DE9314837U1 - Rußfilter für die Abgase von Diesel-Wärmekraftmaschinen - Google Patents
Rußfilter für die Abgase von Diesel-WärmekraftmaschinenInfo
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Description
Rußfilter für die Abgase von Diese]-Wärmekraftmaschinen
Beschreibung
Die Dieselrußproblematik wird in einer solchen Vielzahl von Offenlegungen
dargestellt, daß hier auf einen erneuten Aufriß verzichtet werden kann. Diese Offenlegungen lassen sich grob in zwei Gruppen unterteilen:
Zum einen katalytisch wirksame Fi lter systeme. Diese neigten in der
bisherigen Vor Serienerprobung zum mechanischen Versagen durch Bruch, was dahinter geschaltete Laderturbinen zerstörte, oder zum Wirkungsverlust durch Verstopfen der Poren.
Zum anderen die Gruppe der Bunkerabscheider und adiabatisch wirkenden
Taupunktkondensatoren, die naturgemäß wartungsintensiv und außerdem tendenziell entsorgungskritisch sind.
In der Serie behilft man sich daher mit der Verringerung der Rohemission,
was technische Kompromisse erfordert, sowie mit der Oxidation von angelagerten CH-Verbindungen durch Katalysatoren. Die dem Verfahren
gesetzten Grenzen lassen eine weitere Verbesserung wünschenswert erscheinen.
Ziel der hier vorgestellten Erfindung ist demgemäß eine Filterbauart,
die der erwähnten Verstopfungsproblematik Rechnung trägt sowie den besonderen Betriebsbedingungen im Kfz-bereich; weiteres Ziel ist eine
möglichst prozeßfähige Komponentenproduktion und Montage. Nach Anspruch 1 wird folglich eine Bauart angestrebt, die die möglichst
flexible Nutzung fertigungstechnischer Fortschritte im Sintermetallbereich erlaubt.Dies gestattet, unterschiedliche Gefügedichten
durch definiertes Aufbringen oder Füllen im gleichen, widerstandsfähigen Bauteil zu kombinieren. Man kann dadurch Filterelemente
vorsehen, die nach Anspruch 2 auf das Zusammenwirken mit zugehörigen, strömungsbeeinflussenden Anordnungen ausgelegt sind.
Beabsichtigt wird damit nicht, wie gemäß der Offenlegungsschrift 28 35 741,
die möglichst homogene Verteilung eines inhomogenen Rußinventars, sondern das unterschiedliche Abscheideverhalten großer und kleiner
Rußpartikel wird genutzt, um sie abgestimmen Gefügestrukturen zuzuführen. Nach Anspruch 3 werden hierzu die verschiedenen Filterstufen mit Drallerzeugern,
Leitschaufelringen, Umlenkern kombiniert oder funktionieren durch wählbare Einstellwinkel selbst als letztere.
Nach Ansprüchen 4 verfügt die Erfindung über einen Radialstrom-Drallerzeuger
im Grobfilterbereich, der nach Anspruch 5 auch das Laufrad einer Lader- oder sonstigen Drehmomentturbine sein kann, was Integrationsprobleme weitgehend eliminiert.
Nach Anspruch 6 ist der Filtermantel aus radial und tangential getrennten
Elementen aufgebaut. Dies und die Produktion der Segmente in der in Anspruch 7 beschriebenen, vorteilhaft einstückigen Ausführung erlaubt
Fertigung im Strang und dadurch Kostensenkung.
In gleicher Weise wirksam ist die Integration strömungsbeeinflussender
Einbauten in den Filterinnenkorb gemäß Anspruch 8.
Die Entlüftung beziehungsweise Abgasentsorgung übernehmen nach Anspruch 9
Venturi-Saugleitungen, die im Betrieb für Unterdruck im Gehäuseringraum sorgen; nach Anspruch 10 besteht in diesem Bereich die Möglichkeit,
Prüf- und Regenerationsanschlüsse vorzusehen.
Alle Ansprüche können einzeln oder in Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein. Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung.
Den prinzipiellen Aufbau des Filtermantels zeigt Ziff. I im Querschnitt
durch den Grobfilterbereich. Man erkennt im Gehäuse 1 die Filterelemente 3, gestützt gegen das Gehäuse über den einstückig dargestellten Außenkorb
sowie gehalten und verspannt durch einen Innenkorb. Dieser gliedert sich vorzugsweise in einen Tangentialteil 4 und einen Radialteil
5. Die Montage folgt dann dem Prinzip, Gehäuse/Außenkorb und Tangentialteil mit Filterelementen zu bestücken und dann mit dem
Radialteil zu verspannen. Unterteilungen sind dabei sowohl längs als auch quer zur Gehäuseachse möglich.
Ia zeigt eine Einzelanordnung des hier vorzugsweise verwendeten Elementetyps mit dem Träger 6, Grobfilterzone 7 und den außenliegenden
Abbrandfilterzonen 8. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß das grobkörnige Makrogefüge einen großvolumigen Schluckraum bildet, der
aber relativ langsam durchströmt wird.
Die Elemente können dabei, müssen aber nicht wie skizziert gebogen
sein; speziell wenn ein Einstellwinkel zur Längsachse vorgesehen wird, sind die dann z.B. trapezförmigen Einzelelemente vorteilhaft flach
ausgebildet. Produktion im Strang bleibt in jedem Fall möglich. Ziff. II zeigt in zwei Halbschnitten den konstruktiven Aufbau der
Erfindung. Der Radialstrom-Drallerzeuger 9 ist im Bereich der Grobfilterelemente
2 angeordnet. Die daraus resultierende Umlenkung am Filter führt, zusammen mit dem zunächst schwachen Drall, bevorzugt
zur Abscheidung des grobkörnigen Rußanteils. Nachträglicher Agglomeratbildung im Filter wird durch diese Homogenisierung des eingetragenen
Rußinventars ebenso entgegengewirkt wie durch die bereits beschriebene, langsame Schluckraumdurchs trömung.
Ausreichend ist hier bereits der durch ein Turbinenreaktionsmoment
induzierte Wirbelzopf. Dadurch kann im Gegensatz zu Veröffentlichungen wie z.B. DE 35 11 043, das Laufrad einer Lader- oder sonstigen Leistungsturbine zum Einsatz kommen.
In Strömungsrichtung hinter dem Grobfilter ist der Leitschaufelkranz
angeordnet. Dieser verstärkt den Drall. Die ihm zugeordneten Feinfilterelemente 11 unterscheiden sich im Aufbau vom Grobfiltersektor durch
feineres Gefüge: Auf den bereits abgeschiedenen groben Rußanteil muß keine Rücksicht mehr genommen werden, was eine höhere Anzahl von
feineren Eintrittsporen möglich macht.
Durch diese räumliche und funktionale Trennung von Grob- und Feinfilter
wird der bei direkter Hintereinanderschaltung unvermeidliche, trichterähnliche Feinstrukturaufbau mit seiner Verstopfungsneigung vermieden.
Eine weitere Strömungsbeeinflussende Anordnung zeigt der untere Halbschnitt
mit dem eingezogenen Feinstfilter 12, gestützt auf die Einsetzringe 13 und verspannt über den Federring 14. Der Einstellwinkel zur
Längsachse kann hier bis 90 Grad betragen, wodurch ein abgewandelter Entstauberzyklon entsteht.
Weiter erkennt man eine - hier für alle Filterstufen gemeinsam dargestellte
- Venturileitung 15. Sie ist der einfacheren Darstellung wegen in die Zeichenebene geklappt, was wie beim Abgashauptstrom nicht den
tatsächlichen Bedingungen entsprechen muß. Erreicht wird mit ihr die Abgasentsorgung des durch Filter und Gehäuse gebildeten Ringraums
durch den vom Abgashauptstrom erzeugten unterdruck.
Zu der oder zu den Venturileitungen gehört der hier durch einen Gewindestopfen
16 verschlossene Prüfanschluß 17 mit dem Dichtsitz 18. Bei Bedarf wird der Gewindestopfen durch einen den Leitungsquerschnitt
sperrenden Prüfanschluß ersetzt, was zum Beispiel bei der Inspektion auf einfache Weise Filterkontrolle durch Gegendruckprüfung in eingebautem
Zustand und gegebenefalls Regeneration durch Rückspülung ermöglicht. Wie oben bereits ausgeführt, sind die einzelnen Filterstufen nicht
zwingend auf eine gemeinsame Abgasentsorgung ausgelegt, diese kann auch mit mehreren Leitungen getrennt organisiert werden.
Für Probleme der Abdichtung und des Wärmedehnungsausgleichs stehen aus
dem verwandten Katalysatorbereich Lösungen zur Verfügung, die sowohl geeignet als auch bereits geschützt sind; es wäre nicht sinnvoll, im
Rahmen des hier beanspruchten Schutzrechts detailliert auf sie einzugehen. Ähnliches gilt für die im oberen Halbschnitt angedeutete Aufnahme
19 mit dem Dreibein 20. Sie kann, muß aber nicht aerodynamische Aufgaben übernehmen; ihr zweck ist vielmehr fertigungstechnischer Art,
nämlich fluchtende Bearbeitung des Lagersitzes einer Turbine zusammen mit dem Gegenstück auf der Laderseite. Auf eine qualifizierte Lösung
dieses Problems wird hier verzichtet, vermerkt sei nur, daß eine Auslegung als reine Drehmomentturbine ( Turbocompound-Bauweise ) geeignet
ist, es zu vereinfachen.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß der Hauptvorteil der hier vorgestellten
Bauweise ihre Flexibilität ist. Scheiden sich etwa im achsparallel dargestellten Grobfilter unerwünscht viele feine Partikel
ab, kann auch hier ein - negativer - Einstellwinkel zur Längsachse vorgesehen werden, um den Umlenkwinkel zu verkleinern. Mit Leitschaufel-
und positivem Einstellwinkel sind weitere wählbare Variable verfügbar, auch die Kombination unterschiedlicher Strukturen und Materialien ist
möglich ( gelochte und durchgehende Trägerbleche, Sintermetall mit verschiedener Gefugestruktur, Keramik ).
Bei Auslegung mit getrennten Stufenentlüftungen besteht die Möglichkeit,
die Venturileitung einer Stufe vor den Eintritt in eine der folgenden zu legen; einer Kombination der Druckprüf- und Rückspülweichen mit
Qnboard-Diagnosesystemen steht ebenfalls nichts im Weg, wobei eine Auslegung des zum Beispiel des Stopfens 16 als Druckprüf anschluß
Funktionsüberwachung auch während des Betriebes erlaubt. Die Anpassung des Filters an realistische Prüfzyklen - bei sehr harten
Anforderungen notfalls zu Lasten des Abgasgegendrucks - ist somit grundsätzlich gewährleistet.
Claims (10)
1. Rußfilter mit Gehäuse, Außenkorb, Innenkorb, Filterelementen und Entlüftung,
dadurch gekennzeichnet, daß Grob-und Feinfilterstufen räumlich getrennt sind.
2. Rußfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Trennung
durch aerodynamisch wirksame Bauteilanordnungen bestimmt ist.
3. Rußfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Bauteilanordnungen
Umlenker,Drallerzeuger,Leitschaufelringe sowie positive und
negative Einstellwinkel der Filterelemente vorgesehen sind.
4. Rußfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Grobfilterbereich
ein Radialstrom-Drallerzeuger angeordnet ist.
5. Rußfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallerzeuger
das Laufrad einer drehmomentabgebenden Radialstromturbine ist.
6. Rußfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter aus
tangential und axial getrennten Segmenten aufgebaut ist.
7. Rußfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente aus
einem vorzugsweise nich gelochten Trägerblech sowie einer sintermetallischen oder keramischen, katalytisch wirksamen Filterstruktur bestehen.
8. Rußfilter nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
in einen vorzugsweise zweiteiligen Innenkorb Leitschaufelringe und Umlenker integriert sind.
9. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Gehäuseringraum durch Unterdruck erzeugende Venturi-Saugleitungen entlüftet wird
10. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
im Ringraum- und/oder Venturileitungsbereich Prüf- und Regenerationsanschlüsse
vorgesehen sind.
Priority Applications (1)
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| DE9314837U DE9314837U1 (de) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | Rußfilter für die Abgase von Diesel-Wärmekraftmaschinen |
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| DE9314837U1 true DE9314837U1 (de) | 1993-12-02 |
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