DE102005050273A1

DE102005050273A1 - Partikelfilter und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102005050273A1
Application number: DE102005050273A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Hopf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2007-04-26
Also published as: WO2007045621A1

Abstract

Es wird ein Partikelfilter (1), insbesondere zum Filtern von Partikeln im Abgas einer Brennkraftmaschine, mit einer Einström- (8) und Abströmseite (9) vorgeschlagen, wobei der Partikelfilter (1) eine Vielzahl von Filtertaschen (5) umfasst, die durch eine Haltevorrichtung (6) zusammengehalten werden, und wobei die Filtertaschen (5) mit der Haltevorrichtung (6) durch eine gesinterte Sintermasse (18) verbunden sind. Weiter wird ein Verfahren zur Herstellung eines Partikelfilters (1) beschrieben, wobei das Verfahren umfasst: DOLLAR A a) Bereitstellen von Filtertaschen (5) und einer Haltevorrichtung (6), die zumindest ein Verbindungsblech (10) mit Aufnahmen (15) aufweist, DOLLAR A b) Herbeiführen des Zustandes, in dem die Filtertaschen (5) in die Aufnahmen (15) des Verbindungsblechs (10) aufgesetzt sind und zumindest Spaltenräume zwischen dem Verbindungsblech (10) und den Filtertaschen (5) mit einer Sintermasse (18) gefüllt sind, und DOLLAR A c) Sintern der Filtertaschen (5) zusammen mit der Sintermasse (18) und der Haltevorrichtung (6).

Description

Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Partikelfilter werden zum Filtern von Partikeln beispielsweise im Abgassystem einer Diesel-Brennkraftmaschine eingesetzt. Zu den wesentlichen Komponenten eines Partikelfilters 1 zählen so genannte Filtertaschen 5 (1). Ihre Wände sind aus Sintermetall hergestellt und so angeordnet, dass keilförmige Filtertaschen 5 gebildet werden. Die keilförmigen Filtertaschen 5 sind nebeneinander derart angeordnet, dass insgesamt ein rotationssymetrischer, ringartiger Partikelfilter 1 resultiert. Die spitz zulaufenden Keilkanten der Filtertaschen 5 zeigen entgegen die Strömungsrichtung 7 des Abgases, die in Strömungsrichtung 7 gesehen hintere Schmalseite einer Filtertasche 5 ist offen.

Die Filtertaschen 5 sind aber nicht selbständig in gewünschter Weise anzuordnen, so dass eine Haltevorrichtung für die Filtertaschen 5 notwendig ist. In 1 wurde die Haltevorrichtung lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Üblicherweise werden die Filtertaschen 5 mit der Haltevorrichtung verschweißt, um eine feste Verbindung zwischen Filtertaschen 5 und der Haltevorrichtung zu gewährleisten. Problematisch ist es jedoch, dass bei einem Schweißvorgang der Filtertaschen 5 mit der Haltevorrichtung sich regelmäßig Schwierigkeiten bezüglich der Dauerfestigkeit einer solchen Schweißverbindung ergeben. Auch ist in demjenigen Bereich der Filtertasche 5, an dem diese an der Haltevorrichtung angebracht werden soll, ein hoher Umformgrad erforderlich, der dann bei dem porösen, gasdurchlässigen Material der Filtertaschen 5 zu Schwierigkeiten wie Rissbildung führt. Ansätze zur Umgehung dieses Problems sind aus dem Stand der Technik vorhanden.

So ist beispielsweise aus DE 101 28 936 A1 ein Partikelfilter bekannt, bei dem die Haltevorrichtung einen Stützzapfen, einen inneren und einen äußeren Haltering umfasst. Auch ist es bevorzugt vorgesehen, die Filtertaschen über einen Schweißvorgang mit den genannten Elementen der Haltevorrichtung fest zu verbinden. Dabei wird vorgeschlagen, die Filtertaschen randseitig mit einem dem Randverlauf folgenden Einsatzstreifen zu versehen, welcher u. a. dazu genutzt werden kann, um die stirnseitige Verschweißung der Filtertaschen untereinander oder mit der Haltevorrichtung zu erleichtern oder zu ermöglichen.

Weiter wird auch in DE 103 31 347 A1 ein Partikelfilter aus Filtertaschen und einem Halteelement beschrieben, wobei das Halteelement einen Außenring aufweist. Mit dem Außenring sind die Filtertaschen fest verschweißt. Um eine einfache Verbindung der Filtertaschen mit dem Halteelement zu ermöglichen, weisen die Filtertaschen jeweils ein Taschenteil und ein Verbindungsteil auf. Das Taschenteil besteht dabei aus einem mit einem Sintermetallpulver beschichteten, gasdurchlässigen Trägermaterial, während das Verbindungsteil aus einem gasundurchlässigen Material gebildet ist. Das Verbindungsteil ist vorgesehen zur Verschweißung mit dem Halteelement.

Obwohl in den zitierten Schriften Maßnahmen zur Vereinfachung von Schweißvorgängen vorgeschlagen werden, ist grundsätzlich das Zusammenschweißen von Filtertaschen mit der Haltevorrichtung vorgesehen. Das aufwendige Schweißen im gesinterten Zustand der Filtertaschen bleibt also bestehen. Es besteht daher Bedarf nach einem Partikelfilter, der ein einfacheres, kostengünstiges Herstellungsverfahren ermöglicht. Insbesondere sollte das Verfahren auf das Zusammenschweißen der Filtertaschen mit der Haltevorrichtung verzichten.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Partikelfilter bzw. das Verfahren zu seiner Herstellung hat den Vorteil, dass der Partikelfilter einfacher hergestellt werden kann als bisher aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Partikelfilter ohne einen Schweißvorgang der Filtertaschen mit der Haltevorrichtung hergestellt werden und gewährleistet dennoch eine gute Fixierung und zuverlässige Festigkeit der Verbindung zwischen den Bauteilen. Gleichzeitig wird eine ausreichende Abdichtung erzielt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht weiter sehr vorteilhaft, dass die Filtertaschen im Ausgangszustand sowohl im nicht gesinteren, d. h. grünen Zustand als auch im gesinterten Zustand vorliegen dürfen. So kann das Verfahren vielfältig angewandt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.

Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen rotationssymetrischen, ringartigen Partikelfilter bestehend aus mehreren Filtertaschen ohne eine Haltevorrichtung in perspektivischer Sicht,
2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Partikelfilters im Schnitt in perspektivischer Sicht,
3 ein Verbindungsblech mit Aufnahmen, gefüllt mit einer Sintermasse,
4 das Aufstecken der Filtertaschen in die Aufnahmen des Verbindungsblechs,
5 ein Halteblech auf der Einströmseite der Filtertaschen,
6 Durchsetzfügen am Verbindungsblech, und
7 Filtertaschen angeordnet in einem Blechgehäuse.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Partikelfilters 1 mit einer Einström- 8 und Abströmseite 9 ist im Längsschnitt in 2 in perspektivischer Sicht dargestellt. Der Partikelfilter 1 umfasst, wie aus dem Stand der Technik bekannt, eine Vielzahl von ringförmig angeordneten Filtertaschen 5 und eine Haltevorrichtung 6 für die Filtertaschen 5. Die Filtertaschen 5 selbst bestehen aus einem Sintermetall und ihre Herstellung ist an sich bekannt, so dass auf ihre ausführliche Beschreibung verzichtet wird.
Die Haltevorrichtung 6 weist ein Verbindungsblech 10 an der Abströmseite 9 und ein Halteblech 11 an der Einströmseite 8 des Partikelfilters 1 auf, die durch eine weitere Komponente der Haltevorrichtung 6, nämlich durch ein zentrales Stützrohr 12 (in 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt, siehe aber 4), miteinander verbunden sind. So sind die Filtertaschen 5 zwischen dem Verbindungsblech 10 an der Abströmseite 9 und dem Halteblech 11 an der Einströmseite 8 und gleichzeitig um das Stützrohr 12 herum angeordnet. Sowohl das Verbindungsblech 10 als auch das Halteblech 11 sind bevorzugt tiefgezogene und gestanzte Blechbauteile.
Das Verbindungsblech 10 hat eine runde Form in Draufsicht und weist Aufnahmen 15 auf, in die die Filtertaschen 5 aufgesteckt sind. Hierfür eignen sich besonders Filtertaschen 5 mit zurückgesetztem Spacer, also einem Platzhalter. Die Filtertaschen 5 sind dabei mit dem Verbindungsblech 10, also letztlich mit der Haltevorrichtung 6, durch gesinterte Sintermassen 18 verbunden. Mit anderen Worten ausgedrückt, zwischen den Filtertaschen 5 und dem Verbindungsblech 10 ist gesinterte Sintermasse 18 vorhanden. Zwischen den Filtertaschen 5 und anderen Komponenten der Haltevorrichtung 6 wie Halteblech 11 oder Stützrohr 12 muss nicht notwendigerweise auch die Sintermasse 18 vorhanden sein. Wichtig ist es, dass die Filtertaschen 5 an den Verbindungsstellen über eine Sintermasse 18 mit der Haltevorrichtung 6 verbunden sind.
Zur Erhöhung der Verbindungsfestigkeit zwischen den Filtertaschen 5 und dem Verbindungsblech 10 können Durchsetzfügen 19 ("Thoxen") am Verbindungsblech 10 vorgesehen werden. Weitere vorteilhafte Merkmale des Partikelfilters 1 werden zusammen mit den nun folgenden Erläuterungen zum Herstellungsverfahren des Partikelfilters 1 und mit den 3 bis 7 beschrieben.
Grundsätzlich umfasst das Herstellungsverfahren folgende Schritte:

a) Bereitstellen von Filtertaschen 5 und einer Haltevorrichtung 6, die zumindest ein Verbindungsblech 10 mit Aufnahmen 15 aufweist,
b) Herbeiführen des Zustandes, in dem die Filtertaschen 5 in die Aufnahmen 15 des Verbindungsblechs 10 aufgesetzt sind und zumindest Spaltenräume zwischen dem Verbindungsblech 10 und den Filtertaschen 5 mit einer Sintermasse 18 gefüllt sind, und
c) Sintern der Filtertaschen 5 zusammen mit der Sintermasse 18 und der Haltevorrichtung 6.

Zunächst werden in einem ersten Schritt a) zur Herstellung des Partikelfilters 1 Filtertaschen 5 und eine Haltevorrichtung 6 bereitgestellt, wobei die Haltevorrichtung 6 zumindest ein Verbindungsblech 10 mit Aufnahmen 15 aufweist. Die 3 zeigt solch ein Verbindungsblech 10. Die tiefgezogenen Aufnahmen 15 sind derart passend geformt, dass die Filtertaschen 5 in die Aufnahmen 15 aufgesteckt werden können. Weiter weist das Verbindungsblech 10 gestanzte Durchbrüche 20 für die Abströmung auf. Hierdurch kann später das in die Filtertaschen 5 eingeströmte Abgas gefiltert wieder abströmen. Übrigens können in diesem Verfahrensschritt a) sowohl grüne – also noch nicht gesinterte – als auch bereits gesinterte Filtertaschen 5 bereitgestellt werden. Es muss nur vorausgesetzt sein, dass auch bei grünen Filtertaschen 5 ein mechanisches Biegen möglich ist. Hierfür können Filtertaschen 5 geeignet sein, die mit einem elastischen Binder hergestellt wurden.
In einem nächsten Schritt b) wird der Zustand herbeigeführt, im dem die Filtertaschen 5 in die Aufnahmen 15 des Verbindungsblechs 10 aufgesetzt sind und zumindest Spaltenräume zwischen dem Verbindungsblech 10 und den Filtertaschen 5 mit einer Sintermasse 18 gefüllt sind. Wie in 3 dargestellt, werden hierfür zunächst die Aufnahmen 15 des Verbindungsblechs 10 mit einer Sintermasse 18 gefüllt. Anschließend werden die Filtertaschen 5 durch das Aufsetzen in die Aufnahmen 15 des Verbindungsbleches 10 fixiert (4). Die Filtertaschen 5 können entweder nacheinander oder auch gleichzeitig aufgesetzt werden. Bei diesem Vorgang drücken sich die Filtertaschen 5 in die Sintermasse 18 ein. Damit wird der Zustand erreicht, dass Spaltenräume zwischen dem Verbindungsblech 10 und den Filtertaschen 5 mit der Sintermasse 18 gefüllt sind. Auch werden die Filtertaschen 5 entsprechend der Anordnung der Aufnahmen 15 ringförmig nebeneinander positioniert. Als eine weitere Komponente der Haltevorrichtung 6 wird ein zentrales Stützrohr 12 in die Mitte der ringförmig angeordneten Filtertaschen 5 aufgestellt und auf das Verbindungsblech 10 aufgesteckt. Dabei wird das Stützrohr 12 eventuell verschweißt, aufgepresst oder geschrumpft. Sodann wird ein Halteblech 11 an der Einströmseite 8 des nun entstehenden Partikelfilters 1 auf die Filtertaschen 5 aufgesetzt (5). Das Halteblech 11 weist hierfür Ansätze 22 zur Aufnahme von Filtertaschen 5 auf. Diese drei Komponenten der Haltevorrichtung 6 – Verbindungsblech 10, Stützrohr 12 und Halteblech 11 – werden durch ein umformtechnisches Fügeverfahren zusammengedrückt und verbunden. In diesem Fall sind also das Halteblech 11 und das Verbindungsblech 10 über das Stützrohr 12 verbunden. Übrigens hat das Halteblech 11 an der Einströmseite 8 nur eine Haltefunktion für die Filtertaschen 5, insbesondere liegt zwischen dem Halteblech 11 und den Filtertaschen 5 keine starre Verbindung vor. Hingegen kann an der Abströmseite 9 des Partikelfilters 1 zur Erhöhung der Verbindungsfestigkeit zwischen den Filtertaschen 5 und dem Verbindungsblech 10, wie bereits erwähnt, Durchsetzfügen 19 angebracht werden (6). Das Anbringen von Durchsetzfügen 19 kann auch zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt werden, so etwa nach einem Sintervorgang gemäß Schritt c).
In einem Schritt c) ist ein Sintervorgang der Filtertaschen 5 zusammen mit der Sintermasse 18 und der Haltevorrichtung 6 vorgesehen. Durch das Sintern resultiert eine feste Verbindung zwischen der Haltevorrichtung 6 und den Filtertaschen 5, wodurch einerseits die Festigkeit der Verbindung noch weiter erhöht wird als vor dem Sintervorgang, und andererseits wird eine Abdichtung gewährleistet.
Ergänzend zu bisheriger Beschreibung werden nachfolgend Variationen des Herstellungsverfahrens bzw. des Partikelfilters 1 vorgeschlagen. Während die Schritte a) und c) wie bisher erläutert durchgeführt werden, werden in einer Variation im Schritt b) zunächst die Filtertaschen 5 durch das Aufsetzen auf die Aufnahmen 15 des Verbindungsblechs 10 fixiert. Zur Festigung der Verbindung können wieder Durchsetzfügen 19 oder Nieten am Verbindungsblech 10 angebracht werden. Das Füllen der Spaltenräume zwischen dem Verbindungsblech 10 und den Filtertaschen 5 mit einer Sintermasse wird jetzt durch ein Eintauchen der Filtertaschen 5 zusammen mit der Haltevorrichtung 6 in die Sintermasse 18 erreicht. Dies ist möglich, weil die Sintermasse 18 breiartig ist. Dabei kann je nach Bedarf das zusammengefügte Partikelfilter 1 ganz oder nur teilweise in die Sintermasse 18 eingetaucht werden. Wichtig ist, dass dadurch sich die Spaltenräume ausreichend mit der Sintermasse 18 füllen.
Vorteilhaft werden bei dieser Variante auch mögliche Risse bei Filtertaschen 5, die sich beispielsweise beim Biegen und Umformen der Filtertaschen 5 entstanden sein könnten, mit der Sintermasse 18 gefüllt. Nach dem Sintervorgang gemäß Schritt c) sind die offenen Risse durch die gesinterte Sintermasse 18 darin behoben und es resultieren daraus dichte und stabile Filtertaschen 5.
Unabhängig von der Variante des Herstellungsverfahrens können beim erfindungsgemäßen Partikelfilter 1 die Filtertaschen 5 und die Haltevorrichtung 6 in einem Gehäuse 25, inbesondere aus einem Blech, angeordnet sein (7). Dazu ist es vorteilhaft, wenn schwingungsdämpfende Dichtelemente 27 zwischen dem Gehäuse 25 und der Haltevorrichtung 6 vorgesehen sind. Als Dichtelemente 27 eignen sich Stopfbuchsen aus Mineralfasern oder Metallgeweben. Neben der Dämpfung der mechanischen Schwingungen dienen sie auch zur zuverlässigen Abdichtung. Das Gehäuse 25 selbst ist bevorzugt zweiteilig, wobei die beiden Gehäuseteile und damit der gesamte Verbund darin durch Verschraubungen 29 zusammengehalten werden.
Zusammenfassend wird festgestellt, dass mit dem beschriebenen Verfahren eine kostengünstige Fertigung eines Partikelfilters 1 bereitgestellt wird, bei dem die Fügetechnik in Kombination mit Zusammensintern von Filtertaschen 5 und Haltevorrichtung 6 eine gute Fixierung und Festigkeit gewährleistet.

Claims

Partikelfilter (1), insbesondere zum Filtern von Partikeln im Abgas einer Brennkraftmaschine, mit einer Einström- (8) und Abströmseite (9), umfassend eine Vielzahl von Filtertaschen (5), die durch eine Haltevorrichtung (6) zusammengehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtertaschen (5) mit der Haltevorrichtung (6) durch eine gesinterte Sintermasse (18) verbunden sind.
Partikelfilter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung 6 an der Abströmseite (9) ein Verbindungsblech (10) mit der Sintermasse (18) gefüllte Aufnahmen (15) umfasst, in die die Filtertaschen (5) aufgesteckt sind.
Partikelfilter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsblech (10) Durchsetzfügen (19) zur Erhöhung der Verbindungsfestigkeit zwischen den Filtertaschen (5) und dem Verbindungsblech (10) aufweist.
Partikelfilter (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsblech (10) ein Tiefziehbauteil ist, wobei gestanzte Durchbrüche (20) für die Abströmung vorgesehen ist.
Partikelfilter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (6) an der Einströmseite (8) ein Halteblech (11) mit Ansätzen (22) zur Aufnahme von Filtertaschen (5) umfasst.
Partikelfilter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (6) ein zentrales Stützrohr (12) umfasst, welches das Verbindungsblech (10) mit dem Halteblech (11) miteinander verbindet.
Partikelfilter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtertaschen (5) und die Haltevorrichtung (6) in einem Blechgehäuse (25) angeordnet sind, wobei schwingungsdämpfende Dichtelemente (27) zwischen dem Gehäuse (25) und der Haltevorrichtung (6) vorgesehen sind.
Verfahren zur Herstellung eines Partikelfilters (1) mit einer Einström- (8) und Abströmseite (9), umfassend eine Vielzahl von Filtertaschen (5), die durch eine ein Verbindungsblech (10) aufweisende Haltevorrichtung (6) zusammengehalten werden, mit den Schritten: a) Bereitstellen von Filtertaschen (5) und einer Haltevorrichtung (6), die zumindest ein Verbindungsblech (10) mit Aufnahmen (15) aufweist, b) Herbeiführen des Zustandes, in dem die Filtertaschen (5) in die Aufnahmen (15) des Verbindungsblechs (10) aufgesetzt sind und zumindest Spaltenräume zwischen den Aufnahmen (15) und den Filtertaschen (5) mit einer Sintermasse (18) gefüllt sind, und c) Sintern der Filtertaschen (5) zusammen mit der Sintermasse (18) und der Haltevorrichtung (6).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) zuerst die Aufnahmen (15) mit der Sintermasse (18) gefüllt werden und danach die Filtertaschen (5) in die mit der Sintermasse (18) gefüllten Aufnahmen (15) des Verbindungsblechs (10) aufgesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) zuerst die Filtertaschen (5) in die Aufnahmen (15) des Verbindungsblechs (10) aufgesetzt werden und danach die Filtertaschen (5) zusammen mit der Haltevorrichtung (6) in die Sintermasse (18) eingetaucht werden.