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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters,
der Partikel in einem Abgas fangen kann, das von einem Verbrennungsmotor
oder dergleichen abgegeben wird, um dadurch das Abgas zu reinigen.
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Es
ist bereits bekannt, Abgasreinigungsfilter zu verwenden, die Partikel
in Abgasen fangen, die von Verbrennungsmotoren wie Dieselmotoren
abgegeben werden, um dadurch das Abgas zu reinigen. Wie in den 1 und 2 gezeigt ist hat ein solcher Abgasreinigungsfilter
typischerweise einen Wabenaufbau 90, der an einem Ende
jeder Zelle 92 Stopfenbauteile 94 hat.
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Wenn
mit Hilfe des in 2 gezeigten
Abgasreinigungsfilters 9 ein Abgas 4 gereinigt
wird, wird das Abgas 4 von einer Öffnung 93 einer Zelle 92 an der
einen Stirnseite 991 des Abgasreinigungsfilters 9 eingelassen.
Das in die Zelle 92 eingelassene Abgas 4 geht
durch eine Trennwand 91 hindurch in die benachbarte Zelle 92.
Dabei werden die Partikel in dem Abgas 4 von der Trennwand 91 eingefangen,
wodurch das Abgas gereinigt wird. Wenn die Trennwand 91 außerdem einen
Katalysator trägt,
können
die eingefangenen Partikel zum Beispiel zerlegt und durch die katalytische
Reaktion entfernt werden. Das gereinigte Abgas 4 wird von
einer Öffnung 93 der
Zelle 92 an der anderen Stirnseite 992 des Abgasreinigungsfilters 9 abgegeben.
Auf diese Weise kann mit Hilfe des Abgasreinigungsfilters 9 eine
Reinigung des Abgases 4 erfolgen.
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Da
sich jedoch bei dem Abgasreinigungsfilter 9 mit dem obigen
Aufbau in der Hälfte
der Zellen 92 an der einlass seitigen Stirnseite 991 des
Filters 9 Stopfenbauteile 94 befinden, sammeln
sich die Partikel in dem Abgas 4 leicht an der Stirnseite 991 an,
lagern sich dort ab und können
auch die Öffnungen 93 bedecken,
in die kein Stopfen eingepasst ist, was zu einer Verstopfung führt. Dadurch
kann es in dem Abgasreinigungsfilter zu einem Druckabfall des Abgases 4 kommen
und kann sich auch die problemlose Einleitung und Abgabe des Abgases 4 schwierig
gestalten.
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Um
die oben beschriebenen Probleme zu lösen, schlägt die JP 98-508199 A1 einen
Filter 8 vor, bei dem die Trennwände 81 so verformt
sind, dass sie wie in 3 gezeigt
ein Ende der Zelle 82 blockieren. Der Filter 8 ist
dabei so aufgebaut, dass die Trennwand 81 nahe an ihrem
einen Ende spitz zulaufend verformt ist, so dass sie das eine Ende
der Zelle 82 blockiert, und gleichzeitig die Öffnung der
benachbarten Zelle 82 aufgeweitet ist. Auf diese Weise
kann eine Ablagerung von Partikeln an der Stirnseite auf der Seite
der Einlassöffnung
vermieden und der Druckverlust des Abgases 4 so gering
gehalten werden, dass das Abgas 4 problemlos eingeleitet
und abgeführt
werden kann.
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Da
die Verformung der Trennwand 81 jedoch an dem durch Strangpressen
und Trocknen hergestellten wabenförmigen Formkörper vorgenommen werden
muss, muss auf den Endabschnitt der Trennwand 81 eine große Presskraft
aufgebracht werden. Es ist daher schwierig, die Trennwand 81 problemlos in
die gewünschte
Form zu bringen.
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Die
oben angesprochene JP 98-508199 A1 offenbart auch ein Verformungsverfahren,
bei dem der Endabschnitt der Trennwand 81 einem Durchtränkungsvorgang
unterzogen wird, um ihn in einen leicht verformbaren Zustand zu
bringen, und die Trennwand 81 dann in die gewünschte Form
gepresst und verformt wird. Und zwar wird der Endabschnitt der Trennwand 81 zwei
bis zehn Minuten lang in eine Durchtränkungsflüssigkeit wie Wasser, Wasser
und Ethanol, ein Gemisch aus Wasser und Ölemulsion oder dergleichen
eingetaucht, worauf die Verformung des Endabschnitts folgt. Allerdings
tritt bei diesem Verfahren das Problem auf, dass ein zusätzlicher
Durchtränkungsschritt
erforderlich ist und dass sich durch den zeitraubenden Durchtränkungsvorgang
zwangsläufig
auch die Produktivität
verringert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen aus
dem Stand der Technik bekannten Probleme zu lösen, indem ein Verfahren zur
Herstellung eines Abgasreinigungsfilters zur Verfügung gestellt
wird, mit dem sich der Filter leicht und mit hervorragender Produktivität herstellen
kann, während
eine problemlose Einleitung und Abführung des Abgases sichergestellt
wird.
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Die
Erfindung sieht hierzu ein Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters
vor, der Partikel in einem von einem Verbrennungsmotor abgegebenen
Abgas einfangen kann, um dadurch das Abgas zu reinigen, das die
folgenden Schritte umfasst: einen Formwerkzeugeinrichtungsschritt,
in dem eine Verjüngungsvorrichtung,
die eine Vielzahl von spitz zulaufend ausgebildeten Verjüngungsformflächen hat,
die schräg
zu einer Strangpressrichtung eines den Filter ergebenden, insbesondere
aus einem Keramikmaterial bestehenden Formmaterials verlaufen, gegenüber einer
aus sich öffnenden
Schlitzen bestehenden Strangpressöffnung in einem Formwerkzeug
angeordnet wird, wobei die Schlitze wabenförmig ausgebildet sind und die
Vielzahl der Verjüngungsformflächen so
positioniert wird, dass sie in Strangpressrichtung des Formmaterials
an den Schlitzen des Formwerkzeugs ausgerichtet sind; einen Verjüngungs stopfenausbildungsschritt,
in dem das Formmaterial aus den Schlitzen des Formwerkzeugs stranggepresst
wird, so dass sich ein wabenförmiger
Formling mit einer Vielzahl von durch Trennwände getrennten Zellen ergibt,
dessen vorderes Ende in die Verjüngungsvorrichtung
eingeführt
wird, und dass dann durch Ablenken des vorderen Endes der Trennwände entlang
der Vielzahl von Verjüngungsformflächen der
Verjüngungsvorrichtung
eine Vielzahl von Verjüngungsstopfen
mit kleinen Öffnungen
gebildet wird, die durch die Verkleinerung der Öffnungen der Zellen erzeugt
werden; einen Verjüngungsvorrichtungsbewegungsschritt,
in dem die Verjüngungsvorrichtung
mit gleicher oder höherer
Geschwindigkeit als die Strangpressgeschwindigkeit des Formmaterials
in der Strangpressrichtung des Formmaterials bewegt wird; einen
Formlingschneideschritt, in dem, nachdem das Formmaterial mit einer vorbestimmten
Strangpresslänge
stranggepresst wurde, der wabenförmige
Formling an einer vorbestimmten Länge durchschnitten wird; und
einen Stopfeneinpassschritt, in dem der wabenförmige Formling nach dem Durchschneiden
getrocknet und gebrannt wird und dann in die kleinen Öffnungen
an dem vorderen Ende des Formlings und in die Öffnungen der Zellen an dem
hinteren Ende des Formlings Stopfen einpasst werden.
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Als
nächstes
wird die Funktionsweise und Wirkung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
beschrieben.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren
werden während
des Strangpressens des wabenförmigen
Formlings die Verjüngungsstopfen ausgebildet.
Und zwar werden die Verjüngungsstopfen
an dem vorderen Ende des wabenförmigen Formlings
mit Hilfe der Verjüngungsvorrichtung
ausgebildet, die gegenüber
der Strangpressöffnung
des Formwerkzeugs angeordnet wird, das auch kurz "Form" oder "Werkzeug" genannt werden kann.
Daher kann der vordere Endabschnitt der Trennwände des aus dem Formwerkzeug
stranggepressten wabenförmigen
Formlings abgelenkt werden, während der
Formling noch nicht ausgehärtet
und immer noch weich ist. Dadurch lassen sich die Trennwände leicht verformen,
ohne auf den wabenförmigen
Formling eine übermäßige Last
aufzubringen.
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Da
bei der Ausbildung der Verjüngungsstopfen
weder eine Erwärmung
der Verjüngungsvorrichtung
noch ein Durchtränken
des vorderen Endes der Trennwände
des wabenförmigen
Formlings erforderlich ist, lässt
sich die Produktivität
deutlich steigern.
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Da
das Formwerkzeug und die Verjüngungsvorrichtung
beide präzise
gearbeitete Werkzeuge sind, die relativ zueinander positioniert
werden, kann die Positionierung dieser Werkzeuge in dem Werkzeugeinrichtungsschritt
stets mit hoher Präzision
und hoher Reproduzierbarkeit erfolgen. Da außerdem bei der Erfindung die
Positionierung der Verjüngungsvorrichtung
nicht an der Stirnseite des wabenförmigen Formlings erfolgen muss,
wo es leicht zu einer geringen Verformung kommt, kann eine Lageabweichung der
Trennwände
des wabenförmigen
Formlings von den Verjüngungsformflächen vermieden
werden. Dementsprechend lässt
sich in dem Verjüngungsstopfenausbildungsschritt
die Genauigkeit bei der Ausbildung der Verjüngungsstopfen verbessern.
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Da
die Verjüngungsvorrichtung
eine Vielzahl von Verjüngungsformflächen hat,
lässt sich
außerdem
gleichzeitig an der Öffnung
einer Vielzahl von Zellen auf einmal eine Vielzahl von Verjüngungsstopfen
ausbilden. Dadurch lässt
sich die Produktivität oder
Ausbeute des Abgasreinigungsfilters verbessern und lassen sich gleich zeitig
Abweichungen der Form der sich ergebenden Verjüngungsstopfen zwischen der
Vielzahl von Zellen verhindern.
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Darüber hinaus
hat der durch das obige Herstellungsverfahren erzielte Abgasreinigungsfilter,
der an seinem einen Ende die Verjüngungsstopfen aufweist, neben
der Öffnung,
wo sich der Verjüngungsstopfen
befindet, eine große Öffnung,
die zu diesem Ende hin aufgeweitet ist bzw. sich weit öffnet. Wenn die
Stirnseite mit dem Verjüngungsstopfen
oder die Stirnseite, an der die große Öffnung ausgebildet ist, so
angeordnet ist, dass sie der Einlassseite des Abgases zugewandt
ist, kann eine Ansammlung der Partikel in dem Abgas an dem Filter
verhindert werden und kann somit ein Druckabfall des Abgases unterdrückt und
das Abgas problemlos eingeleitet und abgeführt werden.
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Die
Erfindung stellt somit ein Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters
zur Verfügung,
mit dem das Abgas problemlos eingeleitet und abgeführt werden
kann und der sich leicht mit hoher Produktivität herstellen lässt.
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Anhand
der beigefügten
Zeichnungen folgt nun eine genauere Beschreibung der Erfindung.
Es zeigen:
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1 in Perspektivansicht einen
Abgasreinigungsfilter gemäß Stand
der Technik;
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2 den Abgasreinigungsfilter
gemäß Stand
der Technik im Schnitt;
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3 im Schnitt einen weiteren
Abgasreinigungsfilter gemäß Stand
der Technik;
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4 im Schnitt den Werkzeugeinrichtungsschritt
bei einem Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters
gemäß Beispiel
1;
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5 im Schnitt den Verjüngungsstopfenausbildungsschritt
in dem Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters gemäß Beispiel
1;
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6 im Schnitt den Vorrichtungsbewegungsschritt
in dem Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters gemäß Beispiel
1;
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7 im Schnitt die Verjüngungsvorrichtung in
Beispiel 1, und zwar als Schnitt entlang der Linie A-A von 8 aus Richtung der Pfeile;
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8 eine Draufsicht auf die
in Beispiel 1 verwendete Verjüngungsvorrichtung
auf der Seite der Verjüngungsformflächen;
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9 eine Draufsicht auf die
Schlitze des in Beispiel 1 verwendeten Formwerkzeugs;
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10 schematisch den Lagezusammenhang
zwischen den Verjüngungsformflächen und
den Schlitzen in Beispiel 1;
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11 einen Schnitt durch den
Abgasreinigungsfilter in Beispiel 1;
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12 in Vorderansicht den
Abgasreinigungsfilter in Beispiel 1 von der Seite der Verjüngungsstopfen
aus;
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13 im Schnitt die Verjüngungsvorrichtung
gemäß Beispiel
2, und zwar als Schnitt entlang der Linie B-B von 14 aus Richtung der Pfeile;
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14 eine Draufsicht auf die
Verjüngungsvorrichtung
in Beispiel 2 von den Verjüngungsformflächen aus;
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15 eine Draufsicht auf die
Schlitze des Formwerkzeugs in Beispiel 3;
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16 schematisch den Lagezusammenhang
zwischen den Verjüngungsformflächen und
den Schlitzen in Beispiel 3; und
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17 in Vorderansicht den
Abgasreinigungsfilter in Beispiel 3 von der Seite der Verjüngungsstopfen
aus.
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Bei
der praktischen Umsetzung der Erfindung kann der Abgasreinigungsfilter
dazu verwendet werden, das Abgas einer ganzen Reihe verschiedener
Vorrichtungen, typischerweise Verbrennungsmotoren, zu reinigen.
Die Verbrennungsmotoren schließen
zum Beispiel einen Dieselmotor oder dergleichen ein.
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Die
Stopfeneinpassung in dem letzten Schritt des Herstellungsverfahrens
kann vor dem Brennen des wabenförmigen
Formlings erfolgen, gefolgt von einem gleichzeitigen Brennen des
wabenförmigen Formlings
und der Stopfen. Wahlweise kann die Stopfeneinpassung aber auch
nach dem Brennen des wabenförmigen
Formlings erfolgen, gefolgt vom Brennen der Stopfen.
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Bezüglich des
wabenförmigen
Formlings sei angemerkt, dass die hier verwendeten Ausdrücke, "vorderes Ende" des wabenförmigen Formlings
oder "vorderer Endabschnitt" der Trennwände so verstanden
werden sollten, dass sie sich auf die "vordere" Seite in Strangpressrichtung des bei
der Ausbildung des Filters verwendeten, typischerweise aus einem Keramikmaterial
bestehenden Formmaterials bezieht. Bei dem durch das Durchschneiden
in dem Schneideschritt erzielten wabenförmigen Formling (Wabenkörpereinheit)
bezieht sich der Ausdruck "hinteres
Ende" auf das zu
dem vorderen Ende der Wabenkörpereinheit
entgegengesetzte Ende.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren
erfolgt die Bewegung der Verjüngungsvorrichtung
in dem Vorrichtungsbewegungsschritt vorzugsweise synchron zum Strangpressen
des Formmaterials. In diesem Fall kann das Strangpressen des wabenförmigen Formlings
erfolgen, während
die unter Verwendung der Verjüngungsform
gebildeten Verjüngungsstopfen
von der Verjüngungsvorrichtung gehalten
werden. Dadurch kann eine Verformung der in dem Verjüngungsstopfenausbildungsschritt
ausgebildeten Verjüngungsstopfen
vor dem Trocknungs- und Brennschritt mit hoher Zuverlässigkeit
verhindert werden.
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Darüber hinaus
ist die Verjüngungsvorrichtung
vorzugsweise an den Stellen, die den Abschnitten zugewandt sind,
wo die kleinen Öffnungen
auszubilden sind, mit zum Formwerkzeug vorragenden Vorsprüngen versehen.
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In
diesem Fall lassen sich die kleinen Öffnungen leicht und zuverlässig ausbilden.
Durch das Vorhandensein der kleinen Öffnungen kann außerdem während der
Strangpressformung des wabenförmigen
Formlings die Entstehung eines abgeschlossenen Raums zwischen dem
Formwerkzeug und den Trennwänden
verhindert werden, wodurch eine Verformung der Trennwände vermieden
wird. Und zwar würde
unter der Annahme, dass sich zwischen dem Formwerkzeug und den Trennwänden ein
beliebiger geschlossener Raum bilden würde, in dem geschlossenen Raum
ein Unterdruck entstehen, wenn das Volumen dieses Raums während der
Strangpressformung anwächst,
wodurch die Trennwände
verformt werden könnten.
Indem aber wie oben beschrieben an der Verjüngungsvorrichtung Vorsprünge vorgesehen
werden, kann die Entstehung des geschlossenen Raumes und daher eine
Verformung der Trennwände
verhindert werden.
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Darüber hinaus
ist es vorzuziehen, dass die Verjüngungsvorrichtung in sich ausgebildet
Durchgangslöcher
hat, die von dem der jeweiligen Öffnung der
Zellen des wabenförmigen
Formlings zugewandten Abschnitt aus zu einer anderen Oberfläche der Verjüngungsvorrichtung
als die dem wabenförmigen Formling
gegenüberliegende
Oberfläche
gehen. In diesem Fall kann in dem Vorrichtungsbewegungsschritt eine
Verformung der Trennwände
des wabenförmigen
Formlings verhindert werden. Wenn die Verjüngungsvorrichtung synchron
zum Strangpressen des Formmaterials bewegt wird, kann nämlich die
Entstehung eines geschlossenen Raums zwischen der Verjüngungsvorrichtung,
den Trennwänden
und dem Formwerkzeug und somit eine Verformung der Trennwände verhindert
werden. Darüber hinaus
entsteht in dem Raum zwischen der Verjüngungsvorrichtung, den Trennwänden und
dem Formwerkzeug auch kein Unterdruck, der ansonsten aufträte, wenn
die Verjüngungsvorrichtung
mit einer höheren
Geschwindigkeit als die Strangpressgeschwindigkeit des Formmaterials
bewegt. würde,
und kann somit eine Verformung der Trennwände verhindert werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden nun unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben.
Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Erfindung nicht auf diese
Beispiele beschränkt
ist.
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Beispiel 1
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Unter
Bezugnahme auf die 4 bis 12 wird nun ein erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters beschrieben. Der in
diesem Beispiel hergestellte Abgasreinigungsfilter 1 wird,
wie in 11 gezeigt ist,
dazu verwendet, ein von einem Verbrennungsmotor abgegebenes Abgas 4 durch
Einfangen von Teilchen in dem Abgas 4 zu reinigen.
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In
dem Herstellungsverfahren für
den Abgasreinigungsfilter werden nacheinander ein Werkzeugeinrichtungsschritt,
ein Verjüngungsstopfenausbildungsschritt,
ein Vorrichtungsbewegungsschritt, ein Schneideschritt und ein Stopfeneinpassschritt
durchgeführt.
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Wie
in 4 gezeigt ist, wird
in dem Formwerkzeugeinrichtungsschritt eine Verjüngungsvorrichtung 3 mit
einer Vielzahl von Verjüngungsformflächen 31,
die so ausgebildet sind, dass sie, wie in den 7 und 8 gezeigt
ist, eine in der Strangpressrichtung des Formmaterials verlaufende
Verjüngung
aufweisen, gegenüber
einer Strangpressöffnung 23 angeordnet,
die durch sich öffnende
wabenförmige Schlitze 21 in
einem Formwerkzeug 2 gebildet wird. Wie in den 4 und 10 gezeigt ist, ist die Vielzahl von
Verjüngungsformflächen 31 in
dem dargestellten Aufbau so positioniert, dass sie in der Strangpressrichtung
des Formmaterials an den Schlitzen 21 des Formwerkzeugs 2 ausgerichtet
ist. Das hierbei verwendete Formmaterial ist ein Keramikmaterial.
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In
dem folgenden Verjüngungsstopfenausbildungsschritt
wird, wie in 4 gezeigt
ist, zunächst aus
den Schlitzen 21 des Formwerkzeuges 2 als das Formmaterial ein
Keramikmaterial 101 stranggepresst. Während des Strangpressens wird
ein wabenförmiger
Formling 10 mit einer Vielzahl von durch Trennwänden 11 getrennter
Zellen 12 geformt, während
das vordere Ende 102 des Formlings 10 in das Verjüngungswerkzeug 3 eingeführt wird.
Wie in 5 gezeigt ist,
wird dann der vordere Endabschnitt 13 der Trennwände 11 entlang
der Vielzahl von Verjüngungsformflächen 31 in
der Verjüngungsvorrichtung 3 abgelenkt,
so dass eine Vielzahl von Verjüngungsstopfen 15 mit
kleinen Öffnungen 14 gebildet wird.
Die kleinen Öffnungen 14 werden
durch eine Verkleinerung der Öffnung
der Zellen 12 hergestellt.
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Nach
Beendigung des Stopfenausbildungsschritts wird die Verjüngungsvorrichtung 3,
wie in 6 gezeigt ist,
in dem Vorrichtungsbewegungsschritt in der Strangpressrichtung mit
der gleichen Geschwindigkeit wie die Strangpressgeschwindigkeit des
Keramikmaterials 101 bewegt.
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In
dem folgenden Schneideschritt wird der sich ergebende wabenförmige Formling 10,
nachdem das Keramikmaterial 101 auf eine vorbestimmte Länge stranggepresst
wurde, in Übereinstimmung mit
der gewünschten
Gestaltung und Größe des Abgasreinigungsfilters
an einer vorbestimmten Länge durchschnitten.
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In
dem Stopfeneinpassschritt wird der abgeschnittene Formling 10 schließlich getrocknet
und gebrannt, wobei dann, wie in den 11 und 12 gezeigt ist, die Stopfeneinpassung
erfolgt, indem in die kleinen Öffnungen 14 an
dem vorderen Ende 102 der Zellen 12 in dem wabenförmigen Formling 10 beziehungsweise
in den Öffnungen 140 an
dem hinteren Ende 103 der Zellen 12 Stopfenbauteile 171 und 172 eingebracht
werden.
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In
dem Vorrichtungsbewegungsschritt erfolgt die Bewegung der Verjüngungsvorrichtung 3 im Übrigen synchron
zur Strangpressung des Keramikmaterials 101. Wie in 6 gezeigt ist, erfolgt die
Strangpressformung des wabenförmigen
Formlings 10 also, während
der Verjüngungsstopfen 15 von
der Verjüngungsvorrichtung 3 abgestützt wird.
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Wie
in den 4 bis 8 gezeigt ist, enthält die Verjüngungsvorrichtung 3 außerdem an
den Stellen, die dem Abschnitt zugewandt sind, wo die kleinen Öffnungen 14 auszubilden
sind, zum Formwerkzeug 2 hin vorragende Vorsprünge 32.
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Darüber hinaus
weist die Verjüngungsvorrichtung 3 in
sich Durchgangslöcher 33 auf.
Die Durchgangslöcher 33 verlaufen
von dem der jeweiligen Öffnung
der Zellen 12 des wabenförmigen Formlings 10 zugewandten
Abschnitt aus zu einer anderen Oberfläche der Verjüngungsvorrichtung 3 als
der dem Formling 10 gegenüberliegenden Oberfläche. Die
Durchgangslöcher 33 schließen sowohl
diejenigen ein, die von der Spitze des Vorsprungs 32 zur Rückseite 34 (der
zu der dem Formwerkzeug zugewandten Oberfläche entgegengesetzten Oberfläche) gehen,
als auch diejenigen ein, die von der Vorderseite 350 zur
Rückseite
der Verjüngungsvorrichtung 3 gehen.
Die Vorsprünge 32 sind
also im Großen
und Ganzen röhrenförmig.
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Wie
in den 7 und 8 gezeigt ist, hat die Verjüngungsvorrichtung 3 außerdem eine
Vielzahl von Verjüngungsformflächen 31,
die mit der Form des wabenförmigen
Formlings 10 übereinstimmen und
deren Größe, Abstand
und dergleichen so festgelegt ist, dass sichergestellt wird, dass
das vordere Ende 13 der Trennwände 11 des aus dem
Formwerkzeug 2 stranggepressten wabenförmigen Formlings 10 stets
in die Verjüngungsformfläche 31 eingeführt wird.
In den 7 und 8 ist zwar nur ein Abschnitt
der Verjüngungsvorrichtung 3 gezeigt,
doch hat die Verjüngungsvorrichtung 3 eine
solche Größe, dass
sie der gesamten Oberfläche
des vorderen Endes 102 des wabenförmigen Formlings 10 gegenüberliegt.
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Wie
in 8 gezeigt ist, sind
die Verjüngungsformflächen 31 in
der Verjüngungsvorrichtung 3 außerdem so
ausgebildet, dass sie von allen Seiten von jeweils einer Kante der
viereckigen Vorderseite 350 ausgehen. Darüber hinaus
sind gitterförmig
im Großen
und Ganzen gerade verlaufende Nute 36 ausgebildet, an deren
Schnittpunkten sich die Vorsprünge 32 befinden.
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Als
Nächstes
wird das Verfahren zur Herstellung des Abgasreinigungsfilters 1 genauer
erläutert.
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Wie
in den 4 und 10 gezeigt ist, wird in dem
Werkzeugeinrichtungsschritt zunächst
die Verjüngungsvorrichtung 3 so
angeordnet, dass sie sich bezüglich
der Strangpressöffnung 23 des
Formwerkzeugs 2 in einer geeigneten Position befindet.
Und zwar werden die Ecken 311 der Vielzahl von Verjüngungsformflächen 31 so
positioniert, dass sie in der Strangpressrichtung des Formmaterials 101 an
den Schlitzen 21 des Formwerkzeugs 2 ausgerichtet sind.
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Wie
in 9 gezeigt ist, sind
die Schlitze 21 mit dem Muster eines im Großen und
Ganzen viereckigen Gitters ausgebildet.
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Wie
oben beschrieben wurde, wird als Formmaterial vorzugsweise ein Keramikmaterial
verwendet. Beispiele geeigneter Keramikmaterialien schließen Talk,
Silizium oxid, Kaolin, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid usw. ein,
sind aber nicht darauf beschränkt.
Zusammen mit dem Keramikmaterial wird vorzugsweise eine vorbestimmte
Menge eines Poren bildenden Materials wie Kohlenstoff, Harz usw.
verwendet. Diese Materialien werden vorzugsweise vermischt, um eine
Cordierit-Zusammensetzung zu erzielen. Dann werden zu dieser Zusammensetzung ein
organisches Bindemittel und Wasser hinzugegeben und wird das Ganze
gemischt und geknetet, um ein tonartiges Material zu erzielen.
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Bei
der Umsetzung der Erfindung kann das Keramikmaterial ein thermoplastisches
Harz wie zum Beispiel Acrylharz, Poly(methylstearat)-Harz, Vinylchloridharz
usw. enthalten. Außerdem
können
als organisches Bindemittel Methylcellulose, Hydroxymethylcellulose
usw. verwendet werden.
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Als
Nächstes
kann in dem Verjüngungsstopfenausbildungsschritt
mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Extruders durch Strangpressformung
ein wabenförmiger
Formling 10 hergestellt werden. Durch den Extruder wird
das in Form eines tonartigen Materials vorliegende Keramikmaterial 101 als
eine im Querschnitt im Großen
und Ganzen viereckige Wabe aus der Strangpressöffnung 23 des Formwerkzeugs 2 stranggepresst.
Und zwar wird das Keramikmaterial 101 von der Zuführungsöffnung 22 des
Formwerkzeugs 2 in die Schlitze 21 eingeführt und
dann unter Erzielung des wabenförmigen
Formlings 10 stranggepresst. Als Extruder kann zum Beispiel
der in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-289130 vorgestellte
Extruder verwendet werden.
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Wie
in 4 gezeigt ist, wird
das vordere Ende 102 des aus der Strangpressöffnung 23 des Formwerkzeugs 2 stranggepressten
wabenförmigen Formlings 10 in
die Verjüngungs formflächen 31 der Verjüngungsvorrichtung 3 eingeführt, die
wie zuvor beschrieben positioniert und ausgerichtet wurden. Wie
in 5 gezeigt ist, wird
das in die Verjüngungsformflächen 31 eingeführte vordere
Ende 13 der Trennwand 11 des Formlings 10 entlang
der Verjüngungsformfläche 31 abgelenkt.
Von der in Strangpressrichtung vorderen Seite aus gesehen wird das vordere
Ende 13, wie in 12 gezeigt
ist, im Großen
und Ganzen im rechten Winkel abgelenkt, da die in 10 gezeigte Ecke 311 der Verjüngungsformfläche 31 gegen
das vordere Ende 13 drückt.
Der wabenförmige
Formling 10 ist zu diesem Zeitpunkt weich und lässt sich
daher leicht ablenken.
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Wie
in 5 gezeigt ist, stößt das vordere Ende 13 des
Abschnitts 11 seitlich gegen den Vorsprung 32 der
Verjüngungsvorrichtung 3.
Dadurch können
der Verjüngungsstopfen 15 und
an seinem vorderen Ende 102 gleichzeitig eine kleine Öffnung 14 ausgebildet
werden.
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Wie
in den 11 und 12 gezeigt ist, ist dadurch,
dass die Trennwand 11 in der zu der den Verjüngungsstopfen 15 bildenden
Zelle 12 benachbarten Zelle 12 aufgeweitet ist,
auch die Öffnung
der Zelle 12 aufgeweitet, so dass eine große Öffnung 16 gebildet
wird.
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Der
Vorrichtungsbewegungsschritt beginnt dann in dem Moment, in dem
das vordere Ende 13 gegen den Vorsprung 32 der
Verjüngungsvorrichtung 3 stößt (in dem
in 5 gezeigten Zustand).
Und zwar beginnt sich die Verjüngungsvorrichtung 3 relativ
zum Formwerkzeug 2 in Strangpressrichtung mit im Großen und
Ganzen der gleichen Geschwindigkeit wie das Strangpressen zu bewegen,
wenn das vordere Ende 13 gegen den Vorsprung 32 stößt. Wie in 6 gezeigt ist, wird auf
diese Weise durch Strangpressen der wabenförmige Formling 10 geformt,
während sich
der Verjüngungsstopfen 31 mit der
Verjüngungsformfläche 15 in
Kontakt befindet.
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Da
der Innenraum der Zelle 12, die an ihrem vorderen Ende
den Verjüngungsstopfen 15 aufweist, während dieses
Schritts über
das in der Verjüngungsvorrichtung 3 ausgebildete
Durchgangsloch 33 mit der Außenseite in Verbindung steht,
bildet sich kein geschlossener Raum, so dass eine Verformung der Trennwand 11 verhindert
werden kann.
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Wenn
der wabenförmige
Formling 10 auf eine vorbestimmte Länge (von beispielsweise 150 mm)
stranggepresst ist, wird der Formling dann in dem folgenden Schneideschritt
an der Strangpressöffnung 23 des
Formwerkzeugs 2 senkrecht zur Strangpressrichtung durchschnitten.
Auf diese Weise wird ein wabenförmiger
Formling 10 erzielt, der an seinem vorderen Ende 102 den
Verjüngungsstopfen 15 aufweist.
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Wenn
das Verjüngungswerkzeug 3 erneut
an der Strangpressöffnung 23 des
Formwerkzeugs 2 angeordnet wird und dann der Werkzeugeinrichtungsschritt
(4), der Verjüngungsstopfenausbildungsschritt
(5), der Vorrichtungsbewegungsschritt (6) und der Schneideschritt
wiederholt werden, lässt
sich übrigens
eine Vielzahl von wabenförmigen Formlingen 10 mit
dem gleichen Aufbau und der gleichen Größe erzielen.
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Danach
wird der sich ergebende wabenförmige
Formling 10 in dem Stopfeneinpassschritt getrocknet und
gebrannt und werden die Stopfenbauteile 171 und 172 in
die von dem Verjüngungsstopfen 15 gebildete
kleine Öffnung 14 bzw.
in die entgegengesetzte Öffnung 140 der
benachbarten Zelle 12 eingepasst, in der die große Öffnung 16 ausgebildet
ist.
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Das
Trocknen und Brennen des wabenförmigen
Formlings 10 kann auch erfolgen, nachdem die Stopfeneinpassung
abgeschlossen wurde, und zwar zusammen mit dem Trocknen und Brennen
der Stopfenbauteile 171, 172.
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Durch
die obige Schrittfolge kann ein Abgasreinigungsfilter 1 erzielt
werden, der aus einem wie in 11 gezeigten
wabenförmigen
Formling 10 besteht, der eine Vielzahl von im Querschnitt
im Großen und
Ganzen viereckigen Zellen 12 hat und an einem Ende mit
den Verjüngungsstopfen 15 versehen
ist.
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Wie
in 11 gezeigt ist, wird
der Abgasreinigungsfilter 1 so verwendet, dass das die
Verjüngungsstopfen 15 und
die großen Öffnungen 16 enthaltende
vordere Ende 102 der stromaufwärtigen Seite des Abgases 4 zugewandt
ist. Bei diesem Aufbau wird das von einem Verbrennungsmotor wie
einem Dieselmotor abgegebene Abgas 4 über die großen Öffnungen 16 in die
Zellen 12 eingeleitet. Dabei sind die Zellen 12 an
dem anderen Ende mit dem Stopfenbauteil 172 verschlossen
und entsprechen die Trennwände 11 porösen Körpern mit
einer Vielzahl von feinen Poren. Wie in 11 gezeigt ist, geht das in die Zellen 12 eingeleitete
Abgas 4 daher durch die Trennwände 11 hindurch. Gleichzeitig
werden von den Trennwänden 11 Partikel
wie Kohlenstoffteilchen eingefangen, so dass das Abgas 4 gereinigt wird.
Die von den Trennwänden 11 eingefangenen Partikel
werden mit Hilfe des von den Trennwänden 11 getragenen
Katalysators zerlegt und entfernt.
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Als
Nächstes
wird die Funktionsweise und Wirkung dieses Beispiels beschrieben.
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Wie
in 5 gezeigt ist, erfolgt
das Ausbilden des Verjüngungsstopfens 15 bei
dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren zum Zeitpunkt der Strangpressformung
des wabenförmigen
Formlings 10. Der Verjüngungsstopfen 15 wird
also an dem vorderen Ende 102 des Formlings 10 durch
die Verjüngungsvorrichtung 3 gebildet,
die sich gegenüber
der Strangpressöffnung 23 des
Formwerkzeugs 2 befindet. Dadurch kann das vordere Ende 13 der Trennwände 11 des
aus dem Formwerkzeug 2 stranggepressten Formlings 10 abgelenkt
werden, während
sich der Formling 10 immer noch im weichen Zustand befindet.
Daher lassen sich die Trennwände 11 verformen,
ohne auf den Formling 10 eine übermäßige Last aufzubringen.
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Da
außerdem
für die
Ausbildung des Verjüngungsstopfens 15 weder
ein Erwärmen
der Verjüngungsvorrichtung 3,
noch ein Durchtränken
des vorderen Endes 13 der Trennwände 11 des wabenförmigen Formlings 10 erforderlich
ist, kann die Produktivität
gesteigert werden.
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Wenn
das Formwerkzeug 2 und die Verjüngungsvorrichtung 3 in
dem oben beschriebenen Werkzeugeinrichtungsschritt relativ zueinander
positioniert werden, kann die Positionierung dieser Werkzeuge deswegen,
weil diese beiden Werkzeuge präzise
gearbeitet sind, stets mit hoher Präzision und mit hoher Reproduzierbarkeit
erfolgen. Da die Positionierung der Verjüngungsvorrichtung 3 bei
der Erfindung nicht relativ zur Stirnseite des wabenförmigen Formlings 10 erfolgen
muss, wo es leicht zu einer geringen Verformung kommen kann, kann
eine Lageabweichung der Trennwände 11 des
Formlings 10 von den Verjüngungsformflächen 31 vermieden
werden. Dementsprechend lässt
sich in dem Verjüngungsstopfenausbildungsschritt
die Genauigkeit bei der Ausbildung des Verjüngungsstopfens 15 verbessern.
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Da
die Verjüngungsvorrichtung 3 eine
Vielzahl von Verjüngungsformflächen 31 hat,
kann auf einmal an der Öffnung
einer Vielzahl von Zellen schubweise eine Vielzahl von Verjüngungsstopfen 15 hergestellt
werden. Auf diese Weise lässt
sich die Produktivität
des Abgasreinigungsfilters 1 verbessern und können gleichzeitig
Abweichungen der Form der Verjüngungsstopfen 15 zwischen
der Vielzahl von Zellen 12 verringert werden.
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Der
durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren erzielte Abgasreinigungsfilter 1 hat an
seinem einen Ende die Verjüngungsstopfen 15. Neben
der Öffnung,
in der die Verjüngungsstopfen 15 vorgesehen
sind, ist eine sich weit öffnende
große Öffnung 16 ausgebildet.
Wie in 11 gezeigt ist, kann
daher durch Anordnen der mit dem Verjüngungsstopfen 15 versehenen
Oberfläche
bzw. der Stirnseite mit der darin ausgebildeten großen Öffnung 16 gegenüber der
Einlassseite des Abgases 4 die Ansammlung von Partikeln
in dem Abgas 4 verhindert werden, ein Druckabfall des Abgases 4 unterdrückt werden,
und das Abgas 4 problemlos eingeleitet und abgeführt werden.
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Da
die Bewegung der Verjüngungsvorrichtung 3 in
dem Vorrichtungsbewegungsschritt synchron zum Strangpressen des
Keramikmaterials 101 erfolgt, kann die Strangpressformung
des wabenförmigen
Formlings 10 erfolgen, während die durch die Verjüngungsvorrichtung 3 gebildeten
Verjüngungsstopfen 15 durch
eben diese Verjüngungsvorrichtung 3 gehalten
werden. Daher kann eine Verformung der in dem Verjüngungsstopfenausbildungsschritt
ausgebildeten Verjüngungsstopfen 15 vor
dem Trocken- und Brennschritt vollständig verhindert werden.
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Da
die Verjüngungsvorrichtung 3 außerdem die
Vorsprünge 32 enthält, lassen
sich wie in 5 gezeigt
leicht und zuverlässig
die kleinen Öffnungen 14 bilden.
Durch die kleinen Öffnungen 14 kann
während
der Strangpressformung des wabenförmigen Formlings 10 die
Entstehung eines geschlossenen Raums zwischen dem Formwerkzeug 2 und
den Trennwänden 11 verhindert
werden. Auf diese Weise lässt
sich die Verformung der Trennwände 11 verhindern.
Und zwar würde
bei der Entstehung eines geschlossenen Raums, wenn das Volumen dieses Raums
während
der Strangpressformung des wabenförmigen Formlings 10 zunimmt,
in diesem geschlossenen Raum ein Unterdruck entstehen, wodurch die
Trennwände 11 verformt
werden könnten. Indem
aber die oben beschriebenen Vorsprünge vorgesehen werden, kann
die Entstehung des geschlossenen Raumes und somit die Verformung
der Trennwände 11 verhindert
werden.
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Da
die Verjüngungsvorrichtung 3 in
sich wie in 5 gezeigt
Durchgangslöcher 33 aufweist,
kann in dem Vorrichtungsbewegungsschritt auch eine Verformung der
Trennwände 11 des
wabenförmigen Formlings 10 verhindert
werden. Wenn die Verjüngungsvorrichtung 3 synchron
zum Strangpressen des Keramikmaterials 101 bewegt wird,
kann nämlich die
Entstehung des geschlossenen Raums zwischen der Verjüngungsvorrichtung 3,
den Trennwänden 11 und
dem Formwerkzeug 2 und somit die Verformung der Trennwände 11 verhindert
werden.
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Wie
aus der obigen Beschreibung hervorgeht, stellt dieses Beispiel ein
Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters zu Verfügung, der eine
problemlose Einleitung und Abführung
von Abgas erlaubt und leicht mit einer hervorragenden Produktivität hergestellt
werden kann.
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Beispiel 2
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In
diesem Beispiel wird ein Vorrichtungsbewegungsschritt erläutert, bei
dem die Verjüngungsvorrichtung 3 mit
einer höheren
Geschwindigkeit als die Strangpressgeschwindigkeit des Keramikmaterials 101 bewegt
wird.
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Zu
diesem Zweck wird die Verjüngungsvorrichtung 3 in
dem Verjüngungsstopfenausbildungsschritt
(5) von dem Verjüngungsstopfen 15 getrennt,
nachdem die Verjüngungsstopfen 15 ausgebildet
wurden. Die anderen Bedingungen und dergleichen sind in diesem Beispiel
die gleichen wie in Beispiel 1.
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In
diesem Beispiel muss die Verjüngungsvorrichtung 3 also
nicht synchron zum Strangpressen des Keramikmaterials 101 bewegt
werden, so dass sich die Herstellung vereinfacht.
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Da
in der Verjüngungsvorrichtung 3 außerdem Durchgangslöcher 33 ausgebildet
sind, entsteht in dem Raum zwischen der Verjüngungsvorrichtung 3,
den Trennwänden 11 und
dem Formwerkzeug 2 kein Unterdruck, wenn die Verjüngungsvorrichtung 3 von
dem wabenförmigen
Formling 10 getrennt wird, so dass die Möglichkeit
einer Verformung der Trennwände
ausgeschlossen werden kann.
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Darüber hinaus
lassen sich bei diesem Beispiel eine ähnliche Funktionsweise und
Wirkung wie bei Beispiel 1 erzielen.
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Beispiel 3
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Dieses
Beispiel befasst sich mit einem Verfahren zur Herstellung eines
Abgasreinigungsfilters 1, der aus einem wabenförmigen Formling 10 besteht,
der, wie in den 13 bis 17 gezeigt ist, Zellen 12 mit
im Großen
und Ganzen dreieckigem Querschnitt hat.
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Wie
in 17 gezeigt ist, sind
die Verjüngungsstopfen 15 in
dem Abgasreinigungsfilter 1 mit einer benachbarten großen Öffnung 16 ausgebildet, die
von vorne gesehen im Querschnitt eine im Großen und Ganzen sechseckige
Form hat.
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Das
Verfahren zur Herstellung des Abgasreinigungsfilters 1 dieses
Beispiels ist grundsätzlich
das gleiche wie das in Beispiel 1, abgesehen davon, dass die Form
des verwendeten Formwerkzeug 2 und der Verjüngungsvorrichtung 3 unterschiedlich
ist. Und zwar hat das Formwerkzeug 2, wie in 15 gezeigt ist, Schlitze 21,
die in Form eines dreieckigen Gitters ausgebildet sind, und hat
die Verjüngungsvorrichtung 3,
wie in 14 gezeigt ist,
eine Vorderseite 350 in Form eines im Großen und
Ganzen regelmäßigen Sechsecks,
wobei die Verjüngungsformflächen 31 so ausgebildet
sind, dass sie von den jeweiligen Kanten des Sechsecks in sechs
Richtungen ausgehen.
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Zwischen
den Verjüngungsformflächen 31 sind
Nute 36 ausgebildet, an deren Schnittpunkten sich die Vorsprünge 32 befinden.
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Wenn
die Verjüngungsvorrichtung 3 in
dem Formwerkzeugeinrichtungsschritt (siehe 4) an der Strangpressöffnung 23 des Formwerkzeugs 2 angeordnet
wird, erfolgt die Positionierung derart, dass die Schlitze 21 des
Formwerkzeugs 2, wie in 16 gezeigt
ist, ungefähr
in der Mitte jeder Kante des Dreiecks an den Ecken 311 der
Verjüngungsformfläche 31 ausgerichtet
sind. Dabei befinden sich die Eckpunkte des Dreiecks der Schlitze 21 an
den Schnittpunkten der Nute 36, wo sich der Vorsprung 32 nicht
befindet.
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In
diesem Zustand wird der Verjüngungsstopfenausbildungsschritt
(siehe 5) durchgeführt. Das
vordere Ende 13 der Trennwände 11 des wabenförmigen Formlings 10 wird
demnach so abgelenkt, dass der Verjüngungsstopfen 15 gebildet
wird, und gleichzeitig wird die von vorne gesehen im Großen und
Ganzen sechseckförmige
große Öffnung 16 ausgebildet.
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Die
anderen Bedingungen und dergleichen sind bei diesem Beispiel die
gleichen wie in Beispiel 1.
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Mit
diesem Beispiel lässt
sich leicht ein Abgasreinigungsfilter erzielen, der aus einem wabenförmigen Formling
mit im Querschnitt im Großen
und Ganzen dreieckigen Zellen besteht.
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Darüber hinaus
lassen sich bei diesem Ausführungsbeispiel
eine ähnliche
Funktionsweise und Wirkung wie in Beispiel 1 erzielen.
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Verfahren
zur Herstellung eines Abgasreinigungsfilters, der ein Abgas reinigen
kann. Das Herstellungsverfahren umfasst einen Werkzeugeinrichtungsschritt,
in dem eine Verjüngungsvorrichtung
(3) mit einer Vielzahl von Verjüngungsformflächen (31) gegenüber einem
Schlitze (21) aufweisenden Formwerkzeug (2) angeordnet
wird, wobei die Verjüngungsformflächen (31)
so positioniert werden, dass sie an den Schlitzen (21)
ausgerichtet sind; einen Verjüngungsstopfenausbildungsschritt,
in dem das Formmaterial aus den Schlitzen (21) stranggepresst wird,
um einen wabenförmigen
Formling (10) zu bilden; während dessen vorderes Ende
in die Verjüngungsvorrichtung
(3) eingeführt
wird und das vordere Ende (13) der Trennwand (11)
entlang der Verjüngungsformfläche (21)
abgelenkt wird, um einen Verjüngungsstopfen
(15) zu bilden; einen Vorrichtungsbewegungsschritt, in
dem die Verjüngungsvorrichtung
(3) in der Strangpressrichtung bewegt wird; einen Schneideschritt,
in dem der wabenförmige
Formling (10) an einer vorbestimmten Länge durchgeschnitten wird;
und einen Stopfeneinpassschritt, in dem der durchgeschnittene Formling
(10) getrocknet und gebrannt wird und dann in die kleinen Öffnungen (14)
an dem vorderen Ende und in die Öffnungen
der Zellen (12) an dem hinteren Ende Stopfen eingepasst werden.