DE102019203980B4

DE102019203980B4 - Wabenstruktur

Info

Publication number: DE102019203980B4
Application number: DE102019203980.4A
Authority: DE
Inventors: Hirotaka Yamamoto; Tomohiro ISHIOKA
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2039-03-23
Also published as: CN110292953A; DE102019203980A1; US20190291091A1; CN110292953B; JP7030588B2; US11000841B2; JP2019166484A

Abstract

Wabenstruktur (100, 200), enthaltend einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper (4) mit einer ersten Endfläche (11) und einer zweiten Endfläche (12), wobeider Wabenstrukturkörper (4) enthält: poröse Trennwände (1), welche so angeordnet sind, dass sie eine Vielzahl sich von der ersten Endfläche (11) zu der zweiten Endfläche (12) erstreckender Zellen (2) umgeben; und eine Umfangswand (3), welche so angeordnet ist, dass sie die Trennwände (1) umgibt,der Wabenstrukturkörper (4) einen zu der Ausdehnungsrichtung der Zellen (2) orthogonalen Querschnitt hat, in welchem die Trennwände (1) die Zellen (2) so definieren, dass sie eine vieleckige Form in einem Gittermuster haben,der Wabenstrukturkörper (4) mindestens einen Lückenteil (6, 6a) an einem Endflächen-Rand aufweist, wo die erste Endfläche (11) oder die zweite Endfläche (12) die Umfangswand (3) schneidet, wobei bei dem Lückenteil (6, 6a) ein Teil der Umfangswand (3) und der Trennwände (1) fehlt,der Lückenteil (6, 6a) mindestens an einer Position mit Polarkoordinaten (R, θ) an der ersten Endfläche (11) oder der zweiten Endfläche (12), welche den Endflächen-Rand bildet, angeordnet ist, wobei θ dem Wert von θ(n=1,2...N)in der folgenden Bedingung (1) entspricht,die durchschnittliche Größe des Lückenteils (6, 6a) so beschaffen ist, dass die radiale Länge an der Endfläche des Wabenstrukturkörpers (4) 0,8 bis 8,0 mm beträgt, die Umfangslänge entlang des Außenrands der Endfläche des Wabenstrukturkörpers (4) 0,8 bis 41,0 mm beträgt und die axiale Länge in der Ausdehnungsrichtung der Zellen (2) des Wabenstrukturkörpers (4) 0,1 bis 32,0 mm beträgt, undein Prozentsatz eines Verhältnisses der Gesamtfläche des mindestens einen Lückenteils (6, 6a) an der Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers (4) zu der Gesamtfläche der Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers (4) kleiner als oder gleich 1,40% ist.(Math. 1)θ(n=1,2…N)={(π/N)+(2π/N)⋅(n−1)}(±θ(bei n=1)/2)wobei R in den Polarkoordinaten (R, θ) eine Radiuskoordinate ist, welche den Radius der ersten Endfläche (11) oder der zweiten Endfläche (12), welcher den Endflächen-Rand des Wabenstrukturkörpers (4) bildet, darstellt,θ in den obigen Polarkoordinaten (R, θ) eine Winkelkoordinate ist, welche als 0 den Schnittpunkt an der ersten Endfläche (11) oder der zweiten Endfläche (12) hat, wo der Außenrand der Endfläche eine zu der gitterartig ausgerichteten Trennwand (1) parallele und durch den Mittelpunkt der Endfläche verlaufende Linie schneidet, undin der Bedingung (1) N die Anzahl von Ecken der vieleckigen Zelle (2) bezeichnet, wobei N = 4 bis 8, und n eine natürliche Zahl kleiner als oder gleich N (n = 1, 2 ... N) bezeichnet.

Description

Die vorliegende Anmeldung beruht auf der JP-2018-057064 , eingereicht am 23.03.2018 beim japanischen Patentamt, deren gesamter Inhalt durch Verweis hierin einbezogen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wabenstruktur. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung eine Wabenstruktur, welche fähig ist, einen Bruch infolge eines bei Unterbringung der Wabenstruktur in einer Dose als Gehäuse auf die Wabenstruktur ausgeübten Kompressions-Flächendrucks wirkungsvoll zu unterbinden.
Beschreibung des Stands der Technik
Industrieländer arbeiten an einer weiteren Verschärfung der Vorschriften zu NO_x-Emissionen aus dieselgetriebenen Fahrzeugen und Bahnen. Um solche NO_x-Emissionsvorschriften einzuhalten, wurden verschiedenartige Verfahren zur Behandlung von NO_x in Abgas vorgeschlagen. Eines dieser Verfahren stellt zum Beispiel eine Wabenstruktur her, welche eine zum Beispiel mit einem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (im Folgenden kann dieser als „SCR-Katalysator“ bezeichnet sein) imprägnierte poröse Trennwand enthält, und behandelt NO_x in Abgas mit der Wabenstruktur zur Reinigung (siehe Patentliteratur 1).
Eine solche Wabenstruktur kann mit einer erhöhten Menge Katalysator zur Behandlung von NO_x imprägniert sein, um die Fähigkeit zur Reinigung des Abgases zu verbessern. Indessen kann es, wenn eine mit einem Katalysator imprägnierte Wabenstruktur zum Beispiel zur NO_x-Behandlung in die Abgasanlage eines dieselgetriebenen Fahrzeugs eingebaut ist, zu einem Problem einer Zunahme eines Druckverlusts kommen. Insbesondere kann eine zur Verbesserung der Reinigungsleistung mit einer erhöhten Menge eines Katalysators imprägnierte Wabenstruktur den Druckverlust deutlicher erhöhen. Das heißt, eine Wabenstruktur zur Behandlung von NO_x ist das Ergebnis eines Kompromisses zwischen dem „Verbessern der Reinigungsleistung“ und dem „Unterbinden einer Zunahme eines Druckverlusts“. Um einen solchen Kompromiss zu überwinden, wurde ein Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur mit einer erhöhten Porosität der Trennwand vorgeschlagen. Eine solche Wabenstruktur mit einer erhöhten Porosität der Trennwand soll zum Beispiel eine Zunahme des Druckverlusts unterbinden und gleichzeitig die Menge eines einzubringenden Katalysators erhöhen.
Weiterhin ist aus Patentdokument 2 eine Wabenstruktur aus einem keramischem Material bekannt, bei der durch Wände voneinander getrennten Strömungskanäle für ein Fluid sich von einer vorderen zu einer hinteren Stirnseite der Wabenstruktur erstrecken wobei die Wabenstruktur in mindestens einem ersten Teilbereich elektrisch weniger gut leitfähig ist als in mindestens einem zweiten Teilbereich, wobei die Teilbereiche in Strömungsrichtung hintereinander liegen.

Patentdokument 1: JP 2013-052367 A
Patentdokument 2: DE 10 2012 109 391 A1

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine solche Wabenstruktur mit einer erhöhten Porosität der Trennwand hat jedoch eine verminderte mechanische Festigkeit. Infolgedessen hat eine solche Wabenstruktur mit der erhöhten Porosität der Trennwand ein Problem, dass infolge eines bei Unterbringung derselben in einer Dose als Gehäuse auf die Außenumfangsfläche ausgeübten Kompressions-Flächendrucks leicht ein Bruch auftritt. Eine der Bruchursachen ist die Handhabung während der Herstellung. Wenn eine mit der Umfangsteil-Wand in Kontakt stehende Trennwand während der Herstellung beschädigt wird, führt eine solche Beschädigung zu einem Bruch der Wabenstruktur, welcher von der Beschädigung herrührt.
In Anbetracht solcher Probleme der herkömmlichen Verfahren stellt die vorliegende Erfindung eine Wabenstruktur bereit, welche fähig ist, einen Bruch infolge eines bei Unterbringung der Wabenstruktur in einer Dose als Gehäuse auf die Wabenstruktur ausgeübten Kompressions-Flächendrucks wirkungsvoll zu unterbinden.
Die vorliegende Erfindung stellt die folgende Wabenstruktur bereit.

1. Eine Wabenstruktur enthält einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper mit einer ersten Stirnseite und einer zweiten Stirnseite, wobei der Wabenstrukturkörper enthält: poröse Trennwände, welche so angeordnet sind, dass sie eine Vielzahl sich von der ersten Stirnseite zu der zweiten Stirnseite erstreckender Waben umgeben; und eine Umfangswand, welche so angeordnet ist, dass sie die Trennwände umgibt, der Wabenstrukturkörper einen zu der Ausdehnungsrichtung der Waben orthogonalen Querschnitt hat, in welchem die Trennwände die Waben so definieren, dass sie eine vieleckige Form in einem Gittermuster haben, der Wabenstrukturkörper mindestens einen Lückenteil an einem Stirnseiten-Rand aufweist, wo die erste Stirnseite oder die zweite Stirnseite die Umfangswand schneidet, wobei dem Lückenteil ein Teil der Umfangswand und der Trennwände fehlt, der Lückenteil mindestens an einer Position mit Polarkoordinaten (R, θ) an der ersten Stirnseite oder der zweiten Stirnseite, welche den Stirnseiten-Rand bildet, angeordnet ist, wobei θ dem Wert von θ_(n=1,2...N) in der folgenden Bedingung (1) entspricht, die durchschnittliche Größe des Lückenteils so beschaffen ist, dass die radiale Länge an der Stirnseite des Wabenstrukturkörpers 0,8 bis 8,0 mm beträgt, die Umfangslänge entlang des Außenrands der Stirnseite des Wabenstrukturkörpers 0,8 bis 41,0 mm beträgt und die axiale Länge in der Ausdehnungsrichtung der Waben des Wabenstrukturkörpers 0,1 bis 32,0 mm beträgt, und ein Prozentsatz eines Verhältnisses der Gesamtfläche des mindestens einen Lückenteils an der Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers zu der Gesamtfläche der Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers kleiner als oder gleich 1,40% ist. $θ_{(n = 1,2 \dots N)} = {(π / N) + (2 π / N) \cdot (n - 1)} (\pm θ_{(bei n = 1)} / 2)$
wobei R in den Polarkoordinaten (R, θ) eine Radiuskoordinate ist, welche den Radius der ersten Stirnseite oder der zweiten Stirnseite, welcher den Stirnseiten-Rand des Wabenstrukturkörpers bildet, darstellt, θ in den obigen Polarkoordinaten (R, θ) eine Winkelkoordinate ist, welche als 0 den Schnittpunkt an der ersten Stirnseite oder der zweiten Stirnseite hat, wo der Außenrand der Stirnseite eine zu der gitterartig ausgerichteten Trennwand parallele und durch den Mittelpunkt der Stirnseite verlaufende Linie schneidet, und in der Bedingung (1) N die Anzahl von Ecken der vieleckigen Wabe bezeichnet, wobei N = 4 bis 8, und n eine natürliche Zahl kleiner als oder gleich N (n = 1, 2 ... N) bezeichnet.
2. Die Wabenstruktur gemäß Punkt 1, wobei der Prozentsatz des Verhältnisses der Gesamtfläche des Lückenteils an der Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers zu der Gesamtfläche der Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers 0,01 bis 1,40% beträgt.
3. Die Wabenstruktur gemäß Punkt 1 oder 2, enthaltend mindestens einen der Lückenteile mit einer radialen Länge an der Endfläche des Wabenstrukturkörpers von 0,8 bis 8,0 mm, einer Umfangslänge entlang des Außenrands der Endfläche des Wabenstrukturkörpers von 0,8 bis 41,0 mm und einer axialen Länge in der Ausdehnungsrichtung der Zellen des Wabenstrukturkörpers von 0,1 bis 32,0 mm.
4 Die Wabenstruktur gemäß einem der Punkte 1 bis 3, wobei die Trennwand eine Dicke von 0,064 bis 0,305 mm hat.
5. Die Wabenstruktur gemäß einem der Punkte 1 bis 4, wobei der Wabenstrukturkörper eine Zellendichte von 31 bis 140 Zellen/cm² hat.
6. Die Wabenstruktur gemäß einem der Punkte 1 bis 5, wobei der Wabenstrukturkörper einen Außendurchmesser von 50,8 bis 355,6 mm hat.
7. Die Wabenstruktur gemäß einem der Punkte 1 bis 6, wobei der Wabenstrukturkörper in der Ausdehnungsrichtung jeder der Zellen eine axiale Länge von 50,8 bis 431,8 mm hat.

Eine Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann einen Bruch infolge eines bei Unterbringung der Wabenstruktur in einer Dose als Gehäuse auf die Wabenstruktur ausgeübten Kompressions-Flächendrucks wirkungsvoll unterbinden. Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann deshalb zu der Verbesserung einer isostatischen Festigkeit beitragen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine erste Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
2 ist eine Draufsicht, welche die Seite der ersten Endfläche der Wabenstruktur in 1 zeigt;
3 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A' in 2;
4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils der Wabenstruktur in 1;
5 ist eine Draufsicht zur Erläuterung der Polarkoordinaten an der ersten Endfläche der Wabenstruktur in 1; und
6 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, welche eine zweite Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist so zu verstehen, dass sie die folgenden Ausführungsformen enthält, an welchen auf der Grundlage der üblichen Kenntnisse eines Fachmanns Änderungen und Verbesserungen nach Bedarf vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
1. Wabenstruktur (erste Ausführungsform):
Eine erste Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung ist eine Wabenstruktur 100 wie in den 1 bis 4 gezeigt. 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche die erste Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. 2 ist eine Draufsicht, welche die Seite der ersten Endfläche der Wabenstruktur in 1 zeigt. 3 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A' in 2. 4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils der Wabenstruktur in 1.
Wie in den 1 bis 4 gezeigt, enthält die Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper 4 mit einer ersten Endfläche 11 und einer zweiten Endfläche 12. Der Wabenstrukturkörper 4 enthält poröse Trennwände 1 und eine Umfangswand 3, welche so angeordnet ist, dass sie die Trennwände 1 umgibt. Das heißt, die Umfangswand 3 umgibt die gitterförmig strukturierten Trennwände 1. Die porösen Trennwände 1 umgeben eine Vielzahl von Zellen 2, und die Vielzahl von Zellen erstreckt sich von der ersten Endfläche 11 zu der zweiten Endfläche 12 des Wabenstrukturkörpers 4 und dient als Durchgangskanäle für ein Fluid.
Der Wabenstrukturkörper 4 enthält die Zellen 2 mit einer vieleckigen Form in einem zu der Ausdehnungsrichtung der Zellen 2 orthogonalen Querschnitt, und die Trennwände 1 definieren diese Zellen 2 in einem Gittermuster. Im Folgenden bezeichnet die „Form der Zellen 2“ die Form der Zellen 2 in einem zu der Ausdehnungsrichtung der Zellen 2 in dem Wabenstrukturkörper 4 orthogonalen Querschnitt. In der Wabenstruktur 100 in 1 bis 4 ist die Form der Zellen 2 quadratisch. Obwohl sie nicht besonders beschränkt ist, ist die Form der Zellen 2 bevorzugt viereckig, sechseckig und achteckig.
Der Wabenstrukturkörper 4 hat ein Merkmal, dass ein Rand der Endfläche, wo die erste Endfläche 11 oder die zweite Endfläche 12 die Umfangswand 3 schneidet, mindestens einen Lückenteil 6 aufweist, wo ein Teil der Umfangswand 3 und der Trennwände 1 fehlt. Ein solcher Lückenteil 6 kann einen Bruch der Wabenstruktur infolge eines bei Unterbringung der Wabenstruktur 100 in einer Dose als Gehäuse auf die Wabenstruktur 100 ausgeübten Kompressions-Flächendrucks wirkungsvoll unterbinden.
In der Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform ist ein solcher Lückenteil 6 an einer vordefinierten Position des Rands der Endfläche des Wabenstrukturkörpers 4 angeordnet. Spezieller ist der Lückenteil 6 mindestens an einer Position mit Polarkoordinaten (R, θ) an der ersten Endfläche 11 oder der zweiten Endfläche 12, welche den Rand der Endfläche des Wabenstrukturkörpers 4 bildet, angeordnet, wobei θ dem Wert von θ_(n=1,2..._N) in der folgenden Bedingung (1) entspricht.

(Math. 2) $θ_{(n = 1,2 \dots N)} = {(π / N) + (2 π / N) \cdot (n - 1)} (\pm θ_{(bei n = 1)} / 2)$
R in den obigen Polarkoordinaten (R, θ) ist eine Radiuskoordinate, welche den Radius der ersten Endfläche 11 oder der zweiten Endfläche 12, welcher den Rand der Endfläche des Wabenstrukturkörpers 4 bildet, darstellt. θ in den obigen Polarkoordinaten (R, θ) ist eine Winkelkoordinate, welche als 0 (in Grad gemessen 0°) den Schnittpunkt an der ersten Endfläche 11 oder der zweiten Endfläche 12 hat, wo der Außenrand der Endfläche (d.h. der ersten Endfläche 11 oder der zweiten Endfläche 12) eine zu den gitterartig ausgerichteten Trennwänden 1 parallele und durch den Mittelpunkt der Endfläche verlaufende Linie schneidet.
In der obigen Bedingung (1) bezeichnet N die Anzahl von Ecken der vieleckigen Zellen 2 und ist N = 4 bis 8 und bezeichnet n eine natürliche Zahl kleiner als oder gleich N (n = 1, 2 ... N). In der obigen Bedingung (1) ist mit „±θ_{(bei n=1)}/2“ der Bereich von ,,-θ_(n=1)/2" bis „+θ_(n=1)/2“ gemeint.
Im Folgenden wird ein Beispiel des Werts von θ_(n=1,2...N) in der Bedingung (1), wobei die Form der Zellen 2 „viereckig“ ist, ausführlicher beschrieben. Wenn die Form der Zellen 2 „viereckig“ ist, ist N = 4 und bezeichnet n eine natürliche Zahl von 1, 2, 3, 4. Demgemäß weist die Bedingung (1), wenn die Form der Zellen 2 „viereckig“ ist, die folgenden Bedingungen (1-1) bis (1-4) auf.
$π / 8 \leq θ_{(n = 1)} \leq 3 π / 8$
$5 π / 8 \leq θ_{(n = 2)} \leq 7 π / 8$
$9 π / 8 \leq θ_{(n = 3)} \leq 11 π / 8$
$13 π / 8 \leq θ_{(n = 4)} \leq 15 π / 8$
Anhand von 5 werden im Folgenden die obigen Polarkoordinaten (R, θ) ausführlicher beschrieben. 5 ist eine Draufsicht zur Erläuterung der Polarkoordinaten an der ersten Endfläche 11 der Wabenstruktur 100 in 1. Wie in 5 gezeigt, ist R in den Polarkoordinaten (R, θ) eine Radiuskoordinate, welche den Radius der ersten Endfläche 11, welcher den Rand der Endfläche des Wabenstrukturkörpers 4 bildet, darstellt. Deshalb kann man sagen, dass die Polarkoordinaten (R, θ) Kreis-Polarkoordinaten entlang des Außenrands der ersten Endfläche 11 sind. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 5 ein Beispiel bezüglich der ersten Endfläche 11 des Wabenstrukturkörpers 4 beschrieben, und ebenso lassen sich Polarkoordinaten (R, θ) für die zweite Endfläche 12 (siehe 1) des Wabenstrukturkörpers 4 entsprechend angeben.
Wie in 5 gezeigt, ist θ in den Polarkoordinaten (R, θ) eine Winkelkoordinate, welche als 0 den Schnittpunkt hat, wo der Außenrand der ersten Endfläche 11 eine zu den gitterartig ausgerichteten Trennwänden 1 parallele und durch den Mittelpunkt der ersten Endfläche 11 verlaufende Linie schneidet. θ_(n=1,2...N) in der Bedingung (1) gibt den Bereich der Winkelkoordinaten an, welchen θ in den Polarkoordinaten (R, θ) annehmen kann. Zum Beispiel ist in 5 der Lückenteil 6 in dem die obige Bedingung (1-2) (d.h. 5π/8 ≤ θ_(n=2) ≤ 7π/8) erfüllenden Bereich an der ersten Endfläche 11 angeordnet, welcher den Rand der Endfläche des Wabenstrukturkörpers 4 bildet. Zum Beispiel wenn die Form der Zellen 2 „sechseckig“ ist, ist N = 6 und ist n=1, 2, 3, 4, 5, 6. Dann kann der Wert von θ(n = 1, 2, 3, 4, 5, 6) (der Bereich der Winkelkoordinaten, welchen θ annehmen kann) in der Bedingung (1) wie in dem Beispiel des obigen Beispiels des Vierecks angegeben werden.
Ein solcher Lückenteil 6, welcher mindestens an einer Position, welche dem Wert von θ_(n=1,2...N) in der obigen Bedingung (1) in den Polarkoordinaten (R, θ) entspricht, angeordnet ist, kann einen Bruch der Wabenstruktur infolge eines auf die Wabenstruktur 100 ausgeübten Kompressions-Flächendrucks wirkungsvoll unterbinden. Wenn der Lückenteil an einer anderen Position als der durch die obige Bedingung (1) angegebenen angeordnet ist, kann eine hinreichende einen Bruch der Wabenstruktur infolge eines Kompressions-Flächendrucks unterbindende Wirkung nicht erzielt werden. Stattdessen kann ein solcher Lückenteil 6 eine isostatische Festigkeit der Wabenstruktur 100 verringern.
Die Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform weist den Lückenteil 6 wie in den 1, 2 und 4 gezeigt mit der folgenden durchschnittlichen Größe auf. Wenn die Wabenstruktur einen einzigen Lückenteil 6 aufweist, ist die durchschnittliche Größe des Lückenteils 6 gleich der Größe des Lückenteils 6 (d.h. dem maximalen Wert jedes Maßes). Wenn die Wabenstruktur zwei oder mehr Lückenteile 6 aufweist, ist die durchschnittliche Größe der Lückenteile 6 ein arithmetischer Mittelwert der maximalen Werte der Maße dieser Lückenteile 6. Die radiale Länge A des Lückenteils 6 an der ersten Endfläche 11 des Wabenstrukturkörpers 4 kann die durchschnittliche Größe von 0,8 bis 8,0 mm haben. Die Umfangslänge B entlang des Außenrands der ersten Endfläche 11 des Wabenstrukturkörpers 4 kann die durchschnittliche Größe von 0,8 bis 41,0 mm haben. Die axiale Länge C in der Ausdehnungsrichtung der Zellen 2 des Wabenstrukturkörpers 4 kann die durchschnittliche Größe von 0,1 bis 32,0 mm haben. Eine solche Konfiguration kann einen Bruch infolge eines Kompressions-Flächendrucks wirkungsvoll unterbinden und gleichzeitig die isostatische Festigkeit der Wabenstruktur 100 aufrechterhalten. Hier ist zu beachten, dass Lückenteile 6, welche zum Berechnen der durchschnittlichen Größe von zwei oder mehr Lückenteilen 6 verwendbar sind, ein maximales Maß einer der radialen Länge, der Umfangslänge und der axialen Länge des Lückenteils 6 haben, welches mindestens 0,1 mm beträgt.
Obwohl sie nicht besonders beschränkt ist, beträgt die durchschnittliche Größe der radialen Länge A des Lückenteils (der Lückenteile) 6 an der ersten Endfläche 11 des Wabenstrukturkörpers 4 bevorzugt 0,8 bis 6,0 mm und bevorzugter 0,8 bis 4,0 mm. Die durchschnittliche Größe der Umfangslänge B entlang des Außenrands der ersten Endfläche 11 des Wabenstrukturkörpers 4 beträgt bevorzugt 0,8 bis 30,0 mm und bevorzugter 0,8 bis 20,0 mm. Die durchschnittliche Größe der axialen Länge C in der Ausdehnungsrichtung der Zellen 2 des Wabenstrukturkörpers 4 beträgt bevorzugt 0,8 bis 24,0 mm und bevorzugter 0,8 bis 16,0 mm. Eine solche Konfiguration kann einen Bruch infolge eines Kompressions-Flächendrucks wirkungsvoll unterbinden.
Die Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform hat einen Prozentsatz des Verhältnisses der Gesamtfläche des Lückenteils (der Lückenteile) 6 an der Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers 4 zu der Gesamtfläche der Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers 4 kleiner als oder gleich 1,40%. Eine solche Konfiguration kann einen Rückgang einer isostatischen Festigkeit der Wabenstruktur 100 wirkungsvoll unterbinden. Dieser Prozentsatz des Verhältnisses der Gesamtfläche des Lückenteils (der Lückenteile) 6 beträgt bevorzugt 0,01 bis 1,40% und bevorzugter 0,01 bis 0,5%.
Wenn die Wabenstruktur eine Vielzahl von Lückenteilen 6 aufweist, entspricht bevorzugt mindestens einer dieser Lückenteile 6 den oben angegebenen durchschnittlichen Größen. Das heißt, die Wabenstruktur weist bevorzugt mindestens einen Lückenteil 6 mit der radialen Länge A an der Endfläche, welche 0,8 bis 8,0 mm beträgt, der Umfangslänge B entlang des Außenrands der Endfläche, welche 0,8 bis 41,0 mm beträgt, und der axialen Länge C in der Ausdehnungsrichtung der Zellen 2, welche 0,1 bis 32,0 mm beträgt, auf. Eine solche Konfiguration kann wirkungsvoll eine bessere einen Bruch infolge eines auf die Wabenstruktur ausgeübten Kompressions-Flächendrucks unterbindende Wirkung erzielen.
Ein Lückenteil 6 ist ein Teil, wo ein Teil der Umfangswand 3 und der Trennwände 1 fehlt (verschwunden ist). Ein solcher Lückenteil 6 ist bevorzugt im Wesentlichen nur an der durch die die obige Bedingung (1) erfüllenden Polarkoordinaten (R, θ) dargestellten Position angeordnet. Ein solcher Lückenteil 6 ist bevorzugt im Wesentlichen innerhalb der durch die die obige Bedingung (1) erfüllenden Polarkoordinaten (R, θ) dargestellten Position angeordnet.
Die Anzahl der Lückenteile 6 ist nicht besonders beschränkt. In einem Beispiel kann die Wabenstruktur, solange die durchschnittliche Größe des Lückenteils (der Lückenteile) 6 den obigen Zahlenwerten entspricht und der „Prozentsatz des Verhältnisses der Gesamtfläche des Lückenteils (der Lückenteile) 6“ wie oben angegeben kleiner als oder gleich 1,40% ist, eine Vielzahl von an dem Rand jeder der ersten Endfläche 11 und der zweiten Endfläche 12 angeordneten Lückenteilen 6 aufweisen.
In der Wabenstruktur 100 hat die Trennwand 1 bevorzugt eine Dicke von 0,064 bis 0,305 mm und bevorzugter von 0,089 bis 0,132 mm. Die Dicke der Trennwand 1 kann zum Beispiel mit einem Rasterelektronenmikroskop oder einem Mikroskop gemessen werden. Wenn die Dicke der Trennwand 1 kleiner als 0,064 mm ist, reicht die Festigkeit möglicherweise nicht aus. Wenn die Dicke der Trennwand 1 größer als 0,305 mm ist, kann der Druckverlust der Wabenstruktur 100 zunehmen.
Bevorzugt haben die durch die Trennwände 1 definierten Zellen 2 eine Zellendichte von 31 bis 140 Zellen/cm² und bevorzugter von 47 bis 93 Zellen/cm². Die so konfigurierte Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform kann vorteilhaft als ein Element zur Reinigung (z.B. Katalysatorträger oder Filter) verwendet werden, um ein aus einem Kraftfahrzeugmotor abgegebenes Abgas zu reinigen.
In der Wabenstruktur 100 hat die Trennwand 1 bevorzugt eine Porosität von 27 bis 65%, bevorzugter von 27 bis 55% und besonders bevorzugt von 30 bis 55%. Die Porosität der Trennwand 1 ist ein mittels Quecksilberporosimetrie gemessener Wert. Wenn die Porosität der Trennwand 1 kleiner als 27% ist, kann ein in die Wabenstruktur 100 imprägnierter Katalysator abblättern, wenn die Wabenstruktur als ein Element wie ein Katalysatorträger zum Reinigen eines Abgases verwendet wird. Wenn die Porosität der Trennwand 1 größer als 65% ist, reicht die Festigkeit möglicherweise nicht aus.
Obwohl die Dicke der Umfangswand 3 des Wabenstrukturkörpers 4 nicht besonders beschränkt ist, beträgt die Dicke zum Beispiel bevorzugt 0,1 bis 8,0 mm, bevorzugter 0,1 bis 4,0 mm und besonders bevorzugt 0,1 bis 2,0 mm. Die Dicke der Umfangswand 3 kann zum Beispiel mit einem Rasterelektronenmikroskop oder einem Mikroskop gemessen werden. Wenn die Dicke der Umfangswand 3 kleiner als 0,1 mm ist, reicht die Festigkeit möglicherweise nicht aus. Wenn die Dicke der Umfangswand 3 größer als 8,0 mm ist, kann der Druckverlust der Wabenstruktur 100 zunehmen.
Die Umfangswand 3 des Wabenstrukturkörpers 4 kann einstückig mit den Trennwänden 1 sein oder kann eine Umfangsbeschichtungsschicht sein, welche durch Aufbringen eines Umfangsbeschichtungsmaterials dergestalt, dass es die Trennwände 1 umgibt, gebildet wird. Obwohl nicht gezeigt, können die Trennwände und die Umfangswand während des Herstellungsprozesses einstückig gebildet werden und kann dann die gebildete Umfangswand mittels eines bekannten Verfahrens wie Schleifen entfernt werden. Dann kann die Umfangsbeschichtungsschicht an dem Umfang der Trennwände angeordnet werden.
Die Form des Wabenstrukturkörpers 4 ist nicht besonders beschränkt. Zu Beispielen der Form des Wabenstrukturkörpers 4 zählt eine Säulenform, bei welcher die erste Endfläche 11 und die zweite Endfläche 12 eine Form wie einen Kreis oder eine Ellipse haben.
Die Größe des Wabenstrukturkörpers 4 einschließlich des Außendurchmessers des Wabenstrukturkörpers 4 und der axialen Länge in der Ausdehnungsrichtung der Zellen 2 ist nicht besonders beschränkt. Jede Größe kann geeignet gewählt werden, so dass die Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform optimal zur Reinigung fähig sein kann, wenn sie als ein Element zur Abgasreinigung verwendet wird. Zum Beispiel beträgt der Außendurchmesser des Wabenstrukturkörpers 4 (z.B. der Durchmesser der ersten Endfläche 11) bevorzugt 50,8 bis 355,6 mm und bevorzugter 76,2 bis 330,2 mm. Die axiale Länge in der Ausdehnungsrichtung der Zellen 2 des Wabenstrukturkörpers 4 beträgt bevorzugt 50,8 bis 431,8 mm und bevorzugter 101,6 bis 254,0 mm.
Bevorzugt besteht die Trennwand 1 aus mindestens einer aus der aus Siliciumcarbid, Cordierit, Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff, Cordierit-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff, Siliciumnitrid, Mullit, Aluminiumoxid und Aluminiumtitanat bestehenden Gruppe ausgewählten Materialart. Das Material der Trennwand 1 enthält bevorzugt die Materialien wie oben angegeben, welche 30 Massen-% oder mehr, bevorzugter 40 Massen-% oder mehr und besonders bevorzugt 50 Massen-% oder mehr ausmachen. Der Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff ist ein Siliciumcarbid als Aggregat und Silicium als Bindemittel enthaltender Verbundwerkstoff. Der Cordierit-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff ist ein Siliciumcarbid als Aggregat und Cordierit als Bindemittel enthaltender Verbundwerkstoff. In der Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform ist Cordierit ein besonders bevorzugtes Material der Trennwand 1.
(2) Wabenstruktur (zweite Ausführungsform):
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung ist eine Wabenstruktur 200 wie in 6 gezeigt. 6 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, welche die zweite Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. In 6 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten wie diejenigen der in 1 bis 4 gezeigten Wabenstruktur 100, und gegebenenfalls wird auf deren Beschreibung verzichtet.
Die Wabenstruktur 200 in 6 enthält einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper 4 mit einer ersten Endfläche 11 und einer zweiten Endfläche (nicht gezeigt). Der Wabenstrukturkörper 4 hat poröse Trennwände 1 und eine Umfangswand 3, welche so angeordnet ist, dass sie die Trennwände 1 umgibt.
Wie in 6 gezeigt, weist der Wabenstrukturkörper 4 an dem Rand der Endfläche, wo die erste Endfläche 11 und die Umfangswand 3 sich schneiden, einen Lückenteil 6a auf und fehlt ein Teil der Umfangswand 3 und der Trennwände 1. Der Lückenteil 6a der Wabenstruktur 200 der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich in der Form von dem Lückenteil 6 der Wabenstruktur 100 in 4. Der Lückenteil 6 der Wabenstruktur 100 in 4 zum Beispiel hat eine solche Form, dass ein Teil des Rands der Endfläche auf der Seite der ersten Endfläche 11 in einer unbestimmten Form ausgeschnitten ist. Im Gegensatz dazu, wie in 6 gezeigt, hat der Lückenteil 6a der Wabenstruktur 200 der vorliegenden Ausführungsform eine so ausgeschnittene Form, dass die radiale Länge A an der ersten Endfläche 11, die Umfangslänge B entlang des Außenrands der ersten Endfläche 11 und die axiale Länge C in der Ausdehnungsrichtung der Zellen 2 an dem Rand der Endfläche auf der Seite der ersten Endfläche 11 allesamt konstant sind. Die so konfigurierte Wabenstruktur 200 kann ebenfalls einen Bruch der Wabenstruktur infolge eines bei Unterbringung der Wabenstruktur 200 in einer Dose als Gehäuse auf die Wabenstruktur 200 ausgeübten Kompressions-Flächendrucks wirkungsvoll unterbinden. Die Form des Lückenteils 6a der Wabenstruktur 200 ist nicht auf die Form wie in 6 beschränkt und kann verschiedenartig geändert werden. Das heißt, die Form des Lückenteils 6a der Wabenstruktur 200 ist nicht besonders beschränkt, solange die radiale Länge A an der ersten Endfläche 11, die Umfangslänge B entlang des Außenrands der ersten Endfläche 11 und die axiale Länge C in der Ausdehnungsrichtung der Zellen 2 innerhalb vordefinierter Bereiche von Zahlenwerten liegen.
(3) Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur:
Ein Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders beschränkt, und die Wabenstruktur kann zum Beispiel mittels des folgenden Verfahrens hergestellt werden. Zuerst wird ein Plastizität aufweisendes Knetmaterial hergestellt, um einen Wabenstrukturkörper zu produzieren. Das Knetmaterial zum Produzieren eines Wabenstrukturkörpers kann hergestellt werden, indem einem als Rohmaterial-Pulver aus den oben erwähnten, für den Wabenstrukturkörper geeigneten Materialien ausgewählten Material nach Bedarf Zusätze wie Bindemittel, Porenbildner und Wasser zugesetzt werden. Als das Rohmaterial-Pulver können zum Beispiel Siliciumcarbid-Pulver und metallisches Silicium-Pulver zur Verwendung gemischt werden. Zu Beispielen des Bindemittels zählen Methylcellulose und Hydroxypropylmethylcellulose. Zu Beispielen der Zusätze zählen Netzmittel.
Das so hergestellte Knetmaterial wird stranggepresst, wodurch ein säulenförmiger Wabenformkörper produziert wird, welcher eine Vielzahl von Zellen definierende Trennwände und eine diese Trennwände umgebende Umfangswand enthält. Im Folgenden wird eine Endfläche des säulenförmigen Wabenformkörpers als eine „erste Endfläche“ bezeichnet und wird die andere Endfläche als eine „zweite Endfläche“ bezeichnet.
Der so erhaltene Wabenformkörper wird dann zum Beispiel durch Mikrowellen und Heißluft getrocknet. Dann wird ein Teil der Umfangswand und der Trennwände an dem Rand der Endfläche des getrockneten Wabenformkörpers, wo die erste Endfläche oder die zweite Endfläche und die Umfangswand sich schneiden, entfernt, um einen Lückenteil zu bilden. Ein Verfahren zum Bilden eines solchen Lückenteils kann das Beschneiden einer Seitenfläche des Wabenformkörpers durch Fräsen enthalten.
Dann wird der Wabenformkörper gebrannt, um eine Wabenstruktur herzustellen. Temperatur und Atmosphäre beim Brennen sind je nach Rohmaterial verschieden, und Fachleute sind in der Lage, die für das ausgewählte Material am besten geeignete Brenntemperatur und Brennatmosphäre auszuwählen. Nach dem Brennen des Wabenformkörpers kann ein Teil der Umfangswand und der Trennwand an dem Rand der Endfläche der Wabenstruktur entfernt werden, um Lückenteile zu bilden.
Beispiele
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen spezieller beschrieben, und die vorliegende Erfindung ist keineswegs auf diese Beispiele beschränkt.
Beispiel 1
2,0 Massenteile eines Porenbildners, 60 Massenteile eines Dispergiermediums und 5,6 Massenteile eines organischen Bindemittels wurden 100 Massenteilen des Cordierit-Form-Rohmaterials zugesetzt, und anschließend wurde das Ganze gemischt und geknetet, um ein Knetmaterial herzustellen. Als Cordierit-Form-Rohmaterial wurden Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Kaolin, Talkum und Siliciumdioxid verwendet. Als Dispergiermedium wurde Wasser verwendet. Als organisches Bindemittel wurde Methylcellulose verwendet. Als Dispergiermittel wurde Dextrin verwendet. Als Porenbildner wurde ein wasserabsorbierendes Polymer verwendet.
Dann wurde das Knetmaterial unter Verwendung einer Matrize zum Herstellen eines Wabenformkörpers stranggepresst, um einen Wabenformkörper mit einer Rundsäulenform als Gesamtform zu erhalten. Die Zellen des Wabenformkörpers hatten eine viereckige Form.
Dann wurde dieser Wabenformkörper mit einem Mikrowellentrockner getrocknet und anschließend mit einem Heißlufttrockner vollständig getrocknet, und dann wurden beide Endflächen des Wabenformkörpers auf vordefinierte Maße geschnitten.
Dann wurde an dem Rand der Endfläche des getrockneten Wabenformkörpers, wo die erste Endfläche und die Umfangswand sich schneiden, ein Teil der Umfangswand und der Trennwände entfernt, um Lückenteile zu bilden. Die Lückenteile wurden durch Fräsen gebildet. In Beispiel 1 wurden drei Lückenteile so gebildet, dass sie die durchschnittliche Größe wie in „Durchschn. Größe der Lückenteile“ in Tabelle 1 angegeben hatten. Die Spalte „Polarkoordinaten (R, θ) der Lückenteile“ in Tabelle 2 zeigt die Position der Lückenteile. R in den Polarkoordinaten (R, θ) ist eine Radiuskoordinate, welche den Radius der ersten Endfläche oder der zweiten Endfläche darstellt. θ in den obigen Polarkoordinaten (R, θ) ist eine Winkelkoordinate, welche als 0 den Schnittpunkt an der ersten Endfläche oder der zweiten Endfläche hat, wo der Außenrand der Endfläche eine zu den gitterartig ausgerichteten Trennwänden parallele und durch den Mittelpunkt der Endfläche verlaufende Linie schneidet.
Dann wurde der getrocknete Wabenformkörper entfettet und gebrannt, um eine Wabenstruktur des Beispiels 1 zu erhalten.
Die Wabenstruktur des Beispiels 1 hatte eine Rundsäulenform, bei welcher die Formen der ersten Endfläche und der zweiten Endfläche rund waren. Die erste Endfläche und die zweite Endfläche hatten einen Außendurchmesser (Durchmesser) von 355,6 mm. Die Wabenstruktur hatte in der Zellenausdehnungsrichtung eine Länge (Gesamtlänge) von 254 mm. Die Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers der Wabenstruktur hatte eine Fläche von 2837,5 cm². Die Wabenstruktur des Beispiels 1 hatte eine Trennwanddicke von 0,089 mm und eine Zellendichte von 93 Zellen/cm². Tabelle 1 zeigt die Maße der Wabenstruktur. Die Wabenstruktur hatte eine Trennwandporosität von 50%. Die Porosität der Trennwand wurde unter Verwendung des von Micromeritics produzierten Autopore 9500 (Produktname) gemessen.

Die Wabenstruktur des Beispiels 1 wies drei Lückenteile an dem Rand der Endfläche auf der Seite der ersten Endfläche auf. Diese Lückenteile hatten eine durchschnittliche Größe wie in Tabelle 1 gezeigt, so dass die radiale Länge 8,0 mm betrug, die Umfangslänge 41,0 mm betrug und die axiale Länge 16,8 mm betrug. Die summierte Umfangslänge der Lückenteile betrug 123,0 mm.

Tabelle 2

	Polarkoordinaten (R, θ) der Lückenteile
	1. Endfläche	2. Endfläche
Beispiel 1	(R, π/8), (R, 3π/8), (R, 7π/4)	nicht gebildet
Beispiel 2	(R, 5π/8)	nicht gebildet
Beispiel 3	(R, π/4), (R, 3π/4), (R, 7π/8)	(R, π/4), (R, 3π/4),(R, 3π/8)
Beispiel 4	(R, π/4), (R, 3π/4), (R, 9π/8)	nicht gebildet
Beispiel 5	(R, 13π/8)	nicht gebildet
Beispiel 6	(R, π/4), (R, 3π/4), (R, 7π/4)	(R, 11π/8)
Beispiel 7	(R, π/4), (R, 3π/4), (R, 7π/4),(R, 15π/8)	(R, π/4)
Beispiel 8	(R, π/4)	nicht gebildet
Beispiel 9	(R, 3π/4)	(R, π/4)
Beispiel 10	(R, π/8)	nicht gebildet
Beispiel 11	(R, π/4), (R, 3π/4), (R, 7π/4)	(R, 7π/4), (R, π/4), (R, 3π/4), (R, 5π/4)
Beispiel 12	(R, π/4), (R, 7π/4)	nicht gebildet
Beispiel 13	(R, π/8)	nicht gebildet
Beispiel 14	(R, 5π/12)	nicht gebildet
Beispiel 15	(R, 3π/6)	(R, π/6)
Vergleichsbeispiel 1	(R, 3π/4)	(R, π/4),(R, 5π/4), (R, 11 π/8)
Vergleichsbeispiel 2	(R, 3π/4)	nicht gebildet
Vergleichsbeispiel 3	(R, π/4), (R, 5π/4)	nicht gebildet
Vergleichsbeispiel 4	(R, π/4), (R, 5π/4)	nicht gebildet
Vergleichsbeispiel 5	(R, π/4)	nicht gebildet
Vergleichsbeispiel 6	(R, 5π/4), (R, 5π/4)	nicht gebildet
Vergleichsbeispiel 7	nicht gebildet	nicht gebildet

Tabelle 3

	Fläche der Lückenteile (cm²)	Flächenverhältnis der Lückenteile (%)	Verhältnis der isostatischen Festigkeit (-)	Prüfung zur Anwendung eines Flächendrucks beim Eindosen (MPa)	Auswertung der Eindosungsprülung
Beispiel 1	20,7	0,73	0,94	0,5	Akzeptiert
Beispiel 2	1,7	1,40	0,84	0,5	Akzeptiert
Beispiel 3	9,2	0,88	0,96	0,5	Akzeptiert
Beispiel 4	6,6	0,62	0,89	0,5	Akzeptiert
Beispiel 5	6,4	0,50	1,00	0,5	Akzeptiert
Beispiel 6	6,9	0,54	1,00	0,5	Akzeptiert
Beispiel 7	12,8	1,31	0,80	0,5	Akzeptiert
Beispiel 8	0,1	0,01	1,00	0,5	Akzeptiert
Beispiel 9	0,1	0,07	0,90	0,5	Akzeptiert
Beispiel 10	2,5	0,36	0,98	0,5	Akzeptiert
Beispiel 11	12,5	1,19	0,86	0,5	Akzeptiert
Beispiel 12	5,0	0,10	0,99	0,5	Akzeptiert
Beispiel 13	4,4	0,64	0,87	0,5	Akzeptiert
Beispiel 14	0,6	0,05	0,98	0,5	Akzeptiert
Beispiel 15	0,6	0,09	0,97	0,5	Akzeptiert
Vergleichsbeispiel 1	0,4	0,03	0,90	0,5	Zurückgewiesen
Vergleichsbeispiel 2	1,8	0,18	0,75	0,5	Zurückgewiesen
Vergleichsbeispiel 3	6,5	0,86	0,78	0,5	Zurückgewiesen
Vergleichsbeispiel 4	1,9	1,54	0,78	0,5	Zurückgewiesen
Vergleichsbeispiel 5	0,3	0,03	0,77	0,5	Akzeptiert
Vergleichsbeispiel 6	1,2	1,44	0,75	0,5	Akzeptiert
Vergleichsbeispiel 7	-	-	0,72	0,5	Zurückgewiesen

Für die Wabenstruktur des Beispiels 1 wurde eine isostatische Festigkeit mittels des folgenden Verfahrens gemessen und erhielt man auf der Grundlage des Ergebnisses der Messung ein „Verhältnis der isostatischen Festigkeit“. Tabelle 3 zeigt das Ergebnis. Für die Wabenstruktur des Beispiels 1 wurde eine „Prüfung zur Anwendung eines Flächendrucks beim Eindosen“ mittels des folgenden Verfahrens durchgeführt. Tabelle 3 zeigt das Ergebnis der Prüfung. Die Spalte „Fläche der Lückenteile“ in Tabelle 3 zeigt die Gesamtfläche (cm²) der Lückenteile an der Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers. Die Spalte „Flächenverhältnis der Lückenteile“ zeigt den Prozentsatz (%) des Verhältnisses der Gesamtfläche der Lückenteile an der Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers zu der Gesamtfläche der Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers.
Isostatische Festigkeit (MPa)
Eine isostatische Festigkeit wurde gemäß der in M505-87 der Japanese Automotive Standards Organization (JASO), einer von der Society of Automotive Engineers of Japan herausgegebenen Spezifikation, vorgegebenen Prüfung der isostatischen Bruchfestigkeit gemessen. Die Prüfung der isostatischen Bruchfestigkeit wird durchgeführt, indem eine Wabenstruktur in einen aus Gummi bestehenden röhrenförmigen Behälter eingebracht wird, welcher mit einer Aluminiumplatte dicht verschlossen wird, und dann in Wasser ein isostatischer Druck darauf ausgeübt wird. Eine mittels dieser Prüfung der isostatischen Bruchfestigkeit gemessene isostatische Festigkeit wird als ein im Augenblick des Brechens der Wabenstruktur ausgeübter Druck (MPa) angegeben. Die Spalte „Verhältnis der isostatischen Festigkeit“ in Tabelle 3 zeigt das Verhältnis der isostatischen Festigkeit der Wabenstrukturen der Beispiele und Vergleichsbeispiele zu der isostatischen Festigkeit der Wabenstrukturen ohne während des Herstellungsprozesses erzeugte Defekte oder die beabsichtigten Lückenteile. Wabenstrukturen mit einem „Verhältnis der isostatischen Festigkeit“ größer als oder gleich 0,80 wurden akzeptiert.
Prüfung zur Anwendung eines Flächendrucks beim Eindosen
Die Prüfung zur Anwendung eines Flächendrucks beim Eindosen wurde wie folgt durchgeführt. Ein Keramikvlies wurde um eine Wabenstruktur gewickelt, und diese Wabenstruktur wurde in eine Dose eingebracht, um sie mittels einer Knebelvorrichtung festzuspannen, und wurde mit einer konstanten Belastung so festgespannt, dass der Auslegungs-Flächendruck 0,5 MPa betrug.
Die Auswertung (im Folgenden kann diese als „Auswertung der Eindosungsprüfung“ bezeichnet sein) der Prüfung zur Anwendung eines Flächendrucks beim Eindosen wurde auf der Grundlage des folgenden Standards durchgeführt. Die Spalte „Auswertung der Eindosungsprüfung“ in Tabelle 3 zeigt das Ergebnis.
Wenn eine Wabenstruktur nach dem Festspannen mittels des Knebels keinen Bruch aufwies, wurde die Wabenstruktur „akzeptiert“.
Wenn eine Wabenstruktur nach dem Festspannen mittels des Knebels einen Bruch aufwies, wurde die Wabenstruktur „zurückgewiesen“.
Beispiele 2 bis 15
Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurden Wabenstrukturen dieser Beispiele unter Änderung der Maße, der Anzahl der Lückenteile und ihrer durchschnittlichen Größe hergestellt. Die Positionen der Lückenteile sind wie in der Spalte „Polarkoordinaten (R, θ) der Lückenteile“ in Tabelle 2 gezeigt. In Tabelle 2 zeigt die Spalte „Erste Endfläche“ Polarkoordinaten (R, θ) der Lückenteile an dem Rand der Endfläche auf der Seite der ersten Endfläche und zeigt die Spalte „Zweite Endfläche“ Polarkoordinaten (R, θ) der Lückenteile an dem Rand der Endfläche auf der Seite der zweiten Endfläche. Jede der Polarkoordinaten (R, θ) auf der Seite der ersten Endfläche und der zweiten Endfläche war so eingestellt, dass ihre Punkte bei „θ = 0“ sich in der Ausdehnungsrichtung der Zellen an derselben axialen Position befanden. Die Wabenstrukturen der Beispiele 14 und 15 hatten eine sechseckige Zellenform.
Vergleichsbeispiele 1 bis 7
Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurden die Wabenstrukturen dieser Vergleichsbeispiele unter Änderung der Maße, der Anzahl der Lückenteile und ihrer durchschnittlichen Größe hergestellt. Die Positionen der Lückenteile sind wie in der Spalte „Polarkoordinaten (R, θ) der Lückenteile“ in Tabelle 2 gezeigt. Die Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 7 hatte keinen Lückenteil an dem Rand der Endfläche auf der Seite der ersten Endfläche und der zweiten Endfläche.
Für die Wabenstrukturen der Beispiele 2 bis 15 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 wurde ähnlich wie in Beispiel 1 eine isostatische Festigkeit gemessen und erhielt man auf der Grundlage des Ergebnisses der Messung ein „Verhältnis der isostatischen Festigkeit“. Die „Prüfung zur Anwendung eines Flächendrucks beim Eindosen“ wurde ähnlich wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die „Auswertung der Eindosungsprüfung“ wurde auf der Grundlage des Ergebnisses der Prüfung zur Anwendung eines Flächendrucks beim Eindosen durchgeführt. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse.
Ergebnisse
Die Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 15 hatten Werte des „Verhältnisses der isostatischen Festigkeit“ größer als oder gleich 0,8 und wurden ebenso bei der Auswertung der Eindosungsprüfung akzeptiert, während ein Rückgang einer isostatischen Festigkeit unterbunden wurde.
Im Gegensatz dazu hatte die Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 1 eine radiale Länge des Lückenteils von 8,1 mm. Auf diese Weise bewirkte der zu große Lückenteil eine Spannungskonzentration beim Eindosen und verursachte er einen Bruch der Wabenstruktur. Die Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 1 wurde deshalb bei der Auswertung der Eindosungsprüfung zurückgewiesen. Die Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 2 hatte eine Umfangslänge des Lückenteils von 41,1 mm, und die Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 3 hatte eine axiale Länge des Lückenteils von 32,1 mm. Auf diese Weise waren die Lückenteile dieser Vergleichsbeispiele ähnlich wie in Vergleichsbeispiel 1 zu groß, was eine Spannungskonzentration beim Eindosen bewirkte und einen Bruch der Wabenstrukturen verursachte. Die Wabenstrukturen der Vergleichsbeispiele 2 und 3 wurden ebenfalls bei der Auswertung der Eindosungsprüfung zurückgewiesen. Die Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 4 hatte ein Flächenverhältnis der Lückenteile von 1,54%. Auf diese Weise war das Verhältnis des Lückenteils zu der gesamten Seitenfläche zu groß und wurde die Wabenstruktur bei der Auswertung der Eindosungsprüfung zurückgewiesen. Die durchschnittliche Größe der Lückenteile der Wabenstrukturen der Vergleichsbeispiele 5 bis 7 war zu klein, und die Wabenstrukturen wiesen immer noch Defekte auf. Die isostatische Festigkeit dieser Wabenstrukturen ging stark zurück, und das Verhältnis der isostatischen Festigkeit war kleiner als 0,8.
Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann für einen mit einem Katalysator zur Reinigung eines Abgases zu imprägnierenden Katalysatorträger verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Trennwand
2: Zelle
3: Umfangswand
4: Wabenstrukturkörper
6, 6a: Lückenteil
11: erste Endfläche
12: zweite Endfläche
100, 200: Wabenstruktur

Claims

Wabenstruktur (100, 200), enthaltend einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper (4) mit einer ersten Endfläche (11) und einer zweiten Endfläche (12), wobei der Wabenstrukturkörper (4) enthält: poröse Trennwände (1), welche so angeordnet sind, dass sie eine Vielzahl sich von der ersten Endfläche (11) zu der zweiten Endfläche (12) erstreckender Zellen (2) umgeben; und eine Umfangswand (3), welche so angeordnet ist, dass sie die Trennwände (1) umgibt, der Wabenstrukturkörper (4) einen zu der Ausdehnungsrichtung der Zellen (2) orthogonalen Querschnitt hat, in welchem die Trennwände (1) die Zellen (2) so definieren, dass sie eine vieleckige Form in einem Gittermuster haben, der Wabenstrukturkörper (4) mindestens einen Lückenteil (6, 6a) an einem Endflächen-Rand aufweist, wo die erste Endfläche (11) oder die zweite Endfläche (12) die Umfangswand (3) schneidet, wobei bei dem Lückenteil (6, 6a) ein Teil der Umfangswand (3) und der Trennwände (1) fehlt, der Lückenteil (6, 6a) mindestens an einer Position mit Polarkoordinaten (R, θ) an der ersten Endfläche (11) oder der zweiten Endfläche (12), welche den Endflächen-Rand bildet, angeordnet ist, wobei θ dem Wert von θ_(n=1,2...N) in der folgenden Bedingung (1) entspricht, die durchschnittliche Größe des Lückenteils (6, 6a) so beschaffen ist, dass die radiale Länge an der Endfläche des Wabenstrukturkörpers (4) 0,8 bis 8,0 mm beträgt, die Umfangslänge entlang des Außenrands der Endfläche des Wabenstrukturkörpers (4) 0,8 bis 41,0 mm beträgt und die axiale Länge in der Ausdehnungsrichtung der Zellen (2) des Wabenstrukturkörpers (4) 0,1 bis 32,0 mm beträgt, und ein Prozentsatz eines Verhältnisses der Gesamtfläche des mindestens einen Lückenteils (6, 6a) an der Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers (4) zu der Gesamtfläche der Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers (4) kleiner als oder gleich 1,40% ist. (Math. 1) $θ_{(n = 1,2 \dots N)} = {(π / N) + (2 π / N) \cdot (n - 1)} (\pm θ_{(bei n = 1)} / 2)$
wobei R in den Polarkoordinaten (R, θ) eine Radiuskoordinate ist, welche den Radius der ersten Endfläche (11) oder der zweiten Endfläche (12), welcher den Endflächen-Rand des Wabenstrukturkörpers (4) bildet, darstellt, θ in den obigen Polarkoordinaten (R, θ) eine Winkelkoordinate ist, welche als 0 den Schnittpunkt an der ersten Endfläche (11) oder der zweiten Endfläche (12) hat, wo der Außenrand der Endfläche eine zu der gitterartig ausgerichteten Trennwand (1) parallele und durch den Mittelpunkt der Endfläche verlaufende Linie schneidet, und in der Bedingung (1) N die Anzahl von Ecken der vieleckigen Zelle (2) bezeichnet, wobei N = 4 bis 8, und n eine natürliche Zahl kleiner als oder gleich N (n = 1, 2 ... N) bezeichnet.
Wabenstruktur (100, 200) nach Anspruch 1, wobei der Prozentsatz des Verhältnisses der Gesamtfläche des Lückenteils (6, 6a) an der Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers (4) zu der Gesamtfläche der Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers (4) 0,01 bis 1,40% beträgt.
Wabenstruktur (100, 200) nach Anspruch 1 oder 2, enthaltend mindestens einen der Lückenteile (6, 6a) mit einer radialen Länge an der Endfläche des Wabenstrukturkörpers (4) von 0,8 bis 8,0 mm, einer Umfangslänge entlang des Außenrands der Endfläche des Wabenstrukturkörpers (4) von 0,8 bis 41,0 mm und einer axialen Länge in der Ausdehnungsrichtung der Zellen (2) des Wabenstrukturkörpers (4) von 0,1 bis 32,0 mm.
Wabenstruktur (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Trennwand (1) eine Dicke von 0,064 bis 0,305 mm hat.
Wabenstruktur (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Wabenstrukturkörper (4) eine Zellendichte von 31 bis 140 Zellen/cm² hat.
Wabenstruktur (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Wabenstrukturkörper (4) einen Außendurchmesser von 50,8 bis 355,6 mm hat.
Wabenstruktur (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Wabenstrukturkörper (4) in der Ausdehnungsrichtung jeder der Zellen (2) eine axiale Länge von 50,8 bis 431,8 mm hat.