DE102006027701A1

DE102006027701A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Auftragen von Washcoat-Suspensionen auf einen Formkörper

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Publication number: DE102006027701A1
Application number: DE102006027701A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dr. Eberle; Olaf Helmer; Jörg Dr. Spengler
Original assignee: Sued Chemie AG
Current assignee: Sued Chemie AG
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2007-12-20

Abstract

Verfahren zum Entfernen eines Überschusses einer Flüssigkeit aus einem Formkörper mit zwei gegenüberliegenden planaren Stirnflächen, der mit der Flüssigkeit zu beschichtende innere Hohlräume und/oder Kanäle aufweist, wobei nach dem Einbringen der Flüssigkeit in die inneren Hohlräume und/oder Kanäle in einem ersten Entleerungsschritt der überwiegende Anteil an überschüssiger Flüssigkeit durch Einwirkung einer äußeren Kraft entfernt wird und in einem zweiten Entleerungsschritt der im Formkörper nach dem ersten Entleerungsschritt verbleibende Restanteil überschüssiger Flüssigkeit durch das Inkontaktbringen des Formkörpers an derjenigen Stirnfläche, an der der Überschuss abgeführt wurde, mit einer porösen und/oder Kanäle aufweisenden Auflage entfernt wird, wobei der Poren- und/oder Kanaldurchmesser der Auflage geringer als oder gleich ist wie der Durchmesser der inneren Hohlräume und/oder Kanäle des Formkörpers.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von geträgerten Katalysatoren durch Auftragung einer Washcoat-Suspension auf einen Kanäle oder Poren aufweisenden Formkörper als Träger und die Verwendung der so erhaltene geträgerten Katalysatoren bei der Reinigung von Abgasen, insbesondere Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen.
Katalysatoren auf Basis beschichteter Formkörper, beispielsweise so genannte Monolithen oder Metallschäume für die Reinigung von Abgasen, wie die Oxidation von CO oder Kohlenwasserstoffen zu CO₂ und Wasser oder die Reduktion von NO_x mit Ammoniak oder Harnstoff zu N₂ und Wasser oder die Zersetzung von Harnstoff bzw. dessen thermisches Zersetzungsprodukt, die Isocyansäure, zu Ammoniak und CO₂, sind seit langem bekannt.
In der Regel sind diese Katalysatoren in der Weise aufgebaut, dass ein mit Kanälen oder Poren durchzogenes monolithisches Trägermaterial („Wabe" im Falle von Kanälen bzw. Keramik- oder Metallschaum im Falle von Poren) mit einer eine große Oberfläche aufweisenden (hochoberflächigen) Metalloxidbeschichtung (Washcoat), beispielsweise aus Al₂O₃, SiO₂ oder TiO₂, oder deren gemischten Oxiden überzogen ist und auf diesen metalloxidischen Oberflächen die eigentlich katalytisch aktiven Metalle oder Metallverbindungen, wie zum Beispiel Edelmetalle oder Übergangsmetalloxide, und gegebenenfalls zusätzliche Promotorverbindungen/Dotierstoffe aufgebracht sind. Es gibt jedoch auch Anwendungen, bei denen die Metalloxidbeschichtungen alleine katalytisch aktiv sind. Ein typisches Anwendungsbeispiel hierfür ist die Hydrolyse von Isocyansäure zu Ammoniak an mit TiO₂ beschichteten Formkörpern.
Monolithen, oftmals auch „Waben" genannt, bestehen beispielsweise aus einem Wabenkörper, der sich aus einem Wabenmantel und einem darin eingesetzten Träger, beispielsweise einer teilweise strukturierten und aufgewickelten Blechfolie, zusammensetzen kann. Eine andere Möglichkeit besteht beispielsweise darin, dass die Wabe insgesamt aus einem rein keramischen Formkörper besteht. Die Wabe ist dabei im Wesentlichen durch parallel zur Hauptachse der Wabe verlaufende Kanäle durchzogen.
Metall- oder Keramikschäume sind hochporöse Formkörper, die beliebige geometrische Formen annehmen können.
In beiden vorgenannten Fällen sind zylindrische Formen meist bevorzugt.
Die einen monolithischen Träger (Wabe) durchziehenden Kanäle können dabei eine geordnete oder ungeordnete Kanalstruktur besitzen, ferner können die im Wesentlichen parallel verlaufenden Kanäle auch untereinander verbunden sein (so genannte offene Kanalstrukturen) beispielsweise auch durch poröse Kanalwände. Bei offenen Kanalstrukturen wird auch eine radiale Gasverteilung innerhalb des Wabenkörpers ermöglicht. Die Größe der Waben wie auch die Dimensionierung der Kanäle wird dabei vorwiegend von der Dimension der Abgasleitungssysteme, den geforderten Druckverlusten und den geforderten Verweilzeiten des Abgases bestimmt. Gleiches gilt sinngemäß für die entsprechenden hochporösen metallischen und keramischen Schwamm- bzw. Schaumstrukturen.
Die so genannte Zelldichte, nämlich die Anzahl der Kanäle bzw. Poren pro Formkörper bzw. Oberfläche einer Stirnfläche des Formkörpers, richtet sich ebenfalls nach den Anforderungen. In der Regel liegen diese zwischen 50 und 1000 Kanälen/Poren pro inch² (= cells per Square inch, cpsi). In Einzelfällen bzw. für besondere Anwendungen können diese Zelldichten nach unten bzw. oben unter- bzw. überschritten werden. Je höher diese Zelldichte des Formkörpers ist, desto höher ist die für die Reaktion verfügbare Oberfläche; in gleicher Weise nimmt aber auch der Druckverlust mit zunehmender Zelldichte zu.
Als Material für erfindungsgemäß verwendbare Formkörper finden beispielsweise Materialien wie Cordierit, Steatit, Duranit^® oder Siliciumcarbid oder Formkörper aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxiden, Aluminaten oder auch Metallen und Metallegierungen Verwendung. Die Verwendung von Metallen und Metalllegierungen ermöglicht insbesondere die Herstellung komplex strukturierter Formkörper, wie beispielsweise Waben mit offenen Kanalstrukturen oder Keramik- bzw. Metallschäume, deren Porenstruktur eine besonders hohe innere Oberfläche aufweist.
Die Herstellung eines Katalysators auf Basis eines erfindungsgemäß verwendbaren Formkörpers erfolgt in der Regel durch das Aufbringen eines Washcoats (WC) auf die Oberfläche seiner inneren Hohlräume, also z.B. seiner Kanalwände, Poren etc. (Beschichtung), gefolgt von einer Trocknung mit anschließender Calcinierung bei höheren Temperaturen zur Verfestigung und endgültigen Oberflächengestaltung des Washcoats. Danach werden die katalytisch aktiven Komponenten durch Imprägnierschritte, zumeist aus den wässrigen Lösungen ihrer Vorläufer, auf den Washcoat aufgebracht. Es ist aber auch möglich, die Aktivkomponenten bzw. ihre Vorläuferverbindungen direkt mit dem Beschichtungsprozess aufzubringen.
Die Beschichtung eines innere Hohlräume bzw. Kanäle aufweisenden Formkörpers (im Folgenden der Einfachheit halber als „Formkörper" bezeichnet) mit den anorganischen hochoberflächigen Materialien ist durch verschiedene Methoden möglich. In der Regel wird zuerst eine Suspension des anorganischen Trägeroxides in Wasser hergestellt, gegebenenfalls unter Zusatz von Additiven, wie anorganische oder organische Binder, Tenside, katalytische Aktivkomponenten, Porenbildner, Rheologiehilfsmittel und anderen Zusatzstoffen. Anschließend wird der Formkörper durch ei nen Tauch-, Saug- oder Pumpprozess mit dieser so genannten Washcoat-Suspension befüllt.
Im Stand der Technik sind Verfahren beschrieben, bei denen nur die exakt berechnete und in dem Formkörper zu verbleibende Menge an Washcoat-Suspension in den Formkörper eingebracht wird und diese Menge möglichst gleichmäßig auf die Kanalwände bzw. Porenwände verteilt wird.
Andere Verfahren geben einen Überschuss in den Formkörper (z. B. Flutung des Formkörpers) ein und führen einen anschließenden Entleerungsvorgang durch, mit dem überschüssige Washcoat-Suspension ausgetragen wird. Oft wird zur Entleerung ein Ausblasen mittels eines Luftstromes durchgeführt.
In der DE 198 37 731 A1 sind mehrere dieser Verfahrensvarianten offenbart. Die Entleerung des überschüssigen Washcoats aus einem Wabenkörper mittels einer Zentrifugereinheit wird beispielsweise im GB 1504060 beschrieben.
Die laufend gestiegenen gesetzlichen Anforderungen bezüglich der Reinigung von Abgasen, insbesondere Motorabgasen, erfordern die Entwicklung neuer Katalysatoren mit deutlich höheren Effektivitäten. Neben der Verbesserung der katalytischen Beschichtung kann auch durch optimierte Trägermaterialien die Effizienz von Katalysatoren deutlich gesteigert werden.
Dazu kann einerseits die Zelldichte erhöht werden, aber es können auch so genannte komplex strukturierte Formkörper verwendet werden. Im Falle von Wabenkörpern versteht man unter komplex strukturierten Wabenkörpern Waben, bei denen die Kanäle Erhebungen oder Vertiefungen bzw. Schaufeln aufweisen. Dadurch werden im den Formkörper durchtretenden Gasstrom gezielt Turbulenzen erzeugt, die ebenfalls zu einem besseren Stofftransport und damit höheren Aktivitäten führen. Auch offene Strukturen gehören zu dieser Trägerart. Bei offenen Strukturen sind – wie oben bereits beschrieben – die Kanäle durch entsprechende Perforationen (Löcher, Poren) miteinander verbunden. Dadurch ist neben einer vertikalen Strömungsrichtung (parallel zu Kanalachse) auch eine mehr oder weniger horizontale (radial zur Achse der Wabe bzw. der Kanäle) Gasströmung möglich. Mit komplexen Strukturen lassen sich Katalysatoren herstellen, die gleichzeitig einen Mischeffekt bewirken. Ferner sind natürlich auch Kombinationen von rein planparallelen und komplex strukturierten Waben denkbar. Metallschäume sind per se komplex strukturiert, aber einfacher herstellbar.
Waben bzw. poröse Formkörper mit hohen Zelldichten wie auch Waben mit komplex strukturierten und perforierten Kanälen (offene Strukturen) können durch die bisher bekannten Verfahren nicht ohne unerwünscht großen Aufwand beschichtet werden. Insbesondere das Ausblasen der überschüssigen Washcoat-Suspension mit Luft ist mit offenen Kanalstrukturen bzw. Porenstrukturen nicht mehr möglich.
Der Grund dafür liegt darin, dass die zum Ausblasen eingesetzte Luft (Ausblasluft) grundsätzlich den Weg des geringsten Widerstandes (Weg des geringsten Druckverlustes) nimmt. Sobald zwischen den beiden Stirnflächen des Formkörpers einzelne offene Kanäle bzw. Porenstrukturen entstanden sind, wird die in der Folge eingesetzte Ausblasluft durch die Löcher der offenen Strukturen in eben jene, bereits offenen Kanäle bzw. Porenstrukturen abgeleitet und der Druck der eingesetzten Ausblasluft reicht nicht aus, um die Washcoat-Suspension aus noch teilbefüllten Kanälen bzw. Poren, in denen die Washcoat-Suspension durch Kapillarkräfte gehalten wird, nach unten auszublasen. Bereits einige wenige vollständig durch Ausblasen entleerte Kanäle bzw. Porenstrukturen führen zu dem beschriebenen Effekt, so dass durch Ausblasen allein nur wenige Kanäle zu entleeren sind.
Dieser insbesondere bei Waben mit offenen Strukturen bzw. porösen Keramik- und Metallschäumen zu beobachtende Effekt wird in 1 veranschaulicht:
1 zeigt eine Teilansicht zweier parallel verlaufender Kanäle einer Wabe, die über eine Perforation miteinander verbunden sind (offene Struktur). Während der rechts gezeigte Kanal bereits durch die Ausblasluft (die Stromrichtung der Luft wird durch die Pfeile veranschaulicht) von überschüssigem Washcoat befreit wurde, gelingt dies in dem links gezeigten Kanal aus dem vorstehend beschriebenen Grunde nicht mehr, so dass ein durch Ausblasen alleine nicht mehr zu entfernender und durch die Kapillarkraft gehaltener Rest an Washcoat im unteren Bereich des Kanales verbleibt. Gleiches gilt z.B. für zylinderförmige Metallschaumformkörper.
Zur Beschichtung komplex strukturierter Formkörper, insbesondere von Waben und Schäumen, sind daher immer aufwändigere Verfahren notwendig. So wird in der DE 101 14 328 A1 beim Auftragen des Washcoats die Anwendung von Vibrationen beschrieben. Damit soll einerseits die Fließfähigkeit der Washcoat-Suspension verbessert werden, andererseits der Wash-coatauftrag möglichst gleichmäßig erfolgen. Aber selbst dieses Verfahren ermöglicht nicht mehr die vollständige Entfernung des eingesetzten Überschusses der Washcoat-Suspension.
Es bestand somit die Aufgabe, ein Verfahren zur Beschichtung von Formkörpern, insbesondere zur Beschichtung der inneren Oberflächen derartiger Formkörper mit offenen und/oder komplexen Strukturen, die bereichsweise miteinander verbundene innere, im Wesentlichen durch den Formkörper hindurchgehende Hohlräume, d.h. beispielsweise Kanäle oder Porenstrukturen aufweisen, bereit zu stellen, das die vorgenannten Probleme löst.
Weiter bestand die Aufgabe darin, ein Verfahren zur Entleerung von derartigen Formkörpern, insbesondere mit offenen und/oder komplexen Kanal- oder Porenstrukturen von überschüssig eingesetzter Washcoat-Suspension bereit zu stellen, das die genannten Probleme löst.
Dabei sollte sich die Lösung insbesondere durch einfach durchführbare Maßnahmen auszeichnen.
Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem ersten Entleerungsschritt der überwiegende Anteil an überschüssiger Flüssigkeit durch Einwirkung einer äußeren Kraft entfernt wird und in einem zweiten Entleerungsschritt der im Formkörper nach dem ersten Entleerungsschritt verbleibenden Restanteil überschüssiger Flüssigkeit durch das In-Kontaktbringen des Formkörpers an derjenigen Stirnfläche, an der der Überschuss im ersten Entleerungsschritt abgeführt wurde, mit einer porösen und/oder Kanäle aufweisenden Auflage entfernt wird, wobei der Poren- und/oder Kanaldurchmesser der Auflage geringer als oder gleich ist wie der Durchmesser der inneren Hohlräume und/oder Kanäle des Formkörpers.
Sollte eine Porenverteilung bei der Auflage vorliegen, die nicht ausschließlich Poren oder Kanäle aufweist, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Poren bzw. der Kanäle des Formkörpers ist, sollte erfindungsgemäß gewährleistet werden, dass ca. 70%, bevorzugt 80%, und am meisten bevorzugt 90% der Poren der Auflage einen kleineren Durchmesser als die Poren bzw. die Kanäle des Formkörpers aufweisen, um eine weitgehend vollständige Entleerung zu erzielen.
Generell sind natürlich neben Washcoat-Suspensionen auch andere Suspensionen, Dispersionen, Aufschlämmungen und viskose und nicht viskose Flüssigkeiten erfindungsgemäß einsetzbar.
Die geometrische Form des Formkörpers ist prinzipiell beliebig, jedoch sollte er zwei zueinander im Wesentlichen parallele Flä chen, so genannte „Stirnflächen" aufweisen. Zylinderförmige Formkörper werden bevorzugt eingesetzt.
Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Formkörper ist dabei bevorzugt ein keramischer oder ein metallischer Formkörper.
Die Wirkung der erfindungsgemäßen porösen Auflage bei dem erfindungsgemäßen Entleerungsverfahren ist dabei nicht an das angewendete Entleerungsprinzip gebunden. Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Maßnahme in Verbindung mit allen dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannten Entleerungsmaßnahmen angewendet werden. Es kann sowohl in Verbindung mit einem Ausblasverfahren, mit einem Zentrifugierverfahren wie auch bei den verschiedenen anderen Entleerungsverfahren eingesetzt werden. Auf die Verwendung einer speziellen Saugvorrichtung, wie in der DE 38 03 579 A1 , oder dem Anlegen eines Unterdruckes kann jedoch verzichtet werden. Daher wird die Automatisierung des Entleerungsprozesses durch das erfindungsgemäße Verfahrens deutlich begünstigt.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße poröse oder von Kanälen durchzogene Auflage zur Entfernung der überschüssigen Washcoat-Suspension aus den Kanälen bzw. Poren des zu beschichtenden Formkörpers im Zusammenhang mit der Anwendung eines auf die Kanäle bzw. Poren gerichteten Luftstromes (Ausblasen) und/oder durch Anwendung von Zentrifugalkräften eingesetzt.
Die erfindungsgemäß eingesetzte poröse oder von Kanälen durchzogene Auflage sollte dabei, um eine möglichst vollständige Entleerung zu erreichen, möglichst planparallel zur Stirnseite der Formkörper vollständig anliegen. Dabei ist es nicht unbedingt notwendig, dass die erfindungsgemäß eingesetzte poröse Auflage direkt mit der Stirnfläche des zu entleerenden Formkörpers in Kontakt steht. Vielmehr kann im erfindungsgemäßen Verfahren zum Ausgleich etwaiger Unebenheiten eine flexible porö se Zwischenschicht, insbesondere ein flexibles Netz, eingesetzt werden. Auf diese Weise wird eine vollständige Herstellung des Kontakts zwischen der Austrittsseite des Formkörpers und der erfindungsgemäß eingesetzten poröser Auflage erreicht, der zu optimalen Ergebnissen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch bei nicht vollständig planaren Stirnflächen von zu entleerenden Formkörpern und poröser Auflage führen.
Für ein optimales Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es demnach sinnvoll, durch geeignete Maßnahmen einen über die gesamte Stirnfläche (Austrittsfläche) des vom Überschuss der Washcoat-Suspension zu entleerenden Formkörpers, vorliegenden und somit durchgehenden Kontakt mit einer porösen Auflage herzustellen.
Ein erfindungswesentliches Merkmal ist unter anderem die Tatsache, dass der Durchmesser der Kanäle bzw. Poren der eingesetzten porösen Auflage im Mittel kleiner oder gleich dem Durchmesser der inneren Hohlräume des zu entleerenden Formkörpers, insbesondere der auf der Stirnseite des zu entleerenden Formkörpers vorliegenden Durchmesser der Kanäle bzw. Poren ist. Der mittlere Porendurchmesser bzw. die daraus errechnete Einzelporenquerschnittsflache der porösen Auflage sollte demnach nicht größer als die Einzelkanalquerschnittsfläche bzw. der mittlere Porendurchmesser an der Stirnaustrittsseite des zu entleerenden Formkörpers sein.
Die Zusammensetzung der porösen Auflage ist dabei nicht an ein bestimmtes Material gebunden. Sie kann aus Metall, Keramik, Kunststoff oder einem sonstigen dem Fachmann als geeignet erscheinenden Material aufgebaut sein. Es sind auch Kombinationen verschiedener poröser und/oder von Kanälen durchzogener Materialien denkbar.
Um eine optimale Wirkung der porösen Auflage zu erreichen, muss – wie bereits erläutert – möglichst der direkte Kontakt der entsprechend gegenüberliegenden Flächen von Formkörper und Auflage erreicht werden, insbesondere über die ganze Fläche das zu entleerenden Formkörpers.
Ferner muss die Möglichkeit der Durchdringung der Auflage mit der Beschichtungssuspension, -dispersion, -aufschlämmung oder Lösung gewährleistet sein: Der Durchmesser der kleinsten Pore der Auflage sollte nicht kleiner sein als der Durchmesser des größten Teilchens der Beschichtungssuspension, -dispersion oder -aufschlämmung. Ansonsten können diese Bestandteile nicht mehr durch die Poren der Auflage abfließen und es kommt zu einer Verstopfung der porösen Auflage. Dieses Erfordernis beschränkt den Porendurchmesser der porösen Auflage durch einen in Abhängigkeit beispielsweise der Washcoat-Suspension sinnvoll zu wählenden minimalen Porendurchmesser.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als erfindungsgemäße poröse bzw. von Kanälen durchzogene Auflage ein zweiter Formkörper, bevorzugt der gleichen Art wie der zu entleerende Formkörper oder sogar ein zweiter Formkörper mit gleichem oder kleineren Kanaldurchmesser bzw. Porendurchmesser, bezogen auf den Kanaldurchmesser bzw. Porendurchmesser des zu entleerenden Formkörpers, eingesetzt. Dabei kann die Länge eines solchen zweiten Formkörpers deutlich kürzer sein als die des zu entleerenden Formkörpers. Die Länge bzw. die Höhe der erfindungsgemäß eingesetzten porösen Auflage bzw. des zur Entleerung eingesetzten Formkörpers sollte jedoch mindestens so hoch sein, dass die aus dem Querschnitt bzw. Durchmesser und der Porenlänge bzw. Kanallänge resultierende Kapillarkraft der Auflage bzw. Formkörper in der Lage ist, die in den Träger- bzw. Porenkanälen der zu entleerenden wirkenden Kapillarkräfte, die das Ausfließen der überschüssigen Washcoat-Suspension verhindern, zu überwinden.
Ist der zu entleerende Formkörper ein metallischer Formkörper, so ist der zur Entleerung erfindungsgemäß eingesetzte Formkör per vorzugsweise ebenfalls metallischer Natur und weist im Falle einer Wabe planparallele Kanäle auf. Natürlich kann gegebenenfalls auch ein keramischer Formkörper anstelle eines metallischen Formkörpers verwendet werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Entleerung einer metallischen oder keramischen Wabe eine Wabe der gleichen Art eingesetzt, wobei von dieser zur Entleerung eingesetzten Wabe der Wabenkörper im oberen Teil vom Mantel befreit wird, um eine möglichst planparallele Auflage der zur Entleerung eingesetzten Wabe auf die Stirnfläche der zu entleerenden Wabe zu erreichen.
Weitere mögliche erfindungsgemäße Ausführungsformen für poröse Auflagen sind offenporige Schwämme, Netze, Vliese (poröse Vliese) oder vergleichbare Materialien. Der direkte und vollständige Kontakt der porösen Auflage mit der Entleerungsfläche des Formkörpers über die gesamte Fläche führt zu einem vollständigen Auslaufen des überschüssigen Washcoats im Formkörper.
Mögliche Ausführungsformen für die poröse Auflage sind auch Kombinationen einer metallischen oder keramischen Wabe mit einem Vlies und/oder einem Netz und/oder einem Schwamm.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die einfache technische Realisierbarkeit. Ferner wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die bei Verwendung tensidhaltiger Beschichtungssuspensionen oft zu beobachtende unerwünschte Blasenbildung an der Kanal- bzw. Porenaustrittsseite wirkungsvoll vermieden.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Formkörper zunächst mittels eines anderen Funktionsprinzips teilweise entleert werden, insbesondere durch Saugen, Ausblasen, Zentrifugieren oder einfaches Ausfließen.
In einer weiteren Ausführungsform können die vorgenannten Möglichkeiten zur Teilentleerung auch in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Entleerungsverfahren eingesetzt werden, insbesondere nacheinander oder zeitgleich.
Das erfindungsgemäße Entleerungsverfahren kann insbesondere als Teil eines vollständigen Beschichtungsverfahrens von bereichsweise miteinander verbundenen, im Wesentlichen durch den Formkörper durchgehenden, innere Hohlräume aufweisenden Formkörpern angewendet werden.
So ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, ein Verfahren zur Beschichtung eines bereichsweise miteinander verbundenen, im Wesentlichen durch einen Formkörper durchgehenden, innere Hohlräume aufweisenden Formkörpers, insbesondere eines Kanäle oder Porenstrukturen aufweisenden Wabenkörpers oder ein poröser Metallschaum mit einer Washcoat-Suspension umfassend die folgenden Schritte

A) Ansaugen einer Washcoat-Suspension durch die inneren Hohlräume des zu beschichtenden Formkörpers mittels Anlegen eines Unterdruckes auf der oberen Stirnseite des Formkörpers, während auf der unteren Stirnseite Washcoat-Suspension zugeführt wird,
B) Teilentleerung der überschüssigen Washcoat-Suspension aus den inneren Hohlräumen des zu beschichtenden Formkörpers mittels Anlegen eines Überdruckes auf der oberen Stirnseite des Formkörpers,
C) Entfernen des nach Schritt B) verbleibenden Überschusses an Washcoat-Suspension aus den inneren Hohlräumen des zu beschichtenden Formkörpers mit Hilfe einer porösen Auflage, die auf derjenigen Stirnseite des Formkörpers, auf der der Überschuss abgeführt werden soll, angebracht ist, wobei der mittlere Porendurchmesser der porösen Auflage kleiner oder gleich dem mittleren Durchmesser der Kanäle des Formkörpers ist.

Die vollständige Entfernung des Überschusses gemäß Schritt C) kann in Kombination mit jeder dem Fachmann geläufigen Methode zur Entleerung von derartigen Formkörpern angewendet werden.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Maßnahme gemäß Schritt C) im Zusammenhang mit der Anwendung von Zentrifugalkräften bzw. Trägheitskräften eingesetzt. Unter Zentrifugalkräften werden diejenigen Kräfte verstanden, die z.B. bei der Beschleunigung oder Abbremsen der Formkörper entstehen und auf ihn einwirken.
Eine Variante des Schrittes B) kann dabei sein, dass die Teilentleerung des Formkörpers ausschließlich durch das Ausfließen der überschüssigen Washcoat-Suspension, bedingt durch deren eigene Gewichtskraft, erfolgt und dann die Restentleerung durch das erfindungsgemäße Entleerungsverfahren unter Verwendung der porösen Auflage erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens werden die Schritte A) und B) mehrmals hintereinander ausgeführt, bevor Schritt C) vorgenommen wird. Insbesondere werden die Schritte A) und B) jeweils dreimal durchlaufen, um sicher zu stellen, dass alle Kanäle bzw. Poren des Formkörpers mit Washcoat-Suspension mindestens einmal vollständig befüllt waren.
Optional kann die Befüllung nach Schritt A) und/oder der Teilentleerungsschritt B) durch Einwirkung von Vibrationen erfolgen, um die Fließeigenschaften der anzusaugenden bzw. auszutreibenden Washcoat-Suspension zu erhöhen.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens werden bereits die Schritte A) und B) in Gegenwart der porösen Auflage durchgeführt, wobei dann die Teilentleerung B) unter gleichzeitiger Anwendung des erfindungsgemäßen Entleerungsprinzipes gemäß Schritt C) erfolgt. Das vorstehend Gesagte gilt auch entsprechend für Dispersionen, Aufschlämmungen oder Lösungen für die Beschichtung der inneren Hohlräume bzw. Kanäle oder Porenstrukturen eines Formkörpers.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine zur Befüllung und Teilentleerung von bereichsweise miteinander verbundenen, im Wesentlichen durch einen Formkörper durchgehenden inneren Hohlräumen eines Formkörpers eingesetzte Vorrichtung (Kolbenzylinderanlage), mit der das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren durchgeführt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 2 ist anhand eines Wabenkörpers erläutert. Natürlich gilt das Gesagte auch für alle anderen Formkörper wie z.B. Keramik- oder Metallschäume. Die Vorrichtung umfasst einen Kolbenzylinder (a) zum Einsaugen bzw. Entleeren der Washcoat-Suspension oder Dispersion, Aufschlämmung oder Lösung, eine Verbindungsplatte (b), die mit dem unteren Ende des Kolbenzylinders fest verbunden ist und mit der oberen Stirnseite der zu beschichtenden Wabe dicht verbunden werden kann, eine Aufnahmeplatte (c), die auf ihrer Oberseite mit der unteren Stirnseite der zu beschichtenden Wabe dicht verbunden werden kann, optional eine oder mehrere Vibrationseinheiten, die an der Aufnahmeplatte (c) befestigt sind, eine hydraulisch bewegliche Aufhängung (f) mit der die Zylindereinheit (a), die Verbindungsplatte (b) und die Aufnahmeplatte (c) gemeinsam horizontal bewegt werden können (Auf- und Abwärtsbewegung), ein Einsaug-/Auslaufrohr (d), das an der untere Seite der Aufnahmeplatte (c) angebracht ist, und eine Vorratswanne (e), in der die Washcoat-Suspension vorgelegt wird.
Die dichte Verbindung der zu beschichtenden Wabe mit der Verbindungsplatte (b) und der Aufnahmeplatte (c) erfolgt vorzugs weise durch Andrücken der Stirnseiten der Waben an entsprechende dichtende Vorrichtungen an den Platten (b) und
Die Verbindungsplatte (b) und die Aufnahmeplatte (c) sind jeweils in dem Bereich, in dem diese die zu befüllende Wabe aufnehmen sollen, durchbrochen, so dass einerseits über den Kolbenzylinder (a) ein Druck bzw. Unterdruck aufgebaut werden kann und andererseits durch das Einsaug-/Auslaufrohr (d) die Washcoat-Suspension angesaugt bzw. ausgepresst werden kann.
Durch das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren bzw. das erfindungsgemäße Entleerungsverfahren lassen sich insbesondere monolithische Katalysatoren oder Katalysatoren auf Metallschaumbasis, die auf einem im Wesentlichen aus TiO₂ oder ähnlichen Metalloxiden wie SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ oder Mischungen davon bestehenden Washcoat basieren, herstellen.
Die nach den erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Katalysatoren lassen sich insbesondere als Katalysatoren in der Reinigung von Abgasen, insbesondere solcher von Verbrennungskraftmaschinen einsetzen.
Mögliche Verwendungen der über das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen Katalysatoren sind insbesondere die Reinigung von Auto- und Dieselabgasen. Weiter können die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Katalysatoren als Zersetzungskatalysatoren für Ammoniak-Precusorenverbindungen, als Oxidationskatalysatoren, als Katalysatoren für die Beseitigung von Stickoxiden und als Katalysatoren für die Reduktion von Stickoxiden eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere zur Herstellung von Katalysatoren eingesetzt werden, bei denen Washcoat-Suspensionen, bestehend aus Trägeroxiden oder Trägeroxidkombinationen, ausgewählt aus der Gruppe enthaltend TiO₂, Al₂O₃, SiO₂, CeO₂, ZrO₂ oder Zeolithe, eingesetzt werden. Die genannten Trägeroxide oder Trägeroxidkombinationen können dabei wiederum mit Metalloxiden dotiert bzw. beschichtet sein. Auch können bereits direkt katalytisch wirksame Massen oder Massen, die direkt zu katalytisch wirksamen Beschichtungen führen, eingesetzt werden.
Vorzugsweise enthält die aktive Masse als zusätzliche Komponenten eine oder mehrere Metalloxidverbindungen ausgewählt aus der Gruppe enthaltend die Oxide des Vanadiums, des Wolframs, Molybdäns, insbesondere V₂O₅, WO₃, MoO₃ oder Edelmetallsalze, insbesondere die des Palladiums, Platins, Rheniums oder Rhodiums.
Die katalytisch aktiven Komponenten können aber auch erst in einem nachgelagerten Schritt, nachdem der erfindungsgemäß beschichtete und entleerte Formkörper einer Temperaturbehandlung unterzogen wurde, aufgebracht werden.
Die in den erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Washcoat-Suspensionen, Dispersionen oder Aufschlämmungen können neben anorganischen Trägeroxiden, Wasser, Additive und katalytische Aktivkomponenten enthalten.
Den in den erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Washcoat-Suspensionen können anorganische Sole, oder Gele, insbesondere SiO₂-, TiO₂-, Al₂O₃-Sole oder -Gele zur Verbesserung der Haftung der resultierenden Beschichtung, Additive wie organische Mono- und Polymere, insbesondere Cellulose-Derivate oder Acrylate als Porenbildner wie auch als Haftvermittler und/oder Tenside als rheologische Hilfsmittel, zugegeben werden.
Für die nach den erfindungsgemäßen Verfahren zu entleerenden bzw. zu beschichtenden Formkörper eignen sich insbesondere Formkörper aus Materialien ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Cordierit, Silicate, Zeolithe, Siliciumdioxid, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid und Aluminate oder Mischungen aus diesen Stoffen sowie Metalle bzw. Metalllegierungen. Besonders bevorzugt sind metallische Trägerstrukturen.
Bevorzugt sind metallische Formkörper, besonders bevorzugt sind komplex strukturierte Metallträger und Metallschäume. Aber auch keramische Waben bzw. Keramikschäume sind einsetzbar. Die erfindungsgemäß verwendbaren Metall- oder Keramikformkörper können dabei durch einen thermischen oder auch chemischen Prozess in der Weise vorbehandelt sein, dass eine später aufgebrachte Schicht in ihrer Haftung verbessert wird. Mit der erfindungsgemäßen Methode können auch Formkörper mit einer hohen bis sehr hohen Zell- bzw. Porendichte entleert werden.
Die auf diese Weise hergestellten Katalysatoren können noch einen Trocknungsschritt und anschließenden Calcinierschritt durchlaufen. Auch die weitere Aufbringung von katalytisch aktiven Verbindungen, wie beispielsweise Edelmetallverbindungen, ist möglich. Die auf diese Weise hergestellten Katalysatoren werden besonders in Gasreinigungsprozessen, insbesondere bei der Reinigung von Autoabgasen, verwendet. Sie lassen sich aber auch in anderen katalytischen Prozessen einsetzen, wie beispielsweise in der chemischen Industrie oder Energieerzeugung.
Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung von Katalysatorträgern mittels eines Befüllschrittes eines Trägerkörpers, der [Def. A1] außen mit einer Washcoat-Suspension und eines sich daran anschließenden Entleerungsschrittes zur Entfernung der überschüssigen Washcoat-Suspension.
Zumindest am Schluss des Entleerungsschrittes wird der befüllte oder noch teilbefüllte Formkörper mit seiner Austrittsstirnseite mit einer porösen Auflage in Kontakt gebracht mit der Maßgabe, dass der mittlere Porendurchmesser bzw. die daraus errechnete Einzelporenquer-schnittsfläche der Auflage nicht größer ist als die Einzelquerschnittsfläche eines repräsentativen Ka nales bzw. Porenkanals an der Stirnaustrittsseite des Katalysatorträgers. Die so beschichteten Katalysatorträger können als Trägerkatalysatoren, insbesondere zur Reinigung von Autoabgasen, eingesetzt werden.
Erläuterung der Figuren:
1 ist eine Illustration des Luftstroms (Pfeile) zum Ausblasen der überschüssigen Washcoat-Suspension in offenen Strukturen. Die Illustration zeigt zwei durch Perforationen miteinander verbundene benachbarte Kanäle als Ausschnitt eines Wabenkörpers. Der Luftstrom folgt bei den perforierten Kanälen dem des geringsten Druckverlustes, wonach in einem solchen Falle durch alleiniges Ausblasen eine Restentleerung aller Kanäle unmöglich wird. Die überschüssige Washcoat-Suspension wird durch die Kapillar-Kräfte in den Kanälen gehalten.
2 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kolbenzylinderanlage.
3 zeigt eine Wabe unmittelbar nach Entnahme aus der Kolbenzylinderanlage gemäß Vergleichsbeispiel 3. Die Kanäle sind auf der Seite der Austrittsfläche (untere Stirnfläche) noch vollständig mit überschüssiger Washcoat-Suspension gefüllt.
4 zeigt eine Wabe gemäß Vergleichsbeispiel 3 nach Einwirken eines Luftstromes (Ausblasen).
5a zeigt die Ansicht einer zu beschichtenden und anschließend von überschüssigem Washcoat zu befreienden Wabe (oben) mit angebrachter zweiter Hilfswabe bzw. Auflage wabe (unten) zum Zwecke der vollständigen Entleerung gemäß Beispiel 4.
5b zeigt eine Detailansicht der aufsteckbaren Hilfs- bzw. Auflagewabe gemäß Beispiel 4 wobei zu erkennen ist, dass zur Gewährleistung des vollständigen Anliegens der unteren Austrittsfläche der zu entleerenden Wabe (nicht gezeigt) mit der oberen Stirnfläche der Hilfswabe ein kleiner Teil der Wabenhülle durch Abfrasen entfernt wurde.
6 ist eine Ansicht der unteren Austrittsfläche einer gemäß dem Beispiel 4 vollständig von überschüssigem Washcoat befreiten beschichteten Wabe.
7 ist eine Ansicht der unteren Austrittsfläche einer gemäß dem Vergleichsbeispiel 5 ausschließlich durch Zentrifugieren behandelten Wabe ohne Anwendung einer Hilfswabe.
8 ist eine Ansicht der unteren Austrittsfläche einer gemäß dem Beispiel 6 durch Zentrifugieren in Gegenwart einer Hilfswabe behandelten Wabe.
9 ist eine Ansicht der unteren Austrittsfläche einer gemäß dem Beispiel 7 behandelten Wabe (Ausblasen), wobei durch nicht vollständiges Anliegen der Hilfswabe über die gesamte Fläche der Austrittsfläche der von überschüssigem Washcoat zu befreienden Wabe noch teilweise nicht entleerte Kanäle zu erkennen sind.
10 ist eine Ansicht der unteren Austrittsfläche einer gemäß dem Beispiel 8 behandelten Wabe (Ausblasen), wobei die Unebenheiten auf der oberen Stirnseite der Hilfswabe, die ein vollständiges planparalleles Aufliegen der Hilfswabe über die gesamte Austrittsfläche verhindern, durch Einbringen eines flexiblen Netzes zwischen Austrittsfläche der von überschüssigem Washcoat zu befreienden Wabe und der oberen Stirnfläche der Hilfswabe, ausgeglichen werden.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern und sind in keinem Fall als Einschränkung zu verstehen.
Beispiel 1: Herstellung einer typischen Washcoat-Suspension
100 g TiO₂ mit einer BET-Oberflache von 80 m²/g werden in 80 g Wasser eingerührt, anschließend werden 40 g eines wässrigen SiO₂-Sols (Gehalt an SiO₂: 40%) als Binder zugegeben und danach wird die Suspension in einer Zahnrad-Kolloid-Mühle homogenisiert. Die resultierende Washcoat-Suspension hat eine Viskosität von etwa 4100 mpa·s.
Beispiel 2: Befüllen und Teilentleerung von Waben
2.1 Beschreibung der Befüll- und Teilentleerungsanlage:
Die Befüllung wie auch Teilentleerung der Wabenkörper wurden mit Hilfe einer Kolbenzylinderanlage gemäß 2 durchgeführt.
Die Anlage besteht im wesentlichen aus einem Kolbenzylinder (a) zum Einsaugen bzw. Entleeren der Washcoat-Suspension, einer Verbindungsplatte (b), die an dem unteren Ende des Einsaugzylinders fest mit dem Saugzylinder verbunden ist und die in ihrer Unterseite so dimensioniert ist, dass exakt die obere Stirnseite der Wabe mit dem Saugzylinder durch Andrücken einer Aufnahmeplatte (c) dicht verbunden werden kann. Wahlweise können auf der Aufnahmeplatte (c) eine oder mehrere Vibrationseinheiten befestigt werden. Diese Haltevorrichtung (Platten (c) und (b)) lässt sich gemeinsam mit der Zylindereinheit (a) hydraulisch über die Aufhängung (f) auf und ab bewegen.
Auf der Aufnahmeplatte (c), deren obere Seite so gestaltet ist, dass die untere Stirnseite der Wabe aufgenommen werden kann, ist auf der unteren Seite ein Einsaug-/Auslaufrohr (d) angeflanscht. Ergänzt wird die Versuchsanlage durch eine Vorratswanne (e), in der die Washcoat-Suspension eingefüllt wird.
2.2 Allgemeine Durchführung der Befüllung bzw. Teilentleerung eines Wabenkörpers
Die Washcoat-Suspension aus Beispiel 1 wird in der Vorratswanne (e) vorgelegt und zwar mindestens soviel, dass während des späteren Befüllvorganges das Einsaugrohr (d) immer vollständig in die Washcoat-Suspension eintaucht. Dann wird die Wabe in die Haltevorrichtung umfassend die Platten (b) und (c) durch hydraulisches Andrücken der Aufnahmeplatte (c) mit Wabe auf die Verbindungsplatte (b) dicht eingesetzt und die Kolbenzylindereinheit (a) gemeinsam mit der Haltevorrichtung umfassend die Platten (b) und (c) hydraulisch über die Aufhängung (f) soweit nach unten gefahren, dass das Eintauchrohr (d) in die Washcoat-Suspension eintaucht. Anschließend wird der Zylinderkolben (a) (ebenfalls hydraulisch) nach oben gefahren, wodurch die Washcoat-Suspension über das Saugrohr (d) in die Wabe gesaugt wird. Der Kolbenhub wird dabei so eingestellt, dass die Washcoat-Suspension mindestens soweit angesaugt wird, dass die obere Stirnfläche der Wabe voll bedeckt ist. Durch ein schnelles Absenken des Kolbens (a) wird ein Großteil der überschüssigen Washcoat-Suspension wieder in die Vorratswanne (e) herausgedrückt. Dieser Vorgang wird mindestens 2mal wiederholt, womit sichergestellt ist, dass alle Kanäle mindestens einmal voll befüllt (geflutet) waren.
Zur besseren Befüllung/Entleerung der Wabe wird während des gesamten Vorganges der an der Aufnahmeplatte (c) befestigte Vib rator in Betrieb genommen (Druckluftvibrator: Fa. Netter, NFP 18 s, Nennfrequenz bei 6 bar = 7700 min''¹, Fliehkraft bei 6 bar = 128 N) um die Fließeigenschaft der Washcoat-Suspension durch das Anlegen einer Vibrationsfrequenz zu verbessern.
Nach drei Einpump- und Ausdrückvorgängen wird der Kolben nach dem letzten Ausdruckvorgang eine Minute lang unten gehalten. Danach wird der Zylinderkolben (a) gemeinsam mit der Haltevorrichtung umfassend die Platten (b) und (c) pneumatisch über die Aufhängung (f) wieder nach oben bewegt, wobei schließlich das Auslaufrohr (d) nicht mehr in die Washcoat-Suspension eintaucht. Die Wabe kann nach entsprechender Druckentlastung (Entspannen der Hydraulik an der Haltevorrichtung) zur weiteren Bearbeitung (Restentleerung) entnommen werden.
Vergleichsbeispiel 3: Beschichtung eines metallischen Trägerkörpers (Wabe) mit Mischerfunktion unter Verwendung einer Vibrationseinheit sowie einer Restentleerung mit einem Luftstrom
Eine komplexstrukturierte Metallwabe mit Mischerfunktion (Fa. Emitec, Typ: MI) mit einer Länge von 7,5 cm, einem Durchmesser von 7 cm sowie einer Zelldichte von 200 cpsi wird bei 750°C in einem Calcinierofen unter Luftatmosphäre thermisch 4 h vorbehandelt. Die auf Raumtemperatur abgekühlte Wabe wird dann mittels der unter Beispiel 2.2 beschriebenen Verfahrensweise befüllt. Danach wurde die Versuchswabe entnommen. In 3 ist die untere Stirnseite der Versuchswabe abgebildet. Es ist deutlich zu erkennen, dass die ganze untere Stirnfläche der Wabe noch mit Washcoat-Suspension bedeckt ist.
Sofort im Anschluss daran wird durch die Wabe für die Dauer von 1 Min. ein Luftstrom (ca., 200 m³/h) zur Restentleerung durchgeblasen (Ausblasen). Wie in 4 zu erkennen ist, führt jedoch auch diese Maßnahme zu keinem befriedigendem Ergebnis. Nur ein geringer Anteil der Kanäle wird durch den Luftstrom vollständig entleert.
Beispiel 4: Beschichtung eines metallischen Trägerkörpers mit Mischerfunktion unter Verwendung einer Vibrationseinheit sowie einer porösen Unterlage in Form einer zweiten Trägerwabe
Der im Vergleichsbeispiel 3 beschriebene Versuch wurde wiederholt mit dem Unterschied, dass an der Unterseite der zu entleerenden Wabe eine zweite Wabe als poröse Unterlage aufgesteckt wird (vgl. 5a) und auf das Ausblasen verzichtet wird. Damit ein direkter Flächenkontakt zwischen der zu entleerenden Wabe und aufgesteckten Hilfswabe hergestellt wird, wird ein kleiner Teil der Wabenhülle der Hilfswabe abgefräst (vgl. 5b). Mit dieser Kombination (5a) wurde dann die gleiche Befüll- bzw. Entleerungsprozedur durchgeführt.
In 6 ist das Ergebnis des Entleervorgangs zu sehen. Man kann deutlich erkennen, dass durch Verwendung der zweiten Hilfswabe und dem vollständigen Kontakt der Auflageflächen beider Waben alle Kanäle der zu entleerenden Wabe vollständig von überschüssigem Washcoat befreit werden konnten.
Vergleichsbeispiel 5: Beschichtung eines metallischen Trägerkörpers mit Mischerfunktion unter Verwendung einer Vibrationseinheit sowie einem nachfolgenden Zentrifugationsschritt zur Restentleerung
Der im Vergleichsbeispiel 3 beschriebene Versuch wird wiederholt mit der Ausnahme, dass zur Restentleerung die Versuchswabe in eine Zentrifuge (d = 600 mm) eingebracht und dort bei einer Umdrehungszahl von 140 upm für die Dauer von 0,5 Min. zentrifugiert wurde.
In 7 ist das Ergebnis zu sehen: Nach dem Zentrifugieren war zwar ein großer Teil der restlichen Washcoat-Suspension aus der Metallwabe entfernt, die Austrittsfläche war jedoch noch fast vollständig mit überschüssiger Washcoat-Suspension verschlossen. Eine Verwendung einer solchen Wabe ohne weitere Nachbehandlung zur Restentfernung des Washcoats wäre nicht möglich.
Beispiel 6: Beschichtung eines metallischen Trägerkörpers mit Mischerfunktion unter Verwendung einer Vibrationseinheit sowie einem nachfolgenden Zentrifugationsschritt unter Verwendung einer porösen Auflage
Der in Vergleichsbeispiel 5 beschriebene Versuch wird wiederholt, mit dem Unterschied, dass vor dem Zentrifugationsschritt eine zweite Hilfswabe aufgesteckt wird, bei der, um einen direkten Flächenkontakt zu gewährleisten, ein Teil der oberen Wabenhülle entfernt ist.
Wie aus 8 ersichtlich, ist nun die ganze Austrittsfläche der Wabe frei von Washcoat-Suspension.
Beispiel 7: Beschichtung eines metallischen Trägerkörpers mit Mischerfunktion unter Verwendung einer Vibrationseinheit sowie einer porösen Unterlage in Form einer zweiten Trägerwabe, bei der jedoch die Stirnflächen nur teilweise einen direkten Kontakt miteinander haben
Der in Beispiel 4 beschriebene Versuch wird wiederholt, mit dem Unterschied, dass die zueinander stehenden Flächen der zu entleerenden Wabe und der Hilfswabe (Auflagenwabe) keinen vollständigen, sich über die gesamte Austrittsfläche erstreckenden Kontakt hatten. Dies wird dadurch provoziert, dass als Auflagenwabe bewusst eine Wabe mit nicht ganz planarer Stirnfläche benutzt wird.
In 9 ist die Austrittsseite der Versuchwabe nach dem Beschichtungsversuch zu sehen. Bereits eine kleine Störung des Flächenkontaktes führt zu einer unvollständigen Entleerung und damit Teilverstopfung der Kanäle.
Beispiel 8: Beschichtung eines metallischen Trägerkörpers mit Mischerfunktion unter Verwendung einer Vibrationseinheit sowie einer Kombination aus Wabe und Netz als poröse Unterlage
Der in Beispiel 7 beschriebene Versuch wird wiederholt, mit dem Unterschied, dass zwischen den sich gegenüberliegenden nicht vollständig planparallelen Flächen zusätzlich eine Lage aus einem flexiblen Netz (Fadenstärke: 0,3 mm, Maschenweite: 1,2 mm·1,2 mm) gelegt wird. Im Gegensatz zum Versuch nach Beispiel 7 waren nach dem Beschichtungsprozess bei der zu beschichtenden und zu entleerenden (von überschüssigem Washcoat zu befreienden) Wabe nun alle Kanäle frei von Washcoat-Suspension (10).

Claims

Verfahren zum Entfernen eines Überschusses einer Flüssigkeit aus einem Formkörper mit zwei gegenüberliegenden planaren Stirnflächen, der mit der Flüssigkeit zu beschichtende innere Hohlräume und/oder Kanäle aufweist, wobei nach dem Einbringen der Flüssigkeit in die inneren Hohlräume und/oder Kanäle in einem ersten Entleerungsschritt der überwiegende Anteil an überschüssiger Flüssigkeit durch Einwirkung einer äußeren Kraft entfernt wird und in einem zweiten Entleerungsschritt der im Formkörper nach dem ersten Entleerungsschritt verbleibenden Restanteil überschüssiger Flüssigkeit durch das In-Kontaktbringen des Formkörpers an derjenigen Stirnfläche, an der der Überschuss abgeführt wurde, mit einer porösen und/oder Kanäle aufweisenden Auflage entfernt wird, wobei der Poren- und/oder Kanaldurchmesser der Auflage geringer als oder gleich ist wie der Durchmesser der inneren Hohlräume und/oder Kanäle des Formkörpers.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit eine Lösung, Suspension, Dispersion oder Aufschlämmung ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Suspension eine Washcoat-Suspension ist und das Einbringen der Washcoat-Suspension durch Ansaugen der Washcoat-Suspension durch die inneren Hohlräume und/oder Kanäle des zu beschichtenden Formkörpers mittels Anlegen eines Unterdruckes auf der oberen Stirnfläche des Formkörpers erfolgt, während auf der unteren Stirnfläche Washcoat-Suspension zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der erste Entleerungsschritt der überschüssigen Washcoat-Suspension mittels Anlegen eines Überdruckes auf der oberen Stirnseite des Formkörpers durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen des restlichen Überschusses im zweiten Entleerungsschritt in Verbindung mit der Anwendung eines auf die inneren Hohlräume und/oder Kanäle des Formkörpers gerichteten Luftstromes und/oder durch Anwendung von Zentrifugalkräften und/oder durch alleiniges Ausfließen der überschüssigen Washcoat-Suspension, bedingt durch deren eigene Gewichtskraft, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse und/oder Kanäle aufweisende Auflage ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend offenporige Schwämme, Netze, Vliese, und noch unbehandelte Formkörper der gleichen Art wie der zu entleerende Formkörper.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zu beschichtende bzw. zu entleerende Formkörper aus einem Material besteht, das ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend Cordierit, Silicate, Zeolithe, Siliciumdioxid, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid und Aluminate oder Mischungen aus diesen Stoffen sowie Metalle bzw. Metalllegierungen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zu beschichtende bzw. zu entleerende Formkörper offene und/oder komplexe Strukturen aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtenden bzw. zu entleerenden Formkörper perforierte Kanäle oder Porenstrukturen aufweisen.
Verwendung eines Formkörpers erhältlich nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Katalysator.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, umfasend einer Kolbenzylinder (a) zum Einsaugen bzw. Entleeren einer Washcoat-Suspension eine Verbindungsplatte (b), die mit dem unteren Ende des Kolbenzylinders fest verbunden ist und mit der oberen Stirnseite eines zu beschichtenden Formkörpers dicht verbunden werden kann, eine Aufnahmeplatte (c), die auf ihrer Oberseite mit der unteren Stirnseite des zu beschichtenden Formkörpers dicht verbunden werden kann, optional eine oder mehrere Vibrationseinheiten, die an der Aufnahmeplatte (c) befestigt sind, eine hydraulisch bewegliche Aufhängung (f) mit der die Zylindereinheit (a), die Verbindungsplatte (b) und die Aufnahmeplatte (c) gemeinsam horizontal nach oben und nach unten bewegt werden können, ein Einsaug-/Auslaufrohr (d), das an der unteren Seite der Aufnahmeplatte (c) angebracht ist und eine Vorratswanne (e), in der die Washcoat-Suspension vorgelegt wird.