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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Filters zur
Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom, wobei der Filter aus
einem keramischen Material gefertigt wird, in welchem Mikrorisse
enthalten sind. Die Erfindung geht weiterhin von einem Filter zur
Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 12 aus.
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Derartige
Filter werden zum Beispiel bei der Abgasnachbehandlung selbstzündender
Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere in dieselbetriebenen Kraftfahrzeugen,
eingesetzt. Üblicherweise sind solche Filter zur Entfernung
von Partikeln, so genannte Partikelfilter aus den keramischen Materialien Siliziumcarbid,
Aluminiumtitanat und/oder Cordierit gefertigt. Die Partikelfilter
sind im Allgemeinen in Form einer wabenförmigen Keramik
mit wechselseitig verschlossenen Kanälen ausgebildet. Derartige Partikelfilter
besitzen einen Filtrationswirkungsgrad von mehr als 80% bis regelmäßig > 90%. Die Schwierigkeit
besteht jedoch nicht alleine in der Filtration der Rußpartikel
sondern auch in der Regeneration des Filters. Hierzu werden Kraftstoff
oder seine Zersetzungsprodukte in einer Abgasnachbehandlung, die den
Partikel umfasst, katalytisch oxidiert, um die zur Zündung
des Rußes notwendigen Temperaturen zu erzeugen. Während
der heißeren Regenerationsphasen werden höchste
Anforderungen an die thermische Stabilität des Filters
gestellt.
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Thermochemische
Reaktionen des Filtermaterials mit Abgaskomponenten und sich während
des Betriebs über die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs auf
dem Filter ansammelnde Aschen, zum Beispiel aus Öl, Kraftstoff,
Kraftstoffadditiven oder Motorenabrieb, vermindern die mechanische
und thermochemische Festigkeit keramischer Filter. Durch thermochemische
Reaktion gealterte Filter, insbesondere wenn diese aus den Werkstoffen
Cordierit und Aluminiumtitanat gefertigt sind, weisen eine höhere
Ausfallwahrscheinlichkeit auf als nicht gealterte Filter. Mit hoher
thermischer Belastung nimmt die Ausfallwahrscheinlichkeit zu.
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Aufgrund
des Herstellungsprozesses weisen insbesondere Cordierit und andere
keramische Materialien eine Reihe von Mikrorissen im Gefüge
auf. Diese Mikrorisse sind teilweise erwünscht, und leisten
einen wesentlichen Beitrag beispielsweise zur Filterwirkung oder
Katalysatorwirkung der Funktionselemente. Die Mikrorisse führen
zwar zu einer geringeren Festigkeit des keramischen Materials, jedoch gleichzeitig
auch zu einem niedrigeren Elastizitätsmodul und einem geringeren
Wärmeausdehnungskoeffizienten und tragen dazu bei, dass
thermische Spannungen in der Keramik abgebaut werden und die thermische
Belastbarkeit erhöht wird. Ein niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient
und ein niedriges Elastizitätsmodul gewährleisten
geringe induzierte Spannungen bei thermischer Belastung des Substrats.
Dies ist insbesondere darauf zurück zu führen, dass
die Mikrorisse im keramischen Trägermaterial sich nach
und nach bei Temperaturerhöhung schließen und
so einen Puffer für die thermische Ausdehnung bilden.
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Auf
dem keramischen Träger wird üblicherweise eine
katalytische Beschichtung aufgebracht. Diese Beschichtung wird häufig
auch als „Washcoat" bezeichnet. Für diese Beschichtung
werden im Allgemeinen keramische Materialien, zum Beispiel poröses
Aluminiumoxid (Al2O3)
auf eine gewünschte Partikelgröße gemahlen,
anschließend eine Suspension mit einer gewissen Teilchengrößenverteilung
erzeugt, und diese Suspension, die auch Slurry genannt wird, auf
den keramischen Träger aufgebracht.
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Das
Problem dieses bekannten Verfahrens besteht jedoch darin, dass die
Suspensionen auch kleinste Partikel enthalten, die in die Mikrorisse
des keramischen Trägers eindringen können. Dies
bewirkt, dass sich diese Mikrorisse bei einer Erwärmung
des keramischen Trägers nicht in dem oben beschriebenen
Maße schließen können. Hierdurch erhöht
sich der Wärmeausdehnungskoeffizient des keramischen Trägers
und es treten unerwünschte, erhöhte thermische
Spannungen auf.
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Neben
den Partikeln des Washcoats können während des
Betriebs des Filters auch die sich ansammelnden Aschen in die Mikrorisse
eindringen, was den vorstehend beschriebenen Effekt weiter verstärkt.
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Um
zu vermeiden, dass bei dem Auftrag der katalytischen Beschichtung
keine Partikel in die Mikrorisse eindringen können, ist
es zum Beispiel aus
US-A
2005/0037147 bekannt, die Mikrorisse zunächst
durch organische Polymere zu verschließen. Hierzu wird
das Filtersubstrat zunächst mit einer Lösung,
die darin dispergierte oder gelöste organische Polymere
enthält, getränkt. Die Lösung dringt
in die Mikrorisse ein, in denen sich organische Polymere abscheiden
und so die Mikrorisse verschließen. Anschließend
wird der Washcoat aufgetragen. Bei einer anschließenden
thermischen Behandlung verdampfen die organischen Polymere vollständig
und geben so die Mikrorisse wieder frei.
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Nachteil
hierbei ist es jedoch, dass nach der Entfernung der organischen
Polymere ein Ascheeintrag oder eine nachträgliche teilweise
Füllung der Mikrorisse mit Washcoatpartikeln erfolgen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines
Filters zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere
zur Entfernung von Russpartikeln aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine,
umfasst folgende Schritte:
- (a) Benetzen eines
Filtersubstrates aus einem keramischen Material mit einer Partikel
enthaltenden Dispersion, wobei die Partikel eine maximale Ausdehnung
von 200 nm aufweisen,
- (b) Trocknen und/oder Kalzinieren des Filtersubstrates.
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Das
keramische Material, aus welchem das Filtersubstrat gefertigt ist,
wird vorzugsweise ausgewählt aus Cordierit, Aluminiumtitanat
und Siliziumcarbid. Besonders bevorzugt ist das keramische Metall
Cordierit, da dieses das preislich günstigste ist. Hierdurch
wird es ermöglicht, günstige Filter herzustellen.
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Aufgrund
des Herstellungsprozesses weisen die keramischen Materialien eine
Reihe von Mikrorissen im Gefüge auf. Diese Mikrorisse leisten
einen wesentlichen Beitrag zur Filterwirkung oder Katalysatorwirkung
der Funktionselemente. Zudem tragen die Mikrorisse dazu bei, dass
thermische Spannungen in der Keramik abgebaut werden und hierdurch
die thermische Belastbarkeit erhöht wird. Dies ist insbesondere
darauf zurückzuführen, dass die Mikrorisse im keramischen
Trägermaterial sich nach und nach bei Temperaturerhöhung
schließen und so einen Puffer für die thermische
Ausdehnung bilden.
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Aufgrund
der geringen Größe mit der maximalen Ausdehnung
von 100 nm dringen die Partikel, die in der Dispersion enthalten
sind, in die Mikrorisse ein. Dies ist insbesondere auch darauf zurückzuführen,
dass die Mikrorisse im Allgemeinen eine Spaltweite von 100 bis 1000
nm, überwiegend im Bereich von 200 bis 400 nm aufweisen.
Durch das Benetzen des Filtersubstrates werden auf diese Weise die
Mikrorisse gefüllt. Hierdurch wird vermieden, dass später
Partikel in die Mikrorisse eindringen können. Da die Partikel
in einer Dispersion enthalten sind, füllen sich die Mikrorisse
nach dem Verdampfen des Lösungsmittels der Dispersion nicht
vollständig, so dass weiterhin ein ausreichendes Schließen
der Mikrorisse möglich ist, um eine hinreichende Temperaturstabilität
zu erzielen. Durch die Füllung mit den Partikeln wird jedoch
vermieden, dass zum Beispiel Aschen während des Betriebes
in die Mikrorisse eindringen können.
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Damit
die Partikel während eines Kalzinierungsschrittes bei der
Herstellung des Filters oder während der Regeneration des
Filters im laufenden Betrieb, bei der hohe Temperaturen von bis
zu 1000°C auftreten können, nicht beschädigt
werden, ist es bevorzugt, temperaturstabile Materialien zu verwenden.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Partikel nicht mit dem Filtersubstrat
reagieren. Geeignete Materialien für die Partikel sind
daher zum Beispiel Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder Mischungen daraus.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform werden die Partikel untereinander
mit Hilfe anorganischer Binder auf Basis von Aluminiumoxid, Siliziumoxid
oder Alumosilikaten verklebt. Ein geeigneter anorganischer Binder
ist zum Beispiel Böhmit. Der anorganische Binder scheidet
sich auf den Partikeln ab und vernetzt dort. Hierdurch werden die
einzelnen Partikel miteinander verbunden. Damit sich die Mikrorisse
bei Aufbringen von thermischen Spannungen weiterhin schließen
können, ist es jedoch erforderlich, dass der Verbund, der
sich durch das Verkleben der Partikel bildet, flexibel ist. Aufgabe
dieses Verbundes ist es, dass bei weiteren Verfahrensschritten der
Herstellung des Filters und im späteren Betrieb des Filters
keine Partikel in die Mikrorisse eindringen können.
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Die
Partikel weisen vorzugsweise ein Verhältnis von maximaler
zu minimaler Ausdehnung, das sogenannte Aspektverhältnis,
im Bereich von 1 bis 20, bevorzugt von ungefähr 10 auf.
Die Partikel liegen dabei zum Beispiel in Form von Stäbchen, Plättchen,
Scheiben oder Mischungen daraus vor. Bei einem derartigen Aspektverhältnis
hat sich gezeigt, dass auch nach einem Verkleben der Partikel die
für den Ausgleich thermischer Spannungen notwendige Flexibilität
erhalten bleibt.
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Zur
Herstellung der Dispersion, mit der das Filtersubstrat aus dem keramischen
Material benetzt wird, sind die Partikel vorzugsweise in wässrigen, sauren
Medien dispergiert. Abhängig von dem Material der Partikel
können diese jedoch auch in basischen oder neutralen wässrigen
Medien oder in alkoholischen Medien dispergiert sein. Der Dispersion können
weiterhin auch geeignete Additive zugegeben sein. Dies sind zum
Beispiel Dispergiermit tel, damit die Dispersion stabil bleibt. Geeignete
Dispergiermittel sind zum Beispiel Methyl- und Ethylcellulosen.
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Das
Benetzen des Filtersubstrates aus dem keramischen Material mit der
Partikel enthaltenden Dispersion erfolgt zum Beispiel durch Besprühen, Tauchen,
Tränken oder ähnliche Beschichtungsprozesse. Bevorzugt
wird das Filtersubstrat aus keramischem Material in die Partikel
enthaltende Dispersion eingetaucht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird auf das Filtersubstrat
in einem weiteren Schritt nach dem Benetzen des Filtersubstrates
mit der Partikel enthaltenden Dispersion und einem gegebenenfalls durchgeführten
Trocknen des Filtersubstrates in einem weiteren Schritt eine Oberflächenbeschichtung aufgebracht.
Die Oberflächenbeschichtung ist zum Beispiel eine katalytisch
aktive Beschichtung, wie sie dem Fachmann bekannt ist.
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Als
Beschichtungsmaterial für die Oberflächenbeschichtung
eignen sich zum Beispiel Aluminiumoxid, Aluminiumoxidhydrate, Zirkondioxid,
Siliziumdioxid oder Titandioxid. Diese Substanzen sind im Allgemeinen
mit einem Oxid eines Metalls der dritten bis fünften Nebengruppe,
einem Oxid eines Lanthanoiden, einschl. des Lanthan oder einer Mischung
eines oder mehrerer dieser Oxide dotiert. Besonders bevorzugt ist
ein Oxid des Cer, Praseodym oder Neodym.
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Die
Oberflächenbeschichtung wird zum Beispiel in Form von Partikeln
als Schlicker oder als Sol durch Besprühen, Tauchen, Tränken
oder ähnliche Beschichtungsprozesse auf das keramische
Filtersubstrat aufgebracht. Weiterhin sind auch auf Vakuum basierende
Beschichtungsprozesse geeignet.
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Geeignete
Deckschichten werden zum Beispiel durch Kombination von Nanopartikeln,
das heißt Partikel mit einem mittleren Durchmesser < 1 μm,
und Mikropartikeln, das heißt Partikel mit einem mittleren
Durchmesser > 1 μm,
mitunter mit bi- oder polymodaler Partikelgrößenverteilung,
erzielt.
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Durch
die in den Mikrorissen enthaltenen Partikel können während
des Beschichtungsprozesses zur Herstellung der Oberflächenbeschichtung keine
Partikel in die Mikrorisse eindringen.
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Zur
Fixierung der Oberflächenbeschichtung wird das Filtersubstrat
nach dem Auftragen des partikelhaltigen Schlickers oder des Sols
vorzugsweise in einem weiteren Schritt getrocknet und/oder kalziniert.
Das Trocknen erfolgt dabei vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich
von 100 bis 250°C, das Kalzinieren bei Temperaturen im
Bereich von 400 bis 800°C.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin einen Filter zur Entfernung von Partikeln
aus einem Gasstrom, insbesondere von Russpartikeln aus einem Abgasstrom
einer Verbrennungskraftmaschine, der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt wird. Ein erfindungsgemäßer
Filter umfasst ein Filtersubstrat aus einem keramischen Material,
wobei das keramische Material Mikrorisse aufweist. In den Mikrorissen
sind Partikel aus einem temperaturstabilen Material enthalten. Die
Partikel enthalten vorzugsweise Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder
Mischungen daraus. Das keramische Material für das Filtersubstrat ist
vorzugsweise Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Cordierit oder Sintermetall.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer
erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung,
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2 ein
erfindungsgemäßes Filtersubstrat im Längsschnitt,
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3 eine
schematische Darstellung des beschichteten Filtersubstrates,
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4 einen
Ausschnitt aus einem keramischen Partikel mit Mikroriss, der mit
stäbchenförmigen Partikeln gefüllt ist,
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5 einen
Ausschnitt aus einem keramischen Partikel mit Mikroriss, der mit
scheibenförmigen Partikeln gefüllt ist,
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6 einen
Ausschnitt aus einem keramischen Partikel mit Mikroriss, der mit
plättchenförmigen Partikeln gefüllt ist.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit
einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung ist ein Filter, in welchem Rußpartikel
aus dem Abgasstrom entfernt werden.
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Ein
Verbrennungskraftmaschine 10 ist über ein Abgasrohr 12 verbunden,
in dem eine Filtereinrichtung 14 angeordnet ist. Mit der
Filtereinrichtung 14 werden Rußpartikel aus dem
im Abgasrohr 12 strömenden Abgas herausgefiltert.
Dies ist insbesondere bei Dieselkraftmaschinen erforderlich, um
gesetzliche Bestimmungen einzuhalten.
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Die
Filtereinrichtung 14 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 16,
in dem ein im vorliegenden Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisches,
insgesamt ebenfalls zylindrisches Filtersubstrat 18 angeordnet ist.
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2 zeigt
ein erfindungsgemäßes Filtersubstrat im Längsschnitt.
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Das
Filtersubstrat 18 ist zum Beispiel als extrudierter Formkörper
aus einem keramischen Material, z. B. Magnesium-Aluminium-Silikat,
bevorzugt Cordierit, hergestellt. Das Filtersubstrat 18 wird
in Richtung der Pfeile 20 von Abgas durchströmt.
Das Abgas tritt über eine Eintrittsfläche 22 in
das Filtersubstrat 18 ein und verlässt dieses über
eine Austrittsfläche 24.
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Parallel
zu einer Längsachse 26 des Filtersubstrats 18 verlaufen
mehrere Eintrittskanäle 28 im Wechsel mit Austrittskanälen 30.
Die Eintrittskanäle 28 sind an der Austrittsfläche 24 verschlossen.
In der hier dargestellten Ausführungsform sind hierzu Verschlussstopfen 36 vorgesehen.
Anstelle der Verschlussstopfen 36 ist es jedoch auch möglich,
dass Eintrittskanäle 28 sich zur Austrittsflache 24 hin
verjüngen, bis sich die Wandungen des Eintrittskanals 28 berühren
und der Eintrittskanal 28 so verschlossen wird. In diesem
Fall weist der Eintrittskanal 28 in Richtung parallel zur
Längsachse 26 einen dreieckförmigen Querschnitt
auf.
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Entsprechend
sind die Austrittskanäle 30 an der Austrittsfläche 24 offen
und im Bereich der Eintrittsfläche 22 verschlossen.
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Der
Strömungsweg des ungereinigten Abgases führt somit
in einen der Eintrittskanäle 28 und von dort durch
eine Filterwand 38 in einen der Austrittskanäle 30.
Exemplarisch ist dies durch die Pfeile 32 dargestellt.
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In 3 ist
eine schematische Darstellung des beschichteten Filtersubstrats
dargestellt. Eine Filterwand 38 ist aus einem keramischen
Filtersubstrat gefertigt. Das keramische Filtersubstrat besteht aus
einzelnen Kristalliten 40, die im Allgemeinen durch Sintern
miteinander verbunden sind. Das keramische Filtersubstrat ist vorzugsweise
Siliziumcarbid, Aluminiumtitanat oder Cordierit. Auch sind Mischungen
dieser Materialien möglich. Zwischen den einzelnen Kristalliten 40 des
keramischen Filtersubstrats befinden sich Poren 42, welche
von dem zu reinigenden Gasstrom durchströmt werden. Die
Partikel, die im Gasstrom enthalten sind, werden vom keramischen
Filtersubstrat der Filterwand 38 zurückgehalten.
Die Partikel, die aus dem Gasstrom entfernt werden, setzen sich
auch in den Poren 42 ab. Hierdurch verringert sich der
freie Querschnitt in der Filterwand 38 und der Druckverlust über
die Filterwand 38 steigt an. Aus diesem Grund ist es erforderlich,
in regelmäßigen Abstanden die Partikel aus den
Poren zu entfernen. Dies geschieht im Allgemeinen durch thermische
Regeneration, indem der Filter auf eine Temperatur von mehr als
600°C aufgeheizt wird. Bei dieser Temperatur verbrennen
die in der Regel organischen Partikel zu Kohlendioxid und Wasser
und werden gasförmig aus dem Partikelfilter ausgetragen.
Da jedoch auch anorganische Bestandteile enthalten sind, sogenannte
Aschen, erfolgt die Verbrennung im Allgemeinen nicht rückstandsfrei.
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Die
Kristallite 40 des keramischen Filtersubstrates sind im
Allgemeinen mit einer Oberflächenbeschichtung 44 beschichtet.
Die Oberflächenbeschichtung ist üblicherweise
katalytisch aktiv, um zum Beispiel im Abgas enthaltenes CO zu CO2 und im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffe
zu CO2 und H2O zu
oxidieren sowie Stickstoffoxide zu Stickstoffund Sauerstoff zu reduzieren. Üblicherweise
enthält die Oberflächenbeschichtung 44 Partikel,
die ein katalytisch aktives Material enthalten. Die Partikel werden üblicherweise
zu einer keramischen Beschichtung gesintert. Die Herstellung derartiger
Oberflächenbeschichtungen 44 ist dem Fachmann
bekannt.
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In
den einzelnen Kristalliten 40 sind im Allgemeinen Mikrorisse 46 enthalten.
Bei hohen Temperaturen kann sich das Material ausdehnen, indem die Mikrorisse 46 geschlossen
werden. Hierdurch werden Spannungen im Gefüge aus den Kristalliten 40 abgebaut.
Sind die Mikrorisse 46 durch Komponenten, die aus dem Beschichtungsprozess
stammen, oder durch Asche vollständig oder teilweise verstopft, kann
das Filtersubstrat sich nicht in genügendem Maße
ausdehnen. Hierdurch können sich lokal sehr hohe Spannungen
aufbauen, die insbesondere bei hohen Temperaturen unter hydrothermalen
Bedingungen zur reversiblen Rissbildung führen können. Das
Filtersubstrat 18 reißt auf.
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Um
ein Verschließen der Mikroporen 46 mit Partikeln
des Beschichtungsmaterials zu verhindern und ein Eindringen von
Asche beim laufenden Betrieb zu vermeiden, werden die Mikrorisse 46 erfindungsgemäß mit
Partikeln gefüllt.
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In
den 4, 5 und 6 ist exemplarisch
ein Mikroriss 46 in einem Kristalliten 40 dargestellt,
der jeweils mit Partikeln unterschiedlicher Form gefüllt
ist. In 4 ist der Mikroriss 46 mit
stäbchenförmigen Partikeln 48 gefüllt,
in 5 ist ein Mikroriss 46 dargestellt, der
mit scheibenförmigen Partikeln 50 gefüllt
ist und in 6 ein Mikroriss 46,
der mit plättchenförmigen Partikeln 52 gefüllt
ist.
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Zum
Füllen der Mikrorisse 46 mit den Partikeln 48, 50, 52 wird
das Filtersubstrat 18 mit einer Dispersion benetzt, die
die Partikel 48, 50, 52 enthält. Dabei
kann die Dispersion entweder die stäbchenförmigen
Partikel 48, die scheibenförmigen Partikel 50 oder
die plättchenförmigen Partikel 52 enthalten.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Dispersion Mischungen
aus unterschiedlichen Partikelformen enthält. Neben den
hier dargestellten stäbchenförmigen 48,
scheibenförmigen 50 und plättchenförmigen 52 Partikeln
können die Partikel auch jede beliebige weitere Form annehmen,
die ein Aspektverhältnis von 2 bis 20, insbesondere von
ungefähr 10 aufweist.
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Das
Einfüllen der Partikel in die Mikrorisse erfolgt durch
das Benetzen des Filtersubstrats 18. Dies erfolgt zum Beispiel
durch Besprühen, Tauchen, Tränken oder ähnliche
Beschichtungsprozesse. Bevorzugt wird das Filtersubstrat 18 in
die Dispersion, die die Partikel 48, 50, 52 enthält,
eingetaucht. Aufgrund der an den Mikrorissen 46 auftretenden
Kapillarkräfte dringt die die Partikel 48, 50, 52 enthaltende Dispersion
in diese ein. Die Abscheidung kann weiterhin durch eine Variation
der Konzentration der Partikel 48, 50, 52 in
der Dispersion eingestellt werden. Die Konzentration wird üblicherweise
so gewählt, dass eine bestmögliche Füllung
der Mikrorisse 46 erhalten wird. Bei einer zu geringen
Konzentration ist die Füllung der Mikrorisse 46 nicht
ausreichend. Bevorzugt liegt die Konzentration der Partikel 48, 50, 52 in
der Dispersion im Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt im Bereich
von 2 bis 5 Gew.-%. Bei der Benetzung des Filtersubstrates 18 mit
der Dispersion, die die Partikel 48, 50, 52 enthält,
ist es gewünscht, dass der Großteil der Partikel 48, 50, 52 in
den Mikrorissen 46 abgeschieden wird. Es ist jedoch möglich, dass
ein Teil der Partikel 48, 50, 52 an den
Kanalwänden oder in den Poren 42 abgeschieden
wird. Der Anteil der hier abgeschiedenen Partikel sollte jedoch so
gering sein, dass die Partikel 48, 50, 52,
die an den Kanalwänden oder in den Poren 42 abgeschieden
wurden, nicht zu einer signifikanten Erhöhung des Gegendrucks
führen. Eine Abscheidung von Partikeln 48, 50, 52 an
den Kanalwänden oder in den Poren 42 wird sich
im Allgemeinen nicht vollständig vermeiden lassen. Durch
Variation der Konzentration, der Viskosität oder durch
Aufbringen eines Druckstoßes oder eines Vakuums lässt
sich die Abscheidung von Partikeln 48, 50, 52 auf
Kanalwänden oder in Poren 42 reduzieren.
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Nach
dem Benetzen des Filtersubstrates 18 mit der Dispersion
wird diese im Allgemeinen getrocknet. Hierdurch werden die flüssigen
Bestandteile der Dispersion verdampft. Im Mikroriss 46 bleiben die
Partikel 48, 50, 52 zurück und
füllen diesen. Der Anteil der Partikel 48, 50, 52 in
den Poren wird vorzugsweise so gewählt, dass sich die Poren
beim Auftreten von thermischen Spannungen noch schließen können,
um diese ausgleichen zu können.
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In
einer Ausführungsform ist es möglich, dass die
Partikel 48, 50, 52 in den Mikrorissen 46 miteinander
verklebt werden. Dies erfolgt im Allgemeinen mit Hilfe anorganischer
Binder auf Basis von Aluniniumoxid, Siliziumoxid oder Alumosilikaten.
Der Binder ist im Allgemeinen in der Dispersion enthalten und härtet
während des Trockungsvorgangs aus.
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Der
derart durch Verkleben der Partikel 48, 50, 52 hergestellte
Verbund ist flexibel, so dass ein Schließen der Mikrorisse 46 weiterhin
möglich ist.
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Durch
die in den Mikrorissen 46 enthaltenen Partikel 48, 50, 52 sind
diese derart befüllt, dass keine weiteren Partikel in die
Mikrorisse 46 eindringen können. Die weiteren
Partikel werden zum Beispiel während des Beschichtungsprozesses
zur Herstellung der Oberflächenbeschichtung mit dem Filtersubstrat 18 in
Kontakt gebracht. Weiterhin können Aschepartikel, die während
des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine mit Hilfe des Filters
aus dem Abgas ausgefiltert werden sollen, aufgrund der Füllung
der Mikrorisse 46 mit den Partikeln 48, 50, 52,
nicht mehr in die Mikrorisse eindringen. Somit werden die Mikrorisse 46 nicht
mehr durch Aschen während des Betriebes verstopft, so dass
ein Verschließen der Mikrorisse 46 zum Ausgleich
von thermischen Spannungen weiterhin möglich ist. Die Lebensdauer
des Filters wird erhöht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2005/0037147
A [0008]