WO2008000003A1 - Resonanzfreie elektrodenaufhängung für filteranordnung - Google Patents

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WO2008000003A1
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filter arrangement
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Carl M. Fleck
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Fleck Carl M
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Definitions

  • the invention relates to a filter arrangement for separating soot particles from an exhaust gas flow, which comprises at least one electrode arrangement through which the exhaust gas flows, for charging the soot particles which are removed by means of a subsequent electric field or purely mechanically from the exhaust gas flow, and the electrode arrangement has at least one electrode , which is attached to a rod-shaped carrier, and having a counter electrode, wherein the ends of the at least one carrier are clamped in a respective sleeve-shaped bearing along a Einspann Schemees, according to the preamble of claim 1.
  • Filter arrangements of this kind can be embodied, for example, as a plasma-generated soot filter in which an electrode arrangement forms a discharge unit in which the soot particles are charged electrically and deposited in a subsequent separation unit, for example in a ceramic honeycomb body, by means of an electric field or purely mechanically in mutually closed channels ,
  • the discharge unit consists of an inner, provided with tips electrode, the so-called spray electrode, and a spray electrode concentrically surrounding the outer counter electrode. Between these two electrodes, the exhaust gas flow is passed through.
  • the exhaust gas flow comes about from an internal combustion engine of a vehicle, wherein the filter assembly is arranged in the exhaust system of this vehicle.
  • the spray electrode is attached to at least one rod-shaped carrier, which in turn is held in stationary outer bearings.
  • the carrier must be made for reasons of electrical insulation of the load, so the spray electrode, and the necessary temperature resistance of ceramic, or other susceptible to brittle fracture material.
  • the problem arises with prolonged operation that the carriers occupy so much with soot that the operation disturbing leakage currents occur.
  • the leakage resistance of the carrier is determined by the electrical resistance of the soot deposited on the carrier, and is proportional to the length 1 of the carrier, as well as indirectly proportional to the circumference 2r. ⁇ of the carrier and the thickness d of the deposited soot layer.
  • the specific soot resistance p results for the leakage resistance of the soot layer deposited on the carrier:
  • the leakage resistance is determined only by the ratio of carrier length 1 to Rinssbelag, the deposited soot layer d on the carrier must be as small as possible, and the ratio of length to circumference be as large as possible. , ; , ' . , .. ⁇ -. ⁇
  • the length to diameter ratio l / 2r must be maximized by making the carrier very thin and long and, moreover, using diameters as small as possible to keep the length reasonably within limits to keep. This is unfortunately a necessary minimum size of the spray opposite, which is exposed to very high gas velocities and high temperatures at full load of the engine.
  • concrete specifications for the constructive design of the carrier are to be given.
  • Claim 1 relates to a filter arrangement for separating soot particles from an exhaust gas flow, which comprises at least one electrode arrangement through which the exhaust gas flows, for charging the soot particles, which are removed by means of a subsequent electric field or purely mechanically from the exhaust gas flow, and the electrode arrangement comprises at least one Having electrode which is fixed to a rod-shaped carrier, and having a counter electrode, wherein the ends of the at least one carrier are clamped in a respective sleeve-shaped bearing along a clamping region.
  • the ratio of the insulating, free length of the carrier between its two-sided bearings to the mean diameter of the carrier is between 10 and 30.
  • the ratio of the insulating, free length of the carrier between its two-sided bearings to its average diameter between 15 and 25 Applicant's practical experiments show that such a choice not only minimizes the leakage currents across the carrier, but also optimizes thermal fracture toughness and fatigue and brittle fracture under the given conditions, and also provides the necessary stability as a carrier for the spray electrode.
  • the diameter of the carrier is less than 4.5 mm, and the free length of the carrier greater than 45 mm.
  • the diameter of the carrier is less than 3.5 mm, and the free length of the carrier greater than 52.5 mm.
  • Claim 5 refers to the voltage which the carrier must be able to insulate, and compares this, applied to the electrode voltage across the correlated discharge path of the ratio according to the invention of insulating free length of the carrier to its average diameter.
  • the minimum distance between the tips of the electrode to the counter electrode is less than half the ratio of the insulating, free length of the carrier to its mean diameter in millimeters.
  • the minimum distance is less than one third of the ratio of the insulating, free length of the carrier to its mean diameter in millimeters.
  • Claim 7 relates to the weight that the carrier must be able to carry, and contrasts the mass of the electrode of the inventive ratio of insulating free length of the carrier to its average diameter.
  • the mass of the electrode less than half of Ratio of the insulating, free length of the carrier to its mean diameter in grams.
  • the mass of the electrode is less than one third of the ratio of the insulating, free length of the carrier to its mean diameter in grams.
  • the leakage resistance of the carrier is also determined by the soot coating, measures for reducing the soot layer d deposited on the carrier are also advantageous in the design of the electrode arrangement. It should. of the. Carrier streamed through as free as possible exhaust gas, or, at least of . an exhaust stream are flushed to reduce deposits of soot as possible. Because namely at low gas flow. preferred on the insulating support. Due to electrostatic forces, soot particles must be separated off, and the flow of gas at the location of the carrier must not be too low. Claim 11 therefore proposes that the flow of the exhaust gas flow is ensured at least in sections by the shaping of the electrode along the carrier.
  • the electrode is arranged on a, mounted on the support roller, and the roller has at least partially holes that allow entry of the exhaust gas flow into the interior of the roller, and end-side diaphragms reduce the clear opening cross-section of the roller around the carrier.
  • the carrier is supplied with the necessary gas flow, which reduces the deposition of soot on the carrier.
  • Claim 14 refers to the different thermal expansions between steel and ceramic materials and provides that the bearings are made of a material having similar thermal properties as the rod-shaped carrier. This measure ensures that the only small extent of the carrier faces the likewise small extent of the counter-electrode fixing them. Furthermore, the thermal load of the carrier is reduced, and. in particular, the occurring at higher temperatures, thermal play between the carrier and camp optimized.
  • Claim 15 provides that the bearings and. the rod-shaped carrier made of a ceramic material, preferably densely sintered aluminum oxide, are made, .. wherein the rod-shaped carrier is preferably hollow r about ..as. ⁇ round 'tube or square tube, is executed.
  • the bearings are made of titanium or a titanium alloy, and the. rod-shaped carrier made of a ceramic material, preferably of densely sintered alumina.
  • Claim 17 therefore provides that a support region adjoins the clamping region in the axial direction, the inner cross section of the support region continuously merging in the direction of the clamping region into the inner cross section of the clamping region, and widening in the opposite direction in the axial direction.
  • Claim 19 provides that the inner cross section of the support region around the longitudinal axis of the clamped carrier has the same symmetry as the carrier itself. So it is about the support to a rod. with a round, quadrangular or hexagonal cross section, the widening section of the outer store also has a round /. quadrangular or hexagonal cross section.
  • Claims 20 and 21 relate analogously to embodiments in which the spray electrode is held by means of a two-part support.
  • the attachment of the thin, preferably ceramic carrier to the metal of the spray leads at the points inhomogeneous force at the bearings, such as by gluing or by clamping, or by modern ceramic-metal compounds to impermissible mechanical and thermal stresses that lead to breakage can. According to claim 22 it is therefore provided that the carrier is held in a form-fitting manner in the camp.
  • the at least one, rod-shaped carrier has a circular cross-section.
  • the spray electrode is contacted with a fine electrical conductor, so that it must be secured against rotation, otherwise the contact would be destroyed by derivation of the vibration energies. Therefore, it is advantageous according to claim 24, when the carrier over a portion of its clamped areas has a deviating from the circular cross-section, which corresponds to a corresponding recess in the bearing form-fitting manner.
  • the circular shape deviating cross-section is realized by a flat polished section in the peripheral region of the carrier, which corresponds positively with a corresponding recess in the sleeve-shaped bearing.
  • At least one of the carriers can be provided at its two ends by a respective flat bevel with an axis angle between 30 ° and 60 °, preferably 45 °.
  • the Ausnaturalüngen for the flat bevel in the sleeve-shaped ' bearing by fitting ' corresponding spacers are formed, which in turn are formed with the bearings by welding, gluing, or other asymmetric shape of their bearing-side ends and a recess of the bearing itself.
  • Claim 28 finally provides that the support region of the sleeve-shaped bearing has a coating of a plastically deformable material at high temperatures.
  • the plastically deformable material may be, for example, uncured and stainless steel, brass, or bronze.
  • Fig. 1 is an illustration of a plasma-generated soot filter, which consists of a discharge unit in which the soot particles are electrically charged, and a separation unit, in the charged particles are deposited in a ceramic honeycomb body,
  • FIG. 2 is a longitudinal section through the discharge unit according to FIG. 1, in which the high-voltage spray electrode is suspended in an electrically insulated manner from a grounded counterelectrode by rods made of ceramic, FIG.
  • FIG. 3 is a representation of the right in Fig. 2 side of the electrode roller with flushing holes
  • FIG. 4 shows a view of the discharge unit according to FIG. 2 from the left side in FIG. 2, FIG.
  • FIG. 6 shows a longitudinal section, a further embodiment of a discharge unit for illustrating the bearings with widened support region, wherein also a detail section of FIG. 6, which shows the execution of the outer bearing is added,
  • Fig. 7 is a schematic representation of a form-fitting clamped at its left end in a conventional outer bearing carrier with the diameter D in an unbent state (straight lines) and a bent state (curved lines), wherein the bending causing moment Fl always on the same place is derived in the camp,
  • Fig. 8 shows the situation of Fig. 7 at inventively extended outer bearing with aufweitendem cross-section, wherein the point of application of the moment Fl shifts to the carrier by the distance a and is derived at the point F2 in the camp, so that the load arm to the distance a shortened and the deflection of the wearer simultaneously decreases
  • the 9 shows the situation of FIG. 8 with increasing load or increasing moment on the carrier on F2, wherein the point of application of the moment F2 on the carrier shifts by the distance b and is derived in F3, so that the load arm increases by the increasing distance b shortened and the deflection of the wearer continues to decrease.
  • FIG. 1 shows an illustration of a plasma-generated soot filter which consists of a discharge unit 1 in which the soot particles are electrically charged,. and a separation unit 2 in which the charged particles are deposited in a ceramic honeycomb body.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the discharge unit 1, in which the spray electrode 3 standing at high voltage is suspended in an electrically insulated manner by the counterelectrode 4, which is grounded, by two rod-shaped carriers 5 made of ceramic.
  • the electrode 3 has, radially, from a roller 10 protruding tips, wherein. the roller 10 concentrically surrounds the carriers 5.
  • the respective ends 5a of the two carriers 5 facing away from the electrode 3 are held in sleeve-shaped outer bearings 6a and the ends 5b of the carriers 5 facing the electrode 3 in the sleeve-shaped inner bearings 6b.
  • the outer bearing 6a is designed as a thrust bearing, and the outer bearing 6a on the right side as a fixed bearing, wherein the carrier 5, and thus the electrode 3, is mounted against rotation, as explained in more detail
  • the bottom bracket 6b may also form a structural unit, wherein at least one of the bottom bracket 6b may be designed as a support bearing.
  • the tubular counter-electrode 4 is mounted by means of two 3-leg disks 15, each arranged on their end faces, on which the counterelectrode 4 is fastened by means of centering rings 16.
  • the counter electrode 4 is made approximately from a metallized SiC tube. The entry and exit of the Exhaust gas flow through the recesses 18 of the 3 -Bein- discs 15th
  • the high voltage is supplied via a feed 13 and a high voltage wire 14 of the electrode 3.
  • the attachment of the high-voltage wire 14 can take place approximately via a stirrup, which is inserted into a corresponding eyelet on the electrode 3.
  • the ceramic support 5 must now be very thin on the one hand, not to cause too much leakage on their surface contaminated with soot, but on the other hand sufficiently stable against vibrations and shocks, as they are unavoidable when driving a car.
  • the ceramic support 5 may not get fatigue fractures during years of operation, and must avoid heavy deflections caused by bad roads a high deflection of the spray 3, otherwise the discharge gap between the spray 3 and counter electrode 4 is locally reduced too much, which would trigger electrical flashovers , Therefore, the invention provides that the ratio of the insulating, free length 1 of the carrier 5 between its two-sided bearings to the average diameter D of the carrier 5 is between 10 and 30, preferably between 15 and 25. Such a choice not only minimizes the leakage currents over the Carrier 5, but also optimized under the given conditions, the breaking strength against thermal stress and fatigue and brittle fractures, and also provides the necessary stability as a support for the spray 3.
  • the diameter D of the carrier 5 is preferably at most 4.5 mm, and the free length 1 of the carrier 5 at least 45 mm. If space permits, the free length 1 of the carrier 5 may be at least 52.5 mm, the diameter D should be at most 3.5 mm.
  • the minimum distance between the tips of the electrode 3 and the counter electrode 4 should be less than half, preferably less than one third, of the ratio of the insulating, free length 1 of the carrier 5 to its mean diameter D in millimeters.
  • the mass of the electrode 3 should be less than half, preferably less than one third, of the ratio of the insulating, free length 1 of the carrier 5 'to its mean diameter D in grams. With such a choice, the forces acting on the insulating supports 5 by vibrations are limited.
  • An advantageous choice for the mass of the electrode 3 is a maximum of 15 grams, preferably a maximum of 10 grams.
  • the leakage resistance of the carrier 5 is also determined by the Rußbelag.
  • measures for reducing the soot layer d deposited on the carrier 5 are also advantageous.
  • the carrier 5 by. if possible, soot-free exhaust gas flows, or at least •. be lapped by an exhaust stream to reduce deposits of soot as possible.
  • the roller 10 may have, at least in sections, holes 11 which allow the exhaust gas flow into the interior of the roller 10, as well as end-side diaphragms 12 which reduce the clear opening cross-section of the roller 10 about the carrier 5. Thereby, the carrier 5 is supplied with the necessary gas flow, which prevents a deposition of soot on the carrier 5.
  • the bearings 6 are preferably made of a material with similar thermal properties as the rod-shaped carrier 5. This measure ensures that the only small extent of the carrier 5 of the likewise small dimension of the counter-electrode 4 which fixes it faces. Furthermore, the thermal load of the carrier 5 is reduced, and in particular optimizes the occurring at higher temperatures, thermal play between the carrier 5 and 6 camp.
  • the bearings 6 and the rod-shaped carrier 5 can be made a ceramic material, preferably densely sintered alumina, be made, wherein the rod-shaped carrier 5 is preferably hollow, such as a round tube or square tube executed.
  • the bearings 6 may also be made of titanium or a titanium alloy, and the rod-shaped carrier 5 of a ceramic material, preferably of densely sintered alumina.
  • At least one outer bearing 6a and 6b of an inner bearing side of a bearing bushes contain a tapered insert, which is positively connected or welded to them, and thus prevents with beveled ends of the at least one carrier 5 made of ceramic twisting of the electrode roller 10.
  • titanium and oxidic ceramics have the same coefficients of expansion, the temperature variation in the construction tolerances due to the widely differing heat conduction must be taken into account.
  • FIGS. 5a and 5b show further embodiments of the outer bearing 6a, specifically in the form of a pressure-screw bushing.
  • the thermal difference between the expanding steel part of the electrode roller 10 and the significantly less expanding supports 5 or the likewise ceramic, preferably made of SiC counter electrode 4 can also be reduced by the bearing bushes of the inner bearing 6b are combined into a structural unit, and thus the mutually oriented ends of the two carriers 5 merged to a few millimeters, and therefore the thermally relevant expansion of the metal parts can be virtually eliminated.
  • the offset bearing bush enters a plain bearing made of a preferably identical material.
  • Fig. 2 also shows a preferred embodiment with anchor rods made of titanium or a titanium alloy in order to avoid the thermal play of the different coefficients of expansion between ceramic and metallic materials (with the exception of titanium).
  • the at least one rod-shaped carrier 5 can. have a circular cross-section. However, since it is to be avoided that the carrier 5 can rotate in the bearing 6 ', it is advantageous in this case if the carrier 5 has a cross-section which deviates from the circular shape over a partial region of its clamped regions, which has a appropriate. Auction. in the bearing 6 positive fit, corresponds. Furthermore, the spray electrode 3 is contacted with the fine electric high-voltage wire 14, and must therefore also be secured against rotation for this reason, since otherwise the contact would be destroyed by derivation of the vibration energies.
  • FIG. 2 an advantageous solution for preventing rotation of the electrode 3 can be seen.
  • the blockage will be reduced by a planar bevel of about 45% to the support axis Recess in the sleeve-shaped bearing 6 positively corresponds, ensured, preferably the planar bevel is rounded so that a rotation causes no punctual load in the oblique edges of outer bearing 6a and recording, but already distributes the application of force to a larger surface of this bevel.
  • the production is preferably carried out so that the adaptation of the polished sections takes place on a very short rod-shaped intermediate piece, which can then be fitted in the bearing receptacle, even glued or welded, since this intermediate piece except the rotation does not have to absorb any other mechanical or thermal stresses.
  • the trumpet-shaped support portions 7 of the bearing 6 ' are exaggerated in detail to FIG. 6.
  • the support region 7 will open sufficiently slowly in the direction of the load in order to achieve a displacement of the point of application of the moment F2 (see FIG. 8) on the ceramic support 5 and on the trumpet-shaped support region 7 even with small deflections or oscillation amplitudes.
  • These trumpet-shaped support portions 7 are preferably made by compression molding, and after their processing and before the mating with the cold carriers 5 to about 700 0 C to 800 0 C tempered to obtain up to the maximum operating temperature of the filter assembly of about 650 0 C, a sufficient form fit between the carrier 5 and bearing 6.
  • FIG. 7 shows, in comparison thereto, a schematic illustration of a support 5, which is clamped in a form-locking manner at its left end in a bearing 6 'of conventional design and has a circular cross-section and the diameter D.
  • Bearing 6 ' is designed sleeve-shaped, wherein in the clamping region 9 of the bearing 6' of the inner.
  • Cross-section of the sleeve-shaped bearing 6 'the cross section of the carrier 5. substantially corresponds.
  • the carrier 5- no bending, which is indicated by the straight line to the right ver convinceddjen- lines in Fig. 7.
  • the carrier 5 ' has a longitudinal axis L. It should be noted that the carrier will be 5.
  • the outermost contour 8 of the carrier 5, as seen in the loading direction B, can also be identified.
  • the load acts from top to bottom on the carrier 5, so that the loading direction B is oriented downwards.
  • the deflection Fl of the carrier 5 causing moment Fl is always derived in a bearing 6 'of conventional design in the same place in the camp 6', regardless of the extent of the bend.
  • the support region 7 thus represents a trumpet-shaped part, by which the clamping region 9 of the bearing 6 is extended. , , '' : ⁇ .-. :; : . ..
  • the point of application of the moment Fl on the carrier 5 therefore shifts in a bearing 6 according to the invention by the distance a and is derived at the point F2 in the bearing 6, wherein the load arm is shortened by the distance a and the deflection of the carrier 5 decreases simultaneously.
  • the support portion 7 sufficiently slowly removed in the direction of opening of the carrier 5, so that it already at small vibration amplitudes of the carrier to a displacement of the point of the moment F2 trumpet-shaped 5 at T räger 5, and Support area 7 comes.
  • the carrier 5 tangentially approaches, so the inner cross section of the support area 7 in the direction of the clamping area. .9 continuously merges into the inner cross section of the clamping region 1 9, sodäss moves continuously in the direction of load at., Increasing load of the A ⁇ fyak the load.
  • the curve of the trumpet-shaped opening of the support region 7, which best converts the processes described above, is determined both by the mechanical properties of the carrier material, as well as by the occurring static and dynamic loads of the carrier 5. If the carrier 5 is about a rod with a circular cross-section, it will usually be a corresponding rotary body about the axis L of the rod.
  • the carrier 5 is held in the bearing 6 positively to the manufacturing tolerances and the necessary clearance for temperature changes, but not welded, glued or cemented.
  • the carrier 5 can be used during assembly in the annealed at 700 0 C to 800 0 C bearing 6.
  • the damping can be further increased by a suitable choice of material of the inner surface of the support region 7, which receives 5 plastic by plastic deformability during rolling of the carrier. This can be used, for example, unhardened and stainless steel, brass, or bronze.
  • the curve according to which the support region 7 opens toward the load can, depending on the technical problem, have a constant, a progressively increasing, or even a decreasing curvature.
  • the shape of the support region 7 is determined so that the intersection of the inner surface of the support region 7 with the plane of the bending lines of the carrier 5 is an envelope of the respective initial, bearing-side Biegekurveninkremente seen in the loading direction outermost contour 8 of the carrier 5 with increasing Lastinkrementen.
  • this trumpet-shaped course can be determined, for example, when fixed clamping of the carrier 5, its deflections made uniformly in all directions or according to a given load spectrum are measured point by point with increasing load, or removed by wax or clay pieces, which are held on the bearing 6.
  • the trumpet-shaped profile of the support region 7 can be determined so that the trumpet-shaped profile is an envelope all gradually with increasing load closer to the load recorded deflection points of the carrier.
  • the carrier 5 may be an elliptical or a polygonal ceramic rod preferably with square or hexagonal cross-section of, for example, calcined alumina, which also rotating the discharge electrode 3 about its axis during .. of: prevents operation of.
  • the trumpet-shaped support region 7 of the bearing 6 must also have an internal cross section corresponding to the cross section of the support 5.
  • the inner cross section of the support region 7 about the longitudinal axis L of the clamped carrier 5 must have the same symmetry as the carrier 5 itself.
  • the carrier 5 For further disturbance of resonances occurring, for example, it is also advantageous to run on the carrier 5 in each case a sleeve-shaped or annular tab which is guided with play on the carrier 5.
  • the massive rider can be made of ceramic or metal, and absorbs the vibration energy occurring in different positions by the game. In addition, it also contributes to increasing the creep strength of the ceramic insulation route, since it abschabt by the accelerations and decelerations, which is exposed to the vehicle during its operation, settling on the rod-shaped carriers 5 soot by its movement.
  • a filter arrangement is thus realized with an electrode suspension 1, in which both good insulation properties are achieved and the Probability of fatigue and brittle fractures of the rod-shaped carrier 5, and resonant vibration excitations is greatly reduced.

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Abstract

Filteranordnung zum Abscheiden von Russpartikel aus einem Abgasstrom, die zumindest eine vom Abgasstrom durchströmte Elektrodenanordnung (1) zur Aufladung der Russpartikel, die mithilfe eines nachfolgenden, elektrischen Feldes oder rein mechanisch aus dem Abgasstrom entfernt werden, umfasst, und die Elektrodenanordnung (1) zumindest eine Elektrode (3) aufweist, die an einem stabförmigen Träger (5) befestigt ist, sowie eine Gegenelektrode (4) aufweist, wobei die Enden (5a, 5b) des zumindest einen Trägers (5) in je einem hülsenf örmigen Lager (6) entlang eines Einspannbereiches (9) eingespannt sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verhältnis der isolierenden, freien Länge (1) des Trägers (5) zwischen seinen beidseitigen Lagern (6) zum mittleren Durchmesser (D) des Trägers (5) zwischen 10 und 30 beträgt.

Description

Resonanzfreie Elektrodenaufhängung für Filteranordnung
Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung zum Abscheiden von Russpartikel aus einem Abgasstrom, die zumindest eine vom Abgasstrom durchströmte Elektrodenanordnung zur Aufladung der Russpartikel, die mithilfe eines nachfolgenden, elektrischen Feldes oder rein mechanisch aus dem Abgasstrom entfernt werden, umfasst, und die Elektrodenanordnung zumindest eine Elektrode aufweist, die an einem stabförmigen Träger befestigt ist, sowie eine Gegenelektrode aufweist, wobei die Enden des zumindest einen Trägers in je einem hülsenförmigen Lager entlang eines Einspannbereiches eingespannt sind, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Filteranordnungen dieser Art können etwa als plasmaregenerierte Russfilter ausgeführt sein, bei denen eine Elektrodenanordnung eine Entladungseinheit bildet, in der die Russpartikel elektrisch aufgeladen und in einer nachfolgenden Abscheideeinheit, etwa in einem keramischen Wabenkörper, mithilfe eines elektrischen Feldes oder rein mechanisch in wechselweise verschlossenen Kanälen abgeschieden werden. Die Entladungseinheit besteht dabei aus einer inneren, mit Spitzen versehenen Elektrode, der so genannten Sprühelektrode, und einer die Sprühelektrode konzentrisch umgebenden, äußeren Gegenelektrode. Zwischen diesen beiden Elektroden wird der Abgasstrom hindurch geleitet. Der Abgasstrom stammt etwa aus einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs, wobei die Filteranordnung im Abgasstrang dieses Fahrzeugs angeordnet ist .
Die Sprühelektrode ist an mindestens einem stabförmigen Träger befestigt, der wiederum in ortsfesten Außenlagern gehalten ist . Der Träger muss aus Gründen der elektrischen Isolation der Last, also der Sprühelektrode, und der notwendigen Temperaturfestigkeit aus Keramik, oder einem anderen zum Sprödbruch neigenden Werkstoff gefertigt werden. Andererseits stellt sich bei längerem Betrieb das Problem, dass sich die Träger so stark mit Russ belegen, dass den Betrieb störende Kriechströme auftreten. Der Leckagewiderstand des Trägers wird nämlich durch den elektrischen Widerstand des am Träger abgeschiedenen Rußes bestimmt, und ist proportional zur Länge 1 des Trägers, sowie indirekt proportional zum Umfang 2r.π des Trägers und der Dicke d der abgelagerten Russ- Schichte. Mit dem spezifischen Russwiderstand p ergibt sich für den Leckagewiderstand der am Träger abgelagerten Russ- Schichte :
R = p.l/2r.π.d
Da der Leckagewiderstand nur durch das Verhältnis von Trägerlänge 1 zu Trägerumfang 2r.π und dem Russbelag bestimmt wird, müssen die abgelagerte Russ-Schichte d am Träger möglichst klein, und das Verhältnis Länge zu Umfang möglichst groß sein. ,; . ' . . ..■--.■
Um zu einer für das Automobil vertretbaren Baugröße zu kommen, muss daher das Verhältnis Länge zu Durchmesser l/2r maximiert werden, indem der Träger sehr dünn und lang ausgeführt wird, und darüber hinaus auch möglichst kleine Durchmesser verwendet werden, um die Länge in vernünftigen Grenzen zu halten. Dem steht leider eine notwendige Mindestgröße der Sprühelektrode gegenüber, die bei Volllast des Motors sehr hohen Gasgeschwindigkeiten und hohen Temperaturen ausgesetzt ist.
Wird der Träger sehr dünn ausgeführt, leidet außerdem die Bruchfestigkeit des Trägers. Daher wird man beim Design der Elektrodenanordnung darauf achten, dass die von dem Träger getragene Masse so gering wie möglich bemessen wird, und auf den Träger außer seiner primären Funktion, die Last mit ihren Schwingungen aufzunehmen, kein weiterer Stress ausgeübt wird. Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung des Leckagewiderstands besteht darin, den Träger möglichst lange auszuführen, was aber aus konstruktiven Gründen begrenzt ist. Eine Baugröße, die für den Einbau unter ein Automobil geeignet sein soll, muss dem gegenüber durch besonders dünne und daher auch kürzere keramische Träger gesichert werden.
Des Weiteren ist bei der Auslegung des Trägers für die Sprühelektrode zu berücksichtigen, dass an der Sprühelektrode aufgrund der in der Elektrodenanordnung auftretende Gasgeschwindigkeit bis zu 300 m/s hohe dynamische Kräfte ansetzen. Dabei werden am Elektrodenkörper alle durch seine Freiheitsgrade möglichen Schwingungsformen, insbesondere Kippschwingungen, Rotationsschwingungen, Taumelschwingungen etc. angeregt, die eine hohe mechanische Belastung für die Träger bedeuten. Die von Automobilherstellern geforderte, hohe Lebensdauer der Russfilter stellt daher für die isolierenden Träger neben der Aufnahme hoher mechanischer Kräfte durch die hohen Schwingungsfrequenzen vor allem auch eine besondere Anforderung gegenüber Materialermüdung dar.
Es ist daher das Ziel der Erfindung, eine Filteranordnung mit einer Elektrodenaufhängung mittels eines stabförmigen Trägers zu verwirklichen, die Leckageströme über den Träger der Sprühelektrode möglichst reduziert, und gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit von thermischen Stress sowie von Ermüdungsund Sprödbrüchen und resonante Schwingungsanregungen unterdrückt. Dabei sollen konkrete Vorgaben für die konstruktive Auslegung des Trägers gegeben werden.
Diese Ziele werden durch die Merkmale von Anspruch 1 erreicht. Anspruch 1 bezieht sich auf eine Filteranordnung zum Abscheiden von Russpartikel aus einem Abgasstrom, die zumindest eine vom Abgasstrom durchströmte Elektrodenanordnung zur Aufladung der Russpartikel, die mithilfe eines nachfolgenden, elektrischen Feldes oder rein mechanisch aus dem Abgasstrom entfernt werden, umfasst, und die Elektrodenanordnung zumindest eine Elektrode aufweist, die an einem stabförmigen Träger befestigt ist, sowie eine Gegenelektrode aufweist, wobei die Enden des zumindest einen Trägers in je einem hülsenförmigen Lager entlang eines Einspannbereiches eingespannt sind. Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, dass das Verhältnis der isolierenden, freien Länge des Trägers zwischen seinen beidseitigen Lagern zum mittleren Durchmesser des Trägers zwischen 10 und 30 beträgt. Insbesondere kann gemäß Anspruch 2 das Verhältnis der isolierenden, freien Länge des Trägers zwischen seinen beidseitigen Lagern zu seinem mittleren Durchmesser zwischen 15 und 25 betragen. Wie praktische Versuche des Anmelders zeigen, minimiert eine solche Wahl nicht nur die Leckageströme über den Träger, sondern optimiert auch unter den gegebenen Bedingungen die Bruchfestigkeit gegenüber thermischem Stress sowie Ermüdungs- und Sprödbrüchen, und bietet auch die notwendige Stabilität als Träger für die Sprühelektrode.
Als vorteilhafte Wahl wird gemäß Anspruch 3 vorgeschlagen, dass der Durchmesser des Trägers kleiner als 4.5 mm ist, und die freie Länge des Trägers größer als 45 mm. Gemäß Anspruch 4 ist der Durchmesser des Trägers kleiner als 3.5 mm, und die freie Länge des Trägers größer als 52.5 mm. ■
Anspruch 5 bezieht sich auf die Spannung, die der Träger isolieren können muss, und stellt diese, an der Elektrode anliegende Spannung über die dazu korrelierte Entladungsstrecke der erfindungsgemäßen Verhältniszahl von isolierender freier Länge des Trägers zu seinem mittleren Durchmesser gegenüber. Hierbei ist vorgesehen, dass der Minimalabstand zwischen den Spitzen der Elektrode zur Gegenelektrode weniger als die Hälfte des Verhältnisses der isolierenden, freien Länge des Trägers zu seinem mittleren Durchmesser in Millimetern beträgt. Gemäß Anspruch 6 beträgt der Minimalabstand weniger als ein Drittel des Verhältnisses der isolierenden, freien Länge des Trägers zu seinem mittleren Durchmesser in Millimetern.
Anspruch 7 bezieht sich auf das Gewicht, das der Träger tragen können muss, und stellt die Masse der Elektrode der erfindungsgemäßen Verhältniszahl von isolierender freier Länge des Trägers zu seinem mittleren Durchmesser gegenüber. Hierbei soll die Masse der Elektrode weniger als die Hälfte des Verhältnisses der isolierenden, freien Länge des Trägers zu seinem mittleren Durchmesser in Gramm betragen. Gemäß Anspruch 8 beträgt die Masse der Elektrode weniger als ein Drittel des Verhältnisses der isolierenden, freien Länge des Trägers zu seinem mittleren Durchmesser in Gramm. Bei einer solchen Wahl werden die durch Schwingungen auf die isolierenden Träger wirkenden Kräfte begrenzt. Eine vorteilhafte Wahl für die Masse der Elektrode ist gemäß Anspruch 9 maximal 15 Gramm, und gemäß Anspruch 10 maximal 10 Gramm.
Da der Leckagewiderstand des Trägers auch durch den Russbelag bestimmt wird, sind bei der Auslegung der Elektrodenanordnung auch Maßnahmen zur Reduzierung der am Träger abgelagerten Russ-Schichte d vorteilhaft. Dabei soll. der. Träger durch möglichst russfreies Abgas angeströmt,, oder, zumindest von. einem Abgasstrom umspült werden, um Ablagerungen von Russ möglichst zu reduzieren. Da sich nämlich bei geringer Gasströmung . an dem isolierenden Träger bevorzugt . durch elektrostatische Kräfte Russpartikel abscheiden, muss am Ort des Trägers eine nicht zu geringe Gasströmung gewährleistet sein. Anspruch 11 schlägt daher vor, dass durch, die Formgebung der Elektrode entlang des Trägers zumindest abschnittsweise eine Strömung des Abgasstroms sichergestellt wird. Konkret kann etwa gemäß Anspruch 12 vorgesehen sein, dass die dass die Elektrode auf einer, auf dem Träger montierten Walze angeordnet ist, und die Walze zumindest abschnittsweise Bohrungen aufweist, die einen Eintritt des Abgasstromes in das Innere der Walze ermöglichen, sowie endseitige Blenden, die den lichten Öffnungsquerschnitt der Walze um den Träger verringern. Dadurch wird der Träger mit der notwendigen Gasströmung versorgt, die eine Ablagerung von Russ auf dem Träger reduziert.
Gemäß Anspruch 13 wird vorgeschlagen, dass zwei Träger vorgesehen sind, und die an ihnen befestigte Elektrode mit zwei hülsenförmigen Innenlagern versehen ist, in das jeweils ein der Elektrode zugewandtes Ende des jeweiligen Trägers entlang eines Einspannbereiches eingespannt ist, wobei die Innenlager eine bauliche Einheit bilden, und mindestens einer der Innenlager als Stützlager ausgeführt ist.
Anspruch 14 bezieht sich auf die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen zwischen Stahl und keramischen Werkstoffen und sieht vor, dass die Lager aus einem Material mit ähnlichen thermischen Eigenschaften gefertigt sind wie der stabförmige Träger. Diese Maßnahme stellt sicher, dass die nur geringe Ausdehnung der Träger der ebenfalls geringen Ausdehnung der sie fixierenden Gegenelektrode gegenübersteht. Des Weiteren wird die thermische Belastung des Trägers reduziert, und. insbesondere das bei höheren Temperaturen auftretende, thermische Spiel zwischen Träger und Lager optimiert.
Anspruch 15 sieht vor, dass die Lager und . der stabförmige Träger aus einem keramischen Material, vorzugsweise dicht gesintertem Aluminiumoxid, gefertigt sind, .. wobei der stabförmige Träger vorzugsweise hohlr etwa ..als .^rundes ' Rohr oder Vierkantrohr, ausgeführt ist. Alternativ kann gemäß Anspruch 16 auch vorgesehen sein, dass die Lager aus Titan oder einer Titan-Legierung gefertigt sind, und der. stabförmige Träger aus einem keramischen Material, vorzugsweise aus dicht gesintertem Aluminiumoxid.
Wie bereits erwähnt wurde, besteht ein weiteres Problem darin, dass die durch die dynamische Belastung angeregten Schwingungen der Sprühelektrode gedämpft werden müssen, da der Träger in der Praxis sehr dünn ausgeführt werden muss. Insbesondere soll das Schwingungssystem der Elektrode keine Resonanzen im ganzen Frequenzbereich anbieten. Anspruch 17 sieht daher vor, dass am Einspannbereich in axialer Richtung ein Stützbereich anschließt, wobei der innere Querschnitt des Stützbereiches in Richtung des Einspannbereiches stetig in den inneren Querschnitt des Einspannbereiches übergeht, und sich in entgegen gesetzter Richtung in axialer Richtung aufweitet. Durch diese Maßnahmen kann erreicht werden, dass bei jeder Durchbiegung des Trägers die lastseitige Einleitung der Kraft in den Träger, durch die das Drehmoment am Lager aufgefangen wird, durch den sich aufweitenden Abschnitt in Richtung Last verschoben wird, die Aufhängung des schwingungsfähigen Systems dadurch kürzer wird, und deren Resonanzfrequenz sich daher mit zunehmender Auslenkung verstellt.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn gemäß Anspruch 18 die Schnittlinie der Innenfläche des Stützbereiches mit der Ebene der Biegelinien des Trägers, die sich jeweils bei zunehmender und in derselben Belastungsrichtung wirkenden Last einstellen, eine Einhüllende der jeweils anfänglichen, lagerseitigen Biegekurveninkremente der in Belastungsrichtung gesehen äußersten Kontur des Trägers bei zunehmenden Lastinkrementen ist. .
Anspruch 19 sieht vor, dass der innere Querschnitt des Stützbereiches um die Längsachse des eingespannten Trägers dieselbe Symmetrie aufweist wie der Träger selbst. Handelt, es sich also etwa bei dem Träger um einen Stab . mit -• rundem, viereckigem oder sechseckigem Querschnitt, so weist auch der sich aufweitende Abschnitt des Außenlagers einen runden, /. viereckigen oder sechseckigen Querschnitt auf .
Anspruch 20 und 21 beziehen sich in analoger Weise auf Ausführungsformen, bei denen die Sprühelektrode mithilfe eines zweiteiligen Trägers gehalten ist.
Die Befestigung der dünnen, vorzugsweise keramischen Träger am Metall der Sprühelektrode führt an den Stellen inhomogener Krafteinleitung an den Lagerstellen, wie etwa durch Klebung oder durch Klemmung, oder auch durch moderne Keramik-Metall- Verbindungen zu unzulässigen mechanischen und thermischen Spannungen, die zum Bruch führen können. Gemäß Anspruch 22 ist daher vorgesehen, dass der Träger im Lager formschlüssig gehalten ist .
Gemäß Anspruch 23 weist der zumindest eine, stabförmige Träger einen kreisförmigen Querschnitt auf. In diesem Fall muss aber vermieden werden, dass sich der Träger im Lager verdrehen kann. So wird etwa die Sprühelektrode mit einem feinen elektrischen Leiter kontaktiert, sodass sie gegen Verdrehung gesichert sein muss, da sonst die Kontaktierung durch Ableitung der Schwingungsenergien zerstört werden würde. Daher ist es gemäß Anspruch 24 vorteilhaft, wenn der Träger über einen Teilbereich seiner eingespannten Bereiche einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist, der mit einer entsprechenden Ausnehmung im Lager formschlüssig korrespondiert. Gemäß Anspruch 25 wird der von der Kreisform abweichende Querschnitt durch einen ebenen Anschliff im Umfangsbereich des Trägers verwirklicht, der mit einer entsprechenden Ausnehmung im hülsenförmigen Lager formschlüssig korrespondiert. Insbesondere kann gemäß Anspruch 26 zumindest einer der Träger an seinen beiden Enden durch je einen ebenen Anschliff mit einem Achswinkel zwischen 30° und 60°, vorzugsweise mit 45°, versehen sein. Gemäß Anspruch 27 können die Ausnehmüngen für den ebenen Anschliff im hülsenförmigen " Lager durch Einpassung' entsprechender Zwischenstücke gebildet werden, die ihrerseits mit den Lagern durch Schweißung, Klebung, oder eine andere, asymmetrische Ausformung ihrer lagerseitigen Enden und einer Ausnehmung der Lager selbst gebildet werden.
Anspruch 28 sieht schließlich vor, dass der Stützbereich der hülsenförmigen Lager eine Beschichtung aus einem bei hohen Temperaturen plastisch verformbaren Material aufweist. Bei dem plastisch verformbaren Material kann es sich etwa um ungehärteten und rostfreien Stahl, Messing, oder Bronze handeln..
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen die
Fig. 1 eine Darstellung eines plasmaregenerierten Russfilters, der aus einer Entladungseinheit, in der die Russpartikel elektrisch aufgeladen werden, und einer Abscheideeinheit, in der die aufgeladenen Partikel in einem keramischen Wabenkörper abgeschieden werden, besteht,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Entladungseinheit gemäß Fig. 1, in der die auf Hochspannung stehende Sprühelektrode von einer auf Masse liegenden Gegenelektrode durch Stäbe aus Keramik elektrisch isoliert aufgehängt ist,
Fig. 3 eine Darstellung der in Fig. 2 rechten Seite der Elektrodenwalze mit Spülbohrungen,
Fig. 4 eine Ansicht der Entladungseinheit gemäß Fig. 2 von der in Fig. 2 linken Seite,
Fig. 5 eine Darstellung der Elektrodenwalze und des Trägers mit Keramik-Lagern,
Fig. 6 einen Längsschnitt, einer weiteren Ausführungsform einer Entladungseinheit zur Darstellung der Lager mit aufgeweitetem Stützbereich, wobei auch ein Detailausschnitt von Fig. 6, die die Ausführung der Außenlager zeigt, hinzugefügt ist,
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines an seinem linken Ende in einem herkömmlichen Außenlager formschlüssig eingespannten Trägers mit dem Durchmesser- D in einem ungebogenen Zustand (gerade Linien) und einem gebogenen Zustand (gebogene Linien) , wobei das die Biegung hervorrufende Moment Fl immer an der gleichen Stelle in das Lager abgeleitet wird,
Fig. 8 die Situation von Fig. 7 bei erfindungsgemäß verlängertem Außenlager mit sich aufweitendem Querschnitt, wobei sich der Angriffspunkt des Momentes Fl am Träger um die Distanz a verschiebt und an der Stelle F2 in das Lager abgeleitet wird, sodass sich der Lastarm um die Distanz a verkürzt und die Auslenkung des Trägers gleichzeitig abnimmt, und die Fig. 9 die Situation von Fig. 8 bei zunehmender Last bzw. zunehmendem Moment am Träger auf F2, wobei sich der Angriffspunkt des Momentes F2 am Träger um die Distanz b verschiebt und in F3 abgeleitet wird, sodass sich der Lastarm um die zunehmende Distanz b verkürzt und die Auslenkung des Trägers weiter abnimmt.
Die Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines plasmaregenerierten Russfilters, der aus einer Entladungseinheit 1, in der die Russpartikel elektrisch aufgeladen werden, . und einer Abscheideeinheit 2, in der die aufgeladenen Partikel in einem keramischen Wabenkörper abgeschieden werden,, besteht.
In der Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch die Entladungseinheit 1 dargestellt, in der die auf Hochspannung ...stehende Sprühelektrode 3 von der auf Masse liegende Gegenelektrode 4 durch zwei stabförmige Träger 5 aus Keramik elektrisch isoliert aufgehängt ist. Die Elektrode 3 weist, radial, von einer Walze- 10 abstehende Spitzen auf, wobei . die Walze 10 die Träger 5 konzentrisch umgibt. Die jeweils der Elektrode 3 abgewandten Enden 5a der beiden Träger 5 sind dabei in hülsenförmigen Außenlagern 6a gehalten, und die der Elektrode 3 zugewandten Enden 5b der Träger 5 in den hülsenförmigen Innenlagern 6b. In der in der Fig. 2 linken Seite ist das Außenlager 6a etwa als Drucklager ausgeführt, und das Außenlager 6a auf der rechten Seite als Fix-Lager, wobei der Träger 5, und somit die Elektrode 3, verdrehsicher gelagert ist, wie noch näher erläutert werden wird- Die Innenlager 6b können auch eine bauliche Einheit bilden, wobei mindestens einer der Innenlager 6b als Stützlager ausgeführt sein kann.
Wie insbesondere auch aus der Fig. 4 ersichtlich ist, erfolgt die Montage der rohrförmigen Gegenelektrode 4 mithilfe zweier, jeweils an ihren Stirnseiten angeordneten 3-Bein-Scheiben 15, an denen die Gegenelektrode 4 mithilfe von Zentrierringen 16 befestigt ist. Die Gegenelektrode 4 ist etwa aus einem metallisierten SiC-Rohr gefertigt. Der Ein- und Austritt des Abgasstromes erfolgt durch die Ausnehmungen 18 der 3 -Bein- Scheiben 15.
Die Hochspannung wird über eine Zuführung 13 und einen Hochspannungsdraht 14 der Elektrode 3 zugeführt . Die Befestigung des Hochspannungsdrahtes 14 kann dabei etwa über einen Steckbügel erfolgen, der in eine entsprechende Öse an der Elektrode 3 eingesteckt wird.
Die keramischen Träger 5 müssen nun einerseits sehr dünn sein, um auf ihrer mit Russ verunreinigten Oberfläche nicht zuviel Leckagestrom zu verursachen, aber andererseits hinreichend stabil gegen Schwingungen und Stöße, wie sie im Fahrbetrieb eines Autos unvermeidlich sind.
Insbesondere dürfen die keramischen Träger 5 im jahrelangen Betrieb keine Ermüdungsbrüche bekommen, und müssen bei starken Stößen durch schlechte Straßen eine hohe Auslenkung der Sprühelektrode 3 vermeiden, da sonst die Entladungsstrecke zwischen Sprühelektrode 3 und Gegenelektrode 4 lokal zu stark verringert wird, was elektrische Überschläge auslösen würde. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verhältnis der isolierenden, freien Länge 1 des Trägers 5 zwischen seinen beidseitigen Lagern zum mittleren Durchmesser D des Trägers 5 zwischen 10 und 30 beträgt, vorzugsweise zwischen 15 und 25. Eine solche Wahl minimiert nicht nur die Leckageströme über den Träger 5, sondern optimiert auch unter den gegebenen Bedingungen die Bruchfestigkeit gegenüber thermischem Stress sowie Ermüdungs- und Sprödbrüchen, und bietet auch die notwendige Stabilität als Träger für die Sprühelektrode 3.
Der Durchmesser D des Trägers 5 beträgt bevorzugt maximal 4.5 mm, und die freie Länge 1 des Trägers 5 zumindest 45 mm. Falls es die Platzverhältnisse erlauben, kann die freie Länge 1 des Trägers 5 zumindest 52.5 mm betragen, wobei der Durchmesser D maximal 3.5 mm betragen sollte. Der Minimalabstand zwischen den Spitzen der Elektrode 3 zur Gegenelektrode 4 sollte weniger als die Hälfte, vorzugsweise weniger als ein Drittel, des Verhältnisses der isolierenden, freien Länge 1 des Trägers 5 zu seinem mittleren Durchmesser D in Millimetern betragen. Die Masse der Elektrode 3 sollte weniger als die Hälfte, vorzugsweise weniger als ein Drittel, des Verhältnisses der isolierenden, freien Länge 1 des Trägers 5' zu seinem mittleren Durchmesser D in Gramm betragen. Bei einer solchen Wahl werden die durch Schwingungen auf die isolierenden Träger 5 wirkenden Kräfte begrenzt. Eine vorteilhafte Wahl für die Masse der Elektrode 3 ist maximal 15 Gramm, vorzugsweise maximal 10 Gramm.
Wie bereits erwähnt wurde, wird der Leckagewiderstand des Trägers 5 auch durch den Russbelag bestimmt. Somit sind bei der Auslegung der Elektrodenanordnung auch Maßnahmen zur Reduzierung der am Träger 5 abgelagerten Russ-Schichte d vorteilhaft. Dabei soll der Träger 5 durch . möglichst, russfreies Abgas angeströmt, oder zumindest •. von einem Abgasstrom umspült werden, um Ablagerungen von Russ möglichst zu reduzieren. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, kann die Walze 10 zumindest abschnittsweise Bohrungen 11 aufweisen, die einen Eintritt des Abgasstromes in das Innere der Walze 10 ermöglichen, sowie endseitige Blenden 12, die den lichten Öffnungsquerschnitt der Walze 10 um den Träger 5 verringern. Dadurch wird der Träger 5 mit der notwendigen Gasströmung versorgt, die eine Ablagerung von Russ auf dem Träger 5 unterbindet .
Die Lager 6 sind vorzugsweise aus einem Material mit ähnlichen thermischen Eigenschaften gefertigt wie der stabförmige Träger 5. Diese Maßnahme stellt sicher, dass die nur geringe Ausdehnung der Träger 5 der ebenfalls geringen Ausdehnung der sie fixierenden Gegenelektrode 4 gegenübersteht. Des Weiteren wird die thermische Belastung des Trägers 5 reduziert, und insbesondere das bei höheren Temperaturen auftretende, thermische Spiel zwischen Träger 5 und Lager 6 optimiert. Dabei können die Lager 6 und der stabförmige Träger 5 aus einem keramischen Material, vorzugsweise dicht gesintertem Aluminiumoxid, gefertigt sein, wobei der stabförmige Träger 5 vorzugsweise hohl, etwa als rundes Rohr oder Vierkantrohr, ausgeführt ist. Alternativ können die Lager 6 auch aus Titan oder einer Titan-Legierung gefertigt sein, und der stabförmige Träger 5 aus einem keramischen Material, vorzugsweise aus dicht gesintertem Aluminiumoxid.
In der Fig. 5 ist eine Konstruktion dargestellt, die durch konsequentes Zusammenstecken von Außenlagern 6a aus keramischen Lagerbuchsen, keramischen Trägern 5 und Innenlager 6b aus vorzugsweise baugleichen keramischen Lagerbuchsen zu einer vollkommen stressfreien und schwingungsgedämpften Aufhängung der Elektrode 3 führt. Die bei., dem Übergang von Innenlager 6b zu Metall notwendigen Toleranzen, die sich in unvorteilhafter Weise in Winkeltoleranzen der eingesteckten Innenlager 6b wandeln können, werden durch einen vorzugsweise keramischen Zentrierstab 17 abgefangen. In-. der. Fig. 2 sind hingegen Außenlager 6a und-. Innenlager 6b .aus Metallbuchsen gezeigt, vorzugsweise aus Titan oder einer Titan-Legierung . Bei mindestens einem Außenlager 6a und einem Innenlager 6b einer Lagerseite enthalten die Buchsen einen abgeschrägten Einsatz, der mit ihnen formschlüssig verbunden oder verschweißt ist, und so mit abgeschrägten Enden des mindestens einen Trägers 5 aus Keramik ein Verdrehen der Elektrodenwalze 10 verhindert. Obwohl Titan und oxidische Keramik gleiche Ausdehnungskoeffizienten haben, ist das durch die stark unterschiedliche Wärmeleitung entstehende Temperaturspiel in den Bautoleranzen zu berücksichtigen. Die Fig. 5a und 5b zeigen weitere Ausführungsformen des Außenlagers 6a, und zwar in Form einer Anpress-Schraubbuchse.
Die thermische Differenz zwischen sich ausdehnendem Stahlteil der Elektrodenwalze 10 und den sich deutlich weniger ausdehnenden Trägern 5 bzw. der ebenfalls keramischen, vorzugsweise aus SiC gefertigten Gegenelektrode 4 kann auch reduziert werden, indem die Lagerbuchsen der Innenlager 6b in eine bauliche Einheit zusammengefasst werden, und damit die zueinander orientierten Enden der beiden Träger 5 bis auf wenige Millimeter zusammengeführt, und daher die thermisch relevante Ausdehnung der Metallteile praktisch ausgeschaltet werden kann. An die Stelle der versetzten Lagerbuchse tritt ein Gleitlager aus einem vorzugsweise identischen Material. Die Fig. 2 zeigt auch eine vorzugsweise Ausführung mit Ankerstangen aus Titan oder einer Titanlegierung, um das thermische Spiel der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen keramischen und metallischen Werkstoffen (mit Ausnahme von Titan) zu vermeiden.
Der zumindest eine stabförmige Träger 5 kann. einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Da es aber vermieden werden soll, dass sich der Träger 5 im Lager 6. verdrehen' kann, ist es in diesem Fall vorteilhaft, wenn der Träger.5 über einen Teilbereich seiner eingespannten Bereiche einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist,, der mit einer entsprechenden . Aüsnehmung . im Lager 6 formschlüssig, korrespondiert. Des Weiteren wird die Sprühelektrode 3 mit dem feinen elektrischen Hochspannungsdraht 14 kontaktiert, und muss daher auch aus diesem Grund gegen Verdrehung gesichert sein, da sonst die Kontaktierung durch Ableitung der Schwingungsenergien zerstört werden würde.
In der Fig. 2 ist dabei eine vorteilhafte Lösung zur Verdrehungssicherung der Elektrode 3 ersichtlich. Unter der Voraussetzung, dass jede Blockade einer Verdrehung der Elektrode 3 in Situationen von besonders hoher Schwingungsbelastung einen besonders hohen mechanischen Stress für den diese Blockade durchführenden Träger 5 darstellt, wird die Blockade durch einen planaren Anschliff mit etwa 45% zur Trägerachse, der mit einer entsprechenden Ausnehmung im hülsenförmigen Lager 6 formschlüssig korrespondiert, sichergestellt, wobei vorzugsweise der planare Anschliff so abgerundet ist, dass eine Verdrehung keine punktuelle Belastung in den schrägen Anschliffen von Außenlager 6a und Aufnahme hervorruft, sondern sich die Krafteinleitung bereits auf eine größere Fläche dieses Anschliffs verteilt. Da diese Anschliffe gut aufeinander angepasst werden müssen, wird die Herstellung vorzugsweise so durchgeführt, dass die Anpassung der Anschliffe an einem sehr kurzen stabförmigen Zwischenstück erfolgt, das dann in die Lageraufnahme beliebig eingepasst, auch verklebt oder verschweißt werden kann, da dieses Zwischenstück außer der Verdrehung keine anderen mechanischen oder thermischen Spannungen aufnehmen muss.
Wie bereits erwähnt wurde, besteht ein weiteres Problem darin, dass die durch die dynamische Belastung angeregten Schwingungen der Sprühelektrode 3 gedämpft werden . müssen. Insbesondere soll das SchwingungsSystem der Elektrode 3 keine Resonanzen im ganzen Frequenzbereich anbieten.. Wie in der Fig.. 6 gezeigt . ist,. kann, daher vorgesehen sein,. •■ dass am Einspannbereich 9 der Lager 6 in axialer Richtung ein Stützbereich 7 anschließt, wobei der innere Querschnitt des Stützbereiches 7 in Richtung des Einspannbereiches 9. stetig in den inneren Querschnitt des Einspannbereiches 9 übergeht, .und sich in entgegen gesetzter Richtung in axialer Richtung aufweitet. Durch diese Maßnahmen kann erreicht werden, dass bei jeder Durchbiegung des Trägers 5 die lastseitige Einleitung der Kraft in den Träger 5, durch die das Drehmoment am Lager 6 aufgefangen wird, durch den sich aufweitenden Abschnitt in Richtung Last verschoben wird, die Aufhängung des schwingungsfähigen Systems dadurch kürzer wird, und deren Resonanzfrequenz sich daher mit zunehmender Auslenkung verstellt .
Die trompetenförmigen Stützbereiche 7 der Lager 6 'sind im Detailausschnitt zur Fig. 6 übertrieben dargestellt. Der Stützbereich 7 wird sich in Richtung zur Last hinreichend langsam öffnen, um schon bei kleinen Auslenkungen oder Schwingungsamplituden eine Verlagerung des Angriffspunktes des Momentes F2 (siehe Fig. 8) am keramischen Träger 5 und am trompetenförmigen Stützbereich 7 zu erreichen. Diese trompetenförmigen Stützbereiche 7 werden vorzugsweise durch Formpressen hergestellt, und nach ihrer Bearbeitung und vor dem Zusammenstecken mit den kalten Trägern 5 auf etwa 7000C bis 8000C angelassen, um bis zu der maximalen Betriebstemperatur der Filteranordnung von etwa 6500C eine hinreichende Formschlüssigkeit zwischen Träger 5 und Lager 6 zu erhalten.
Die Fig. 7 zeigt im Vergleich hierzu eine schematische Darstellung eines an seinem linken Ende in einem Lager 6' herkömmlicher Ausführung formschlüssig eingespannten Trägers 5 mit einem kreisförmigen Querschnitt und dem Durchmesser D. Das. Lager 6' ist hülsenförmig ausgeführt, wobei im Einspannbereich 9 des Lagers 6' der innere. Querschnitt des hülsenförmigen Lagers 6' dem Querschnitt des Trägers 5. im Wesentlichen entspricht. Im unbelasteten Zustand weist der Träger 5- keine Biegung auf, was durch die geradlinig nach rechts verlaufendjen- Linien in der Fig. 7 angedeutet ist. Dabei hat der Träger 5 ' eine Längsachse L. Dabei ist zu bemerken, dass der Träger 5. so ■•dimensioniert sein wird.,, dass die durch eine Elektrode 3-. (in der Fig. 7 nicht ersichtlich) gegebene Last keine, nennenswerte Biegung des Trägers 5 hervorruft. Stärkere Biegungen des Trägers 5 werden erst durch zusätzliche • Belastungen verursacht, wie sie durch den Abgasstrom oder durch äußere Erschütterungen der Filteranordnung gegeben sind. In diesen Fällen beginnt sich der Träger 5 unter Einwirkung einer Last durchzubiegen (siehe gebogene Linien in der Fig. 7, die zur Übersichtlichkeit überhöht dargestellt sind) . Eine Biegung eines Trägers 5 wird in der Regel durch eine Biegelinie dargestellt, die in der neutralen Fläche des gebogenen Trägers 5 liegt, also in jener Fläche, in der die Zug- und Druckkräfte verschwinden. Bei zunehmender und jeweils in derselben Belastungsrichtung wirkenden Last stellen sich unterschiedliche und in einer Ebene liegende Biegelinien ein, wobei im Folgenden stets von elastischen Verformungen des Trägers 5 ausgegangen wird. Für jede Biegung kann ferner die in Belastungsrichtung B gesehen äußerste Kontur 8 des Trägers 5 identifiziert werden. In der Fig. 7 wirkt dabei die Last von oben nach unten auf den Träger 5, sodass die Belastungsrichtung B nach unten orientiert ist. Das die Durchbiegung des Trägers 5 hervorrufende Moment Fl wird dabei bei einem Lager 6' herkömmlicher Ausführung immer an der gleichen Stelle in das Lager 6' abgeleitet, unabhängig vom Ausmaß der Biegung.
Die Fig. 8 stellt im Gegensatz dazu ein Lager 6 dar, bei dem sich am Einspannbereich 9 des Lagers 6 in axialer Richtung ein Stützbereich 7 anschließt, wobei der innere Querschnitt des Stützbereiches 7 in Richtung des Einspannbereiches 9 stetig in den inneren Querschnitt des Einspannbereiches 9 übergeht, und sich in entgegen gesetzter Richtung in axialer Richtung aufweitet. Der Stützbereich 7 stellt somit einen trompetenförmigen Teil dar, um den der Einspannbereich 9. des Lagers 6 verlängert ist . . . ' ' :■.-. : ;: . ..
Dabei wird es vorteilhaft sein, wenn die Schnittlinie de:r Innenfläche des Stützbereiehes 7 mit der Ebene^der Biegelinien des • Trägers 5, also jene Kurve, die in der Fig.. 8 als •" Kontur des Stützbereiches 7 erscheint, eine Einhüllende der jeweils anfänglichen, lagerseitigen Biegekurveninkremente . der in Belastungsrichtung B gesehen, äußersten Kontur 8. des Trägers 5 bei zunehmenden Lastinkrementen ist. Wird etwa ein zunächst unbelasteter Träger 5 mit einem Lastinkrement belastet, so wird sich der Träger 5 geringfügig um den Angriffspunkt des Moments Fl biegen, insbesondere auch die äußerste Kontur 8 des Trägers 5. Das erste Teilstück der Biegekurve dieser äußersten Kontur 8 vom Angriffspunkt des Moments Fl wird als Biegekurveninkrement bezeichnet. Die Aufweitung des Querschnitts des Stützbereiches 7 ist nun so zu wählen, dass sich das Biegekurveninkrement am Stützbereich 7 abstützt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn sich der trompetenförmige Stützbereich 7 schwächer öffnet, als es dem Verlauf des Biegekurveninkrements entsprechen würde, da in diesem Fall eine bessere Stützwirkung erreicht wird.
Der Angriffspunkt des Momentes Fl am Träger 5 verschiebt sich daher bei einem erfindungsgemäßen Lager 6 um die Distanz a und wird an der Stelle F2 in das Lager 6 abgeleitet, wobei sich der Lastarm um die Distanz a verkürzt und die Auslenkung des Trägers 5 gleichzeitig abnimmt. Wie bereits erwähnt wurde, ist es vorteilhaft, wenn sich der Stützbereich 7 in Richtung seiner Öffnung hinreichend langsam von dem Träger 5 entfernt, damit es schon bei kleinen Schwingungsamplituden des Trägers 5 zu einer Verlagerung des Angriffspunktes des Momentes F2 am Träger 5 und am trompetenförmigen Stützbereich 7 kommt.
Wie in der Fig. 9 gezeigt ist, erhöht sich unter höherer Last das Moment am Träger auf F2, der Angriffspunkt des Momentes F2 am Träger 5 verschiebt sich um die Distanz b, und wird . in F3 abgeleitet, wobei sich der Lastarm um die .zunehmende Distanz b verkürzt und die Auslenkung des Trägers 5 weiter abnimmt
Durch ein solches Lager 6 wird somit erreicht, dass bei .jeder Durchbiegung des Trägers 5 die lastseitige Einleitung der Kraft in den • Träger -5, durch- die das Drehmoment am Lager 6 aufgefangen wird, durch den sich nach außen langsam öffnenden Stützbereich 7 in Richtung Last verschoben wird, ' die Aufhängung des schwingungsfähigen Systems dadurch kürzer wird, und deren Resonanzfrequenz sich daher mit zunehmender Auslenkung verstellt.
Eine Lagerung dieser Art zeichnet sich durch eine ganze Reihe weiterer Vorteile aus:
-) Durch die Verschiebung der Einleitung der Kraft am Träger 5 je nach seiner Auslenkung werden Ermüdungsbrüche des Trägers 5 vermieden, da es zu einer Verteilung der Schwingungsbelastungen über einen weiten Bereich des Trägers 5 kommt .
- ) Bei der Zunahme der Last wird die Krafteinleitung am Träger 5 in Richtung Last verschoben; der Lastarm wird kleiner, es kommt zu einer Versteifung der Aufhängung und die Einleitung eines Gewaltbruches wird reduziert. -) Durch die Verschiebung der Krafteinleitung am Träger 5 je nach seiner Auslenkung kommt es bei Schwingungen zu einer starken Dämpfung, da sich nicht nur die Schwingungsfrequenz mit der Auslenkung verändert, sondern sich die gesamte Aufhängung bei größerer Auslenkung versteift.
-) Durch die Zunahme der Schwingungsamplitude im Resonanzfall verschiebt sich der Aufpunkt der Last am Träger 5, was zu einer Verstimmung der Resonanz führt; daher ist eine resonante Anregung nur dann möglich, wenn die Anregung durch ein weißes Frequenzspektrum erfolgt, also alle anregenden Frequenzen mit gleicher Intensität vorhanden sind.
Insbesondere .muss darauf geachtet werden, dass sich- der trompetenförmige Stützbereich. 7 der Aufhängung im Ruhezustand dem Träger 5 tangential nähert, also der innere Querschnitt des Stützbereiches 7 in Richtung des Einspannbereiches. .9 stetig in den inneren Querschnitt des Einspannbereiches1 9 übergeht, sodäss sich bei., steigender Belastung der Aύfpunkt der Last kontinuierlich in Richtung Last bewegt. Die Kurve der trompetenförmigen Öffnung des Stützbereiches 7, die die oben beschriebenen Vorgänge am besten umsetzt, wird sowohl durch die mechanischen Eigenschaften des Trägerwerkstoffes, als auch durch die auftretenden statischen und dynamischen Belastungen des Trägers 5 vorgegeben. Falls der Träger 5 etwa ein Stab mit kreisförmigem Querschnitt ist, wird es in der Regel ein entsprechender Drehkörper um die Achse L des Stabes sein.
Wichtig für die optimale Funktion des beschriebenen Lagers 6 ist es, dass der Träger 5 im Lager 6 bis auf die Fertigungstoleranzen und das notwendige Spiel für Temperaturänderungen formschlüssig gehalten ist, aber nicht eingeschweißt, geklebt oder gekittet wird. Hierzu kann etwa der Träger 5 bei der Montage in das auf 7000C bis 8000C angelassene Lager 6 eingesetzt werden.
Natürlich kann eine Lagerung mithälfe eines Lagers 6 mit trompetenförmigem Stützbereich 7 auf beiden Seiten des Trägers 5 angewendet werden, da es dann zu einer noch deutlicheren Dämpfung gegenüber Schwingungen und zu einer höheren Versteifung bei Belastungen kommt. Außerdem lässt sich die Dämpfung noch weiter durch eine geeignete Materialwahl der Innenfläche des Stützbereiches 7 erhöhen, die durch plastische Verformbarkeit beim Abrollen der Träger 5 Energie aufnimmt. Hierzu kann etwa ungehärteter und rostfreier Stahl, Messing, oder Bronze verwendet werden.
Die Kurve, nach der sich der Stützbereich 7 zu der Last hin öffnet, kann je nach technischer Problemstellung eine konstante, eine progressiv zunehmende, oder auch eine abnehmende Krümmung aufweisen. Allerdings muss in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass sich die Öffnung des trompetenförmigen Stützbereichs 7 des Lagers 6 nach jedem Punkt der Krafteinleitung Fl, F2 , F3 (Fig. 7 bis Fig. 9) schwächer aufweitet, als es der Biegekurve der äußersten Kontur 8 für weiter zunehmende Belastungen entspricht.
Die Form des Stützbereiches 7 wird so bestimmt, dass sich die Schnittlinie der Innenfläche des Stützbereiches 7 mit der Ebene der Biegelinien des Trägers 5 eine Einhüllende der jeweils anfänglichen, lagerseitigen Biegekurveninkremente der in Belastungsrichtung gesehen äußersten Kontur 8 des Trägers 5 bei zunehmenden Lastinkrementen ist. Experimentell kann dieser trompetenförmige Verlauf bestimmt werden, indem etwa bei fester Einspannung des Trägers 5 seine in allen Richtungen gleichmäßig oder nach einem vorgegebenen Lastkollektiv vorgenommenen Auslenkungen punktweise mit steigender Belastung gemessen, oder durch Wachs- oder Tonstücke abgenommen werden, die am Lager 6 festgehalten sind.
Weist der Träger 5 einen Querschnitt auf, der über seine Länge nicht konstant ist und/oder von der Stabform abweicht, so kann der trompetenförmige Verlauf des Stützbereiches 7 so bestimmt werden, dass sich der trompetenförmige Verlauf als Einhüllende aller schrittweise mit steigender Belastung näher der Last aufgenommener Auslenkungspunkte des Trägers darstellt.
Besondere Vorteile besitzt eine solche Aufhängung, wenn der Träger 5 aus Gründen der elektrischen Isolation der Last aus Keramik oder einem anderen zum Sprödbruch neigenden Werkstoff gefertigt werden muss, wie dies etwa bei der Sprühelektrode 3 einer Filteranordnung, wie sie oben beschrieben ist, notwendig ist.
In weiteren Ausführungsformen kann der Träger 5 ein elliptischer oder auch ein mehrkantiger keramischer Stab, vorzugsweise mit vier- oder sechseckigem Querschnitt aus z.B. gebranntem Aluminiumoxid, sein, was ebenfalls ein Drehen der Sprühelektrode 3 um ihre Achse während .. des : Betriebes aus unterbindet . In diesem Fall muss auch der trompetenförmige Stützbereich 7 des Lagers 6 einen dem Querschnitt des. Trägers 5 entsprechenden, inneren Querschnitt aufweisen. In anderen Worten muss der innere Querschnitt des Stützbereiches 7 um die Längsachse L des eingespannten Trägers 5 dieselbe Symmetrie aufweisen wie der Träger 5 selbst.
Zur weiteren Störung etwa auftretender Resonanzen ist es außerdem vorteilhaft, auf dem Träger 5 jeweils einen hülsen- oder ringförmigen Reiter laufen zu lassen, der mit Spiel am Träger 5 geführt ist. Der massive Reiter kann etwa aus Keramik oder Metall gefertigt sein, und nimmt durch das Spiel auftretende Schwingungsenergie in unterschiedlichen Positionen auf . Außerdem trägt er auch zur Erhöhung der Zeitstandsfestigkeit der keramischen Isolationsstrecke bei, da er durch die Beschleunigungen und Verzögerungen, denen des Fahrzeug während seines Betriebes ausgesetzt ist, den sich auf den stabförmigen Trägern 5 absetzenden Ruß durch seine Bewegung abschabt .
Mithilfe der Erfindung wird somit eine Filteranordnung mit einer Elektrodenaufhängung 1 verwirklicht, bei der sowohl gute Isolationseigenschaften erzielt werden als auch die Wahrscheinlichkeit von Ermüdungs- und Sprödbrüchen der stabförmigen Träger 5, sowie resonanter Schwingungsanregungen stark verringert ist.

Claims

Patentansprüche :
1. Filteranordnung zum Abscheiden von Russpartikel aus einem Abgasstrom, die zumindest eine vom Abgasstrom durchströmte Elektrodenanordnung (1) zur Aufladung der Russpartikel, die mithilfe eines nachfolgenden, elektrischen Feldes oder rein mechanisch aus dem Abgasstrom entfernt werden, umfasst, und die Elektrodenanordnung (1) zumindest eine Elektrode (3) aufweist, die an einem stabförmigen Träger (5) befestigt ist, sowie eine Gegenelektrode (4) aufweist, wobei die Enden (5a, 5b) des zumindest einen Trägers (5) in je einem hülsenförmigen Lager (6) entlang eines Einspannbereiches
(9) eingespannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der isolierenden, freien Länge (1) des Trägers
(5) zwischen seinen beidseitigen Lagern (6) zum mittleren Durchmesser (D) des Trägers (5) zwischen 10 und 30 beträgt.
2. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, dass das Verhältnis der isolierenden, freien Länge (1) des Trägers (5) zwischen seinen beidseitigen Lagern (6) zu seinem mittleren Durchmesser (D) zwischen 15 und 25 beträgt .
3. Filteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D) des Trägers (5) kleiner als 4.5 mm ist, und die freie Länge (1) des Trägers
(5) größer als 45 mm.
4. Filteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D) des Trägers (5) kleiner als 3.5 mm ist, und die freie Länge (1) des Trägers (5) größer als 52.5 mm.
5. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (3) Spitzen aufweist, wobei der Minimalabstand zwischen den Spitzen der Elektrode
(3) zur Gegenelektrode (4) weniger als die Hälfte des Verhältnisses der isolierenden, freien Länge (1) des Trägers (5) zu seinem mittleren Durchmesser (D) in Millimetern beträgt.
6. Filteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Minimalabstand weniger als ein Drittel des Verhältnisses der isolierenden, freien Länge (1) des Trägers (5) zu seinem mittleren Durchmesser (D) in Millimetern beträgt.
7. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Elektrode (3) weniger als die Hälfte des Verhältnisses der isolierenden, freien Länge (1) des Trägers (5) zu seinem mittleren Durchmesser
(D) in Gramm beträgt.
8. Filteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Elektrode (3) weniger als ein Drittel des Verhältnisses der isolierenden, freien Länge (1) des Trägers (5) zu seinem mittleren Durchmesser (D) in Gramm beträgt.
9. Filteranordnung nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Elektrode (3) maximal 15 Gramm beträgt.
10. Filteranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Elektrode (3) maximal 10 Gramm beträgt .
11. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Formgebung der Elektrode (3) entlang des Trägers (5) zumindest abschnittsweise eine Strömung des Abgasstroms sichergestellt wird.
12. Filteranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (3) auf einer, auf dem Träger (5) montierten Walze (10) angeordnet ist, und die Walze (5) zumindest abschnittsweise Bohrungen (11) aufweist, die einen Eintritt des Abgasstromes in das Innere der Walze (10) ermöglichen, sowie endseitige Blenden (12) , die den lichten Öffnungsquerschnitt der Walze (10) um den Träger (5) verringern.
13. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Träger (5) vorgesehen sind, und die an ihnen befestigte Elektrode (3) mit zwei hülsenförmigen Innenlagern (6b) versehen ist, in das jeweils ein der Elektrode (3) zugewandtes Ende (5b) des jeweiligen Trägers (5) entlang eines Einspannbereiches (9) eingespannt ist, wobei die Innenlager (6b) eine bauliche Einheit bilden, und mindestens einer der Innenlager (6b) als Stützlager ausgeführt ist.
14; Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (6) aus einem. Material mit ähnlichen thermischen Eigenschaften gefertigt sind . wie der stabförmige Träger (5) .
15. Filteranordnung nach Anspruch 14, dadurch, gekennzeichnet, dass die Lager (6) und der stabförmige Träger (5) aus einem keramischen Material, vorzugsweise dicht gesintertem Aluminiumoxid, gefertigt sind, wobei der stabförmige Träger
(5) vorzugsweise hohl, etwa als rundes Rohr oder Vierkantrohr, ausgeführt ist.
16. Filteranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (6) aus Titan oder einer Titan-Legierung gefertigt sind, und der stabförmige Träger (5) aus einem keramischen Material, vorzugsweise aus dicht gesintertem Aluminiumoxid .
17. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass am Einspannbereich (9) in axialer Richtung ein Stützbereich (7) anschließt, wobei der innere Querschnitt des Stützbereiches (7) in Richtung des Einspannbereiches (9) stetig in den inneren Querschnitt des Einspannbereiches (9) übergeht, und sich in entgegen gesetzter Richtung in axialer Richtung aufweitet.
18. Filteranordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittlinie der Innenfläche des Stützbereiches
(7) mit der Ebene der Biegelinien des Trägers (5) , die sich jeweils bei zunehmender und in derselben Belastungsrichtung (B) wirkenden Last einstellen, eine Einhüllende der jeweils anfänglichen, lagerseitigen Biegekurveninkremente der in Belastungsrichtung (B) gesehen äußersten Kontur (8) des Trägers (5) bei zunehmenden Lastinkrementen ist.
19. Filteranordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Querschnitt des Stützbereiches (7) um die Längsachse (L) des eingespannten Trägers (5) dieselbe Symmetrie aufweist wie der Träger (5) selbst .
20. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch, gekennzeichnet, dass zwei Träger (5) vorgesehen sind, und die an ihnen befestigte Elektrode (3) mit zwei hülsenförmigen Innenlagern (6b) versehen ist, in das jeweils ein der Elektrode (3) zugewandtes Ende (5b) des jeweiligen Trägers (5) entlang eines Einspannbereiches (9) eingespannt ist, und deren innerer Querschnitt dem Querschnitt des jeweiligen Trägers (5) im Einspannbereich
(9) im wesentlichen entspricht, wobei sich am Einspannbereich (9) in axialer Richtung jeweils ein Stützbereich (7) anschließt, wobei der innere Querschnitt des Stützbereiches (7) in Richtung des Einspannbereiches (9) stetig in den inneren Querschnitt des Einspannbereiches (9) übergeht, und sich in entgegen gesetzter Richtung in axialer Richtung aufweitet.
21. Filteranordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Stützbereiches (7) des jeweiligen Innenlagers (6b) um die Längsachse (L) des eingespannten Trägers (5) dieselbe Symmetrie aufweist wie der Träger (5) selbst .
22. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (5) im Lager (6) formschlüssig gehalten ist.
23. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine stabförmige Träger
(5) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
24. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Träger (5) über einen Teilbereich seiner eingespannten Bereiche einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist, der mit einer entsprechenden Ausnehmung im Lager (6) formschlüssig korrespondiert .
25. Filteranordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Kreisform abweichende Querschnitt durch einen ebenen Anschliff im Umfangsbereich des Trägers (5) verwirklicht wird, der mit einer entsprechenden Ausnehmung im hülsenförmigen Lager (6) formschlüssig korrespondiert.
26. Filteranordnung nach Ansprüche 25, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Träger (5) an seinen beiden Enden durch je einen ebenen Anschliff mit einem Achswinkel zwischen 30° und 60°, vorzugsweise mit 45°, versehen ist.
27. Filteranordnung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen für den ebenen Anschliff im hülsenförmigen Lager (6) durch Einpassung entsprechender Zwischenstücke gebildet werden, die ihrerseits mit den Lagern (6) durch Schweißung, Klebung, oder eine andere, asymmetrische Ausformung ihrer lagerseitigen Enden und einer Ausnehmung der Lager (6) selbst gebildet werden.
28. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützbereich (7) der hülsenförmigen Lager (6) eine Beschichtung aus einem bei hohen Temperaturen plastisch verformbaren Material aufweist .
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014114408A1 (de) * 2013-01-28 2014-07-31 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Vorrichtung und verfahren zur behandlung eines partikel aufweisenden abgases
CN105333475A (zh) * 2015-05-14 2016-02-17 衡阳创新亿品环保科技发展有限公司 电场绝缘隔离装置
EP3308863A4 (de) * 2015-06-09 2019-02-13 Usui Co., Ltd. Entladungselektrode eines elektrostatischen abscheiders zur behandlung von dieselmotorabgas

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3046716A (en) * 1959-05-14 1962-07-31 Apra Precipitator Corp Electrodes and shields
US3440800A (en) * 1966-05-06 1969-04-29 Gregori Messen Jaschin Device for purifying exhaust gas by means of electric filters
DE3238794A1 (de) * 1982-10-20 1984-04-26 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Vorrichtung zum reinigen von gasen
DE3324888A1 (de) * 1983-07-09 1985-01-17 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Abgas-reinigungsvorrichtung
DD259799A1 (de) * 1987-04-01 1988-09-07 Entstaubungstech Edgar Andre Anordnung von isolationskoerpern zur elektrischen isolierung der tragstange der spruehsysteme in elektroabscheidern
WO1989012731A1 (en) * 1988-06-18 1989-12-28 Robert Bosch Gmbh Coagulator for equipment for cleaning exhaust gases from fossil fuels
DE4114935A1 (de) * 1990-05-25 1991-11-28 Nagao Kogyo Nagoya Kk Abgasreinigungsanlage fuer einen kraftfahrzeug-dieselmotor
JPH05277313A (ja) * 1992-03-31 1993-10-26 Teikoku Piston Ring Co Ltd 微粒子分離装置
WO2004000465A1 (de) * 2002-06-21 2003-12-31 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Durchführung für elektrische hochspannung durch eine wand, die einen umgebungsbereich von einem prozessbereich trennt

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATA24696A (de) * 1996-02-12 2000-10-15 Fleck Carl M Dr Vorrichtung zum reinigen von abgasen aus verbrennungskraftmaschinen
WO2003074184A1 (en) * 2002-03-01 2003-09-12 Per-Tec Limited Electrode mounting

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3046716A (en) * 1959-05-14 1962-07-31 Apra Precipitator Corp Electrodes and shields
US3440800A (en) * 1966-05-06 1969-04-29 Gregori Messen Jaschin Device for purifying exhaust gas by means of electric filters
DE3238794A1 (de) * 1982-10-20 1984-04-26 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Vorrichtung zum reinigen von gasen
DE3324888A1 (de) * 1983-07-09 1985-01-17 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Abgas-reinigungsvorrichtung
DD259799A1 (de) * 1987-04-01 1988-09-07 Entstaubungstech Edgar Andre Anordnung von isolationskoerpern zur elektrischen isolierung der tragstange der spruehsysteme in elektroabscheidern
WO1989012731A1 (en) * 1988-06-18 1989-12-28 Robert Bosch Gmbh Coagulator for equipment for cleaning exhaust gases from fossil fuels
DE4114935A1 (de) * 1990-05-25 1991-11-28 Nagao Kogyo Nagoya Kk Abgasreinigungsanlage fuer einen kraftfahrzeug-dieselmotor
JPH05277313A (ja) * 1992-03-31 1993-10-26 Teikoku Piston Ring Co Ltd 微粒子分離装置
WO2004000465A1 (de) * 2002-06-21 2003-12-31 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Durchführung für elektrische hochspannung durch eine wand, die einen umgebungsbereich von einem prozessbereich trennt

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014114408A1 (de) * 2013-01-28 2014-07-31 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Vorrichtung und verfahren zur behandlung eines partikel aufweisenden abgases
US20160040567A1 (en) * 2013-01-28 2016-02-11 Continental Automotive Gmbh Device and method for treating an exhaust gas containing particles
US9657617B2 (en) 2013-01-28 2017-05-23 Continental Automotive Gmbh Device and method for treating an exhaust gas containing particles
CN105333475A (zh) * 2015-05-14 2016-02-17 衡阳创新亿品环保科技发展有限公司 电场绝缘隔离装置
EP3308863A4 (de) * 2015-06-09 2019-02-13 Usui Co., Ltd. Entladungselektrode eines elektrostatischen abscheiders zur behandlung von dieselmotorabgas

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