-
Technisches Gebiet
-
Die
Erfindung betrifft einen Dieselpartikelfilter mit einem keramischen
Filterkörper zur Filtrierung eines Abgasstromes eines Dieselmotors,
wobei der Filterkörper flächige und poröse
Filterabschnitte aufweist, die zur Durchströmung mit dem
Abgasstrom quer zur Fläche der Filterabschnitte vorgesehen
sind.
-
Stand der Technik
-
Aus
der
DE 35 01 182 A1 ist
ein Abgasfilter für Dieselmotoren bekannt. Die dort offenbarten
keramischen Filterkörper weisen geschichtete, flächige und
poröse Filterabschnitte auf, zwischen denen Gaskanäle
gebildet sind. Die Gaskanäle sind wechselseitig verschlossen.
Ein auf einer Seite in die dorthin offenen Gaskanäle einströmender
Abgasstrom wird durch die Verschlussstopfen gezwungen, die porösen
Filterabschnitte quer zu ihrer Fläche zu durchströmen.
Die auf der gegenüberliegenden Seite befindlichen Abgaskanäle
sind in Abströmrichtung offen und geben den filtrierten
Abgasstrom frei.
-
Zur
Herstellung der dort gezeigten keramischen Filterkörper
werden keine Angaben gemacht. Geometrisch vergleichbare Körper,
wie sie beispielsweise von Abgaskatalysatoren bekannt sind, werden durch
Extrudieren hergestellt. Dies erfordert einen hohen Werkzeugaufwand
für die Formgebung. Die Freiheitsgrade bei der Formgebung
des Filterkörpers und insbe sondere der Filterabschnitte
sowie der Gaskanäle ist durch den Extrusionsprozess eingeschränkt.
Eine strömungsoptimale Ausgestaltung des Dieselpartikelfilters
ist schwierig.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen
Dieselpartikelfilter derart weiterzubilden, dass mit geringem Aufwand
eine verbesserte Formgebung möglich ist.
-
Diese
Aufgabe wird durch einen Dieselpartikelfilter mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es
wird ein Dieselpartikelfilter mit einem keramischen Filterkörper
aus einem Keramikmaterial vorgeschlagen, wobei der Filterkörper
aus keramisch imprägnierten Faserbahnen, insbesondere aus
Papier derart unter Temperatur durch Sintern gebildet ist, dass
Fasern des Fasermaterials freigebrannt sind. Das Keramikmaterial
ist unter Bildung des durchgängig zwischen seinen beiden
Oberflächen porösen und gasdurchlässigen
Filterabschnittes zusammengesintert. Die Faserbahnen sind zur Bildung des
Filterkörpers in mehreren Schichten zu einem Stapel übereinander
geschichtet und an versetzt zueinander angeordneten Kontaktflächen
miteinander verbunden. Der Stapel ist zur Bildung der Gaskanäle zu
einem Honigwabenquerschnitt expandiert. Die Verwendung von keramisch
imprägnierten Faserbahnen erlaubt eine verbesserte Formgebung.
Ebene keramisch imprägnierte Faserbahnen werden mit geringem
Aufwand überein ander gestapelt und dabei streifenweise
miteinander verleimt. Nach einer anschließenden Expansion
in der Stapelrichtung entsteht auf einfache Weise ein Querschnitt
mit honigwabenartig angeordneten Gaskanälen. Im imprägnierten,
aber noch nicht gesinterten Zustand halten die Faserbahnen den vorstehend
beschriebenen Filtergrundkörper in Form. Die Formstabilität
in diesem Zustand reicht aus, auch komplexe Formgebungen mit dünnen
Kanalquerschnitten und dünnen Wandstärken herzustellen.
Beim Sinterprozess brennen die Fasern der Faserbahnen frei und erzeugen
die gewünschte durchgängige Porosität
der Filterabschnitte. Im Vergleich zu einem vorbekannten Extrusionsprozess
lassen sich dünnere Wandstärken und nahezu beliebige
Kanalquerschnitte bzw. Querschnittsverläufe herstellen.
Bezogen auf den gleichen Anströmquerschnitt können
sehr viel mehr Einzelkanäle zur Verfügung gestellt
werden. Die Porengröße kann durch verschiedene
Fasermaterialien bzw. keramische Imprägnierungen eingestellt
werden. Bezogen auf die gewünschte Filtrierwirkung weist
der erfindungsgemäß ausgeführte Dieselpartikelfilter
einen deutlich geringeren Druckverlust bei der Durchströmung
auf.
-
Bevorzugt
sind benachbarte Gaskanäle wechselseitig auf einer Einströmseite
und einer Ausströmseite verschlossen. Die auf der Ausströmseite verschlossenen
Gaskanäle stellen eingangsseitige Gaskanäle dar,
während durch die auf der Eingangsseite verschlossenen
Gaskanäle ausgangsseitige Gaskanäle gebildet sind.
Das wechselseitige Verschließen stellt beim Einströmen
eine Aufstauwirkung her, die das einströmende Abgas dazu
zwingt, durch die porösen Filterabschnitte hindurchzutreten. Die
eingangsseitig verschlossenen, zum Ausgang hin offenen Gaskanäle
stellen eine präzise definierte Abführung des
filtrierten Abgases sicher.
-
Das
Verschließen der Gaskanäle kann beispielsweise
durch Eindrücken der gewellten Faserbahnen an geeigneter
Stelle, gegebenenfalls unterstützt durch eine Verleimung,
erfolgen. In bevorzugter Weiterbildung sind zum Verschließen
der Gaskanäle Verschlussstopfen aus Keramikmaterial vorgesehen,
wobei die Verschlussstopfen und die Faserbahn insbesondere zu einem
monolithischen Körper zusammengesintert sind. Aus dem keramisch
imprägnierten Fasermaterial lassen sich sehr kleine Kanalquerschnitte
herstellen, in dessen Folge auch nur sehr kleine Verschlussstopfen
erforderlich sind. Es entsteht ein materialeinheitlicher Filterkörper.
Unter Verzicht auf zusätzliche Befestigungsmaterialien
für die Verschlussstopfen kann der Filter unter Vermeidung
von thermischen Rissbildungen hohen Temperaturbelastungen ausgesetzt
werden.
-
Es
kann zweckmäßig sein, eine Honigwabenform derart
zu wählen, dass Gaskanäle mit über ihre
Lauflänge konstanten Strömungsquerschnitten entstehen.
Der Querschnitt der ein- und ausgangsseitigen Gaskanäle
von der Einströmseite zur Ausströmseite hin ist
demnach konstant. Abweichend von vorbekannten extrudierten Filterkörpern
erlaubt die Verwendung von keramisch imprägnierten Faserbahnen
jedoch insbesondere die Ausbildung von Gaskanälen mit veränderlichen
Querschnitten. Vorteilhaft verengt sich der Querschnitt der eingangsseitigen
Gaskanäle von der Einströmseite zur Ausströmseite
hin. Zweckmäßig erweitert sich der Querschnitt
der ausgangsseitigen Gaskanäle von der Einströmseite
zur Ausströmseite hin. Insbesondere bei einem linear veränderten
Querschnittsverlauf stellen sich entlang der Lauflänge
der Gaskanäle eine zumindest näherungsweise konstante
Strömungsgeschwindigkeit sowie ein zumindest näherungsweise konstanter
Druckabfall an den Filterabschnitten ein. Die Filtrierbelastung
der einzelnen Filterabschnitte ist über ihre gesamte Fläche
zumindest näherungsweise konstant. Der Durchströmungswiderstand
ist verringert. Wartungsintervalle bzw. Intervalle zwischen Freibrennzyklen
sind verlängert.
-
In
einer bevorzugen Ausführungsform weisen die Gaskanäle
in der Stapelrichtung eine konstante Höhe auf. Dies ermöglicht
es, aus dem geschichteten und wechselseitig streifenweise verbundenen
Halbzeug durch Expansion in der Stapelrichtung einen Filterrohling
in Blockform zu ziehen, wobei die Blockhöhe in Durchströmungsrichtung
konstant ist. Auf der Einströmseite und auf der Ausströmseite stehen
jeweils gleiche Gesamtquerschnitte zur Verfügung, was zur
Minimierung des Durchströmungswiderstandes und des damit
verbundenen Druckabfalls beiträgt.
-
Aus
der Honigwabenform ergibt sich ein sechseckiger Kanalquerschnitt.
Hieraus und aus der abwechselnden, benachbarten Anordnung von ein- und
ausgangsseitigen Gaskanälen ergibt sich, dass nicht nur
ein- und ausgangsseitige Gaskanäle direkt nebeneinander
liegen. Vielmehr liegen auch eingangsseitige Gaskanäle
und ausgangsseitige Gaskanäle jeweils paarweise nebeneinander.
Insbesondere im Grenzbereich zwischen zwei gleichartigen benachbarten
Gaskanälen kann es zweckmäßig sein, gasundurchlässige
Bereiche vorzusehen, um einen Gasaustausch zwischen diesen Kanälen
zu vermeiden.
-
In
zweckmäßiger Weiterbildung weist mindestens eine
Faserbahn nicht imprägnierte Abschnitte zur Bildung von Öffnungen
im Filterkörper auf. Die nicht imprägnierten Abschnitte
der Faserbahn verbrennen beim Sinterprozess. Durch das Fehlen einer keramischen
Imprägnierung verbleiben an dieser Stelle Öffnungen,
die beispielsweise einen ungehinderten Gasaustausch zwischen zwei
benachbarten Gaskanälen zulassen. Dies ermöglicht
es, z. B. im Ein- oder Ausströmbereich vor bzw. nach den
angrenzenden Verschlussstopfen den Strömungsquerschnitt
sämtlicher Gaskanäle beispielsweise für
eine katalytische Abgasbehandlung zu nutzen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigen:
-
1 in
schematischer Perspektivdarstellung einen erfindungsgemäßen
keramischen Filterkörper aus keramisch imprägnierten,
zu einer Honigwabenstruktur expandierten und gesinterten Faserbahnen
für den Einsatz in einem Dieselpartikelfilter,
-
2 eine
schematische Darstellung eines Stapels aus keramisch imprägnierten
Faserbahnen vor der Expansion zu einer Honigwabenstruktur,
-
3 eine
Variante der Anordnung nach 1 mit im
Querschnitt linear veränderlichen Gaskanälen,
-
4 eine
schematische Längsschnittdarstellung zweier benachbarter
Gaskanäle mit einer zwischenliegenden Öffnung
für einen ungehinderten Gasaustausch,
-
5 eine
Schemadarstellung einer Walzanlage zur Imprägnierung von
Faserbahnen mit Keramikmaterial,
-
6 eine
Schemadarstellung einer Rakelanlage zur Imprägnierung von
Faserbahnen mit Keramikmaterial,
-
7 eine
schematische Perspektivdarstellung einer mit der Anordnung nach 4 oder 5 teilweise
imprägnierten, mit Ausschnitten versehenen Faserbahn.
-
Ausführungsform(en) der Erfindung
-
1 zeigt
in schematischer, teilweise geschnittener Perspektivdarstellung
einen erfindungsgemäßen keramischen Filterkörper 1.
Der Filterkörper 1 ist Teil eines nicht näher
dargestellten Dieselpartikelfilters und zur Filtrierung eines Abgasstromes 2 eines
Dieselmotors vorgesehen. Der Filterkörper 1 ist durch
weiter unten im Zusammenhang mit den 5 bis 7 näher
beschriebene, keramisch imprägnierte Faserbahnen 4 gebildet.
Die Faserbahnen 4 sind entsprechend der Darstellung nach 2 zu
einem Halbzeug 17 zusammengefügt, welches zu dem blockförmigen
Filterkörper 1 mit einer Honigwabenstruktur expandiert
ist.
-
Nach 2 wird
eine Vielzahl von keramisch imprägnierten Faserbahnen 4 in
einer Stapelrichtung 41 zu einem Stapel 39 geschichtet.
Dazu können einzelne zugeschnittene Stücke der
Faserbahn 4 nach 7 gewählt
werden. Es kann auch zweckmäßig sein, eine durchgehende
Faserbahn 4 zu falten und zickzackförmig zu einem
Stapel 39 zu legen. Die geschichteten Faserbahnen 4 werden
an versetzt zueinander angeordneten Kontaktflächen 40 miteinander
verbunden. Hierzu sind Leimstreifen 43, 43' aus keramischem
Leim vorgesehen. Die obersten beiden Faserbahnen 4 sind
mit Leimstreifen 43 miteinander verbunden, wobei die Leimstreifen
schmaler sind als ein jeweiliger Abstand zwischen ihnen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
beträgt der Abstand zwischen zwei Leimstreifen 43 etwa
das Dreifache der Breite eines Leimstreifens 43. Die direkt
darunter liegende Faserbahn 4 ist mit der darüberliegenden
Faserbahn 4 mit Leimstreifen 43' verbunden. Diese
Leimstreifen 43' liegen gegenüber den darüber
und darunter angeordneten Leimstreifen 43 derart versetzt,
dass sie genau mittig zwischen den Leimstreifen 43 angeordnet
sind. In Breite und Abstand zueinander stimmen die Leimstreifen 43' mit
den Leimstreifen 43 überein. Die vorstehend beschriebene
wechselseitige Anordnung der Leimstreifen 43, 43' setzt
sich durch den gesamten Stapel 39 fort. Nach dem Verleimen
der Faserbahnen 4 wird der daraus gebildete Stapel 39 in der
Stapelrichtung 41 entsprechend Pfeilen 44 expandiert,
in dessen Folge der Rohling des Filterkörpers 1 nach 1 entsteht.
Die Breite der Leimstreifen 43, 43' und ihre Abstände
zueinander sind derart gewählt, dass beim Expandieren eine
Honigwabenstruktur mit Gaskanälen 18, 18' entsteht,
wobei die Gaskanäle 18, 18' Querschnitte
in Form eines gleichseitigen Sechseckes aufweisen. Die Expansion
ist so weit durchgeführt, dass die sechseckigen Querschnitte
auch näherungsweise gleichwinklig sind.
-
Unter
erneutem Bezug auf 1 ist eine Durchströmung
des Filterkörpers 1 vom Abgasstrom 2 in
einer Längsrichtung 38 des Filterkörpers 1 von einer
Einströmseite 33 zu einer Ausströmseite 34 vorgesehen.
Durch die Expansion der Faserbahnen 4 (2)
entsteht eine Vielzahl von zumindest näherungsweise achsparallel
verlaufenden Gaskanälen 18, 18' mit entlang
der Längsrichtung 38 konstanter, in der Stapelrichtung 41 gemessener
Höhe. In der Querschnittsebene des Filterkörpers 1 diagonal
zur Stapelrichtung 41 sind abwechselnd je ein Gaskanal 18 und
ein Gaskanal 18' vorgesehen. Die Gaskanäle 18 sind
zur Einströmseite 33 hin offen und in gegenüberliegender
Richtung zur Ausströmseite 34 hin mittels Verschlussstopfen 22 verschlossen.
Bezogen auf die vorgenannte diago nale Richtung liegt zwischen zwei
Gaskanälen 18 je ein Gaskanal 18', der zur
Einströmseite 33 hin mittels eines Verschlussstopfens 22' verschlossen
und zur Ausströmseite 34 hin offen ist. Im Betrieb
strömt der Abgasstrom 2 entsprechend einem Pfeil 23 achsparallel
in die zur Einströmseite 33 hin offenen Gaskanäle 18 ein.
Seitenwände der durch den expandierten Stapel 39 (2) hergestellten
keramischen Struktur bilden flächige und poröse
Filterabschnitte 3. Der an den Verschlussstopfen 22 aufgestaute
Abgasstrom 2 wird in Diagonalrichtung entsprechend Pfeilen 24 abgelenkt und
durchströmt die porösen keramischen Filterabschnitte 3 quer
zu ihrer Fläche. Entsprechend den Pfeilen 24 tritt
der Abgasstrom 2 durch die Filterabschnitte 3 hindurch
in die zur Ausströmseite 34 hin offenen Kanäle 18' ein
und strömt aus ihnen entsprechend Pfeilen 25 aus.
Beim Durchtritt durch die porösen Filterabschnitte 3 wird
der Abgasstrom 2 von mitgeführten Rußpartikeln
oder dgl. gereinigt.
-
Für
bestimmte Anwendungsfälle kann es zweckmäßig
sein, in den durch die Faserbahnen 4 gebildeten Filterbereich Öffnungen 13 einzubringen, deren
Herstellung weiter unten beschrieben wird. Der schematischen Längsschnittdarstellung
nach 4 ist hierzu zu entnehmen, dass eine solche Öffnung 13 beispielsweise
stromauf eines Verschlussstopfens 22' angeordnet ist. Der
eingangsseitige Gaskanal 18 ist durchgängig am
Verschlussstopfen 22' vorbeigeführt. Die benachbart
angrenzende Kanalstruktur ist durch den Verschlussstopfen 22' in
den ausgangsseitigen Gas kanal 18' und einen eingangsseitigen
Kanalabschnitt 18'' aufgeteilt. Der Abgasstrom 2 (1)
kann stromauf des Verschlussstopfens 22' unter Ausnutzung
des Strömungsquerschnittes der Gaskanäle 18 und
der Kanalabschnitte 18'' in den Filterkörper 1 einströmen.
In diesem Bereich kann beispielsweise eine katalytische Beschichtung
unter Ausnutzung des gesamten Strömungsquerschnitts vorgesehen
sein. Stromauf des Verschlussstopfens 22' wird das Abgas
entsprechend einem Pfeil 23'' durch die Öffnung 13 in
den eingangsseitigen Gaskanal 18 umgeleitet. Dort vereinigt
er sich mit dem Gasstrom nach Pfeil 23, woraus sich die
vorstehend beschriebene Filtrierfunktion ergibt. Analog dazu können
auch Öffnungen 13 stromab der Verschlussstopfen 22 (1)
vorgesehen sein.
-
Eine
weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, neben der
in 1 gezeigten Durchströmung entlang der
Pfeile 24 auch eine Durchströmung der Kontaktflächen 40 zuzulassen.
In diesem Falle sind auch die in 2 gezeigten
Leimstreifen 43 porös ausgeführt und
bilden durchströmte Filterabschnitte.
-
In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel des Filterkörpers 1 nach 1 gezeigt.
Abweichend von der Darstellung nach 1, in der
die Gaskanäle 18, 18' entlang der Längsrichtung 38 einen
konstanten Querschnitt aufweisen, verengen sich die Querschnitte
der eingangsseitigen Gaskanäle 18 von der Einströmseite 33 zur
Ausströmseite 34 hin. Umgekehrt erweitern sich
die Querschnitte der ausgangsseitigen Gaskanäle 18' von
der Einströmseite 33 zur Ausströmseite 34 hin,
wobei jedoch bei sämtlichen Gaskanälen 18, 18' die
Kanalhöhe konstant bleibt. Dies wird erreicht durch eine
Trapezform der Kontaktflächen 40 mit an der Einströmseite 33 breiten und
an der Ausströmseite 34 schmalen Leimstreifen 43.
Umgekehrt sind die Leimstreifen 43' an der Einströmseite 33 schmal
und an der Ausströmseite 34 breit. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel verändert sich die Breite
der Leimstreifen 43, 43' von der Einströmseite 33 zur
Ausströmseite 34 hin linear, wobei die Leimstreifen 43' um
das gleiche Maß breiter werden, wie die Leimstreifen 43 schmaler
werden. Infolge der konstanten Kanalhöhe ist auch der Querschnittsverlauf
etwa linear. Es kann aber auch ein abweichender, nichtlinearer Verlauf
zweckmäßig sein.
-
Der
entlang von Pfeilen 23 in die Gaskanäle 18 eintretende
Abgasstrom 2 (1) dringt entlang der gesamten
Lauflänge der Gaskanäle 18, 18' durch die
Filterabschnitte 3 entsprechend Pfeilen 24 hindurch.
Dadurch verringert sich der eingangsseitige Volumenstrom 23 im
Gaskanal 18 entlang dessen Lauflänge, während
sich der ausgangsseitige Volumenstrom 25 im Gaskanal 18' entlang
dessen Lauflänge vergrößert. Der vorstehend
im Zusammenhang mit 3 beschriebene Querschnittsverlauf
der Gaskanäle 18, 18' führt
dazu, dass die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Gaskanäle 18, 18' sowie die über
die Filterabschnitte 3 gemessene Druckdifferenz zwischen
den Gaskanälen 18, 18' entlang deren Lauflänge
zumindest näherungsweise konstant sind. Die Filtrierbelastung
der Filter abschnitte 3 ist dadurch entlang der Lauflänge
der Gaskanäle 18, 18' zumindest näherungsweise
konstant.
-
Weitere
Unterschiede der Anordnung nach 3 zum Ausführungsbeispiel
nach 1 bestehen noch darin, dass die Verschlussstopfen 22, 22' in der
Stapelrichtung 41 übereinander angeordnet sind, wobei
seitlich nebeneinander abwechselnd Gaskanäle 18, 18' angeordnet
sind. Außerdem sind die Faserbahnen 4 beispielhaft
im Bereich der Kontaktflächen 40 gasundurchlässig.
Dies kann durch eine geeignete partielle keramische Imprägnierung
oder durch eine geeignete Ausführung der Leimstreifen 43, 43' erzielt
werden. In den übrigen Merkmalen und Bezugszeichen stimmt
das Ausführungsbeispiel nach 3 mit demjenigen
nach 1 überein.
-
5 zeigt
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur keramischen
Imprägnierung der erfindungsgemäßen Faserbahn 4.
Zwei Beschickungswalzen 30, 31 der Vorrichtung
sind achsparallel zueinander angeordnet und liegen bündig
nebeneinander. Sie drehen sich gegenläufig, wobei in einem
keilförmigen Zwischenraum oberhalb ihrer Berührlinie
ein Keramikmaterial 6 bevorratet ist. Das Keramikmaterial 6 kann
ein trockenes Pulver aus feingemahlener Keramik sein, welches für
eine Trockenimprägnierung der Faserbahn 4 vorgesehen
ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist mit dem Keramikmaterial 6 eine
wässrige Emulsion 9 hergestellt. Anstelle von
Wasser kann auch eine andere geeignete Flüs sigkeit oder
ein Flüssigkeitsgemisch zweckmäßig sein.
Eine weitere Walze 10 ist achsparallel zur Beschickungswalze 30 angeordnet
und berührt diese entlang einer Berührlinie. Die
Beschickungswalze 30 trägt infolge ihrer durch
einen Pfeil angegebenen Drehung die keramische Emulsion 9 zur
Walze 10 und rollt die keramische Emulsion 9 auf
die Oberfläche der Walze 10 auf. Mittels der Walze 10 wird
das Keramikmaterial 6 in das Material der unterhalb in Richtung
eines Pfeils 28 entlang geführten Faserbahn 4 eingewalzt.
Hierzu liegt die Walze 10 mit Anpressdruck auf der Faserbahn 4 auf.
Es wird ein Tränken der Faserbahn 4 mit der Emulsion 9 durchgeführt.
Die flächige, durchlässige Faserbahn 4 nimmt
dabei das feingemahlene Keramikmaterial 6 innerhalb ihres
gesamten Querschnitts auf.
-
Eine
weitere Möglichkeit für eine keramische Imprägnierung
der Faserbahn 4 ist in 6 gezeigt. Die
rohe Faserbahn 4 wird in Richtung eines Pfeils 27 der
gezeigten Vorrichtung zugeführt und läuft um eine
Andruckwalze 29 um. Bezogen auf die durch den Pfeil 27 angegebene
Bewegungsrichtung liegt vor der Andruckwalze 29 ein Sieb 15 auf
der Faserbahn 4 auf. Oberhalb des Siebes 15 ist
auf diesem ebenfalls eine wässrige Emulsion 9 mit
dem Keramikmaterial 6 bevorratet. Die Emulsion 9 wird
mittels einer Rakel 11 unter Druck durch das Sieb hindurch
in das Material der Faserbahn 4 hineingestrichen, wodurch
eine Tränkung der Faserbahn 4 mit der Emulsion 9 erfolgt.
Alternativ kann auch eine Trockenimprägnierung der Faserbahn 4 mit
dem Keramikmaterial 6 erfolgen.
-
Aus
den nach 5 oder 6 hergestellten
Faserbahnen 4 wird das Halbzeug 17 entsprechend
der Darstellung nach 2 gebildet und expandiert. Des
Weiteren wird zur Bildung der Verschlussstopfen 22, 22' eine
keramische Masse an geeigneter Stelle in die Gaskanäle 18, 18' eingebracht.
Der auf diese Weise gebildete Filterrohling wird nach einem Trocknungsprozess
in einem Sinterofen unter Einwirkung von Temperatur gesintert, wobei
das Keramikmaterial 6 zusammen mit der keramischen Masse
der Verschlussstopfen 22, 22' zu einem monolithischen
Keramikkörper zusammengesintert wird. Bei der hohen Sintertemperatur
verbrennt das Material der Faserbahnen 4, 4',
wodurch das Keramikmaterial 6 porös wird. Die
Porosität ist derart ausgebildet, dass der Abgasstrom 2 (1)
quer zur Fläche der keramischen Filterabschnitte 3 durch
diese hindurchströmen kann.
-
7 zeigt
in perspektivischer Schemadarstellung die endlose Faserbahn 4.
Die Faserbahn 4 wird aus Fasern 5 gebildet. Hierzu
kann ein Filz, ein textiles Gewebe oder Gewirke vorgesehen sein.
Bevorzugt ist ein offenes, durchlässiges Filterpapier gewählt.
Die Faserbahn 4 ist flächig und durchlässig
in dem Sinne, dass das feingemahlene Keramikmaterial 6 (5, 6)
zwischen Fasern 5 der Faserbahn 4 eindringen kann.
Die Durchlässigkeit der Faserbahn 4 und der Imprägnierungsprozess
nach den 5 oder 6 sind derart
aufeinander abgestimmt, dass ein Teil der Fasern 5 nach
dem Imprägnieren mit dem Keramikmaterial 6 (5, 6)
an beiden gegenüberliegenden Oberflächen 7, 8 der
Faserbahn 4 frei liegen. Dies führt beim Freibrennen
der Fasern 5 während des Sinter-Prozesses dazu,
dass der gesinterte keramische Filterabschnitt 3 durchgängig
von einer Oberfläche 7 bis zur gegenüberliegenden
Oberfläche 8 porös und damit quer zur
Fläche des Filterabschnittes 3 gasdurchlässig
für den Abgasstrom 2 (1) ist.
-
Für
bestimmte Anwendungsfälle kann es zweckmäßig
sein, zumindest abschnittsweise eine Gasdichtigkeit herbeizuführen.
Beispielsweise kann der Filterkörper 1 (3)
im Bereich der Kontaktflächen 40 gasundurchlässig
sein, während eine Gasdurchlässigkeit nur in den übrigen
Bereichen gewünscht wird. In diesem Falle erfolgt neben
der tränkenden Imprägnierung der Faserbahn 4 auch
abschnittsweise eine geschlossene Oberflächenbeschichtung
mit dem Keramikmaterial 6 (5) an zumindest
einer der beiden Oberflächen 7, 8, ohne dass
dort die Fasern 5 freiliegen. In diesem Falle entsteht
beim Sintern ein geschlossener Keramikkörper, der im Bereich
der Oberfläche 7, 8 nicht porös
und damit nicht gasdurchlässig ist.
-
Es
kann zweckmäßig sein, die Faserbahn 4 als
unbeschnittenes Endlosmaterial vollflächig mit dem Keramikmaterial 6 (5, 6)
zu imprägnieren. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
nach 7 sind nicht imprägnierte Abschnitte 12 vorgesehen. Ein
Teil der nicht imprägnierten Abschnitte 12 wird zur
späteren Bildung der Öffnungen 13 (4)
von der Imprägnierung ausgenommen. Ein weiterer nicht imprägnierter
Abschnitt 12 ist durch einen Randbereich 26 gebildet,
der ein begrenztes Flächengebilde 36 umgibt. Das
begrenzte Flächengebilde 36 weist die Kontur auf,
die zum Stapeln des Halbzeuges 17 nach 2 erforderlich
ist. Das Flächengebilde 36 wird durch Beschneiden
der Faserbahn 4 insbesondere durch Ausstanzen der Umfangskontur
des Flächengebildes 36 sowie durch Ausstanzen
der Ausschnitte 16 hergestellt. Es kann auch zweckmäßig sein,
auf ein Ausstanzen der Ausschnitte 16 zu verzichten und
lediglich die zugehörigen Abschnitte 12 von der
Imprägnierung mit dem Keramikmaterial 6 (2)
auszunehmen. Dies erfolgt in weiter unten näher beschriebener
Weise. Beim Sinterprozess verbrennen dann die nicht imprägnierten
Abschnitte 12 vollständig und hinterlassen die Öffnungen 13 (4).
-
Der
Darstellung nach 5 ist zu entnehmen, dass die
Walze 10 eine Oberflächenstrukturierung 14 aufweist.
Diese entspricht in ihrer Form der Kontur des Flächengebildes 36 nach 7.
Die keramische Emulsion 9 wird nur durch die erhabenen Flächen
der Oberflächenstrukturierung 14 in die Faserbahn 4 eingewalzt.
In zwischenliegenden, in radialer Richtung zurückversetzten
Bereichen der Oberflächenstrukturierung 14 kann
keine Imprägnierung mit dem Keramikmaterial 6 erfolgen,
so dass die Faserbahn 4 nach 7 nur teilweise
und unter Bildung der nicht imprägnierten Abschnitte 12 mit
dem Keramikmaterial 6 imprägniert wird.
-
Eine
alternative Form der Herstellung von nicht imprägnierten
Abschnitten 12 in der Faserbahn 4 ergibt sich
aus der Darstellung nach 6 im Bereich des Siebes 15.
Das Sieb 15 ist vergleichbar zum Siebdruckverfahren mit
schematisch angedeuteten Abdeckungen 35 versehen. Die Abdeckungen 35 entsprechen
in ihrer Kontur der Form der nicht imprägnierten Abschnitte 12 nach 7.
Beim Aufstreichen der keramischen Emulsion 9 mittels der
Rakel 11 verhindern die Abdeckungen 35 partiell
eine Tränkung und bilden die nicht imprägnierten
Abschnitte 12.
-
In
den gezeigten Ausführungsbeispielen erfolgt zunächst
eine Imprägnierung der Faserbahnen 4 mit dem Keramikmaterial 6 (5, 6)
und anschließend die Zusammenfügung zum Halbzeug 17 (2)
und Expandieren zum Rohling des Filterkörpers 1 nach 1 oder 3.
Dieser Rohling wird anschließend getrocknet und schließlich
gesintert. Es kann auch zweckmäßig sein, den Rohling
des Filterkörpers 1 zunächst aus nicht
imprägnierten Faserbahnen 4 zu formen und anschließend
beispielsweise in einem Tauchbad mit dem Keramikmaterial 6 (5, 6)
zu tränken. Daran schließen sich dann ein Trocknungsprozess
und schließlich der Sinterprozess an.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-