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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Siebdichtung als einstückig ausgebildetes Bauteil aus einer Dichtung, die über einen inneren freien Querschnitt hinweg einen Siebkörper eingefasst hält. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum dauerhaften Betreiben einer derartigen Siebdichtung.
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Aus dem Stand der Technik sind diverse Ausführungsformen für derartige Siebdichtungen insbesondere aus der
WO 2015 014992 A1 bekannt. Um mögliche Schäden durch den Eintrag z.B. abplatzender Keramikpartikel in einem Abgas-Strom von Brennkammern einer Verbrennungskraftmaschine abzuhalten, ist an einer entsprechenden Abzweigung des Abgasstranges eine Siebdichtung als Schutz vorgesehen. Derartige Siebdichtungen haben sich in Abgasrückführ- bzw. kurz AGR-Leitungen bewährt.
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In bekannten Vorrichtungen der vorstehend beschriebenen Art kann ein Filter in Form eines Sieb-Teils bzw. Siebkörpers bei einem Betrieb in Temperaturbereichen unter 600°C in einer AGR-Leitung durch Rußbildung und Ablagerungen versotten. Dieser Vorgang kann zu einem erheblichen Anstieg eines Gegendrucks und in letzter Konsequenz sogar zu einem Ausfall einer betreffenden AGR Strecke führen.
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Die vorliegende Erfindung hat das Ziel hier Abhilfe in Form einer Siebdichtung sowie eines Verfahren zum dauerhaften Betreiben einer derartigen Siebdichtung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass der Siebteil mindestens teilweise zum Durchfließen mit einem elektrischen Strom derart ausgebildet ist, dass eine zur thermischen Beseitigung mindestens wesentlicher Teile der Ablagerungen ausreichende Temperatur an bzw. auf dem Siebkörper erreicht wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Demnach umfasst das Filterelement in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mindestens einen Heizdraht. Demnach werden Ablagerungen soweit erwärmt, dass diese Bereiche freigebrannt werden, vergleichbar einem Glühlampeneffekt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Heizdraht als Heizelement in dem Metallgewebe verwoben oder wird separat aufgebracht, insbesondere unter einem geringen Abstand zu dem Metallgewebe des Siebteils.
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Vorzugweise sind in und/oder auf dem Siebkörper mehrere Heizdrähte vorgesehen. Dabei unterscheiden sich Heizdrähte von sonstigen Drähten oder einem Material des Siebkörpers durch ihren elektrischen Widerstand.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Siebkörper bzw. ein gesamtes Gewebe, Geflecht oder Gewirke mindestens im Bereich eines Strompfades von Strom durchflossen und als thermisch wirksames Heizgewebe verwendet. Aufgrund der Struktur des Siebkörpers ist die elektrische Ausbildung eines engen Pfades für den elektrischen Strom bei Erwärmung und zahlreichen Kontaktstellen innerhalb des durchströmten Materials des Siebkörpers unwahrscheinlich. Ein durch Stromfluss erwärmter Bereich sollte aber nach Möglichkeit Bereiche abdecken, die besonders von Ablagerungen betroffen sind.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird dazu ein Stromfluss über eine Anzapfung des Siebteils unter Verwendung der Dichtungslage als zweiten Pol bzw. Massepotential eingeprägt. Diese Ausführungsform zeigt den besonderen Vorteil einer größten Stromdichte in dem Bereich, wo sich im Regelfall die stärksten Ablagerungen ansammeln und dementsprechend auch ein maximaler Abbrand durchzuführen ist.
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Als weitere Lösung der vorstehenden Aufgabe wird ein Verfahren zur Steuerung des Stromflusses durch eine erfindungsgemäß aufgebaute Siebdichtung unter Anwendung der Lehre der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2015 110 977.8 angegeben, deren Inhalt durch diesen Verweis mit in die Offenbarung dieser Patentanmeldung aufgenommen wird. Hierbei wird unter Verwendung eines TEG im Bereich des Siebteils bzw. in oder an dem Siebteil eine Verstopfung auf Basis eines starken Temperaturgradienten detektiert. Dieses Sensorsignal aus dem TEG wird nun zur Ansteuerung des Stromflusses durch den Siebteil hindurch verwendet.
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Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:
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1: eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels unter Verwendung einer bekannten Siebdichtung;
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2: eine Draufsicht auf eine bekannte Siebdichtung gemäß 1;
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3: eine weitere Draufsicht auf eine bekannte Siebdichtung gemäß 1;
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4a: einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels unter Anpassung einer bekannten Siebdichtung und
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4b: eine Draufsicht auf den Ausschnitt von 4a. Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden für gleiche Elemente stets die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Die Skizze von
1 zeigt einen Ausschnitt einer nicht weiter dargestellten Abgas-Rückführung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs. Um ein Eindringen von Partikeln aus dem Abgasstrang über die Abgas-Rückführung z.B. in eine Verbrennungskraftmaschine zu vermeiden, ist eine Siebdichtung
1 in einer Ebene D zur Bereitstellung einer Dichtungsfunktion zwischen einem ersten Flansch
2 und einem zweiten Flansch
3 vorgesehen, siehe
WO 2015 014992 A1 zu Details. Die Siebdichtung
1 weist einen hier nur angedeuteten Siebkörper
4 mit einer nachfolgend nicht näher beschriebenen dreidimensionalen Gestaltung auf und wird entlang eines Pfeils F von einem Fluid bzw. Abgas durchströmt. Der Siebkörper
4 ist im Bereich der Dichtungsfunktion so mit einer Dichtung
5 fixiert, dass Gase über eine volle freie Querschnittsfläche A eines an den Flansch
3 anschließenden Rohrs
6 durch den Siebkörper
4 hindurch treten können. Die Fixierung des Siebkörpers
4 an der Dichtung
5 findet gemäß der Offenbarung der europäischen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer
EP 13178968.7 z.B. durch eine Faltung statt, durch die eine ringförmig geschlossene Wulst
7 gebildet wird. Auch mit Blick auf Möglichkeiten der konstruktiven Ausgestaltung des Siebkörpers
4 wird auf die Offenbarung der genannten Patentanmeldung verwiesen. Im Weiteren wird in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen ohne Beschränkung davon ausgegangen, dass der Siebkörper
4 ein Gewebe bzw. Geflecht aus Metalldrähten umfasst.
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Um die Dichtungsfunktion nicht zu beeinträchtigten, ist in dem Ausführungsbeispiel von 1 an dem ersten Flansch 2 eine radiale Ausnehmung 8 vorgesehen. Diese Ausnehmung 8 ist zur Aufnahme der Wulst 7 so dimensioniert, dass bei Fixierung der Flansche 2, 3 durch Ausnehmungen 9 hierdurch die Dichtung 5 eine vollflächige Verpressung erfährt und eine Dichtwirkung nicht ausschließlich auf einer Fixierung der Wulst 7 zwischen den Flanschen 2, 3 beruht.
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Eine Siebdichtung 1 der vorstehend beschriebenen Art hat sich als Schutz vor Eintragung von Partikeln in Brennkammern einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine in einer AGR-Leitung bewährt. Dennoch ist festgestellt worden, dass Siebkörper bei einem Betrieb mit Abgasströmen in Temperaturbereichen unter 600°C in der AGR-Leitung durch Rußbildung und Ablagerungen versotten. Dieser Vorgang kann zu einem erheblichen Anstieg eines Gasgegendrucks und in letzter Konsequenz sogar zu einem Ausfall einer betreffenden AGR-Strecke führen.
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Als Lösung dieses Problems ist die Siebdichtung 1 in der Abbildung von 1 um eine elektrische Zuleitung 10 erweitert worden. Diese Zuleitung 10 tritt elektrisch isoliert in einer in 1 nur grob angedeuteten Art und Weise von außen her druckdicht und temperaturbeständig in den Flanschbereich hinein ein. Dort ist die Zuleitung 10 mit einer Anzapfung 11 in einem zentralen Bereich des Siebkörpers 4 zum Einleiten bzw. Einprägen eines Stromflusses I als ein erster Pol vorgesehen. Statt dass nun separat Heizdrähte vorgesehen werden, wird in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung ein Drahtmaterial des Siebkörpers 4 selber als Heizdraht verwendet. Dabei ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung natürlich nicht auf die Verwendung z.B. von Edelstahldrähten als Heizdrähten beschränkt, es können auch metallische Drähte mit größerem spezifischem Widerstand zum Aufbau des Siebkörpers 4 verwendet werden.
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Die gegenüber dem Siebkörper 4 elektrisch vollständig isolierte Dichtungslage 5 bildet in einem nicht elektrisch isolierend beschichteten Bereich einen zweiten Pol 12 bzw. ein Massepotential zu den Flanschen 2, 3 hin. Damit wird ein elektrischer Kurzschluss vermieden und zudem ein verteilter Stromfluss I von der Anzapfung 11 zu dem zweiten Pol hin über den Siebkörper 4 hinweg erzeugt, der im Bereich dieses Stromfluss-Pfades 13 zu einer raschen Erwärmung des Siebkörpers 4 führt. In nur grob angedeuteter Weise ist hier eine Wulst 7 der Siebdichtung 1 und/oder die Dichtung 5 selber dadurch als zweiter Pol 12 ausgebildet, dass sie mit dem Siebkörper 4 als auch in einer Einbaulage mit mindestens einem der Flansche 2, 3 in elektrisch leitendem Kontakt stehen. Aufgrund einer nahezu punktuellen Kontaktierung im Bereich der Anzapfung 11 tritt dort auch die höchste Stromdichte auf, die somit auch eine maximale Erwärmung in dem Bereich hervorruft, der i.d.R. von Ansammlungen und Ablagerungen von Ruß am stärksten betroffen ist. So lässt sich schnell eine Temperaturschwelle von ca. 600°C, ab der sich auf dem Siebkörper 4 angesammelter Ruß abgebrannt wird, erreichen und überschreiten. Damit ist ein Siebkörper 4 nach einem über eine Zeit Δt aufrecht erhaltenen Stromfluss I soweit von Versottungen und/oder angesammeltem Ruß befreit, dass er wieder in einem erforderlichen Maße von fluiden Abgasen durchströmt wird.
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2 stellt eine Draufsicht auf eine Bauform einer bekannten Siebdichtung 1 gemäß 1 dar. Hier ist von außen elektrisch zugänglich und gegenüber der Dichtung 5 elektrisch isoliert sowie mit dem Siebkörper 4 elektrisch leitend verbunden eine Zuleitung 10 vorgesehen. Dieser Zuleitung 10 ist an dem Siebkörper 4 gegenüberliegend und ebenfalls elektrisch leitend mit diesem verbunden ein zweiter Pol 12 vorgesehen. Durch den Siebkörper 4 hindurch ergibt sich als kürzeste Verbindung ein angedeuteter Strompfad 13, der wiederum durch ein Zentrum des Siebkörpers 4 verläuft. Entlang dieses Strompfades erzeugt der Strom I die größte Erwärmung, die eine pyrolytische Beseitigung von Anhaftungen oder Ablagerungen bewirkt.
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3 zeigt eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel unter Verwendung der aus den Abbildungen der 1 und 2 bekannte Siebdichtung 1. Hierbei wird im Bereich der freien Querschnittsfläche A ein Sensorelement 14 angeordnet. Zu dessen sicheren Fixierung ist ein Streifen bzw. Lappen 15 aus metallischem Blech vorgesehen, der als in die freie Querschnittsfläche A hineinragender Streifen als Halter für das Sensorelement 14 dient. Das Sensorelement 14 ist als thermoelektrischer Generator, kurz TEG, ausgebildet. Es ist beobachtet worden, dass bei fortschreitender Verstopfung des Siebkörpers 4 eine Temperaturdifferenz zwischen beiden Außenflächen des Siebkörpers 4 auftritt. Durch diese Temperaturdifferenz erzeugt der TEG eine Spannung als Sensor-Ausgangssignal S. Anhand dieses über einen internen, separaten Signalweg 16 zu einem äußeren Anschluss 17 geführten Sensor-Ausgangssignals S ist also indirekt ein Verstopfen des Siebkörpers 4 feststellbar. Damit kann dieses Sensorausgangssignal S zum externen Ansteuern eines einzuprägenden Stroms I unter Einstellung auch einer Zeit bzw. eines Zeitabschnitts Δt für die Beaufschlagung mit Strom benutzt werden. Dabei sollte durch die Beaufschlagung mit dem Strom I eine Temperatur von mindestens 600°C in dem Fall erreicht werden, dass Rußpartikel durch Oxidation von dem Siebkörper 4 beseitigt werden müssen. Zur Einleitung des Stroms I ist der äußere Anschluss 17 über die Leistung 10 mit dem metallischen Blech 15 elektrisch verbunden, das seinerseits mit dem Siebkörper 4 verbunden ist. Dem metallischen Blech 15 ungefähr gegenüberliegend kann in nicht weiter dargestellter Art und Weise wiederum ein zweiter Pol 12 als nicht elektrisch isolierend beschichteter Bereich des Wulstes 7 vorgesehen sein, der über die Flansche 2, 3 elektrisch mit Masse bzw. Erde verbunden ist. Wiederum ergibt sich so ein durch den Siebkörper 4 hindurch verlaufender Strompfad 13.
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4a stellt schließlich einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels unter Anpassung der vorstehend beschriebenen, bekannten Siebdichtung 1 dar. In Weiterbildung der vorstehend beschriebenen Fixierung des Siebkörpers 4 an der Dichtung 5 durch Faltung mit Bildung der Wulst 7 ist hier nun ein Schutzring 18 vorgesehen, der das Material des Siebkörpers 4 noch überdeckt. Der Schutzring 18 wird ebenfalls über Faltung der Materialien des Siebkörpers 4 und der Dichtung 5 mit in die Wulst 7 integriert. Um das Material des Siebkörpers 4 mechanisch zu unterstützen, erstreckt sich der Schutzring 18 ein Stück weit in die freie Querschnittsfläche A hinein.
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Ferner weist der Schutzring 18 einen freien Arm 19 auf, der über eine geschlossene Dicht-Sicke 20 der Dichtung 5 hinweg in einen äußeren Anschluss 10 hin ausläuft. Unter elektrischer Isolierung des Siebkörpers 4 gegenüber der Dichtung 5 ist der Schutzring 18 durch die Faltung in einem Bereich 21 der Wulst 7 mit dem Siebkörper 4 elektrisch leitend verbunden. Damit ist der Siebkörper 4 über den freien Arm 19 des Schutzrings 18 als zweiter Pol bzw. Anschluss außerhalb des Bereichs der Flansche 2, 3 elektrisch kontaktierbar. Ein erster Pol bzw. Anschluss 11 kann z.B. gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der 1 bis 3 geschaffen werden.
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4b zeigt schließlich eine Draufsicht auf den Ausschnitt von 4a zur Darstellung einer möglichen Form eines Schutzrings 18 mit einem freien Arm 19, der in dem Bereich 21 der Wulst 7 mit dem darunterliegenden Siebkörper 4 im Zuge der Faltung elektrisch leitend verbunden ist. Damit kann zwischen den zwei Polen auch ein Stromfluss I eingeprägt werden.
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Damit sind vorstehend bevorzugte Ausführungsbeispiele für ein elektrisch beheizbares Filter in Form eines Siebkörpers mit dem Schwerpunkt eines Einsatzes in einem AGR-Zweig eines Kraftfahrzeugs beschrieben worden, wobei eine Integration des Filters in einer Dichtung eine Erleichterung in der Handhabung darstellt. Zugleich dient die Dichtung selber auch einer Zuführung und Ableitung eines elektrischen Stroms oder als Träger entsprechender Zuleitungen. Es ergibt sich damit ein kompaktes Bauteil mit neuen, sehr vorteilhaften Eigenschaften.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Siebdichtung
- 2
- erster Flansch
- 3
- zweiter Flansch
- 4
- Siebkörper
- 5
- Dichtung
- 6
- Rohr
- 7
- Wulst/Faltung zur Verbindung Dichtung 5 + Siebkörper 4
- 8
- Ausnehmung am ersten Flansch 2 zur Aufnahme von Wulst 7
- 9
- Ausnehmung für Schraubbolzen zur Verbindung der Flansche 2, 3
- 10
- Zuleitung
- 11
- Anzapfung des Siebkörpers 4 (erster Pol bzw. Anschluss)
- 12
- zweiter Pol bzw. Anschluss als nicht elektrisch isolierend beschichteter Bereich an Wulst 7 oder Dichtung 5
- 13
- Strompfad
- 14
- Sensorelement/TEG
- 15
- in die freie Querschnittsfläche hineinragender Streifen als Halter für das Sensorelement 14
- 16
- Signalweg bzw. Signalleitung für das Sensorsignal S
- 17
- äußerer elektrischer Anschluss
- 18
- Schutzring
- 19
- freier Arm
- 20
- radial geschlossene Dichtsicke der Dichtung 5
- 21
- Kontaktbereich zwischen Schutzring 18 und Siebkörper 4
- A
- freie Querschnittsfläche
- D
- Ebene der Dichtungsfunktion
- F
- Fluid-Strömungsrichtung durch den Siebkörper 4
- I
- elektrischer Strom
- S
- Sensorausgangssignal
- Δt
- Zeitabschnitt, über den der Stromfluss I aufrecht erhaltenen wird
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2015014992 A1 [0002, 0018]
- DE 102015110977 [0011]
- EP 13178968 [0018]
