Beschreibung

Titel

Filterelement für einen Rußpartikelfilter und Verfahren zur Herstellung eines Filterelements

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Rußpartikelfilter nach dem Oberbegriff der nebengeordneten Ansprüche 1 und 4.

Wenn die Filterelemente aus einem keramischen Werkstoff hergestellt werden, so geschieht dies in der Regel durch Extrudieren. Dies bedeutet, dass der Filterkörper zunächst ein prismatisches Gebilde mit einer Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Kanälen ist. Damit das Abgas durch die zwischen den Kanälen befindliche Filterwände gezwungen wird, werden die sogenannten Eintrittskanäle an der Austrittsfläche des Filterkörpers verschlossen, während die Austrittskanäle an der Eintrittsfläche des Filterkörpers verschlossen werden. Das Verschließen der Eintrittskanäle erfolgt dabei nach dem Extrudieren. Verschlossen werden die Eintritts- und die Austrittskanäle durch Verschlussstopfen aus dem gleichen oder einem ähnlichen keramischen Material aus dem auch der Filterkörper extrudiert wurde. Diese Verschlussstopfen werden in die jeweiligen Kanäle hinein gedrückt. Da bei einem Filterelement teilweise mehrere hundert Kanäle vorhanden sind und alle Kanäle an einem Ende durch einen Verschlussstopfen verschlossen werden, müssen demzufolge mehrere hundert Verschlussstopfen in die Kanäle eingebracht werden. Dieses Verfahren ist naturgemäß sehr zeit- und damit kostenintensiv. Außerdem beinhaltet es eine große Fehleranfälligkeit.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements bereitzustellen, welches effektiver und kostengünstiger und außerdem mit einer geringeren Fehlerquote arbeitet als die herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Filterelements.

Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Filterelement bereitzustellen, dessen hydraulische Eigenschaften verbessert sind und bei dem die Filterleistung gegenüber herkömmlichen Filterelementen erhöht ist.

Diese Aufgabe wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Filterelements, insbesondere zur Filterung von Abgasen einer Dieselbrennkraftmaschine, mit einer Eintrittsfläche und einer Austrittsfläche, mit Eintrittskanälen und mit Austrittskanälen, wobei die Eintrittskanäle an der Eintrittsfläche beginnen und an der Austrittsfläche verschlossen sind, wobei die Austrittskanäle an der Eintrittsfläche verschlossen sind und an der Austrittsfläche enden, und wobei die Eintrittskanäle und die Austrittskanäle durch Filterwände aus einem offenporigen Material getrennt sind durch folgende Verfahrensschritte gelöst.

Extrudieren eines prismatischen Filterkörpers, Formen mindestens einer ersten Verschlussscheibe für die Eintrittsfläche, Formen mindestens einer zweiten Verschlussscheibe für die

Austrittsfläche, Aufsetzen der ersten Verschlussscheibe auf die Eintrittsfläche und der zweiten Verschlussscheibe auf die Austrittsfläche, und thermisches Behandeln des Filterelements.

Durch das Formen einer Verschlussscheibe, die so gestaltet ist, dass sie an der Eintrittsfläche beziehungsweise an der Austrittsfläche des Filterkörpers die Austrittskanäle beziehungsweise die Eintrittskanäle verschließt ist es möglich, durch das Aufsetzen nur einer Verschlussscheibe auf die Eintrittsfläche und einer Verschlussscheibe auf die Austrittsfläche alle Kanäle in der richtigen Weise zu verschließen. Dadurch ergibt sich eine sehr hohe Zeitersparnis beim Verschließen der Kanäle und außerdem sinkt die Ausschussrate beim Verschließen der Kanäle.

Wenn die erste oder die zweite Verschlussscheibe aus fertigungstechnischen Gründen oder anderen Gründen so dünn gefertigt werden muss, dass sie im Betrieb den herrschenden Drücken und Temperaturen nicht standhalten kann, können erfindungsgemäß mehrere Lagen von

Verschlussscheiben sowohl auf die Eintrittsfläche als auch auf die Austrittfläche aufgesetzt werden. Dadurch kann die erforderliche Festigkeit erreicht werden und es ergibt sich eine bessere Verbindung zwischen der den Filterwänden beziehungsweise den Eintritts- und den Austrittsflächen des Filterkörpers und den Verschlussscheiben.

Des Weiteren hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der aus Filterkörper und Verschlussscheiben zusammengesetzte Filterelement nach dem Trocknen einer Wärmebehandlung, insbesondere durch Sintern unterzogen wird.

Die erfmdungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls bei einem Filterelement mit einer Eintrittsfiäche und mit einer Austrittsfläche, mit Eintrittskanälen und mit Austrittskanälen, wobei die Eintrittskanäle an der Eintrittsfläche beginnen und an der Austrittsfiäche verschlossen sind, wobei die Austrittskanäle an der Eintrittsfiäche verschlossen sind und an der Austrittsfläche enden, und wobei die Eintrittskanäle und die Austrittskanäle durch Filterwände aus einem offenporigen Material getrennt sind, dadurch gelöst, dass an der Eintrittsfiäche und/oder der Austrittsfläche mindestens eine Verschlussscheibe vorhanden ist, und dass die Verschlussscheibe zum Verschließen der Eintrittskanäle und/oder der Austrittskanäle dient.

Das erfmdungsgemäße Filterelement, bestehend aus dem Filterkörper und den Verschlussscheiben ist fertigungstechnisch sehr viel einfacher zu beherrschen als herkömmliche Filterelemente und weist eine geringere Fehlerquote auf.

Es versteht sich von selbst, dass die mindestens eine Verschlussscheibe an der Eintrittsfiäche dort öffnungen aufweist, wo die Eintrittskanäle beginnen und dass die mindestens eine Verschlussscheibe an der Austrittsöffnung dort öffnungen aufweist, wo die Austrittskanäle enden.

Bei vielen Geometrien von Filterkörpern können sogar die Verschlussscheiben für die Eintrittsfiäche und die Austrittsflächen identisch geformt sein. Sie müssen lediglich anders verdreht oder verschoben zueinander auf die Eintrittsfiäche beziehungsweise die Austrittsfläche aufgesetzt werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden

Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüche entnehmbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung;

Figur 2 ein Filterelement im Längsschnitt und

Figur 3 ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemäßer Filterelements.

Ausfuhrungsformen 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 Filterelement 18 nach dem Stand der Technik 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 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Filterelements 18 dargestellt. Im rechten Teil der Figur 3 ist eine erfindungsgemäße zweite Verschlussscheibe 34 in einer Ansicht von vorne dargestellt. Bei einem zylindrischen Filterkörper 36 dessen Kanäle 28 und 30 jeweils einen quadratischen Querschnitt aufweisen hat die zweite Verschlussscheibe 34 die im rechten Teil der Figur 3 gezeigte Gestalt. Die schraffierten Flächen 38, von denen aus Gründen der übersichtlichkeit nicht alle mit Bezugszeichen versehen wurden, bestehen aus dem gleichen

Werkstoff wie der Filterkörper 36. Zwischen den Verschlussflächen 38 sind öffnungen 40 ausgespart.

Die zweite Verschlussplatte 34 wird nun so auf den Filterkörper 36 aufgesetzt, dass die Verschlussflächen 38 die Eintrittskanäle 28 an der Austrittsfläche 24 verschließen und die öffnungen 40 die Austrittskanäle 30 an der Austrittsfläche 24 freigeben.

In entsprechender Weise verschließt eine erste Verschlussplatte 42, welche an der Eintrittsfiäche 22 angeordnet wird, die Austrittskanäle 30, während sie öffnungen 40 am Anfang der Eintrittskanäle 28 aufweisen.

Dadurch, dass die erste Verschlussplatte 42 und die zweite Verschlussplatte 34 als separates Formteil ausgebildet werden, ist es möglich durch das Aufsetzen lediglich einer ersten Verschlussplatte 22 und einer zweiten Verschlussplatte 24 den Filterkörper 36 so auszugestalten, dass die Eintrittskanäle 28 an der Austrittsfläche 24 verschlossen werden und die Austrittskanäle 30 an der Eintrittsfiäche 22 verschlossen werden. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Beschleunigung des Produktionsprozesses. Das fehlerhafte Verschließen von Kanälen wird nahezu unmöglich.

Da die Verschlussscheiben 42 und 34 an die auf die Eintrittsfiäche 22 und 24 aufgesetzt werden, und nicht, wie bei herkömmlichen Filterelementen, durch in die Kanäle 28, 30 eingepresste Verschlussstopfen verschlossen wird, wird die wirksame Filterfläche des Filterkörpers 36 nicht verkürzt. Dadurch ergibt sich eine bei gleicher Baulänge des Filterkörpers 36 eine größere Filterfläche und somit ein leistungsfähigeres Filterelement 18. Da die Dicke der Verschlussscheiben 42 und 24 auch kleiner ist als die Länge der Verschlussstopfen, die üblicherweise in die Kanäle 28 und 30 eingeführt werden, ist, kann auch die Gesamtbaulänge des Filterelements 18, bestehend aus Filterkörper 36 und Verschlussscheiben 42 und 34, reduziert werden.

Das Aufsetzen der Verschlussscheiben 42 und 34 auf den Filterkörper 36 erfolgt, wenn sowohl der Filterkörper 36 als auch die Verschlussscheiben 42 und 34 noch feucht sind, so dass sich die Verschlussscheiben 42 und 34 während des anschließenden Trocknungsvorgangs mit dem Filterkörper 36 verbinden. Diese Verbindung wird durch eine anschließende Wärmebehandlung,

wie beispielsweise Sintern, noch weiter gefestigt, so dass sich im Ergebnis eine sehr stabile Verbindung zwischen Verschlussscheiben 42 und 34 sowie Filterkörper 36 ergibt.

Ein weiterer, nicht zu unterschätzender Vorteil des erfindungsgemäßen Filterelements ist darin zu sehen, dass die Verschlussscheiben 42 und 34 in ihrer Dicke D relativ gering ausfallen, so dass der Unterschied zwischen der Dicke D der Verschlussscheiben 42 und 34 zu der Dicke der Filterwände 31 relativ gering ist. Infolgedessen sind die thermischen Spannungen, die sich auf Grund von ungleichen Temperaturverteilungen ergeben, im Bereich der Eintrittsflächen 22 und der Austrittsfläche 24 geringer als bei herkömmlichen Filterelementen bei denen sich im Bereich der Eintrittsfläche 24 und der Austrittsfläche 24 durch die Verschlussstopfen eine relativ große Ansammlung von keramischem Werkstoff auf engstem Raum befindet.