DE10301037A1 - Exhaust gas particle filter used for removing particles from exhaust gas stream of diesel engine comprises metal support with openings and on which porous sintered metal powder is bound by sintering process - Google Patents

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Abstract

An exhaust gas particle filter comprises a metal support (1) with openings (O) and on which porous sintered metal powder is bound by a sintering process. The support is made from an expanded metal and the sections delimiting the openings are joined to each other by the material bond. The support is calendered after the expansion process by an amount that does not exceed 70%. Preferred Features: The ratio of the support weight to the sintered metal weight is less than 3:7. The sintered metal fills only the openings of the support. The filter has elements made from filter material. The openings have an opening angle of 40-80 degrees.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaspartikelfilter aus Sintermetall zur Beseitigung von in dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine enthaltenen Partikeln, aufgebaut aus einem Filtermaterial mit wenigstens einem Öffnungen aufweisenden Träger aus Metall, dessen Öffnungen mit einem porösen, durch einen Sinterprozess verfestigten Sintermetall gefüllt sind.The invention relates to an exhaust gas particle filter made of sintered metal for removing in the exhaust gas flow of an internal combustion engine, in particular a particle containing a diesel internal combustion engine, constructed from a filter material with at least one opening having carrier made of metal, its openings with a porous, sintered metal solidified by a sintering process.

Sintermetallfilter werden eingesetzt als Abgaspartikelfilter für Brennkraftmaschinen, etwa für Dieselbrennkraftmaschinen, zum Beseitigen von in dem Abgasstrom enthaltenen Partikeln, beispielsweise Russpartikeln. Die in den Abgasstrang einer solchen Brennkraftmaschine eingeschalteten Abgaspartikelfilter müssen nicht nur den Temperaturen des den Abgaspartikelfilter durchströmenden Abgases sondern auch den bei einem Russabbrand zur Regeneration eines solchen Abgasfilters entstehenden Temperaturen standhalten. Diesen Anforderungen genügen Sintermetallfilter. Hergestellt werden derartige Sintermetallfilter durch Umformen von Filtermaterialstreifen zum Ausbilden von Filterplatten oder Filtertaschen, aus denen der Filterkörper hergestellt wird. Die Filterstreifen selbst bestehen üblicherweise aus einem Öffnungen aufweisenden Träger, etwa einem Drahtgewebe, das mit einem Sintermetallpulver zum Füllen der Öffnungen beschichtet und anschließend einem Sinterprozess unterworfen worden ist. Mit diesem Verfahren lassen sich Sintermetallplatten mit einer Porosität von etwa 50%–80% herstellen.Sintered metal filters are used as an exhaust gas particle filter for Internal combustion engines, for example for diesel internal combustion engines, for removing particles contained in the exhaust gas stream, for example Soot particles. That in the exhaust line of such an internal combustion engine switched on exhaust gas particle filter must not only the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust particle filter but also in the case of soot burn-off for the regeneration of such an exhaust gas filter withstand the resulting temperatures. Sintered metal filters meet these requirements. Such sintered metal filters are manufactured by reshaping Filter material strips for forming filter plates or filter bags, from which the filter body will be produced. The filter strips themselves usually consist of one openings having carrier, such as a wire mesh made with a sintered metal powder to fill the openings coated and then has been subjected to a sintering process. With this procedure sintered metal plates with a porosity of about 50% -80% produce.

In EP 0 505 832 B1 ist ein solcher Sintermetallfilter beschrieben, bei dem ein Drahtgewebe als Träger eingesetzt ist. Zur Verbesserung einer Wärmeverteilung und auch einer Wärmeabfuhr beim Schweißen des Sintermetallmateriales dient als Träger ein Köperdrahtgewebe. Gegenüber ansonsten üblichen Drahtgeweben zeichnet sich ein Köperdrahtgewebe dadurch aus, dass zur Erhöhung der Kontaktpunkte der einzelnen Drähte untereinander zusätzliche Drähte mit in das Gewebe eingewoben werden, die als Schussdraht mehrere Kettdrähte jeweils überbrücken. Mit einem solchen Trägermaterial ist durch die erhöhte Anzahl von Kontaktpunkten zwischen den einzelnen Drähten eine Wärmeübertragung von einzelnen Drähten auf andere Drähte durch Erhöhen der Wärmeübergangsstellen gegenüber anderen Drahtgeweben verbessert. Jedoch erhöht sich durch die Implementierung zusätzlicher Drähte zur Ausbildung des Gewebes auch seine Steifigkeit und sein Gewicht. Dieses wirkt sich wiederum nachteilig auf den zum Erstellen von Filterplatten oder Filtertaschen notwendigen Umformprozess aus. Zur Umformung werden daher im Vergleich zu solchen Filtermaterialabschnitten mit anderen Geweben als Trägermaterial höhere Umformkräfte benötigt. Es kann daher vorkommen, dass das auf das Köperdrahtgewebe aufgebrachte Sintermaterial aufgrund seiner gegenüber dem Trägermaterial durch die Porösität reduzierten Festigkeitseigenschaften und den notwendigen zum Durchführen des Umformvorganges bereitzustellenden Kräften beschädigt wird oder sogar abplatzt.In EP 0 505 832 B1 Such a sintered metal filter is described in which a wire mesh is used as a carrier. To improve heat distribution and also heat dissipation when welding the sintered metal material, a twill wire mesh serves as the carrier. Compared to otherwise customary wire fabrics, a twill wire fabric is characterized in that, in order to increase the contact points of the individual wires with one another, additional wires are woven into the fabric, each of which bridges several warp wires as a weft wire. With such a carrier material, the increased number of contact points between the individual wires improves heat transfer from individual wires to other wires by increasing the heat transfer points compared to other wire fabrics. However, implementing additional wires to form the fabric also increases its stiffness and weight. This in turn has a disadvantageous effect on the forming process required to create filter plates or filter bags. For forming, higher forming forces are therefore required in comparison to such filter material sections with fabrics other than carrier material. It can therefore happen that the sintered material applied to the twill wire fabric is damaged or even flakes off due to its strength properties, which are reduced compared to the carrier material due to the porosity, and the forces required to carry out the shaping process.

Aus EP 0 166 606 B1 ist ein poröser Metallgegenstand, einsetzbar als Filter beschrieben. Bei diesem porösem Gegenstand dient ein Metallträger mit Öffnungen als Träger für in die Öffnungen eingebrachtes Sintermetallpulver, welches während des Prozesses des Sinterns untereinander und mit dem Träger verbacken wird. Als Träger zum Ausbilden dieses Filtermaterials sind Träger aus Metall mit Öffnungen gleich welcher Natur beschrieben worden, wobei in diesem Dokument auch Streckmetall als gleichwertiger Träger zu einem Träger aus einem ansonsten üblicherweise eingesetzten Drahtgewebe erwähnt ist. Gegenstand dieses Dokumentes ist das Füllen der Öffnungen des Trägers mit einem geeigneten Metallpulver, um auf diese Weise einen Metallfilter bereitzustellen, mit dem auch feinkörnige Partikel aus einem Massenstrom entfernt werden können. Allerdings ist in diesen Dokumenten nicht offenbart, dass es zweckmäßig sein könne, einen nach dem in diesem Dokument beschriebenen Verfahren hergestellten Filterkörper als Sintermetallfilter zur Beseitigung von in dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine enthaltenen Partikeln einzusetzen. Somit offenbart dieses Dokument auch keinerlei Hinweise darauf, wie ein solcher Sintermetallfilter zweckmäßig auszubilden wäre.Out EP 0 166 606 B1 is a porous metal object that can be used as a filter. In this porous object, a metal carrier with openings serves as a carrier for sintered metal powder introduced into the openings, which powder is baked to one another and to the carrier during the sintering process. Carriers made of metal with openings of whatever nature have been described as supports for forming this filter material, wherein expanded metal is also mentioned in this document as an equivalent support to a support made of a wire mesh otherwise normally used. The subject of this document is the filling of the openings of the carrier with a suitable metal powder in order in this way to provide a metal filter with which even fine-grained particles can be removed from a mass flow. However, it is not disclosed in these documents that it may be expedient to use a filter body produced by the method described in this document as a sintered metal filter for removing particles contained in the exhaust gas stream of an internal combustion engine. Thus, this document also does not disclose any information as to how such a sintered metal filter should be designed appropriately.

Zum Verbinden einzelner umgeformter Filterplatten oder Filtertaschen zum Ausbilden des eigentlichen Filterkörpers ist es notwendig, die Einzelelemente durch Fügen, beispielsweise Schweißen miteinander zu verbinden. Bei einer Ausbildung von Filterkörpern, aufgebaut aus einer Vielzahl einzelner, miteinander verbundener Filtertaschen werden in einem ersten Schritt die Filtertaschen hergestellt, wobei die Filterwände nach einem Kantvorgang üblicherweise durch Rollennahtschweißen zum Ausbilden einer solchen Tasche miteinander verbunden werden. Dieses ist auch ohne weiteres möglich, da die aufeinander liegenden Filterwandabschnitte problemlos durch den Rollenspalt einer Rollennahtschweißanlage hindurch geführt werden können.For connecting individual formed Filter plates or filter bags to form the actual one filter body it is necessary to join the individual elements together, for example by welding connect to. When filter bodies are constructed from one Large number of individual, interconnected filter bags in a first step, the filter bags are made, the filter walls usually after a folding process by roller seam welding to form such a pocket. This is also easily possible, because the filter wall sections lying on top of each other pass through easily the roller gap of a roller seam welding system are passed through can.

Zur Ausbildung des eigentlichen Filterkörpers werden um ein Stützrohr radial eine Vielzahl derartiger, zuvor erstellter Filtertaschen angeordnet. Zum Verschließen des Filterkörpers ist es anschießend notwendig, die aneinander grenzenden Wandabschnitte der einseitig offenen Filtertaschen miteinander zu fügen. Da die Öffnungsweite der Taschen nur wenige Millimeter betragen kann und sich diese mitunter radial von außen nach innen zudem verjüngen können, kann diese benötigte stoffliche Verbindung nicht durch eine Rollennahtschweißung erstellt werden. Man hat daher versucht, diese aneinander grenzenden Wände aus porösem Sintermetall miteinander durch Schmelzschweißen zu verbinden. Befriedigende Schweißergebnisse konnten jedoch nicht erzielt werden; es war nicht möglich, gleichmäßige Schweißnahtverläufe zu erzeugen.To form the actual filter body, a plurality of such previously created filter pockets are arranged radially around a support tube. To close the filter body, it is then necessary to join the adjacent wall sections of the filter pockets open on one side. Since the opening width of the pockets can only be a few millimeters and these can also taper radially from the outside inwards, the required material connection cannot be created by roller seam welding. Attempts have therefore been made to join these adjoining walls of porous sintered metal to one another by fusion welding the. However, satisfactory welding results could not be achieved; it was not possible to produce even weld seams.

Ausgehend von dem zuvor diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher vor allem die Aufgabe zugrunde, einen Sintermetallfilter der eingangs genannten, gattungsgemäßen Art dergestalt weiterzubilden, dass das zum Aufbau des Sintermetallfilters eingesetzte Filtermaterial, ohne die zum Stand der Technik aufgezeigten Nachteile hinnehmen zu müssen, leichter verschweißt werden kann.Based on the status discussed previously The invention is therefore primarily based on the object of technology. a sintered metal filter of the type mentioned to develop in such a way that the structure of the sintered metal filter filter material used, without the shown to the prior art Having to accept disadvantages welded more easily can be.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Träger ein Streckmetall ist und somit die die Öffnungen des Trägers begrenzenden Abschnitte in einem stofflichen Verbund miteinander stehen und dass der Abschluß des Trägers zumindest entlang einer seiner Seiten durch einen ungestreckten Vollmaterialstreifen gebildet ist.This object is achieved according to the invention solved, that the carrier is an expanded metal and thus the sections delimiting the openings of the carrier stand in a material bond with each other and that the termination of the carrier at least along one of its sides through an unstretched solid material strip is formed.

Bei dem beanspruchten Sintermetallfilter besteht der Träger aus einem eine stoffliche Einheit bildenden Material – einem Streckmetall. Das Vorsehen eines Streckmetalls als Träger hat durch seine stoffliche Einheit zum einen den Vorteil, dass eine Wärmeverteilung innerhalb des daraus gebildeten Filters und somit eine Wärmeabfuhr beim Schweißen und auch bei einer Regeneration des Sintermetallfilters verbessert ist, da im Gegensatz zum vorbekannten Stand der Technik für den notwendigen Wärmetransport Wärmeübergänge innerhalb des Trägers infolge der stofflichen Einheit vermieden sind. Die Ausbildung des Trägers durch Streckmetall hat ferner Vorteile beim Umformen, insbesondere wenn Prägungen, wie beispielsweise Sicken oder dergleichen erstellt werden sollen. Infolge der stofflichen Einheit besteht bei einem solchen Sintermetallelement im Gegensatz zum vorbekannten Stand der Technik nicht die Gefahr, dass infolge des Umformvorganges einzelne Drähte eines Gewebes sich gegeneinander verschieben, was Ab- oder Ausplatzungen von Sintermetall zur Folge haben könnte. Somit ist dieses Trägermaterial sehr formstabil, insbesondere auch während des Umformprozesses. Ohne Einbußen hinsichtlich der Wärmeverteilung bzw. Wärmeabfuhr hinnehmen zu müssen, kann der Träger für das Sintermaterial eine relativ große Öffnungsweite aufweisen, was sich günstig auf den Abgasgegendruck auswirkt, da der Oberflächenanteil des Trägermaterials an der Filterfläche reduziert werden kann.With the sintered metal filter claimed the carrier exists from a material forming a material unit - one Expanded metal. The provision of an expanded metal as a support due to its material unity on the one hand the advantage that a heat distribution within the filter formed from it and thus heat dissipation when welding and also improved when the sintered metal filter is regenerated is because in contrast to the prior art for the necessary heat transport Heat transfer within of the carrier are avoided due to the material unity. Training the carrier Expanded metal also has advantages in forming, in particular if imprints, such as beads or the like to be created. As a result of the material unit, there is such a sintered metal element in contrast to the prior art, there is no risk that individual wires of a fabric move against each other as a result of the forming process, which could result in spalling or spalling of sintered metal. Consequently is this carrier material very stable, especially during the forming process. Without sacrificing the heat distribution or accept heat dissipation to have to, can the carrier for the Sintered material has a relatively large opening width have what is convenient affects the exhaust gas back pressure, since the surface portion of the carrier material the filter area can be reduced.

Der Einsatz eine Streckmetalls als Träger für den Abgaspartikelfilter hat ferner zum Vorteil, dass ein Randbereich des Trägers durch einen ungestreckten Vollmaterialstreifen ohne weiteres ausgebildet werden, letztendlich dadurch, dass in dem vorgesehenen Randbereich keine die Öffnungen bildenden Einschnitte vorgenommen werden. Das Vollmaterial im Randbereich, das sich zumindest entlang einer der Seiten des Trägers erstreckt, hat zum Vorteil, dass dieser Vollmaterialstreifen als Schweiß grundlage zum Fügen des Trägers bzw. des daraus gebildeten Sintermetallfilterstreifens verwendet werden kann. Die beim Schweißen von porösem Filtermaterials eintretenden Nachteile brauchen somit nicht in Kauf genommen zu werden. Der randliche Vollmaterialstreifen trägt gleichfalls zur Erhöhung der Stabilität des Filterstreifens bei.The use of an expanded metal as carrier for the Exhaust particle filter also has the advantage that an edge area of the carrier easily formed by an undrawn solid material strip ultimately, in that in the intended edge area no the openings incisions are made. The solid material in the edge area, that extends along at least one of the sides of the carrier, has the advantage that this solid material strip serves as a welding base for joining of the carrier or the sintered metal filter strip formed therefrom can be. The one when welding of porous The disadvantages of filter material do not have to be accepted to be taken. The strip of solid material on the edge also bears to increase of stability of the filter strip at.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen dem aus dem Vollmaterial bestehenden Randbereich eines solchen Trägers und dem gestreckten Bereich des Trägers ein Übergangsbereich angeordnet ist. Dieser ist gekennzeichnet durch einen geringeren Streckgrad als die angrenzenden gestreckten Bereiche des Trägers. Durch einen solchen Übergangsbereich, der sich auf eine einzige Öffnungsreihe beschränken sich jedoch auch über mehrere Öffnungsreihen hinweg erstrecken kann, ist ein sanfter Übergang zwischen dem steiferen Vollmaterial im Randbereich des Trägers und dem weniger steifen gestreckten Bereich geschaffen. Gegenüber den angrenzenden gestreckten Bereichen des Trägers ist im Bereich des Überganges das Verhältnis von Trägergewicht zu Sintermetallgewicht zugunsten des Trägergewichtes erhöht. Dieser allmählicher Übergang bezogen auf die Steifigkeit zwischen den gestreckten Bereichen und dem Vollmaterialrand wirkt sich lebensdauererhöhend aus.In an expedient further training, that between the edge area consisting of the solid material a such carrier and the stretched area of the beam a transition area is arranged. This is characterized by a lower one Degree of stretch than the adjacent stretched areas of the beam. By such a transition area, which is on a single row of openings restrict but also about several rows of openings can extend is a smooth transition between the stiffer Solid material in the edge area of the carrier and the less stiff stretched area created. Opposite the adjacent stretched areas of the carrier is in the area of transition The relationship of carrier weight to sintered metal weight increased in favor of the carrier weight. This gradual transition related to the stiffness between the stretched areas and the solid material edge increases lifespan.

Von Vorteil ist bei der Verwendung von Streckmetall als Träger ferner, dass dieser eine besonders gute gleichmäßige Formstabilität in unterschiedlichen Richtungen aufweist sowie einfach und kostengünstig in seiner Herstellung ist. Von besonderem Vorteil bei Einsatz eines Streckmetalls als Träger ist auch, dass durch den einheitlich oberen und unteren Abschluss der einzelnen, eine Öffnung definierenden Bereiche das Sintermetall keine durchgehend statisch wirksame Schicht auf dem Träger ausgebildet werden muß, sondern dieses lediglich in die Öffnungen des Trägers einzubringen ist. Dies senkt nicht nur die Menge des benötigten Sintermetalls, sondern hat zum Vorteil, dass im Wesentlichen beim Umformen die sich zwischen den Öffnungen befindlichen Stege des Streckmetalls umgeformt werden und nicht oder nur sehr untergeordnet das in die Öffnungen eingebrachte Sintermetall. Daher können Umformschritte, wie beispielsweise ein Kanten um 90° oder auch um 180° durchgeführt werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass in die Öffnungen eingebrachtes Sintermetall herausbricht. Ein solches Kanten kann beispielswei se erforderlich sein, um den Randbereich einer Filterplatte zu verstärken.Is an advantage when using of expanded metal as a carrier further that this has a particularly good uniform shape stability in different Has directions as well as simple and inexpensive to manufacture is. Of particular advantage when using an expanded metal as Carrier is also that through the uniform upper and lower conclusion of the individual, an opening areas defining the sintered metal are not static throughout effective layer on the carrier must be trained but only in the openings of the carrier is to be brought in. This not only reduces the amount of sintered metal required, but also has the advantage that essentially between the the openings existing webs of expanded metal are formed and not or only very subordinate to the sintered metal introduced into the openings. Therefore, forming steps, such as, for example, an edge of 90 ° or 180 °, without the risk of sintered metal being introduced into the openings breaks out. Such edging may be required, for example to reinforce the edge area of a filter plate.

Zweckmäßigerweise ist das Streckmetall nach seinem Streckvorgang kalandriert worden und zwar um nicht mehr als 70%. Dadurch ist sichergestellt, dass auch nach dem Kalandriervorgang die durch die Stege des Streckmetalls eingefassten Öffnungen eine ausreichende Widerlagerfläche bereitstellen, damit in den Öffnungen aufgenommenes Sintermetall formschlüssig darin gehalten ist, insbesondere um den Anforderungen beim bestimmungsgemäßen Einsatz des Sintermetallfilters zu genügen.The expanded metal has expediently been calendered after it has been stretched, by no more than 70%. This ensures that even after the calendering process, the openings bordered by the webs of the expanded metal provide a sufficient abutment surface so that sintered metal accommodated in the openings is held therein in a form-fitting manner, in particular to meet the requirements of the determination moderate use of the sintered metal filter.

Das Gewichtsverhältnis der am Aufbau des Filtermateriales mitwirkenden Komponenten – Träger und Sintermetall – ist zweckmäßigerweise kleiner als 3 : 7 (Träger : Sintermetall), bevorzugt liegt dieses Verhältnis zwischen 2 : 8 und 1 : 9, wobei bei diesen Verhältnisangaben davon ausgegangen ist, dass sich allein in den Öffnungen des Trägers Sintermetallpulver befindet. Sind jedoch sehr hohe Stailitätsanforderungen an den Abgaspartikelfilter gestellt, dann können durchaus auch Verhältnisse von ca. 1 : 1 zum Einsatz kommen. Die Ausbildung eines Filtermateriales mit einem derart geringen Trägermaterialanteil ist mit herkömmlichen Trägern aus Geweben nicht realisierbar, zumindest nicht mit den bei dem Filtermaterial gemäß der Erfindung sich einstellenden Festigkeitswerten.The weight ratio of the structure of the filter material contributing components - carrier and Sintered metal - is expediently less than 3: 7 (carrier : Sintered metal), this ratio is preferably between 2: 8 and 1 : 9, with these ratios It is assumed that sintered metal powder is found only in the openings of the carrier located. However, there are very high demands on the exhaust gas particle filter then you can conditions too of approx. 1: 1 are used. The formation of a filter material with such a low proportion of carrier material is with conventional carriers not realizable from fabrics, at least not with the filter material according to the invention resulting strength values.

Bei Vorsehen eines Trägers aus Streckmetall ist zudem von Vorteil, dass durch den Streckprozess die zur Ausbildung der gitterförmigen Struktur notwendigen Öffnungen unterschiedliche Dimensionierungen aufweisen können. Erreicht werden kann dies durch den Grad des Streckens und/oder durch Einbringen unterschiedlicher Einschnitte vor dem eigentlichen Streckvorgang. Auf diese Weise können Elemente für einen Sintermetallfilter bereitgestellt werden, die eine unterschiedliche Öffnungsgeometrie in Abhängigkeit von ihrer Anordnung innerhalb des Sintermetallfilterkörpers aufweisen.If a carrier is provided Expanded metal is also an advantage that through the stretching process to form the lattice-shaped Structure necessary openings can have different dimensions. Can be achieved this by the degree of stretching and / or by introducing different ones Incisions before the actual stretching process. In this way can Elements for a sintered metal filter can be provided, which have a different opening geometry dependent on of their arrangement within the sintered metal filter body.

Bei Vorsehen eines Streckmetalls als Träger ist durch den Grad des Streckens neben der Öffnungsweite der Öffnungen des Trägers auch die Neigung der Stege zum Halten der Sintermetallfüllungen vorgebbar. Über den Schritt des Kalandrierens ist die Dicke einstellbar. Somit kann ein und dasselbe Ausgangsmaterial eingesetzt werden, um daraus Filtermaterialstreifen unterschiedlicher Ausbildung herzustellen zu können. Die Dicke eines solchen Filtermaterialstreifens ist bestimmt durch den Aufrichtegrad der die Öffnungen begrenzenden Stege des Trägers, so dass gegenüber Geweben, bei denen die Dicke durch die Dicke des eingesetzten Drahtes bestimmt ist, auch bezüglich ihrer Stärke dickere Filtermaterialstreifen hergestellt werden können, ohne dass der Anteil des Trägermateriales am Gesamtgewicht des Filtermaterialstreifens über Maßen zunimmt.If an expanded metal is provided as a carrier by the degree of stretching next to the opening width of the openings of the carrier the inclination of the webs to hold the sintered metal fillings can also be specified. On the The calendering step is adjustable in thickness. So can one and the same starting material can be used to make filter material strips to be able to produce different training. The thickness of one The filter material strip is determined by the degree of erection the openings delimiting webs of the carrier, so that opposite Fabrics where the thickness is determined by the thickness of the wire used is determined, also regarding their strength thicker filter material strips can be made without that the proportion of the carrier material of the total weight of the filter material strip increases excessively.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:The invention is based on the following of an embodiment with reference to the attached Figures described. Show it:

1: Eine schematisierte Darstellung eines Ausschnittes eines Trägers eines Filtermaterials zum Ausbilden eines Sintermetallfilters, 1 1 shows a schematic representation of a section of a carrier of a filter material for forming a sintered metal filter,

2: einen schematisierten Schnitt entlang der Linie A – B durch einen vergrößerten Ausschnitt des Trägers der 1, dessen Öffnungen mit Sintermetallpulver gefüllt sind, 2 : a schematic section along the line A - B through an enlarged section of the carrier of the 1 whose openings are filled with sintered metal powder,

3: einen schematisierten Schnitt entsprechend 2 durch einen Randbereich des Trägers und 3 : a schematic section accordingly 2 through an edge region of the carrier and

4: zwei miteinander durch Fügen verbundene Sintermetallfilterstreifen zum Ausbilden einer Filtertasche. 4 : two sintered metal filter strips joined together by joining to form a filter bag.

Ein Träger 1 zur Ausbildung von Filtermaterial für einen Sintermetallfilter zur Beseitigung von in dem Abgasstrom einer Dieselbrennkraftmaschine enthaltenden Partikeln ist aus Streckmetall hergestellt. Bei dem Träger 1 handelt es sich um ein Stahlblech als Ausgangsmaterial, in das zum Erstellen der Öffnungen im Wege des Streckvorganges Einschnitte eingebracht sind. Im Zuge eines Streckvorganges ist das Stahlblech in die in 1 gezeigte Form gebracht worden, wobei sich die ursprünglich in das Stahlblech eingebrachten Einschnitte zu Öffnungen Ö erweitert haben. Die Öffnungen Ö sind durch als Stege S bezeichnete Abschnitte des ursprünglichen Stahlbleches begrenzt, die jeweils in denjenigen Bereichen des Trägers 1 zusammenlaufen, in denen die Einschnitte enden. Diese Bereiche sind als Knotenpunkte K bezeichnet. Sämtliche Stege S des Trägers 1 befinden sich somit über die Knotenpunkte K in einem stofflichen Verbund miteinander. Dies ermöglicht die Ausbildung eines Trägers, der nicht nur eine besonders gute Wärmeabfuhr und Wärmeverteilung gewährleistet, sondern der auch bei einem sehr geringen Trägermaterialeinsatz eine sehr hohe und in unterschiedlichen Richtungen gleichmäßige Stabilität aufzuweisen vermag.A carrier 1 to form filter material for a sintered metal filter for removing particles contained in the exhaust gas stream of a diesel engine is made of expanded metal. At the carrier 1 it is a steel sheet as the starting material, in which incisions are made to create the openings by means of the stretching process. In the course of a stretching process, the steel sheet is in the 1 shown form has been brought, with the incisions originally made in the steel sheet have expanded to openings Ö. The openings Ö are delimited by sections of the original steel sheet referred to as webs S, each in those areas of the carrier 1 converge where the incisions end. These areas are referred to as nodes K. All webs S of the carrier 1 are thus connected to one another via the nodes K in a material composite. This enables the formation of a carrier which not only ensures particularly good heat dissipation and heat distribution, but which can also have very high stability which is uniform in different directions, even with a very low use of carrier material.

Der Öffnungswinkel ß zwischen zwei, durch einen Einschnitt getrennten Stegen S liegt zweckmäßiger Weise im Bereich zwischen 40° und 80°, bevorzugt zwischen 50° und 70°. Bei kleineren Öffnungswinkel ist die Öffnung so klein, dass das Filtermaterial grundsätzlich einen zu hohen Abgasgegendruck bereitstellen würde.The opening angle ß between two webs S separated by an incision expediently in the range between 40 ° and 80 °, preferred between 50 ° and 70 °. at smaller opening angle is the opening so small that the filter material generally has too high a back pressure would provide.

Der Aufbau des Trägers 1 ist vergrößert in dem Querschnitt der 2 erkennbar. Die dargestellte Schnittlinie durchkreuzt mehrere Knotenpunkte K, von denen sich jeweils Stege S zum nächsten Knotenpunkt K erstrecken. Die Stege S selbst sind, wie durch die Knotenpunkte K dargestellt, verkippt und bilden Öffnungen Ö mit geneigten Seitenflächen. Diese geneigten Seitenflächen gestatten eine besonders gute Verklammerung des darin eingebrachten Sintermetalls, wie dieses angedeutet in 2 dargestellt ist. Jede Öffnung Ö ist mit Sintermetall verfüllt, wobei durch den in 2 gezeigten Querschnitt erkennbar ist, dass die Sintermetallfüllungen jeweils formschlüssig in einer durch den Träger 1 bereitgestellten Öffnung Ö gehalten sind. Somit bietet der Träger 1 mit seinen Öffnungen Ö gute mechanische Verklammerungseigenschaften und ein wirksames Widerlager, so dass das in die Öffnungen eingebrachte Sintermetall trotz Druckdifferenz zwischen der anströmseitigen Filterseite und der abströmseitigen Filterseite nicht die Gefahr besteht, dass das Sintermetall aus einzelnen Öffnungen herausgedrückt wird. Die Sintermetallfüllungen sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel inselförmige Aggregate, aufgenommen jeweils in den Öffnungen Ö des Trägers 1.The structure of the carrier 1 is enlarged in the cross section of the 2 recognizable. The section line shown crosses a plurality of nodes K, from which webs S each extend to the next node K. The webs S themselves, as represented by the nodes K, are tilted and form openings Ö with inclined side surfaces. These inclined side surfaces allow the sintered metal introduced therein to be clamped particularly well, as indicated in FIG 2 is shown. Each opening Ö is filled with sintered metal 2 It can be seen from the cross section shown that the sintered metal fillings each have a positive fit in a through the carrier 1 provided opening Ö are kept. Thus, the carrier offers 1 with its openings Ö good mechanical clamping properties and an effective abutment, so that the sintered metal introduced into the openings does not run the risk of the sintered metal being pressed out of individual openings despite the pressure difference between the upstream filter side and the downstream filter side. In the exemplary embodiment shown, the sintered metal fillings are island-shaped aggregates, each accommodated in the openings Ö of the carrier 1 ,

Die Stärke des ursprünglichen Stahlbleches zur Ausbildung des Trägers 1 entspricht der Schmalseite eines Knotenpunktes K bzw. der Stegdicke Sd. Das Verhältnis von Stegbreite Sb zu Stegdicke Sd beträgt zweckmäßigerweise 1. Bei einem solchen Verhältnis sind die Stege im Querschnitt quadratisch, Um einen ausreichenden Formschluß mit dem Sintermetall zu erzielen können die Stege auch Stegbreiten-Stegdicken-Verhältnisse zwischen 0,5 und 2,0 aufweisen.The thickness of the original steel sheet to form the beam 1 corresponds to the narrow side of a node K or the web thickness S d . The ratio of web width S b to web thickness S d is expediently 1. With such a ratio, the webs are square in cross section. In order to achieve a sufficient positive fit with the sintered metal, the webs can also have web width-web thickness ratios between 0.5 and 2. Have 0.

Der innige mechanische Verbund der am Aufbau des Trägers 1 beteiligten Stege S und Knotenpunkte K macht deutlich, dass der Träger 1 hohen mechanischen Beanspruchungen standzuhalten vermag. Da der Träger 1 eine stoffliche Einheit ausbildet und gegenüber dem Sintermetall leichter verformbar ist, erfolgt ein Umformen maßgeblich an den Stegen S und Knotenpunkten K für den Fall, dass das Filtermaterial etwa durch Kanten oder durch Einprägen von Sicken umgeformt wird.The intimate mechanical bond to the structure of the carrier 1 involved bridges S and nodes K make it clear that the carrier 1 can withstand high mechanical loads. Because the carrier 1 forms a material unit and is more easily deformable compared to the sintered metal, a reshaping takes place significantly at the webs S and nodes K in the event that the filter material is reshaped, for example by edges or by embossing beads.

Zur Verbessung der Bindungseigenschaften zwischen dem Sintermetallpulver beim Sintern und dem Träger ist es zweckmäßig, die Oberfläche des Trägers mit einer Strukturierung zu versehen, etwa einer Mikrostrukturierung, erstellt durch eine chemische Behandlung oder einen Strahlprozess mit Partikeln. Durch einen solchen Strahlprozess (Spannungstrahlen) läßt sich überdies eine gewisse Eigenspannung in den Träger einbauen, was sich günstig auf seine Stabilität auswirkt. Mit einer solchen Maßnahme wird die wirksame Oberfläche des Trägers vergrößert, insbesondere auch in den zueinander weisenden Seitenflächen der die Öffnungen einfassenden Stege, so dass auch eine Verklammerung des Sintermetallpulvers an den Stegen des Trägers verbessert ist.To improve the binding properties between the sintered metal powder during sintering and the carrier, it is appropriate that surface of the carrier to be provided with a structuring, for example a microstructuring, created by chemical treatment or a blasting process with particles. Through such a blasting process (tension blasting) can also install a certain internal stress in the carrier, which is beneficial its stability effect. With such a measure becomes the effective surface the wearer enlarged, in particular also in the mutually facing side surfaces of the openings bordering webs, so that a clamping of the sintered metal powder improved on the webs of the wearer is.

Die Kornfraktion bzw. Partikelgröße des eingesetzten Sintermetallpulvers ist so bemessen, dass zumindest 10 Pulverlagen vorliegen sollten, um eine Öffnung Ö des Trägers 1 in Richtung der Stärke des Trägers 1 auszufüllen. Es hat sich jedoch als ausreichend herausgestellt, zur Ausbildung von Sintermetallfiltern zur Beseitigung von in dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine enthaltenen Partikeln die Öffnungen Ö des Trägers 1 mit Sintermetallpulver in einer Korngröße zu füllen, dass maximal 15 Pulverlagen in Richtung der Dicke des daraus gebildeten Filtermaterials vorliegen.The grain fraction or particle size of the sintered metal powder used is dimensioned such that at least 10 powder layers should be present around an opening Ö of the carrier 1 towards the strength of the wearer 1 fill. However, it has been found to be sufficient to form sintered metal filters to remove particles contained in the exhaust gas stream of an internal combustion engine, the openings O of the carrier 1 fill with sintered metal powder in a grain size that there are a maximum of 15 powder layers in the direction of the thickness of the filter material formed from it.

Als Ausgangsmaterial kann beispielsweise ein Stahlblech mit einer Stärke von 0,2 mm eingesetzt sein. Nach dem Durchführen des Streckvorganges kann je nach Konfigurierung und Anordnung der Einschnitte die Dicke des daraus gebildeten Trägers 3 mm betragen, wobei festzuhalten ist, dass unabhängig von der Dicke beim Streckvorgang sich das Trägergewicht nicht erhöht. Das gestreckte Material wird vor der Füllung seiner Öffnungen Ö kalandriert, beispielsweise auf eine Stärke von 0,9 mm, was einer Kalandrierung von 70 % entspricht.For example, a Steel sheet with a thickness of 0.2 mm. After performing the stretching process depending on the configuration and arrangement of the incisions, the thickness of the carrier 3 formed therefrom mm, whereby it should be noted that regardless of the thickness during the stretching process the carrier weight not increased. The stretched material is calendered, for example, before its openings are filled for a strength of 0.9 mm, which corresponds to a calendering of 70%.

3 zeigt einen Randbereich 2 des Träger 1. Dieser besteht aus einem Vollmaterialstreifen 3 und einem Übergangsbereich 4. Der Übergangsbereich 4 ist gekennzeichnet durch einen geringeren Streckgrad SÜ, verglichen mit dem Streckgrad SF der übrigen Bereiche des Trägers 1. Der geringere Streckgrad SÜ hat zur Folge, dass die Öffnungsweite der Öffnungen im Übergangsbereich 4 kleiner ist als die Weite der Öffnungen Ö in den angrenzenden stärker gestreckten Trägerbereichen. Der geringere Streckgrad im Übergangsbereich 4 hat zur Folge, dass das Verhältnis Trägergewicht zu Sintermetallgewicht bzw. das Verhältnis Trägeranteile zu Öffnungsanteilen zugunsten des Trägergewichtes bzw. der Trägeranteile gegenüber den gestreckten, die eigentliche Filterfläche darstellenden Bereichen erhöht ist. Somit ist durch den Übergangsbereich 4 ein allmählicher Übergang von den gestreckten Bereichen des Trägers 1 mit dem Streckgrad SF zu dem Vollmaterialstreifen 3 geschaffen. Der Vollmaterialstreifen 3 des Trägers 1 dient bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere zum Bereitstellen eines ausreichenden Schweißuntergrundes. 3 shows an edge area 2 of the carrier 1 , This consists of a solid material strip 3 and a transition area 4 , The transition area 4 is characterized by a lower degree of stretch S Ü compared to the degree of stretch S F of the other areas of the carrier 1 , The lower degree of stretching S Ü has the consequence that the opening width of the openings in the transition area 4 is smaller than the width of the openings Ö in the adjacent more elongated support areas. The lower degree of stretch in the transition area 4 has the consequence that the ratio of the carrier weight to the sintered metal weight or the ratio of the carrier components to the opening components is increased in favor of the carrier weight or the carrier components compared to the stretched areas which represent the actual filter surface. So is through the transition area 4 a gradual transition from the stretched areas of the wearer 1 with the degree of stretch S F to the solid material strip 3 created. The full material strip 3 of the carrier 1 is used in the illustrated embodiment in particular to provide a sufficient welding surface.

Der Übergangsbereich 4 erstreckt sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Öffnungsreihe. Der unterschiedliche Streckgrad bzw. die unterschiedliche Öffnungsweite zwischen den gestreckten Bereichen des Trägers 1 und denjenigen des Übergangsbereiches 4 kann durch unterschiedlich tiefe Einschnitte erreicht werden, die in das Vollmaterial eingebracht werden. Aus diesem Grunde sind die in 1 mit K gekennzeichneten Knotenpunkte im Übergangsbereich 4 breiter ausgebildet als in dem mit dem Streckgrad SF gestreckten Bereichen des Trägers 1.The transition area 4 extends over an opening row in the illustrated embodiment. The different degree of stretching or the different opening width between the stretched areas of the carrier 1 and those of the transition area 4 can be achieved through incisions of different depths that are made in the solid material. For this reason, they are in 1 nodes marked with K in the transition area 4 wider than in the areas of the beam stretched with the degree of stretch S F 1 ,

Bei der Ausbildung des Trägers 1 ist bevorzugt, dass dieser an seinen beiden gegenüberliegenden und quer zur Transportrichtung des Vollmaterials zum Ausbilden des Streckmetalls Vollmaterialstreifen besitzt. Bei einer solchen Ausgestaltung besteht die Möglichkeit, einen Sintermetallfilterstreifen zu kanten und die beiden dann aneinandergrenzenden Vollmaterialstreifen zur Ausbildung einer Tasche zu fügen (vgl. 4).When training the carrier 1 it is preferred that it has solid material strips on its two opposite and transverse to the transport direction of the solid material to form the expanded metal. With such a configuration, it is possible to fold a sintered metal filter strip and to join the two solid material strips which are then adjacent to one another to form a pocket (cf. 4 ).

4 zeigt zwei Sintermetallfilterstreifen 5, 6 mit jeweils einem Träger 1. Die Sintermetallstreifen 5, 6 sind mit ihren randlichen Vollmaterialstreifen 3, 3' aneinandergrenzend angeordnet und durch Schweißen miteinander verbunden. Die Schweißschicht ist in 4 mit den Bezugszeichen 7 gekennzeichnet und lediglich schematisiert dargestellt. Die beiden Sintermetallfilterstreifen 5, 6 stellen den Rand einer Filtertasche 8 eines ansonsten nicht näher dargestellten Filterkörpers dar. 4 shows two sintered metal filter strips 5 . 6 with one carrier each 1 , The sintered metal strips 5 . 6 are with their marginal full material strips 3 . 3 ' arranged adjacent to each other and connected by welding. The sweat layer is in 4 with the reference numerals 7 marked and shown only schematically. The two sintered metal filter strips 5 . 6 put the edge of a filter bag 8th an otherwise not shown filter body.

Die Möglichkeit des Fügens der beiden Vollmaterialstreifen 3, 3', beispielsweise durch Schweißen ist gegenüber den vorbekannten Möglichkeiten insbesondere auch dadurch verbessert, dass die Gefahr eines Wegbrennens von Material oder eines Wegfließens von Lot oder einer Schweißzugabe vermieden ist. Zusätzlich stellt diese Kante der Filtertasche 8 eine Verstärkung dar, so dass die Vollmaterialstreifen 3, 3' insbesondere nach einer Fügeverbindung miteinander ebenfalls tragende Funktionen übernehmen können.The possibility of joining the two solid material strips 3 . 3 ' , for example by welding, is also improved compared to the previously known possibilities in particular in that the risk of material burning away or of solder flowing away or of a welding allowance is avoided. This edge also represents the filterta cal 8th a reinforcement so that the solid material strips 3 . 3 ' can also perform load-bearing functions, especially after a joint connection.

11
Trägercarrier
22
Randbereichborder area
3, 3'3, 3 '
VollmaterialstreifenSolid material strips
44
ÜbergangsbereichTransition area
55
SintermetallfilterstreifenSintered metal filter strips
66
SintermetallfilterstreifenSintered metal filter strips
77
Schweißschichtwelding layer
88th
Filtertaschefilter bag
KK
Knotenpunktjunction
ÖÖ
Öffnungopening
SS
Stegweb
Sbsb
Stegbreiteweb width
Sdsd
Stegdickeweb thickness
SÜ S Ü
Streckgraddegree of stretching
SF S F
Streckgraddegree of stretching
ββ
Öffnungswinkelopening angle

Claims (11)

Abgaspartikelfilter aus Sintermetall zur Beseitigung von in dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine enthaltenen Partikeln, aufgebaut aus einem Filtermaterial mit wenigstens einem Öffnungen (Ö) aufweisenden Träger (1) aus Metall, dessen Öffnungen (Ö) mit einem porösen, durch einen Sinterprozess verfestigten Sintermetall gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) ein Streckmetall ist und somit die die Öffnungen (Ö) des Trägers (1) begrenzenden Abschnitte in einem stofflichen Verbund miteinander stehen und dass der Abschluß des Trägers (1) zumindest entlang einer seiner Seiten durch einen ungestreckten Vollmaterialstreifen (3, 3') gebildet ist.Exhaust gas particle filter made of sintered metal for removing particles contained in the exhaust gas flow of an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, constructed from a filter material with at least one carrier (O) 1 ) made of metal, the openings (Ö) of which are filled with a porous sintered metal solidified by a sintering process, characterized in that the carrier ( 1 ) is an expanded metal and therefore the openings (Ö) of the carrier ( 1 ) delimiting sections in a material composite and that the termination of the carrier ( 1 ) at least along one of its sides through an unstretched solid material strip ( 3 . 3 ' ) is formed. Abgaspartikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den gestreckten Bereichen des Trägers (1) und dem aus dem Vollmaterial (3, 3') bestehenden Randbereich (2) ein aus zumindest einer Öffnungsreihe gebildeter Übergangsbereich (4) angeordnet ist, der einen geringeren Streckgrad (SÜ) aufweist als die daran angrenzenden gestreckten Bereiche des Trägers (1 ).Exhaust gas particle filter according to claim 1, characterized in that between the stretched areas of the carrier ( 1 ) and that from the full material ( 3 . 3 ' ) existing border area ( 2 ) a transition area formed from at least one row of openings ( 4 ) is arranged, which has a lower degree of stretching (S Ü ) than the stretched regions of the carrier adjoining it ( 1 ). Abgaspartikelfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich sich über mehrere Öffnungsreihen hin erstreckt, wobei der Streckgrad der Öffnungsreihen des Übergangsbereiches ausgehend von dem aus Vollmaterial bestehenden Randbereich sukzessive zunimmt.Exhaust gas particle filter according to claim 2, characterized in that the transition area yourself about several rows of openings extends, the degree of stretching of the rows of openings of the transition region successively starting from the edge area made of solid material increases. Abgaspartikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) um einen Betrag, der 70% nicht überschreitet, insbesondere um nicht mehr als 50% kalandriert worden ist.Exhaust gas particle filter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the carrier ( 1 ) by an amount that does not exceed 70%, in particular has not been calendered by more than 50%. Abgaspartikelfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Trägergewicht zu Sintermetallgewicht bezogen auf das Gesamtgewicht des Filtermateriales zwischen 2 : 8 und 1 : 9 beträgt.Exhaust gas particle filter according to claim 4, characterized in that the relationship of carrier weight sintered metal weight based on the total weight of the filter material is between 2: 8 and 1: 9. Abgaspartikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaspartikelfilter aus einzelnen Elementen aus dem Filtermaterial, etwa aus Filtertaschen (8) besteht, deren zu verbindende Randbereiche (2) jeweils einen Vollmaterialstreifen (3, 3') aufweisen.Exhaust particle filter according to one of claims 1 to 5, characterized in that the exhaust particle filter consists of individual elements made of the filter material, such as filter bags ( 8th ) exists, the edge areas to be connected ( 2 ) one full material strip each ( 3 . 3 ' ) exhibit. Abgaspartikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Elemente des aus dem Filtermaterial hergestellten Abgaspartiklelfilters durch einen Prägevorgang, etwa zur Ausbildung von Sicken oder Versteifungselementen geprägt sind.Exhaust particle filter according to one of claims 1 to 6, characterized in that that elements of the exhaust gas particle filter made from the filter material through an embossing process, are shaped to form beads or stiffening elements. Abgaspartikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvertraktion des eingesetzten Sintermetallpulvers dergestalt ausgelegt ist, dass in Anpassung an die jeweilige Dicke des Trägers (1) in einer Öffnung mindestens 10 Pulverlagen vorliegen.Exhaust gas particle filter according to one of claims 1 to 7, characterized in that the powder contraction of the sintered metal powder used is designed such that in adaptation to the respective thickness of the carrier ( 1 ) there are at least 10 powder layers in one opening. Abgaspartikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel einer Öffnung des Trägers (1) zwischen 40° und 80° liegt.Exhaust particle filter according to one of claims 1 to 8, characterized in that the opening angle of an opening of the carrier ( 1 ) is between 40 ° and 80 °. Abgaspartikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen Stegbreite (Sb) und Stegdicke (Sd) des Trägers (1) zwischen 0,5 und 2,0, bevorzugt 1,0 oder etwa 1,0 beträgt.Exhaust gas particle filter according to one of claims 1 to 9, characterized in that the ratio between the web width (Sb) and the web thickness (Sd) of the carrier ( 1 ) is between 0.5 and 2.0, preferably 1.0 or about 1.0. Abgaspartikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Trägers zur Verbesserung einer Verklammerung zwischen dem Sintermetall und dem Träger strukturiert, insbesondere mikrostrukturiert ist.Exhaust particle filter according to one of claims 1 to 10, characterized in that that the surface of the carrier to improve clinging between the sintered metal and structured the wearer, is microstructured in particular.
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