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Beschreibung

Titel

Filterelement insbesondere zur Filterung von Abgasen einer Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Filterelement, insbesondere zur Filterung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , einen Partikelfilter und eine Abgasreinigungsanlage mit einem Filterelement sowie Verfahren zur Herstellung eines Filterelements und eines Partikelfilters.

Solche Filterelemente sind aus der DE 10 2004 007 040 Al und aus der DE 10 2004 007 041 Al bekannt. Diese Filterelemente weisen Strömungskanäle auf, durch die zu filterndes Abgas strömt. Bei einem Filterelement, das auf dem Wanddurchflussprinzip beruht, sind die Strömungskanäle wechselseitig geschlossen, so dass zu filterndes Abgas in einen eingangsseitig offenen und ausgangsseitig geschlossenen Einlasskanal und von dort über eine poröse Filterwand hinweg in einen benachbarten Auslasskanal, der eingangsseitig geschlossen und ausgangsseitig offen ist, strömt. Die in dem Abgas enthaltenen Partikel setzen sich an der Oberfläche der Filterwände ab. Mit zunehmender Partikelbeladung steigt der über dem Filterelement anliegende Druckverlust, so dass der sogenannte "Abgasgegendruck" steigt. übersteigt dieser einen zulässigen Grenzdruck, muss das Filterelement regeneriert werden.

Um den über dem Filterelement anliegenden Druckverlust zu erfassen, ist es bekannt, Drucksensoren zu verwenden, die dem Filterelement vor- und nachgeschaltet werden, um den Differenzdruck ermitteln zu können. Diese Art der Beladungserkennung hat jedoch den Nachteil, dass der gemessene Differenzdruck nicht nur durch die in dem Filterelement eingelagerte Partikelmenge bestimmt ist, sondern darüber hinaus von bei einer Abbrand-Regeneration des

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Filterelements entstehenden Ascherückständen. Zudem hängt der Differenzdruck auch von der jeweils anliegenden Abgasströmung ab.

Hierauf aufbauend werden in den eingangs genannten Druckschriften alternative Messverfahren vorgeschlagen, mit denen der Beladungszustand eines Filterelements, insbesondere eines

Dieselpartikelfilters, erfasst werden kann. Hierfür wird ein elektrisch nicht leitendes Filterelement mit Elektroden versehen, so dass elektrische Kenngrößen gemessen werden können, die im Zusammenhang mit dem Beladungszustand des Filterelements stehen. Diese Kenngrößen können beispielsweise Widerstands-, Kapazitäts- oder Induktivitätsänderungen des Filterelements betreffen.

Mit der Verwendung der Elektroden geht einher, dass zur Herstellung eines solchen Filterelements oder eines solchen Partikelfilters zusätzliche Fertigungsschritte erforderlich sind. Eine Montage der elektrisch leitenden Elemente wird zudem durch den bei Partikelfiltern üblicherweise begrenzten Bauraum erschwert.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonders einfach herstellbares Filterelement der eingangs genannten Art zu schaffen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einem eingangs genannten Filterelement dadurch gelöst, dass die elektrisch leitenden Elemente auf die Außenseite des Filterelements aufgedruckt sind.

Vorteilhafte Wirkungen

Das erfindungsgemäße Filterelement zeichnet sich zum Einen dadurch aus, dass die elektrisch leitenden Elemente in besonders einfacher Weise auf die Außenseite des Filterelements aufgebracht werden können. Zum Anderen hat das erfindungsgemäße Filterelement den Vorteil, dass die elektrisch leitenden Elemente in besonders niedriger Schichtstärke aufgetragen werden können, so dass ein nur minimaler zusätzlicher Bauraum beansprucht wird.

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Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass die elektrisch leitenden Elemente durch Sintern mit der Außenseite des Filterelements verbunden sind. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Filterelement hergestellt werden, indem ein Rohling beispielsweise im Extrusionsverfahren hergestellt wird, anschließend die elektrisch leitenden Elemente aufgedruckt werden und abschließend das extrudierte Filterelemente gemeinsam mit den elektrisch leitenden Elementen gesintert wird. Hierdurch ist gegenüber Filterelementen, die keine elektrisch leitenden Elemente aufweisen, nur ein zusätzlicher Fertigungsschritt erforderlich.

Die elektrisch leitenden Elemente können Kontaktflächen für eine außerhalb des Filterelements angeordnete Messanordnung umfassen. Diese Kontaktflächen können aus einem besonders gut leitenden Material gebildet sein, das vorzugsweise chemisch stabil und gegen Hitze unempfindlich ist. Mit Hilfe der Messanordnung können der Widerstand, die Kapazität und/oder die Induktivität des Filterelements gemessen werden, um Rückschlüsse auf den Beladungszustand des Filterelements ziehen zu können.

In vorteilhafter Weise sind die Kontaktflächen punkt- oder kreisförmig, so dass für eine Kontaktierung keine Vorzugsrichtung vorgegeben wird und die Kontaktflächen aus allen Richtungen gleich gut kontaktiert werden können.

Die elektrisch leitenden Elemente können auch mit den Kontaktflächen elektrisch verbundene Leitflächen umfassen. Diese Leitflächen schaffen einen großflächigen Kontakt mit der Außenseite des Filterelements. Dementsprechend können die Leitflächen mindestens 5 %, vorzugsweise mindestens 20 % der Außenseite des Filterelements überdecken.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich die Leitflächen ring- oder spiralförmig um das Filterelement herum. Auch hierdurch ist ein guter Kontakt zur Außenseite des Filterelements gewährleistet. Darüber hinaus können die Leitflächen auch bestromt werden, so dass die Leitflächen als elektrische Widerstände wirken, die das Filterelement erwärmen. Hierdurch kann eine Regeneration des Filterelements unter Abbrand abgelagerter Partikel unterstützt werden.

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Vorzugsweise ist das Filterelement aus einem keramischen Werkstoff, insbesondere aus Cordierit oder Siliziumcarbid gebildet.

Die Erfindung betrifft ferner einen Partikelfilter mit einem vorstehend beschriebenen Filterelement, wobei der Partikelfilter ein Gehäuse aufweist, dessen Gehäusewand das

Filterelement zumindest abschnittsweise umhüllt. Es wird vorgeschlagen, dass auf der dem Filterelement zugewandten Seite der Gehäusewand elektrische Kontaktelemente vorgesehen sind, die mit den Kontaktflächen des Filterelements zusammenwirken. Auf diese Weise wird die elektrische Kopplung einer externen Messanordnung mit den Kontaktflächen des Filterelements erleichtert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Kontaktelemente durch die Gehäusewand hindurch nach außen erstrecken, so dass sie in einfacher Weise mit einer außerhalb des Partikelfilters angeordneten Messanordnung kontaktierbar sind.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Filterelements sowie verschiedene Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Filterelements.

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

Abgasreinigungsanlage und mit einem Filterelement;

Figur 2 einen Längsschnitt des Filterelements;

Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines Partikelfilters mit einem Filterelement gemäß einer ersten Ausführungsform und

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Figur 4 eine perspektivische Ansicht eines Partikelfilters mit einem Filterelement gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Ausfuhrungsformen der Erfindung

In Figur 1 trägt eine Brennkraftmaschine das Bezugszeichen 10. Die Abgase werden über ein Abgasrohr 12 einer Abgasreinigungsanlage 14 zugeleitet. Diese umfasst einen Partikelfilter 16, mit dem Rußpartikel aus dem im Abgasrohr 12 strömenden Abgas herausgefiltert werden. Dies ist insbesondere bei Diesel-Brennkraftmaschinen erforderlich, um gesetzliche Bestimmungen einzuhalten.

Der Partikelfilter 16 umfasst ein insgesamt im Wesentlichen zylindrisches Filterelement 18.

In Figur 2 ist das Filterelement 18 in einem Längsschnitt dargestellt. Das Filterelement 18 kann beispielsweise als extrudierter Formkörper aus einem keramischen Material, wie zum Beispiel Cordierit, hergestellt werden.

Das Filterelement 18 wird in Richtung der Pfeile 20 von Abgas der Brennkraftmaschine 10 durchströmt. Eine Eintrittsfläche für das zu filternde Abgas trägt in Figur 2 das Bezugszeichen 22, eine Austrittsfläche für gefiltertes Abgas das Bezugszeichen 24.

Parallel zu einer Längsachse 26 des Filterelements 18 verlaufen mehrere Einlasskanäle 28 und Auslasskanäle 30. Die Einlasskanäle 28 sind an der Eintrittsfläche 22 offen und an der Austrittsfläche 24 geschlossen. Im Gegensatz dazu sind die Auslasskanäle 30 an der Austrittsfläche 24 offen und im Bereich der Eintrittsfläche 22 geschlossen.

Der Strömungsweg des ungereinigten Abgases führt also in einen der Einlasskanäle 28 und von dort über eine Filterwand 32 in einen der Auslasskanäle 30. Exemplarisch ist dies durch Pfeile 34 dargestellt.

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In Figur 3 ist der Partikelfilter 16 in einem teilmontierten Zustand dargestellt. Das Filterelement 18 weist auf seiner zylindrischen Außenseite 36 auf diese aufgedruckte, metallische Leitflächen 38 auf. Diese sind abschnittsweise zylindermantelförmig und überdecken einen Großteil der Oberfläche der Außenseite 36 des Filterelements 18.

Es sind insgesamt zwei Leitflächen 38 vorgesehen, die jeweils elektrisch verbunden sind mit kreisförmigen Kontaktflächen 40, die ebenfalls auf die Außenseite 36 des Filterelements 18 aufgedruckt sind. Die Leitflächen 38 und die Kontaktflächen 40 bilden elektrisch leitende Elemente 42.

Der in Figur 3 dargestellte Partikelfilter 16 umfasst ferner ein topfförmiges Gehäuse 44 mit einer zylindrischen Gehäusewand 46. In der Gehäusewand 46 sind kreisscheibenförmige Kontaktelemente 48 angeordnet, deren Lage im Hinblick auf die Anordnung der Kontaktflächen 40 abgestimmt ist. Die Kontaktelemente 48 durchdringen die Gehäusewand 46, so dass sie von außen von einer externen Messanordnung kontaktiert werden können und gleichzeitig auf ihrer dem Filterelement 18 zugewandten Seite die Kontaktflächen 40 kontaktieren können. Zwischen dem Filterelement 18 und dem Gehäuse 44 kann eine dämpfend wirkende, in der Zeichnung nicht dargestellte zusätzliche Materialschicht angeordnet sein, die beispielsweise aus einer Fasermatte gebildet ist. Es versteht sich, dass bei Anordnung einer solchen Materialschicht die Kontaktelemente 48 für einen Kontakt mit den Kontaktflächen 40 auch diese Materialschicht durchdringen.

Zur Montage des Partikelfilters 16 wird das Gehäuse 44 entsprechend einer Montagerichtung 50 auf das Filterelement 18 aufgeschoben. Im vollständig aufgeschobenen Zustand kommen die Kontaktelemente 48 mit den Kontaktflächen 40 in Kontakt.

In Figur 4 ist ein weiterer Partikelfilter 16 dargestellt, der in seinem wesentlichen Aufbau dem Partikelfilter 16 gemäß Figur 3 entspricht. Jedoch sind bei dem in Figur 4 dargestellten Partikelfilter 16 die Leitflächen 38 ringförmig ausgebildet und erstrecken sich über den gesamten Umfang der zylindrischen Außenseite 36 des Filterelements 18. Insbesondere die in Figur 4 dargestellte Anordnung der Leitflächen 38 kann verwendet werden, um diese Leitflächen für eine Erwärmung des Filterelements 18 zu bestromen. Die Kontaktierung der Leitflächen 38 für eine solche Bestromung kann auch über die Kontaktflächen 40 und die Kontaktelemente 48 erfolgen.