WO2005115589A1 - Reinigungseinsatz für abgasreinigungsanlagen, insbesondere für partikelfilter - Google Patents

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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a cleaning insert for exhaust gas cleaning systems, in particular for particle or soot filters in exhaust gas cleaning systems of motor vehicle engines, furthermore an exhaust gas cleaning system, a particle filter and a catalyst with a cleaning insert according to the category of claims 1, 16, 17 and 18.
  • Cleaning inserts for exhaust gas purification systems are generally known as ceramic or sintered metal inserts for catalysts and / or soot filters, with channels which are rectangular in cross-section and run in the direction of flow, the sides of which each form common walls of adjacent channels, via which the exhaust gases, when used as particle filters, from the upstream side acted upon inflow channels on the outflow-side outflow channels.
  • catalytic coatings are provided which further increase the already high expenditure for such cleaning operations.
  • Ceramic filter bodies with mutually closed upstream and downstream channels are known from US Pat. No. 4,276,071 for particle filters, in particular soot filters, of the type mentioned at the outset.
  • the upstream channels are of regular or elongated, hexagonal cross-section and the upstream-side channels of triangular cross-section, which are considerably smaller in cross-sectional area, three upstream-side channels with hexagonal cross-section delimiting one downstream-side channel with triangular cross-section, so that in the case of such a filter body, each of the channel sides of the upstream-side channel with hexagonal cross-section has one channel side of an outflow-side channel with triangular Cross-section covers, which leads to a strong fissuring of the overall downstream cross-section and, based on the size relationships between the upstream and downstream channels, is unsatisfactory for production and also from a functional point of view.
  • the catalyst body For catalysts, it is known from DE 696 22 616 T2 to design them with a honeycomb-shaped catalyst body which is electrically heated and whose channels running in the direction of flow have walls made of electrically conductive material.
  • the catalyst body In the form of a winding body, the catalyst body is provided with gap spaces which run in the same direction as the channels and extend over the length of the catalyst body and transverse to the channels.
  • the gap spaces each run between channel fronts, bordered by channels and the distribution of the heating power and the heat distribution in the catalyst body are to be influenced via the gap spaces.
  • the mechanical material stresses, in particular also stresses within the filter body are to be reduced.
  • Stiffening structures are assigned to the hexagonal cross-section in cross-section across the channel body, delimiting them against the gap spaces, sometimes also bridging the respective gap space.
  • Such a stiffening structure, forming the delimitation to the gap space is formed by channels of rhombic cross-section, which lie contiguously adjacent to the gap space, cover the channels hexagonal cross-section and virtually one the gap form space-limiting lining that ends in a boundary of the gap space through channels hexagonal cross-section.
  • a honeycomb-shaped filter body for soot filters as a cleaning insert, which has channels running in the flow direction, which, as mutually closed, upstream and downstream channels, each have a hexagonal cross-section with the same cross-sectional area.
  • the upstream and downstream channels each, quasi arranged in a row, adjoin one another via diametrically opposed channel walls, and the rows of upstream and downstream channels are contiguously toothed against one another, so that a filter body is formed that is transverse to one another the flow direction over the entire surface as composed of upstream and downstream channels.
  • This structure of the filter body is intended to ensure that different soot deposits and uneven combustion processes with a correspondingly different temperature distribution in the filter body do not lead to these destructive tensions over the cross section of the filter body as well as over the length of the channels.
  • honeycomb structure with a hexagonal elongated honeycomb cross section is known, inter alia, for catalytic filter bodies which are used in chemical production plants (US Pat. No. 3,502,596).
  • Ceramic bodies with a honeycomb structure which have channels with an octagonal cross section and channels with a square cross section (DE 29 17 773 A1).
  • the object of the invention is to design cleaning inserts of the type mentioned at the outset with regard to reduced material requirements and the largest possible usable cleaning surfaces available with cross-sectional ratios of upstream and downstream channels optimized with regard to the ash volume.
  • inflow-side hexagonal channels are combined in groups when the channel cross-section is stretched such that four upstream-side channels delimit an outflow-side channel with a quadrangular cross-section.
  • Cleaning inserts of the type discussed above are particularly suitable for particle filters with mutually closed channels.
  • the channels of which have cross-sectional areas of different sizes such as channels with hexagonal and quadrangular cross-section, the channels hexagonal cross-section preferably having a larger cross-sectional area than the channels with square Cross-section.
  • Such an embodiment enables small wall thicknesses, so wall thicknesses, if the filter body is sufficiently stable up to the range of 0.1 to 0.2 mm with specific surfaces of several square meters per liter of ceramic, based on ceramic filters, the specific surface area of square meters / liter being a function of the wall thickness and specific for wall thicknesses of 0.1 mm Surfaces up to 20 m 2 / l can be reached. Even with wall thicknesses of 0.2 mm, specific surfaces of about 10 m 2 / l ceramic are still achieved, and this with a number of channels between about 200 to 400 channels / square inch.
  • the channels of the six-shaped cross section in relation to an axis cross with axes perpendicular to one another close in the direction of the cross-sectional longitudinal axis with their mutually opposite end regions or channel tips, and in the direction of the axis perpendicular thereto with channel sides parallel to one another and to the long cross-sectional longitudinal axis to each other.
  • a channel of quadrangular cross section is thus delimited from the sides facing each other by four hexagonal channels, the advantage of different channel cross sections on the upstream and downstream sides also being achievable in connection with upstream channel cross sections in the form of regular hexagons.
  • the dimensioning of the respective cross sections enables the upstream ash storage volume and the size of the filter area between the upstream and downstream sides to be optimized.
  • the distance C is the distance between the corners lying opposite one another in the direction of the cross-sectional longitudinal axis as the first axis of a hexagon and with A the length of the sides of the hexagon parallel to the first axis.
  • the distance measured transversely to this in the direction of a second axis between the sides running parallel to the first axis is referred to as the width of the hexagon with B, whereby this applies analogously to filter bodies with hexagonal and quadrangular, upstream and downstream channel cross sections, the hexagonal channel cross sections in particular also can have an elliptical basic shape, specifically in the form of an ellipse enclosed by a respective hexagon.
  • the ash volume V AS che int ratio to the filter area Fputer is defined in 1 / m 2 .
  • the channels of hexagonal cross-section have an elongated channel cross-section such that the long cross-sectional sides parallel to the cross-sectional longitudinal axis form common walls of adjacent channels with hexagonal cross-section.
  • two channels with an elongated channel cross-section form a channel pair with aligned longitudinal axes of the channels, and that the channels of two adjacent channel pairs with parallel longitudinal axes with their channels being arranged symmetrically with respect to a plane of symmetry perpendicular to the longitudinal axes with their channels
  • short cross-sectional sides delimit a square cross-section.
  • the cross section of the square channel can be square or diamond-shaped, with this solution too, all cross-sectional sides of the channels, apart from the cross-sectional sides used on the circumferential side, form common walls of adjacent channels, so that there is a thin-walled and material-saving construction, and this combined with the possibility of surface and shape of the respective channel cross sections for the hexagonal and quadrangular channels, so that upstream and downstream channels can be realized with different cross-sectional shapes and areas.
  • the hexagonal channels preferably form upstream channels.
  • Delimitations between adjacent channels with small wall thicknesses and wall volumes are advantageously made possible by common walls, so that large surfaces can be realized with small wall thicknesses. This is the case with large specific surfaces in relation to the amount of the material used for the application, it being possible to use ceramic as well as metallic, open-pore foams or other metallic filter structures.
  • cleaning inserts according to the invention in particular used as a particle filter, can also be composed of preformed flat materials, with respect to channels having a hexagonal cross section, the plane containing the adjacent corners of the hexagons forming a plane of symmetry in which the upper and lower channel halves preformed from flat materials are joined , wherein filter channels formed in this way from assembled preformed blanks form a filter level and a filter can be built up in layers as a cleaning approach from such filter levels, specifically when the sides of the hexagons parallel to the respective symmetry planes are covered.
  • the side walls can be broken open to produce cross connections and, for example, have larger or smaller open passage areas, in the edge region of which a connection of side walls lying on top of one another can also be advantageously achieved.
  • FIG. 1 and 2 show representations of sections from cleaning inserts, again each as a cross-sectional representation, the cleaning inserts being constructed from channels with an elongated hexagonal cross-section and channels delimited by them with a square cross-section,
  • FIG. 3 shows a further cross-sectional representation for the upstream and downstream channels, these having an approximate hexagonal and quadrangular shape, having an elliptical and rhombic cross section, and
  • Fig. 4 shows in cross section a section of a cleaning insert, which is constructed from channels with a regular hexagonal cross section.
  • FIG. 4 shows a section of a cleaning insert 1, the cleaning insert 1 being constructed from channels 2 having a hexagonal cross section, the sides 3 of which have the same length and, in conjunction with the insert, with their adjacent sides 3 each form common walls 4 of adjacent channels 2.
  • the common walls 4 are shown thickened here for illustration purposes, but as common walls they can have the same or a smaller wall thickness than the walls 5 exposed at the edge.
  • the hexagon cross-section of the channels 2 shown basically enables a small amount of material to be used for large wall areas, which, depending on the intended use and material structure, filter areas and, with corresponding of the coating, can form reaction surfaces, so that cleaning inserts of the same type are particularly suitable, also soot filters.
  • FIGS. 1 and 2 The basic advantages of constructing a cleaning insert 1 from channels 2 with a regular hexagonal shape in cross section can also be achieved with cleaning inserts 6 according to FIGS. 1 and 2, in which the cleaning insert 6 is constructed from channels 7 with an elongated hexagonal cross section and channels 8 with a square cross section. 1 and 2, the same reference numerals are used here, and FIGS. 1 and 2 differ essentially only with regard to the degree of stretching of the cross section of the channels 7, and thus due to the cross-sectional shape of the channels 8 quadrangular cross section, which is shown in FIG 1 have a square and rhombic cross section in FIG. 2.
  • the cleaning insert 6 is constructed with an arrangement of the channels 7 having a hexagonal cross-section such that, with respect to their long cross-sectional sides 9 parallel to their longitudinal axes 10 with the longitudinal axes 10 being parallel, common walls 11 for the channels 7 adjoining one another over their long sides form, and that in pairs with respect to their cut-out longitudinal axes 10 mutually aligned channels 7 with their channel tips 12, in which the short sides 13 of the channels 7, each directed towards one another, abut.
  • hexagonal channels 7 illustrate that, depending on the extent of the hexagonal channels 7, the area ratio between hexagonal channels 7 and square channels 8 can be varied, so that the ratio of the inflow to the outflow cross section can also be varied.
  • This in particular offers the possibility of making the upstream channels larger in cross section than the downstream channels, so that a filter function can be ensured over a long service life even with appropriate deposits.
  • the hexagonal channels 7 are used as upstream channels that are closed at the ends, while the downstream channels 8 are closed on the upstream side.
  • an axis cross is provided with respect to a channel 7 with a hexagonal cross-section, with axes 26, 27 which are perpendicular to one another, the axis 26 as the longitudinal cross-sectional axis being the first axis and the axis 27 perpendicular thereto being a second axis forms and wherein the corners lying opposite one another in the direction of the first axis 26 lie as channel tips in the connection to the next following channel 7 in relation to the plane of symmetry 16.
  • the distance between the corners lying opposite one another along the first axis 26 is denoted by C.
  • the sides opposite one another in the direction of the second axis, designated as walls 11 in FIG. 1, are at a distance B from one another.
  • A denotes the length of these pages.
  • mean values form preferred values in order to obtain optimal ratios of inflow and outflow area and of ash volume to filter area.
  • the aspect ratio A / C a ratio V corresponds to the flow area F outflow Zuström for FA bst r ö m ⁇ tit
  • the average value also being a preferred value here.
  • a ratio Z of ash volume V ash to filter area V fi ⁇ te r in 1 / m 2 corresponds to the aspect ratio B / A, with respect to which 0.8 ⁇ Z ⁇ 1.2 applies
  • FIG 2 illustrates with the ellipse 28 drawn schematically in a channel 7 having a hexagonal cross section that it is within the scope of the invention to provide, instead of channels 7 with a hexagonal cross section, cross sections approximated with the hexagonal shape, for example channels elliptical from the sides of one Hexagons tangentially or almost tangentially delimited cross-section.
  • the channels 7 adjoin one another with an ellipse 28 approximating or corresponding to this cross section, which is shown in FIG channels 8 quadrangular or elliptical or approximated to the elliptical shape cross-section, i.e. modified square shapes, such as rhombic shapes with concavely curved sides similar to stylized lilies.
  • Such a configuration can be particularly advantageous in the case of a basic structure made up of relatively flat, elongated channels 7, and it offers the possibility of influencing the respective usable filter area and of cross-sectional areas that run out in the hexagonal tips on the part of channels having a hexagonal cross section used as inflow channels 7 avoid elliptical fillets, which can be critical for deposits. At the same time, a reduction in the plant areas between the channels that cannot be used for filtering can be achieved along the sides running in the direction of the long axis.

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Abstract

Ein Reinigungseinsatz insbesondere für Partikelfilter bzw. Ruß­filter in Abgasreinigungsanlagen von Kraftfahrzeugmotoren, be­steht aus Kanälen sechseckförmigen und viereckförmigen Quer­schnitts, deren Kanalseiten jeweils gemeinsame Kanalwände be­nachbarter Kanäle bilden. Des Weiteren wird ein Partikelfilter, ein Katalysator und eine Abgasreinigungsanlage mit einem derar­tigen Reinigungseinsatz vorgeschlagen.

Description

Reinigungseinsatz für Abgasreinigungsanlagen, insbesondere für Partikelfilter
Die Erfindung betrifft einen Reinigungseinsatz für Abgasreinigungsanlagen, insbesondere für Partikel- bzw. Russfilter in Abgasreinigungsanlagen von Kraftfahrzeugmotoren, ferner eine Abgasreinigungsanlage, ein Partikelfilter und einen Katalysator mit einem Reinigungseinsatz nach der Gattung der Ansprüche 1, 16, 17 bzw. 18.
Reinigungseinsätze für Abgasreinigungsanlagen sind als keramische oder sintermetallische Einsätze von Katalysatoren und/oder Rußfiltern allgemein bekannt, und zwar mit im Querschnitt rechteckigen, in Durchströmungsrichtung verlaufenden Kanälen, deren Seiten jeweils gemeinsame Wände benachbarter Kanäle bilden, über die die Abgase bei Nutzung als Partikelfilter von den anströmseitig beaufschlagten Anströmkanälen auf die abströmseitigen Abströmkanäle übertritt. Je nach Einsatzzweck sind kata- lytische Beschichtungen vorgesehen, die den an sich schon hohen Aufwand für derartige Reinigungseinsätze weiter erhöhen.
Für Partikelfilter, insbesondere Rußfilter, der eingangs genannten Art sind keramische Filterkörper mit wechselseitig geschlossenem anströmseitigen und abströmseitigen Kanälen aus der US 4 276 071 bekannt. Die anströmseitigen Kanäle sind mit regelmäßigen oder lang gestrecktem, sechseckigem Querschnitt und die ihrer Querschnittsfläche wesentlich kleineren abströmseitigen Kanäle mit dreieckigem Querschnitt ausgebildet, wobei je drei anströmseitige Kanäle mit sechseckigem Querschnitt einen abströmseitigen Kanal mit dreieckigem Querschnitt umgrenzen, so dass bei einem derartigen Filterkörper jede der Kanalseiten des anströmseitigen Kanales mit sechseckigem Querschnitt eine Kanalseite eines abströmseitigen Kanales mit dreieckigem Querschnitt überdeckt, was zu einer starken Zerklüftung des abströmseitigen Gesamtquerschnittes führt und, bezogen auf die Größenverhältnisse zwischen anströmseitigen und abströmseitigen Kanälen für die Fertigung sowie auch unter funktionalen Gesichtspunkten unbefriedigend ist.
Für Katalysatoren ist es aus der DE 696 22 616 T2 bekannt, diese mit einem wabenförmigen Katalysatorkörper auszubilden, der elektrisch geheizt ist und dessen in Durchströmungsrichtung durchlaufende Kanäle Wände aus elektrisch leitendem Material aufweisen. Als Wickelkörper ausgeführt ist der Katalysatorkörper mit gleich gerichtet zu den Kanälen verlaufenden und sich über die Länge des Katalysatorkörpers sowie quer zu den Kanälen erstreckenden Spalträumen versehen. Die Spalträume sind jeweils zwischen Kanalfronten verlaufend, von Kanälen umgrenzt und über die Spalträume soll die Verteilung der Heizleistung sowie die Wärmeverteilung im Katalysatorkörper beeinflusst werden. In Verbindung damit sollen die mechanischen Materialbeanspruchungen, insbesondere auch Spannungen innerhalb des Filterkörpers reduziert werden. Den im Querschnitt über den Kanalkörper längs durchlaufenden Kanälen sechseckigen Querschnittes sind abgrenzend gegen die Spalträume, teilweise auch den jeweiligen Spaltraum überbrückend, Versteifungsstrukturen zugeordnet. Eine derartige Versteifungsstruktur ist, die Abgrenzung zum Spaltraum bildend, durch Kanäle rhombischen Querschnittes gebildet, die konturfolgend angrenzend zum Spaltraum liegen, die Kanäle sechseckigen Querschnittes überdecken und quasi eine den Spalt- räum begrenzende Auskleidung bilden, die endseitig in eine Begrenzung des Spaltraumes durch Kanäle sechseckigen Querschnittes einläuft.
Aus der DE 42 00 552 AI ist für Rußfilter als Reinigungseinsatz ein wabenförmiger Filterkörper bekannt, der in Durchströmungsrichtung verlaufende Kanäle aufweist, die als wechselseitig geschlossene, anströmseitige und abströmseitige Kanäle jeweils bei gleicher Querschnittsfläche sechseckformigen Querschnitt aufweisen. Die anströmseitigen und die abströmseitigen Kanäle schließen jeweils, quasi in Reihe angeordnet, über diametral einander gegenüberliegende Kanalwände aneinander an, und die Reihen der an- und abströmseitigen Kanäle liegen zueinander konturfolgend gegeneinander verzahnt aneinander an, so dass sich ein Filterkörper bildet, der sich quer zu der Strömungsrichtung über die ganze Fläche als aus an- und abströmseitigen Kanälen zusammengesetzt darstellt. Dieser Aufbau des Filterkörpers soll sicherstellen, dass über den Querschnitt des Filterkörpers wie auch über die Länge der Kanäle unterschiedliche Rußablagerungen und ungleiche Verbrennungsabläufe mit entsprechend unterschiedlicher Temperaturverteilung im Filterkörper nicht zu diesen zerstörenden Verspannungen führen.
Eine Wabenstruktur mit Waben lang gestreckten sechseckigen Querschnittes ist unter anderem für katalytische Filterkörper bekannt, die in chemischen Produktionsanlagen Einsatz finden (US 3 502 596) .
Bekannt sind weiter Keramikkörper mit Wabenstruktur, die Kanäle mit achteckigem und Kanäle mit viereckigem Querschnitt aufweisen (DE 29 17 773 AI) . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Reinigungseinsätze der eingangs genannten Art im Hinblick auf verringertem Materialbedarf und möglichst große zur Verfügung stehende nutzbare Reinigungsflächen bei im Hinblick auf das Aschevolumen optimierten Querschnittsverhältnissen von anströmseitigen und abströmseitigen Kanälen auszugestalten.
Erreicht wird dies gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 durch einen viereckformigen Querschnitt für die abströmseitigen Kanäle, wodurch sich eine Struktur realisieren lässt, die unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten, Gesichtspunkten des Materialbedarfes sowie auch zur Realisierung günstiger Flächenverhältnisse zwischen anströmseitigen und abströmseitigen Kanalquerschnitten vorteilhaft ist.
Insbesondere gilt dies in Ausgestaltungen gemäß dem Anspruch 2, demzufolge die anströmseitigen sechseckformigen Kanäle bei gestrecktem Kanalquerschnitt so in Gruppen zusammengefasst sind, dass je vier anströmseitige Kanäle einen abströmseitigen Kanal mit viereckformigen Querschnitt umgrenzen.
Reinigungseinsätze der vorbesprochenen Art eignen sich insbesondere für Partikelfilter mit wechselseitig geschlossenen Kanälen. Für Reinigungseinsätze mit Filterfunktion, so insbesondere für als Russfilter eingesetzte Reinigungseinsätze, erweisen sich insbesondere Lösungen als zweckmässig, deren Kanäle Querschnittsflächen unterschiedlicher Grosse aufweisen, so Kanäle mit sechseckigem und viereckigem Querschnitt, wobei bevorzugt die Kanäle sechseckigen Querschnitts eine größere Querschnittsfläche aufweisen als die Kanäle mit viereckigem Querschnitt.
Eine solche Ausgestaltung ermöglicht bei ausreichender Standfestigkeit des Filterkörpers geringe Wanddicken, so Wanddicken bis in den Bereich von 0,1 bis 0,2 mm bei bezogen auf keramische Filter spezifischen Oberflächen von mehreren Quadratmetern pro Liter Keramik, wobei sich die spezifische Oberfläche von Quadratmeter/Liter als Funktion der Wanddicke darstellt und bei Wanddicken von 0,1 mm spezifische Oberflächen bis in den Bereich von 20 m2/l erreichbar sind. Selbst bei Wanddicken von 0,2 mm werden noch spezifische Oberflächen von etwa 10 m2/l Keramik erreicht, und dies bei einer Anzahl von Kanälen zwischen etwa 200 bis 400 Kanälen/Quadratinch.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung schließen im Verbund die Kanäle sechsförmigen Querschnittes, bezogen auf ein Achsenkreuz mit senkrecht zueinander stehenden Achsen, in Richtung der Querschnittslängsachse mit ihren einander gegenüberliegenden Endbereichen bzw. Kanalspitzen, und in Richtung der hierzu senkrechten Achse mit zueinander und zur langen Querschnittslängsachse parallelen Kanalseiten aneinander an. Es wird so von den einander zugewandten Seiten von jeweils vier sechseckformigen Kanälen ein Kanal viereckformigen Querschnittes begrenzt, wobei sich der Vorteil anström- und abströmseitig unterschiedlicher Kanalquerschnitte auch in Verbindung mit anströmseitigen Kanalquerschnitten in Form regelmäßiger Sechsecke erreichen lässt.
Durch die Bemessung der jeweiligen Querschnitte lässt sich bei einer derartigen Grundausgestaltung eine Optimierung des anströmseitigen Aschespeichervolumens und der Größe der Filterfläche zwischen Anström- und Abströmseite erreichen.
In nachstehenden, diesbezüglichen Festlegungen wird als Abstand C die Strecke zwischen den in Richtung der Querschnittslängsachse als erster Achse einander gegenüberliegenden Ecken eines Sechseckes bezeichnet und mit A die Länge der zur ersten Achse parallelen Seiten des Sechsecks. Der quer hierzu in Richtung einer zweiten Achse gemessene Abstand zwischen den parallel zur ersten Achse verlaufenden Seiten ist als Breite des Sechsecks mit B bezeichnet, wobei dies analog für Filterkörper mit sechseckformigen und viereckformigen, an- und abströmseitigen Kanalquerschnitten gilt, wobei die sechseckformigen Kanalquerschnitte insbesondere auch elliptische Grundform aufweisen können, und zwar in Form einer von einem jeweiligen Sechseck umschlossene Ellipse.
Ferner gilt für das Verhältnis V von Zuströmfläche FZustrόm zu Abströmfläche FAbgtrom V = -C Zustrom / -^ Abstrom/
und es ist mit Z — VAsche / FFilter
das Aschevolumen VASche int Verhältnis zur Filterfläche Fputer in 1/m2 definiert.
Als im Rahmen der Erfindung zweckmäßige Werte haben sich Flächenverhältnisse von Zuströmfläche zu Abströmfläche 1,5 < V < 5
erwiesen, und zwar bei einem Längenverhältnis von
0,2 < A/C < 0,66,
wobei die jeweiligen mittleren Werte, insbesondere von 2,5 bis 3,5 bzw. insbesondere 0,35, bevorzugte Werte darstellen.
Ferner haben sich für das Verhältnis von Aschevolumen zur Filterfläche Werte 0 , 8 < Z < 1 , 2
als zweckmäßig erwiesen, und zwar bei einem Längenverhältnis von 1,0 < B/A < 4,0,
wobei auch hier die jeweiligen mittleren Werte von insbesondere 1 bzw. 2,5 bevorzugte Werte bilden.
Für die praktische Ausgestaltung erweist es sich als zweckmäßig, wenn die Kanäle sechseckigen Querschnittes einen gestreckten Kanalquerschnitt aufweisen, derart, dass die langen, zur Querschnittslängsachse parallelen Querschnittsseiten gemeinsame Wände benachbarter Kanäle mit sechseckigem Querschnitt bilden.
Hierfür erweist es sich als zweckmäßig, dass jeweils zwei Kanäle mit gestrecktem Kanalquerschnitt ein Kanalpaar, mit fluchtenden Längsachsen der Kanäle, bilden und dass die Kanäle zweier aneinander grenzender Kanalpaare mit parallel verlaufenden Längsachsen bei symmetrischer Anordnung ihrer Kanäle zu einer zu den Längsachsen senkrechten Symmetrieebene mit ihren jeweiligen, in der Symmetrieebene aneinander stoßenden, in die Kanalspitzen auslaufenden und einander zugewandten kurzen Querschnittsseiten einen Kanal viereckigen Querschnitts begrenzen.
In Abhängigkeit von der Streckung der Querschnitte der sechseckigen Kanäle kann der Querschnitt des viereckigen Kanales quadratisch oder rautenförmig gestaltet sein, wobei auch bei dieser Lösung alle Querschnittsseiten der Kanäle, von den um- fangsseitig zum Einsatz liegenden Querschnittsseiten abgesehen, gemeinsame Wände aneinander grenzender Kanäle bilden, sodass sich ein dünnwandiger und Material sparender Aufbau ergibt, und dies verbunden mit der Möglichkeit, Fläche und Form der jewei- ligen Kanalquerschnitte für die sechseckigen und die viereckigen Kanäle zu variieren, so dass sich an- und abströmseitige Kanäle mit unterschiedlichen Querschnittsformen und Flächen realisieren lassen. Bezogen auf Rußfilter bilden bevorzugt die sechseckigen Kanäle anströmseitige Kanäle.
Es werden in vorteilhafter Weise durch gemeinsame Wände gebildete Abgrenzungen zwischen aneinander grenzenden Kanälen mit geringen Wandstärken und Wandvolumina ermöglicht, so dass sich bei kleinen Wanddicken grosse Oberflächen realisieren lassen. Dies bei grossen spezifischen Oberflächen bezogen auf die Menge des für den Einsatz aufgewandten Materials, wobei als Material sowohl Keramik als auch metallische, offenporige Schäume oder anderweitige metallische Filterstrukturen Verwendung finden können.
Gemäß der Erfindung können erfindungsgemäße insbesondere als Partikelfilter eingesetzte Reinigungseinsätze auch aus vorgeformten Flachmaterialien zusammengesetzt werden, wobei, bezogen auf Kanäle sechseckigen Querschnittes, die die einander anschließenden Ecken der Sechsecke enthaltende Ebene eine Symmetrieebene bildet, in der die aus Flachmaterialien vorgeformten oberen und unteren Kanalhälften zusammengefügt sind, wobei derartig aus zusammengefügten vorgeformten Platinen gebildete Filterkanäle eine Filterebene bilden und ein Filter als Reinigungsansatz aus derartigen Filterebenen geschichtet aufgebaut werden kann, und zwar bei Überdeckung der zu den jeweiligen Symmetrieebenen parallelen Seiten der Sechsecke. Im Überdeckungsbereich können die Seitenwände zur Herstellung von Querverbindungen aufgebrochen sein und beispielsweise größere oder kleinere offene Durchtrittsflächen aufweisen, in deren Randbereich sich auch eine Verbindung aufeinander liegender Seitenwände mit Vorteil erreichen lässt. Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei
Fig. 1 und 2 Darstellungen von Ausschnitten aus Reinigungseinsätzen zeigen, wiederum jeweils als Querschnittsdarstellung, wobei die Reinigungseinsätze aus Kanälen mit lang gestrecktem Sechseckquerschnitt und über diese abgegrenzten Kanälen mit viereckigem Querschnitt aufgebaut sind,
Fig. 3 eine weitere Querschnittdarstellung für die an- und abströmseitigen Kanäle, wobei diese an die Sechseck- und Viereckform angenähert, elliptischen und Rhombischen Querschnitt aufweisen, und
Fig. 4 im Querschnitt einen Ausschnitt aus einem Reinigungseinsatz zeigt, der aus Kanälen mit regelmäßigem Sechseckquerschnitt aufgebaut ist.
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus einem Reinigungseinsatz 1, wobei der Reinigungseinsatz 1 aus Kanälen 2 sechseckigen Querschnitts aufgebaut ist, deren Seiten 3 gleiche Längen aufweisen und im Verbund des Einsatzes mit ihren aneinander grenzenden Seiten 3 jeweils gemeinsame Wände 4 aneinander grenzender Kanäle 2 bilden. Die gemeinsamen Wände 4 sind hier zur Veranschaulichung verdickt dargestellt, können als gemeinsame Wände aber gleiche oder auch geringere Wandstärke als die randseitig frei liegenden Wände 5 aufweisen. Der dargestellte Sechseckquerschnitt der Kanäle 2 ermöglicht grundsätzlich einen geringen Materialeinsatz bei großen Wandflächen, die, je nach Einsatzzweck und Materialstruktur, Filterflächen und, bei entsprechen- der Beschichtung, Reaktionsflächen bilden können, sodass sich Reinigungseinsätze gleicher Art insbesondere auch Rußfilter eignen.
Die grundsätzlichen Vorteile des Aufbaus eines Reinigungseinsatzes 1 aus im Querschnitt regelmäßige Sechseckform aufweisenden Kanälen 2 lassen sich auch bei Reinigungseinsätzen 6 gemäß Fig. 1 und 2 erreichen, bei denen der Reinigungseinsatz 6 aus Kanälen 7 mit lang gestrecktem Sechseckquerschnitt und Kanälen 8 mit Viereckquerschnitt aufgebaut ist. Bezogen auf Fig. 1 und 2 finden hierbei gleiche Bezugszeichen Verwendung, und Fig. 1 und 2 unterscheiden sich im Wesentlichen lediglich hinsichtlich des Grades der Streckung des Querschnittes der Kanäle 7, und dadurch bedingt hinsichtlich der Querschnittsform der Kanäle 8 viereckigen Querschnitts, die in Fig. 1 im quadratischen und in Fig. 2 rhombischen Querschnitt aufweisen.
Der Aufbau des Reinigungseinsatzes 6 erfolgt mit einer Anordnung der Kanäle 7 sechseckigen Querschnittes derart, dass diese bezüglich ihrer langen, zu ihren Ausschnittslängsachsen 10 parallelen Querschnittsseiten 9 - bei paralleler Lage der Ausschnittslängsachsen 10 - gemeinsame Wände 11 für die über ihre langen Seiten aneinander grenzenden Kanäle 7 bilden, und dass paarweise bezüglich ihrer Ausschnittslängsachsen 10 zueinander fluchtende Kanäle 7 mit ihren Kanalspitzen 12, in denen die jeweils aufeinander gerichteten kurzen Seiten 13 der Kanäle 7 auslaufen, aneinander stoßen. Die aneinander stoßenden Spitzen 12 zweier Kanalpaare 14, 15, die jeweils durch zwei Kanäle 7 mit fluchtender Ausschnittslängsachse 10 gebildet sind und deren jeweilige Kanäle 7 fluchtend zu einer Symmetrieebene 16 liegen, die quer zu den Ausschnittslängsachsen 10 durch die Kanalspitzen 12 verläuft, begrenzen mit ihren einander zugewandten, in den Spitzen 12 auslaufenden kurzen Seiten 13 jeweils einen Kanal 8 viereckigen Querschnitts, wobei die kurzen Seiten 13 gemeinsame Wände zu den umgrenzenden Kanälen 7 sechseckigen Querschnitts bilden.
Fig. 1 und 2 veranschaulichen, dass in Abhängigkeit von der Erstreckung der sechseckigen Kanäle 7 das Flächenverhältnis zwischen sechseckigen Kanälen 7 und viereckigen Kanälen 8 variiert werden kann, so dass sich auch das Verhältnis von Anström- zu Abströmquerschnitt variieren lässt. Damit bietet sich insbesondere die Möglichkeit, die anströmseitigen Kanäle im Querschnitt größer als die abströmseitigen Kanäle zu machen, so dass auch bei entsprechenden Ablagerungen eine Filterfunktion über eine hohe Nutzungsdauer sichergestellt werden kann. Insbesondere die sechseckigen Kanäle 7 werden als anströmseitige Kanäle genutzt, die endseitig geschlossen sind, während die dann abströmseitigen Kanäle 8 anströmseitig geschlossen sind.
In Fig. 1 ist, beispielhaft für Sechsecke im Generellen, bezogen auf einen im Querschnitt sechseckigen Kanal 7 ein Achsenkreuz, mit senkrecht zueinander stehenden Achsen 26, 27 vorgesehen, wobei die Achse 26 als Querschnittslängsachse die erste und die hierzu senkrechte Achse 27 eine zweite Achse bildet und wobei die in Richtung der ersten Achse 26 einander gegenüberliegenden Ecken als Kanalspitzen in der Verbindung zum bezogen auf die Symmetrieebene 16 jeweils nächstfolgenden Kanal 7 liegen. Der Abstand zwischen den längs der ersten Achse 26 einander gegenüberliegenden Ecken ist mit C bezeichnet. Die in Richtung der zweiten Achse einander gegenüberliegenden Seiten, in Fig. 1 als Wände 11 bezeichnet, weisen einen Abstand B zueinander auf. Mit A ist die Länge dieser Seiten bezeichnet.
Bezüglich der entsprechenden Abmessungen gelten im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung die Verhältnisse
0,2 < A/C < 0,66, und 1 , 0 < B/A < 4 ,
wobei mittlere Werte bevorzugte Werte bilden, um optimale Verhältnisse von Zuström- und Abströmfläche sowie von Aschevolumen zu Filterfläche zu erhalten.
Hierbei korrespondiert zum Längenverhältnis A/C ein Verhältnis V der Zuströmfläche FZuström zur Abströmfläche FAbström πtit
1,5 < V < 5,
wobei auch hier der mittlere Wert einen bevorzugten Wert bildet.
Zum Längenverhältnis B/A korrespondiert ein Verhältnis Z von Aschevolumen VAsche zu Filterfläche VFiιter in 1/m2, bezüglich dessen gilt 0,8 < Z < 1,2
wobei wiederum der mittlere Wert einen bevorzugten Wert bildet.
In Fig. 2 ist mit der schematisch in einen Kanal 7 sechseckigen Querschnitts eingezeichneten Ellipse 28 veranschaulicht, dass es im Rahmen der Erfindung liegt, anstelle von Kanälen 7 mit sechseckigem Querschnitt solche mit der Sechseckform angenäherten Querschnittes vorzusehen, so etwa Kanäle elliptischen von den Seiten eines Sechsecks tangential oder annähernd tan- gential umgrenzten Querschnitts. Bei einer derartigen Ausgestaltung schließen die Kanäle 7 mit einer Ellipse 28 angenähertem oder dieser entsprechendem Querschnitt, was in Fig. 3 gezeigt ist, mit ihren auf der jeweiligen langen Achse der Ellipsen 28 liegenden Scheiteln aneinander an und es ergeben sich die durch die Kanäle 7 rein elliptischen oder der Ellipsenform angenäherten Querschnitts eingeschlossenen Kanäle 8 viereckför- migen Querschnitts, also abgewandelte Viereckformen, so etwa rhombische Formen mit konkav eingewölbten Seiten ähnlich stilisierten Lilien.
Eine solche Ausgestaltung kann insbesondere bei einem Grundaufbau aus verhältnismäßig flachen, lang gestreckten Kanälen 7 von Vorteil sein, und sie bietet die Möglichkeit, Einfluss auf die jeweilige nutzbare Filterfläche zu nehmen und seitens von als Anströmkanälen 7 verwendeten Kanälen sechseckigen Querschnittes in den Sechseckspitzen auslaufende Querschnittsbereiche aufgrund der elliptischen Verrundungen zu vermeiden, die in Bezug auf Ablagerungen kritisch sein können. Gleichzeitig ist eine Verringerung der für die Filterung nicht nutzbaren Anlagenflächen zwischen den Kanälen längs der in Richtung der langen Achse verlaufenden Seiten erreichbar.

Claims

Patentansprüche
1. Reinigungseinsatz für Abgasreinigungsanlagen, insbesondere für Partikel bzw. Rußfilter in Abgasreinigungsanlagen von Kraftfahrzeugmotoren, mit in Durchströmungsrichtung verlaufenden, wechselseitig geschlossenen Kanälen (7, 8), die einen mehreckigen Querschnitt aufweisen und deren Seiten jeweils gemeinsame Wände benachbarter Kanäle bilden, wobei die anströmseitigen Kanäle (7) einen sechseckformigen Querschnitt aufweisen und im Querschnitt größer sind als die abströmseitigen Kanäle (8) , dadurch gekennzeichnet, dass die abströmseitigen Kanäle (8) einen viereckformigen Querschnitt aufweisen.
2. Reinigungseinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die anströmseitigen, sechseckformigen Kanäle (7) einen gestreckten Kanalquerschnitt aufweisen und dass die langen, zur Querschnittslängsachse (10) parallelen Seiten der sechseckformigen Kanäle (7) gemeinsame Wände (11) benachbarter Kanäle (7) mit sechseckförmigem Querschnitt bilden, von denen je vier einen Kanal (8) mit viereckförmigem Querschnitt umgrenzen.
3. Reinigungseinsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei anströmseitige Kanäle (7) mit gestrecktem, sechseckförmigem Querschnitt ein Kanalpaar mit in Flucht liegenden Querschnittslängsachsen (10) bilden und dass die sechseckformigen Kanäle (7) zweier aneinander grenzender Kanalpaare (14, 15) mit parallel verlaufenden Querschnittslängsachsen (10) bei symmetrischer Anordnung ihrer Kanäle (7) zu einer zu den Querschnittslängsachsen (10) senkrechten Symmetrieebene (16) mit ihren jeweiligen, in der Symmetrieebene (16) aneinander stoßenden, in Kanalspitzen (12) auslaufenden und einander zugewandten kurzen Querschnittsseiten (13) einen Kanal (8) viereckformigen Querschnittes begrenzen.
4. Reinigungseinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sechseckformigen Kanäle (7) im Querschnitt als Sechsecke mit gleich- oder ungleichlangen Seiten ausgebildet sind.
5. Reinigungseinsatz nach Anspruch 4., dadurch gekennzeichnet, dass die viereckformigen Kanäle (8) im Querschnitt als Rhomben gestaltet sind.
6. Reinigungseinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sechseckformigen, anströmseitigen Kanäle (7) einen der Sechseckform angenäherten elliptischen Querschnitt aufweisen.
7. Reinigungseinsatz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die viereckformigen, abströmseitigen Kanäle (8) als Romben mit konkav eingewölbten Seiten ausgebildet sind.
8. Reinigungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf sechseckförmige, anströmseitige Kanäle (7) das Verhältnis der Länge A der zur Querschnittslängsachse (10) parallelen Kanalseiten zum Abstand C zwischen den auf der Querschnittslängsachse (10) einander gegenüberliegenden Kanalspitzen (12) bei 0,2 < A : C < 0,66 liegt.
9. Reinigungseinsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Länge A zum Abstand C bei 0,35 liegt.
10. Reinigungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf die sechseckformigen, anströmseitigen Kanäle (7) das Verhältnis des senkrecht zur Querschnittslängsachse (10) gemessenen Abstandes zwischen den zur Querschnittslängsachse (10) parallelen Kanalseiten als Breite B eines sechseckformigen Kanales (7) zur Länge A der zur Querschnittslängsachse (10) parallelen Kanalseiten bei 1,0 < B : A < 4,0 liegt.
11. Reinigungseinsatz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Breite B zur Länge A bei 2,5 liegt.
12. Reinigungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis V der über den Querschnitt der sechseckformigen anströmseitigen Kanäle (7) bestimmten Zuströmfläche Fzustöm zur über den Querschnitt der viereckformigen, abströmseitigen Kanäle (8) bestimmten Abströmfläche Fabström bei 1,5 < V < 5 liegt .
13. Reinigungseinsatz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (V) der Zuströmfläche Fzuström zur Abströmfläche Fabström bei 2,5 < V < 3,5 liegt.
14. Reinigungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (6) mit den jeweiligen Kanälen (7, 8) aus keramischem Material besteht.
15. Reinigungseinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (6) mit den jeweiligen Kanälen (7, 8) aus metallischem Material besteht.
16. Partikelfilter mit einem Reinigungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
17. Katalysator mit einem Reinigungseinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
18. Abgasreinigungsanlage, insbesondere enthaltend einen Katalysator oder ein Partikelfilter, mit einem Reinigungseinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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