Wie ist ein DPF aufgebaut? Aufbau, Materialien und Bauteile eines Dieselpartikelfilters erklärt

Wie ist ein DPF aufgebaut?

Ein Dieselpartikelfilter, kurz DPF, besteht nicht nur aus einem einfachen Filterelement. Er ist ein hochtemperaturbeständiges Bauteil der Abgasanlage, das Rußpartikel aus dem Abgas zurückhält und gleichzeitig einen möglichst geringen Strömungswiderstand gewährleisten muss.

Im Inneren befindet sich ein poröser, wabenförmiger Filterkörper. Dieser besteht aus vielen kleinen Kanälen, die abwechselnd an unterschiedlichen Enden verschlossen sind.

Durch diese besondere Konstruktion kann das Abgas nicht einfach gerade durch den Filter strömen. Es muss durch die porösen Wände zwischen den Kanälen gelangen.

Dabei werden feste Partikel weitgehend zurückgehalten.

Ein moderner DPF besteht je nach Fahrzeug und Abgaskonzept aus mehreren Bauteilen und Funktionsbereichen:

• Metallgehäuse,

• keramischer Filterkörper,

• Wabenstruktur,

• Einlasskanäle,

• Auslasskanäle,

• poröse Filterwände,

• Dicht- und Lagerungsmatten,

• Sensoranschlüsse,

• Temperaturmessstellen,

• Druckentnahmestellen,

• teilweise katalytische Beschichtungen.

Der genaue Aufbau kann sich je nach Fahrzeughersteller, Motor und Abgasnorm unterscheiden.
 

Die wichtigsten Bestandteile eines DPF

1. Das äußere Metallgehäuse

Der sichtbare äußere Teil des Dieselpartikelfilters besteht in der Regel aus einem hitzebeständigen Metallgehäuse.

Das Gehäuse erfüllt mehrere Aufgaben:

• Es schützt den empfindlichen Filterkörper.

• Es führt das Abgas durch den Filter.

• Es hält den Filterkörper in Position.

• Es verbindet den DPF mit der Abgasanlage.

• Es muss hohe Temperaturen und Vibrationen aushalten.

Während einer aktiven Regeneration können im Abgassystem hohe Temperaturen entstehen.

Das Gehäuse muss deshalb temperaturbeständig und mechanisch stabil sein.

Je nach Fahrzeug ist der DPF:

• als eigenständiges Bauteil,

• gemeinsam mit einem Katalysator,

• als Teil eines kombinierten Abgasmoduls

ausgeführt.
 

2. Der keramische Filterkörper

Der keramische Filterkörper ist das zentrale Bauteil des DPF.

Er befindet sich im Metallgehäuse und besitzt eine große Anzahl kleiner, parallel angeordneter Kanäle.

Die Struktur erinnert optisch an eine Wabe.

Der Filterkörper muss mehrere Anforderungen gleichzeitig erfüllen:

• hohe Filterwirkung,

• gute Abgasdurchströmung,

• hohe Temperaturbeständigkeit,

• Widerstand gegen Temperaturwechsel,

• ausreichende mechanische Stabilität.

Die Kanäle sind sehr klein und dicht angeordnet.

Dadurch entsteht eine große wirksame Filterfläche auf engem Raum.
 

Warum besitzt ein DPF eine Wabenstruktur?

Die Wabenstruktur ermöglicht eine große Filterfläche bei vergleichsweise geringem Bauraum.

Je mehr Kanäle vorhanden sind, desto größer kann die Oberfläche sein, die mit dem Abgas in Kontakt kommt.

Die Wabenstruktur unterstützt:

• eine hohe Partikelabscheidung,

• eine gleichmäßige Abgasverteilung,

• eine kontrollierte Strömung,

• eine möglichst kompakte Bauweise.

Die genaue Anzahl und Größe der Kanäle hängt vom jeweiligen DPF ab.
 

3. Die Einlass- und Auslasskanäle

Die Kanäle des DPF sind abwechselnd verschlossen.

Ein Einlasskanal ist auf der Abgasseite geöffnet und auf der gegenüberliegenden Seite geschlossen.

Ein benachbarter Auslasskanal ist auf der Einlassseite geschlossen und auf der gegenüberliegenden Seite geöffnet.

Dadurch kann das Abgas nicht direkt vom Eingang zum Ausgang strömen.

Es muss durch die poröse Kanalwand wechseln.

Vereinfacht:

Abgas → Einlasskanal → poröse Filterwand → Auslasskanal → weitere Abgasanlage

Diese Bauweise wird häufig als Wall-Flow-Prinzip bezeichnet.
 

Was bedeutet Wall-Flow-Prinzip?

„Wall Flow“ bedeutet vereinfacht, dass das Abgas durch die Filterwand strömen muss.

Die festen Partikel können die poröse Struktur nicht vollständig passieren.

Sie werden überwiegend an oder in den Filterwänden zurückgehalten.

Die gasförmigen Abgasbestandteile können weiterströmen.

Das Wall-Flow-Prinzip unterscheidet den DPF von einem einfachen Durchflussfilter.
 

4. Die porösen Filterwände

Die Kanalwände des keramischen Filterkörpers sind porös.

Sie besitzen sehr kleine Durchgänge.

Das Abgas kann durch diese Struktur strömen.

Feste Partikel werden dabei abgeschieden.

Die Filterwirkung entsteht durch verschiedene physikalische Mechanismen.

Dazu können gehören:

• Abfangen,

• Anlagerung,

• Diffusion,

• Trägheitswirkung.

Die genaue Partikelabscheidung hängt unter anderem von:

• Partikelgröße,

• Abgasströmung,

• Filterstruktur,

• Temperatur,

• Beladungszustand

ab.
 

5. Die Filterkuchenbildung

Mit zunehmender Betriebsdauer lagert sich Ruß an den Filterwänden ab.

Dabei kann sich eine zusätzliche Rußschicht bilden.

Diese wird teilweise als Filterkuchen bezeichnet.

Die Rußschicht kann die Partikelabscheidung beeinflussen.

Gleichzeitig steigt mit zunehmender Beladung der Strömungswiderstand.

Der Druckunterschied vor und nach dem DPF kann dadurch größer werden.

Die DPF-Regeneration reduziert die Rußbeladung und verbessert die Durchströmung.
 

6. Dicht- und Lagerungsmatten

Zwischen dem keramischen Filterkörper und dem Metallgehäuse befindet sich häufig eine spezielle Lagerungs- oder Dichtungsmatte.

Sie erfüllt mehrere Aufgaben:

• Sie hält den Filterkörper im Gehäuse.

• Sie reduziert mechanische Belastungen.

• Sie gleicht Materialausdehnungen aus.

• Sie schützt den Keramikkörper vor Vibrationen.

• Sie kann Abgasnebenströmungen verhindern.

Der keramische Filterkörper ist empfindlicher gegenüber mechanischen Belastungen als das Metallgehäuse.

Die Lagerungsmatte trägt dazu bei, die Belastung zu reduzieren.
 

7. Sensoranschlüsse am DPF

Moderne DPF-Systeme werden überwacht.

Dazu sind häufig Anschlüsse für Sensoren oder Druckleitungen vorhanden.

Je nach Fahrzeug können folgende Sensoren beteiligt sein:

• Differenzdrucksensor,

• Abgastemperatursensor,

• Lambdasonde,

• NOx-Sensor.

Nicht jeder Sensor sitzt direkt im DPF.

Einige Sensoren befinden sich vor oder nach dem Filter.

Die Messwerte werden vom Motorsteuergerät ausgewertet.
 

Der Differenzdrucksensor

Der Differenzdrucksensor ist für die Überwachung des DPF besonders wichtig.

Er misst den Druckunterschied:

• vor dem Filter,

• nach dem Filter.

Bei zunehmender Beladung kann der Strömungswiderstand steigen.

Dadurch kann sich der Druckunterschied verändern.

Der Sensorwert wird jedoch nicht isoliert bewertet.

Das Motorsteuergerät berücksichtigt je nach Fahrzeug weitere Daten wie:

• Motordrehzahl,

• Abgasmenge,

• Luftmasse,

• Temperatur,

• berechnete Rußbeladung.
   

Abgastemperatursensoren

Abgastemperatursensoren erfassen die Temperatur an verschiedenen Stellen der Abgasanlage.

Mögliche Positionen sind:

• vor dem DPF,

• im Bereich des DPF,

• nach dem DPF.

Die Temperaturdaten sind wichtig für:

• Regenerationssteuerung,

• Schutz vor Übertemperatur,

• Überwachung des Abgassystems,

• Berechnung des Betriebszustands.
   

8. Katalytische Beschichtungen

Einige DPF-Systeme besitzen katalytisch aktive Beschichtungen.

Diese können bestimmte chemische Reaktionen im Abgas unterstützen.

Je nach Abgaskonzept kann eine Beschichtung:

• die Regeneration beeinflussen,

• die Oxidation bestimmter Abgasbestandteile unterstützen,

• die Temperaturbedingungen verändern.

Der Aufbau unterscheidet sich zwischen den Fahrzeugherstellern.

Nicht jeder DPF besitzt dieselbe Beschichtung.
 

Katalysierter und nicht katalysierter DPF
 

Nicht katalysierter DPF

Ein nicht katalysierter DPF übernimmt hauptsächlich die mechanische Partikelfilterung.

Die Regeneration wird über die Motorsteuerung und die vorhandenen Abgasbedingungen unterstützt.
 

Katalysierter DPF

Ein katalysierter DPF besitzt zusätzlich eine katalytisch aktive Beschichtung.

Diese kann bestimmte Reaktionen im Abgas fördern.

Die technische Ausführung ist vom jeweiligen Fahrzeug abhängig.
 

9. Kombinierte DPF- und Katalysatorsysteme

In modernen Fahrzeugen sind mehrere Abgasbauteile teilweise in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst.

Mögliche Kombinationen sind:

• Oxidationskatalysator und DPF,

• katalytisch beschichteter DPF,

• DPF mit vorgeschaltetem Katalysator,

• DPF und SCR-Komponenten in einem Abgasmodul.

Der Vorteil kann eine kompakte Bauweise sein.

Außerdem können die Komponenten schneller ihre Betriebstemperatur erreichen.
 

10. Die Ein- und Auslassbereiche

Der DPF besitzt einen Einlassbereich und einen Auslassbereich.

Im Einlassbereich strömt das Abgas vom Motor oder von einer vorgeschalteten Abgaskomponente in den Filter.

Im Auslassbereich verlässt das gefilterte Abgas den DPF.

Die Strömungsführung ist so ausgelegt, dass das Abgas möglichst gleichmäßig durch den Filterkörper verteilt wird.

Eine ungleichmäßige Belastung kann die thermische und mechanische Beanspruchung erhöhen.

Welche Materialien werden für DPF-Filterkörper verwendet?

Zwei wichtige Materialien sind:

• Cordierit,

• Siliziumkarbid.
   

Cordierit

Cordierit ist ein keramisches Material mit guten Eigenschaften für die Filteranwendung.

Mögliche Vorteile:

• vergleichsweise geringes Gewicht,

• gute Temperaturbeständigkeit,

• wirtschaftliche Herstellung.

Die genaue Belastbarkeit hängt von der jeweiligen Konstruktion ab.
 

Siliziumkarbid

Siliziumkarbid besitzt eine hohe Wärmeleitfähigkeit und ist für hohe thermische Belastungen geeignet.

Mögliche Eigenschaften:

• gute Wärmeleitung,

• hohe Temperaturbeständigkeit,

• hohe mechanische Festigkeit.

Die genaue Ausführung hängt vom Hersteller und der Anwendung ab.
 

Warum ist die Wärmeausdehnung wichtig?

Während des Motorbetriebs verändert sich die Temperatur des DPF ständig.

Bei einer Regeneration kann die Temperatur deutlich steigen.

Dadurch dehnen sich:

• Metallgehäuse,

• Filterkörper,

• Lagerungsmatte

unterschiedlich aus.

Die Konstruktion muss diese Ausdehnungen ausgleichen.

Starke Temperaturwechsel können die Belastung erhöhen.

Eine ungleichmäßige Temperaturverteilung kann zu Spannungen im Filterkörper führen.
 

Wie kann ein DPF beschädigt werden?

Ein DPF kann durch verschiedene Einflüsse beschädigt werden.

Mögliche Schäden sind:

• Risse im Filterkörper,

• Schmelzschäden,

• Bruch der Wabenstruktur,

• mechanische Beschädigungen,

• Überhitzung,

• Öl- oder Kraftstoffeintrag,

• starke Ascheablagerungen.

Eine äußerlich intakte DPF-Einheit kann im Inneren beschädigt sein.

Eine Sichtprüfung von außen reicht daher nicht immer aus.
 

Was passiert bei einem geschmolzenen DPF?

Bei extrem hohen Temperaturen kann die keramische Struktur beschädigt oder teilweise geschmolzen werden.

Die Kanäle können sich verformen oder verschließen.

Dadurch kann der Abgasdurchfluss stark eingeschränkt werden.

Ein geschmolzener Filter kann in der Regel nicht durch eine normale Reinigung wiederhergestellt werden.

In solchen Fällen kann ein Austausch erforderlich sein.

Was passiert bei einem gerissenen DPF?

Ein Riss im Filterkörper kann die Filterwirkung beeinträchtigen.

Abgas kann möglicherweise an beschädigten Bereichen vorbeiströmen.

Dadurch können Partikel nicht mehr vollständig zurückgehalten werden.

Ein beschädigter Filterkörper sollte fachgerecht beurteilt werden.
 

Wie unterscheidet sich ein DPF von einem OPF?

Ein DPF wird bei Dieselfahrzeugen eingesetzt.

Ein OPF, auch Ottopartikelfilter oder GPF genannt, wird bei bestimmten Benzinfahrzeugen verwendet.

Beide Systeme arbeiten nach ähnlichen Grundprinzipien.

Sie filtern feste Partikel aus dem Abgas.

Die Belastung und Betriebsbedingungen können jedoch unterschiedlich sein.

Ein Dieselmotor erzeugt typischerweise andere Abgas- und Rußbedingungen als ein Ottomotor.
 

Wie groß ist ein DPF?

Die Größe hängt vom Fahrzeug und Motor ab.

Ein DPF für einen kleinen Pkw unterscheidet sich deutlich von einem Filter für:

• Transporter,

• Lkw,

• Busse,

• Baumaschinen,

• landwirtschaftliche Fahrzeuge.

Größere Motoren und höhere Abgasmengen erfordern häufig größere oder anders aufgebaute Filtersysteme.
 

Warum ist der DPF-Aufbau für die Reinigung wichtig?

Die interne Struktur bestimmt, wie gut Ablagerungen entfernt werden können.

Eine professionelle Reinigung muss berücksichtigen:

• Strömungsrichtung,

• Filterkanäle,

• Art der Ablagerung,

• Zustand der Wabenstruktur,

• Durchlässigkeit.

Eine falsche oder ungeeignete Behandlung kann den Filter beschädigen.

Vor einer Reinigung sollte deshalb geprüft werden, ob der Filterkörper intakt ist.
 

Warum ist eine Endmessung nach der Reinigung wichtig?

Nach einer professionellen Reinigung sollte überprüft werden, ob sich die Durchströmung verbessert hat.

Mögliche Prüfungen sind:

• Durchflussmessung,

• Differenzdruckmessung,

• Sichtprüfung,

• Gewichtskontrolle,

• Dokumentation des Reinigungsergebnisses.

Eine Endmessung hilft dabei, das Ergebnis nachvollziehbar zu bewerten.
 

Häufige Missverständnisse über den DPF-Aufbau

„Ein DPF ist innen hohl“

Nein.

Im Inneren befindet sich ein dichtes System aus vielen kleinen Kanälen und porösen Filterwänden.
 

„Das Abgas strömt gerade durch den Filter“

Nein.

Durch die abwechselnd verschlossenen Kanäle muss das Abgas durch die Filterwände strömen.
 

„Der DPF besteht nur aus Metall“

Das äußere Gehäuse besteht meist aus Metall.

Der eigentliche Filterkörper ist in der Regel keramisch.
 

„Ein DPF ist wie ein einfacher Luftfilter“

Nein.

Ein DPF arbeitet mit einer hochtemperaturbeständigen Wabenstruktur und ist Teil eines elektronisch überwachten Abgassystems.

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Fazit

Der Dieselpartikelfilter besteht aus einem hitzebeständigen Metallgehäuse und einem porösen keramischen Filterkörper.

Die besondere Wabenstruktur besitzt viele kleine Kanäle, die abwechselnd verschlossen sind.

Dadurch muss das Abgas durch die porösen Filterwände strömen.

Feste Rußpartikel werden zurückgehalten.

Der DPF enthält oder nutzt je nach Fahrzeug zusätzlich:

• Dicht- und Lagerungsmatten,

• Druckanschlüsse,

• Temperatursensoren,

• katalytische Beschichtungen,

• kombinierte Katalysatorsysteme.

Der technische Aufbau ist entscheidend für:

• Filterwirkung,

• Abgasdurchfluss,

• Regeneration,

• Temperaturbeständigkeit,

• Diagnose,

• Reinigbarkeit,

• Lebensdauer.
   

Häufig gestellte Fragen zum DPF-Aufbau
 

Woraus besteht ein Dieselpartikelfilter?

Ein DPF besteht meist aus einem Metallgehäuse, einem keramischen Wabenfilter, Dicht- und Lagerungsmatten sowie je nach Fahrzeug Sensoranschlüssen und katalytischen Beschichtungen.
 

Warum hat ein DPF viele kleine Kanäle?

Die Kanäle erzeugen eine große Filterfläche auf engem Raum und ermöglichen eine wirksame Partikelabscheidung.
 

Warum sind die DPF-Kanäle abwechselnd verschlossen?

Dadurch muss das Abgas durch die porösen Filterwände strömen. Die Rußpartikel werden dabei überwiegend zurückgehalten.
 

Was ist das Wall-Flow-Prinzip?

Beim Wall-Flow-Prinzip kann das Abgas nicht direkt durch den Filter strömen. Es muss durch die porösen Kanalwände wechseln.
 

Aus welchem Material besteht der Filterkörper?

Häufig werden keramische Materialien wie Cordierit oder Siliziumkarbid verwendet.
 

Kann der keramische DPF-Kern beschädigt werden?

Ja. Mögliche Schäden sind Risse, Brüche, Schmelzschäden oder verstopfte und verformte Kanäle.
 

Warum besitzt ein DPF eine Lagerungsmatte?

Die Lagerungsmatte hält den Filterkörper im Gehäuse, reduziert Vibrationen und gleicht Temperaturausdehnungen aus.
 

Können alle DPF gereinigt werden?

Nicht immer. Bei einem gerissenen, geschmolzenen oder mechanisch beschädigten Filterkörper kann ein Austausch erforderlich sein.