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Dokumentenidentifikation DE202005019910U1 24.05.2007
Titel Filter
Anmelder Mann + Hummel GmbH, 71638 Ludwigsburg, DE
DE-Aktenzeichen 202005019910
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 24.05.2007
Registration date 19.04.2007
Application date from patent application 19.12.2005
IPC-Hauptklasse B01D 29/21(2006.01)A, F, I, 20051219, B, H, DE

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Filter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und 5 zur Abscheidung von Partikeln aus einem Fluidstrom. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Dieselpartikelfilter nach Anspruch 8 zur Abscheidung von Partikeln aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine.

Stand der Technik

Es sind Filter bekannt, welche über ein spiralförmig gewickeltes Filtermedium verfügen. Das Filtermedium besteht aus einer gewellten Filterlage und einem planen Filterblatt Die gewellte Filterlage verfügt über Wellentäler und Wellenberge. Zur Verbindung der Filterlage mit dem Filterblatt, sind die Wellentäler mit dem Filterblatt verklebt. Zwischen den Wellenbergen und dem Filterblatt werden so Kanäle gebildet. Durch das Aufwickeln des Filtermediums werden zwischen den Wellentälern und dem darüber gewickelten Filterblatt ebenfalls Kanäle erzeugt. Die Stirnseiten der Kanäle sind wechselseitig verschlossen, so dass das zu reinigende Fluid in einen Kanal einströmen kann, durch das Filterblatt bzw. die Filterlage hindurchströmen und durch den benachbarten Kanal aus dem Filter herausströmen kann. Das Verbinden der gewellten Filterlage mit dem Filterblatt und das stirnseitige Verschließen der Kanäle erfolgt mit einem Klebstoff. Beim Verbinden der Wellentäler mit dem Filterblatt wird durch den Klebstoffauftrag Filterfläche blockiert. Zum wechselseitigen Verschließen der Kanäle wird Klebstoff zwischen das Filterblatt und die Filterlage aufgetragen. Dieser Klebstoff füllt das, zwischen den Wellenbergen und dem Filterblatt gebildete Volumen aus, wozu eine große Menge an Klebstoff erforderlich ist. Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Filter zu schaffen, welcher kostengünstig herstellbar ist und die Filterfläche nicht reduziert. Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1, 5 und 8 gelöst.

Offenbarung der Erfindung

Der erfindungsgemäße Filter dient zur Abscheidung von Partikeln aus einem Fluidstrom, insbesondere aus Gasen wie Luft. Hierzu verfügt der Filter über ein Filtermedium, welches spiralförmig aufgewickelt ist. Das Filtermedium ist durch eine gewellte Filterlage und planes Filterblatt gebildet, wobei beide Medien aus einem, für das zu reinigende Fluid durchlässigen Filtermaterial bestehen. Derartige Filtermaterialien sind z.B. Vliese, Zellulosepapiere oder Gemische daraus, wobei diese Filtermaterialien derart formstabil sind, dass eine eingeprägte Wellenform auch dach dem Entfernen eines Formwerkzeugs bestehen bleibt. Diese Formstabilität kann auch durch einen nachfolgenden Behandlungsvorgang, wie z.B. Aushärten oder Beschichten erreicht werden. Die gewellte Filterlage weist Täler und Berge auf, wobei die Täler der gewellten Filterlage mit dem planen Filterblatt verbunden sind.

Zwischen den Bergen und dem Filterblatt sind Kanäle gebildet, welche stirnseitig verschlossen sind. Durch das Aufwickeln des Filtermediums kontaktieren die Berge der gewellten Filterlage die Unterseite des Filterblattes der nachfolgenden Lage. Dadurch bilden sich Kanäle zwischen dem Tal und der nachfolgenden Lage.

Zur Verbindung des Filterblattes mit der Filterlage ist zwischen den Tälern und dem planen Filterblatt eine Formschlussverbindung angeordnet, welche durch ein partielles Überlappen des Filterblattes mit der Filterlage erreicht wird. Das Überlappen kann z.B. durch eine Falte oder einen Knick erreicht werden, wobei sich die beiden Teile durch ihre Formstabilität aneinander fixieren. Durch diese Form der Verbindung ist die Verwendung eines zusätzlichen Verbindungsmittels überflüssig, wodurch die gesamte Filterfläche zur Reinigung des Fluidstromes zur Verfügung steht. Weiterhin können Materialkosten für Klebstoffe eingespart werden. Außerdem wird die Entsorgbarkeit verbessert, da es sich bei dem Filter um ein sortenreines Bauteil handelt. Somit kann der Filter einfach verascht werden, ohne dass Rückstände von anderen Stoffen entstehen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Verschluss der Kanäle im Bereich der Stirnseite durch eine Formschlussverbindung erzeugt, wobei die Berge an das Filterblatt angedrückt sind. Durch das Andrücken der Berge an das Filterblatt wird das zu verschließende Volumen erheblich reduziert. Weiterhin werden die Berge mit sich selbst und dem Filterblatt durch umgeschlagene Falten oder Knicke verbunden. Somit ist für das Verschließen der Kanäle kein zusätzliches Material erforderlich, wodurch Materialkosten eingespart werden. Weiterhin wird der Herstellungszyklus verkürzt, da keine Aushärtezeiten für Klebstoffe oder sonstige Komponenten erforderlich sind. Durch das Andrücken der Berge an das Filterblatt wird die Anströmung der Kanäle verbessert, da der Strömungswiderstand der verschlossenen Kanäle reduziert ist.

Es ist vorteilhaft, dass die Formschlussverbindung durch Prägen erzeugt ist, wobei Vertiefungen des Filterblattes bzw. der Filterlage in Vertiefungen der Filterlage bzw. des Filterblattes eingreifen. Derartige Vertiefungen können als runde, ovale oder eckige Prägepunkte ausgebildet sein, wobei beide Filterschichten (Filterblatt und Filterlage) gleichzeitig in Kontakt mit dem Prägewerkzeug stehen. Die obere Filterschicht, welche einem Stempel kontaktiert, wird in die untere Filterschicht, welche auf eine Matrize aufliegt, gedrückt. Somit werden beide Filterschichten passgenau miteinander verprägt. Durch das Einprägen von Vertiefungen in die Filterlage und das Filterblatt erübrigen sich zusätzliche Falten, wodurch der gesamte Bauraum und das gesamte Filtermedium für die Filtration verwendbar sind.

Zur Herstellung der Formschlussverbindung ist die Verwendung einer Prägewalze vorteilhaft. Durch eine Prägewalze können gleichmäßige Prägepunkte schnell und einfach erzeugt werden. Hierbei sind einerseits die Abstände zwischen der einzelnen Punkten, sowie die Ausgestaltung der Prägepunkte regelmäßig. Somit ist eine über das gesamt Filtermedium gleich bleibende Verbindung erzeugt.

Bei einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Filters ist, wie oben bereits beschrieben, ein Filtermedium spiralförmig aufgewickelt. Das Filtermedium verfügt über eine gewellte Filterlage und ein planes Filterblatt, wobei das Filtermedium schweißbar ist. Hierzu kann sowohl ein Polyestervlies, als auch ein Zellulosepapier mit Kunststofffasern verwendet werden. Der Anteil der Kunststofffasern muss dann derart gewählt sein, dass das Zellulosepapier thermisch verbindbar ist. Vorzugsweise bestehen beide Filterschichten aus dem gleichen Material. Es können jedoch auch unterschiedliche Materialien miteinander verschweißt werden. Bei einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Filters besteht die Filterschicht aus einem schweißbaren Medium und die andere Filterschicht aus einem nichtschweißbaren Medium. Zum Verbinden der beiden Schichten wird das schweißbare Medium aufgeschmolzen und dringt in das nicht schweißbare Medium ein, wodurch die Verbindung erzeugt wird. Betreffend die Formstabilität des Filtermediums sind die Filterschichten, welche durch das Filterblatt und die Filterlage gebildet sind, derart stabil, dass die eingebrachte Wellenform beständig ist. Die gewellte Filterlage verfügt über Täler und Berge, wobei die Täler der gewellten Filterlage mit dem planen Filterblatt durch eine Schweißverbindung verbunden sind. Die Kanäle, welche zwischen den Bergen und dem Filterblatt gebildet sind, sind auf einer der Stirnseiten verschlossen. Die andere Stirnseite ist unverschlossen. Die durch das Aufwickeln des Filtermediums gebildeten Kanäle zwischen dem Tal und der Unterseite des benachbarten Filterblatts sind auf der gegenüberliegenden Seite verschlossen, so dass sich wechselseitig verschlossene Kanäle bilden. Durch die Schweißverbindung werden keine zusätzlichen Materialien in das Filtermedium eingebracht, wodurch ein sortenreines Filtermedium im Filter vorliegt. Somit ist das Filterelement nach dem Filterwechsel einfach entsorgbar.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Verschluss der Kanäle im Bereich der Stirnseite durch eine Schweißverbindung erzeugt ist, wobei die Berge an das Filterblatt angedrückt sind. Durch das Andrücken der Berge an das Filterblatt wird das zu verschließende Volumen erheblich reduziert. Weiterhin werden die Berge mit sich selbst und dem Filterblatt verschweißt. Somit ist für das Verschließen der Kanäle kein zusätzliches Material erforderlich, wodurch Materialkosten eingespart werden. Weiterhin wird der Herstellungszyklus verkürzt, da keine Aushärtezeiten für Klebstoffe oder sonstige Komponenten erforderlich sind. Durch das Andrücken der Berge an das Filterblatt wird die Anströmung der Kanäle verbessert, da der Strömungswiderstand der verschlossenen Kanäle reduziert ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Schweißverbindung durch Ultraschall erzeugt. Hierzu ist eine Sonotrode vorgesehen, an welcher das Filterblatt und die Filterlage gemeinsam vorbeigeführt werden. Nach dem Verschweißen kann das Filtermedium aufgewickelt und später entsprechend der erforderlichen Maße konfektioniert werden. Eine durch Ultraschall erzeugte Schweißverbindung ist einfach herstellbar und kann auch bei kleinen Bauteilen angebracht werden.

Der erfindungsgemäße Dieselpartikelfilter, insbesondere für Kraftfahrzeuge, verfügt über einen Keramiksinterkörper, welcher Kanalstrukturen aufweist. Zur Herstellung des Keramiksinterkörpers dient ein Filter, wie er oben beschrieben ist. Der Filter verfügt über wechselseitig verschlossene Kanäle, wobei der Verschluss und die Verbindung der Filterlage mit dem Filterblatt ohne die Zugabe von weiteren Komponenten erfolgen. Bei einer anderen Ausgestaltung des Filters sind die Kanäle nicht wechselseitig verschlossen. Somit verfügt das Filtermedium an allen Bereichen über eine gleiche Materialaufnahmeeigenschaft. Dies bedeutet, dass der Filter mit einer Keramikmasse getränkt werden kann und diese Keramikmasse sich in dem gesamten Filter gleichmäßig festsetzt. Der Filter bildet lediglich die Stützstruktur für die Keramikmasse. Durch einen nachfolgenden Trocknungs- bzw. Sintervorgang wird das Filtermedium verbrannt bzw. aus der Keramikmasse entfernt. Die Porosität des Keramiksinterkörpers kann über die Porosität und Struktur des Filtermediums, insbesondere des Papiers beeinflusst werden. Weiterhin verfügt der Keramiksinterkörper über die gleiche Geometrie wie der Filter. Somit sind die Kanäle der Kanalstruktur ebenfalls wechselseitig verschlossen oder offen. Bei einem Filter mit offenen Kanälen wird der wechselseitige Kanalverschluß durch die keramische Masse erzeugt. Das auf einer Seite der Stirnseite einströmende Abgas tritt in die, auf dieser Seite offenen Kanäle ein. Da diese Kanäle auf der gegenüberliegenden Stirnseite verschlossen sind, muss das Abgas durch die poröse Wand der Kanäle hindurch treten. Hierbei werden die Dieselpartikel zurückgehalten und das gereinigte Abgas kann den Keramiksinterkörper durch die benachbarten Kanäle verlassen. Da der Filter ohne zusätzliche Verbindungsmittel hergestellt ist, wird der Filter von der Keramikmasse homogen durchtränkt, wodurch alle benachbarten Filterschichten einen guten Kontakt zueinander besitzen. Die Bildung von Fehlstellen wird verhindert, wodurch der Keramiksinterkörper eine gute Bruchstabilität besitzt und Erschütterungen, wie sie z.B. in Kraftfahrzeugen auftreten, zerstörungsfrei Stand hält.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von schematischen Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigt

1 einen Ausschnitt aus einem Filtermedium,

2 ein Prägepunkt im Schnitt,

3 ein Filtermedium beim Aufwickeln,

4 einen Ausschnitt aus einem Filtermedium mit verschlossenen Stirnseiten,

5 Verfahrensablauf für das Verschweißen des Filtermediums,

6 einen Dieselpartikelfilter in Draufsicht und

7 einen Dieselpartikelfilter im Längsschnitt. Ausführungsform(en) der Erfindung

In 1 ist ein Ausschnitt aus einem Filtermedium 10 in perspektivischer Ansicht dargestellt, wobei diese Darstellung einer Teilfertigungsstufe entspricht. Das Filtermedium 10 dieser Darstellung wird in einem nachfolgenden Verfahren weiterverarbeitet. Das Filtermedium 10 verfügt über eine gewellte Filterlage 11 und ein flaches Filterblatt 12. Beide Filterschichten 11, 12 bestehen aus dem gleichen Zellulosepapier, welches formstabil ist. Die gewellte Filterlage 11 verfügt über Täler 13 und Berge 14. Die Täler 13 sind mit dem flachen Filterblatt 12 durch Prägepunkte 15 verbunden, wodurch die Filterlage 11 auf dem Filterblatt 12 fixiert ist. Die Prägepunkte 15 sind linear entlang der Talsohle, welche den tiefsten Punkt des Tales 13 bildet, nur in Teilbereichen angeordnet. Zwischen den Bergen 14 und dem Filterblatt 12 werden parallel zueinander verlaufende Kanäle 16 gebildet. Da die Prägepunkte 15 keine dichtende Verbindung zwischen den Filterschichten 11, 12 bilden, können Volumenströme von einem Kanal 16 zum parallel verlaufenden nächsten Kanal 16 strömen. Da die parallel verlaufenden Kanäle 16 das gleiche Rohfluid bzw. Reinfluid führen ist ein Leckagestrom von einem Kanal 16 zum anderen Kanal 16 ohne Bedeutung.

In 2 ist ein Prägepunkt 15 im Schnitt dargestellt. Der Prägepunkt 15 bildet eine formschlüssige Verbindung zwischen der gewellten Filterlage 11 und dem planen Filterblatt 12. Beide Filterschichten 11, 12 sind derart verformt, dass die Vertiefungen dauerhaft, auch nach dem Entfernen der Werkzeuge (nicht dargestellt) bestehen bleiben. Die Vertiefung in dem planen Filterblatt 12 bildet die Aufnahme für die Vertiefung der Filterlage 11. Da beide Filterschichten 11, 12 ineinander greifen, sind die Haltekräfte ausreichend, um ein unkontrolliertes Lösen der Filterschichten 11, 12 voneinander zu verhindern.

In 3 ist das Filtermedium 10 gemäß 1 beim Aufwickeln. Der 1 oder 2 entsprechende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die gemäß 1 verbundenen Filterschichten 11, 12 werden zu einem Wickel 17 aufgerollt. Hierbei werden die Kanäle 16 stirnseitig verschlossen. Die Berge 14 werden hierzu an das Filterblatt 12 angedrückt und mit Prägepunkten 15 fixiert. Außerhalb der stirnseitig angedrückten Bereiche bestehen die Kanäle 16 weiterhin. Auf der gegenüberliegend angeordneten Stirnseite verfügen die Kanäle 16 über ihre Wellenform. Das Verschließen der Kanäle 16 wird nachfolgend anhand der 4 beschrieben.

In 4 ist ein Ausschnitt aus dem Filtermedium 10 mit verschlossenen Kanälen 16 dargestellt. Der 1 bzw. 3 entsprechende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Stirnseiten der Kanäle 16 sind durch das Andrücken der Berge 14 verschlossen. Durch das Andrücken sind die Berge 14 als Falte ausgebildet, wobei diese Materialanhäufung durch die Prägepunkte 15 fixiert ist. Hierbei findet einerseits eine Verbindung mit der Filterlage 11 selbst und mit dem Filterblatt 12 statt. Zur sicheren Verbindung sind mehrere parallel zueinander verlaufende Prägereihen 18 vorgesehen.

In 5 ist ein Verfahrensablauf für das Verschweißen des Filtermediums 10 dargestellt. Die zu verbindenden Filterschichten 11, 12 werden jeweils von einer Endlosrolle 19 abgewickelt, wobei beide Filterschichten 11, 12 aus dem gleichen, schweißbaren Material bestehen. Das Material für die gewellte Filterlage 11 wird über Profilwalzen 20 geführt, durch welche die erforderliche Wellenform erzeugt wird. Nachdem die Filterlage 11 gewellt wurde, wird das Filterblatt 12 über eine Umlenkrolle 21 zugeführt und an die gewellte Filterlage 11 angedrückt. Die gewellte Filterlage 11 wird weiterhin in der Profilwalze 20 geführt, damit die Wellenform unbeschädigt bleibt. Die zusammengeführten Filterschichten 11, 12 werden in der Kontaktzone der Täler 13 mit dem Filterblatt 12 mittels einer Sonotrode 22 verschweißt. Das Verschließen der Stirnseiten der Kanäle 16 kann mit einer Erweiterung der Fertigungsanlage erfolgen oder in einem nachfolgenden Verfahren auf einer anderen Maschine. Zum Verschließen der Kanäle 16 werden diese stirnseitig mit einem Amboss 23 angedrückt und mittels einer weiteren Sonotrode 24 verschweißt. Außerhalb der angedrückten Stirnseiten bleiben die Kanäle 16 bestehen.

In 6 ist einen Dieselpartikelfilter in Draufsicht dargestellt. Der Dieselpartikelfilter verfügt über einen Keramiksinterkörper 25, welcher über poröse Wandungen 26 verfügt. Diese Wandungen 26 sind für das zu reinigende Abgas einer Brennkraftmaschine durchlässig. Weiterhin bilden die Wandungen 26, wie in 7 dargestellt parallel zueinander verlaufende, wechselseitig verschlossene Kanäle 16. Die gemäß der linken Bildhälfte offenen Kanäle 16 sind auf der gegenüberliegenden Stirnseite (rechte Bildhälfte) verschlossen. Der Verschluss 27 der Kanäle 16 ist schematisch dargestellt. Die Kanäle 16 welche gemäß der linken Stirnseite verschlossen sind, sind auf der gegenüberliegenden Stirnseite (rechte Stirnseite) offen, wodurch das zu reinigende Gas gemäß der Darstellung entlang der Pfeile durch den Keramiksinterkörper 25 strömt.


Anspruch[de]
Filter, mit einem Filtermedium (10), welches spiralförmig aufgewickelt ist, wobei das Filtermedium (10) über eine gewellte Filterlage (11) und über ein planes Filterblatt (12) verfügt und die gewellte Filterlage (11) Täler (13) und Berge (14) aufweist, wobei die Täler (13) der gewellten Filterlage (11) mit dem planen Filterblatt (12) verbunden sind und zwischen den Bergen (14) und dem Filterblatt (12) wechselseitig verschlossene Kanäle (16) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den Tälern (13) und dem planen Filterblatt (12) eine Formschlussverbindung ist. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss der Kanäle (16) im Bereich der Stirnseite durch eine Formschlussverbindung erzeugt ist, wobei die Berge (14) an das Filterblatt (12) angedrückt sind. Filter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussverbindung durch Prägen erzeugt ist, wobei Vertiefungen des Filterblattes (12) bzw. der Filterlage (11) in Vertiefungen der Filterlage (11) bzw. des Filterblattes (12) eingreifen. Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussverbindung mit einer Prägewalze herstellbar ist. Filter mit einem Filtermedium (10), welches spiralförmig aufgewickelt ist, wobei das Filtermedium (10) über eine gewellte Filterlage (11) und über ein planes Filterblatt (12) verfügt, wobei die gewellte Filterlage (11) über Täler (13) und Berge (14) verfügt, wobei die Täler (13) der gewellten Filterlage (11) mit dem planen Filterblatt (12) verbunden sind und zwischen den Bergen (14) und dem Filterblatt (12) wechselseitig verschlossene Kanäle (16) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterblatt (12) und die Filterlage (11) aus einem schweißbaren Material bestehen, wobei die Verbindung zwischen den Tälern (13) und dem planen Filterblatt (12) eine Schweißverbindung ist. Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss der Kanäle (16) im Bereich der Stirnseite durch eine Schweißverbindung erzeugt ist, wobei die Berge (14) an das Filterblatt (12) angedrückt sind. Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung durch Ultraschall oder Hochfrequenz erzeugt ist. Dieselpartikelfilter, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Keramiksinterkörper (25), welcher Kanalstrukturen (16) aufweist, wobei der Keramiksinterkörper (25) über eine Porosität zur Abscheidung von Verbrennungsrückständen verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filter gemäß den vorangehenden Ansprüchen als Halbzeug zur Bildung des Keramiksinterkörpers (25) verwendbar ist. Dieselpartikelfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität des Keramiksinterkörpers (25) bei Sintern durch die Porosität und Struktur des Halbzeugs beeinflußbar ist.






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