DE102005034603A1

DE102005034603A1 - Filtereinrichtung, insbesondere Partikelfilter für ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005034603A1
Application number: DE102005034603A
Authority: DE
Inventors: Martin Eggenmüller; Klaus-Dieter Sulzberger; Thomas Hauber; Markus Wolff; Siegbert Griesinger; Holger Dietzhausen; Thomas Lehmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2007-02-01
Also published as: WO2007012509A1

Abstract

Eine Filtereinrichtung (16), insbesondere ein Partikelfilter für ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine, filtert Partikel aus einem Gasstrom (26) heraus. Er umfasst ein Gehäuse (17), sowie eine Filterstruktur (22) mit einer Mehrzahl von Filtertaschen (24). Es wird vorgeschlagen, dass an der Filterstruktur (22) mindestens ein federelastisches Dämpfungselement (46, 48) unter Vorspannung anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung, insbesondere einen Partikelfilter für ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine, nach dem Obergebriff des Anspruchs 1.

Eine Filtereinrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 102 23 452 A1 bekannt. Bei der dort gezeigten Filtereinrichtung handelt es sich um einen Partikelfilter für ein Abgassystem einer Diesel-Brennkraftmaschine. Die Filterwände bei der bekannten Filtereinrichtung sind aus Sintermetall hergestellt und so angeordnet, dass keilförmige Filtertaschen gebildet werden. Die spitz zulaufenden Keilkanten der Filtertaschen zeigen entgegen der Strömungsrichtung des Abgases, die in Strömungsrichtung gesehen hintere Schmalseite einer Filterseite ist offen.

Die Filtertaschen sind nebeneinander so angeordnet, dass eine insgesamt ringförmige Filterstruktur gebildet wird. Gehalten werden die einzelnen Filtertaschen an ihren jeweiligen axialen Enden. Im Betrieb tritt das Abgas durch die Seitenwände der Filtertaschen hindurch, wodurch im Abgas enthaltene Rußpartikel zurückgehalten werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Filtereinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie eine lange Lebensdauer aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Filtereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben.

Vorteile der Erfindung

Indem an der Filterstruktur mindestens ein federelastisches Dämpfungselement anliegt, werden vom Gehäuse an die Filterstruktur Schwingungen nur noch gedämpft übertragen. Die Filterstruktur ist somit nur noch reduzierten Schwingungsbelastungen ausgesetzt, was sich günstig auf deren Lebensdauer auswirkt.

Durch ein Verklemmen des Dämpfungselements können komplexe zusätzliche Haltestrukturen vermieden werden, was die Herstellung vereinfacht.

Besonders geeignet ist ein Dämpfungselement, welches ein Drahtgestrick umfasst oder aus einem solchen hergestellt ist, da ein solches aus einem hoch temperaturbeständigen Metalldraht hergestellt und durch Auswahl der Drahtdicke und der Dichte des Metallgestricks die Federeigenschaften sehr gut an die individuellen Erfordernisse angepasst werden können. Ein Herstellungsverfahren für ein ringförmiges Dämpfungselement besteht beispielsweise darin, zunächst einen Drahtschlauch durch Stricken herzustellen, und diesen dann in axialer Richtung auf einem Formkern in Form zu pressen.

Dabei ist innerhalb eines einzigen Dämpfungselements auch die Kombination von Drahtgestricken unterschiedlicher Steifigkeit möglich. So kann beispielsweise ein "Kern" des Dämpfungselements aus einem Drahtgestrick hoher Steifigkeit hergestellt sein, wohingegen der außenliegende Kontaktbereich aus einem Drahtgestrick mit geringerer Steifigkeit hergestellt ist. Hierdurch wir eine "weichere" Lagerung der Filtertaschen realisiert.

Aufgrund der meist zylindrischen Ausgestaltung der Filterstruktur und des Gehäuses der Filtereinrichtung ist ein ringförmig ausgestaltetes Dämpfungselement besonders wirksam. Vor allem in einen solchen Ring können Aufnahmeabschnitte eingebracht werden, in denen die entsprechenden Randbereiche einzelner Filtertaschen formschlüssig aufgenommen sind. Vibrationen der Filtertaschen werden auf diese Weise besonders gut gedämpft, ohne dass an den Kontaktstellen hohe Flächenkräfte auftreten.

Für die Montage ist es hilfreich, wenn ein ringförmiges Dämpfungselement mit einem Schlitz ausgebildet ist, da es in diesem Falle zur Montage beispielsweise aufgeweitet werden kann. Durch schräg ausgestaltete Wandflächen im Bereich des Schlitzes wird eine Unterbrechung des Kontaktes mit dem Gehäuse und der Filterstruktur verhindert oder zumindest reduziert. Um dennoch ein sattes anliegendes Dämpfungselement an der Filterstruktur und/oder am Gehäuse zu gewährleisten, kann die Eigenelastizität des Dämpfungselements durch ein Federelement unterstützt werden.

Durch die Anordnung eines Dämpfungselements in der axialen Mitte der Filterstruktur, oder durch die Anordnung mehrerer Dämpfungselemente in axialer Richtung können Eigenfrequenz und dazugehörige Schwingungsamplituden günstig beeinflusst werden. Dies gilt insbesondere bei einer Abstützung in etwa über die gesamte axiale Länge der Filterstruktur. Um die gewünschte Position des Dämpfungselements über die gesamte Lebensdauer der Filtereinrichtung sicherzustellen, kann dieses beispielsweise durch Sicken am Gehäuse oder an der Filterstruktur axial gehaltert werden. Derartige Sicken können bei der Formung der Filterstruktur beziehungsweise des Gehäuses auf einfache und kostengünstige Art und Weise eingebracht werden.

Zeichnungen
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Filtereinrichtung;
2 einen teilweisen Längsschnitt durch einen Bereich der Filtereinrichtung von 1;
3 eine perspektivische Darstellung von einigen Elementen von 2;
4 eine Draufsicht in axialer Richtung auf den in 2 gezeigten Bereich der Filtereinrichtung;
5 eine Draufsicht auf ein Dämpfungselement der Filtereinrichtung von 1;
6 eine Draufsicht auf ein weiteres Dämpfungselement der Filtereinrichtung von 1;
7 eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform eines Dämpfungselements;
8 eine Draufsicht auf eine nochmals alternative Ausführungsform eines Dämpfungselements;
9 eine Seitenansicht einer nochmals alternativen Ausführungsform eines Dämpfungselements; und
10 eine Seitenansicht einer nochmals alternativen Ausführungsform eines Dämpfungselements.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Eine Brennkraftmaschine trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst einen Motorblock 12 und ein Abgasrohr 14, in dem eine Filtereinrichtung 16 angeordnet ist. Diese dient insbesondere dazu, Rußpartikel aus dem Abgasstrom herauszufiltern. Die Filtereinrichtung 16 umfasst ein Gehäuse 17 mit einem Außengehäuse 18, und einem in 1 nur strichpunktiert dargestellten Innenrohr 20, welches also ein Bereich des Gehäuses 17 ist.
Wie aus den 2 und 3 hervorgeht, ist in dem Innenrohr 20 eine Filterstruktur 22 gehalten. Diese umfasst eine Mehrzahl von keilförmigen Filtertaschen 24, von denen in 3 aus Darstellungsgründen nur eine gezeigt ist. Die Filtertaschen 24 haben ein entgegen der Strömungsrichtung (Pfeil 26) spitz zulaufendes geschlossenes Ende 28, und eine in Strömungsrichtung 26 gesehen hintere Schmalseite 30, die offen ist. Radial innen liegen Filterwände 31a und 31b aneinander an (Bezugszeichen 32), wohingegen sie auf der radialen Außenseite zunächst voneinander beabstandet sind, ehe sie im Bereich der Schmalseite 30 in eine Rundung 36 ineinander übergehen. Die Filtertasche 24 sind aus einem porösen Sintermetall hergestellt.
Das in Strömungsrichtung 26 gesehen hintere Ende 30 der Filtertaschen 24 wird durch einen Außenring 38 und einen Innenring 40 gehalten. Der Außenring 38 ist wiederum mit dem Innenrohr 20 verschweißt. Auch die Verbindung des Außenrings 38 mit den Filtertaschen 24 sowie des Innenrings 40 mit den Filtertaschen 24 erfolgt durch Verschweißen. Mit dem Innenring 40 ist ein deckelartiger Abschlussflansch 42 verbunden.
Das in Strömungsrichtung 26 gesehen vordere Ende 28 der Filtertaschen 24 ist mit einem nur in 2 gezeigten Haltering 42 verschweißt, der etwa auf halber radialer Höhe der Filtertaschen 24 angreift. Der Haltering 42 ist über eine hier nicht näher interessierende Haltestruktur 44 ebenfalls mit dem Innenrohr 20 starr verbunden.
Im Betrieb wird die Filterstruktur 22 in Strömungsrichtung 26 vom Abgas durchströmt. Dabei tritt der Abgasstrom durch die Filterwände 31a und 31b hindurch, wobei sich auf der Außenseite der Filtertaschen 24 im Abgasstrom enthaltene Rußpartikel ablagern. Der gereinigte Gasstrom tritt an den offenen Schmalseiten 30 der Filtertaschen 24 aus der Filterstruktur 22 aus.
Um Schwingungen der einzelnen Filtertaschen 24 zu reduzieren, umfasst die Filterstruktur 22 ein radial inneres Dämpfungselement 46, sowie ein radial äußeres Dämpfungselement 48. Das innere Dämpfungselement 46 ist als geschlossener Ring ausgestaltet, der aus einem Drahtgestrick hergestellt ist. Bei der in 2 dargestellten Variante einer Filterstruktur 22 ist das innere Dämpfungselement 46 einfach in die durch die radial inneren Ränder 32 der Filtertaschen 24 gebildete Öffnung 50 eingeschoben, und es liegt unter Vorspannung mit seiner radial äußeren Begrenzungsfläche 52 an den inneren Rändern 32 der Filtertaschen 24 an. In axialer Richtung der Filterstruktur 22 gesehen befindet sich das innere Dämpfungselement 46, in Strömungsrichtung 26 gesehen, etwa nach einem Drittel der Länge der Filterstruktur 22. In dieser Position wird das innere Dämpfungselement 46 durch sich radial erstreckende Laschen 54a und 54b gehalten, die an einigen oder allen Filtertaschen 24 vorhanden sind.
Bei der in 3 gezeigten Variante einer Filterstruktur 22 ist das innere Dämpfungselement 46 auf ein Rohr 56 aufgeschoben, welches sich vom Innenring 40 aus erstreckt. In diesem Falle ist das innere Dämpfungselement 46 ebenfalls unter Vorspannung zwischen dem Innenrohr 56, welches letztlich als zum Gehäuse 17 zugehörig gezählt werden kann, und der Filterstruktur 22 verklemmt.
Das äußere Dämpfungselement 48 ist ebenfalls aus Drahtgestrick hergestellt und in Form eines Rings zwischen den Rundungen 36 der Filtertaschen 24 und dem Innenrohr 20 verklemmt. Dabei sind die Rundungen 36 der Filtertaschen 24 formschlüssig in entsprechenden Aufnahmeabschnitten 58 des äußeren Dämpfungselements 48 aufgenommen. Zur axialen Halterung des äußeren Dämpfungselements 48 sind im Innenrohr 20 zwei Sicken 60a und 60b vorhanden.
Das Grundprinzip der schwingungsdämpfenden Abstützung der Filtertaschen 24 (von denen aus Darstellungsgründen nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist) durch die Dämpfungselemente 46 und 48 ist nochmals in 4 ersichtlich, die eine vereinfachte axiale Ansicht besonders wesentlicher Komponenten bereitstellt. Dabei erkennt man aus dieser Darstellung sowie aus der Darstellung in 5, in der das äußere Dämpfungselement 48 nochmals vergrößert gezeigt ist, dass die in diesem vorhandenen Aufnahmeabschnitte 58 noch stärker ausgeprägte Ausnehmungen darstellen können als bei dem in 3 dargestellten Dämpfungselement 48. Hierdurch werden Schwingungen der Filtertaschen 24 insgesamt sowie von deren Filterwänden 31a und 31b besonders wirksam gedämpft.
Alternative Ausführungsformen von Dämpfungselementen sind in den 6, 7 und 8 am Beispiel eines inneren Dämpfungselementes 46 dargestellt: Bei allen drei Varianten ist das ringförmige Dämpfungselement 46 mit einem Schlitz 62 in der Art eines Spannrings versehen. Die einander zugewandten Begrenzungsflächen des Schlitzes 62 tragen in den 6 bis 8 die Bezugszeichen 64a und 64b. Zwischen einer Radiuslinie 66 und den Begrenzungsflächen 64 ist ein Winkel A vorhanden.
Durch das Vorhandensein des Schlitzes 62 kann das Dämpfungselement 46 bei der Montage in dem in 2 gezeigten Anwendungsfall beispielsweise elastisch zusammengedrückt werden, so dass es problemlos in seine axiale Position zwischen den beiden Laschen 54a und 54b gebracht werden kann. Aufgrund seiner Federelastizität entspannt sich das Dämpfungselement 46 wieder, wenn es positioniert ist, so dass es unter Vorspannung an den inneren Rändern 32 der Filtertaschen 24 anliegt und dort wirkungsvoll Schwingungen dämpfen kann. Zur Unterstützung dieser elastischen Federeigenschaften kann, wie aus 7 hervorgeht, in das Dämpfungselement 46 ein Federelement 68, beispielsweise in Form eines Federbleches eingearbeitet sein.
Das in 8 gezeigte Dämpfungselement 46 weist einen einen "Kern" bildenden ersten Abschnitt 70 aus einem Drahtgestrick mit einer ersten Steifigkeit und einen eine "Umhüllung" bildenden zweiten Abschnitt 72 aus einem Drahtgestrick mit einer zweiten Steifigkeit auf. Das die Umhüllung 72 bildende Drahtgestrick ist dabei weicher (geringere Steifigkeit) als jenes des Kerns 70. Hierdurch kann sich die Umhüllung 72 an die inneren Ränder 32 der Filtertaschen 24 anpassen bzw. „anschmiegen", was zu einer entsprechend weichen bzw. sanften Lagerung der Filtertaschen 24 führt, bei gleichzeitig dennoch ausreichender Vorspannung, die vom Kern 70 bereitgestellt wird. Die geringere Steifigkeit der Umhüllung 72 kann beispielsweise durch Verwendung eines dünneren Drahtgestricks und/oder eines Drahtgestricks mit geringerer Dichte bereitgestellt werden. Die Umhüllung 72 kann nur auf der radialen Außenseite des Kerns 70 vorgesehen sein, wie dies in 8 gezeichnet ist, oder auch den Kern allseitig umgeben.
In den 9 und 10 ist eine weitere Variante eines inneren Dämpfungselements 46 dargestellt: Bei dieser erstreckt sich das innere Dämpfungselement 46 über in etwa die gesamte Länge der Filterstruktur 22 und ersetzt insoweit das in 3 gezeigte Rohr 56. Man erkennt aus 9, dass in diesem Falle das innere Dämpfungselement aus einem vergleichsweise groben Drahtgestrick hergestellt ist, so dass ein "poröses" Rohr 56 gebildet wird. Ein Bereich eines solchen Rohres 56 ist in 2 auf der rechten Seite angedeutet.
Durch ein solches sich über die gesamte axiale Länge der Filterstruktur 22 erstreckendes inneres Dämpfungselement 46 werden die inneren Ränder 32 der Filtertaschen 24 besonders gleichmäßig abgestützt. Eine Alternative hierzu sind mehrere Dämpfungselemente 46 mit einer geringen axialen Erstreckung, die über die axiale Länge der Filterstruktur 22 verteilt angeordnet sind. Wie auch bei dem in 8 gezeigten Dämpfungselement 46 kann auch das in 9 gezeigte Dämpfungselement 46 einen eher steifen Kern 70 und eine eher weiche Umhüllung 72 aufweisen, wie dies in
10 angedeutet ist.

Claims

Filtereinrichtung (16), insbesondere Partikelfilter für ein Abgassystem (14) einer Brennkraftmaschine (10), welche Partikel aus einem Gasstrom (26) herausfiltert, mit einem Gehäuse (17), und mit einer Filterstruktur (22) mit einer Mehrzahl von Filtertaschen (24), dadurch gekennzeichnet, dass an der Filterstruktur (22) mindestens ein federelastisches Dämpfungselement (46, 48) unter Vorspannung anliegt.
Filtereinrichtung (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (46, 48) zwischen dem Gehäuse (17) und der Filterstruktur (22) verklemmt ist.
Filtereinrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (46, 48) ein Drahtgestrick umfasst.
Filtereinrichtung (16) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (46) einen ersten Abschnitt (70) mit einem Drahtgestrick mit einer ersten Steifigkeit und einen zweiten Abschnitt (72) mit einem Drahtgestrick mit einer zweiten Steifigkeit umfasst.
Filtereinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstruktur (22) insgesamt eine zylindrische Außenkontur und das Gehäuse (17) einen entsprechenden, radial außerhalb von der Filterstruktur (22) liegenden Bereich (20) aufweist, und dass das Dämpfungselement (48) ringförmig ausgestaltet und zwischen der Filterstruktur (22) und dem Außenbereich (20) verklemmt ist.
Filtereinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstruktur (22) eine radial innere und axial verlaufende Öffnung (50) und das Gehäuse (17) einen entsprechenden, radial innerhalb von der Öffnung liegenden Bereich (56) aufweist, und dass das Dämpfungselement (46) ringförmig ausgestaltet und zwischen der Filterstruktur (22) und dem Innenbereich (56) verklemmt ist.
Filtereinrichtung (16) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (48) auf seiner den Filtertaschen (24) zugewandten Seite Aufnahmeabschnitte (58) zur vorzugsweise formschlüssigen Aufnahme der dem Dämpfungselement (48) zugewandten Randbereiche (36) der Filtertaschen (24) aufweist.
Filtereinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (46) als Spannring mit einem Schlitz (62) ausgebildet ist, dessen Begrenzungsflächen (64) gegenüber einer Radiuslinie (66) vorzugsweise einen Winkel (A) aufweisen.
Filtereinrichtung (16) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (46) ein Federelement (68), insbesondere ein Federblech, aufweist.
Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, in axialer Richtung gesehen, eine Mehrzahl gleichartiger Dämpfungselemente vorhanden sind.
Filtereinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein Dämpfungselement (46) in etwa über die gesamte axiale Länge der Filterstruktur (22) erstreckt.
Filtereinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (46; 48) durch mindestens einen Halteabschnitt (54; 60), insbesondere eine Sicke, axial gehaltert ist, der am Gehäuse (20) und/oder der Filterstruktur (22) vorhanden ist.