eine Außenoberfläche 16 des
Blocks 11 (siehe 3). Aufgrund
des im Wesentlichen quadratischen Querschnitts des Blocks 11 weist
die Außenoberfläche 16 vier
Flächen 16a-16d auf,
die paarweise parallel sind.
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Nach
der Extrusion werden die Blöcke 11 alternativ
an der stromaufwärtigen
Fläche
(Auslasskanäle 14s)
oder an der stromabwärtigen
Fläche
(Einlasskanäle 14e)
verschlossen, wie bekannt ist.
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Die
Blöcke 11a-11i werden
somit durch Klebung mittels Verbindungsteilen 17 aus keramischem Zement
miteinander verbunden, der im Wesentlichen aus Silicium und/oder
Siliciumcarbid und/oder Aluminimumnitrid besteht. Die in dieser
Weise gebildete Baugruppe kann anschließend derart maschiniert werden,
dass sie z.B. einen runden Querschnitt erhält. Dadurch ergibt sich ein
zylindrischer Filterkörper 3 mit
einer Achse C-C, der in die Hülse 5 eingeführt werden
kann, wobei zwischen den äußeren Filterblöcken 11a-11h und
der Hülse 5 ein
gegenüber
Abgasen abgedichtetes Umfangsverbindungsteil 18 angeordnet
ist.
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Wie
anhand der Pfeile in 2 ersichtlich ist, gelangt der
Abgasstrom F durch die Einlasskanäle 14e in den Filterkörper 3,
tritt durch die Filterwände 20 dieser
Kanäle
hindurch, um in die Auslasskanäle 14s zu
gelangen, und entweicht dann nach außen.
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Nach
einer bestimmten Verwendungsdauer verändern die in den Einlasskanälen 14e des
Filterkörpers 3 angesammelten
Partikeln oder "Ruße" die Leistungsfähigkeit
des Motors. Aus diesem Grund muss der Filterkörper 3 regelmäßig regeneriert
werden, z.B. jeweils nach 500 Kilometern. Die Regenerierung oder "Verstopfungsbeseitigung" besteht darin, dass
die Ruße
oxidiert werden, indem sie auf eine Temperatur erhitzt werden, an
der sie entzündbar sind.
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Während der
Regenerierungsphasen transportieren die Abgase sämtliche durch die Verbrennung
der Ruße
freigesetzte Wärmeenergie
stromabwärts.
Ferner sind, da sich die Ruße
in den verschiedenen Kanälen
nicht gleichmäßig ablagern,
die Verbrennungszonen nicht gleichmäßig in dem Filterkörper 3 verteilt.
Zudem werden die Umfangszonen des Filterkörpers 3 entlang der
Metallhülse 5 durch
Außenluft
gekühlt.
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Dies
hat zur Folge, dass die Temperatur je nach den Zonen des Filterkörpers 3 differiert
und sich nicht gleichförmig
verändert.
Die Inhomogenität
der Temperaturen innerhalb des Filterkörpers 3 und die unterschiedliche
Beschaffenheit der für
die Filterblöcke 11a-11i einerseits
und für
die Verbindungsteile 17 andererseits verwendeten Materialien
verursachen örtliche
Spannungen mit starken Schwankungen, die Brüche oder örtliche Rissen verursachen
können. Insbesondere
können
die örtlichen
Spannungen an den Grenzflächen
zwischen den Blöcken 11a-11h und
der Hülse 5 und
zwischen den Blöcken 11a-11h und
den Verbindungsteilen 17 eine Ablösung der Blöcke 11a-11i voneinander
bewirken, welche die Lebensdauer des Partikelfilters 1 reduziert.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen neuartigen Filterkörper zu
schaffen, bei dem das Risiko einer derartigen Ablösung reduziert
ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch einen Filterkörper,
insbesondere zur Filterung von Partikeln, die in den Abgasen eines
Verbrennungsmotors enthalten sind, wobei der Filterkörper durch
Aneinanderkleben von Filterblöcken
mittels eines Verbindungsteils insbesondere dadurch gebildet ist,
dass eine Außenoberfläche eines
ersten der Blöcke,
die einem zweiten der Blöcke
gegenüberliegt
und das Verbindungsteil berührt,
mindestens eine Irregularität
in Form eines Vorsprungs und/oder einer Vertiefung aufweist.
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Wie
im Verlauf der Beschreibung noch detailliert ersichtlich sein wird,
wird durch das Vorhandensein von Irregularitäten an der Außenoberfläche eines
Blocks die Anhaftung der Verbindungsteile 17 begünstigt und somit
das Risiko einer Ablösung
im Falle erhöhter
thermomechanischer Spannungen begrenzt.
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Zu
den weiteren bevorzugten Merkmalen der Erfindung zählen:
- – dass
die Irregularität über die
gesamte Länge des
ersten Blocks entlang der Längsachse
des ersten Blocks verläuft,
was vorteilhafterweise das Formen der Irregularität durch
Extrusion ermöglicht;
- – dass
die Irregularität
eine Vertiefung ist, die von einer Außenoberfläche eines am Außenbereich des
ersten Blocks angeordneten Auslasskanals für die Gase gebildet ist;
- – dass
die Irregularität
eine Vertiefung ist, die in der Dicke einer Außenwand eines am Außenbereich
des ersten Filterblocks angeordneten Kanals ausgebildet ist, was
vorteilhafterweise eine Reduzierung der zur Herstellung des Blocks
benötigten
Materialmenge ermöglicht;
- – dass
die Irregularität
ein Vorsprung ist, der von einer Außenoberfläche eines am Außenbereich des
ersten Filterblocks angeordneten Einlasskanals für die Gase gebildet ist, was
vorteilhafterweise eine Vergrößerung des
Innenvolumens der Einlasskanäle
und somit von deren Aufnahmekapazität für Ruß ermöglicht;
- – dass
die Breite der Irregularität
gemessen in einer Querebene des ersten Blocks im Wesentlichen gleich
der Breite der Außenoberfläche des Kanals
ist;
- – dass
die Außenoberfläche mehrere
der genannten Irregularitäten
aufweist, die in regelmäßigen Abständen voneinander
angeordnet sind;
- – dass
mindestens ein Teil der Außenoberfläche des
ersten Blocks im Querschnitt sinusförmig ausgebildet ist;
- – dass
die Irregularität
derart angepasst ist, dass sie in einer komplementär geformten
Irregularität des
zweiten Blocks angeordnet werden kann;
- – dass
die Irregularität
eine Vertiefung ist, die in der Dicke einer Außenwand eines am Außenbereich
des ersten Blocks angeordneten Kanals ausgebildet ist.
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Die
folgende Beschreibung, in der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen
wird, ermöglicht
ein besseres Verständnis
der Vorteile der Erfindung. In den Zeichnungen ist folgendes gezeigt:
- 1 zeigt einen gemäß dem Stand
der Technik ausgebildeten Partikelfilter im Querschnitt entlang der
in 2 angedeuteten Querschnittsebene B-B;
- 2 zeigt den gleichen Partikelfilter entlang der in 1 angedeuteten
Längsschnittsebene
A-A;
- 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Blocks,
der zur Herstellung eines Filterkörpers gemäß der Erfindung verwendbar
ist;
- 4 und 5 zeigen, im Querschnitt entlang der
in 3 angedeuteten Ebene P, Einzelheiten des Blocks
gemäß 3;
- 6 und 7 zeigen Querschnittsansichten von
Einzelheiten von Blöcken
gemäß verschiedenen
Varianten der Erfindung.
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In
diesen Figuren, die keinen einschränkenden Charakter haben, sind
die verschiedenen Elemente nicht notwendigerweise im gleichen Maßstab gezeigt.
Identische oder ähnliche
Elemente sind in den verschiedenen Figuren durchgehend mit gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Da 1 und 2 in
der Einleitung beschrieben worden sind, wird die Beschreibung mit 3 fortgesetzt,
die insbesondere direkt anschließend erläutert wird.
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Gemäß der Erfindung
weisen die ersten und zweiten Flächen 16a und 16b der
Außenoberfläche 16 des
Filterblocks 11 erste bzw. zweite Irregularitäten 30a bzw. 30b auf,
die entlang der Längsachse D-D
des Blocks 11 verlaufen. Vorzugsweise haben die Irregularitäten 30a und 30b eine
Länge "L", die gleich derjenigen des Blocks 11 ist
und die sich an den Außenoberflächen 32a und 32b der äußeren Kanäle 14a bzw. 14b von
der stromaufwärtigen
Fläche 12 bis
zu der stromabwärtigen
Fläche 13 erstreckt.
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Die
in 4 und 5 geschnitten gezeigten Irregularitäten 30a und 30b sind
in Form eines Vorsprungs bzw. einer Nut ausgebildet. Die Breite "1" dieser Irregularitäten ist im Wesentlichen diejenige der
Außenoberflächen 32a und 32b der äußeren Kanäle 14a bzw. 14b.
Die Irregularitäten 30a und 30b sind
jeweils entlang eines einzigen Kanals 14a bzw. 14b angeordnet.
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Die
Höhe "h" der Irregularitäten 30a und 30b kann
beliebig gewählt
sein. Vorzugsweise ist die Höhe "h" kleiner als die örtliche Dicke der Außenwände 34a und 34b der äußeren Kanäle 30a und 30b an den
Außenoberflächen 32a und 32b,
an denen die Irregularitäten 30a bzw. 30b verlaufen.
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Vorzugsweise
ist die Dicke "e" der Außenwände der äußeren Kanäle, die
den Vorsprung 30a und/oder die Nut 30b bilden,
im Wesentlichen konstant und im Wesentlichen gleich der Dicke "e"' der Außenwände der
benachbarten äußeren Kanäle.
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Vorzugsweise
ist die Dicke "e" niemals Null, d.h.
die Irregularität
wird nicht durch eine seitliche Öffnung
des äußeren Kanals
oder der äußeren Kanäle erzeugt,
an dem bzw. denen sie ausgebildet ist.
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Der
Vorsprung 30a ist somit als eine nach außen hin
abstehende Verformung an der Außenwand 34a des
Kanals 14a vorgesehen (4). Vorteilhafterweise
ergibt sich daraus eine Vergrößerung des
nutzbaren Innenvolumens des Kanals 14a.
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Nach
jeder Regenerierung sammeln sich die Aschebestandteile in den Einlasskanälen an,
wodurch deren weitere Effektivität
begrenzt wird und die Dauer der Verwendbarkeit des Filterblocks
vor der nächsten
Regenerierung begrenzt wird. Zur Verlängerung der Lebensdauer des
Filters ist somit der Kanal 14a vorzugsweise ein Einlasskanal,
d.h. ein Kanal, durch den die zu filternden Gase in den Filterblock 11 eingeführt werden.
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Vorzugsweise
verläuft
die Nut 30b auf einem Auslasskanal 14b (5).
Somit wird vorteilhafterweise ein Verlust an Volumen des Einlasskanals
vermieden.
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Ferner
erlaubt die Reduzierung des Volumens eines außenliegenden Auslasskanals
das Anpassen dieses Kanals an reduzierte Volumina des gefilterten
Gases, die der Kanal empfängt.
Im Effekt erhält
ein außenliegender
Auslasskanal kein gefiltertes Gas durch diejenige(n) Fläche(n) des
Kanals, die sich in Kontakt mit den Verbindungsteilen 17 befindet bzw.
befinden. Somit erhält
er ein kleineres Gasvolumen als die im Inneren des Filterblocks
angeordneten Kanäle
oder "Innenkanäle", bei denen sämtliche vier
Flächen
filternde Flächen
sind. Die Nut 30b in ihrer in 5 gezeigten
Form bewirkt eine Querschnittsreduzierung des außenliegenden Auslasskanals 14b und
erlaubt vorteilhafterweise eine Homogenisierung der verschiedenen
Auslasskanäle
in Bezug auf den Querschnitt eines Kanals und das Gasvolumen, das
der Kanal aufnehmen kann. Somit wird der Durchtritt des Gasstroms
durch den Filterblock hindurch erleichtert und der Ladungsverlust
reduziert.
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Zur
weiteren Verbesserung der Anhaftung des Verbindungsteils 17 an
der Außenoberfläche 16 des
Blocks 11 können
die Außenoberflächen des Vorsprungs 30a und/oder
der Nut 30b ihrerseits Mikrorauhigkeiten 36a bzw. 36b aufweisen.
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Gemäß 6 kann
eine Nut 30b' ferner
eine örtliche
Reduzierung der Dicke "e" einer Außenwand 34b' eines Kanals 14b' bewirken. Vorteilhaftweise wird
dadurch die zur Herstellung des Filterblocks 11 erforderliche
Materialmenge reduziert. Ferner erlaubt diese Ausführungsform
das Ausbilden von Nuten an den Einlasskanälen 14a' ohne Reduzierung des Innenvolumens
dieser Kanäle.
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Die
Anzahl der Irregularitäten 30a und 30b unterliegt
kleinen Beschränkungen.
Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung sind die Vorsprünge 30a und
die Nuten 30b über
die Breite mindestens einer Fläche 16a-16d der
Außenoberfläche 16 des Blocks 11 hinweg
in alternierender Abfolge angeordnet, wobei sie vorzugsweise aufeinanderfolgende Einlasskanäle bzw.
Auslasskanäle
bedecken. Vorzugsweise sind die längsverlaufenden Nuten 30b und
Vorsprünge 30a mit
regelmäßigem Abstand
voneinander angeordnet.
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Der Übergang
zwischen Vorsprüngen
und Nuten kann graduell sein, ohne vorspringende Winkel. Beispielsweise
kann im Querschnitt betrachtet die Außenfläche 16 des Blocks
mindestens örtlich eine
sinusartige Form gemäß 7 haben.
Vorzugsweise ist die Dicke "e" der Außenwände 34 der äußeren Kanäle im Wesentlichen
konstant.
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Der
Vorsprung 30a oder die Nut 30b können auch
rittlings auf zwei Kanälen
angeordnet sein, wobei diese Anordnung zur Verstärkung des mechanischen Zusammenhalts
des Blocks 11 vorzuziehen ist.
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Vorzugsweise
werden die Form, die Abmessungen und die Anzahl der Irregularitäten 30a und 30b als
Funktion der Haltevorrichtung, d.h. der Verbindungsteile 17 bestimmt,
mit denen sie einteilig verbunden werden sollen. Die, Form, die
Abmessungen und die Anzahl der Irregularitäten 30a und 30b können insbesondere
von der Beschaffenheit und/oder der Dicke der Verbindungsteile 17,
der Position der Irregularitäten
auf der Außenfläche 16 des Blocks 11 und/oder
der Position des Blocks 11 im Filterkörper 3 abhängen. Somit
sind nicht notwendigerweise sämtliche
Flächen 16a-16d ein
und desselben Filterblocks 11 mit den gleichen Irregularitäten versehen.
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Vorzugsweise
jedoch ist die Breite "1" der Irregularitäten kleiner
als die oder gleich der Breite der Kanäle, an denen sie verlaufen,
wobei sie der Breite der Kanäle
vorzugsweise im Wesentlichen gleich ist.
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Weder
die Breite "1", noch die Länge "L", noch die Dicke "e",
noch die Ausrichtung einer Irregularität ist im Sinne einer Beschränkung zu
verstehen. Beispielsweise kann gemäß der Erfindung die Außenfläche 16 des
Filterblocks 11 diagonale Rillen in einer oder mehreren
Richtungen, Löcher,
Kerben etc. aufweisen. Die Größe, die
Dicke oder die Ausrichtung können
auch entlang der gleichen Irregularität variieren.
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Gemäß einer
nicht gezeigten Variante der Erfindung weisen zwei Blöcke, die
unter gegenseitiger Anlage betreffender zweier Flächen miteinander verbunden
werden sollen, an diesen Flächen
Irregularitäten
mit einander komplementären
Formen auf, die derart angeordnet sind, dass die einen Irregularitäten in den
anderen positioniert werden können.
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Die
längsverlaufenden
Irregularitäten
können
bei der Extrusion des Blocks 11 mittels einer geeigneten
Düse unter
Verwendung von Techniken hergestellt werden, die dem Fachmann bekannt
sind. Ferner besteht die Möglichkeit,
die Irregularitäten
in der Oberfläche
des festen Blocks 11 anzubringen, indem sie in die Außenoberfläche 16 des
Blocks 11 "eingemeißelt" werden und/oder
indem dort Materialwülste 30a durch
Kleben, Schweißen
oder eine beliebige andere bekannte Technik befestigt werden. Bei dem
Material der Wülste 30a kann
es sich um das gleiche Material wie dasjenige des Blocks 11 oder
um ein anderes Material handeln.
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Selbstverständlich ist
die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen und nachstehend abgebildeten
Ausführungsformen
beschränkt,
die zur Veranschaulichung dienen und nicht im Sinne einer Beschränkung zu
verstehen sind.
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Das
Verbindungsteil 17, das zwischen den betreffenden einander
gegenüberliegenden
Außenflächen zweier
Blöcke
angeordnet ist, kann durchgehend oder unterbrochen vorgesehen sein,
sofern es die feste Verbindung der Blöcke gewährleistet.
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Der
Filterblock 11 kann eine beliebige Form haben.
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Der
Querschnitt der Kanäle 14 ist
nicht auf die quadratische Form beschränkt. Der Querschnitt der Einlasskanäle kann
auch anders als derjenige der Auslasskanäle vorgesehen sein. Der Querschnitt eines
Kanals kann sich auch periodisch oder nichtperiodisch entlang dieses
Kanals verändern.