DE102004051512B4

DE102004051512B4 - Partikelfilter für eine Abgasanlage

Info

Publication number: DE102004051512B4
Application number: DE200410051512
Authority: DE
Inventors: Thomas Nording; Georg Wirth; Marco Wenz
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2024-10-22
Also published as: DE102004051512A1; FR2877038A1; FR2877038B1

Abstract

Partikelfilter für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug,
– mit einem metallischen Gehäuse (2), in dem wenigstens ein metallischer Filterkörper (5) angeordnet ist,
– wobei der Filterkörper (5) mittels genau einer axialen Festlageranordnung (6) im oder am Gehäuse (2) axial fixiert ist,
– wobei der Filterkörper (5) axial außerhalb der Festlageranordnung (6) relativ zum Gehäuse (2) axial verstellbar im Gehäuse (2) gelagert ist,
– wobei die Festlageranordnung (6) mehrere umfangsmäßig verteilt und zueinander beabstandet angeordnete Fixierstellen (21) aufweist, in denen das Gehäuse (2) axial fest mit dem Filterkörper (5) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
– dass der Filterkörper (5) außerhalb der Festlageranordnung (6) vom Gehäuse (2) radial beabstandet positioniert ist,
– dass in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Fixierstellen (21) Lagermattenabschnitte (23) zwischen dem Gehäuse (2) und dem Filterkörper (5) und/oder dem Hüllrohr (8) angeordnet sind,
– dass wenigstens eine Lagermatte (9) vorgesehen...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Partikelfilter für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Ein derartiges Partikelfilter dient zum Abreinigen von Partikeln, die im Abgas der Brennkraftmaschine mitgeführt werden. Da es sich, insbesondere bei einem Dieselmotor, hierbei im allgemeinen um Rußpartikel handelt, kann das Partikelfilter auch als Rußfilter bezeichnet werden.
Üblicherweise besitzt ein derartiges Partikelfilter ein Gehäuse aus Metall, in dem zumindest ein monolithischer Filterkörper angeordnet ist. Des weiteren besitzt ein derartiges Gehäuse einen einlaufseitigen Außentrichter und/oder einen auslaufseitigen Außentrichter, mit denen das Gehäuse an einen Abgasstrang der Abgasanlage angeschlossen werden kann. Aufgrund des Durchströmungswiderstands des Filterkörpers, der im Verlaufe seiner Beladung mit Partikeln außerdem zunimmt, ist es erforderlich, den Filterkörper im Gehäuse axial zu fixieren.
Bei einem herkömmlichen Partikelfilter besteht der Filterkörper aus einem Keramikmaterial wie z.B. Cordierit. Ein derartiger keramischer Filterkörper ist vergleichsweise spröde und kann bei Scherbeanspruchung und Biegung leicht beschädigt werden. Des weiteren müssen im Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. des Fahrzeugs im Abgasstrang auftretende Erschütterungen aufwendig gedämpft werden, um eine Beschädigung des insoweit empfindlichen keramischen Filterkörpers hierdurch zu vermeiden.
Grundsätzlich ist es ebenso möglich, einen metallischen Filterkörper zu verwenden. Die mechanischen Eigenschaften des metallischen Filterkörpers können durch eine geeignete Auswahl der verwendeten Metalle gezielt moduliert werden. Insbesondere ist es dadurch möglich, dem Filterkörper eine hinreichende Elastizität zu geben, so dass die im üblichen Betrieb der Abgasanlage auftretenden mechanischen Belastungen, wie z.B. Schwingungen und Erschütterungen, vom metallischen Filterkörper ohne weiteres aufgenommen werden können. Die Robustheit des damit ausgestatteten Partikelfilters ist somit entsprechend erhöht. Der metallische Filterkörper kann grundsätzlich einen beliebigen Aufbau besitzen. Beispielsweise kann er aus Metallfasermatten aufgebaut sein. Ebenso kann er aus gesintertem Metall hergestellt sein. Allerdings besitzt ein metallischer Filterkörper einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten als ein keramischer Filterkörper. Demnach kommt es bei der Erwärmung des metallischen Filterkörpers insbesondere zu einer vergleichsweise großen radialen Ausdehnung des Filterkörpers, was eine elastische Lagerung im Gehäuse erfordert, die mit bekannten herkömmlichen Lagermatten, die zur Lagerung keramischer Filterkörper üblich sind, nicht realisierbar ist. Desweiteren führt eine unmittelbare Abstützung des metallischen Filterkörpers am Gehäuse zu einer direkten Wärmeübertragung vom Filterkörper in das Gehäuse, was zu einer starken Erwärmung des Gehäuses und somit zu einer unerwünschten starken Wärmeabstrahlung vom Gehäuse in die Umgebung des Partikelfilters führen kann.

Aus der DE 87 16 385 U1 ist ein Partikelfilter der eingangs genannten Art bekannt. Dieses umfasst ein metallisches Gehäuse, in dem wenigstens ein metallischer Filterkörper angeordnet ist. Der Filterkörper ist mittels genau einer axialen Festlageranordnung im oder am Gehäuse axial fixiert. Außerdem ist der Filterkörper axial außerhalb der Festlageranordnung relativ zum Gehäuse axial verstellbar im Gehäuse gelagert. Die Festlageranordnung weist mehrere umfangsmäßig verteilt und zueinander beabstandet angeordnete Fixierstellen auf, in denen das Gehäuse axial fest mit dem Filterkörper verbunden ist. Beim bekannten Partikelfilter ist der Filterkörper in einem Axialabschnitt unmittelbar am Gehäuse abgestützt und in einem davon axial beabstandeten Axialabschnitt mit Hilfe von Formhaltemitteln am Gehäuse abgestützt.

Aus der EP 0 505 720 A1 ist es bekannt, einen Trägerkörper zur Abgasreinigung, der als Träger für eine katalytisch aktive Beschichtung dient, mit Hilfe eines Gestrickrings an einem Gehäuse abzustützen.

Aus der DE 86 05 528 U1 ist es bekannt, bei einem Katalysator den jeweiligen Monolithen in Umfangsrichtung vollständig mit einer Blähtonmatte oder mit einem Stahlgestrick zu umhüllen. Um den Monolithen mit dieser Hülle in einem Gehäuse axial zu fixieren, sind in das Gehäuse Sicken eingeprägt, z.B. in Form kleiner Rechteckflächen, die eine Gehäuseinnenwand unter Kompression der jeweiligen Hülle mit dem Monolithen verpressen.

Aus der EP 0 177 479 A1 ist es bekannt, eine Trägermatrix eines Katalysators in einem Hüllrohr anzuordnen und dieses Hüllrohr mit einer isolierenden Umhüllung, z.B. einer Isoliermatte aus Keramikfaservlies, radial an einem Gehäuse abzustützen. Dabei erstreckt sich die Umhüllung in axialer Richtung über die gesamte axiale Länge der Metallträgermatrix. Ein axialer Überstand des Hüllrohrs steht an beiden axialen Stirnseiten über die Metallträgermatrix und über die Umhüllung vor. Das Gehäuse enthält nach außen ausgeprägte Rippen, in welche die Umhüllung radial eingepresst ist.

Die WO 03/036057 A1 zeigt einen Katalysator bzw. ein Partikelfilter, bei dem ein Substratkörper mit Hilfe einer hitzebeständigen Polsterschicht in einem Innengehäuse gelagert ist, das seinerseits in einem Außengehäuse angeordnet und durch Reibschluss fixiert ist. Desweiteren ist der Substratkörper an seinen axialen Enden radial außen über in Umfangsrichtung umlaufende Dichtungen am Innengehäuse abgestützt. Die Dichtungen sind beispielsweise geflochtene Glasfaserschnürre.

Aus der EP 0 724 070 A1 ist es bekannt, bei einem Wabenkatalysator den Katalysatorkörper mit einer Keramikfasermatte zu umhüllen und mit dieser in einem Gehäuse zu verpressen. Dar über hinaus sind an den axialen Enden des Katalysatorkörpers in Umfangsrichtung umlaufenden Dichtungen vorgesehen, die den Katalysatorkörper am Gehäuse radial abstützen und die die Keramikfasermatte vor Heißgasen schützen.

Die DE 103 00 780 A1 zeigt einen Substratkörper, der mit einer Lagermatte in Umfangsrichtung umhüllt ist und über die Lagermatte radial an einem Gehäuse abgestützt ist. Desweiteren ist der Substratkörper in axialer Richtung über einen Lagerring am Gehäuse abgestützt, wobei der Lagerring als Gestrick, Drahtgestrick, Gestrickkissen oder Drahtgestrickkissen ausgestaltet sein kann.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Partikelfilter der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere zum einen durch eine relativ hohe Robustheit bzw. durch eine reduzierte Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Belastungen und zum andern durch eine vergleichsweise gute thermische Isolation zwischen Filterkörper und Gehäuse auszeichnet.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den metallischen Filterkörper mittels genau einer axialen Festlageranordnung im Gehäuse axial zu fixieren. Die Verwendung einer einzigen axialen Festlageranordnung führt zu einer reduzierten Wärmeübertragung zwischen Filterkörper und Gehäuse. Gleichzeitig können dadurch axiale Verspannungen zwischen Gehäuse und Filterkörper aufgrund thermischer Ausdehnung reduziert werden.

Beim erfindungsgemäßen Partikelfilter wird der Filterkörper mittels einer axialen Festlageranordnung am Gehäuse axial fixiert und außerhalb der Festlageranordnung relativ zum Gehäuse axial verstellbar im Gehäuse gelagert. Mit anderen Worten, außerhalb der Festlageranordnung ist der Filterkörper über eine Loslageranordnung am bzw. im Gehäuse gelagert. Auf diese Weise können sich Filterkörper und Gehäuse relativ zueinander bewegen, beispielsweise aufgrund thermischer Ausdehnungseffekte. Obwohl der metallische Filterkörper und das metallische Gehäuse grundsätzlich ähnliche Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweisen können, ist die relative Beweglichkeit zwischen Gehäuse und Filterkörper, die durch die gewählte Festlager-Loslager-Anordnung realisiert ist, erforderlich, da im Betrieb der Abgasanlage extreme Temperaturunterschiede zwischen Filterkörper und Gehäuse auftreten können. Denn beispielsweise soll eine intensive Wärmeabstrahlung des Gehäuses nach außen in die Umgebung des Abgasstrangs vermieden werden. Hierzu ist beim erfindungsgemäßen Partikelfilter der Filterkörper zumindest außerhalb der Festlageranordnung vom Gehäuse radial beabstandet positioniert. Eine derartige Beabstandung reduziert die direkte Wärmeübertragung zwischen Filterkörper und Gehäuse. Des wei teren ist es grundsätzlich möglich, in diesem Abstand geeignete thermisch isolierende Materialien einzubringen.

Erfindungsgemäß ist nun die axiale Fixierung des Filterkörpers am Gehäuse mit Hilfe der Festlageranordnung dadurch realisiert, dass die Festlageranordnung mehrere umfangsmäßig verteilt und zueinander beabstandet angeordnete Fixierstellen aufweist, in denen das Gehäuse axial fest mit dem Filterkörper verbunden ist. Durch diese direkte Anbindung des Filterkörpers an das Gehäuse kann eine intensive axiale Abstützung gegenüber vergleichsweise großen Kräften erzielt werden. Gleichzeitig gewährleistet die Anordnung voneinander beabstandeter diskreter Fixierstellen eine Ausdehnung des Filterkörpers relativ zum Gehäuse, ohne dass es dabei zu übermäßigen Spannung oder gar zu einer Beschädigung einer der Fixierstellen und/oder des Filterkörpers bzw. des Gehäuses kommt. Gleichzeitig ist die Möglichkeit zur Wärmeübertragung zwischen Filterkörper und Gehäuse durch die vergleichsweise kleinen diskreten Fixierstellen reduziert.

Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei welcher der Filterkörper in einem metallischen Hüllrohr angeordnet und daran axial fixiert ist, wobei dann die Festlageranordnung das Hüllrohr und/oder den Filterkörper am Gehäuse axial fixiert. Die Verwendung eines derartigen Hüllrohrs vereinfacht die Handhabung des Filterkörpers. Insbesondere wird es dadurch ermöglicht, das Gehäuse mit dem Hüllrohr zu verschweißen um die gewünschte axiale Fixierung zu erreichen. Eine derartige Verschweißung ist grundsätzlich auch mit dem Filterkörper metallisch möglich, lässt sich jedoch erheblich einfacher mit dem Hüllrohr realisieren.

Eine erste Variante der vorliegenden Erfindung charakterisiert sich gemäß Anspruch 1 dadurch, dass der Filterkörper außerhalb der Festlageranordnung vom Gehäuse radial beabstandet positioniert ist, dass in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Fixierstellen Lagermattenabschnitte zwischen dem Gehäuse und dem Filterkörper und/oder dem Hüllrohr angeordnet sind und dass wenigstens eine Lagermatte vorgesehen ist, die den Filterkörper oder das Hüllrohr zumindest axial außerhalb der Festlageranordnung umfangsmäßig umschließt und am Gehäuse radial abstützt.

Eine zweite Variante der Erfindung charakterisiert sich gemäß Anspruch 3 dadurch, dass der Filterkörper außerhalb der Festlageranordnung vom Gehäuse radial beabstandet positioniert ist, dass mehrere Stützkissen vorgesehen sind, die den Filterkörper oder das Hüllrohr axial außerhalb der Festlageranordnung in einem Umfangsabschnitt radial am Gehäuse abstützen, und dass die Stützkissen in wenigstens einem von der Festlageranordnung entfernten Längsabschnitt des Gehäuses umfangsmäßig verteilt und voneinander beabstandet angeordnet sind.

Die Abstützung des Filterkörpers bzw. des Hüllrohrs am Gehäuse über die Lagermatte bzw. über die Stützkissen unterdrückt Relativbewegungen zwischen dem Gehäuse und dem Filterkörper bzw. dem Hüllrohr. Hierdurch kann die Entwicklung von Geräuschen vermieden und die Gefahr von Beschädigungen des Filterkörpers reduziert werden. Gleichzeitig wird ein preiswerter Aufbau für das Partikelfilter realisiert.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch,
1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Partikelfilter bei einer ersten Ausführungsform,
2 einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie C-C in 1,
3 einen Längsschnitt wie in 1, jedoch bei einer zweiten Ausführungsform,
4 einen Teilquerschnitt entsprechend der Schnittlinie C-C in 3,
5 einen Teilquerschnitt entsprechend der Schnittlinie D-D in 3,
6 einen Längsschnitt wie in 1, jedoch bei einer dritten Ausführungsform,
7 einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie C-C in 6.
Entsprechend den 1 bis 7 weist ein erfindungsgemäßes Partikelfilter 1, das zur Verwendung in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, geeignet ist, ein Gehäuse 2 aus Metall auf. Das Gehäuse 2 ist mit einem einlaufseitigen Außentrichter 3 und mit einem auslaufseitigen Außentrichter 4 ausgestattet. Die Durchströmungsrichtung des Partikelfilters 1, die sich bei einer Verwendung in der Abgasanlage einstellt, ist in den 1, 3 und 6 durch Strömungspfeile angedeutet. Mit Hilfe dieser Außentrichter 3, 4 ist das Gehäuse 2 und somit das Partikelfilter 1 an einen hier nicht gezeigten Abgasstrang der Abgasanlage anschließbar, der in der Regel durch Rohrabschnitte gebildet ist, deren Innenquerschnitt kleiner ist als der Innenquerschnitt des Gehäuses 2. Im Gehäuse 2 ist zumindest ein metallischer Filterkörper 5 angeordnet, der z.B. aus einem Sintermetall bestehen kann. Die exakte Struktur des Filterkörpers 5, insbesondere die dadurch definierten Strömungspfade, sind in den Fig. nicht dargestellt und grundsätzlich beliebig. Beispielsweise ist der Filterkörper 5 so strukturiert, dass das Abgas bei der Durchströmung des Filterkörpers 5 eine poröse Sintermetall-Struktur oder eine Metallfaser-Struktur durchdringt, in der sich die mitgeführten Partikel, insbesondere Rußpartikel, ablagern können.
Der Filterkörper 5 ist im Gehäuse 2 mit Hilfe genau einer axialen Festlageranordnung 6 axial fixiert. Diese axiale Fixierung kann dabei direkt am Filterkörper 5 oder indirekt am Filterkörper 5 angreifen. Axial außerhalb der Festlageranordnung 6 ist der Filterkörper 5 im Gehäuse 2 relativ zum Gehäuse 2 axial verstellbar gelagert. Durch die Festlageranordnung 6 und die axiale Verstellbarkeit des Filterkörpers 5 im übrigen können sich Filterkörper 5 und Gehäuse 2 relativ zueinander bewegen, wodurch insbesondere thermische Dehnungseffekte kompensiert werden können.
Außerdem ist der Filterkörper 5 zumindest axial außerhalb der Festlageranordnung 6 im Gehäuse 2 so angeordnet, dass er vom Gehäuse 2 radial beabstandet ist. Die radiale Beabstandung führt zu einer thermischen Isolierung des Gehäuses 2 gegenüber dem Filterkörper 5, der im Betrieb der Abgasanlage den heißen Abgasen ausgesetzt ist und dementsprechend heiß werden kann. Des weiteren muss ein derartiger Filterkörper 5 in zeitlichen Abständen regeneriert werden, beispielsweise indem die darin eingelagerten Partikel abgebrannt werden. Bei einer derartigen Regeneration wird zusätzlich Wärme frei, die zu einer starken Erhitzung des Filterkörpers 5 führt. Insbesondere vor diesen hohen Temperaturen muss das Gehäuse 2 bzw. die Umgebung der Abgasanlage im Bereich des Partikelfilters 1 geschützt werden.
Die Festlageranordnung 6 ist zweckmäßig in einem in den Figuren durch eine geschweifte Klammer gekennzeichneten Längsabschnitt 7 des Gehäuses 2 ausgebildet, dessen axiale Länge deutlich kleiner ist als eine zwischen den Außentrichtern 3, 4 gemessene axiale Gesamtlänge des Gehäuses 2. Vorzugsweise beträgt die Länge des Längsabschnitts 7 weniger als 10% der Gesamtlänge des Gehäuses 2. Ebenso kann die Länge des Längsabschnitts 7 auch kleiner als 5% der gesamten Länge des Gehäuses 2 betragen. Auf diese Weise können thermische Verspannungen innerhalb der Festlageranordnung 6 vermieden werden.
Bei den hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsformen ist der Filterkörper 5 in einem Hüllrohr 8 aus Metall angeordnet. Der Filterkörper 5 ist an diesem metallischen Hüllrohr 8 axial fixiert. Beispielsweise ist der Filterkörper 5 in das Hüllrohr 8 eingepresst. Ebenso ist es möglich, Hüllrohr 8 und Filterkörper 5 miteinander zu verlöten oder zu verschweißen. Das Hüllrohr 8 bildet dadurch einen Bestandteil des Filterkörpers 5.
Auch mit dem Hüllrohr 8 ist es grundsätzlich möglich, den Filterkörper 5 über die Festlageranordnung 6 direkt am Gehäuse 2 abzustützen. Bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform, bei welcher die Festlageranordnung 6 das Hüllrohr 8 am Gehäuse 2 direkt abstützt und dadurch den im Hüllrohr 8 fi xierten eigentlichen Filterkörper 5 nur noch mittelbar, also indirekt am Gehäuse 2 abstützt. Hierdurch steht insbesondere der gesamte Querschnitt des Filterkörpers 5 zur Abgasdurchströmung zur Verfügung, was den Durchströmungswiderstand des Filterkörpers 5 reduziert. Grundsätzlich können auch Mischformen der axialen Abstützung realisiert werden, bei welchen die Festlageranordnung 6 sowohl den Filterkörper 5 als auch das Hüllrohr 8 am Gehäuse 2 abstützt.
Um den Filterkörper 5 im Gehäuse 2 gegenüber dem Gehäuse 2 radial distanziert und axial außerhalb der Festlageranordnung 6 relativ zum Gehäuse 2 axial verstellbar zu lagern, kann gemäß den 1 und 2 zumindest eine Lagermatte 9 vorgesehen sein. Die Lagermatte 9 umschließt den Filterkörper 5 oder – wie hier – das Hüllrohr 8 umfangsmäßig und bildet dadurch eine radiale Abstützung für den Filterkörper 5 bzw. das Hüllrohr 8 am Gehäuse 2. Bei den hier gezeigten Ausführungsformen ist jeweils nur eine einzige Lagermatte 9 vorgesehen, die sich abgesehen von der Festlageanordnung 6 im wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Filterkörper 5 bzw. des Hüllrohrs 8 erstrecken kann. Es ist klar, dass bei einer anderen Ausführungsform die Lagermatte 9 in axialer Richtung deutlich kleiner dimensioniert sein kann und insbesondere bandförmig den Filterkörper 5 bzw. das Hüllrohr 8 umschließt. Des weiteren können mehrere derartige Lagermatten 9 vorgesehen sein. Zweckmäßig ist die Lagermatte 9 so gestaltet, dass sie einen Ringraum zwischen Hüllrohr 8 und Gehäuse 2, der einen den Filterkörper 5 umgehenden Bypass ausbilden könnte, dicht verschließt. Die Lagermatte 9 be steht zum Beispiel aus einem für die Lagerung keramischer Filterkörper 5 üblichen hitzebeständigen Material.
Anstelle einer oder mehrerer Lagermatten 9 kann auch wenigstens ein Stützkissen 10 vorgesehen sein, was beispielhaft in den 3 bis 5 erkennbar ist. Ein derartiges Stützkissen 10 stützt den Filterkörper 5 bzw. das Hüllrohr 8 radial am Gehäuse 2 ab, und zwar in einem begrenzten Umfangsabschnitt, der sich axial außerhalb der Festlageranordnung 6 befindet. Vorzugsweise können mehrere derartige Stützkissen 10 vorgesehen sein, die dann umfangsmäßig verteilt und voneinander beabstandet in einem in 3 durch eine geschweifte Klammer gekennzeichneten Längsabschnitt 11 des Gehäuses 2 angeordnet sind. Beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei derartige Stützkissen 10 vorgesehen, vergleiche die 4 und 5. Grundsätzlich kann ein weiterer Längsabschnitt 11 mit mehreren Stützkissen 10 vorgesehen sein.
Sofern wie bei der Ausführungsform gemäß 3 die Festlageranordnung 6 im wesentlichen axial mittig des Gehäuses 2 ausgebildet ist, empfiehlt es sich, den mit dem Stützkissen 10 ausgestatteten Längsabschnitt 11 zumindest an einem axialen Endbereich, vorzugsweise an beiden axialen Endbereichen des Gehäuses 2 anzuordnen. Sofern wie bei der Variante gemäß 1 die Festlageranordnung 6 an einem axialen Endbereich des Gehäuses 2 angeordnet ist, empfiehlt es sich, den mit den Stützkissen 10 ausgestatteten Längsabschnitt 11 am jeweils anderen axialen Endbereich des Gehäuses 2 anzuordnen.
Die Stützkissen 10 können beispielsweise aus einem hinreichend hitzebeständigen Drahtgestrickkissen bestehen. Derartige Drahtgestrickkissen zeichnen sich durch eine hinreichende Festigkeit, Federelastizität und thermische Isolierwirkung aus. Die Drahtgestrickkissen können z.B. durch Schweißpunkte am Gehäuse 2 und/oder am Hüllrohr 8 bzw. am Filterkörper 5 fixiert sein, insbesondere um auch hier Leckagen zu vermeiden.
Um das Gehäuse 2 thermisch gegenüber der heißen Abgasströmung zu isolieren, kann in wenigstens einem der Außentrichter 3, 4 ein Innentrichter 12 bis 15 angeordnet sein. Bei der Ausführungsform gemäß 6 und 7 ist nur ein auslaufseitiger Innentrichter 12 vorgesehen. Ebenso weist die Ausführungsform gemäß den 1 und 2 nur einen auslaufseitigen Innentrichter 13 auf. Im Unterschied dazu zeigt die in den 3 bis 5 wiedergegebene Ausführungsform sowohl einen einlaufseitigen Innentrichter 14 als auch einen auslaufseitigen Innentrichter 15.
Die Innentrichter 12 bis 15 sind im jeweiligen Außentrichter 3 bzw. 4 jeweils so angeordnet, dass radial zwischen Außentrichter 3 bzw. 4 und zugehörigem Innentrichter 12 bis 15 ein Ringspalt 16 ausgebildet ist. Dieser Ringspalt 16 führt zu einer thermischen Isolation, sogenannte Luftspaltisolation, zwischen Innentrichter 12 bis 15 und zugehörigem Außentrichter 3 bzw. 4. Die unmittelbare thermische Belastung des jeweiligen Außentrichters 3, 4 wird dadurch erheblich redu ziert. Dementsprechend reduziert sich auch die Wärmeabstrahlung des jeweiligen Außentrichters 3, 4 in die Umgebung.
Im Ringspalt 16 kann zur Verbesserung der Isolationswirkung eine dauerelastische Isoliermatte angeordnet sein (hier nicht gezeigt), die z.B. als vernadelte Aluminiumoxid-Fasermatte ausgestaltet sein kann.
Zweckmäßig ist der Filterkörper 5 bzw. dessen Hüllrohr 8 entlang der gesamten axialen Länge von einer Lagermatte 9 umhüllt und damit am Gehäuse 2 abgestützt. Für diese Bauweise wird eine Lagermatte 9 benötigt, die hohen Temperaturen standhält und die vergleichsweise große Wärmedehnungen des Filterkörpers 5 bzw. des Hüllrohrs 8 elastisch aufnehmen kann.
Bei den Ausführungsformen der 1 bis 5 weist die Festlageranordnung 6 mehrere Fixierstellen 21 auf, die umfangsmäßig verteilt und zueinander beabstandet angeordnet sind.
Hierdurch können sich Gehäuse 2 und Hüllrohr 8 bzw. Filterkörper 5 auch in Umfangsrichtung zwischen den Fixierstellen 21 zueinander ausdehnen und zum Beispiel reversibel beulen. In diesen Fixierstellen 21 ist das Gehäuse 2 fest mit dem Filterkörper 5 und/oder fest mit dem Hüllrohr 8 verbunden. Exemplarisch sind hier bei jeder Festlageranordnung 6 drei solche Fixierstellen 21 vorgesehen. Die Fixierung zwischen Gehäuse 2 und Filterkörper 5 bzw. Hüllrohr 8 an den Fixierstellen 21 erfolgt zweckmäßig mittels Schweißverbindungen oder Lötverbindungen. Beispielsweise wird an jeder Fixier stelle 21 ein Schweißpunkt gesetzt, der das Gehäuse 2 mit dem Hüllrohr 8 verbindet.
Alternativ kann die Fixierung in den Fixierstellen 21 auch durch Lochschweißen hergestellt werden. Hierzu erhält das Gehäuse 2 bzw. dessen Mantel 22 an jeder Fixierstelle 21 zumindest ein Loch, z.B. mit einem Durchmesser von 8 bis 10 mm. Entlang des Lochrands wird dann eine Kehlnaht erzeugt, um dadurch das Gehäuse 2 mit dem Hüllrohr 8 bzw. mit dem Filterkörper 5 zu verschweißen.
Bei den Ausführungsformen der 1 bis 5 sind die Fixierstellen 21 jeweils an einer am Gehäuse 2 ausgeformten Einbuchtung ausgebildet, die jeweils so dimensioniert sind, dass sie sich bis zum Filterkörper 5 bzw. bis zum Hüllrohr 8 erstrecken und daran anliegen. Alternativ ist es ebenso möglich, zumindest eine dieser Fixierstellen 21 an einer Ausbuchtung zu realisieren, die am Filterkörper 5 bzw. am Hüllrohr 8 ausgeformt ist und sich dann in entsprechender Weise bis zum Gehäuse 2 erstreckt. Ebenso ist es möglich, zumindest eine dieser Fixierstellen 21 mit Hilfe eines separaten Distanzelements zu realisieren, das sich im montierten Zustand vom Gehäuse 2 bis zum Filterkörper 5 bzw. bis zum Hüllrohr 8 erstreckt. Zur Vormontage kann dieses Distanzelement am Gehäuse 2 oder am Filterkörper 5 bzw. am Hüllrohr 8 befestigt sein. Die Anbindung des Filterkörpers 5 bzw. des Hüllrohrs 8 an das Gehäuse 2 erfolgt dann über bzw. durch das jeweilige Distanzelement hindurch.
Bei der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist die Festlageranordnung 6 in einem einlaufseitigen Endbereich des Gehäuses 2 angeordnet. Die Relativbewegungen zwischen Gehäuse 2 und Filterkörper 5 bzw. Hüllrohr 8 erfolgen somit im wesentlichen stromab der Festlageranordnung 6. Die Außentrichter 3 und 4 können bei dieser Ausführung z.B. separat von einem Mantel 22 des Gehäuses 2 hergestellt sein und auf entsprechende Weise fest mit dem Mantel 22 verbunden sein, beispielsweise verlötet oder verschweißt.
Von besonderem Interesse ist bei dieser Ausführungsform, dass in Umfangsrichtung gesehen zwischen benachbarten Fixierstellen 21 jeweils ein Lagermattenabschnitt 23 angeordnet ist, und zwar radial zwischen dem Gehäuse 2 und dem Filterkörper 5 bzw. dem Hüllrohr 8. Dies ist möglich, da das Gehäuse 2 auch in Umfangsrichtung zwischen den Fixierstellen 21 vom Filterkörper 5 bzw. von dessen Hüllrohr 8 beabstandet ist. Wie bereits oben erläutert, führt die Distanzierung zwischen Gehäuse 2 und Filterkörper 5 bzw. Hüllrohr 8 zu einer thermischen Isolierung. Gleichzeitig wird dadurch jedoch ein anströmseitiger Einlass in den Ringraum zwischen Gehäuse 2 und Filterkörper 5 bzw. Hüllrohr 8 für anströmendes heißes Abgas geschaffen. Um eine Umströmung des Partikelfilters 5 durch den so geschaffenen Bypass zu vermeiden, sind die Lagermattenabschnitte 23 vorgesehen. Diese sind hierzu gezielt so ausgestaltet, dass sie die genannten Hohlräume, die sich in Umfangsrichtung zwischen den Fixierstellen 21 ausbilden, im wesentlichen Gasdicht verschließen.
Dabei ist es grundsätzlich möglich, die Lagermattenabschnitt 23 als separate Elemente zwischen Gehäuse 2 und Hüllrohr 8 bzw. Filterkörper 5 einzusetzen. Bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform, bei der die Lagermatte 9 bereits diese Lagermattenabschnitte 23 aufweist. Erreicht wird dies beispielsweise dadurch, dass die Lagermatte 9 im Bereich der Fixierstellen 21 mit entsprechenden Aussparungen 24 versehen wird, die es ermöglichen, die Lagermatte 9 axial bis in die Festlageranordnung 6 einzusetzen.
Bei der Ausführungsform gemäß den 3 bis 5 ist die Festlageranordnung 6 etwa mittig am Gehäuse 2 angeordnet. Der Filterkörper 5 bzw. das Hüllrohr 8 kann sich somit stromauf und stromab relativ zum Gehäuse 2 ausdehnen. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist der einlaufseitige Innentrichter 15 einstückig mit dem Hüllrohr 8 hergestellt, was es ermöglicht, den Ringspalt 16 bis zum einlaufseitigen Ende des zugehörigen Außentrichters 3 zu verlängern. Die thermische Isolierung des Gehäuses 2 im Bereich des einlaufseitigen Außentrichters 3 ist dadurch verbessert. Zusätzlich oder alternativ kann auch der auslaufseitige Innentrichter 14 einstückig mit dem Hüllrohr 8 hergestellt sein. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist eine weitere Variante realisiert, bei welcher der auslaufseitige Innentrichter 14 nicht am auslaufseitigen Außentrichter 4, sondern am Filterkörper 5 bzw. am Hüllrohr 8 befestigt ist, beispielsweise mittels einer Lötverbindung oder Schweißverbindung. Auf diese Weise ist es trotz separater Herstellung des auslaufseitigen Innentrichters 14 möglich, den Ringspalt 16 bis in das aus laufseitige Ende des zugehörigen Außentrichters 4 zu verlängern. Dementsprechend wird auch hier die Isolationswirkung gegenüber dem Gehäuse 2 im Bereich des auslaufseitigen Außentrichters 4 verbessert.
Bei der in den 3 bis 5 gezeigten Ausführungsform wird durch die Anbringung der Innentrichter 14, 15 am Hüllrohr 8 quasi ein vollständiges Innengehäuse für den Filterkörper 5 geschaffen, das – abgesehen von der Festlageranordnung 6 – gegenüber dem (Außen-)Gehäuse 2 entlang seiner gesamten Länge radial beabstandet ist. Auf diese Weise kann eine besonders effektive thermische Isolierung zwischen (Außen-)Gehäuse 2 und Innengehäuse realisiert werden.
Wie in 3 gezeigt ist es grundsätzlich möglich, zumindest einen der Außentrichter 3, 4, hier beide, einstückig mit dem Gehäuse 2 bzw. mit dessen Mantel 22 herzustellen.
Bei der in den 6 und 7 gezeigten Ausführungsform ist die Festlageranordnung 6 so ausgestaltet, dass sie den Filterkörper 5 und/oder das Hüllrohr 8 axial am Gehäuse 2 abstützt, und zwar an einer auslaufseitigen axialen Stirnseite 17 des Filterkörpers 5 bzw. des Hüllrohrs 8. Im Unterschied zu der hier gezeigten Darstellung kann es zweckmäßig sein, Filterkörper 5 und Hüllrohr 8 an der auslaufseitigen Stirnseite 17 axial bündig zueinander zu positionieren, um auf diese Weise eine gleichmäßige axiale Abstützung am Filterkörper 5 und am Hüllrohr 8 zu erzielen. Des weiteren kann es von besonderem Vorteil sein, wenn der Filterkörper 5 in ei nem durch eine geschweifte Klammer angedeuteten auslaufseitigen Endbereich 18 am Hüllrohr 8 axial fixiert ist, derart, dass auf diese Weise im auslaufseitigen Endbereich 18 eine axiale Festlagerung ausgebildet wird. Axial außerhalb dieser Festlagerung, also stromauf des auslaufseitigen Endbereichs 18, kann dann der Filterkörper 5 im Hüllrohr 8 axial verschieblich gelagert sein, um auf diese Weise eine Loslagerung zu realisieren. Durch die gewählte Positionierung der axialen Fixierung zwischen Filterkörper 5 und Hüllrohr 8 im auslaufseitigen Endbereich 18 kann gewährleistet werden, dass sich thermische Ausdehnungseffekte nicht oder nur geringfügig auf die ebenfalls auslaufseitig angeordnete Festlageranordnung 6 auswirken.
Die in 6 gezeigte Festlageranordnung 6 weist ein umfangsmäßig geschlossen umlaufendes Stützkissen 19 auf, das in einer gehäusefesten Halterung 20 gehaltert ist. Das Stützkissen 19 kann ebenfalls aus Drahtgestrick hergestellt sein. Die Halterung 20 besitzt hier exemplarisch ein U-Profil und ist am auslaufseitigen Außentrichter 4 befestigt. Grundsätzlich kann die Halterung 20 auch direkt am Gehäuse 2 befestigt sein. Die Halterung 20 bildet hier gleichzeitig einen anströmseitigen Verschluss für den zwischen auslaufseitigem Außentrichter 4 und auslaufseitigem Innentrichter 12 ausgebildeten Ringspalt 16, so dass der Eintritt von heißen Abgasen in den Ringspalt 16 stark behindert ist.
Alternativ zu einem umfangsmäßig geschlossen umlaufenden Stützkissen 19 können auch mehrere umfangsmäßig verteilt angeordnete separate Stützkissen vorgesehen sein.
Das Gehäuse 2 kann in Hohlzylinder-Bauweise hergestellt sein, so dass in den fertiggestellten Mantel 22, an dem bereits ein Außentrichter 3 oder 4 ausgeformt sein kann, der Filterkörper 5 gegebenenfalls zusammen mit dem Hüllrohr 8 sowie der mit der Lagermatte 9, gegebenenfalls den Lagermattenabschnitten 23 und/oder den Stützkissen 10 axial in den Mantel eingeführt werden. Ebenso kann das Gehäuse 2 in Halbschalen-Bauweise hergestellt sein. Dabei werden in die eine Halbschale die innenliegenden Komponenten, wie Filterkörper 5 mit oder ohne Hüllrohr 8, Lagermatte 9, Stützkissen 10 und gegebenenfalls Innentrichter 12 bis 15 eingesetzt. Anschließend wird die andere Halbschale aufgesetzt, um das Gehäuse 2 zu verschließen.
Bei der Halbschalen-Bauweise können z.B. vier Fixierstellen 21 vorgesehen sein, von denen je zwei pro Halbschale so angeordnet sind, dass sie voneinander um 90° und vom jeweiligen Schalenrand 45° entfernt sind. Die Lagermatte 9 ist dann so zugeschnitten oder ausgestanzt oder ausgelocht, dass beim Einlegen des mit der Lagermatte 9 umwickelten Filterkörpers 5 an den Fixierstellen 21 ein metallischer Kontakt zwischen Gehäuse 2 und Hüllrohr 8 bzw. Filterkörper 5 entsteht.
Die Lagermattenabschnitte 23 bestehen zweckmäßig aus einem für die erzielte Dichtwirkung geeigneten Material und können beispielsweise als Drahtgestrickkissen ausgestaltet sein.

Claims

Partikelfilter für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, – mit einem metallischen Gehäuse (2), in dem wenigstens ein metallischer Filterkörper (5) angeordnet ist, – wobei der Filterkörper (5) mittels genau einer axialen Festlageranordnung (6) im oder am Gehäuse (2) axial fixiert ist, – wobei der Filterkörper (5) axial außerhalb der Festlageranordnung (6) relativ zum Gehäuse (2) axial verstellbar im Gehäuse (2) gelagert ist, – wobei die Festlageranordnung (6) mehrere umfangsmäßig verteilt und zueinander beabstandet angeordnete Fixierstellen (21) aufweist, in denen das Gehäuse (2) axial fest mit dem Filterkörper (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, – dass der Filterkörper (5) außerhalb der Festlageranordnung (6) vom Gehäuse (2) radial beabstandet positioniert ist, – dass in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Fixierstellen (21) Lagermattenabschnitte (23) zwischen dem Gehäuse (2) und dem Filterkörper (5) und/oder dem Hüllrohr (8) angeordnet sind, – dass wenigstens eine Lagermatte (9) vorgesehen ist, die den Filterkörper (5) oder das Hüllrohr (8) zumindest axial außerhalb der Festlageranordnung (6) umfangsmäßig umschließt und am Gehäuse (2) radial abstützt.
Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die Lagermattenabschnitte (23) jeweils einen Hohlraum, der in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Fixierstellen (21) zwischen dem Gehäuse (2) und dem Filterkörper (5) und/oder dem Hüllrohr (8) ausgebildet ist, im wesentlichen gasdicht verschließen, und/der – dass die Lagermatte (9) einen Ringraum, der axial außerhalb der Festlageranordnung (6) zwischen dem Gehäuse (2) und dem Filterkörper (5) und/oder dem Hüllrohr (8) ausgebildet ist, im wesentlichen gasdicht verschließt.
Partikelfilter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, – dass der Filterkörper (5) außerhalb der Festlageranordnung (6) vom Gehäuse (2) radial beabstandet positioniert ist, – dass mehrere Stützkissen (10) vorgesehen sind, die den Filterkörper (5) oder das Hüllrohr (8) axial außerhalb der Festlageranordnung (6) in einem Umfangsabschnitt radial am Gehäuse (2) abstützen, – dass die Stützkissen (10) in wenigstens einem von der Festlageranordnung (6) entfernten Längsabschnitt (11) des Gehäuses (2) umfangsmäßig verteilt und voneinander beabstandet angeordnet sind.
Partikelfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Fixierstellen (21) Lagermattenabschnitte (23) zwischen dem Gehäuse (2) und dem Filterkörper (5) und/oder dem Hüllrohr (8) angeordnet sind.
Partikelfilter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, – dass die Festlageranordnung (6) axial mittig und die Stützkissen (10) wenigstens an einem axialen Endbereich des Gehäuses (2) angeordnet sind, oder – dass die Festlageranordnung (6) an dem einen axialen Endbereich des Gehäuses (2) und die Stützkissen (10) am anderen axialen Endbereich des Gehäuses (2) angeordnet sind.
Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlageranordnung (6) in einem Längsabschnitt (7) des Gehäuses (2) ausgebildet ist, dessen axiale Länge kleiner ist als 10% einer zwischen den Außentrichtern (3, 4) gemessenen axialen Gesamtlänge des Gehäuses (2).
Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, – dass der Filterkörper (5) ein metallisches Hüllrohr (8) aufweist, das den Filterkörper (5) umhüllt und an diesem axial fixiert ist, – dass die Fixierstellen (21) das Hüllrohr (8) und/oder den Filterkörper (5) am Gehäuse (2) axial fixieren.
Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) außerhalb der Fixierstellen (21) vom Filterkörper (5) und/oder vom Hüllrohr (8) beabstandet ist.
Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) an den Fixierstellen (21) mit dem Filterkörper (5) oder mit dem Hüllrohr (8) verlötet oder verschweißt ist, insbesondere durch Lochschweißen.
Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, – dass wenigstens eine dieser Fixierstellen (12) an einer am Gehäuse (2) ausgeformten Einbuchtung ausgebildet ist, die sich bis zum Filterkörper (5) oder bis zum Hüllrohr (8) erstreckt, und/oder – dass wenigstens eine dieser Fixierstellen (21) an einer am Filterkörper (5) oder am Hüllrohr (8) ausgeformten Ausbuchtung ausgebildet ist, die sich bis zum Gehäuse (2) erstreckt, und/oder – dass wenigstens eine dieser Fixierstellen (21) ein separates Distanzelement aufweist, das entweder am Gehäuse (2) und am Filterkörper (5) oder am Gehäuse (2) und am Hüllrohr (8) befestigt ist.
Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Stützkissen (10; 19) und/oder die Lagermattenabschnitte (23) als Drahtgestrickkissen ausgestaltet ist oder sind.
Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) zum Anschließen des Gehäuses (2) an einen Abgasstrang einer Abgasanlage einen einlaufseitigen Außentrichter (3) und/oder einen auslaufseitigen Außentrichter (4) aufweist.
Partikelfilter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der Außentrichter (3, 4) ein Innentrichter (12, 13, 14, 15) so angeordnet ist, dass radial zwischen Außentrichter (3, 4) und Innentrichter (12, 13, 14, 15) ein Ringspalt (16) ausgebildet ist.
Partikelfilter nach den Ansprüchen 13 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein solcher Innentrichter (15) einstückig mit dem Hüllrohr (8) hergestellt ist.
Partikelfilter nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Außentrichter (3, 4) einstückig mit dem Gehäuse (2) hergestellt ist.