in einem Abgassystem Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in einem Abgassystem, insbesondere im Abgassystem eines Kraftfahrzeuges. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Behandlung von Rußpartikel enthaltendem Abgas, die insbesondere mit einem so genannten elektrostatischen Filter bzw. Elektrofilter eingesetzt werden kann. Insofern findet die Erfindung bevorzugt Anwendung bei der Behandlung von Abgasen mobiler Verbrennungskraftmaschinen im Kraftfahrzeugbereich.

Es sind bereits eine Vielzahl unterschiedlicher Konzepte zur Beseitigung von Rußpartikeln aus Abgasen mobiler Verbrennungskraftmaschinen diskutiert worden. Neben wechselseitig geschlossenen Wandstromfiltern, offenen Nebenstromfiltern, Schwerkraftabscheidern etc. sind auch bereits Systeme vorgeschlagen worden, bei denen die Partikel im Abgas elektrisch aufgeladen und dann mit Hilfe elektrostatischer Anziehungskräfte abgelagert werden. Diese Systeme sind insbesondere unter der Bezeichnung„elektrostatischer Filter" bzw.„Elektrofilter" bekannt.

So werden für solche Elektrofilter regelmäßig (mehrere) Sprühelektroden und Kollektorelektroden vorgeschlagen, die in der Abgasleitung positio- niert sind. Dabei werden bspw. eine zentrale Sprühelektrode, welche etwa mittig durch die Abgasleitung verläuft, und eine umgebende Mantelfläche der Abgasleitung als Kollektorelektrode dazu benutzt, einen Kondensator zu bilden. Mit dieser Anordnung von Sprühelektrode und der Kollektorelektrode wird quer zur Strömungsrichtung des Abgases ein elektrisches Feld gebildet, wobei die Sprühelektrode bspw. mit einer Hochspannung betrieben werden kann, die im Bereich von ca. 15 kV liegt. Hierdurch können sich insbesondere Korona-Entladungen ausbilden, durch welche die mit dem Abgas durch das elektrische Feld strömenden Partikel unipolar aufgeladen werden. Aufgrund dieser Aufladung wandern die Partikel durch die elektrostatischen Coulomb-Kräfte zur Kollektorelektrode. Neben Systemen, bei denen die Abgasleitung als Kollektorelektrode ausgeführt ist, sind auch Systeme bekannt, bei denen die Kollektorelektrode bspw. als Drahtgitter ausgebildet ist. Dabei erfolgt die Anlagerung von Partikeln an dem Drahtgitter zu dem Zweck, die Partikel ggf. mit weiteren Partikeln zusammenzuführen, um so eine Agglomeration zu erreichen. Das das Gitter durchströmende Abgas reißt dann die größeren Partikelagglomerate wieder mit und führt sie klassischen Filtersystemen zu. Auch wenn sich die oben beschriebenen Systeme bislang zumindest in Versuchen geeignet für die Behandlung von Rußpartikeln herausgestellt haben, stellt doch die Umsetzung dieses Konzeptes für den Serienbetrieb bei Kraftfahrzeugen noch immer eine große technische Herausforderung dar. Dies gilt insbesondere hinsichtlich der stark schwankenden, zeitlich sehr hohen Rußbelastung im Abgas. Ebenso stellt die gewünschte Nach- rüstbarkeit eines solchen Systems für derzeitig existierende Abgasanlagen noch ein großes Problem dar. Insbesondere treten im Abgassystem von Kraftfahrzeugen regelmäßig stoßartig ansteigende Abgasmengen auf, die bspw. bei stationären Verbrennungskraftmaschinen, die zur Stromer- zeugung eingesetzt werden, nicht auftreten. Weiterhin sind Abgassysteme, bspw. aufgrund von Bodenunebenheiten, mechanischen Belastungen ausgesetzt. Zudem ist zu berücksichtigen, dass mit der gesteigerten Leistung bzw. Effektivität solcher Abgasanlagen hinsichtlich der Beseitigung von Rußpartikeln auch eine (periodische und/oder kontinuierliche) Rege- neration der Filtersysteme erforderlich ist, bei der der Ruß in gasförmige Bestandteile überführt wird.

Bei der Regenerationen von Filtersystemen ist neben der intermittierenden Regeneration durch kurzzeitiges Aufheizen, das heißt Verbrennen des Rußes (katalytisch motivierte, oxidative Umsetzung), auch bekannt, Ruß mittels Stickstoffdioxid (NO ) umzuwandeln. Der Vorteil der kontinuierlichen Regeneration mit Stickstoffdioxid ist, dass die Umwandlung von Ruß hier bereits bei deutlich tieferen Temperaturen (insbesondere kleiner 250 °C) stattfinden kann. Aus diesem Grund ist die kontinuierliche Rege- neration in vielen Anwendungsfällen bevorzugt. Das führt jedoch zu dem Problem, dass sichergestellt sein muss, dass das Stickstoffdioxid im Abgas mit den angelagerten Rußpartikeln in ausreichendem Umfang in Kontakt kommt. Auch in diesem Zusammenhang ergeben sich technische Schwierigkeiten bei der Realisierung eines dauerhaften Betriebes solcher Abgasanlagen bei Kraftfahrzeugen, wobei die unterschiedlichen Belastungen der Verbrennungskraftmaschinen zu unterschiedlichen Abgasströmen, Abgaszusammensetzungen und/oder Temperaturen führen.

Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass bei der Bereitstellung solcher Komponenten für ein solches Ruß-Abscheide-System möglichst einfache Komponenten eingesetzt werden sollen, insbesondere auch solche, die sich im Rahmen einer Serienfertigung kostengünstig herstellen lassen. Außerdem ist gerade beim Design der Elektroden zu berücksichtigen, dass diese ggf. ausgerichtet in der Abgasleitung positioniert sein müssen, insbesondere so, dass ein unerwünscht hoher Staudruck bzw. eine unerwünschte Verwirbelung des Abgases im Bereich der Elektrode nicht eintritt.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in einem Abgassystem vorgeschlagen werden, die mit einfachen Mitteln und bekannten Technologien auch im Rahmen einer Serienfertigung bereitgestellt werden kann. Zudem soll die Vorrichtung leicht in eine Abgasleitung integrierbar sein, insbesondere so, dass eine gezielte Ausrichtung der Elektroden hin zum gewünschten elektrischen Feld bzw. der zugeordneten Partikelfalle ermöglicht ist.

Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln auf- geführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise mitein- ander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Fel- des in einem Abgassystem weist eine Abgasleitung auf, in der zumindest eine Elektrode angeordnet ist, die mit einer Stromversorgung kontaktiert ist. Dabei ist die zumindest eine Elektrode mit mindestens einem Metallblech gebildet, erstreckt sich die zumindest eine Elektrode in Strömungsrichtung des Abgases und alle Elektroden weisen in Strömungsrichtung des Abgases mehrere Vor Sprünge auf.

Bei dieser Vorrichtung handelt es sich insbesondere um einen Pol eines elektrostatischen Filters. Hierbei ist bevorzugt, dass das elektrische Feld (ggf. ein gepulstes) Gleichspannungsfeld ist. Dabei können insbesondere Spannungen im Bereich von 10 kV bis 30 kV [Kilo-Volt] generiert werden. Bei dem Abgassystem handelt es sich insbesondere um das einer mobilen Verbrennungskraftmaschine, insbesondere das eines Diesel-Motors eines Kraftfahrzeuges. Der Bereich der Abgasleitung, der mit einem entsprechenden elektrischen Feld ausgeführt wird, kann ggf. elektrisch isoliert sein, wobei dies in axialer Richtung der Abgasleitung verwirklicht sein kann, ebenso wie radial nach außen hin. Die zumindest eine Elektrode ist dabei im Innenraum der Abgasleitung positioniert, also in dem Raum, den das Abgas durchströmt. Die zumindest eine Elektrode ist dabei elektrisch mit einer Stromversorgung kontaktiert, bspw. mittels entsprechender elektrischer Leiter, Stecker, Lötverbindungen etc. Hierbei ist insbesondere auch eine elektrisch gekapselte Durchführung der Stromversorgung durch die Abgasleitung bevorzugt.

Für eine verbesserte Ausrichtung der Elektrode im Inneren der Abgaslei- tung und eine vereinfachte Herstellung sowie Kontaktierung der Elektrode wird nun vorgeschlagen, dass die Elektrode mit wenigstens einem Metallblech gebildet ist. Unter einem„Metallblech" wird insbesondere ein (flächiger) Streifen aus metallischem Flachmaterial verstanden. Das Metallblech kann dabei im Wesentlichen glatt bzw. eben ausgeführt sein, es ist aber auch möglich, dass das Metallblech strukturiert ist, also bspw. eine Wellung aufweist. Gerade im Hinblick auf die Fertigung von metallischen Wabenkörpern als Katalysator-Träger in Abgassystemen ist die Serienfertigung bereits sehr weit fortgeschritten, so dass hier eine präzise Ausgestaltung von ähnlich gestalteten Metallblechen bereits verwirklicht wurde. Dieses Fertigungswissen kann nunmehr genutzt werden, um solche Metallbleche auch als Elektroden auszuführen und zur Erzeugung eines entsprechenden elektrischen Feldes heranzuziehen. Hierfür ist das Metallblech mit entsprechenden Kontaktleitern, elektrischen Leitern, Lötpunkten und dergleichen auszuführen, so dass ggf. auch unter Einsatz isolierender Beschichtungen bzw. Einlagen für das Metallblech, ein vorgegebener Strompfad durch das Metallblech selbst ausgebildet werden kann. Selbstverständlich kommen hierbei entsprechend elektrisch leitende Materialien in Betracht. I Bevorzugt ist eine flächige Seite des Metallbleches parallel zur Strö- mungsrichtung des Abgases angeordnet. So stellt das Metallblech einen möglichst kleinen Strömungswiderstand für das strömende Abgas dar.

Das Metallblech ist insbesondere aus einem Material mit einem geringen ohmschen Widerstand, das kumulativ oder alternativ nur eine geringe Oxidationsfähigkeit besitzt. Das Metallblech soll bevorzugt aus einem homogenen Material bestehen, so dass ein gleichmäßiges Feld mit einer guten Ionisierungsfähigkeit an den Vorsprüngen ausgebildet wird. Das Metallblech weist bevorzugt eine Dicke von kleiner als 0,1 mm, besonders bevorzugt von kleiner als 0,065 mm, ganz besonders bevorzugt von kleiner als 0,035 mm auf. In diesem Zusammenhang wird als besonders bevorzugt angesehen, dass sich die zumindest eine Elektrode in Strömungsrichtung des Abgases erstreckt. Das heißt mit anderen Worten auch, dass das Metallblech so zur Strömungsrichtung des Abgases angeordnet ist, dass es einen möglichst kleinen Strömungswiderstand darstellt. Insofern ist die flächige Seite des Metallbleches insbesondere parallel zur Strömungsrichtung des Abgases angeordnet. In Folge dieser Anordnung und Ausführung der Elektrode können starke Verwirbelungen des Abgases beim Kontakt mit der Elektrode und/oder ein erhöhter Druckverlust beim Passieren des Abgases vermieden werden. Darüber hinaus weist die zumindest eine Elektrode in Strömungsrichtung des Abgases mehrere Vorsprünge auf. Ein entsprechender Vorsprung kann bspw. dadurch generiert werden, dass das Material der Metallbleche nah einer stirnseitigen Kante entfernt wird, bspw. herausgestanzt wird. Die verbleibenden Vorsprünge, die insbesondere in Richtung des elektrischen Feldes gerichtet sind, sind geeignet, lokale Zentren für das elektrische Feld zu bilden. Ggf. kann es auch sinnvoll sein, dass nur diese Vorsprünge mit entsprechenden elektrischen Leitern kontaktiert sind, wäh- rend restliche Teile des Metallbleches elektrisch isoliert sind. So kann die Stromleitung gezielt zu diesen Vorsprüngen erfolgen. Gerade in diesem Zusammenhang wird es als vorteilhaft angesehen, dass das Metallblech bzw. die Vorsprünge so mit Bezug auf die Abgasleitung angeordnet bzw. ausgerichtet sind, dass diese ein gleichmäßiges elektrisches Feld hin zu einer Kollektorelektrode, insbesondere einer nachgelagerten Partikelfalle, zur Folge haben. Ganz besonders bevorzugt ist dabei, dass nur ein (einzelnes) Metallblech vorgesehen ist, das jedoch mehrere Vorsprünge hat, die jeweils Elektrodenspitzen bilden. Insbesondere ist bevorzugt, dass der wenigstens eine Vorsprung eine Länge von 15 mm [Millimeter] bis 20 mm [Millimeter] in Strömungsrichtung aufweist, so dass ein Schwingen der Vorsprünge im Betrieb vermieden wird.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass mindestens drei Vorsprünge mit jeweils einem Abstand zu mindestens zwei benachbarten Vorsprüngen ausgebildet sind, wobei die Abstände im Wesentlichen gleich sind. Das bedeutet insbesondere, dass sich die Abstände höchstens um 10 % unterscheiden. Bevorzugt betragen die Abstände mindestens 10 mm, besonders bevorzugt mindestens 30 mm, ganz besonders bevorzugt mindestens 50 mm. Auf diese Weise wird ein sehr gleichmäßiges elektrisches Feld ausgebildet, das auf einen Querschnitt im Bereich der Vorsprünge gleichmäßig verteilt lokale Feldstärkenmaxima aufweist. Dazu müssen die Vorsprünge an dem Metallblech mit einer der Wicklung entsprechenden Entfernung zueinander angeordnet sein. Die relativ großen Abstände verhindern insbesondere auch, dass sich ein (unerwünschtes) elektrisches Feld zwischen den Vorsprüngen ausbildet. Bevorzugt bildet der wenigstens eine Vorsprung eine spitz zulaufende Elektrode, wobei die Spitze des Vorsprungs einem Winkel von höchstens 30°, bevorzugt von höchstens 20°, besonders bevorzugt von höchstens 10° aufweist. Zudem wird vorgeschlagen, dass die wenigstens eine Spitze des Vorsprungs quer zur Strömungsrichtung ausgerichtet ist, wobei Spitzen von verschiedenen Vorsprüngen in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sein können. Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Elektrode in einen Wabenkörper integriert ist. So ist es bspw. bekannt, metallische Wabenkörper bereitzustellen, bei denen zumindest teilweise strukturierte Lagen aus Metallfolien aufeinander gestapelt, gewickelt und/oder gewunden sind, um im wesentlichen parallele Kanäle auszubilden. Auch wenn diese Metallfolien des Wabenkörpers ggf. mit einer dünneren Materialdicke ausgeführt sein können, so ist doch die Wabenstruktur insgesamt relativ steif anzusehen, so dass mit diesen Metallfolien bzw. dem Wabenkörper die Elektrode mit dem Metallblech sicher fixiert werden kann. Im Ergebnis ist so möglich, dass der Wabenkör- per eine Art Stütz struktur für die Elektrode bzw. das Metallblech darstellt. Hierbei ist offensichtlich, dass die Elektrode ggf. gegenüber dem Wabenkörper elektrisch isoliert sein muss. Falls hierbei bspw. elektrisch isolierende Beschichtungen vorgesehen sind, können diese zudem als Grund für elektrische Leiter hin zur Elektrode dienen, die einfach auf die- se elektrische isolierende Beschichtung aufgetragen sind.

Gemäß einem besonders bevorzugtem Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, dass der zumindest einen Elektrode in Strömungsrichtung des Abgases eine Partikelfalle nachge- ordnet ist. Ganz besonders bevorzugt ist dabei, dass die hier (direkt) nachgeordnete Partikelfalle als eine Art Kollektorelektrode dient. Damit werden die Rußpartikel, die den Bereich zwischen der zumindest einen Elektrode und der Partikelfalle durchströmen, in dem dort positionierten elektrischen Feld aufgeladen und schließlich zum Filtermaterial der Parti- keif alle hin abgelenkt. Hierbei kann selbstverständlich gleichzeitig noch eine Agglomeration stattfinden. Bei der Partikelfalle handelt es sich insbesondere um einen so genannten offenen Nebenstromfilter, bei dem keine vollständig verschlossenen Strömungskanäle vorliegen. Die Partikelfalle ist vielmehr mit einem metallischen Vlies und metallischen Wellla- gen geformt, in denen Öffnungen, Leitstrukturen etc. vorgesehen sind. Die Leitstrukturen bilden dabei Strömungsengpässe in den Strömungspassagen, so dass die Verweilzeit bzw. Auftreffwahrscheinlichkeit für Rußpartikel im Inneren der Partikelfalle vergrößert wird. In diesem Zusammenhang wird auf die bekannten Patentveröffentlichungen der An- melderin verwiesen, die zur näheren Charakterisierung der Partikelfalle und/oder deren Regeneration herangezogen werden können; insbesondere wird hierzu vollumfänglich auf die Beschreibung aus den folgenden Dokumenten Bezug genommen: WO-A-01/80978; WO-A-02/00326; WO-A-2005/099867; WO-A-2005/066469; WO-A-2006/136431; WO-A-2007/140932.

Die Regeneration einer solchen Partikelfalle erfolgt dabei bevorzugt kontinuierlich auf Basis der CRT-Methode. Hierzu kann der Vorrichtung z. B. ein Oxidationskatalysator vorgeschaltet sein, in dem (auch) Stickstoffmo- noxid zu Stickstoffdioxid aufoxidiert wird, der dann mit dem Ruß in der Partikelfalle reagiert. Zudem ist auch möglich, dass eine solche oxidativ wirkende Beschichtung in der Partikelfalle selbst realisiert ist, entweder in einer Zone davon oder aber in allen Bereichen der Partikelfalle. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten aufzeigen, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Es zeigen schematisch: Fig. 1: eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt, und

Fig. 2: ein Detail einer weiteren Ausführungsvariante der Vorrichtung betreffend eine mit einer Wabenstruktur gebildeten Elektrode, Fig. 3 eine Aufsicht in Strömungsrichtung auf eine Ausführungsvariante der Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vor- richtung 1 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 2 in einem Abgassystem 3. Die Vorrichtung 1 umfasst dabei auch einen Bereich einer Abgas- leitung 4, in der zumindest eine Elektrode 5 angeordnet ist. Bei der hier gezeigten Ausführungsvariante sind mehrere Elektroden 5 in einen (einzelnen) Wabenkörper 10 integriert. Für die entsprechende elektrische Kontaktierung ist eine Stromversorgung 6 vorgesehen, die gegenüber der Abgasleitung 4 elektrisch isoliert durch den elektrischen Kontakt 12 hindurchgeführt wird. Die Elektroden 5 sind hierbei mit einem (gegebenenfalls separaten) Metallblech 7 gebildet, das sich im Wesentlichen parallel in Strömungsrichtung 8 des Abgases erstreckt und stirnseitig mehrere Vorsprünge 9 aufweist. Dabei wird zwischen den Elektroden 5 und der in Strömungsrichtung 8 nachfolgenden Partikelfalle 11 das gewünschte elektrische Feld 2 ausgebildet, in dem die Rußpartikel agglomerieren können bzw. aufgeladen werden. Die elektrisch geladenen Teilchen treffen dann auf die Partikelfalle 11, wo sie im bzw. am Filtermaterial bevor- zugt eingelagert und im Rahmen einer Regeneration in gasförmige Bestandteile umgesetzt werden. Ebenso sind hier die Vorsprünge 9 anhand ihrer Länge 16 bis hin zur Spitze 18 veranschaulicht, wobei die Spitze 18 einen Winkel 17 bildet. Fig. 2 veranschaulicht nun eine Ausführungsvariante der Vorrichtung 1, wobei die Elektroden 5 wieder in einem Wabenkörper 10 integriert sind. Gezeigt ist hierbei in perspektivischer Darstellung ein zylindrisches Gehäuse 13, in dem eine Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten (elektrisch inaktiven) Metallfolien (weiß dargestellt) und (elektrisch zu- mindest teilweise aktive) Metallbleche (schwarz angedeutet) angeordnet ist. Zwischen den Strukturen der Metallfolien bzw. Metallbleche sind dabei längs durchströmbare, im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Kanäle gebildet. Durch eine entsprechende Stromversorgung 6 durch das Gehäuse 13 hindurch kann ein elektrischer Kontakt hin zu dem gewünschten Metallblech 7 realisiert werden, so dass damit eine Stromzu- fuhr hin zu den Elektroden 5 gewährleistet ist. Die Elektroden 5 erstrecken sich dabei über eine Stirnseite hervor, wobei bevorzugt eine gleichmäßige Verteilung über den Querschnitt des Wabenkörpers 10 bevorzugt ist.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Aufsicht in bzw. gegen die Strömungsrichtung des Abgases auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Ein Wabenkörper 10 ist in einem Gehäuse 13 angeordnet. Der Wabenkörper 10 enthält wenigstens ein Metallblech 7, das Vorsprün- ge 9 ausbildet, welche als Elektrode 5 dienen. Über einen elektrischen Kontakt 12 können die Elektroden mit einer Spannung beaufschlagt werden. Jeder Vorsprung 9 weist mindestens einen ersten Abstand 14 und einen zweiten Abstand 15 zu benachbarten Elektroden 5 auf. Der erste Abstand 14 und der zweite Abstand 15 sind im Wesentlichen gleich, wo- bei die Vorsprünge 9 gleichmäßig über eine Stirnfläche des Wabenkörpers 10 verteilt sind.

Damit wurden die eingangs mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise gelöst. Insbesondere wurde eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in einem Abgassystem angegeben, die mit einfachen Mitteln und bekannten Technologien auch im Rahmen einer Serienfertigung bereitgestellt werden kann. Zudem ist die Vorrichtung leicht in eine Abgasleitung integrierbar, insbesondere so, dass eine gezielte Ausrichtung der Elektroden hin zum gewünschten elektrischen Feld bzw. der zugeordneten Partikelfalle ermöglicht ist.

Bezugszeichenliste

Vorrichtung

elektrisches Feld

Abgassystem

Abgasleitung

Elektrode

Stromversorgung

Metallblech

Strömungsrichtung

Vorsprung

Wabenkörper

Partikelfalle

elektrischer Kontakt

Gehäuse

erster Abstand

zweiter Abstand

Länge

Winkel

Spitze