WO2008025600A1 - Filtereinrichtung, insbesondere für ein abgassystem einer brennkraftmaschine - Google Patents

Filtereinrichtung, insbesondere für ein abgassystem einer brennkraftmaschine Download PDF

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Ruediger Herr
Lars Thuener
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Definitions

  • the invention relates to a filter element, in particular for an exhaust system of an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.
  • Ceramic bodies for particle filters and catalysts in the exhaust system of internal combustion engines are usually produced with a circular cross-section by extrusion. These ceramic bodies are surrounded by a housing, which is usually made of sheet steel. To secure the ceramic bodies in the housing, a bearing mat consisting of a temperature-resistant felt-like fabric is present between the housing and the ceramic body. This results in a non-positive and gas-tight connection between the housing and the filter element.
  • the invention has for its object to provide a gas-tight connection between the filter element and the housing, which is connected with lower stresses on the filter element with and allows a more reliable attachment of the filter element in the housing.
  • the object underlying the invention is achieved according to the invention in that elevations and / or depressions are present at least in regions on the lateral surface of the filter element.
  • the roughness of the lateral surface in the region of the elevations and / or depressions is greater than 250 ⁇ m.
  • the elevations and depressions as positively or negatively formed nubs, grooves or grooves.
  • the grooves or grooves may extend parallel or orthogonal to the longitudinal axis of the filter element.
  • Figure 1 is a schematic representation of an internal combustion engine with an exhaust aftertreatment device according to the invention
  • Figure 2 shows a filter element according to the invention in longitudinal section
  • an internal combustion engine carries the reference numeral 10.
  • the exhaust gases are discharged via an exhaust pipe 12, in which a filter device 14 is arranged.
  • the filter device 14 comprises a cylindrical housing 16, in which a rotationally symmetrical in the present embodiment, a total also cylindrical filter element 18 is arranged. Between the housing 16 and the filter element 18 is a mat (see reference numeral 38 in Figure 3) is provided, which is for mounting the filter element 18 in the housing serves and at the same time prevents exhaust gases from flowing through the annular gap between the housing 16 and the filter element 18.
  • FIG. 2 shows a cross section through a filter element 18 according to the invention.
  • the filter element 18 may, for example, be produced as an extruded shaped body of a ceramic material, such as cordierite.
  • the filter element 18 is flowed through in the direction of the arrows 20 of not shown exhaust gas.
  • An entrance surface has the reference numeral 22 in FIG. 2, while an exit surface in FIG. 2 has the reference numeral 24.
  • inlet channels 28 Parallel to a longitudinal axis 26 of the filter element 18 extend a plurality of inlet channels 28 in alternation with outlet channels 30.
  • the inlet channels 28 are closed at the outlet surface 24.
  • the sealing plugs are shown in FIG. 2 without reference numerals.
  • the outlet channels 30 are open at the outlet surface 24 and closed in the region of the inlet surface 22.
  • the flow path of the unpurified exhaust gas thus leads into one of the inlet channels 28 and from there through a filter wall 31 into one of the outlet channels 30. This is illustrated by arrows 32 by way of example.
  • the surface 24 becomes the inflow surface and the surface 22 becomes the exit surface.
  • the channels 28 become outlet channels, while the channels 30 become inlet channels.
  • the reversal of the flow direction of the exhaust gas can be achieved by changing the mounting position of the filter element 18 in the housing 16 in the simplest way. In the embodiments described below, for the sake of clarity, only one direction of flow and consequently a function of the channels 28 and 30 are assumed, although the function of the channels 28 and 30 can also be changed by turning the filter element 18 in the housing 16.
  • FIG. 3 schematically shows a first exemplary embodiment of a filter element 18 according to the invention.
  • FIG. 3 shows in perspective a part of a filter element 18 according to the invention.
  • On a lateral surface 34 of the filter element 18 distributed over the circumference a plurality of extending in the direction of the longitudinal axis of the filter element 18 elevations 36 are formed. For reasons of clarity, not all elevations 36 are provided with reference numerals.
  • the filter element 18 is partially covered by a mat 38. This mat is placed between the housing 16 and the filter element 18 (see Figure 1). Firstly, the mat 38 serves to fasten the filter element 18 firmly in the housing 16 and, secondly, to ensure that no exhaust gas can flow through between the housing 16 and the lateral surface 34 of the filter element 18.
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a filter element 18 according to the invention.
  • the elevations 36 extend perpendicular to a longitudinal axis of the filter element 18 or parallel to the inlet surface 22 and the outlet surface 24 of the filter element 18th
  • the elevations are similar to the threads of a thread at an angle between greater than 0 and less than 90 ° to the longitudinal axis of the filter element.
  • the filter element could be screwed into the mat 38.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a filter element 18 according to the invention.
  • a plurality of knobs 40 are arranged on the lateral surface 34 of the filter element 18.
  • a filter element 18 and a body for a catalyst is essentially that in a filter element 18, the channels are mutually closed, while in a body for a catalyst, the channels are open both at the entrance surface 22 and at the exit surface 24 so that the gas to be purified can flow unhindered through the channels.
  • the walls 31 are generally provided with a catalytically active coating.

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Abstract

Es werden ein Filterelement (18) und ein Körper für einen Katalysator vorgeschlagen, die an ihrer Mantelfläche (34) Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweisen. Diese Erhebungen und/oder Vertiefungen erleichtern die Gasdichte und formschlüssige Befestigung des Filterelements (18) beziehungsweise des Körpers für einen Katalysator in dem umgebenden Gehäuse.

Description

Beschreibung
Titel
Filtereinrichtung, insbesondere für ein Abgassvstem einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Filterelement, insbesondere für ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Keramische Körper für Partikelfilter und Katalysatoren im Abgasstrang von Brennkraftmaschinen werden meist mit einem kreisrunden Querschnitt durch Extrudieren hergestellt. Umgeben werden diese keramischen Körper von einem Gehäuse, welches üblicherweise aus Stahlblech hergestellt wird. Um die keramischen Körper in dem Gehäuse zu befestigen, ist zwischen dem Gehäuse und dem keramischen Körper eine Lagermatte, bestehend aus einem temperaturbeständigen filzähnlichen Gewebe, vorhanden. Dadurch ergibt sich eine kraftschlüssige und gasdichte Verbindung zwischen Gehäuse und Filterelement.
Um diese kraftschlüssige Verbindung herzustellen ist es erforderlich, das Filterelement zusammen mit der Lagermatte in das Gehäuse einzupressen. Durch die kraftschlüssige Verbindung zwischen Gehäuse und Filterelement wirken im Betrieb auf das Filterelement erhebliche Druckkräfte. Außerdem hat sich in der Praxis gezeigt, dass es trotz der kraftschlüssigen Verbindung zwischen Gehäuse und Filterelement während des Betriebs Relativbewegungen zwischen Filterelement und Lagermatte und/oder zwischen Lagermatte und Gehäuse auftreten können. Dadurch wird die Wirkung des Filterelements beeinträchtigt. In manchen Fällen kommt es sogar zu vollständigen Versagen des Filterelements, weil die Abgase am Filterelement vorbei durch das Gehäuse strömen können. Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gasdichte Verbindung zwischen Filterelement und Gehäuse bereitzustellen, die mit geringeren Beanspruchungen für das Filterelement mit verbunden ist und eine zuverlässigere Befestigung des Filterelements im Gehäuse ermöglicht.
Technische Lösung
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an der Mantelfläche des Filterelements mindestens bereichsweise Erhebungen und/oder Vertiefungen vorhanden sind.
Vorteilhafte Wirkungen
Durch die erfindungsgemäßen Erhebungen und/oder Vertiefungen wird eine formschlüssige Verbindung zwischen Gehäuse und Filterelement ermöglicht, so dass erstens eine bessere Befestigung des Filterelements im Gehäuse erreicht wird und gleichzeitig die im Betrieb auf das Filterelement wirkenden Spannungen und Belastungen reduziert werden können. Außerdem werden das Einpressen des Filterelements in das Gehäuse vereinfacht und die zum Einpressen erforderlichen Kräfte reduziert.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Rauhigkeit der Mantelfläche im Bereich der Erhebungen und/oder Vertiefungen größer als 250 μm ist.
Es ist weiter erfindungsgemäß möglich, die Erhebungen und Vertiefungen als positiv oder negativ ausgeformte Noppen, Rillen oder Nuten auszubilden. Dabei können die Rillen oder Nuten parallel oder orthogonal zur Längsachse des Filterelements verlaufen.
Selbstverständlich sind auch andere Ausrichtungen, beispielsweise ähnlich einem Gewinde mit einer Steigung, möglich. Dadurch ist es möglich, das Filterelement in die Lagermatte gewissermaßen einzuschrauben und die zum Einpressen erforderlichen Kräfte weiter zu reduzieren. Es ist alternativ möglich, die Erhebungen und Vertiefungen als integraler Bestandteil des Filterelements auszubilden oder die Erhebungen auf die Mantelfläche des Filterelements aufzusetzen und mit dieser zu verbinden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung;
Figur 2 ein erfindungsgemäßes Filterelement im Längsschnitt und
Figuren 3 bis 5 Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Filterelemente.
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 trägt eine Brennkraftmaschine das Bezugszeichen 10. Die Abgase werden über ein Abgasrohr 12 abgeleitet, in dem eine Filtereinrichtung 14 angeordnet ist. Mit dieser werden
Rußpartikel aus dem im Abgasrohr 12 strömenden Abgas herausgefiltert. Dies ist insbesondere bei Diesel-Brennkraftmaschinen erforderlich, um gesetzliche Bestimmungen einzuhalten.
Die Filtereinrichtung 14 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 16, in dem eine im vorliegenden Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisches, insgesamt ebenfalls zylindrisches Filterelement 18 angeordnet ist. Zwischen dem Gehäuse 16 und dem Filterelement 18 ist eine Matte (siehe Bezugszeichen 38 in Figur 3) vorhanden, die zur Befestigung des Filterelements 18 im Gehäuse dient und gleichzeitig verhindert, dass Abgase durch den Ringspalt zwischen Gehäuse 16 und Filterelement 18 strömt.
In Figur 2 ist ein Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Filterelement 18 dargestellt. Das Filterelement 18 kann beispielsweise ist als extrudierter Formkörper aus einem keramischen Material, wie zum Beispiel Cordierit, hergestellt werden.
Das Filterelement 18 wird in Richtung der Pfeile 20 von nicht dargestelltem Abgas durchströmt. Eine Eintrittsfläche hat in Figur 2 das Bezugszeichen 22, während eine Austrittsfläche in Figur 2 das Bezugszeichen 24 hat.
Parallel zu einer Längsachse 26 des Filterelements 18 verlaufen mehrere Eintrittskanäle 28 im Wechsel mit Austrittskanälen 30. Die Eintrittskanäle 28 sind an der Austrittsfläche 24 verschlossen. Die Verschlussstopfen sind in Figur 2 ohne Bezugszeichen dargestellt. Im Gegensatz dazu sind die Austrittskanäle 30 an der Austrittsfläche 24 offen und im Bereich der Eintrittsfläche 22 verschlossen.
Der Strömungsweg des ungereinigten Abgases führt also in einen der Eintrittskanäle 28 und von dort durch eine Filterwand 31 in einen der Austrittskanäle 30. Exemplarisch ist dies durch Pfeile 32 dargestellt.
Durch Umkehren der Strömungsrichtung des Abgases wird die Fläche 24 zur Einstrittsfläche und die Fläche 22 zur Austrittsfläche. Dadurch werden die Kanäle 28 zu Austrittskanälen, während die Kanäle 30 zu Eintrittskanälen werden. Die Umkehr der Strömungsrichtung des Abgases kann durch eine geänderte Einbaulage des Filterelements 18 im Gehäuse 16 auf einfachste Weise erreicht werden. In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird aus Gründen der Verständlichkeit immer nur eine Strömungsrichtung und in Folge dessen von einer Funktion der Kanäle 28 und 30 ausgegangen, obwohl die Funktion der Kanäle 28 und 30 durch Umdrehen des Filterelements 18 im Gehäuse 16 auch geändert werden kann.
Die Problematik der gasdichten und spielfreien Befestigung des Filterelements 18 beziehungsweise des Körpers für einen Katalysator in dem Gehäuse 16 ist identisch. In Figur 3 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Filterelements 18 dargestellt. In Figur 3 ist ein Teil eines erfindungsgemäßen Filterelements 18 perspektivisch dargestellt. An einer Mantelfläche 34 des Filterelements 18 sind über den Umfang verteilt mehrere in Richtung der Längsachse des Filterelements 18 verlaufende Erhebungen 36 ausgebildet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht alle Erhebungen 36 mit Bezugszeichen versehen. Im linken Teil der Figur 3 wird das Filterelement 18 von einer Matte 38 teilweise verdeckt. Diese Matte wird zwischen dem Gehäuse 16 und dem Filterelement 18 (siehe Figur 1) angeordnet. Die Matte 38 dient dazu, erstens das Filterelement 18 fest in dem Gehäuse 16 zu befestigen und zweitens dafür zu sorgen, dass zwischen Gehäuse 16 und der Mantelfläche 34 des Filterelements 18 kein Abgas hindurchströmen kann.
In Figur 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Filterelements 18 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel verlaufen die Erhebungen 36 senkrecht zu einer Längsachse des Filterelements 18 beziehungsweise parallel zu der Eintrittsfläche 22 und der Austrittsfläche 24 des Filterelements 18.
Selbstverständlich sind auch Zwischenformen zwischen den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 3 und 4 möglich. In diesem Fall verlaufen die Erhebungen ähnlich den Gängen eines Gewindes unter einem Winkel zwischen größer 0 und kleiner 90° zur Längsachse des Filterelements. In diesem Fall könnte das Filterelement in die Matte 38 eingeschraubt werden. Dadurch wird die Herstellung einer formschlüssigen und gasdichten Verbindung zwischen Gehäuse 16 und Filterelement 18 bei gleichzeitiger Reduktion der erforderlichen Einpresskräfte ermöglicht.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Filterelements 18 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind mehrere Noppen 40 an der Mantelfläche 34 des Filterelements 18 angeordnet.
In den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 3 - 6 sind ausschließlich Erhebungen, die nach außen über die Fläche 34 hinausragen, dargestellt. Selbstverständlich können auch ähnliche Geometrien als Vertiefungen in die Mantelfläche 34 eingebracht werden. Auf Darstellungen solcher Ausführungsbeispiele wurde verzichtet, obwohl auch für solche Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Filterelemente 18 Schutz beansprucht wird. In der Figurenbeschreibung wurde ausschließlich von Filterelementen 18 gesprochen. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch die Körper von Katalysatoren, die auch in einem Gehäuse 16 gasdicht und spielfrei befestigt werden müssen, in der gleichen Weise ausgestaltet werden können. Der Unterschied zwischen einem Filterelement 18 und einem Körper für einen Katalysator besteht im Wesentlichen darin, dass bei einem Filterelement 18 die Kanäle wechselseitig verschlossen sind, während bei einem Körper für einen Katalysator die Kanäle sowohl an der Eintrittsfläche 22 als auch an der Austrittsfläche 24 offen sind, so dass das zu reinigende Gas ungehindert durch die Kanäle strömen kann. Außerdem sind bei einem Katalysatorkörper die Wände 31 in der Regel mit einer katalytisch wirkenden Beschichtung versehen.

Claims

Ansprüche
1. Filterelement oder Körper für einen Katalysator, insbesondere zur Filterung von Abgasen einer Dieselbrennkraftmaschine, mit einer Eintrittsfläche (22), mit einer Austrittsfläche (24) und mit einer Mantelfläche (34), dadurch gekennzeichnet, dass an der Mantelfläche (34) mindestens bereichsweise Erhebungen (36, 40) und/oder Vertiefungen vorhanden sind.
2. Filterelement oder Körper für einen Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauhigkeit der Mantelfläche (34) im Bereich der Erhebungen (36, 40) und/oder Vertiefungen größer als 250 μm ist.
3. Filterelement oder Körper für einen Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (36, 40) und/oder Vertiefungen als positiv oder negativ ausgeformte Noppen (40), als Rippen (36) und/oder als Nuten ausgebildet sind.
4. Filterelement oder Körper für einen Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (36, 40) und/oder Vertiefungen integraler Bestandteil des Filterelements (18) oder des Körpers für einen Katalysators sind.
5. Filterelement oder Körper für einen Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (36, 40) auf die Mantelfläche (34) des Filterelements (18) oder des Körpers für einen Katalysator aufgesetzt und mit dieser verbunden sind.
6. Filterelement oder Körper für einen Katalysator nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (18) oder der Körper für einen Katalysator durch Extrudieren hergestellt wird.
7. Filterelement oder Körper für einen Katalysator nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (18) oder der Körper für einen Katalysator aus einem keramischen oder einem glaskeramischen Werkstoff, insbesondere aus Cordierit, Aluminiumtitanat oder Siliziumkarbid, hergestellt wird.
8. Filterelement oder Körper für einen Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (18) oder der Körper für einen Katalysator aus Sintermetall hergestellt wird.
9. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (18) Eintrittskanäle (28) und Austrittskanäle (30) aufweist, dass die Eintrittskanäle (28) und die Austrittskanäle (30) durch Filterwände (31) aus einem offenporigen Material getrennt sind, dass die Eintrittskanäle (28) an der Eintrittsfläche (22) beginnen und an der Austrittsfläche (24) verschlossen sind, und dass die Austrittskanäle (30) an der Eintrittsfläche (22) verschlossen sind und an der Austrittsfläche (24) enden.
10. Körper für einen Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper für einen Katalysator Kanäle aufweist, und dass die Kanäle sowohl an der Eintrittsfläche (22) als auch an der Austrittsfläche (24) offen sind.
11. Filtereinrichtung, insbesondere Rußpartikelfilter oder Katalysator, mit einem Gehäuse (16) und mit einem Filterelement (18) oder einem Körper für einen Katalysator, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (18) oder der Körper für einen Katalysator ein Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
12. Filtereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gehäuse (16) und Filterelement (18) oder dem Körper für einen Katalysator eine Matte vorgesehen ist.
PCT/EP2007/057004 2006-09-01 2007-07-10 Filtereinrichtung, insbesondere für ein abgassystem einer brennkraftmaschine WO2008025600A1 (de)

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