KOHBERG, Carsten (Siegenstrasse 204, Dortmund, 44539, DE)
LÜCKING, Christof (Höhenstrasse 2, Wetter, 58300, DE)
MEISOHLE, Karl-Heinrich (Im Grünen Winkel 14, Unna, 59423, DE)
SCHUMACHER, Uwe (Nequamweg 6, Soest, 59494, DE)
WOIKI, Dirk (Wilhelm-Heinrich-Weg 39, Düsseldorf, 40231, DE)
GEHRKE, Lars (Feldhernstrasse 1, Dortmund, 44147, DE)
KOHBERG, Carsten (Siegenstrasse 204, Dortmund, 44539, DE)
LÜCKING, Christof (Höhenstrasse 2, Wetter, 58300, DE)
MEISOHLE, Karl-Heinrich (Im Grünen Winkel 14, Unna, 59423, DE)
SCHUMACHER, Uwe (Nequamweg 6, Soest, 59494, DE)
WOIKI, Dirk (Wilhelm-Heinrich-Weg 39, Düsseldorf, 40231, DE)
| Patentansprüche
1. Partikelfilterkörper eines Abgaspartikelfilters zur Filterung von Brennkraftmaschinenabgas, aufgebaut aus einer Vielzahl von stapeiförmig angeordneten Filterplatten (1) mit jeweils einem Durchgangsloch (2) und einer im Wesentlichen geradlinig oder annähernd gleichmäßig gekrümmten äußeren Umfangskontur (9) , wobei in Stapelrichtung abwechselnd benachbarte Filterplatten (1) verbindende geschlossene Verbindungslinien entlang der äußeren Umfangskonturen (9) und entlang der Umfangskontu- ren (10) der Durchgangslöcher (2) vorgesehen sind und abwechselnd nach außen öffnende Filtertaschen (8) und nach innen öffnende Filtertaschen (3) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich wenigstens über den überwiegenden Teil der Stapellänge erstreckende Stabilisierungsstruktur vorgesehen ist, durch welche eine Mehrzahl von Filterplatten (1) mechanisch miteinander in Verbindung steht.
2. Partikelfilterkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsstruktur aus den Verlauf der äußeren Umfangskontur unterbrechenden laschenförmigen Erweiterungen (12) von Filterplatten (1) aufgebaut ist, wobei eine laschenförmige Erweiterung (12) einer ersten Filterplatte (1) mit einer laschenförmigen Erweiterung (12) wenigstens einer zweiten Filterplatte (1) verbunden ist.
3. Partikelfilterkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsstruktur aus miteinander in Verbindung stehenden Eckbereichen (17) verschiedener Filterplatten (1) aufgebaut ist.
4. Partikelfilterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsstruktur als Strebe (18; 18a; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f) ausgebildet ist, welche mit einer Mehrzahl von Filterplatten (1) an deren äußerer Umfangs- kontur (9) und/oder an der Umfangskontur (10) der Durchgangslöcher verbunden ist.
5. Partikelfilterkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strebe (18; 18a; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f) über ein nachgiebiges Dämpfungsmaterial (20) mit den Filterplatten (1) verbunden ist.
6. Partikelfilterkörper nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strebe (18e) kammförmig ausgebildet ist, wobei Zinken (22) der kammförmigen Strebe (18e) in-die nach außen öffnenden Filtertaschen (8) und/oder in die nach innen öffnenden Filtertaschen (3) eingreifen.
7. Partikelfilterkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strebe (18f) leiterförmig mit zwei parallel verlaufenden Stäben (23) mit gekrümmten, die Stäbe (23) verbindende Sprossen (24) ausgebildet ist, wobei die Sprossen (24) in die nach außen öffnenden Filtertaschen (8) und/oder in die nach innen öffnenden Filtertaschen (3) eingreifen.
8. Partikelfilterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsstruktur aus die Filterplatten (1) in Stapelrichtung durchdringenden Stäben (25) aufgebaut ist.
9. Partikelfilterkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe (25) eine Riffelung aufweisen.
10. Partikelfilterkörper nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe (25) einen Längsschlitz aufweisen und durch Aufspreizung kraftschlüssig zur Anlage an eine Umfangs- kontur von Durchgangsbohrungen der Filterplatten (1) gebracht sind. |
Partikelfilterkörper zur Filterung von Brennkraftmaschinenabgas
Die Erfindung betrifft einen Partikelfilterkörper zur Filterung von Brennkraftmaschinenabgas nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2004 037 706 Al ist ein Partikelfilterkörper zur Filterung von Brennkraftmaschinenabgas bekannt, welcher aus einer Vielzahl von stapeiförmig angeordneten Filterplatten aufgebaut ist. Die Filterplatten weisen jeweils ein Durchgangsloch und eine im Wesentlichen geradlinig oder annähernd gleichmäßig gekrümmte äußere Umfangskontur auf. In Stapelrichtung sind abwechselnd benachbarte Filterplatten verbindende geschlossene Verbindungslinien entlang der äußeren Umfangskonturen und entlang der Umfangskonturen der Durchgangslöcher vorgesehen und es sind abwechselnd nach außen öffnende Filtertaschen und nach innen öffnende Filtertaschen ausgebildet .
Im Abgassystem von Kraftfahrzeugen verbaute Abgaspartikelfilter sind beim Betrieb mechanischen Beanspruchungen aufgrund unvermeidlicher Erschütterungen ausgesetzt, die zu Beschädigungen beispielsweise durch Rissbildung führen können, welche die Wirksamkeit eines entsprechenden Partikelfilterkörpers vermindern oder ihn unbrauchbar machen können.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Partikelfilterkörper der oben genannten Art anzugeben, der einen weitgehend erschütterungsunempfindlichen Aufbau aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Partikelfilterkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Partikelfilterkörper gemäß Anspruch 1 weist charakteristischerweise eine sich wenigstens über den überwiegenden Teil der Stapellänge erstreckende Stabilisierungsstruktur auf, durch welche eine Mehrzahl von Filterplatten mechanisch miteinander in Verbindung steht. Infolge der Verbindung mehrerer Filterplatten miteinander durch die vorzugsweise schlank ausgeführte erfindungsgemäße Stabilisierungsstruktur weist der Partikelfilterkörper eine verbesserte ' mechanische Stabilität auf. Die Schwingfähigkeit der Filterplatten ist durch die Stabilisierungsstruktur vermindert und der Partikelfilterkörper ist dadurch weitgehend unempfindlich gegen Erschütterungen. Die Empfindlichkeit gegenüber Beschädigungen infolge von Lastwechselbeanspruchungen, wie sie in Kraftfahrzeugen häufig auftreten, wird stark reduziert und die Dauerhaltbarkeit verbessert. Die durch die Stabilisierungsstruktur erzielte mechanische Verbindung der Filterplatten kann reibschlüssiger, formschlüssiger und/oder mate- rialschlüssiger Natur -sei-n. - -
Die Filterplatten sind vorzugsweise als Sintermetallfilterplatten ausgebildet. Diese Art von Filterplatten ist besonders geeignet zur Filterung von heißem und korrosivem Brennkraftmaschinenabgas und weist überdies infolge des gitterför- migen metallischen Trägermaterials von vornherein gute mechanische Stabilitätseigenschaften auf. Vorzugsweise weisen die Filterplatten eine zumindest annähernd rechteckige äußere Umfangskontur auf. Eine annähernd rund oder oval ausgebildet
äußere Umfangskontur ist ebenfalls möglich. Mit derartig geformten Filterplatten lassen sich Partikelfilterkörper mit einer einfachen Geometrie aufbauen, welche leicht in einem Gehäuse untergebracht werden können, was eine kompakte Aus ¬ führung des entsprechenden Abgaspartikelfilters ermöglicht. Die Form der Durchgangslöcher kann beliebig sein, bevorzugt sind jedoch runde, ovale oder tropfenförmige Durchgangslöcher. Die Filterplatten können ein oder mehrere Durchgangslöcher aufweisen. Ist nur ein einziges Durchgangsloch vorgesehen, so ist dieses vorzugsweise etwa mittig in der Filterplattenfläche angeordnet. Entlang der äußeren Umfangskontur und der Umfangskontur der Durchgangslöcher sind zwei benachbarte Filterplatten miteinander, beispielsweise durch eine Schweißnaht, gasdicht verbunden. Infolge der in Stapelrichtung des Partikelfilterkörpers abwechselnd entlang der äußeren Umfangskontur und der Umfangskontur der Durchgangslöcher vorhandenen Verbindung von Filterplatten entsteht ein zieh- harmonikaähnlicher Aufbau mit Filterplattenpaaren und mit nach außen öffnenden Filtertaschen, in welche zu filterndes Abgas einströmen kann und nach innen öffnenden Filtertaschen für gefiltertes Abgas, welches über die Durchgangslöcher zu einer Endplatte geführt wird und dort aus dem Partikelfilterkörper austreten kann.
JDie einzelnen- Filterplatten sind vorzugsweise -im-Wesentlichen eben ausgebildet und weisen bevorzugt eine aus der Filterplattenebene heraus ragende Prägung auf. Die Prägung kann dabei der mechanischen Abstützung gegenüber einer benachbarten Filterplatte dienen. Eine vorzugsweise wellenförmig oder noppenförmig ausgebildete Prägung hat sich zusätzlich in Bezug auf die Strömungsverhältnisse im von zwei benachbarten Filterplatten gebildeten Zwischenraum als vorteilhaft erwiesen.
In Ausgestaltung der Erfindung ist die Stabilisierungsstruktur aus den Verlauf der äußeren Umfangskontur unterbrechenden laschenförmigen Erweiterungen von Filterplatten aufgebaut, wobei eine laschenförmige Erweiterung einer ersten Filterplatte mit einer laschenförmigen Erweiterung wenigstens einer zweiten Filterplatte verbunden ist. Unter einer laschenförmi ¬ gen, den Verlauf der Umfangskontur unterbrechenden Erweiterung wird dabei ein lokal aus der äußeren Umfangskontur abragendes Flächenelement verstanden, welches klein gegenüber der Gesamtfläche der Filterplatte ist. Vorzugsweise ragt das Flächenelement zumindest im Ausgangszustand in der Ebene der Filterplatte von der ansonsten annähernd glatt verlaufenden äußeren Umfangskontur ab. Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein Abbiegen oder Abknicken des Flächenelements ermöglicht ist. Vorzugsweise ist die Erweiterung so dimensioniert, dass nach Abbiegen oder Abknicken eine Verbindung mit einer Erweiterung einer benachbarten gleichartigen Filterplatte des Partikelfilterkörpers gegeben ist. Auf diese Weise wird eine Stabilisierungsstruktur erzielt, über welche eine Mehrzahl von Filterplatten untereinander in Verbindung steht. Die laschenförmige Erweiterung weist vorzugsweise eine halbrunde, halbovale oder eckige Form auf, wobei eine Lochung vorgesehen sein kann.
Vorzugsweise -ist vorgesehen, dass die -laschenförmige Erweite-^ rung einer Filterplatte mit einer solchen einer anderen, vorzugsweise der analogen eines benachbarten Filterplattenpaares mechanisch verbunden werden kann bzw. verbunden ist. Es kann jedoch auch eine Verbindung bzw. Befestigung der laschenförmigen Erweiterung an einem entlang des Partikelfilterkörpers verlaufenden Stützelement, beispielsweise in Form eines Stabes oder am Gehäuse für den Partikelfilterkörper vorgesehen sein. In beiden Fällen wird eine mechanische Stabilisierung der Filterplatten erreicht und deren Schwingfähigkeit vermin-
dert. Auf diese Weise ist der Aufbau eines gegen Erschütterungen weitgehend unempfindlichen Abgaspartikelfilters ermöglicht. Für jeweils eine Filterplatte können selbstverständlich mehrere laschenförmige Erweiterungen vorgesehen sein. Dadurch ergeben sich mehrere Befestigungsmöglichkeiten für die Filterplatte, wodurch die mechanische Stabilität weiter erhöht ist.
Die laschenförmige Erweiterung oder die Erweiterungen können als lokale Erweiterung des Filterplattenmaterials ausgebildet sein. Damit ist die laschenförmige Erweiterung einer Filterplatte aus dem gleichen Material wie die Filterplatte selbst bzw. deren Träger aufgebaut. Dies ermöglicht eine Fertigung einer Filterplatte mit Erweiterung aus einem Zuschnitt. Die Erweiterung oder die Erweiterungen können auch als separate, an der Filterplatte befestigte Laschenelemente ausgebildet sein. Die Laschenelemente können somit nach Fertigstellung der Filterplatte nachträglich, beispielsweise durch Punkt- schweißung angebracht werden. Auf diese Weise wird eine Behinderung des Fertigungsprozesses infolge abragender Filterplattenbestandteile vermieden .
Im Fall einer Filterplatte mit zumindest annähernd rechteckiger äußerer Umfangskontur ist die Erweiterung vorzugsweise an einer Ecke- und/oder annähernd mittig an einer Längsseite der äußeren Umfangskontur angeordnet. Im Fall einer annähernd rund oder oval ausgebildet äußeren Umfangskontur sind die Erweiterungen vorzugsweise mit annähernd gleichmäßigem Abstand entlang der äußeren Umfangskontur angeordnet. Dadurch können mechanische Spannungskräfte in vorteilhafter Weise gleichmäßig verteilt in Bezug auf die Filterplatte aufgenommen werden. Dadurch werden mechanische Spannungen wirksam vermindert.
Generell kann eine laschenförmige Erweiterung einer Filterplatte sowohl mit einer analogen des direkt benachbarten Filterplattenpaares, als auch mit einer solchen des übernächsten Plattenpaares verbunden sein. Eine Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher zwei miteinander verbundene Erweiterungen direkt benachbarten Filterplattenpaaren zugeordnet sind, ist jedoch bevorzugt. Auf diese Weise ragen die Erweiterungen weniger stark ab, was die mechanische Handhabbarkeit erleichtert. Typischerweise sind zumindest ein Großteil der Filterplatten bzw. Filterplattenpaare über laschenförmige Erweiterungen miteinander verbunden. Auf diese Weise ist eine besonders stabile Versteifung in Stapelrichtung des Partikelfilterkörpers gegeben. Dadurch können Schwingungen der Filterplatten wirksam vermieden und die mechanische Stabilität erhöht werden. Die laschenförmigen Erweiterungen sind vorzugsweise derart miteinander verbunden, dass eine geschlossene Verbindungsbrücke ausgebildet wird. Die Verbindung kann form-, stoff- und/oder kraft- bzw. reibschlüssig ausgebildet sein. Vorteilhaft ist eine Schweißverbindung von laschenför- migen Erweiterungen verschiedener Filterplatten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Stabilisierungsstruktur aus miteinander in Verbindung stehenden Eckbereichen verschiedener Filterplatten aufgebaut. Hierzu sind Eckbereiche einer vorzugsweise rechteckig geformten-Filter- platte derart umgebogen oder umgekantet, dass sie mit einem analogen Eckbereich einer weiteren Filterplatte in Verbindung stehen. Eine Verbindung über umgebogene oder umgekantete Randbereiche von Filterplatten ist ebenfalls möglich.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Stabilisierungsstruktur als Strebe ausgebildet, welche mit einer Mehrzahl von Filterplatten an deren äußerer Umfangskontur und/oder an der Umfangskontur der Durchgangslöcher verbunden
ist. Die Strebe kann beispielsweise als Flachmaterial, als Stab oder als Eckstrebe mit L-Profil ausgebildet sein. Die Verbindung der Filterplatten untereinander über die Strebe erfolgt vorzugsweise durch Verschweißungen. Eine einfache, jedoch vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich durch Einsatz eines oder mehrerer Blechstreifen, die entlang der Stapelrichtung anliegend außenseitig oder im Durchgangsloch des Partikelfilterkörpers angeordnet sind und an den Kontaktstellen mit den Filterplatten über Schweißverbindungen mit diesen verbunden sind. Auf eine Verschweißung der Strebe mit den Filterplatten an der äußeren Umfangskontur bzw. an der Umfangskontur der Durchgangslöcher kann verzichtet werden, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Strebe über ein nachgiebiges Dämpfungsmaterial mit den Filterplatten verbunden ist. Das Dämpfungsmaterial ist vorzugsweise eingeklemmt zwischen der Strebe und der äußeren Umfangskontur bzw. an der Umfangskontur der Durchgangslöcher angeordnet. Dadurch ergibt sich eine reibschlüssige Verbindung der Filterplatten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Strebe kamm- förmig ausgebildet, wobei Zinken der kammförmigen Strebe in die nach außen öffnenden Filtertaschen und/oder in die nach innen öffnenden Filtertaschen eingreifen. Dabei kommen die Zinken in reibschlüssigen Kontakt mit den entsprechenden Filterplatten. Eine_ besonders wirkungsvolle Stabilisierung der Filterplatten wird durch keilförmige Zinken erreicht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Strebe lei- terförmig mit zwei parallel verlaufenden Stäben mit gekrümmten, die Stäbe verbindende Sprossen ausgebildet, wobei die Sprossen in die nach außen öffnenden Filtertaschen und/oder in die nach innen öffnenden Filtertaschen eingreifen. Infolge der gekrümmten Form der Sprossen wird eine punktuelle Beanspruchung an den Kontaktstellen der Filterplattenflächen ver-
mieden. Vorzugsweise stehen im montierten Zustand die Stäbe einer sich entlang der Stapelrichtung erstreckenden leiter- förmigen Strebe an den äußeren Umfangskonturen bzw. an den Umfangskonturen der Durchgangslöcher von mehreren oder allen Filterplatten eines Partikelfilters in kraft- oder stoffschlüssigem Kontakt, wodurch eine Verbindung einer Mehrzahl von Filterplatten miteinander gegeben ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Stabilisierungsstruktur aus die Filterplatten in Stapelrichtung durchdringenden Stäben aufgebaut. Hierfür weisen die Filterplatten in Stapelrichtung fluchtende Durchgangsbohrungen auf, in welche die Stäbe eingesteckt werden. Auf diese Weise wird eine Bewegung der Filterplatten in der Plattenebene vermieden oder zumindest behindert. Durch eine kraft- oder stoffschlüssige Verbindung der Stäbe am Rand der Durchgangsbohrungen können Bewegungen auch in Stapelrichtung vermieden werden, wodurch eine besonders wirksame Stabilisierung erzielt wird. Eine vorteilhafte Verbindung der Stäbe mit den Filterplatten wird erzielt, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Stäbe eine Riffelung aufweisen. Die Riffelung ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich eine Verzahnung mit den Filterplatten durch Eingreifen in die nach außen öffnenden Filtertaschen und/oder in die nach innen öffnenden Filtertaschen ergibt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Stäbe einen Längsschlitz auf und sind durch Aufspreizung kraftschlüssig zur Anlage an eine Umfangskontur von Durchgangsbohrungen der Filterplatten gebracht. Diese Ausführungsform erleichtert eine Montage der Stäbe, da diese in einem nicht aufgespreiztem Ausgangszustand auf einfache Weise in die Durchgangsbohrungen mit geringfügig größerem Durchmesser eingeführt werden können. Eine Verbindung der Filterplatten
untereinander ist anschließend durch Aufspreizen der Stäbe ermöglicht .
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Dabei wird ohne Einschränkung der Allgemeinheit davon ausgegangen, dass der erfindungsgemäße Partikelfilterkörper aus Sintermetallfilterplatten aufgebaut ist.
Dabei zeigen:
Fig. Ia eine beispielhafte Grundform einer Filterplatte für einen Partikelfilterkörper,
Fig. Ib eine schematische Längsschnitt-Darstellung eines aus Filterplatten nach Fig. Ia aufgebauten Partikeifilterkörpers,
Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer Filterplatte für einen Partikelfilterkörper mit Elementen einer Stabilisierungsstruktur im Ausgangszustand, Fig. -3a eine Querschnittsdarstellung eines Partikelfilterkörpers aufgebaut aus Filterplatten im Ausgangszustand gemäß Fig. 2,
Fig. 3b eine Querschnittsdarstellung analog Fig. 3a mit fertiggestellter Stabilisierungsstruktur,
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer Filterplatte für einen Partikelfilterkörper mit Stabilisierungsstruktur,
Fig. 5 eine schematische Perspektivansicht eines Partikel ¬ filterkörpers mit einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform einer Stabilisierungsstruktur,
Fig. 6 eine schematische Schnittansicht eines Ausschnitts Partikelfilterkörpers mit einer vorteilhaften Variante einer Stabilisierungsstruktur gemäß Fig. 5,
Fig. 7a eine schematische Darstellung eines Partikelfilterkörpers mit strebenförmigen Stabilisierungsstrukturen, welche Filterplatten eines Partikelfilterkörpers an der Umfangskontur von deren Durchgangslöchern miteinander verbindet,
Fig. 7b eine schematische Darstellung eines Partikelfilterkörpers mit einer rohrförmigen Stabilisierungsstruktur, welche Filterplatten eines Partikelfilterkörpers an der Umfangskontur von deren Durchgangslöchern miteinander verbindet,
Fig. 8a eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer kammförmigen Strebe als Stabilisierungsstruktur für einen Partikelfilterkörper,
Fig. 8b eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer kammförmigen Strebe als Stabilisierungsstruktur für einen Partikelfilterkörper,
Fig. 9a eine schematische Darstellung einer leiterförmig aufgebauten S-trebe als -Stabilisierungsstruktur für einen Partikelfilterkörper,
Fig. 9b eine schematische dargestellte Draufsicht auf einen Partikelfilterkörper, der mit einer Strebe gemäß Fig. 9a versehen ist,
Fig. 10 eine schematische dargestellte Draufsicht auf einen Partikelfilterkörper mit einer Stabilisierungsstruktur, die aus die Filterplatten des Partikelfilterkörpers durchdringenden Stäben aufgebaut ist,
Fig. 11 eine Querschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines Partikelfilterkörpers mit einer Stabilisierungsstruktur gemäß Fig. 10,
Fig. 12 eine Querschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Partikelfilterkörpers mit einer Stabilisierungsstruktur gemäß Fig. 10 und
Fig. 13a bis 13d Bestandteile einer vorteilhaften
Ausführungsform für eine Stabilisierungsstruktur zur Ausbildung eines Partikelfilterkörpers gemäß Fig. 10.
Fig. Ia zeigt schematisch eine Grundform einer Sintermetallfilterplatte 1, wie sie zur Ausbildung eines Partikelfilterkörpers für ein Abgaspartikelfilter typischerweise verwendet wird. Die Sintermetallfilterplatte 1 ist vorzugsweise als plattenförmiger Zuschnitt eines filterwirksamen porösen Materials mit vergleichsweise geringer Dicke im Millimeterbereich ausgebildet. Vorzugsweise ist das entsprechende Material im Sinne eines Oberflächenfilters filterwirksam. Das Material kann beispielsweise aus mit einander verwobenen Fasern aufgebaut und gegebenenfalls durch Verstärkungseinlagen mechanisch stabilisiert sein. Vorzugsweise wird jedoch ein flacher metallischer Träger mit einer Vielzahl von kleinen öffnungen, etwa in der Form eines Gitters oder eines „Siebes eingesetzt. Der Träger kann auch in Form einer Matte-, aufgebaut aus miteinander verwobenem Drahtmaterial oder in Form eines gitterförmigen Streckmetalls vorliegen. Auf den Träger können poröse Fasermatten aufgebracht sein, die mit dem Träger eine mehrlagige Verbundstruktur bilden. Vorzugsweise sind die öffnungen des Trägers jedoch mit einem körnigen Material ausgefüllt, dessen Verbund durch einen Sinter- prozess erzielt ist. Die äußere Form des Filterplattenzuschnitts ist an die Einbauanforderungen für den zu bildenden Partikelfilterkörper angepasst. In dem in Fig. 1 dargestell-
ten Fall ist die Filterplatte 1 kreisrund ausgeführt und weist ein ebenfalls kreisrundes Durchgangsloch 2 auf. Die äußere Umfangskontur 9 und die Umfangskontur 10 des Durchgangsloches sind daher ebenfalls rund. Das Durchgangsloch 2 ist im vorliegenden Fall zentral auf der Sintermetallfilterplatte 1 angeordnet. Hinsichtlich der Gestaltungsmöglichkeit der äußeren Form und der Form und Anordnung des Durchgangsloches 2 ist jedoch im Allgemeinen eine große Variabilität gegeben. Die Filterplatten 1 bzw. die Durchgangslöcher 2 können je nach Anforderungen rund, oval, rechteckig oder als Vieleck ausgebildet sein. Die Filterplatte 1 kann auch abweichend von der in Fig. Ia dargestellten Ausführung zwei oder mehrere Durchgangslöcher 2 aufweisen.
Zur Ausbildung eines Partikelfilterkörpers werden eine Vielzahl von gleichen Filterplatten 1 wechselseitig miteinander verbunden, so dass sich eine stapeiförmige Anordnung ergibt. In dieser weist, abgesehen von den endständigen Filterplatten jede Filterplatte 1 zwei nächste Nachbarn auf. Die Verbindung der Filterplatten 1 erfolgt in der Weise, dass eine Filterplatte 1 ringsum entlang ihrer äußeren Umfangskontur mit ihrem ersten Nachbarn Ia beispielsweise durch Verschweißung verbunden ist. Ferner ist diese Filterplatte 1 ringsum entlang der Umfangskontur des Durchgangslochs 2 mit ihrem zweiten Nachbarn Ib beispielsweise durch Verschweißung verbunden. . . - - - - - -
In Fig. Ib ist schematisch ein auf diese Weise gebildeter Partikelfilterkörper 4 mit Filterplatten gemäß Fig. Ia im Längsschnitt dargestellt, wobei lediglich eine Filterplatte 1 mit dem entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet ist. Zu erkennen ist, dass sich durch die paarweise Verbindung der Filterplatten 1 abwechselnd hintereinander angeordnete nach innen öffnende Filtertaschen 3 und nach außen öffnende Filtertaschen 8 ausbilden. Der Partikelfilterkörper 4 weist bei
vorzugsweise eingesetzten achsensymmetrischen oder punkt- syπunetrischen Filterplatten 1 eine Mittellängsachse 7 auf. Zur Ausbildung eines Abgaspartikelfilters wird der Partikel ¬ filterkörper 4 in ein nicht dargestelltes Gehäuse eingebaut, so dass eine Integration in ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) erfolgen kann.
Wie durch die Pfeile 5 angedeutet, erfolgt eine bezüglich des Partikelfilterkörpers 4 etwa radiale Einströmung in die nach außen öffnenden Filtertaschen 8 und weiter durch die Filterplatten 1 in die nach innen öffnenden Filtertaschen 3 und damit ins Innere des Partikelfilterkörpers 4. Mit dem Durchtritt durch die porösen Filterplatten 1 erfolgt eine Filterung des Abgases. Im Abgas enthaltene Partikel lagern sich außenseitig in Bezug auf den Partikelfilterkörper 4 auf den Filterplatten 1 ab. Durch die Durchgangslöcher 2 erfolgt eine Ableitung gefilterten Abgases entsprechend der durch den Pfeil 6 dargestellten Hauptabgasströmungsrichtung. Eine Ableitung in beide axialen Richtungen ist jedoch ebenfalls möglich.
üblicherweise wird zur Erzielung einer guten Filterwirkung eine hohe Packungsdichte von Filterplatten 1 angestrebt. Dies hat einen entsprechend geringen Abstand der Filterplatten 1 untereinander zur Folge. Um ein insbesondere großflächiges Anlegen von benachbarten, im Wesentlichen eben ausgebildeten Filterplatten 1 zu verhindern, ist es bevorzugt, wenn die Filterplatten 1 mit einer sich aus der Filterplattenebene erhebenden Prägungsstruktur versehen sind. Durch eine Struktur von ineinandergreifenden Prägungen, welche vorzugsweise auf der gesamten Fläche der Filterplatten 1 vorgesehen sein kann, ist es möglich, benachbarte Filterplatten 1 mechanisch miteinander in Verbindung zu bringen. Auf diese Weise können die Filterplatten 1 sich gegenseitig abstützen und es
resultiert eine Versteifung des Partikelfilterkörpers. Durch die mechanische Verbindung der Filterplatten 1 ist eine Schwingfähigkeit der Filterplatten 1 bei Erschütterungen vermindert. Somit sind mechanische Belastungen vermindert, die zu ermüdungsbedingten Schädigungen beispielsweise in Form von Rissen oder Brüchen führen können. Generell wird solchen Beschädigungen erfindungsgemäß durch eine Stabilisierungsstruktur begegnet, durch welche eine Mehrzahl von Filterplatten 1 miteinander verbunden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Stabilisierungsstruktur durch miteinander verbundene laschenförmige Erweiterungen von Filterplatten 1 erreicht. Eine hierfür geeignete Ausführungsform von Filterplatten 1 ist in Fig. 2 im Ausgangszustand schematisch dargestellt.
Die in Fig. 2 dargestellte erste Ausführungsform einer Filterplatte 1 zum Aufbau eines Partikelfilterkörpers mit Stabilisierungsstruktur weist eine rechteckige äußere Umfangskon- tur 9 auf. An den Ecken sowie in der Mitte der Längsseiten der Filterplatte 1 sind laschenförmige Erweiterungen 12 vorgesehen, welche den ansonsten vorwiegend geradlinigen Verlauf der äußeren Umfangskontur 9 unterbrechen und im Ausgangszustand seitlich in der Filterplattenebene nach außen abragen.
Ansonsten--wei-st die Filterplatte 1 eine -wellenförmige
Prägungsstruktur 11 von Erhebungen und/oder Vertiefungen auf. Das Durchgangsloch 2 weist eine runde Umfangskontur 10 auf.
In Fig. 3a ist ein Teil eines durch solche Filterplatten 1 aufgebauten Partikelfilterkörpers 4 schematisch im Querschnitt dargestellt. Die Prägungsstruktur 11 der Filterplatten 1 ist durch wellenförmige Vertiefungen 13 und Erhebungen 14 gebildet. Dabei schließt sich eine Vertiefung 13 unmittelbar an eine Erhebung 14 an. Ferner schließt sich sowohl an jede wellenförmige Vertiefung 13 als auch an jede
wellenförmige Erhebung 14 ein ebener Flächenbereich 15 an. Diese Prägungsstruktur 11 verbessert einerseits die Stabilität bzw. Steifigkeit der Filterplatten 1 und damit des gesamten Partikelfilterkörpers 4 und andererseits eine Ver ¬ teilung des Abgasstroms über die Filterplatten 1. An den Randbereichen 16 sind zwei jeweils benachbarte Filterplatten 1 miteinander ringsum miteinander verbunden, so dass sich eine der äußeren Umfangskontur 9 entsprechende geschlossene Verbindungslinie ergibt. Die entsprechende Verbindungslinie zweier benachbarter Filterplatten 1 entlang der Umfangskontur 10 der Durchgangslöcher 2 ist in Fig. 3a nicht dargestellt. Erkennbar sind die an den Randbereichen 16 der Filterplatten 1 angeordneten laschenförmigen Erweiterungen 12, welche im dargestellten Ausgangszustand seitlich abragen. Die Erweiterungen sind im vorliegenden Fall als separate Strukturelemente für die Stabilisierungsstruktur ausgebildet und auf den Randbereichen 16 aufgesetzt und beispielsweise durch Schweißung mit den Filterplatten 1 verbunden.
Die erfindungsgemäße Stabilisierungsstruktur wird im vorliegenden Fall dadurch gebildet, dass die im Ausgangszustand seitlich abragenden laschenförmigen Erweiterungen 12 umgebogen werden. Der sich dadurch ergebende Zustand ist in Fig. 3b dargestellt. Wie zu erkennen ist, kommen infolge der Umbiegung die laschenförmigen Erweiterungen 12 zweier benachbarter Filterplattenpaare miteinander in Kontakt, wobei vorgesehen ist, dass sich eine reibschlüssige Verbindung an der Kontaktstelle ausbildet. Durch die Gesamtheit der umgebogenen laschenförmigen Erweiterungen 12 ist auf diese Weise eine entlang der Stapelrichtung von Filterplatten 1 des Partikelfilterkörpers 4 verlaufende Stabilisierungsstruktur geschaffen, durch welche vorzugsweise alle Filterplattenpaare miteinander in Verbindung stehen. Die Verbindungskraft an den Kontaktstellen der laschenförmigen Erweiterungen 12 kann zusätzlich durch stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise durch Schweißung weiter verstärkt und gefestigt werden. Anstelle einer Ausführung der laschenförmigen Erweiterungen
12 als separate, auf oder an den Randbereichen 16 mit den entsprechenden Filterplatten 1 verbundenen Strukturelemente, können diese auch Bestandteile der Filterplatten 1 bzw. des Filterplattenträgermaterials selbst sein. Bevorzugt werden hierfür Zuschnitte von Filterplatten 1 derart ausgeführt, dass die äußere Umfangskontur 9 von vornherein laschenförmige Erweiterungen 12 aufweist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform einer Stabilisierungsstruktur wird nachfolgend anhand von Fig. 4 erläutert. Im Unterschied zu der in Fig. 2 dargestellten Filterplatte weist die Filterplatte 1 gemäß Fig. 4 keine laschenförmige Erweiterungen auf, obschon diese auch in dieser Variante vorgesehen sein können. Zur Ausbildung einer Stabilisierungsstruktur, welche eine Mehrzahl von Filterplatten 1 miteinander verbindet, sind als alternative Ausführungsform umklappbare Randbereiche, hier umklappbare Eckbereiche 17 vorgesehen, welche in Fig. 4 in umgeklapptem bzw. gefaltetem Zustand dargestellt sind. Es ist vorzugsweise eine mehrfache Faltung derart vorgesehen, dass sich umgeklappte bzw. umgefaltete Eckbereiche 17 von benachbarten Filterplattenpaaren überlappen. An der Kontaktstelle ergibt sich analog des oben erläuterten Falles von umgebogenen Laschen eine reibschlüssige Verbindung. Durch Verschweißung kann eine stoffschlüssige Verbindung mit erhöhter Stabilität erzielt werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein Flachprofil entlang der umgeklappten Ecken des resultierenden Partikelfilterkörpers 4 aufgesetzt und mit den umgeklappten Eckbereichen 17 verschweißt werden.
Fig. 5 zeigt schematisch eine weitere vorteilhafte Ausführungsform einer Stabilisierungsstruktur in Verbindung mit einem Partikelfilterkörper 4, aufgebaut aus Sintermetallfilterplatten 1 mit einer rechteckigen äußeren Umfangskontur 9. Die Stabilisierungsstruktur wird durch eine Strebe in Form eines schmalen Streifens 18a, 18b aus Blechmaterial gebildet, welcher außenseitig entlang der Stapelrichtung der Filter-
platten 1 am Partikelfilterkörper 4 anliegend angeordnet ist. Der Streifen 18a, 18b ist dabei über eine jeweilige Schweißverbindung 19 a, 19b an der Umfangskontur 9 mit den Filterplatten zumindest abschnittsweise stoffschlüssig verbunden. Es kann eine Schweißverbindung in Richtung der Umfangskontur 9 (19a) oder in Stapelrichtung (19b) vorgesehen sein. Vorzugsweise wird eine Rollnahtschweißung durchgeführt, wobei der Partikelfilterkörper beim Schweißvorgang vorzugsweise in Stapelrichtung der Filterplatten 1 auf seine Sollausdehnung fixiert wird. Anstelle eines dichten Blechstreifens kann auch ein Sintermetallfilterstreifen oder ein aus dem Trägermaterial der Sintermetallfilterplatten 1 gefertigter Materialstreifen verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass an der überdeckung von nach außen öffnenden Filtertaschen 8 weiterhin eine Gasdurchlässigkeit gegeben ist. Eine weiter verbesserte Stabilität wird erzielt, wenn der eingesetzte Materialstreifen endseitig umgekantet und mit den endständigen Filterplatten 1 fest verbunden wird, wie durch den Streifen 18b verdeutlicht. Weiterhin ist es vorteilhaft, zusätzlich oder alternativ zu einem flachen Materialstreifen ein L-för- miges Profil als Eckstrebe 18c zu verwenden, welche an den Ecken der Filterplatten 1 entlang der Stapelrichtung des Partikelfilterkörpers 4 verläuft. Durch eine solche als Eckstrebe 18c ausgebildete Stabilisierungsstruktur kann eine in drei Dimensionen wirkende Stabilisierung erzielt werden.
In Fig. 6 ist eine vorteilhafte Variante einer Stabilisierungsstruktur gemäß Fig. 5 schematisch dargestellt, wobei lediglich ein die Randbereiche 16 zeigender Ausschnitt des Partikelfilterkörpers 4 skizziert ist. Im Unterschied zu der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform mit Schweißverbindungen von Streben 18a, 18b, 18c mit den Filterplatten 1 an deren äußerer Umfangskontur 9 ist eine Verbindung der Filterplatten mit einer analog ausgeführten Strebe 18 über ein zwischengeschaltetes nachgiebiges Dämpfungsmaterial 20 vorgesehen. Als Dämpfungsmaterial 20 kommen beispielsweise Drahtgestricke, Drahtgewebeeinlagen, Metallfaservlies oder kerami-
sehe Faserprodukte in Frage. Diese werden zwischen dem Partikelfilterkörper und der Strebe 18 so eingebracht, dass sie im Betrieb des Abgaspartikelfilters über Reibung Schwingungen der Filterplatten in drei Dimensionen behindern bzw. dämpfen. Das Dämpfungsmaterial 20 wird vorzugsweise bei der Montage der Streben 18 kraftschlüssig mit eingebracht. Kraftschluss besteht dann sowohl zwischen Strebe 18 und dem Dämpfungsmaterial 20 als auch zwischen Dämpfungsmaterial 20 und den Filterplatten bzw. von Filterplatten untereinander. Das Dämpfungsmaterial 20 kann auch stoffschlüssig auf der Strebe 18 aufgebracht sein, wodurch eine Verliersicherheit für das Dämpfungsmaterial 20 erzielt wird.
Selbstverständlich kann eine Stabilisierungsstruktur analog der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen auch am Durchgangsloch 2 vorgesehen sein, was grob schematisch in Fig. 7a dargestellt ist. Bevorzugt ist dabei eine Ausführung der Strebe 18 als schmaler Blechstreifen oder in Form eines Stabs 18d. Durch eine Umkantung des Stabs 18d bzw. der Strebe 18 zusammen mit einer vorzugsweise stoffschlüssigen Verbindung mit den Flachseiten der endständigen Filterplatten kann deren Relativbewegung zueinander verhindert werden.
Bei der in Fig. 7b dargestellten Ausführungsform sind die Filterplatten mittels eines perforierten Innenrohrs 21 an der Umfangskontur 10 ihrer Durchgangslöcher 2 mechanisch miteinander verbunden. Das perforierte Innenrohr 21 kann dabei stoffschlüssig oder kraftschlüssig ringsum entlang der Umfangskontur 10 einiger oder aller Durchgangslöcher 2 mit den entsprechenden Filterplatten verbunden sein. Es kann jedoch auch lediglich eine punktförmige Verbindung vorgesehen sein. Anstelle einer runden Rohrform kann auch eine eckige Rohrform eingesetzt werden.
Zwei weitere vorteilhafte Ausführungsformen für eine streben- förmige Stabilisierungsstruktur werden nachfolgend unter
Bezug auf die Figuren 8a und 8b erläutert. Dargestellt ist schematisch ein Ausschnitt eines Partikelfilterkörpers 4 in Schnittansicht. Die sich entlang der Stapelrichtung an den Umfangskonturen der Durchgangslöcher 2 erstreckenden eingesetzten Streben 18e sind kammförmig ausgebildet, wobei keil ¬ förmige Zinken 22 der kammförmigen Streben 18e in die nach innen öffnenden Filtertaschen 3 eingreifen und mit den jeweiligen Filterplatten in reibschlüssiger bzw. formschlüssiger Verbindung stehen, wodurch diese sowohl in Stapelrichtung als auch in axialer Richtung lagefixiert sind. Vorzugsweise ist eine Verschweißung der kammförmigen Streben 18e mit den end- seitigen Filterplatten vorgesehen. Es können eine oder auch mehrere Streben 18e für einen Partikelfilterkörper 4 eingesetzt werden. Eine kammförmige Strebe 18e kann gemäß Fig. 8a derart ausgebildet sein, das die Zinken 22 in alle nach innen öffnenden Filtertaschen 3 eines Partikelfilterkörpers 4 eingreifen. Es können jedoch auch wie in Fig. 8b dargestellt, weniger Zinken 22 für eine kammförmige Strebe 18e vorgesehen sein, so dass ein Eingriff nur in einen Teil der nach innen öffnenden Filtertaschen 3 erfolgt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform für eine streben- förmige Stabilisierungsstruktur ist in Fig. 9a dargestellt. Die Strebe 18 f ist leiterförmig mit zwei parallel verlaufenden Stäben 23 gestaltet, wobei vorzugsweise äquidistant angeordnete bogenförmige Sprossen 24 die Stäbe 23 miteinander fest verbinden. Die Strebe 18f wird zu Stabilisierung eines erfindungsgemäßen Partikelfilterkörpers 4 mit den bogenförmigen Sprossen 24 in die nach außen öffnenden Filtertaschen 3 und/oder in die nach innen öffnenden Filtertaschen 8 eingeschoben. Dabei kommen die Stäbe 23 an der äußeren Umfangskon- tur 9 bzw. and der Umfangskontur 10 der Durchgangslöcher 2 zur Anlage an die jeweiligen Filterplatten 1 eines Partikelfilterkörpers 4. In Fig. 9b ist in einer Draufsicht auf einen derart stabilisierten Partikelfilterkörper der zweitgenannte Fall schematisch dargestellt. Dabei weist der dargestellte Partikelfilterkörper eine aus zwei leiterförmigen Streben 18f
gebildete Stabilisierungsstruktur auf. Vorzugsweise sind die Stäbe 23 zumindest an den Umfangskonturen 10 der Durchgangslöcher 2 der endständigen Filterplatten 1 mit diesen z.B. Durch Schweißung fest verbunden. An den endseitigen Filterplatten 1 eines Partikelfilterkörpers 4 können Sprossen 24 der Streben 18f außenseitig aufliegen, wodurch der Partikelfilterkörper 4 zusätzlich in axialer Richtung fixiert ist.
Unter Bezug auf die Figuren 10 bis 13d werden nachfolgend weitere vorteilhafte Ausführungsformen von Stabilisierungsstrukturen erläutert, welche hier aus die Filterplatten 1 des Partikelfilterkörpers 4 durchdringenden Stäben 25 aufgebaut sind. Dabei ist in Fig. 10 eine Draufsicht auf einen entsprechend gestalteten Partikelfilterkörper 4 schematisch dargestellt. Fig. 11 zeigt den Partikelfilterkörper 4 gemäß Fig. 10 in einer Querschnittsansicht. Die Stäbe 25 durchdringen den Filterkörper 4 in Stapelrichtung der Filterplatten 1. Hierfür werden die Filterplatten 1 mit entsprechenden Durchgangsbohrungen versehen, welche bei Stapelung der Filterplatten 1 zur Ausbildung eines Partikelfilterkörpers 4 in Stapelrichtung fluchtend übereinander angeordnet sind. Die Stäbe 25 können dann auf einfache Weise in die übereinander liegenden Durchgangsbohrungen eingeführt werden. Eine Verschweißung der Stäbe 25 zumindest mit den endseitigen Filterplatten 1 des Partikelfilterkörpers 4 ist vorzugsweise vorge- __ sehen. Bevorzugt ist es, mehrere Stäbe 25 gleichmäßig verteilt auf der Filterplattenfläche einzusetzen.
Bevorzugt sind die Stäbe 25 geriffelt ausgeführt, wodurch deren Verzahnung mit den Filterplatten 1 ermöglicht ist. Auf diese Weise wird eine besonders wirksame und gleichmäßige Stabilisierung erzielt, da die Filterplatten 1 in drei Dimensionen stabilisiert werden. Die Riffelung kann beispielsweise in Form eines Gewindes oder zweier gegenläufiger Gewinde ausgeführt sein. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, wenn benachbarte Filterplatten 1 an der Umfangskontur der Durchgangsbohrungen miteinander verschweißt werden. Eine
solche Ausführungsform ist beispielhaft in Fig. 12 skizziert, wobei die Bezugsziffer 26 eine entsprechende Schweißnaht an der Durchgangsbohrung bezeichnet.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform einer Stabilisie ¬ rungsstruktur mit die Filterplatten 1 eines Partikelfilterkörpers 4 durchdringenden Stäben 25 wird erhalten, wenn die Stäbe 25 rohrförmig und längsgeschlitzt ausgeführt sind und nach Einführung in die Durchgangsbohrungen der Filterplatten derart aufgespreizt werden, dass sie kraftschlüssig zur Anlage an die Umfangskontur der Durchgangsbohrungen kommen. Vorzugsweise erfolgt die Aufspreizung der rohrförmigen Stäbe 25 mittels eines eingedrückten Spannbolzens. Die entsprechenden Bestandteile für eine derartige Stabilisierungsstruktur sind in den Figuren 13a bis 13d dargestellt. Dabei zeigt Fig. 13a eine Ausgangsform eines rohrförmigen Stabs 25 mit Längsschlitz in perspektivischer Darstellung. In Fig. 13b ist eine Draufsicht auf einen entsprechend Fig. 13a ausgeführten, und in die Durchgangsbohrung einer Filterplatte eingeführten Stab 25 dargestellt, wobei die Bezugsziffer 27 die Umfangskontur der Durchgangsbohrung bezeichnet. Zur umfangsseitigen Verklemmung des Stabes 25 mit der Umfangskontur 27 der Durchgangsbohrung wird ein mit einer nasenförmigen Erweiterung versehener Spannbolzen gemäß Fig. 13c in den Hohlraum des Stabes 25 derart eingedrückt, dass die nasenförmige Erweite- _ ^urig _i_n__de_n _Läng_s_schl_it_z des Stabes 25 einrastet, wobei der Stab 25 entsprechend aufgespreizt wird, was zu der in Fig. 13d dargestellten Form führt.
Es versteht sich, dass im Rahmen der Erfindung die vorstehend erläuterten Ausführungsformen für eine Stabilisierungsstruktur eines aus Filterplatten aufgebauten Partikelfilterkörpers in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden können.