WO2005079953A1 - Partikelfilter, insbesondere russfilter für abgase von dieselverbrennungsmaschinen - Google Patents

Partikelfilter, insbesondere russfilter für abgase von dieselverbrennungsmaschinen Download PDF

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WO2005079953A1
WO2005079953A1 PCT/DE2005/000164 DE2005000164W WO2005079953A1 WO 2005079953 A1 WO2005079953 A1 WO 2005079953A1 DE 2005000164 W DE2005000164 W DE 2005000164W WO 2005079953 A1 WO2005079953 A1 WO 2005079953A1
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WO
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particulate filter
drainage elements
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PCT/DE2005/000164
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Richard Balzer
Dieter Ziehler
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Spörl KG
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    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0226—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being fibrous
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/10—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filter plates, sheets or pads having plane surfaces
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    • B01D46/521—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filters embodying folded corrugated or wound sheet material using folded, pleated material
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a particle filter, in particular a soot filter according to the preamble of claim 1.
  • a particle filter of the type described in the introduction has already been disclosed in German Offenlegungsschrift DT-A-25 57 444.
  • a pleat spacer for insertion into one turn of a pleated filter is disclosed, which consists of a plurality of approximately parallel, double-sided corrugations and at least along the edge area, which is adjacent to the fold of the pleated filter when the spacer is inserted, a flexible Surface. This should make it possible to achieve longer filter service lives by largely relieving the endangered areas of the fold from tensile stress by giving in the material.
  • the invention has for its object a particle filter of the type described in the introduction to provide that is comparatively more robust.
  • the invention is based on a particle filter, in particular a soot filter for exhaust gases for diesel internal combustion engines, which has a zigzag or meandering fold structure of a filter element, the zigzag or meandering fold structure extending transversely to the flow direction and between the folds of the fold structure arranged drainage elements.
  • the essence of the invention is that stabilizing means are provided such that the. Filter medium in particular due to pressure fluctuations in the fluid flow to be filtered, e.g. The gas flow cannot deform or move appreciably.
  • the stabilizing means are preferably designed in such a way that the filter medium cannot essentially deform even with respect to the drainage layer, i.e. the filter medium with drainage elements is in a largely rigid unit. This can e.g. in that the filter medium with drainage elements is held under pressure by mechanical tensioning, so that it does not perform any relative movements even in the case of comparatively high pressure fluctuations in the filter.
  • the filter medium is at least partially connected to the drainage element by sintering, soldering, welding, gluing or a comparable type of connection.
  • a connection process e.g. the combination of filter medium and drainage elements is preferably carried out under pressure, so that the filter medium and the drainage elements are in close contact with one another.
  • the drainage elements should be matched to the filter medium in such a way that the filter medium is adequately fixed in position by a stiffening effect.
  • Such an arrangement can be dimensioned, i.e. vary freely in length, width or height, which means that a filter can be used in a wide range of applications.
  • the filter medium with its zigzag or meandering structure is preferably arranged in such a way that the longitudinal extension of a bend or edge of the structure (fold bend), which brings about a change in direction of the filter medium, runs transverse to the gas flow direction.
  • the input side for the gas stream preferably consists alternately of bends or edges of the meandering or zigzag structure and open areas of the meandering or zigzag structure with a predetermined fold depth. With an increase in the depth of the folds, cross-flows occur to a greater extent, which improves the filter properties. In particular, the separation rate of comparatively small particles is increased with the same size of the pore openings.
  • the free spaces created by the drainage elements can be used to store non-combustible ash residues without causing excessive pressure losses during the operation of such a filter. This considerably increases the service life of a particle filter designed in this way.
  • the cross sections of inflow and / or outflow spaces in a housing upstream or downstream of a filter unit composed of filter medium and drainage elements become increasingly smaller or increasingly larger. This can prevent the flow velocities in the inflow and outflow spaces from becoming increasingly smaller, which can have a negative effect on the filtration behavior of the filter unit.
  • the inflow and / or outflow spaces can be designed in such a way that a uniform loading of the filter surface is ensured.
  • the cross-section of the room is chosen such that the flow velocity is the same at every point, although part of the current has already flowed into the filter unit.
  • the drainage elements can also be shaped in a corresponding manner. This can be achieved by reducing the passage cross sections of drainage elements in the direction of flow, ie in the depth of the folds. This can be achieved, for example, by the amount of the Drainage elements decreases in the direction of flow, which results in a wedge-shaped structure of the filter medium when viewed in cross section. In the case of a meandering or zigzag structure, a corresponding counterstructure is hereby created on the outlet side, provided that the volume remains the same, which overall brings about an additional homogenization of the flow through the filter medium.
  • the filter medium and / or the drainage elements are made of metal.
  • Materials are preferably used, e.g. Metal and ceramic or metal / metal that can be sintered. Such materials have the advantage that they can be heated to clean the filter. If both drainage elements and filter medium consist of a material with comparable thermal conductivity, then even heat dissipation is made possible without the creation of hot spots.
  • the drainage elements can also comprise a tissue structure, if appropriate consist entirely of tissue.
  • Fabric has the advantage that the contact areas to the filter medium become larger. This protects the filter medium both in the manufacture and in the operating phase. This advantage is particularly evident in the case of strongly pulsating fluid flows, especially when high temperatures prevail at which the strength of the materials normally used, for example metal or plastic, is reduced.
  • the use of fabrics instead of wavy elements has the advantage that the filter becomes stiffer and less likely to deform under the pulsating operating pressures. As the possible deformations decrease, the alternating bending stresses are also reduced, which has a favorable effect on the longer durability of a filter unit.
  • a fabric can also be calendered to further enlarge the contact area. In this process, small flat surfaces are formed on the cranks. The calendering also makes the thickness of a drainage element more constant, which leads to a more precise manufacture of filter blocks.
  • the thickness of a drainage element in the form of a fabric can be adjusted by rolling or another shaping method in such a way that, when installed in a filter block, flow rates that are constant in the flow direction are favored.
  • the elements of a filter unit can consist of plastic, ceramic, glass, but also of metal, in particular of heat and corrosion-resistant steel. In all cases, sintering can be brought about to increase the stability.
  • the filter properties can be significantly influenced by the selection of the filter medium. If it is a fabric, it can be greatly improved by calendering in the fineness.
  • other known filter media such as tiles, powder layers, perforated sheets, expanded metal and other porous membranes, or combinations of the filter media mentioned can also be used.
  • the filter medium and / or the drainage element is provided with a Provide coating.
  • a Provide coating In this way, the separation effect of a filter can be improved.
  • Powder made of metal, ceramic or glass is particularly suitable as a coating in pure form or as a mixture.
  • Powdery coatings can be applied in a spherical form, as well as flattened, and sprinkled. Spatzig means a platelet-like structure of the powder particles.
  • Channel shapes, for example gap-like channels, in which particles are comparatively more effectively deposited, can be formed in particular by a quick application.
  • the coating can be done, for example, by sprinkling material with subsequent sintering or by spraying.
  • a coating can be applied on one side or on both sides. It can be homogeneous, but can also have a different structure, so that there are channel narrowing in depth or vice versa.
  • the filter medium and the drainage elements are coated.
  • Such a coating is advantageously carried out on the respective raw material before the filter elements of a filter block are folded and pressed.
  • a selective coating is also conceivable, i.e. only in certain surface areas.
  • this filter block can be heated by applying electrical voltage.
  • this filter block has the advantage that cleaning of retained soot particles by burning can take place independently of the operating states of the engine.
  • the filter unit Due to the described compact structure of the particle filter via stabilizing agents, which can bring about a rigid or almost rigid structure when used as a soot filter For example, for the exhaust gases of a diesel combustion machine, a significant noise minimization of the escaping gases can also be achieved. This makes it possible to dispense with a separate silencer in the exhaust system. In addition to the filtering effect, the filter unit also has a noise damping effect and can take over the tasks of a silencer.
  • the bent areas or edge areas of the fold structure are provided with reinforcing agents.
  • Suitable reinforcing agents are e.g. coating the fold of the fold with solder and / or powder.
  • the fold can also be made by inserting stiffening agents, e.g. of a round wire are reinforced.
  • this filter is predestined for the automotive industry, especially as a soot filter.
  • FIG. 1 shows a particle filter in a highly schematic top view
  • FIG. 2 shows a section along the section line AA through the particle filter according to FIG. 1
  • FIG. 3a shows a further particle filter in a schematic plan view
  • FIG. 3b shows a section along section line B-- B through the particle filter according to FIG. 3a
  • FIG. 4 shows the basic structure of a filter medium with drainage elements in a sectional view
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a filter medium with drainage elements in a view according to FIG. 4 and
  • FIG. 6a shows a section of a and 6b filter medium course in a sectional side view (FIG. 6a) with greatly enlarged geometries of the drainage element in two areas B1 and B2, which are superimposed in FIG. 6b.
  • a particle filter 1 and 2 show a particle filter 1, for example a soot filter with schematically drawn flow arrows 2, 3 for symbolizing a gas flow, which comprises a filter block 4 with an inflow space 5 and an outflow space 6 in a housing 7.
  • the filter block 4 consists of a filter medium 8 with a meandering cross section according to FIG. 2, which is connected together with symbolically represented drainage layers 9, for example in the form of a fabric, to form an essentially rigid unit.
  • a line wire 10 and with the Dots symbolize a cross wire 11 in the cross section of the respective drainage layer 9.
  • the arrows 2 illustrate the inflow of gas into the inflow space 5 and the arrows 3 the outflow of the filtered gas after flowing through the filter block 4 in the outflow space 6.
  • FIG. 3a shows a particle filter 12 which, with the same structure as the particle filter 1, has an inflow space 13 which is reduced in cross section in the flow direction and has an outflow space 14 which widens in the flow direction starting from a small flow cross section.
  • the flow velocity can be set equally at any point through the filter block, although part of the current has already flowed into the filter block.
  • a tapering of the cross-section of the filter medium 8 in the flow direction in the pleat depth of the filter medium 8 can result in a uniform flow through the filter medium 8 (see FIG. 6a).
  • the height of the drainage tissue is increasingly reduced from h x to h 2 , as in FIG. 6b by the superimposed sections of the drainage tissue 15 in the areas B1 and B2 of Figure 6a is clarified. If the volume of the corresponding filter block 4 is otherwise unchanged, one is formed on the outlet side 16 of the filter medium 8 corresponding counter-structure, which is increasingly widening in the direction of flow 17. This also favors a homogeneous flow through the filter medium 8.
  • FIG. 3b shows the section along the section line B-B through the particle filter 12.
  • This sectional view clearly shows that, for example, exhaust gas from a diesel engine flowing into the inflow space 13 to be cleaned sees the open areas 18 of the meandering filter medium 8 or flows into the latter, these areas being stiffened by drainage fabric 20.
  • the drainage fabric 20 not only has stiffening purposes but also helps to deposit or filter out particles.
  • the folds 19 are arranged alternately to the open areas 18 (see also FIG. 4 and FIG. 5), which can be closed, e.g. by solder to increase their stability or also contribute to filtering.
  • the filter medium 8 with drainage layer 9 in the form of a metal mesh is shown in an enlarged sectional view transverse to the section along the section line B-B.
  • the metal mesh consists of longitudinal and transverse wires 10, 11.
  • the drainage layer 9 lies against the filter medium 8 at certain points by means of an alternating weaving with cross wire at the top and bottom.
  • FIG. 5 shows a comparable representation of drainage layers 20, in which the tissue e.g. has a twill weave of 2: 2 in one direction, i.e. two wires 21 on one side and two wires 22 on the opposite side separated by a longitudinal wire 23.
  • a twill weave of 2: 2 is shown in FIG. 5 only as an example. Other body types are possible, eg 3: 3, 4: 1 etc.

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Abstract

Es wird ein Partikelfilter, insbesondere Rußfilter für Abgase von Dieselverbrennungsmaschinen mit einer zick-zack- bzw. mäanderartigen Faltenstruktur eines Filtermediums (8) und zwischen den Falten der Faltenstruktur angeordneten Drainageelementen (9) vorgeschlagen, wobei Stabilisierungsmittel derart vorgesehen sind, dass das Filtermedium (8), insbesondere durch Druckschwankungen im zu filternden Fluidstrom sich nicht bzw. nicht nennenswert verformen kann.

Description

PARTIKELFILTER, INSBESONDERE RUSSFILTER FÜR ABGASE VON DIESELVERBRENNUNGSMASCHINEN
Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter, insbesondere Rußfilter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik:
Ein Partikelfilter der einleitend bezeichneten Art ist bereits aus der deutschen Offenlegungsschrift DT-A-25 57 444 bekannt geworden. In dieser Schrift ist ein Faltenabstandshalter zum Einsetzten in jeweils eine Windung eines in Falten gelegten Filters offenbart, der aus einer Vielzahl von annähernd parallelen, doppelseitigen Wellungen besteht und zumindest entlang des Randbereiches, der bei eingesetztem Abstandshalter dem Faltenbug des gefalteten Filters benachbart ist, eine nachgiebige Oberfläche aufweist. Hierdurch sollen sich längere Filterstandzeiten erzielen lassen, in dem die gefährdeten Zonen der Faltenbuge von Zerreißbelastungen durch Nachgeben des Materials weitgehend entlastet werden.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Partikelfilter der einleitend bezeichneten Art bereitzustellen, der vergleichsweise robuster ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung geht von einem Partikelfilter, insbesondere Rußfilter für Abgase für Dieselverbrennungsmotoren aus, der eine zick-zack, bzw. mäanderartige Faltenstruktur eines Filterelements besitzt, wobei die zick-zack bzw. mäanderartige Faltenstruktur sich quer zur Durchströmrichtung erstreckt und der zwischen den Falten der Faltenstruktur angeordnete Drainageelemente aufweist .
Der Kern der Erfindung liegt nun darin, dass Stabilisierungsmittel derart vorgesehen sind, dass das . Filtermedium insbesondere durch Druckschwankungen im zu filternden Fluidstrom, z.B. Gasstrom sich nicht bzw. nicht nennenswert verformen bzw. bewegen kann. Dieser Vorgehensweise liegt die Erkenntnis zugrunde, dass im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß der deutschen Offenlegungsschrift DT-A-25 57 444 eine Beanspruchung des Filtermediums auf Biegung so weit wie möglich reduziert werden sollte, um die mechanische Haltbarkeit zu erhöhen. Vorzugsweise sind die Stabilisierungsmittel so ausgelegt, dass sich das Filtermedium auch in Bezug auf die Drainagelage im Wesentlichen nicht verformen kann, d.h. das Filtermedium mit Drainageelemente liegt in einer weitgehend starren Einheit vor. Dies lässt sich z.B. dadurch erreichen, dass das Filtermedium mit Drainageelementen durch mechanisches Verspannen unter Druck gehalten wird, damit dieses auch bei vergleichsweise hohen Druckschwankungen im Filter keine Relativbewegungen ausführt.
In einer überdies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Filtermedium mit dem Drainageelement zumindest teilweise durch Sintern, Löten, Schweißen, Kleben oder einer vergleichbaren Verbindungsart verbunden. Es sollten so viele punkt- und/oder linienförmige bzw. lächenförmig ausgedehnte Verbindungsstellen vorgesehen werden, dass eine starre Einheit entsteht, d.h. ein Filterblock aus Filtermedium und Drainageelementen, der auch bei vergleichsweise hohen mechanischen Beanspruchungen keine Eigenbewegung ausführt .
Ein Verbindungsvorgang, z.B. das Vereintem von Filtermedium und Drainageelementen wird vorzugsweise unter Druck ausgeführt, so dass das Filtermedium und die Drainageelemente in dichtem Kontakt zueinander stehen.
Die Drainageelemente sollten auf das Filtermedium so abgestimmt werden, dass durch die Drainageelemente das Filtermedium in ausreichendem Maße durch einen Aussteifungseffekt in Lage fixiert ist .
Eine solche Anordnung lässt sich in ihrer Dimension, d.h. in der Länge, Breite oder Höhe in weitem Maße frei variieren, wodurch ein so aufgebauter Filter in einem großen Einsatzbereich benutzt werden kann.
Vorzugsweise ist das Filtermedium mit seiner Zick-Zack- bzw. Mäanderstruktur so angeordnet, dass die Längserstreckung einer Biegung oder Kante der Struktur (Faltenbug) , die eine Richtungsänderung des Filtermediums herbeiführt, quer zur Gasstromrichtung verläuft. Vorzugsweise besteht die Eingangsseite für den Gasstrom abwechselnd aus Biegungen bzw. Kanten der Mäander- bzw. Zick-zack-Struktur sowie geöffneten Bereichen der Mäander- bzw. Zick-zack-Struktur mit einer vorgegebenen Faltentiefe. Mit einer Erhöhung der Faltentiefe kommt es in einem stärkeren Ausmaß zu Querströmungen, was die Filtereigenschaften verbessert . Insbesondere die Abscheiderate von vergleichsweise kleinen Partikeln erhöht sich bei gleichbleibender Größe der Porenöffnungen. Durch den innigen Kontakt des Filtermediums zu den Drainageelementen wird eine gleichmäßige Wärmeableitung im Partikelfilter begünstigt, wodurch bei der Reinigung durch z.B. Erhitzen, wenn der Partikelfilter als Rußfilter verwendet wird, die dabei entstehende Verbrennungswärme sich in ausreichendem Maße gleichmäßig abführen lässt, was die Entstehung von Hotspots verhindert.
Die durch die Drainageelemente entstehenden Freiräume können für die Einlagerung von nicht brennbaren Ascherückständen genutzt werden, ohne dass es zu übermäßigen Druckverlusten im Betrieb eines solchen Filters kommt. Dies erhöht die Lebensdauer eines so ausgestalteten Partikelfilters erheblich.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Querschnitte von Zu- und/oder Abströmräumen in einem Gehäuse vor bzw. nach einer Filtereinheit aus Filtermedium und Drainageelementen zunehmend kleiner bzw. zunehmend größer. Hierdurch kann verhindert werden, dass die Strömungsgeschwindigkeiten in Zu- und Abströmräumen zunehmend kleiner wird, was sich negativ auf das Filtrationsverhalten der Filtereinheit auswirken kann. Die Zu- und/oder Abströmräume können so ausgestaltet werden, dass eine gleichmäßige Belastung der Filterfläche gewährleistet ist. In diesem Fall wird der Raumquerschnitt derart gewählt, dass die Strömungsgeschwindigkeit an jeder Stelle gleich ist, obwohl ein Teil des Stromes bereits in die Filtereinheit eingeströmt ist.
In entsprechender Weise können auch die Drainageelemente ausgeformt sein. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Durchlassquerschnitte von Drainageelementen in Strömungsrichtung, d.h. in Faltentiefe sich verkleinern. Das lässt sich z.B. dadurch erreichen, dass die Höhe der Drainageelemente in Strömungsrichtung abnimmt, wodurch im Querschnitt betrachtet eine keilförmige Struktur des Filtermediums entsteht. Bei einer Mäander- oder Zick-zack- Struktur wird hierdurch unter der Voraussetzung eines gleichbleibenden Volumens eine entsprechende Gegenstruktur auf der Auslassseite erzeugt, was insgesamt eine zusätzliche Vergleichmäßigung der Durchströmung des Filtermediums bewirkt .
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht das Filtermedium und/oder die Drainageelemente aus Metall . Vorzugsweise werden Materialien eingesetzt, z.B. Metall und Keramik oder Metall/Metall, die sich versintern lassen. Solche Materialien haben den Vorteil, dass sie sich zur Reinigung des Filters beheizen lassen. Wenn sowohl Drainageelemente als auch Filtermedium aus einem Material mit vergleichbarer Wärmeleitfähigkeit bestehen wird zudem eine gleichmäßige Wärmeableitung, ohne die Entstehung von Hotspots, ermöglicht.
Als Drainageelemente können z.B. Lagen aus wellblechartigen Gebilden mit Queröffnungen in den Wellen zur Anwendung kommen, die bei einer konstanten Höhe einen konstanten Strömungsquerschnitt haben.
Die Drainageelemente können jedoch auch eine Gewebestruktur umfassen, gegebenenfalls vollständig aus Gewebe bestehen. Gewebe hat den Vorteil, dass die Kontaktflächen zum Filtermedium größer werden. Das schont das Filtermedium sowohl in der Herstellung als auch in Betriebsphase. Dieser Vorteil kommt insbesondere bei stark pulsierenden Fluidströmen zur Geltung, vor allem auch wenn gleichzeitig hohe Temperaturen herrschen, bei denen die Festigkeit der üblicherweise verwendeten Materialien z.B. Metall oder Kunststoff reduziert ist. Die Verwendung von Geweben anstatt wellenförmigen Elementen hat den Vorteil, dass der Filter steifer wird und sich weniger unter den pulsierenden Betriebsdrücken verformen kann. Mit kleiner werdenden noch möglichen Verformungen werden auch die Biegewechselbeanspruchungen reduziert, was sich günstig in längerer Haltbarkeit einer Filtereinheit auswirkt .
Zur weiteren Vergrößerung der Kontaktfläche kann ein Gewebe auch kalandert werden. Bei diesem Vorgang bilden sich an Kröpfungen kleine ebene Flächen. Durch das Kalandern wird auch die Dicke eines Drainageelements konstanter, was zu einer präziseren Fertigung von Filterblöcken führt.
Im Weiteren kann durch Walzen oder ein anderes formgebendes Verfahren die Dicke eines Drainageelements in Form eines Gewebes derart eingestellt werden, dass im eingebauten Zustand in einem Filterblock in Strömungsrichtung gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeiten begünstigt werden.
Die Elemente einer Filtereinheit können aus Kunststoff, Keramik, Glas, aber auch aus Metall, insbesondere aus hitze- und korrosionsbeständigem Stahl bestehen. In allen Fällen kann eine Versinterung zur Erhöhung der Stabilität herbeigeführt werden.
Die Filtereigenschaften lassen sich durch die Auswahl des Filtermediums wesentlich beeinflussen. Falls es sich um ein Gewebe handelt, kann es durch Kalandern in der Feinheit stark verbessert werden. Neben Gewebe können auch weitere bekannte Filtermedien, wie Fließe, Pulverschichten, Lochbleche, Streckmetall und andere poröse Membranen oder Kombinationen aus den genannten Filtermedien zur Anwendung kommen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Filtermedium und/oder das Drainageelement mit einer Beschichtung versehen. Hierdurch kann die Abscheidewirkung eines Filters verbessert werden. Als Beschichtung eignet sich insbesondere Pulver aus Metall, Keramik oder Glas in reiner Form oder als Mischung. Pulvrige BeSchichtungen können in kugeliger Form als auch abgeflacht, spratzig aufgetragen werden. Spratzig bedeutet eine plättchenförmige Struktur der Pulverpartikel. Insbesondere durch ein spratziges Auftragen können sich Kanalformen, z.B. spaltförmige Kanäle bilden, in denen Partikel vergleichsweise effektiver abgeschieden werden. Die Beschichtung kann z.B. durch Einstreuen von Material mit anschließendem Versintern oder durch Aufspritzen erfolgen. Eine Beschichtung lässt sich sowohl einseitig als beidseitig aufbringen. Sie kann homogen sein, aber auch einen unterschiedlichen Aufbau besitzen, so dass sich Kanalverengungen in der Tiefe ergeben oder umgekehrt .
Bei manchen Anwendungsfällen, z.B. bei der Verwendung in einem Katalysator, ist es von Vorteil, wenn das Filtermedium und die Drainageelemente beschichtet sind. Vorteilhafterweise wird eine solche Beschichtung vor dem Falten und Verpressen der Filterelemente eines Filterblocks am jeweiligen Rohmaterial durchgeführt. Es ist auch eine selektive Beschichtung, d.h nur in bestimmten Flächenbereichen denkbar.
Falls die Filtereinheit, die Drainageelemente und Filtermedium umfasst, aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material besteht, kann dieser Filterblock durch Anlegen elektrischer Spannung beheizt werden. Insbesondere bei der Verwendung als Rußfilter hat das den Vorteil, dass ein Reinigen von zurückgehaltenen Rußpartikeln durch Abbrennen unabhängig von den Betriebszuständen des Motors erfolgen kann.
Durch den beschriebenen kompakten Aufbau des Partikelfilters über Stabilisierungsmittel, die eine starre oder fast starre Struktur herbeiführen kann bei der Verwendung als Rußfilter z.B. für die Abgase einer Dieselverbrennungsmaschine zudem eine deutliche Geräuschminimierung der austretenden Gase erreicht werden. Damit besteht die Möglichkeit auf einen separaten Schalldämpfer im Abgasstrang zu verzichten. Die Filtereinheit hat neben der Filterationswirkung somit auch einen Geräuschdämpfungseffekt und kann die Aufgaben eines Schalldämpfers übernehmen.
Außerdem vorteilhaft ist es, wenn die umgebogenen Bereiche bzw. Kantenbereiche der Faltenstruktur (der Faltenbug) mit Verstarkungsmitteln versehen sind. Hierdurch lässt sich die Steifigkeit der Filtereinheit noch weiter verbessern. Als Verstärkungsmittel eignet sich z.B. eine Beschichtung des Faltenbugs mit Lot und/oder Pulver. Alternativ oder zusätzlich kann der Faltenbug auch durch Einlegen von Aussteifungsmitteln, z.B. eines Runddrahtes verstärkt werden.
Durch den einfachen Aufbau des erfindungsgemäßen Partikelfilters mit seiner hohen Stabilität und der Möglichkeit den Filter weitgehend automatisiert und damit preisgünstig herzustellen, ist dieser Filter prädestiniert für die Automobilindustrie, insbesondere als Rußfilter.
Zeichnungen :
Mehrere Zeichnungen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten nachstehend näher erläutert . Es zeigen
Figur 1 einen Partikelfilter in einer stark schematisierten Draufsicht,
Figur 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie A- A durch den Partikelfilter gemäß Figur 1, Figur 3a in einer schematisierten Draufsicht einen weiteren Partikelfilter,
Figur 3b einen Schnitt entlang der Schnittlinie B-- B durch den Partikelfilter gemäß Figur 3a,
Figur 4 den prinzipiellen Aufbau eines Filtermediums mit Drainageelementen in Schnittdarstellung,
Figur 5 eine weitere Aus ührungsform eines Filtermediums mit Drainageelementen in einer Ansicht gemäß Figur 4 und
Figur 6a einen Ausschnitt eines und 6b Filtermediumverlaufes in einer geschnittenen Seitenansicht (Figur 6a) mit stark vergrößerten Geometrien des Drainageelements in zwei Bereichen Bl und B2 , die in Figur 6b übereinandergelegt sind.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele:
In Figur 1 und 2 ist ein Partikelfilter 1, z.B. ein Rußfilter mit schematisch eingezeichneten Strömungspfeilen 2, 3 zur Symbolisierung eines Gasstromes dargestellt, der einen Filterblock 4 mit einem Zuströmraum 5 und einem Abströmraum 6 in einem Gehäuse 7 umfasst. Der Filterblock 4 besteht aus einem im Querschnitt gemäß Figur 2 maanderförmig verlaufendem Filtermedium 8 das zusammen mit symbolisch dargestellten Drainagelagen 9, z.B. in Form eines Gewebes, zu einer im Wesentlichen starren Einheit verbunden ist. In Figur 2 ist durch die Wellenlinien z.B. ein Längsdraht 10 und mit den Punkten ein Querdraht 11 im Querschnitt der jeweiligen Drainagelage 9 symbolisiert.
Die Pfeile 2 veranschaulichen das Einströmen von Gas in den Zustrδmraum 5 und die Pfeile 3 das Ausströmen des gefilterten Gases nach Durchströmen des Filterblocks 4 im Abströmraum 6.
Bei konstantem Querschnitt der Zu- und Abströmräume 5, 6 wird die Strömungsgeschwindigkeit zunehmend kleiner, was zu einem veränderten Filtrationsverhalten entlang des Filterblocks 4 führen kann.
In Figur 3a ist ein Partikelfilter 12 dargestellt, der bei sonst gleichem Aufbau wie der Partikelfilter 1 einen Zuströmraum 13 besitzt, der sich im Querschnitt in Strömungsrichtung verkleinert und eine Abströmraum 14 aufweist, der von einem kleinen Strömungsquerschnitt beginnend sich in Strömungsrichtung aufweitet .
Durch diese Maßnahme kann die Strömungsgeschwindigkeit an jeder Stelle durch den Filterblock gleich eingestellt werden, obwohl ein Teil des Stromes bereits in den Filterblock eingeströmt ist.
In gleicher Weise kann eine Verjüngung des Querschnitts des Filtermediums 8 in Strömungsrichtung in Faltentiefe des Filtermediums 8 betrachtet eine gleichmäßige Durchströmung des Filtermediums 8 bewirken (siehe Figur 6a) . Um eine solche Geometrie des Filtermediums 8 im Querschnitt, d.h. entsprechend der Darstellung wie in Figur 2, zu erreichen, verkleinert sich in zunehmendem Maße die Höhe des Drainagegewebes von hx auf h2, wie in Figur 6b durch die übereinandergelegten Ausschnitte des Drainagegewebes 15 in den Bereichen Bl bzw. B2 von Figur 6a verdeutlicht ist. Bei sonst unveränderten Volumen des entsprechenden Filterblocks 4 entsteht auf der Auslassseite 16 des Filtermediums 8 eine entsprechende Gegenstruktur, die sich in Strömungsrichtung 17 zunehmend aufweitet. Dies begünstigt zudem ein homogenes Durchströmen des Filtermediums 8.
In Figur 3b ist der Schnitt entlang der Schnittlinie B-B durch den Partikelfilter 12 dargestellt. In dieser Schnittansicht wird deutlich, dass im Zuströmraum 13 einströmendes zu reinigendes beispielsweise Abgas einer Dieselmaschine, die offenen Bereiche 18 des maanderförmig gelegten Filtermediums 8 sieht bzw. in dieses einströmt, wobei diese Bereiche durch Drainagegewebe 20 ausgesteift sind. Dabei hat das Drainagegewebe 20 nicht nur Aussteifungszwecke sondern hilft ebenfalls der Ablagerung bzw. beim Herausfiltern von Partikeln. Alternierend zu den offenen Bereichen 18 sind die Faltenbüge 19 angeordnet (siehe hierzu auch Figur 4 und Figur 5) , die verschlossen sein können, z.B. durch Lot, um deren Stabilität zu erhöhen, oder auch zur Filterung beitragen.
In Figur 4 ist in einer vergrößerten Schnittansicht quer zum Schnitt entlang der Schnittlinie B-B das Filtermedium 8 mit Drainagelage 9 in Form eines Metallgewebes dargestellt. Das Metallgewebe besteht aus Längs- und Querdrähten 10, 11. Durch eine alternierende Verwebung mit unten und oben liegendem Querdraht liegt die Drainagelage 9 punktuell am Filtermedium 8 an.
In Figur 5 sind in einer vergleichbaren Darstellung Drainagelagen 20 abgebildet, bei welchem das Gewebe z.B. in einer Richtung eine Köperbindung von 2:2 aufweist, d.h. zwei Drähte 21 auf einer Seite und zwei Drähte 22 auf der gegenüberliegenden Seite getrennt durch einen Längsdraht 23.
Dabei ist in Figur 5 nur beispielhaft eine Köperbindung von 2:2 dargestellt. Es sind andere Köperbildungen möglich, z.B. 3:3, 4:1 USW.. Eine weitere Variante für ein Drainagegewebe ist ein Gewebe mit einer Atlasbindung, z.B. von 4:1. Dieses Gewebe hat den Vorteil einer großen Dicke im Verhältnis zum Drahtdurchmesser, z.B. Dicke = 3 x Drahtdurchmesser. Hierdurch wird der Raum zwischen den Filtermediumebenen vergrößert, was eine verbesserte Durchströmung ermöglicht. Zudem lässt sich hierdurch eine weitgehend glatte Oberfläche erzeugen, wodurch die Anlage von einem Filtermedium verbessert werden kann.
Bezugszeichenliste :
1 Partikelfilter 2 Strömungspfeil 3 Strömungspfeil 4 Filterblock 5 Zuströmraum 6 Abströmraum 7 Gehäuse 8 Filtermedium 9 Drainagelage 10 Längsdraht 11 Querdraht 12 Partikelfilter 13 Zuströmraum 14 Abströmraum 15 Drainagegewebe 16 Auslassseite 17 Strömungsrichtung 18 offener Bereich 19 Faltenbug 20 Drainagelage 21 Draht 22 Draht 23 Draht

Claims

Schutzansprüche :
1. Partikelfilter, insbesondere Rußfilter für Abgase von Dieselverbrennungsmaschinen mit einer zick-zack- bzw. mäanderartigen Faltenstruktur eines Filtermediums (8) , wobei die zick-zack- bzw. mäanderartige Faltenstruktur quer zur Durchströmrichtung (17) ausgebildet ist und mit zwischen den Falten der Faltenstruktur angeordneten Drainageelementen (9, 15, 20) , dadurch gekennzeichnet, dass Stabilisierungsmittel derart vorgesehen sind, dass das Filtermedium (8) , insbesondere durch Druckschwankungen im zu filternden Fluidstrom sich nicht bzw. nicht nennenswert verformen kann.
2. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (8) mit Drainageelementen (9, 15, 20) durch Verspannen unter Druck gehalten ist.
3. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (8) mit Drainageelementen (9, 15, 20) durch Versintern, Löten, Schweißen oder Verkleben verbunden ist.
4. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (8) mit seiner Zick-Zack- bzw. Mäanderstruktur so angeordnet ist, dass die Längserstreckung einer Biegung oder Kante (19) der Struktur, die eine Richtungsänderung des Filtermediums (8) herbeiführt, quer zur Gasstromrichtung (17) verläuft.
5. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (8) mit seiner Zick-Zack- bzw. Mäanderstruktur derart ausgeformt ist, dass die Eingangsseite (5, 13) für den Gasstrom abwechselnd aus Biegungen (19) bzw. Kanten der Mäander- bzw. Zick-Zack- Struktur sowie geöffneten Bereichen (18) der Mäander- bzw. Zick-Zack-Struktur besteht.
6. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Querschnitt von Zu- bzw. Abströmräumen (13, 14) in einem Gehäuse (7) vor bzw. nach einer Filtereinheit (4) bestehend aus Filtermedium (8) und Drainageelementen (9, 15, 20) zunehmend kleiner bzw. zunehmend größer wird.
7. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassquerschnitte von Drainageelementen (8) in Strömungsrichtung sich verkleinern.
8. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (8) und/oder die Drainageelemente (9, 15, 20) aus Metall bestehen.
9. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drainageelemente eine Gewebestruktur (9, 15, 20) umfassen.
10. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (8) und/oder Drainageelemente (9, 15, 20) mit einer Beschichtung versehen sind.
11. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass umgebogene Bereiche bzw. Kantenbereiche (19) mit Verstarkungsmitteln versehen sind.
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