DE102018127957A1

DE102018127957A1 - Partikelfilter mit mehreren Beschichtungen

Info

Publication number: DE102018127957A1
Application number: DE102018127957.4A
Authority: DE
Inventors: Martin Foerster; Benjamin Barth; Manuel Gensch; Jan Schoenhaber
Original assignee: Umicore AG and Co KG
Current assignee: Umicore AG and Co KG
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2020-05-14
Also published as: EP3877635A1; US20210404357A1; CN113366202A; WO2020094766A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung ist auf einen Wandflussfilter, ein Verfahren zu seiner Herstellung und die Verwendung des Filters in der Minderung schädlicher Abgase eines Verbrennungsmotors gerichtet. Der Wandflussfilter wurde hergestellt, indem der Filter zumindest zweimal hintereinander mit einem Pulver-Gas-Aerosol beaufschlagt wurde.

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf einen Wandflussfilter, ein Verfahren zu seiner Herstellung und die Verwendung des Filters in der Minderung schädlicher Abgase eines Verbrennungsmotors gerichtet. Der Wandflussfilter wurde hergestellt, indem der Filter zumindest zweimal hintereinander mit einem Pulver-Gas-Aerosol beaufschlagt wurde.
Das Abgas von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen enthält typischerweise die Schadgase Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC), Stickoxide (NO_x) und gegebenenfalls Schwefeloxide (SO_x), sowie Partikel, die weitgehend aus festen kohlenstoffhaltigen Teilchen und gegebenenfalls anhaftenden organischen Agglomeraten bestehen. Diese werden als Primäremissionen bezeichnet. CO, HC und Partikel sind Produkte der unvollständigen Verbrennung des Kraftstoffs im Brennraum des Motors. Stickoxide entstehen im Zylinder aus Stickstoff und Sauerstoff der Ansaugluft, wenn die Verbrennungstemperaturen 1200°C überschreiten. Schwefeloxide resultieren aus der Verbrennung organischer Schwefelverbindungen, die in nicht-synthetischen Kraftstoffen immer in geringen Mengen enthalten sind. Die Einhaltung künftig in Europa, China, Nordamerika und Indien geltender gesetzlicher Abgasgrenzwerte für Kraftfahrzeuge erfordert die weitgehende Entfernung der genannten Schadstoffe aus dem Abgas. Zur Entfernung dieser für Umwelt und Gesundheit schädlichen Emissionen aus den Abgasen von Kraftfahrzeugen sind eine Vielzahl katalytischer Abgasreinigungstechnologien entwickelt worden, deren Grundprinzip üblicherweise darauf beruht, dass das zu reinigende Abgas über einen Durchfluss- (flow-through) oder einen Wandfluss- (wall-flow) -wabenkörper mit einer darauf aufgebrachten katalytisch aktiven Beschichtung geleitet wird. Der Katalysator fördert die chemische Reaktion verschiedener Abgaskomponenten unter Bildung unschädlicher Produkte wie beispielsweise Kohlendioxid, Wasser und Stickstoff.
Die eben beschriebenen Durchfluss- oder Wandflusswabenkörper werden auch als Katalysatorträger, Träger oder Substratmonolithe bezeichnet, tragen sie doch die katalytisch aktive Beschichtung auf ihrer Oberfläche bzw. in den diese Oberfläche bildenden Wänden. Die katalytisch aktive Beschichtung wird häufig in einem sogenannten Beschichtungsvorgang in Form einer Suspension auf den Katalysatorträger aufgebracht. Viele derartige Prozesse sind in der Vergangenheit von Autoabgaskatalysatorherstellern hierzu veröffentlicht worden ( EP1064094B1 , EP2521618B1 , WO10015573A2 , EP1136462B1 , US6478874B1 , US4609563A , WO9947260A1 , JP5378659B2 , EP2415522A1 , JP2014205108A2 ).
Für die jeweils möglichen Methoden der Schadstoffumwandlung im Katalysator ist die Betriebsart des Verbrennungsmotors entscheidend. Dieselmotoren werden meist mit Luftüberschuss betrieben, die meisten Ottomotoren mit einem stöchiometrischen Gemisch aus Ansaugluft und Kraftstoff. Stöchiometrisch heißt, dass im Mittel genau so viel Luft zur Verbrennung des im Zylinder vorhandenen Kraftstoffs zur Verfügung steht, wie für eine vollständige Verbrennung benötigt wird. Das Verbrennungsluftverhältnis Ä (A/F-Verhältnis; Luft/Kraftstoffverhältnis) setzt die tatsächlich für eine Verbrennung zur Verfügung stehende Luftmasse m_L,tats ins Verhältnis zur stöchiometrischen Luftmasse m_L,st: $λ = \frac{m_{L, tats}}{m_{L, st}}$
Ist Ä < 1 (z. B. 0,9) bedeutet dies „Luftmangel“, man spricht von einem fetten Abgasgemisch, λ > 1 (z. B. 1,1) bedeutet „Luftüberschuss“ und das Abgasgemisch wird als mager bezeichnet. Die Aussage Ä = 1,1 bedeutet, dass 10% mehr Luft vorhanden ist, als zur stöchiometrischen Reaktion notwendig wäre.
Sofern im vorliegenden Text von mager verbrennenden Kraftfahrzeugmotoren die Rede ist, so wird hiermit hauptsächlich auf Dieselmotoren und überwiegend im Mittel mager verbrennende Ottomotoren Bezug genommen. Letztere sind überwiegend im Mittel mit magerem A/F-Verhältnis (Luft/Kraftstoff-Verhältnis; Ä > 1) betriebene Benzinmotoren. Dagegen werden die meisten Benzinmotoren mit im Mittel stöchiometrischen Verbrennungsgemisch betrieben. Der Ausdruck „im Mittel“ nimmt dabei Rücksicht auf die Tatsache, dass moderne Benzinmotoren nicht statisch bei einem festen Luft/Kraftstoffverhältnis (A/F-Verhältnis; λ-Wert) betrieben werden. Vielmehr wird durch die Motorsteuerung ein Gemisch mit einem diskontinuierlichen Verlauf der Luftzahl λ um λ = 1,0 vorgegeben, wodurch sich ein periodischer Wechsel von oxidierenden und reduzierenden Abgasbedingungen ergibt. Dieser Wechsel der Luftzahl λ ist wesentlich für das Abgasreinigungsergebnis. Hierzu wird der λ-Wert des Abgases mit sehr kurzer Zyklenzeit (ca. 0,5 bis 5 Hertz) und einer Amplitude Δλ, von 0,005 ≤ Δλ ≤ 0,07 um den Wert λ = 1.0 geregelt. Im Durchschnitt ist in solchen Betriebszuständen daher das Abgas als „im Mittel“ stöchiometrisch zu bezeichnen. Damit sich diese Abweichungen nicht nachteilig auf das Abgasreinigungsergebnis bei Überleiten des Abgases über den Dreiwegkatalysator auswirken, gleichen die im Dreiwegkatalysator enthaltenen Sauerstoffspeichermaterialien diese Abweichungen aus, indem sie Sauerstoff nach Bedarf aus dem Abgas aufnehmen oder ins Abgas abgeben (R. Heck et al., Catalytic Air Pollution Control - Commercial Technology, Wiley, 2. Auflage 2002, Seite 87). Aufgrund der dynamischen Betriebsweise des Motors im Fahrzeug treten zeitweise jedoch weitere Abweichungen von diesem Zustand auf. Zum Beispiel bei starken Beschleunigungen oder im Schubbetrieb können Betriebszustände des Motors und damit des Abgases eingestellt werden, die im Mittel über- oder unterstöchiometrisch sein können. Mager verbrennende Ottomotoren weisen dagegen ein Abgas auf, welches überwiegend, d.h. in der überwiegenden Zeit des Verbrennungsbetriebs ein im Mittel mageres Luft/Kraftstoffverhältnis verbrennt.
Die Schadgase Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe können in einem mageren Abgas durch Oxidation an einem geeigneten Oxidationskatalysator unschädlich gemacht werden. Bei einem stöchiometrisch betriebenen Verbrennungsmotor können alle drei Schadgase (HC, CO und NOx) über einen Dreiwegkatalysator beseitigt werden.
Die Reduktion der Stickoxide zu Stickstoff („Entstickung“ des Abgases) ist wegen des hohen Sauerstoffgehaltes eines mager verbrennenden Motors schwieriger. Ein bekanntes Verfahren ist hier die selektive katalytische Reduktion der Stickoxide (Selective Catalytic Reduction; SCR) an einem geeigneten Katalysator, kurz SCR-Katalysator genannt. Dieses Verfahren gilt gegenwärtig für die Entstickung von Magermotorenabgasen als bevorzugt. Die Verminderung der im Abgas enthaltenden Stickoxide erfolgt im SCR-Verfahren unter Zuhilfenahme eines aus einer externen Quelle in den Abgasstrang eindosierten Reduktionsmittels. Als Reduktionsmittel wird Ammoniak eingesetzt, welches die im Abgas vorhandenen Stickoxide am SCR-Katalysator zu Stickstoff und Wasser umsetzt. Das als Reduktionsmittel verwendete Ammoniak kann durch Eindosieren einer Ammoniakvorläuferverbindung, wie beispielsweise Harnstoff, Ammoniumcarbamat oder Ammoniumformiat, in den Abgasstrang und anschließende Hydrolyse verfügbar gemacht werden.
Zur Entfernung der Partikelemissionen sind Dieselpartikelfilter bzw. Benzinpartikelfilter mit und ohne zusätzliche katalytisch aktive Beschichtung geeignete Aggregate. Zur Erfüllung der gesetzlichen Normen ist es für die aktuellen und zukünftigen Applikationen zur Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren aus Kostengründen aber auch aus Bauraumgründen wünschenswert, Partikelfilter mit anderen katalytisch aktiven Funktionalitäten zu kombinieren. Der Einsatz eines Partikelfilters - ob katalytisch beschichtet oder nicht - führt zu einer im Vergleich zu einem Durchflussträger gleicher Abmessungen merklichen Erhöhung des Abgasgegendrucks und damit zu einer Verringerung des Drehmoments des Motors oder möglicherweise vermehrtem Kraftstoffverbrauch. Um den Abgasgegendruck nicht noch weiter zu erhöhen, werden die Mengen an oxidischen Trägermaterialien für die katalytisch aktiven Edelmetalle des Katalysators bzw. oxidischen Katalysatormaterialien bei einem Filter in der Regel in geringeren Mengen aufgebracht als bei einem Durchflussträger. Dadurch ist die katalytische Wirksamkeit eines katalytisch beschichteten Partikelfilters einem gleich groß dimensionierten Durchflussmonolithen häufig unterlegen.
Es hat schon einige Anstrengungen gegeben, Partikelfilter bereitzustellen, die eine gute katalytische Aktivität durch eine aktive Beschichtung aufweisen und einen dennoch möglichst geringen Abgasgegendruck aufweisen. Zum einen hat es sich als günstig erwiesen, wenn die katalytisch aktive Beschichtung nicht als Schicht auf der Wand eines porösen Wandflussfilters befindlich ist, sondern die Wand des Filters mit dem katalytisch aktiven Material zu durchsetzen ( WO2005016497A1 , JPH01-151706, EP1789190B1 ). Hierfür wird die Partikelgröße der katalytischen Beschichtung so gewählt, dass die Partikel in die Poren der Wandflussfilter eindringen und dort durch Kalzinieren fixiert werden können.
Eine weitere Funktionalität des Filters, die durch eine Beschichtung verbessert werden kann, ist seine Filtrationseffizienz, also die Filterwirkung selbst. In der WO2011151711A1 wird eine Methode beschrieben, mit der ein nicht beschichteter oder katalytisch beschichteter Filter mit einem trockenen Aerosol beaufschlagt wird. Das Aerosol wird durch die Verteilung eines pulverförmigen hochschmelzenden Metalloxids bereitgestellt und mittels eines Gasstroms über die Einlassseite eines Wandflussfilters geführt. Hierbei agglomerieren die einzelnen Partikel mit einer Partikelgröße von 0,2 µm bis 5 µm zu einem verbrückten Netzwerk an Partikeln und werden als Schicht auf der Oberfläche der einzelnen den Wandflussfilter durchziehenden Einlasskanäle abgeschieden. Die typische Beladung eines Filters mit dem Pulver beträgt hier zwischen 5 g und 50 g pro Liter Filtervolumen. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es nicht erwünscht ist, mit dem Metalloxid eine Beschichtung in den Poren des Wandflussfilters zu erreichen.
Eine weitere Methode zur Erhöhung der Filtrationseffizienz von katalytisch nicht aktiven Filtern wird in der WO2012030534A1 beschrieben. Hierbei wird auf den Wänden der Strömungskanäle der Einlassseite eine Filtrationsschicht („discriminating layer“) durch Ablagerung von keramischen Partikel über ein Partikelaerosol erzeugt. Die Schichten bestehen aus Oxiden von Zirkon, Aluminium oder Silicium, bevorzugt in Faserform von 1 nm bis 5 µm und haben eine Schichtdicke von mehr als 10 µm, in der Regel 25 µm bis 75 µm. Nach dem Beschichtungsprozess werden die aufgetragenen Pulverpartikel in einem Wärmeprozess kalziniert.
Ein weiteres Verfahren bei dem zur Erhöhung der Filtrationseffizienz von katalytisch nicht aktiven Wandflussfiltern eine Membran („trapping layer“) auf den Oberflächen der Einlasskanäle von Filtern erzeugt wird, ist in der Patentschrift US8277880B2 beschrieben. Die Filtrationsmembran auf den Oberflächen der Einlasskanäle wird durch Durchsaugen eines mit Keramikpartikeln (z. B. Siliciumcarbid, Cordierit) beladenen Gasstroms realisiert. Der Wabenkörper wird nach dem Aufbringen der Filterschicht bei Temperaturen von größer 1000°C gebrannt um die Haftfestigkeit der Pulverschicht auf den Kanalwänden zu erhöhen. In EP2502661A2 und EP2502662B1 werden weitere Aufwandbeschichtungen durch Pulverapplikation erwähnt.
Eine Beschichtung innerhalb der Poren eines Wandflussfilteraggregats mittels Verdüsung von trockenen Partikeln wird in der US8388721B2 beschrieben. Hier soll allerdings das Pulver tief in die Poren eindringen. 20 % bis 60 % der Oberfläche der Wand soll für Rußpartikel zugänglich, demnach offenbleiben. Abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Pulver-Gas-Gemisches kann ein mehr oder minder starker Pulvergradient zwischen Einlass- und Auslassseite eingestellt werden.
Ebenfalls wird die Einbringung des Pulvers in die Poren, z. B. mithilfe eines Aerosolgenerators, in der EP2727640A1 beschrieben. Hier wird ein nicht katalytisch beschichteter Wandflussfilter mit einem z. B. Aluminiumoxidpartikel enthaltenden Gasstroms dergestalt beschichtet, dass die kompletten Partikel, die eine Partikelgröße von 0,1 µm bis 5 µm aufweisen, als poröse Füllung in den Poren des Wandflussfilters abgeschieden werden. Die Partikel selber können eine weitere Funktionalität des Filters zusätzlich zu der Filterwirkung realisieren. Beispielhaft werden diese Partikel in einer Menge von mehr als 80 g/l bezogen auf das Filtervolumen in den Poren des Filters abgeschieden. Sie füllen dabei 10 % bis 50 % des Volumens der gefüllten Poren in den Kanalwänden aus. Dieser Filter weist sowohl mit Ruß beladen wie auch ohne Ruß eine gegenüber dem unbehandelten Filter verbesserte Filtrationseffizienz bei einem geringeren Abgasgegendruck des mit Ruß beladenen Filters auf. Trotzdem besteht weiterhin Bedarf an Partikelfiltern, bei denen die Filtrationseffizienz im Hinblick auf den Abgasgegendruck optimiert ist.
Die EP1576998A2 beschreibt die Herstellung einer dünnen Membran, <5µm, auf der Ausgangsseite der porösen Zellwand. Die poröse Membran wird aus Nanopartikeln mit Durchmessern zwischen 20 und 200 nm hergestellt. Zur Fixierung der Membran auf der Auslassseite des Wandflussfilters erfolgt hier eine abschließende Kalzinierung.
US9745227B2 beschreibt die Herstellung eines Aufwandlayers mit porösen Partikelagglomeraten mit einem Durchmesser zwischen 10 und 200 µm. Diese Agglomerate wiederum werden in einem vorgelagerten Prozess aus Partikel mit Abmessungen zwischen 0,01 bis 5 µm hergestellt. Der aufgebrachte Layer muss anschließend noch kalziniert werden.
Die WO18115900A1 nennt die oxidischen Pulver synthetische Asche mit einem d90 < 1 µm. Damit werden die Filter dergestalt beschichtet, dass ein gepacktes Bett an synthetischer Asche auf den Filterwänden entsteht.
Es sind aber zusätzliche Anforderungen für den Partikelfilter vorhanden, für die Lösungen gesucht werden. Dies betrifft z.B. den verbesserten Rußabbrand und die Einbringung zusätzlicher reaktiver Zonen zur Steuerung der katalytischen Reaktionen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen entsprechenden ggf. katalytisch aktivierten Partikelfilter anzugeben, bei dem eine ausreichende Filtrationseffizienz gekoppelt ist mit einer möglichst geringen Erhöhung des Abgasgegendrucks. Sofern eine katalytische Funktion im Filter vorhanden ist, sollte diese ausreichend vorhanden sein. Der Entwicklungs- und Herstellprozess soll möglichst robust, kostengünstig und flexibel sein.
Diese und weitere sich aus dem Stand der Technik in naheliegender Weise ergebenden Aufgaben werden durch die Angabe eines Partikelfilters gemäß den Ansprüchen 1 bis 14 erfüllt. Ansprüche 15 bis 20 sind auf die Herstellung eines erfindungsgemäßen Partikelfilters gerichtet. Anspruch 21 und 22 zielt auf die Verwendung des Partikelfilters zur Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren ab.
Dadurch, dass man einen Wandflussfilter zur Verminderung der Schadstoffe im Abgas eines Verbrennungsmotors bereitstellt, wobei der trockene Filter auf dessen Eingangsoberfläche zumindest zweimal hintereinander mit unterschiedlichen, trockenen Pulver-Gas-Aerosolen, welche jeweils zumindest eine hochschmelzende Verbindung aufweisen, gezielt beaufschlagt wurde, gelangt man überaus erfolgreich zur Lösung der gestellten Aufgabe.
Das Beaufschlagen des trockenen, ggf. katalytisch beschichteten Filters mit dem trockenen Pulver-Gas-Aerosol führt dazu, dass sich die Pulverteilchen dem Strom des Gases folgend auf der Oberfläche der Eingangsseite des Filters und ggf. in den Poren des Filters abscheiden (1). Diese Prozedur wird erfindungsgemäß mindestens zweimal mit unterschiedlichen Pulvern hintereinander in vorzugsweise gleicher Weise durchgeführt, siehe dazu auch 6 und 10. Man erhält mithin ein Produkt, welches ggf. wie z.B. in 2 und 3 schematisch dargestellt aussieht. Durch die mindestens zweimalige Beaufschlagung des Filters mit jeweils unterschiedlichen Pulvern lässt sich die Filtrationseffizienz bzw. der Abgasgegendruck des Filters im Konzert mit ggf. zusätzlichen katalytischen Funktionen gut auf die jeweiligen Gegebenheiten im Abgasstrang eines Automobils einstellen. Die Entwicklung der jeweils den unterschiedlichen Anforderungen angepassten Designs ist kostengünstig und flexibel, da man die unterschiedlichen Schichten separat entwickeln kann und später je nach Bedarf miteinander kombinieren kann. Auch der Herstellprozess ist kostengünstig, da man in der gleichen Anlage z.B. mit zwei und mehr Applikatoren zeitlich direkt hintereinander nur um sekundenbruchteile getrennt mehrere unterschiedliche Pulvertypen, welche ggf. unterschiedliche Funktionen ausüben, aufgeben kann.
Die hier beschriebenen ggf. vorher katalytisch beschichteten und anschließend mit Pulvern beaufschlagten Filter unterscheiden sich von denen, die im Abgasstrang eines Fahrzeugs durch Ascheablagerung während des Betriebs entstehen. Erfindungsgemäß werden die ggf. katalytisch aktiven Filter gezielt mit einem bestimmten, trockenen Pulver bestäubt. Dies führt dazu, dass die Balance zwischen Katalyse, Filtrationseffiziens und Abgasgegendruck von Anfang an gezielt eingestellt werden kann. Nicht mitumfasst von der vorliegenden Erfindung sind daher Wandflussfilter, bei denen undefinierte Ascheablagerungen aus der Verbrennung von Kraftstoff z.B. im Zylinder während des Fahrbetriebs oder mittels eines Brenners erfolgt sind.
Trocken im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet demgemäß den Ausschluss der Anwendung einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser. Gerade die Herstellung einer Suspension des Pulvers in einer Flüssigkeit zur Verdüsung in einen Gasstrom sollte vermieden werden. Sowohl für den Filter als auch für das Pulver kann eine gewisse Feuchte ggf. tolerierbar sein, sofern das Erreichen des Ziels - die möglichst fein verteilte Abscheidung des Pulvers in oder auf der Eingangsoberfläche des Filters - nicht negativ beeinflusst wird. In der Regel ist das Pulver rieselfähig und durch Energieeintrag zerstäubbar. Die Feuchtigkeit des Pulvers bzw. des Filters im Zeitpunkt der Beaufschlagung mit dem Pulver sollte weniger als 20 %, bevorzugt weniger als 10 % und ganz besonders bevorzugt weniger als 5 % (gemessen bei 20°C und Normaldruck ISO 11465 neueste Fassung am Anmeldetag) betragen. Es wird angenommen, dass das trockene Verdüsen von ausreichend kleinen Pulverpartikeln im trockenen Zustand dazu führt, dass die Partikel nicht agglomerieren.
Als Wandflussmonolithe oder Wandflussfilter können alle im Stand der Technik üblichen keramischen Materialien eingesetzt werden. Bevorzugt werden poröse Wandflussfiltersubstrate aus Cordierit, Siliziumcarbid oder Aluminiumtitanat eingesetzt. Diese Wandflussfiltersubstrate weisen An- und Abströmkanäle auf, wobei jeweils die abströmseitigen Enden der Anströmkanäle und die anströmseitigen Enden der Abströmkanäle gegeneinander versetzt mit gasdichten „Stopfen“ verschlossen sind. Hierbei wird das zu reinigende Abgas, das das Filtersubstrat durchströmt, zum Durchtritt durch die poröse Wand zwischen An- und Abströmkanal gezwungen, was eine exzellente Partikelfilterwirkung bedingt. Die Filter können symmetrisch oder asymmetrisch sein. Dies bedeutet, dass die Anströmkanäle entweder gleich groß wie die Abströmkanäle sind oder aber die Anströmkanäle sind gegenüber den Abströmkanälen vergrößert, sprich sie besitzen eine größere sogenannte „open frontal area“ (OFA) verglichen mit den Abströmkanälen. Durch die Porosität, Poren-/Radienverteilung, und Dicke der Wand kann die Filtrationseigenschaft für Partikel ausgelegt werden. Die offene Porosität der unbeschichteten Wandflussfilter beträgt in der Regel mehr als 40 %, generell von 40 % bis 75 %, besonders von 50 % bis 70 % [gemessen nach DIN 66133 - neueste Fassung am Anmeldetag]. Die durchschnittliche Porengröße (mittlerer Porendurchmesser; d50) der unbeschichteten Filter beträgt wenigstens 7 µm, z. B. von 7 µm bis 34 µm, bevorzugt mehr als 10 µm, insbesondere mehr bevorzugt von 10 µm bis 25 µm oder ganz bevorzugt von 15 µm bis 20 µm [gemessen nach DIN 66134 neueste Fassung am Anmeldetag]. Die fertiggestellten Filter mit einer mittleren Porengröße (d50) von in der Regel 10 µm bis 20 µm und einer Porosität von 50 % bis 65 % sind besonders bevorzugt.
Das Aerosol aus dem Gas und dem Pulver kann nach Maßgabe des Fachmannes oder erfindungsgemäß wie weiter hinten dargestellt hergestellt werden. Hierzu wird gemeinhin ein Pulver mit einem Gas vermischt (http://www.tsi.com/Aerosolgeneratoren-und-dispergierer/; https://www.palas.de/de/product/aerosolgeneratorssolidparticles). Dieses so hergestellte Gemisch aus dem Gas und dem Pulver wird dann vorteilhafter Weise über einen Gasstrom in die Einlassseite des Wandflussfilters geführt. Unter Einlassseite wird der durch die Anströmkanäle/Eingangskanäle gebildete Teil des Filters gesehen. Die Eingangsoberfläche wird durch die Wandoberflächen der Anströmkanäle/Eingangskanäle auf der Eingangsseite des Wandflussfilters gebildet. Für die Auslassseite gilt entsprechendes.
Als Gase zur Herstellung des Aerosols und zum Eintragen in den Filter können alle dem Fachmann für den vorliegenden Zweck infrage kommende Gase herangezogen werden. Ganz besonders bevorzugt ist der Einsatz von Luft. Es können jedoch auch andere Reaktionsgase herangezogen werden, die entweder eine oxidierende (z.B. O₂, NO₂) oder eine reduzierende (z.B. H₂) Aktivität gegenüber dem eingesetzten Pulver entwickeln können. Ebenfalls kann sich bei bestimmten Pulvern der Einsatz von Inertgasen (z.B. N₂) oder Edelgasen (z.B. He) als vorteilhaft erweisen. Auch Mischungen der aufgezählten Gase sind vorstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Filter vor der Beaufschlagung mit dem ersten Pulver-Gas-Aerosol katalytisch beschichtet worden sein. Unter katalytischer Beschichtung wird vorliegend die Fähigkeit verstanden, schädlich Bestandteile des Abgases von Verbrennungsmotoren in weniger schädliche zu verwandeln. Insbesondere sind hier die Abgasbestandteile NOx, CO und HC sowie Partikel zu nennen. Diese katalytische Aktivität wird nach Maßgabe des Fachmanns durch eine Beschichtung des Wandflussfilters mit einem katalytisch aktiven Material bereitgestellt. Unter dem Begriff des Beschichtens wird demgemäß das Aufbringen von katalytisch aktiven Materialien auf den Wandflussfilter verstanden. Hierbei kann die Beschichtung entweder in die poröse Filterwand, oder auf die selbige aufgebracht werden. Im letzteren Fall können demnach sowohl die Einlass- sowie die Auslasskanäle ggf. zoniert beschichtet werden. Die Beschichtung übernimmt die eigentliche katalytische Funktion. Vorliegend erfolgt die Beschichtung durch das Aufbringen einer entsprechend wenig viskosen wässrigen Suspension - auch Washcoat genannt - oder Lösung der katalytisch aktiven Komponenten auf den Wandflussfilter, siehe z. B. gemäß EP1789190B1 . Nach dem Aufbringen der Suspension/Lösung wird der Wandflussfilter getrocknet und gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur kalziniert. Der katalytisch beschichtete Filter besitzt vorzugsweise eine Beladung von 20 g/l bis 200 g/l, vorzugsweise 25 g/l bis 150 g/l. Die geeignetste Beladungsmenge eines in der Wand beschichteten Filters hängt von seiner Zelldichte, seiner Wandstärke und der Porosität ab. Bei gängigen mittelporösen Filtern (<60% Porosität) mit z.B. 200 cpsi Zelldichte und 8 mil Wandstärke liegt die bevorzugte Beladung bei 20 g/l bis 50 g/l (bezogen auf das äußere Volumen des Filtersubstrats). Hochporöse Filter (>60% Porosität) mit z.B. 300 cpsi und 8 mil haben eine bevorzugte Beladungsmenge von 25 g/l bis 150 g/l besonders bevorzugt von 50 g/l bis 100 g/l.
Im Prinzip sind alle dem Fachmann für den Autoabgasbereich bekannten Beschichtungen für die vorliegende Erfindung geeignet. Bevorzugt kann die katalytische Beschichtung des Filters ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Dreiwegkatalysator, SCR-Katalysator, Stickoxidspeicherkatalysator, Oxidationskatalysator, Rußzündbeschichtung. Hinsichtlich der einzelnen in Frage kommenden katalytischen Aktivitäten und deren Erklärung wird auf die Ausführungen in der WO2011151711A1 verwiesen. Besonders vorteilhaft besitzt dieser eine katalytisch aktive Beschichtung aufweisend mindestens eine Komponente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus metallionenausgetauschten Zeolithen, Cer/Zirkoniummischoxid, Aluminiumoxid und Palladium, Rhodium oder Platin oder Kombinationen dieser Edelmetalle.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform wird der Wandflussfilter so mit einem ersten Pulver-Gas-Aerosol beaufschlagt, dass sich das Pulver bei der ersten Beaufschlagung in den Poren der Filterwände niederschlägt und diese zumindest bis zur Eingangsoberfläche auffüllt und dabei keine zusammenhängende Schicht auf den Wänden des Filters über die gesamte Länge des Filters ausbildet (1). Durch das Abscheiden des Pulvers in den Poren der Wände des Wandflussfilters kann die Ausbildung einer Schicht des Pulvers auf der Eingangsoberfläche des Filters vermieden werden. Dazu sollte eine bestimmte Menge an Pulver bei der Beaufschlagung nicht überschritten werden. Ansonsten würden sich die Poren erfindungsgemäß füllen und alles weitere Material würde sich dann nur noch auf den Kanalwänden des Wandflussfilters absetzen können. Im Rahmen der Erfindung ist das Merkmal des Nichtvorhandenseins einer zusammenhängenden Pulverschicht auf den Wänden des Filters also dahingehend zu verstehen, dass zumindest keine komplett durchgängige Schicht von Pulver auf den Eingangsoberflächen des Filters vorliegt (1). Vorteilhafter Weise erscheint bei einer Aufsicht auf die Filterwand weniger als 60 %, mehr bevorzugt <70 % und ganz bevorzugt <80 % als mit Pulver bedeckt. Eine optische Analyse der Eingangsoberfläche kann für diese Auswertung dienen. Wenn nicht nur die Poren gefüllt werden sollen, sondern auch eine Aufwandlayer (Pulverabscheidung auf der Eingangsoberfläche in Form einer Schicht) angestrebt wird, dann ist der Einsatz hochporöser Pulver wie z.B. die pyrogenen Oxide bevorzugt, um den Druckverlust nicht zu stark zu erhöhen.
Die Menge an erstem Pulver hängt von der Art des Pulvers und dem Volumen der zur Verfügung stehenden Poren ab und kann unter den gegebenen Randbedingungen (nicht zu hoher Abgasgegendruck) vom Fachmann in vorläufigen Versuchen bestimmt werden. In der Regel liegt die Beladung des Filters mit dem Pulver bei nicht mehr als 50 g/l bezogen auf das Filtervolumen. Bevorzugt beträgt der Wert nicht mehr als 20 g/l, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 10 g/l. Eine untere Grenze bildet naturgemäß die angestrebte Erhöhung der Filtrationseffizienz. Wird die erste Pulverablagerung aus pyrogenen Pulvern gebildet, dann sind Mengen von < 5 g/l, mehr bevorzugt < 3 g/l und ganz bevorzugt < 2 g/l möglich.
Erfindungsgemäß wird auf die erste Pulverschicht, die entweder - wie gerade als vorteilhaft beschrieben - ausschließlich in den Poren des Wandflussfilters und/oder auf die Eingangsoberfläche der Einlassseite des Filters appliziert wird, anschließend zumindest eine zweite Pulverschicht vorteilhaft in gleicher Art und Weise abgeschieden. Die Gesamtmenge des im Wandflussfilter abgeschiedenen Pulvers sollte final vorteilhafter Weise so dimensioniert sein, dass der Abgasgegendruck noch im für den Anwendungsbereich akzeptablen Regionen liegt. Gemeinhin beträgt die Gesamtmenge an im Filter verbleibendem Pulver unterhalb von 100 g/l, vorzugsweise bis zu 80 g/l und bevorzugt bis zu 70 g/l, ganz bevorzugt < 50 g/l.
Das erste Pulver unterscheidet sich von dem zweiten in seinen physikalischen Parametern (Teilchengröße, Vernetzungsgrad, umströmbare äußere Oberfläche, innere Oberfläche, Kornform und Stampfdichte) und/oder in seiner chemischen Zusammensetzung. So kann z.B. eines der applizierten Pulver eine katalytische Aktivität besitzen und/oder mit katalytisch aktiven weiteren Substanzen belegt sein (2 und 3). Vorzugsweise ist zumindest eines der Pulver, bei zwei Pulvern vorzugsweise nur das zweite, ebenfalls hinsichtlich der Verminderung der Schadstoffe im Abgas eines Verbrennungsmotors katalytisch aktiv. Es sei diesbezüglich auf die weiter hinten adressierten katalytischen Aktivitäten verwiesen. Neben den katalytischen Funktionen kann das erste bzw. weitere Pulver auch folgende Funktionen innehaben:

• Auffangen von funktionale Partikel
• Haftvermittler für funktionale Partikel
• Erhöhung der Filtrationseffizienz,
• Speicherung von Abgaskomponenten
• Trennschicht, z.B. als Schutz gegen Crosscontamination
• Veränderung der lokalen Permeabilität des Filters

Das oder die Pulver können als Fängermaterial für funktionale Partikel (z.B. katalytisch beschichtete Partikel), die nicht vollständig oder nur teilweise durch die Poren des Substrats aus dem Gasstrom herausgefiltert werden, dienen. Anbieten würden sich hierfür Materialien mit einer hohen Filtrationswirkung bei einem niedrigen Druckverlust (siehe dazu auch die 4 bis 6 und 11). Hervorzuheben sind hier z.B. pyrogen hergestellte Oxide. Diese sind insbesondere als erstes Pulver besonders gut geeignet, da sie eine eigene sehr geringe Dichte (z.B. Stampfdichte <100 kg/m³) und hohe Porosität von >90% aufweisen, in die andere Partikel eingelagert werden können.
Das oder die Pulver dienen zur Erhöhung der Filtrationseffizienz. Hierzu werden vorzugsweise Materialien mit einer hohen Filtrationswirkung bei gleichzeitig niedrigem Druckverlust herangezogen. Hierfür ist eine ausreichende umströmte äußere Oberfläche vorteilhaft. Bevorzugt sollte die gesamte äußere Oberfläche der verwendeten Pulver ggf. in und/oder auf den Filterwänden größer als 5 m² pro Liter, bevorzugt größer 10 m² und ganz bevorzugt größer 15 m² bezogen auf das äußere durchströmte Filtervolumen in Litern betragen. Diese Werte gelten für nichtpyrogen hergestellte hochschmelzende Verbindugnen, insbesondere für Oxide. Bei der vorteilhaften Verwendung handelsüblicher nichtpyrogener Oxide als z.B. zweites Pulver auf einem ersten pyrogenen Pulverlayer erhöht sich die äußere Oberfläche der gesamten Pulverbeschichtung auf bis zu über 800 m², vorzugsweise 600 m² und ganz bevorzugt 400 m² bezogen auf das durchströmte äußere Filtervolumen in Litern. Bei der vorteilhaften Verwendung pyrogener Oxide als zweites Pulver auf einem ersten pyrogenen Pulverlayer erhöht sich die äußere Oberfläche gar auf bis zu über 1000 m², vorzugsweise 600 m² und ganz bevorzugt 500 m² bezogen auf das durchströmte äußere Filtervolumen in Litern.
Die Gesamtoberfläche oder umströmte äußere Oberfläche der Partikel SV ergibt sich mit der Partikelgröße x gemäß: $S_{V} [m^{- 1}] = 6 \cdot \int_{x_m i n}^{x_m a x} x_{i}^{- 1} \cdot q_{0} (x_{i}) \cdot d x = 6 \cdot \sum_{m i n}^{m a x} \frac{Δ Q_{3} (x_{i})}{x_{i}}$
(M. Stieß, Mechanische Verfahrenstechnik - Partikeltechnologie 1, Springer, 3. Auflage 2009, Seite 35), und mit der Dichte der Partikel ρ erhält man daraus die massebezogene Oberfläche (M. Stieß, Mechanische Verfahrenstechnik - Partikeltechnologie 1, Springer, 3. Auflage 2009, Seite 16): $S_{m} [\frac{m^{2}}{k g}] = \frac{S_{V}}{ρ_{P a r t i k e l}}$
$ä u ß e r e O b e r f l ä c h e d e s P u l v e r s S_{ä u ß e r e} [m^{2}] = S_{m} \cdot m_{P u l v e r}$
Das oder die Pulver können z.B. bevorzugt als Trennschichten zwischen 2 funktionellen Einheiten, wie z.B. zwischen mit katalytischem Washcoat beschichteter Filterwand und katalytisch aktivem Pulver dienen, u.a. um Crosscontaminationen zu vermeiden. Das oder die Pulver können auch als Speicherkomponenten dienen. Speziell beim Kaltstart könnten hier Abgaskomponenten, insbesondere NOx und/oder HC zwischengespeichert werden, bis der Katalysator aktiv wird.
Das oder die Pulver können insbesondere zur bewussten Veränderung der Permeabilität dienen, um eine andersgeartete Durchströmung der katalytischen Schichten zu ermöglichen. Insbesondere bei erfindungsgemäßen Filtern mit einer entlang der Durchströmungsachse ursprünglich gleichmäßigen Permeabilität weist dieser dann vorteilhafter Weise einen zunehmenden Gradienten hinsichtlich der Konzentration des Pulvers in Längsrichtung des Filters von der Einlass- zur Auslassseite auf (z.B. 2). Dieser kann durch ausgewählte Parameter eingestellt und auch variiert werden. Unter „zunehmendem Gradienten“ wird erfindungsgemäß die Tatsache verstanden, dass sich der Gradient der Pulverkonzentration im Filter in axialer Richtung - von der Einlassseite zur Auslassseite - vergrößert, ggf. von negativen Werten hin zu positiveren Werten ändert. In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich dabei mehr Pulver in der Nähe der Ausgangsstopfen des Einlasskanals und deutlich weniger Pulver am Eingang des Filters.
Zur Beschreibung des Gradienten wird der Filter mit einer gleichmäßigen Permeabilität entlang seiner Längsachse in drei gleich lange aufeinanderfolgende Bereiche eingeteilt.
In einer bevorzugten Form ist der Filter in einem Bereich nahe der Einlassseite und in einem Bereich in der Mitte des Filters mit weniger als jeweils 40 % der Gesamtpulvermenge belegt, während in einem Bereich nahe der Auslassseite mehr als 40 % der Gesamtpulvermenge des Eingangskanals vorhanden sind, wobei in einer besonders bevorzugten Form in einem Bereich nahe der Einlassseite zwischen 5 % und 35 %, in einem Bereich in der Mitte des Filters zwischen 8 % und 38 % und in einem Bereich nahe der Auslassseite zwischen 40 % und 60 % der Gesamtpulvermenge vorhanden sind. In einer ganz besonders bevorzugten Form liegt die Pulvermenge in einem Bereich nahe der Einlassseite zwischen 5 % und 25 %, in einem Bereich in der Mitte des Filters zwischen 8 % und 30 % und in einem Bereich nahe der Auslassseite zwischen 45 % und 60 % der Gesamtpulvermenge. Die Menge an Pulver in den drei Bereichen kann z.B. durch Wiegen oder optische Auswertung der Aufwandfotos ermittelt werden.
Der bei der erfindungsgemäßen Pulverbeschichtung auf einem Filter mit gleichmäßiger Permeabilität entstandene Gradient ist vorteilhaft für eine weiterhin erhöhte Filtrationseffizienz. In einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform kann der Konzentrationsgradient, z. B. durch Variation der Bestäubungsgeschwindigkeit so ausgestaltet sein, dass einlassseitig am Filter mehr Pulver abgeschieden wird als in der Mitte des Filters und auslassseitig (am anderen Ende des Filters) mehr als einlassseitig. Durch eine verstärkte Aufbringung einer Pulverbeschichtung im letzten Drittel des Filters wird der Staudruck dort verstärkt erhöht, was eine geringere Permeabilität bedingt und die Durchströmung verschiebt sich mehr in die ersten zwei Drittel des Filters. Daher sollte der bestäubte Filter bevorzugt einen stärker steigenden Gradienten der Pulverbeschichtung vom Eingang zum Ausgang gesehen aufweisen, um seine Filtrationswirkung zu erhöhen. Für das Einstellen eines vorteilhaften Abgasgegendrucks gilt dies mutatis mutandis. Hier sollte demgemäß ggf. ein weniger stark zunehmender Gradient der Konzentration des Pulvers eingestellt werden.
Bei Filtern mit einer inhomogenen Verteilung der Permeabilität,

• durch auf die Zellwand aufgebrachte Zonen einer katalytischen Beschichtung
• oder durch in der Zellwand aufgebrachte Zonen mit unterschiedlichen Mengen an katalytisch aktiver Beschichtung
• oder durch Filtersubstrate mit unterschiedlichen Permeabilitäten, wird der Gasstrom naturgemäß anders geführt. Der Vorteil der Pulverbeschichtung ist dann, dass auch dort die Partikel dem Gasstrom folgen und dort abgeschieden werden, wo der spätere Abgasstrom entlangströmen würde. Größere „Löcher“ werden dadurch quasi „gestopft“.

Weiterhin ist eine bevorzugte Ausführung der Pulverbelegung dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von Filtersubstraten mit quadratischen Kanälen die Gesamtpulverbelegung in den Ecken der Kanäle höher ist als in der entsprechenden Mitte der Eingangsoberfläche. Dies hat einen weiterhin verbesserten Effekt auf die Filtrationseffizienz bei nicht über die Maßen steigendem Abgasgegendruck. Mit dem Ausdruck „der entsprechenden Mitte“ ist die Stelle in der Mitte des Eingangskanals zwischen den Ecken der Kanäle gemeint, die in axialer Richtung den gleichen Abstand zum Einlassende aufweist, wie die entsprechende Stelle in den Ecken der Kanäle. Die Mengen werden vorliegend bevorzugt mittels optischer Auswertung der Aufwandfotos bestimmt.
Pulver, welche bevorzugt in der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung des Aerosols herangezogen werden, sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. In der Regel sind dies hochschmelzende Metallverbindungen, die gemeinhin als Trägermaterialien für Katalysatoren im Autoabgasbereich herangezogen werden. Bevorzugt werden entsprechende Metalloxid-, Metallsulfat-, Metallphosphat-, Metallcarbonat- oder Metallhydroxidpulver oder deren Mischungen eingesetzt. Die für die Metallverbindungen infrage kommenden Metalle sind insbesondere solche ausgewählt aus der Gruppe der Alkali-, Erdalkali- bzw. Erdmetalle oder Übergangsmetalle. Bevorzugt werden solche Metalle ausgewählt aus der Gruppe Calcium, Magnesium, Strontium, Barium, Aluminium, Silizium, Titan, Zirkon, Cer eingesetzt. Diese Metalle können vorzugsweise wie gesagt als Oxide eingesetzt werden. Ganz besonders bevorzugt ist der Einsatz von Ceroxid, Titandioxid, Zirkondioxid, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Eisenoxid, Zinkoxid oder Mischungen oder Mischoxiden derselben. Ganz besonders bevorzugt ist der Einsatz von einem Aerosol, welches ein Gemisch aus Luft und einem dieser Metalloxidpulver darstellt. Unter dem Begriff Mischoxid (feste Lösungen von einem Metalloxid in mindestens einem anderen) wird vorliegend auch der Einsatz von Zeolithen und Zeotypen verstanden. Im Rahmen der Erfindung sind Zeolithe und Zeotype definiert wie in der WO2015049110A1 .
Diese Pulver können ggf. pyrogen hergestellte Pulver sein. Allgemein versteht man unter pyrogen hergestellten Metalloxidpulvern solche, die durch eine Flammenhydrolyse oder Flammenoxidation aus einem Metalloxidprecursor in einer Knallgasflamme erhalten werden (https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Pyrogenes Siliciumdioxid&oldid=182147815; Pater Albers et al. Chemie in unserer Zeit, 2016, 50, 162 - 171; Hans Ferkel et al. MTZ - Motortechnische Zeitschrift, 2010, 71, 128 - 133). Diese weisen Eigenschaften auf, wie sie für flammensynthetisierte partikuläre Produkte in folgenden Literaturstellen beschrieben werden, Gutsch A. et al. (2002) KONA (No. 20); Li S. et al. (2016) Progress in Energy and Combustion Science (55); Ulrich G. (1971) Combsution Science and Technology (Vol. 4). Solche pyrogenen Verfahren werden großtechnisch schon seit 1944 z.B. bei der Degussa AG herstellt. Pyrogene Kieselsäure wird z.B. durch die Firma Evonik unter dem Namen Aerosil® oder pyrogenes Aluminiumoxid unter dem Namen Aeroxide® vertrieben. Die ersten Patente dazu stammen aus den Jahren1931 bis 1954 ( US1967235A , US2488440A , DE948415C , DE952891C ).
Ganz allgemein lassen sich mittels dieses Verfahrens hochoberflächige Verbindungen, insbesondere Oxide verschiedener Metalle mit sehr niedriger Stampfdichte <100 kg/m³, bevorzugt <80 kg/m³ und ganz bevorzugt <60 kg/m³ herstellen (gemessen nach Norm DIN EN ISO 787-11 - neueste Fassung am Anmeldetag). Dabei liegt die Porosität dieser pyrogenen Metalloxide bei >90 %, vorzugsweise > 93 % und ganz bevorzugt > 95 %. Diese wird ermittelt aus dem Verhältnis der Stampfdichte zur Primärpartikeldichte bzw. der wahren nichtporösen Dichte (https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Reindichte&oldid=164022376) der jeweiligen Oxide. Die Formel dazu lautet: $Porosität = 1 - Stampfdichte / wahre Dichte$
Am Beispiel von Aluminiumoxid ist die wahre Dichte 3200 bis 3600kg/m³ und die Stampfdichte der pyrogenen Oxide beträgt nur ca. 50kg/m³. Somit ergibt sich, dass 1 m³ Pulver nur ca. 1,5 % Aluminiumoxid enthält.
Die Pulver können erfindungsgemäß wie oben beschrieben als solche eingesetzt werden. Ebenfalls vorstellbar ist jedoch der Einsatz von trockenem Pulver als erstes, zweites und/oder weiteres Pulver, welches eine katalytische Aktivität im Hinblick auf die Abgasnachbehandlung trägt. Demzufolge kann das Pulver selbst ebenfalls hinsichtlich der Verminderung der Schadstoffe im Abgas eines Verbrennungsmotors katalytisch aktiv sein. Hierfür kommen alle dem Fachmann bekannten Aktivitäten in Betracht, wie z.B. TWC-, DOC-, SCR-, LNT- oder den Rußabbrand beschleunigende Katalysatoren. Gemeinhin wird das Pulver die gleiche katalytische Aktivität aufweisen, wie eine ggf. erfolgte katalytische Beschichtung des Filters. Hierdurch wird die katalytische Gesamtaktivität des Filters gegenüber nicht mit katalytisch aktivem Pulver beschichteten Filtern nochmals gesteigert. Insofern kann es sein, dass zum Beispiel Aluminiumoxid mit einem Edelmetall imprägniert für die Herstellung des Pulver-Gas-Aerosols herangezogen wird. Bevorzugt ist eine Dreiwege-Aktivität mit einer Beschichtung aufweisend Palladium und Rhodium sowie ein Sauerstoffspeichermaterial wie Cer-Zirkonoxid in diesem Zusammenhang. Ebenfalls vorstellbar ist, dass für die SCR-Reaktion katalytisch aktives Material eingesetzt wird. Dabei kann das Pulver zum Beispiel aus mit Übergangsmetallionen ausgetauschten Zeolithen oder Zeotypen bestehen. Ganz besonders bevorzugt ist der Einsatz von Eisen und/oder Kupfer ausgetauschten Zeolithen in diesem Zusammenhang. Äußerst bevorzugt wird als Material zur Herstellung des Pulver-Gas-Aerosols CuCHA (Kupfer ausgetauschtes Chabasit; http://europe.iza-structure.org/IZA-SC/framework.php?STC=CHA) oder CuAEI (http://europe.iza-structure.org/IZA-SC/framework.php?STC=AEI) verwendet.
Weiterhin vorteilhaft kann eine Aktivität des Pulvers in der verbesserten Rußverbrennung liegen. Besonders bevorzugt ist für diesen Fall ein Pulver, bestehend aus z.B. einem Aluminiumoxid, welches mit einem oder mehreren Edelmetallen imprägniert ist. Bevorzugte Edelmetalle sind in diesem Fall Platin, Palladium, Rhodium oder Mischungen derselben. Besonders bevorzugt ist ein mit Platin und Palladium imprägniertes Aluminiumoxid. Weitere den Rußabbrand katalysierende Materialien sind reine oder dotierte Ceroxide und/oder Cer-Zirkonmischoxide. Dem Fachmann bekannte Dotierungsmaterialien können in den vorgenannten Oxiden zugegen sein. Dies sind Elemente aus der Gruppe der seltenen Erdmetalle wie z.B. Lanthan, Yttrium, Neodym, Praseodym. Weitere bekannte den Rußabbrand katalysierende Elemente stammen aus der Gruppe der Alkali-, Erdalkali und der Übergangsmetalle wie z.B. Magnesium, Calzium, Eisen, Kupfer, Mangan. Diese können entweder direkt in Pulverform z.B. als Sulfat, Carbonat oder analogen Verbindungen, oder als Composit in Verbindung mit Aluminiumoxid, Ceroxid und/oder Cer-Zirkonmischoxid auf den Filter aufgebracht werden.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, in der das erste Pulver keine katalytische Aktivität aufweist, wohl aber das zweite. Z.B. kann auf einem mit einer dreiwegkatalytischen Beschichtung versehenen Filter ein erstes Pulver ohne katalytische Aktivität und anschließend ein zweites Pulver mit einer Rußzündbeschichtung aufgebracht werden.Sofern zumindest eines der Pulver eine wie eben beschriebene katalytische Aktivität trägt, sollte in einer vorteilhaften Ausführungsform dieses oder diese Pulver im Filter so verteilt werden, dass dieser eine katalytisch wirksame Pulverzone im letzten Drittel des Filters im Eingangskanal aufweist.
Die Partikeldurchmesser des ersten Pulvers sollten so gewählt werden, dass sie, nachdem sie im Gas dispergiert wurden, bei der Beschichtung nicht oder nur minimal durch die Poren des Filters durchschlagen. Dies ist in der Regel gewährleistet, wenn der d50 der Partikel oder Partikelagglomerate (Q₃-Verteilung; gemessen mit Tornado-Trockendispergierungsmodul der Firma Beckmann gemäß neuester ISO 13320-1 am Anmeldetag) > 1/10, bevorzugt > 1/5 des mittleren Porendurchmessers (d50; DIN 66134 - neueste Fassung am Anmeldetag) des Filters ist. Partikel mit einem Durchmesser von d50 > 1/2 des mittleren Porendurchmessers bilden überwiegend schon einen Aufwandlayer und schlagen nicht durch. Die Obergrenze des Verhältnisses vom Partikeldurchmesser (d50) zum mittleren Porendurchmesser liegt allgemein bei < 4, vorzugsweise < 3 und ganz bevorzugt < 2. Die Pulver für die erste Beschichtung sollten eine sehr niedrige Stampfdichte von <200 kg/m³ aufweisen, bevorzugt kleiner als 150 kg/m³, besonders bevorzugt < 100 kg/m³.
Der Partikel oder Partikelagglomeratdurchmesser (d50 - Q₃-Verteilung; gemessen mit Tornado-Trockendispergierungsmodul der Firma Beckmann gemäß neuester ISO 13320-1 am Anmeldetag) der Folgepulver kann deutlich kleiner als 1/10, bevorzugt < 1/20 der mittlere Porendurchmesser (d50; DIN 66134 - neueste Fassung am Anmeldetag) des Filters sein. Werden in einem größeren Bereich des Filters ggf geschlossene Beschichtungen auf der Filterwand mit dem Pulver erreicht, so sollte auch hier das Pulver eine sehr niedrige Stampfdichte von < 200 kg/m³ aufweisen, bevorzugt kleiner als 150 kg/m³, besonders bevorzugt < 100 kg/m³. Bei einer nicht geschlossenen Beschichtung auf der Filterwand kann dagegen die Stampfdichte sogar von 500 kg/m³ bis zu 1300kg/m³ sein.
Der erfindungsgemäß hergestellte Wandflussfilter zeigt eine hervorragende Filtrationseffizienz bei nur moderatem Anstieg des Abgasgegendrucks verglichen mit einem entsprechenden nicht mit Pulver beaufschlagten Wandflussfilter im frischen Zustand. Bevorzugt zeigt der erfindungsgemäße Wandflussfilter eine Erhöhung der Filtrationseffizienz für washcoatfreie, rohe Filtersubstrate von mindestens 5 relativ%, vorzugsweise mindestens 7 relativ% und ganz besonders bevorzugt mindestens 10 relativ% bei einer relativen Erhöhung des Abgasgegendrucks des frischen Wandflussfilters von höchstens 5%, vorzugsweise von höchsten 4% und ganz besonders bevorzugt höchstens 3% verglichen mit einem nicht mit Pulver behandelten, frischen rohen Filter. Besonders vorteilhaft ist eine Verbesserung der Filtrationseffizienz von mindestens 10 % bei einer maximalen Staudruckerhöhung von höchstens 5 %. Bevorzugt zeigt der erfindungsgemäße Wandflussfilter eine Erhöhung der Filtrationseffizienz für ein zuvor mit Washcoat vorbeschichtetes Filtersubstrate von mindestens 15 relativ%, vorzugsweise mindestens 25 relativ% und ganz besonders bevorzugt mindestens 35 relativ% bei einer relativen Erhöhung des Abgasgegendrucks des frischen Wandflussfilters von höchstens 20%, vorzugsweise von höchsten 15% und ganz besonders bevorzugt höchstens 12% verglichen mit einem nicht mit Pulver behandelten, frischen zuvor mit Washcoat beschichteten Filter. Besonders vorteilhaft ist eine Verbesserung der Filtrationseffizienz von mindestens 30 % bei einer maximalen Staudruckerhöhung von höchstens 10 %.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wandflussfilters. Im Prinzip weiß der Fachmann, wie er ein Aerosol aus einem Pulver und einem Gas herzustellen hat, um dieses dann durch den mit dem Pulver zu beaufschlagenden Filter zu leiten. Erfindungsgemäß wird zur Herstellung eines Wandflussfilters zur Verminderung der Schadstoffe im Abgas eines Verbrennungsmotors, ein trockener Filter auf dessen Eingangsoberfläche zumindest zweimal hintereinander mit unterschiedlichen trockenen Pulver-Gas-Aerosolen, welche jeweils zumindest eine hochschmelzende Verbindung aufweisen, gezielt beaufschlagt, indem man die Pulver nacheinander im Gas dispergiert, anschließend in einen Gasstrom leitet und ohne weitere Zufuhr eines Gases in die Einlassseite des Filters saugt.
Hierbei lagern sich die zumindest zwei Pulver auf der Eingangsoberfläche des Filters oder in dessen Poren ab. Ein Konzentrationsgradient des Pulvers über die axiale Länge des Trägers kann - wie vorne als vorteilhaft beschrieben - z.B. durch Verwendung unterschiedlicher Strömungsbrecher im Aerosol-Gasstrom vor der Einlassseite des Trägers sowie durch Anpassung der Beschichtungsparameter wie Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases und Zerstäubergases eingestellt werden.
Auch die physikalischen Parameter der verwendeten Pulver wie z.B. die Schüttdichte, Restfeuchtegehalt und Partikelgrößenverteilung können gezielt zur Ausbildung des gewünschten und weiter vorne beschriebenen Gradienten verwendet werden. Die Zugabe kann in kontinuierlicher Weise erfolgen, bis die ausreichende Menge an Pulver im Filter abgeschieden ist. Ebenfalls möglich ist eine pulsierte Zugabe dergestalt, dass man das mit Druckgas beaufschlagte Pulver periodisch in den durch den Filter gesaugten Gasstrom so lange eindosiert, bis die ausreichende Menge an Pulver im Filter abgeschieden ist. Das Pulver kann nicht nur kontinuierlich oder pulsierend in einen permanent durch den Filter fließenden Gasstrom eingedüst werden, sondern auch vorab in eine separate Pufferkammer versprüht werden. Nach dem Versprühen des Pulvers öffnet sich eine Klappe zu einer Kammer, in der das Substrat eingespannt ist. Durch einen Saugimpuls kann dann das Gas-Pulver-Gemisch aus der Pufferkammer in das Substrat eingebracht werden. Abhängig davon, welche Pulvermenge in das Substrat eingebracht werden soll, kann dieser Prozess beliebig oft wiederholt werden. Apparate und Verfahren, bei denen eine solche Dosierung eines Pulvers beschrieben wird, werden im Stand der Technik gewürdigt ( DE4225970C1 , US8495968B2 , US8632852B2 , US8534221 B2 , US8277880B2 ; siehe auch weiter vorne).
Um das Pulver ausreichend gut auf der Oberfläche der Filterwand auf der Einlassseite des Filters abscheiden zu können, ist eine gewisse Saugleistung von Nöten. Der Fachmann kann sich hier in orientierenden Versuchen für den jeweiligen Filter und das jeweilige Pulver selbst ein Bild machen. Es hat sich herausgestellt, dass das Aerosol (Pulver-Gas-Gemisch) vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 5 m/s bis 60 m/s, mehr bevorzugt 10 m/s bis 50 m/s und ganz besonders bevorzugt 15 m/s bis 40 m/s durch den Filter gesaugt wird. Hierdurch wird ebenfalls eine vorteilhafte Adhäsion des applizierten Pulvers erreicht.
Wie schon beschrieben wird das erste, zweite und ggf. jedes weitere Pulver in ein Aerosol umgewandelt. Dies kann nach Maßgabe des Fachmannes erfolgen ( EP2371451B1 ; EP2371452B1 ; EP2388072A1 ). Die Dispergierung des Pulvers in dem Gas kann auf verschiedene Arten erfolgen. Vorzugsweise wird die Dispergierung des Pulvers durch mindestens eine der folgenden Maßnahmen generiert:

- Dispergieren mittels Druckluft
- Dispergieren mittels Ultraschall
- Dispergieren mittels Sieben
- Dispergieren mittels „in-situ-Mahlen“
- Dispergieren mittels eines Gebläses
- Dispergieren mittels Expansion von Gasen
- Dispergieren im Wirbelbett.

Dieses so hergestellte Gemisch aus dem Gas und dem Pulver wird erst anschließend in einen bestehenden Gasstrom eingeleitet, welcher das fein verteilte Pulver in die Einlassseite des Wandflussfilters trägt. Dieser Prozess wird durch eine Saugvorrichtung, welche in der vom Filter abstromseitig befindlichen Rohrleitung positioniert ist, unterstützt. Dies steht im Gegensatz zur in der 3 der US8277880B gezeigten Vorrichtung, bei der das Pulver-Gas-Aerosol direkt im Gasstrom erzeugt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine viel gleichmäßigere und gute Durchmischung des Gasstroms mit dem Pulver-Gas-Aerosol, was letztlich für eine vorteilhafte Verteilung der Pulverteilchen im Filter in radialer wie axialer Richtung sorgt und damit die Abscheidung der Pulverteilchen auf der Eingangsoberfläche des Filters vereinheitlichen und steuern hilft.
Vorteilhafte Verfahren zur Herstellung des Pulver-Gas-Aerosols wurden weiter vorne schon erwähnt. Im Prinzip ist der Fachmann frei darin, eine Methode zur Herstellung des Pulver-Gas-Aerosols zu wählen. Vorteilhaft sind z.B. die im Folgenden genannten Dispergierverfahren zur Herstellung eines Aerosols.
Dispergieren mit Druckluft:
Die Herstellung von Pulver-Gas-Aerosolen mittels Druckluft ist dem Fachmann hinlänglich bekannt. Beispielhaft werden derartige Pulver-Gas-Gemische in Inhalatoren oder Pulverfeuerlöschern sowie in Sandstrahlgebläsen, z.B. beschrieben in US108408 , verwendet. Im Prinzip werden hier die Gemische unter Zuhilfenahme von Druck, insbesondere Druckluft hergestellt. Die Dispergierung kann aufgrund von Strömungsbelastungen (Beschleunigungsströmung, Scherfeld, turbulente Strömung) erfolgen. Die Dispergierungsenergie wird durch die Gasgeschwindigkeit, die eine Funktion des angelegten Drucks und des Düsendurchmessers ist, bestimmt. Derartige Apparaturen können auch in der US20010003351A1 oder US6220791B1 und dort zitierter Literatur gefunden werden.
Dispergieren mittels Ultraschall:
Die Herstellung einer definierten Korngrößenverteilung in der Gasphase kann auch durch ein Ultraschallfeld mit fortschreitender oder stehender Welle geschehen. In der WO05022667A2 wird die Dispergierung von Pulver in einem Ultraschallfeld beschrieben.
Die Zugabe des Pulvers zum Ultraschallfeld-Feld kann hierbei beispielsweise im freien Fall oder durch die Zugabe in ein Sieb, das sich im Ultraschall-Feld befindet, durch eine vordispergierte Einbringung mit Hilfe eines Siebes im freien Fall erfolgen oder durch einen Luftstrom erfolgen.
Dispergieren mittels Sieben:
Das Pulver kann mit Hilfe eines Luftstrahlsiebes ( DE102010015364A1 ; DE19921409A1 und dort zitierter Literatur) und/oder eines Ultraschallsiebes dispergiert werden. Das Pulver kann mittels eines Ultraschallsiebbodens (US-Sieb), welches oberhalb des Lufteinlasses platziert ist, desagglomeriert werden. Bei einem US-Sieb schwingt das Siebgitter mit einer Frequenz im kHz-Bereich. Die Amplituden liegen hierbei im µm-Bereich. Durch die Bewegung des Siebgitters kommt es zu einer Prallbeanspruchung der auf dem Sieb platzierten Agglomerate durch das Siebgitter. Diese Beanspruchung führt zur Desagglomeration. Die Dispergierenergie wird durch die Bewegungsenergie des Siebgitters, welche eine Funktion der Amplitude und der Schwingfrequenz ist, bestimmt. Nach der Beanspruchung fallen die desagglomerierten Partikel durch den Siebboden und werden der dem Gasstrom zugeführt.
Dispergieren mittels „in-situ-Mahlen“:
Das Pulver kann z.B. in einer Strahlmühle dispergiert werden. Hierbei sind in einem Mahlraum mehrere Düsen tangential angeordnet, wobei die Düsen kritisch (mit Überschallströmung) betrieben werden können. Das Pulver wird in den Mahlraum dosiert und in den Gasströmungen beschleunigt. Die Dispergierung findet aufgrund von Partikel-Partikel-Stößen statt. Die Dispergierenergie wird hauptsächlich durch Kollisionsgeschwindigkeit der Agglomerate bestimmt. Vorteilhaft bei dieser Mühle ist die geringe Neigung zur Verunreinigung des partikulären Materials mit Material aus der Mühle, da die Zerkleinerung durch Partikel-Partikel-Wechselwirkungen stattfindet.
Das Pulver kann auch einer Stiftmühle dispergiert werden, wenn die Härte des Pulvers das erlaubt. Das Pulver wird dem Mahlraum zugegeben in dem ein Teller rotiert auf dem metallische Mahlstifte angebracht sind. Die Desagglomeration wird durch die Kollision der Agglomerate mit den Stiften verursacht. Die Dispergierenergie wird hierbei von der Umfangsgeschwindigkeit (Drehzahl x Tellerdurchmesser) bestimmt. Voraussetzung für die Kollision mit den Mahlstiften ist eine ausreichende Trägheit der Agglomerate, die durch die Stokes-Zahl/Trägheitsparameter für die Kollisionsbedingungen beschrieben werden kann.
Bei entsprechender Wahl der Betriebsparameter werden in beiden Mühlen ähnliche Dispergierenergien erreicht. Der variable Betriebsparameter ist in der Strahlmühle die Impaktionsgeschwindigkeit der Partikel, die über den Düsenvordruck geregelt wird. Bei der Stiftmühle ist der variable Betriebsparameter die Drehzahl. Für sehr leicht zu dispergierende Pulver könnte sogar ein Abweiseradsichter eingesetzt werden. Die Dispergierung wirkt nach demselben Prinzip wie bei einer Stiftmühle. Zusätzlich zur Dispergierung durch die Kollision mit den Sichtschaufeln findet aufgrund der Strömungsführung eine Klassierung der Agglomerate statt. Agglomerate mit einer Größe oberhalb des Trennkorns verbleiben im Sichtraum. Die Dispergierenergie wird von der Umfangsgeschwindigkeit des Sichtrades bestimmt. Voraussetzung für die Kollision mit den Sichtschaufeln ist eine ausreichende Trägheit der Agglomerate, die durch die Stokes-Zahl/Trägheitsparameter für die Kollisionsbedingungen (Strömungsbedingungen und Geometrie der Schaufeln) beschrieben wird.
Dispergieren mittels Gebläse:
In dieser Ausführungsform wird das Pulver in ein Gebläse dosiert. Im Gebläse kollidieren die Agglomerate mit den Rotoren, wodurch es zur Beanspruchung des Pulvers kommt, was zur Dispergierung führt. Die Dispergierenergie wird hierbei von der Umfangsgeschwindigkeit (Drehzahl x Rotordurchmesser) sowie dem radialen Auftreffort auf den Rotoren bestimmt. Voraussetzung für die Kollision mit den Rotorblättern ist eine ausreichende Trägheit der Agglomerate, die durch die Stokes-Zahl/Trägheitsparameter für die Kollisionsbedingungen beschrieben wird. Zusätzlich zur Kollisionsbeanspruchung wirken aufgrund der Geschwindigkeitsgradienten und Verwirbelungen in den Apparaten Strömungsbeanspruchungen, die ebenfalls zur Dispergierung führen. Die durch die Strömungsbeanspruchungen wirkende Dispergierenergie wird durch die Umfangsgeschwindigkeit und Rotorausführung bestimmt. Die Trägheit der Partikel ist für die Dispergierung im erzeugten Strömungsfeld unerheblich.
Dispergieren mittels Expansion:
Partikel in der Gasphase können ebenfalls dispergiert werden, in dem das Aerosol, welches sich in einem Überdruck befindet, über eine Düse entspannt wird. Die Dispergierung findet aufgrund von Scher- und Beschleunigungskräften in der Gasströmung statt, wobei die Dispergierenergie durch die angelegte Druckdifferenz bestimmt wird. Weiterhin kann ein überkritisches Druckverhältnis eingestellt werden. Bei Überschreiten des kritischen Druckverhältnisses stellt sich hinter der Düse eine Überschallströmung ein. Bei einer überkritischen Expansion bilden sich Schockwellen aus, in denen zusätzliche Beanspruchungen auf die Agglomerate wirken, wodurch ebenfalls eine Dispergierung erreicht wird.
Dispergieren mittels Wirbelbett
In dieser Ausführungsform wird das Pulver in einem Wirbelbett vorgelegt und beim durchströmen mit Gas dispergiert. Die Dispergierung wird hierbei durch Partikel-Partikel-Stöße hervorgerufen. Die Dispergierenergie wird von der Relativgeschwindigkeit der Partikel bestimmt, wobei die Relativgeschwindigkeit der Partikel durch das durchströmende Gas erzeugt wird. Weiterhin können dem Wirbelbett größere Kugeln zugegeben werden, die als Impaktionsobjekt dienen, wobei die Dispergierung dann von Relativgeschwindigkeit Kugel-Partikel bestimmt wird. Außerdem können zusätzliche Düsen, aus denen Gas mit hohen Geschwindigkeiten ausströmt, in dem Wirbelbett angeordnet werden, wobei verschiedene Anordnungen möglich sind. Dem Fachmann ist dies als „fluidized-bed jet milling“ bekannt. Berücksichtigt werden in diesem Zusammenhang auch zusätzliche feste Einbauten, die als Impaktionsfläche dienen, was als „jet impactor-assisted fluidized bed“ bezeichnet wird.
Weitere, hier nicht genannte Dispergiermethoden können vom Fachmann ebenfalls herangezogen werden. Wie eben beschrieben wird also das Pulver zuerst durch Dispersion in ein Pulver-Gas-Aerosol umgewandelt und anschließend in einen Gasstrom geleitet. Anschließend trägt der Gasstrom das fein verteilte Pulver in die Einlassseite des Wandflussfilters. Hier scheidet sich dann das Pulver erfindungsgemäß ab. Das Pulver ist bei der Beaufschlagung des Wandflussfilters im Sinne der Erfindung trocken. Vorzugsweise wird das Pulver mit ggf. Umgebungsluft vermischt auf den Filter aufgebracht. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass diese Art und Weise der Applikation des Pulvers einem Verbacken oder Agglomerieren der einzelnen Pulverbestandteile vor deren Ablagerung entgegenwirkt. Dadurch wird die ursprüngliche Teilchengröße der Pulverteilchen im Aerosol konserviert. Hierdurch ist es dann möglich, sofern gewünscht die Pulverteilchen auch in die Wandporen des Wandflussfilters und nicht wie im Stand der Technik beschrieben über die Poren und auf die Wände der Eingangsoberfläche abzuscheiden. Das zweite und ggf. weitere Pulver werden anschließend in gleicher Weise appliziert und lagern sich dann auf dem ersten Pulver ab.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest ein Teilgasstrom abstromseitig von der Saugvorrichtung entnommen und vor der Pulverzugabe dem Gasstrom, welcher durch den Filter gesaugt wurde, wieder zugegeben. Dadurch wird das Pulver in einen schon erwärmten Luftstrom zu dosiert. Die Sauggebläse für die nötigen Drücke erzeugen ca. 70°C Ablufttemperatur, da die installierte Saugleistung bevorzugt >20KW ist. Energetisch optimiert wird die Abwärme des Sauggebläses zum Aufheizen der Zuluft genutzt, um die relative Feuchte der Zuluft zu vermindern. Dies wiederum reduziert die Haftung der Partikel untereinander und an den Eingangsstopfen. Der Ablagerungsprozess des Pulvers kann damit besser gesteuert werden.
In dem vorliegenden Verfahren zur Herstellung eines Wandflussfilters wird ein Gasstrom mit einem Pulver-Gas-Aerosol beaufschlagt und dieser in einen Filter eingesaugt. Dadurch wird erreicht, dass das Pulver sich in dem Gasstrom ausreichend gut verteilen kann, um auf der Einlassseite des Wandflussfilters in die Einlasskanäle des Filters eindringen zu können. Die homogene Mischung des Pulvers in dem Gas/der Luft erfordert eine intensive Durchmischung. Dafür sind dem Fachmann beispielsweise Diffusoren, Venturimischer und statische Mischer bekannt. Besonders geeignet für den Pulverbeschichtungsprozess sind Mischeinrichtungen, die Pulverablagerungen vermeiden. Damit kommen für diesen Prozess Diffusoren und Venturirohre bevorzugt zum Einsatz. Bewährt hat sich auch der Eintrag des dispergierten Pulvers in eine schnelldrehende rotierende Strömung mit einer hohen Turbulenz.
Zur Erreichung einer vorteilhaften Weise gleichmäßigen Verteilung des Pulvers über den Querschnitt des Filters sollte das das Pulver transportierende Gas eine Kolbenströmung (möglichst gleiche Geschwindigkeit über den Querschnitt) beim Auftreffen auf den Filter aufweisen. Dies wird bevorzugt durch eine beschleunigte Strömung vor dem Filter eingestellt. Wie dem Fachmann bekannt ist, bewirkt eine stetige Verkleinerung des Querschnitts ohne abrupte Veränderungen eine solche beschleunigte Strömung, beschrieben durch die Kontinuitätsgleichung. Des Weiteren ist dem Fachmann dann auch bekannt, dass sich damit das Strömungsprofil stärker einem Kolbenprofil annähert. Zur gezielten Veränderung der Strömung können Einbauten wie z.B. Siebe, Ringe, Scheiben, etc. unterhalb und/oder oberhalb des Filters eingesetzt werden.
In einer weiterhin vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besitzt die Apparatur zur Pulverbeschichtung eine oder mehrere Vorrichtungen (Turbulatoren, Vortexgeneratoren), mit denen der das Pulver-Gas-Aerosol tragende Gasstrom vor dem Auftreffen auf den Filter verwirbelt werden kann. Als Beispiel hierfür können entsprechende Siebe oder Gitter dienen, die in einer ausreichenden Entfernung anströmseitig zum Filter platziert werden. Die Entfernung sollte nicht zu groß oder klein sein, so dass eine ausreichende Verwirbelung des Gasstroms direkt vor dem Filter erreicht wird. Der Fachmann kann die Entfernung in einfachen Versuchen ermitteln. Der Vorteil dieser Maßnahme liegt darin begründet, dass sich keine Pulverbestandteile auf den Eingangsstopfen der Auslasskanäle abscheiden und alles Pulver in die Eingangskanäle eindringen kann. Demzufolge ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn das Pulver vor dem Einströmen in den Filter dergestalt verwirbelt wird, dass Ablagerungen von Pulver auf den Einganstopfenstopfen des Wandflussfilters möglichst vermieden werden. Ein Turbulator oder Turbulenz- oder Vortexgenerator bezeichnet in der Aerodynamik Gerätschaften, die eine künstliche Störung der Strömung verursachen. Wie dem Fachmann bekannt, bilden sich hinter Stäben, Gittern und anderen die Strömung störenden Einbauten bei entsprechenden Re-Zahlen Wirbel (insbesondere Mikrowirbel). Bekannt ist die Karmansche Wirbelstraße (H. Benard, C. R. Acad. Sci. Paris Ser. IV 147, 839 (1908); 147, 970 (1908); T. von Karman, Nachr. Ges. Wiss. Göttingen, Math. Phys. Kl. 509 (1911); 547 (1912)) und die Wirbelschleppe hinter Flugzeugen, die Dächer abdecken kann. Dieser Effekt kann in dem erfindungsgemäßen Fall ganz besonders vorteilhaft durch vibrierende selbstabreinigende Siebe (sogenannte Ultraschallsiebe), die sich vorteilhafterweise in der Strömung bewegen, noch verstärkt werden. Eine andere Methode ist die Störung der Strömung durch Schallfelder, die durch die Druckamplituden die Strömung zu Turbulenzen anregt. Diese Schallfelder können sogar die Oberfläche des Filters ohne Strömung reinigen. Die Frequenzen können von Ultraschall bis zum Infraschall reichen. Letztere Maßnahmen werden auch zur Rohreinigung in großtechnischen Anlagen eingesetzt.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Wandflussfilters zur Minderung schädlicher Abgase eines Verbrennungsmotors. Als Einsatzzwecke können im Prinzip alle dem Fachmann hierfür in Frage kommenden katalytischen Abgasnachbehandlungen (siehe vorne) mit einem Filter dienen, insbesondere jedoch solche bei denen der Filter in einem Abgassystem zusammen mit einem oder mehreren katalytisch aktiven Aggregaten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stickoxidspeicherkatalysator, SCR-Katalysator, Dreiwegkatalysator und Dieseloxidationskatalysator eingesetzt wird. Ganz vorteilhaft wird der erfindungsgemäß Filter in Kombination mit einem Dreiwegkatalysator, insbesondere abströmseitig von diesem eingesetzt. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn der Filter selbst ein dreiwegkatalytisch aktiver Filter ist. Für alle diese Anwendungen eignen sich die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten, ggf. mit katalytisch aktivem Pulver beschichteten Filter. Bevorzugt ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Filter zur Behandlung von Abgasen eines stöchiometrisch betriebenen Verbrennungsmotors.
Wandflussfilter mit einer katalytischen Aktivität, welche im stöchiometrischen Abgas (λ = 1 Bedingungen) Stickoxide und Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid (HC, CO und NOx) beseitigen, werden meist als katalytisch aktivierte Benzinpartikelfilter (catalyzed Gasoline Particulate Filters, cGPF) bezeichnet. Ferner können sie die Oxide des Stickstoffs unter fetten Abgasbedingungen und CO und HC unter mageren Bedingungen umsetzen. Die hier verwendeten Pulver, bei Verwendung von zwei Pulvern insbesondere das zweite Pulver, können entsprechend katalytisch aktiv ausgestaltet sein. Sie enthalten als katalytisch aktive Komponenten zumeist Metalle der Platingruppe, wie Pt, Pd und Rh, wobei Pd und Rh besonders bevorzugt sind. Die katalytisch aktiven Metalle sind häufig hochdispers auf hochoberflächigen Oxiden des Aluminiums, Zirkoniums und Titans oder Mischungen davon abgeschieden, welche durch weitere Übergangselemente wie z. B. Lanthan, Yttrium, Praseodym, etc. stabilisiert sein können. Ferner enthalten derartige Dreiwegkatalysatoren Sauerstoffspeichermaterialien (z. B. Ce/Zr-Mischoxide; siehe unten). Eine geeignete dreiwegekatalytische Beschichtung ist beispielsweise in EP1181970B1 , EP1541220B1 , WO2008113445A1 , WO2008000449A2 beschrieben, auf die hiermit im Hinblick auf die Verwendung katalytisch aktiver Pulver Bezug genommen wird.
Die Anforderungen an Benzinpartikelfilter unterscheiden sich dabei deutlich von den Anforderungen an Dieselpartikelfilter (DPF). Dieselmotoren ohne DPF können bis zu zehnfach höhere Partikelemissionen, bezogen auf die Partikelmasse, aufweisen als Benzinmotoren ohne GPF (Maricq et al., SAE 1999-01-01530). Außerdem fallen beim Benzinmotor deutlich weniger Primärpartikel an und die Sekundärpartikel (Agglomerate) sind deutlich kleiner als beim Dieselmotor. Die Emissionen bei Benzinmotoren liegen im Bereich von Partikelgrößen kleiner 200 nm (Hall et al., SAE 1999-01-3530) bis 400 nm (Mathis et al., Atmospheric Environment 38 4347) mit dem Maximum im Bereich von rund 60 nm bis 80 nm. Daher muss die Filtration der Nanopartikel beim GPF hauptsächlich über Diffusionsabscheidung erfolgen. Für Partikel kleiner als 300 nm wird mit abnehmender Größe die Abscheidung durch Diffusion (Brownsche Molekularbewegung) und elektrostatische Kräfte immer bedeutender (Hinds, W.: Aerosol technology: Properties and behavior and measurement of airborne particles. Wiley, 2. Auflage 1999).
Kleine Partikel folgen aufgrund ihrer niedrigen Partikelrelaxationszeit annähernd trägheitslos den Stromlinien. Dieser gleichmäßigen, konvektionsgetriebenen Bewegung wird eine zufällige „Zitterbewegung“ überlagert. Dieser Theorie folgend ergibt sich für eine gute Filtrationswirkung des GPFs, dass man möglichst große umströmte Oberflächen anbieten sollte. Das Pulver sollte somit einen hohen Feinanteil aufweisen, da bei gleichem Gesamtvolumen des Oxids kleine Partikel deutlich größere Oberflächen anbieten. Gleichzeitig darf der Druckverlust aber nur unwesentlich steigen. Dies erfordert eine lockere Vernetzung der Pulver. Die Pulver sollten vorteilhafterweise ohne vorherige oder nachträgliche Behandlung auf dem Träger fixiert sein. Für ein geeignetes Pulver zur Herstellung der erfindungsgemäßen Filter ist eine Optimierung zwischen möglichst großer Oberfläche der verwendeten Pulver, der Vernetzung und der Haftfestigkeit von Vorteil.
Verschiedene katalytische Funktionen können auch miteinander kombiniert werden. So können die eben genannten Dreiwegkatalysatoren mit einer Stickoxidspeicherfunktionalität im Pulver ausgestattet werden (TWNSC). Diese Katalysatoren bestehen wie eingangs ausgeführt aus Materialien, die dem Katalysator unter stöchiometrischen Abgasbedingungen die Funktion eines Dreiwegkatalysators verleihen und die unter mageren Abgasbedingungen eine Funktion für die Speicherung von Stickoxiden aufweisen. Diese gespeicherten Stickoxide werden bei kurzen fetten Betriebsphasen regeneriert, um die Speicherfähigkeit wiederherzustellen. Die Herstellung eines entsprechenden TWNSCs erfolgt vorzugsweise durch Zusammenfügen von Materialen, die für den Aufbau eines Dreiwegkatalysators und eines Stickoxidspeicherkatalysators benutzt werden. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform für einen solchen Katalysator wird beispielsweise in der WO2010097146A1 oder WO2015143191A1 beschrieben. Vorzugsweise wird während der Regeneration ein Luft-Kraftstoff-Gemisch aufrechterhalten, welches einem λ von 0,8 bis 1 entspricht. Besonders bevorzugt liegt dieser Wert zwischen 0,85 und 0,99, ganz besonders bevorzugt zwischen 0,95 und 0,99.
Eine bevorzugte Vorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wandflussfilters ist in 8 schematisch dargestellt. Eine derartige Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass

- mindestens eine Einheit zur Dispergierung von Pulver in einem Gas;
- zumindest eine Einheit zur Vermischung des Pulver-Gas-Aerosols mit einem bestehenden Gasstrom;
- zumindest eine, mehr bevorzugt zwei Einheiten zur Aufnahme jeweils eines Filters, die dergestalt ausgebildet sind, dass der Gasstrom durch den Filter fließt, ohne dass eine weitere Zufuhr eines Gases erfolgt;
- eine Einheit zur Erzeugung eines Soges, welche den Gasstrom durch den Filter aufrechterhält;
- optional zumindest eine Einheit zur Erzeugung von Wirbeln vor dem Filter, so dass eine Ablagerung von Pulver auf den Eingangsstopfen des Filters möglichst unterbleibt; und
- optional eine Einheit, durch die zumindest ein Teilgasstrom abstromseitig von der Saugvorrichtung entnommen wird und vor der Pulverzugabe dem Gasstrom, welcher durch den Filter gesaugt wird, zugegeben wird; vorhanden sind.

Durch zumindest 2 Einheiten zur Aufnahme jeweils eines Filters können zumindest zwei Filter parallel mit unterschiedlichen oder gleichen Pulvern beschichtet werden. Pro Produktionstakt kann so die Fertigstellung von mindestens 2 oder mehr Filtern erfolgen. Durch eine Vervielfachung der Anlagen bzw. der Aufnahmen kann die Taktzeit durch einen seriellen oder parallelen Betrieb verkürzt werden.
Die bevorzugten Ausführungsformen für den Wandflussfilter bzw. das Verfahren sowie die genannten Vorteile gelten mutatis mutandis auch für die Verwendung und die dargestellte Vorrichtung. Es wird diesbezüglich explizit auf das oben zum Wandflussfilter bzw. zum Verfahren Gesagte verwiesen.
Durch den erfindungsgemäßen Filter ist es möglich, eine hohe Filtrationseffizienz insbesondere für kleinpartikuläre Ruße, wie sie aus Ottomotoren emittiert werden, zu erhalten. Der Abgasgegendruck steigt dabei nicht über Gebühr an. Die Filter - sofern katalytisch aktiv - zeigen eine ausgezeichnete katalytische Aktivität. Der Abgasgegendruck und die Filtrationseffizienz lassen sich gezielt den Kundenanforderungen anpassen. Insbesondere bei Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung, in denen das zweite oder ein weiteres Pulver mit Edelmetall beschichtet ist, hilft das erste Pulver, das Durchschlagen der kostspieligen Edelmetallpulver durch den Wandflussfilter zu unterbinden. Alles Edelmetall wird mithin im Filter abgeschieden. Ein entsprechend hergestellter Wandflussfilter war aus dem Stand der Technik so noch nicht bekannt.
Figurenliste

1: Bild einer mit einem Pulver bestäubten Wandflussfilterwand, wobei das Pulver in den Poren sitzt. Das Pulver 100, in diesem Fall ein nichtpyrogenes Pulver mit einem d50 von 3 µm, bildet den ersten Layer und lagert sich in den Poren und in den Poreneingängen des porösen Filtersubstrats 200 ab. Bei einer Erhöhung der Pulvermenge würde sich zusätzlich ein Aufwandlayer bilden.
2: Schematische Zeichnung eines Wandflussfiltereinlasskanals, welcher erfindungsgemäß zweimal mit einem Pulver beaufschlagt wurde. Die Pulvermenge weist in diesem Fall einen Anstieg in Strömungsrichtung auf. Das erste Pulver 302 lagert sich in dieser schematischen Darstellung in den Poren des porösen Filtersubstrats 303 ab. Die Volumenstromverteilung 304 bei der Wanddurchströmung führt zu einer verstärkten Ablagerung am Ende des Filters, begrenzt durch den Stopfen 300. Das zweite Pulver 301 lagert sich auf dem Pulver 302 ab. Auch hier findet man in diesem Falle einen Gradienten der Pulvermenge. Das Pulver 302 übernimmt überwiegend die Filtration, das Pulver 301 ist z.B edelmetallhaltig und bildet einen katalytisch wirksamen Layer, wie er für den Rußabbrand benötigt wird.
3: Schematische Zeichnung einer Wandflussfilterpore, welche erfindungsgemäß zweimal mit einem Pulver beaufschlagt wurde. Zumindest das erste Pulver sitzt in den Poren. Das erste Pulver 312 blockiert die Pore des porösen Filters 303, aber das Pulver 312 ist pyrogen und damit hochporös. Es erzeugt nur einen geringen Druckverlust für den Gasstrom 310, es hat aber trotzdem eine gute Filterwirkung für feinere Partikel. Das zweite Pulver 311 ist in diesem Fall deutlich feiner und wird durch das Pulver 312 aus dem Gasstrom 310 während der Herstellung herausgefiltert. Das Pulver 312 hat die Filtrationsaufgabe, das Pulver 311 hat z.B. die Aufgabe den Rußabbrand zu beschleunigen.
4: Schematische Zeichnung eines Wandflussfilters mit Pulverdurchschlag beim Beschichten. Das katalytisch wirksame Pulver 333 wird durch das Filtersubstrat 303 nicht ausreichend aus dem Gasstrom 330 herausfiltriert. Der Gasstrom 331 enthält signifikante Mengen des katalytisch aktiven Materials 333.
5: Schematische Zeichnung eines Wandflussfilters mit dem Aufbau einer Sperrschicht aus Pulver, die den Durchschlag des Pulvers für das zweite Pulver verhindert, siehe 6. Das gröbere pyrogene Material 332 wird durch die poröse Matrix des Filters 303 aus dem Gasstrom 330 herausfiltriert. Es entsteht auf den Zellwänden und in den Poren ein poröser Filterkuchen. Der Abluftstrom 331 ist nahezu partikelfrei.
6: Schematische Zeichnung eines Wandflussfilters mit dem Aufbau einer funktionalen Pulverschicht auf einer Sperrschicht aus Pulver. Der Filterkuchen in den Poren und auf den Zellwänden des Filters 303, gebildet aus den porösen gröberen Partikeln 332 filtert nun die feineren katalytisch wirksamen Partikel 333 aus dem Gasstrom 330. Der Abgasstrom 331 ist nun nahezu partikelfrei.
7: Schematische Zeichnung einer vorteilhaften Vorrichtung. Das Pulver 420 oder 421 wird mit dem Gas unter Druck 451 durch die Zerstäuberdüse 440 in der Mischkammer mit dem Gasstrom 454 gemischt und dann durch den Filter 430 gesaugt bzw. gedrückt. Die durchgeschlagenen Partikel werden in dem Abgasfilter 400 herausgefiltert. Das Gebläse 410 sorgt für den nötigen Volumenstrom. Das Abgas wird aufgeteilt in ein Abgas 452 und ein warmes Kreislaufgas 453. Das warme Kreislaufgas 453 wird mit der Frischgas 450 gemischt.
8: Schematische Darstellung der Kammer zum Dispergieren der Pulver mit 2 Dispergierdüsen, jeweils für ein Pulver. Das Pulver 1500 wird über die Dispergierdüse 1410 mit einem Gas unter Druck 1400 in die Kammer 2000 befördert und dort mit dem Transportgas 1200 gemischt. Diese Mischung 1300 strömt dann zu dem zu beschichtenden Filter. Anschließend wird das Pulver 1800 in der Dispergierdüse 1910 ebenfalls mit einem Gas unter Druck 1900 dispergiert und in die Kammer 2000 transportiert und dort mit dem Transportgas 1200 gemischt. Diese Mischung 1300 strömt dann zu dem zu beschichtenden Filter
9: Schematische Darstellung der Kammer zum Dispergieren der Pulver mit 1 Dispergierdüsen, aber für zwei unterschiedliche Pulver. Das Pulver 1500 wird über die Dispergierdüse 1910 mit einem Gas unter Druck 1900 in die Kammer 2000 befördert und dort mit dem Transportgas 1200 gemischt. Diese Mischung 1300 strömt dann zu dem zu beschichtenden Filter. Anschließend wird das Pulver 1800 in der Dispergierdüse 1910 ebenfalls mit einem Gas unter Druck 1900 dispergiert und in die Kammer 2000 transportiert und dort mit dem Transportgas 1200 gemischt. Diese Mischung 1300 strömt dann zu dem zu beschichtenden Filter. Diese Variante kann gewählt werden, wenn die Eigenschaften der Pulver, wie z.B. die Fließfähigkeit, dies zulassen.
10: Schematische Zeichnung eines Wandflussfilters mit dem Aufbau einer funktionalen Pulverschicht auf einer Sperrschicht aus Pulver. Der Filterkuchen in den Poren und auf den Zellwänden des Filters 303, gebildet aus den porösen gröberen Partikeln 332 filtert nun die feineren katalytisch wirksamen Partikel 334 aus dem Gasstrom 330. Der Abgasstrom 331 ist nun nahezu partikelfrei. Durch eine hohe Gasgeschwindigkeit beim Beschichten und durch die Wahl relativ grober bzw. schwerer Partikel 334 bildet man eine Aufwandzone aus katalytisch aktiven Material, die besonders im letzten Drittel des Filters ausgeprägt ist. Da hier in der Regel 50% des Volumenstroms durch die Wand geht, ist dieses Pulver katalytisch sehr aktiv.
11: Schematische Zeichnung eines erfindungsgemäßen Wandflussfilters mit dem Aufbau einer funktionalen Pulverschicht auf einer Sperrschicht aus Pulver. Der Filterkuchen in den Poren und auf den Zellwänden des Filters 303, gebildet aus den porösen gröberen Partikeln 332, die die feineren katalytisch wirksamen Partikel 334 aufgenommen haben. Die Partikel 334 bestehen beispielsweise aus Aluminiumoxid mit einer höheren Belegung an Pt. Der Ruß 335 im Abgasstrom lagert sich nun dem Abgasvolumenstrom folgend genau da ab, wo auch die katalytisch wirksamen Partikel abgelagert wurden. Der Rußabbrand startet nun früher und der Druckverlust und damit der Benzinverbrauch sind über die Zeit gesehen niedriger.
12: Schematische Zeichnung zeigt eine bevorzugte Form einer Ausführung der Erfindung für einen Filter mit unterschiedlichen Permeabilitäten. Die beiden Washcoatzonen 336 und 337, die sich auf der Wand, in der Wand oder sowohl in der als auch auf der Wand befinden können, reduzieren in dem dargestellten Beispiel die Permeabilität signifikant. Die filtrierende Pulverschicht 332 und die katalytisch aktive Pulverpartikel 334 befinden sich dann im Bereich hoher Permeabilität. Sie sind dort sehr effektiv bezüglich der Filtration als auch bezüglich der Katalyse, da hier ein signifikanter Teil des Abluftstroms verläuft. Der Druckverlust ist bei diesem Design überraschend niedrig.
13: Schematische Zeichnung zeigt eine weitere bevorzugte Form einer Ausführung der Erfindung für einen Filter mit unterschiedlichen Permeabilitäten. Die Washcoatzone 337, die sich auf der Wand, in der Wand oder sowohl in der als auch auf der Wand befinden kann, reduzieren in dem dargestellten Beispiel die Permeabilität signifikant. Die filtrierende Pulverschicht 332 und die katalytisch aktive Pulverpartikel 334 befinden sich dann im Bereich hoher Permeabilität. Sie sind dort sehr effektiv bezüglich der Filtration als auch bezüglich der Katalyse, da hier ein signifikanter Teil des Abluftstroms verläuft. Der Druckverlust ist bei diesem Design überraschend niedrig.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1064094 B1 [0003]
EP 2521618 B1 [0003]
WO 10015573 A2 [0003]
EP 1136462 B1 [0003]
US 6478874 B1 [0003]
US 4609563 A [0003]
WO 9947260 A1 [0003]
JP 5378659 B2 [0003]
EP 2415522 A1 [0003]
JP 2014205108 A2 [0003]
WO 2005016497 A1 [0010]
EP 1789190 B1 [0010, 0029]
WO 2011151711 A1 [0011, 0030]
WO 2012030534 A1 [0012]
US 8277880 B2 [0013, 0057]
EP 2502661 A2 [0013]
EP 2502662 B1 [0013]
US 8388721 B2 [0014]
EP 2727640 A1 [0015]
EP 1576998 A2 [0016]
US 9745227 B2 [0017]
WO 18115900 A1 [0018]
WO 2015049110 A1 [0045]
US 1967235 A [0046]
US 2488440 A [0046]
DE 948415 C [0046]
DE 952891 C [0046]
DE 4225970 C1 [0057]
US 8495968 B2 [0057]
US 8632852 B2 [0057]
US 8534221 B2 [0057]
EP 2371451 B1 [0059]
EP 2371452 B1 [0059]
EP 2388072 A1 [0059]
US 8277880 B [0060]
US 108408 [0062]
US 20010003351 A1 [0062]
US 6220791 B1 [0062]
WO 05022667 A2 [0063]
DE 102010015364 A1 [0065]
DE 19921409 A1 [0065]
EP 1181970 B1 [0078]
EP 1541220 B1 [0078]
WO 2008113445 A1 [0078]
WO 2008000449 A2 [0078]
WO 2010097146 A1 [0081]
WO 2015143191 A1 [0081]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

R. Heck et al., Catalytic Air Pollution Control - Commercial Technology, Wiley, 2. Auflage 2002, Seite 87 [0006]
DIN EN ISO 787-11 [0047]
DIN 66134 [0053]
(H. Benard, C. R. Acad. Sci. Paris Ser. IV 147, 839 (1908); 147, 970 (1908); T. von Karman, Nachr. Ges. Wiss. Göttingen, Math. Phys. Kl. 509 (1911); 547 (1912) [0076]
Maricq et al., SAE 1999-01-01530 [0079]

Claims

Wandflussfilter zur Verminderung der Schadstoffe im Abgas eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass der trockene Filter auf dessen Eingangsoberfläche zumindest zweimal hintereinander mit unterschiedlichen, trockenen Pulver-Gas-Aerosolen, welche jeweils zumindest eine hochschmelzende Verbindung aufweisen, gezielt beaufschlagt wurde.
Wandflussfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter vor der Beaufschlagung mit dem ersten Pulver-Gas-Aerosol katalytisch beschichtet worden ist.
Wandflussfilter nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Pulver bei der ersten Beaufschlagung in den Poren der Filterwände niederschlägt und diese zumindest bis zur Eingangsoberfläche auffüllt und dabei keine zusammenhängende Schicht auf den Wänden des Filters über die gesamte Länge des Filters ausbildet.
Wandflussfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmenge an im Filter verbleibendem Pulver unterhalb von 100 g/l liegt.
Wandflussfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die finale Pulverbelegung einen zunehmenden Konzentrationsgradienten über die Länge des Filters von der Einlassseite zur Auslassseite aufweist.
Wandflussfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Konzentrationsgradient derart beschaffen ist, dass in einem Bereich nahe der Einlassseite und in einem Bereich in der Mitte des Filters weniger als jeweils 40 % der Wandoberfläche des Eingangskanals mit Pulver belegt sind, während in einem Bereich nahe der Auslassseite mehr als 40 % der Wandoberfläche des Eingangskanals mit Pulver belegt sind.
Wandflussfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von Filtersubstraten mit quadratischen Kanälen die Pulverbelegung in der Nähe der Ecken der Kanäle höher ist als in der entsprechenden Mitte der Eingangsoberfläche.
Wandflussfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aerosole ein Gemisch aus Luft und einem hochschmelzenden Pulver ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Metalloxid-, Metallsulfat-, Metallphosphat-, Metallcarbonat- oder Metallhydroxidpulver oder Mischungen daraus ist.
Wandflussfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Pulver ebenfalls hinsichtlich der Verminderung der Schadstoffe im Abgas eines Verbrennungsmotors katalytisch aktiv ist.
Wandflussfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pulver einen mittleren Partikeldurchmesser (d50) >1/10 und < 3 des mittleren Porendurchmessers (d50) des Filters aufweist.
Wandflussfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pulver eine Stampfdichte von < 200 kg/m³ aufweist.
Wandflussfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite oder die weiteren Pulver einen mittleren Partikeldurchmesser (d50) <1/10 des mittleren Porendurchmessers aufweist.
Wandflussfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite oder die weiteren Pulver eine Stampfdichte zwischen 50kg/m³ und 1200 kg/m³ aufweisen.
Wandflussfilter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter eine katalytisch wirksame Pulverzone im letzten Drittel des Filters im Eingangskanal aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Wandflussfilters gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verminderung der Schadstoffe im Abgas eines Verbrennungsmotors, wobei ein trockener Filter auf dessen Eingangsoberfläche hintereinander zumindest zweimal mit unterschiedlichen trockenen Pulver-Gas-Aerosolen, welche jeweils zumindest eine hochschmelzende Verbindung aufweisen, gezielt beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulver nacheinander im Gas dispergiert, anschließend in einen Gasstrom geleitet und ohne weitere Zufuhr eines Gases in die Einlassseite des Filters gesaugt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Wandflussfilters nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aerosole mit einer Geschwindigkeit von 5 m/s bis 60 m/s durch den Filter gesaugt werden.
Verfahren nach Anspruch 15 und/oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion der Pulver im Gas jeweils durch mindestens eine der folgenden Maßnahmen erfolgt: - Dispergieren mittels Druckluft - Dispergieren mittels Ultraschall - Dispergieren mittels Sieben - Dispergieren mittels „in-situ-Mahlen“ - Dispergieren mittels Gebläse - Dispergieren mittels Expansion - Dispergieren im Wirbelbett.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15-17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilgasstrom abstromseitig von der Saugvorrichtung entnommen wird und vor der Pulverzugabe dem Gasstrom, welcher durch den Filter gesaugt wird, zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15-18, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine beschleunigte Strömung vor dem Filter eine definierte Pulververteilung über den Filterquerschnitt eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15-19, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulver vor dem Einströmen in den Filter dergestalt verwirbelt werden, dass Ablagerungen der Pulver auf den Eingangstopfen des Wandflussfilters möglichst vermieden werden.
Verwendung eines Wandflussfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Minderung schädlicher Abgase eines Verbrennungsmotors.
Verwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter in einem Abgassystem zusammen mit einem oder mehreren katalytisch aktiven Aggregaten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stickoxidspeicherkatalysator, SCR-Katalysator, Dreiwegkatalysator und Dieseloxidationskatalysator eingesetzt wird.