DE102020001577A1

DE102020001577A1 - Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur

Info

Publication number: DE102020001577A1
Application number: DE102020001577.8A
Authority: DE
Inventors: Jun Inoue; Yutaka Ishii; Toshiharu Tsutsumi
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2020-09-24
Also published as: US11904264B2; JP2020152593A; JP7145797B2; CN111701362B; CN111701362A; US20200298155A1

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur für Feinpartikelauffangfilter, wobei die Wabenstruktur mehrere poröse Wabenstruktursegmente umfasst, die über Bindematerialschichten miteinander verbunden sind, wobei jedes poröse Wabenstruktursegment: Trennwände aus einem SiC-Material, wobei die Trennwände mehrere Zellen definieren, die Fließwege für ein Fluid bilden, wobei jede der Zellen von einer Zulaufendfläche, die eine Endfläche auf der Seite des Fluidzulaufes ist, zu einer Fluid-Ablaufendfläche, die eine Endfläche auf der Seite des Fluidzulaufes ist, verläuft; und eine Außenumfangswand umfasst, die sich am äußersten Umfang befindet. Das Verfahren umfasst das Verbinden jedes der porösen Wabensegmente über die Bindematerialschichten durch Auftragen eines Bindematerials zwischen Verbindungsflächen jedes der porösen Wabenstruktursegmente durch einen Düsenabschnitt eines Bindematerial-Applikators. Der Düsenabschnitt des Bindematerial-Applikators umfasst: eine Bindematerial-Einlassöffnung; einen Bindematerial-Auslassraum mit einer schlitzförmigen Bindematerial-Auslassöffnung zum Auslassen eines eingeleiteten Bindematerials und einen Bindematerial-Fließweg mit einem gebogenen Abschnitt, den das Bindematerial von der Bindematerial-Einlassöffnung zum Bindematerial-Auslassraum durchquert. Der Bindematerial-Fließweg des Düsenabschnitts umfasst einen Pufferraum, die so ausgebildet, ist, dass sich ein Fließweg-Querschnitt in Richtung des Bindematerial-Auslassraumes auf einer Abströmseite des gebogenen Abschnitts stufenweise ausdehnt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur. Genauer gesagt, bezieht sie sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur, mit dem die Herstellungseffizienz für die Wabenstruktur verbessert werden kann, indem Auftragungsunebenheit unterbunden wird, die beim Auftragen eines Bindematerials auf die Oberflächen von Wabensegmenten erzeugt wird, und verhindert wird, dass Bindematerial aus einer Bindematerial-Auslassöffnung eines Düsenabschnitts eines Bindematerial-Applikators tropft.
HINTERGRUNDTECHNIK
Gewöhnlicher Weise beinhaltet ein Verbrennungsmotor einen Dieselpartikelfilter (DPF) zum Auffangen von Feinpartikeln, die in einem Abgas aus einem Dieselmotor enthalten sind. Ferner kann der Verbrennungsmotor einen Benzinpartikelfilter (GPF) zum Auffangen von Feinpartikeln, die in einem Abgas aus einem Benzinmotor enthalten sind, beinhalten. Der DPF und GPF werden durch Verbinden mehrerer poröser Wabensegmente aus Siliciumcarbid (SiC) mit Hilfe eines Bindematerials gebildet und haben eine Struktur, die durch Schleifen eines Außenumfangs eines Segmentverbundkörpers mit den verbundenen Wabensegmenten unter Bildung einer Wabenstruktur mit einer passenden Form wie einem Kreis und einer Ellipse und dann Beschichten der Außenumfangsfläche mit einem Beschichtungsmaterial erhalten wird.
Patentdokument 1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur durch Verbinden mehrerer poröser Wabensegmente mit Hilfe eines Bindematerials unter Erzeugung eines Segmentverbundkörpers. In dem Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur wie in Patentdokument 1 beschrieben, werden, wie in 1 gezeigt, mehrere poröse Wabensegmente 10 entlang einer L-förmigen Aufnahmeplatte 30 über Haftschichten 20 unter Erhalt einer gewünschten gestapelten Struktur gestapelt und dann wird ein Druck auf die gesamte Struktur ausgeübt. So wird ein Segmentverbundkörper (Wabenstruktur 40) hergestellt, bei dem die porösen Wabensegmente 10 vertikal und horizontal gestapelt sind.
ZITATENLISTE
Patentliteratur
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2004-262670 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Bei der Herstellung des Verbundkörpers aus den porösen Wabensegmenten 10 wird, wie in 1 gezeigt, das Bindematerial in der Regel zwischen benachbarten porösen Wabensegmenten 10 aus dem Düsenabschnitt des Bindematerial-Applikators unter Bildung der Haftschichten 20 aufgetragen. Jedoch verändert aufgrund der jüngsten Regelungen der Austausch eines Feuerfestkeramikfaser- (RCF) -freien Bindematerials die Eigenschaften des herkömmlichen Bindematerials, was zu dem Problem führt, dass das Bindematerial nicht gleichmäßig aufgetragen werden kann. Genauer gesagt, ist, wenn ein Bindematerial mit einer ausgeprägteren thixotropen Eigenschaft aufgetragen wird, die Reaktionsfähigkeit des Bindematerials schlecht, beispielsweise reagiert das Bindematerial nicht unmittelbar auf Beanspruchung, so dass es zu Auftragungsunebenheit des Bindematerials kommen wird.
Im speziellen kann es, wenn das Bindematerial durch den Düsenabschnitt des Bindematerial-Applikators auf die Oberflächen der porösen Wabensegmente aufgetragen wird, an einem Auftragungsstartpunkt und an einem Auftragungsendpunkt für das Bindematerial, wie in 1 gezeigt, zu Auftragungsunebenheit kommen. Ferner kann es aufgrund von Vibration des Bindematerials zwischen dem Auftragungsstartpunkt und dem Auftragungsendpunkt zu Auftragungsunebenheit kommen.
Wie in 3 gezeigt, kann ferner eine Auftragungsbreite des Bindematerials ungleichmäßig sein. Wird eine Auftragungsmenge erhöht, um die Ungleichmäßigkeit zu lösen, wird dies das Problem verursachen, dass, wenn die Wabensegmente wie in 4 gezeigt verbunden werden, eine überschüssige Menge des Bindematerials austritt, wodurch die Nutzungseffizienz des Bindematerials gemindert wird.
Ferner wird, wenn das Bindematerial durch den Düsenabschnitt des Bindematerial-Applikators aufgetragen wird, das Bindematerial nicht gleichmäßig durch den Düsenabschnitt aufgetragen, und es kann eine größere Menge von dem Bindematerial aus der Bindematerial-Auslassöffnung des Düsenabschnitts tropfen, wie in 5 gezeigt. Tropft eine größere Menge von dem Bindematerial aus, führt dies zu dem Problem, dass der Düsenabschnitt häufig gereinigt werden muss.
All die oben beschriebenen Probleme führen zu einer Verschlechterung der Herstellungseffizienz der Wabenstruktur. Angesichts dieser Umstände ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, Auftragungsunebenheit beim Auftragen des Bindematerials auf die Oberflächen der Wabensegmente zu unterbinden und zu verhindern, dass Bindematerial aus der Bindematerial-Auslassöffnung des Düsenabschnitts des Bindematerial-Applikators tropft, und so die Herstellungseffizienz der Wabenstruktur zu verbessern.
Lösung des Problems
Im Ergebnis intensiver Studien haben die betreffenden Erfinder vermutet, dass die Auftragungsunebenheit beim Auftragen des Bindematerials und das Tropfen des Bindematerials aus der Bindematerial-Auslassöffnung des Düsenabschnitts des Bindematerial-Applikators durch einen Druck des Bindematerials verursacht werden, der in dem Düsenabschnitt des Bindematerial-Applikators erzeugt wird. Dann haben die betreffenden Erfinder herausgefunden, dass diese Probleme gelöst werden können, indem der Düsenabschnitt des Bindematerial-Applikators eine bestimmte Struktur hat. Daher ist die vorliegende Erfindung wie folgt spezifiziert:

Ein Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur für Feinpartikelauffangfilter, wobei die Wabenstruktur mehrere poröse Wabenstruktursegmente umfasst, die über Bindematerialschichten miteinander verbunden sind, wobei jedes poröse Wabenstruktursegment: Trennwände aus einem SiC-Material, wobei die Trennwände mehrere Zellen definieren, die Fließwege für ein Fluid bilden, wobei jede der Zellen von einer Zulaufendfläche, die eine Endfläche auf der Seite des Fluidzulaufes ist, zu einer Fluid-Ablaufendfläche, die eine Endfläche auf der Seite des Fluidablaufes ist, verläuft;
und eine Außenumfangswand umfasst, die sich am äußersten Umfang befindet, wobei das Verfahren:

das Verbinden jedes der porösen Wabensegmente über die Bindematerialschichten durch Auftragen eines Bindematerials zwischen Verbindungsflächen jedes der porösen Wabenstruktursegmente durch einen Düsenabschnitt eines Bindematerial-Applikators umfasst,
wobei der Düsenabschnitt des Bindematerial-Applikators:
- eine Bindematerial-Einlassöffnung;
- einen Bindematerial-Auslassraum mit einer schlitzförmigen Bindematerial-Auslassöffnung zum Auslassen eines eingeleiteten Bindematerials; und
- einen Bindematerial-Fließweg mit einem gebogenen Abschnitt, den das Bindematerial von der Bindematerial-Einlassöffnung zum Bindematerial-Auslassraum durchquert, umfasst und
- wobei der Bindematerial-Fließweg des Düsenabschnitts einen Pufferraum umfasst, der so ausgebildet, ist, dass sich ein Fließweg-Querschnitt in Richtung des Bindematerial-Auslassraumes auf einer Abströmseite des gebogenen Abschnitts stufenweise ausdehnt.

Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann Auftragungsunebenheit beim Auftragen des Bindematerials auf die Oberflächen der Wabensegmente unterbunden und verhindert werden, dass Bindematerial aus der Bindematerial-Auslassöffnung des Düsenabschnitts des Bindematerial-Applikators tropft, wodurch die Herstellungseffizienz der Wabenstruktur verbessert wird.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht die ein herkömmliches Wabensegment und eine Art der Herstellung eines Segmentverbundkörpers durch Verbinden der Wabensegmente zeigt.
2 ist eine Fotografie zum Betrachten des Aussehens, welche Auftragungsunebenheit und Vibration eines Bindematerials in dem herkömmlichen Wabensegment zeigt.
3 ist eine Fotografie zum Betrachten des Aussehens, welche eine Schwankung in der Auftragungsbreite eines Bindematerials in dem herkömmlichen Wabensegment zeigt.
4 ist eine Fotografie zum Betrachten des Aussehens, welche Extrusionen eines Bindematerials in dem herkömmlichen Segmentverbundkörper zeigt.
5 ist eine Fotografie zum Betrachten des Aussehens, welche das Tropfen eines Bindematerials aus einer Bindematerial-Auslassöffnung eines Düsenabschnitts eines herkömmlichen Bindematerial-Applikators zeigt.
6 ist eine schematische Außenansicht einer Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine schematische Außenansicht eines porösen Wabensegments gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Fotografie zum Betrachten des Aussehens eines Düsenabschnitts 60 eines Bindematerial-Applikators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Fotografie zum Betrachten des Aussehens, welche schematisch eine Innenstruktur des Düsenabschnitts 60 des Bindematerial-Applikators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine Fotografie zum Betrachten des Aussehens eines flachen Abstandshalters, der einen Bindematerial-Auslassraum eines Düsenabschnitt-Grundkörpers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung teilt.
11 (a), (b) und (c) sind jeweils Fotografien zum Betrachten des Aussehens von flachen Abstandshaltern, die einen Pufferraum gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung teilen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden Ausführungsformen einer Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung speziell unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt ist, und verschiedene Gestaltungsmodifikationen und Verbesserungen basierend auf den gewöhnlichen Kenntnissen eines Fachmannes vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
(Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur)
6 ist eine schematische Außenansicht einer Wabenstruktur 100, die mit einem Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. Die Wabenstruktur 100 wird durch Aneinanderbinden mehrerer poröser Wabenstruktursegmente 50 über Bindematerialschichten 54 gebildet, wobei jedes poröse Wabenstruktursegment 50: Trennwände 52 aus einem SiC-Material, die mehrere Zellen 51 definieren, die Fließwege für ein Fluid bilden und von einer Zulaufendfläche, die eine Endfläche auf der Seite des Fluidzulaufes ist, zu einer Ablaufendfläche, die eine Endfläche auf der Seite des Fluidablaufes ist, verlaufen; und eine Außenumfangswand 53 umfasst, die sich am äußersten Umfang befindet. Hierbei ist unter dem SiC-Material ein Material, das hauptsächlich auf SiC (Siliciumcarbid) basiert, einschließlich beispielsweise ein Material, das nur aus SiC besteht, wie umkristallisiertes SiC, Si-SiC-basierende Verbundmaterialien, Cordierit-SiC-basierende Verbundmaterialien, mit metallischem Silicium imprägniertes SiC und dergleichen zu verstehen.
Die Wabenstruktur 100 wird durch Schleifen des Außenumfangs in eine passende Form wie eine Kreisform und eine elliptische Form und dann Beschichten der Außenumfangsfläche mit einem Beschichtungsmaterial gebildet und wird als ein Feinpartikelauffangfilter wie ein Dieselpartikelfilter (DPF) und ein Benzinpartikelfilter (GPF) verwendet. Die Zulaufendfläche oder die Ablaufendfläche der Zellen 51, die als die Fließwege für das Fluid in der Wabenstruktur 100 dienen, sind mit verschlossenen Abschnitten versehen, wodurch Feinpartikel (wie Ruß) in einem Abgas aufgefangen werden kann. Auch wenn die verschlossenen Abschnitte jederzeit erzeugt werden können, werden die verschlossenen Abschnitte stärker bevorzugt jedoch vor dem Brennen der porösen Wabensegmente 50 erzeugt, da die verschlossenen Abschnitte und die Trennwände 52 durch das Brennen gesintert werden.
Was die Wabenstruktur 100 anbelangt, kann ferner ein Katalysator auf den Oberflächen oder der Innenseite der Trennwände 52 aus einem SiC-Material, die die mehreren Zellen 51 definieren, vorgesehen sein. Die Art des Katalysators ist nicht besonders eingeschränkt, und er kann passend gemäß Verwendungszweck und Anwendung der Wabenstruktur 100 gewählt werden. Beispiele für den Katalysator umfassen Edelmetallkatalysatoren oder andere Katalysatoren als diese. Veranschaulichende Beispiele für die Edelmetallkatalysatoren umfassen einen Drei-Wege-Katalysator und einen Oxidationskatalysator, die erhalten werden, indem ein Edelmetall wie Platin (Pt), Palladium (Pd) und Rhodium (Rh) auf Oberflächen von Poren aus Aluminiumoxid getragen werden, und einen Co-Katalysator wie Cer und Zirconiumdioxid enthalten, oder einen Lean-NO_x-Trap-Katalysator (LNT-Katalysator), der ein Erdalkalimetall und Platin als Speicherkomponenten für Stickoxide (NO_x) enthält. Veranschaulichende Beispiele für einen Katalysator, der kein Edelmetall nutzt, umfassen einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von NO_x (SCR-Katalysator), der ein Kupfer-substituiertes oder Eisen-substituiertes Zeolith enthält, und dergleichen. Ferner können zwei oder mehr Katalysatoren, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus diesen Katalysatoren besteht, verwendet werden. Ein Verfahren zum Tragen des Katalysators ist nicht besonders eingeschränkt, und es kann gemäß einem herkömmlichen Verfahren zum Tragen des Katalysators auf der Wabenstruktur 100 ausgeführt werden.
In dem Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden zunächst poröse Wabensegmente 50, wie in 7 dargestellt, hergestellt. Was den Herstellungsschritt der porösen Wabensegmente 50 anbelangt, werden zunächst ein Bindemittel, ein Dispergiermittel (oberflächenaktives Mittel), ein Porenbildner, Wasser und dergleichen einem keramischen Rohmaterial aus einem SiC-Material zugegeben, und diese werden unter Erzeugung eines Grünkörpers vermischt und geknetet. Der erzeugte Grünkörper wird dann durch ein Extrusionsverfahren unter Erhalt eines rohen (ungebrannten) säulenförmigen Wabenformkörpers in eine Wabenform gebracht. Der aus dem Extruder extrudierte säulenförmige Wabenformkörper wird auf eine passende Länge geschnitten. Das Extrusionsverfahren kann unter Verwendung eines Gerätes wie einer Kolbenstrangpresse, einer bi-axialen, kontinuierlichen Schneckenstrangpresse oder dergleichen ausgeführt werden. Zur Ausbildung der Wabenform ist ein Verfahren unter Verwendung einer Düse mit der gewünschten Zellenform, Trennwanddicke und Zellendichte bevorzugt. So wird ein ungebrannter Wabenformkörper hergestellt.
Die Außenform der ungebrannten säulenförmigen Wabenstruktur ist nicht besonders eingeschränkt, und sie kann eine Säulenform mit rechteckigen Endflächen wie in der vorliegenden Ausführungsform oder eine Säulenform mit kreisförmigen Endflächen (kreisförmige Säulenform) oder eine Säulenform mit vieleckigen (dreieckigen, fünfeckigen, sechseckigen, siebeneckigen, achteckigen usw.) Endflächen, bis auf rechteckige Endflächen, sein.
Der ungebrannte Wabenformkörper wird dann zur Herstellung eines getrockneten Wabenkörpers getrocknet. Das Trocknen kann durch dielektrisches Trocknen unter Nutzung von Hochfrequenzenergie, erzeugt durch Leiten eines Stroms durch die porösen Wabensegmente 50, oder durch Heißlufttrocknen, bei dem Heißluft in die porösen Wabensegmente 50 eingebracht wird, erfolgen. Ferner können natürliches Trocknen bei Raumtemperatur, Mikrowellentrocknen unter Verwendung von Mikrowellen, Gefriertrocknen oder dergleichen erfolgen oder es kann eine Kombination aus mehreren Trocknungsverfahren erfolgen. Anschließend wird der getrocknete Wabenkörper gebrannt. In diesem Fall werden die verschlossenen Abschnitte durch Sintern eines Verschlussmaterials an beiden Endflächen des getrockneten Wabenkörpers so bereitgestellt, dass Segmente gebildet werden, um Feinpartikel (Ruß und dergleichen) in einem Abgas zu reinigen. Die verschlossenen Abschnitte werden in jeder Zelle an beiden Endflächen gebildet. Wird eine Zelle an einer Endfläche verschlossen, wird die gegenüberliegende Endfläche nicht verschlossen. Ein solches Verschließen kann eine Filterfunktion hervorbringen. So werden die porösen Wabensegmente 50 hergestellt.
Das Bindematerial wird auf jedes der mehreren porösen Wabensegmente 50 zwischen den Verbindungsflächen unter Verwendung des Bindematerial-Applikators aufgetragen, um sie über die Bindematerialschichten 54 zu verbinden. In dem Verbindungsschritt können mehrere poröse Wabensegmente 50 entlang einer L-förmigen Aufnahmeplatte über die Bindematerialschichten 54 unter Anwendung des in 1 gezeigten Verfahrens unter Bildung einer gewünschten gestapelten Struktur gestapelt werden, und dann kann ein Druck auf die gesamte Struktur ausgeübt werden, um sie zu verbinden. So wird die in 6 gezeigte Wabenstruktur 100 hergestellt.
Das die Bindematerialschichten 54 bildende Bindematerial ist nicht besonders eingeschränkt, so lange es die Oberflächen der Außenumfangswände 53 aus dem SiC-Material mit guter Haftfestigkeit miteinander verbinden kann. Das die Bindematerialschichten 54 bildende Bindematerial kann beispielsweise anorganische Partikel und anorganische Fasern und kolloidale Oxide als andere Komponenten enthalten. Ferner können während des Verbindens der porösen Wabensegmente 50, neben diesen Komponenten, gegebenenfalls ein organisches Bindemittel wie Methylcellulose und Carboxymethylcellulose, ein Dispergiermittel, Wasser und dergleichen zugegeben und alles vermischt und unter Verwendung einer Knetmaschine wie eines Mixers unter Bildung einer Paste, die als ein Bindematerial verwendet werden kann, geknetet werden.
Beispiele für Materialien zum Bilden der anorganischen Partikel, die in dem die Bindematerialschichten 54 bildenden Bindematerial enthalten sind, umfassen Keramiken, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Cordierit, Aluminiumoxid, Mullit, Zirconiumdioxid, Zirconiumphosphat, Aluminiumtitanat, Titandioxid und Kombinationen davon; Fe-Cr-AI-basierte Metalle; Nickel-basierte Metalle; Silicium-Siliciumcarbid-basierte Verbundmaterialien und dergleichen.
Beispiele für die anorganischen Fasern, die in dem die Bindematerialschichten 54 bildenden Bindematerial enthalten sind, umfassen Keramikfasern wie Alumosilicat und Siliciumcarbid und Metallfasern wie Kupfer und Eisen. Geeignete kolloidale Oxide umfassen Kieselsol, Aluminiumoxidsol und dergleichen. Die kolloidalen Oxide eignen sich dazu, dem Bindematerial eine geeignete Haftkraft zu verleihen, und können durch Trocknen und Entfetten ebenso an die anorganischen Fasern und die anorganischen Partikel gebunden werden, wodurch ein starkes Bindematerial mit verbesserter Wärmebeständigkeit nach dem Trocknen bereitgestellt wird.
In dem Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beim Auftragen des Bindematerials auf jedes der mehreren porösen Wabensegmente 50 zwischen die Verbindungsflächen ein Düsenabschnitt des Bindematerial-Applikators, welcher die folgende Struktur hat, verwendet. So kann Auftragungsunebenheit während des Auftragens des Bindematerials auf die Oberflächen der Wabensegmente unterbunden und verhindert werden, dass Bindematerial aus einer Bindematerial-Auslassöffnung des Düsenabschnittes des Bindematerial-Applikators tropft. Im Ergebnis kann die Herstellungseffizienz der Wabenstruktur verbessert werden.
(Struktur des Düsenabschnitts des Bindematerial-Applikators)
8 ist eine Fotografie zum Betrachten des Aussehens eines Düsenabschnitts 60 des Bindematerial-Applikators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9 ist eine Fotografie zum Betrachten des Aussehens, die schematisch eine Innenstruktur des Düsenabschnitts 60 des Bindematerial-Applikators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Der Düsenabschnitt 60 des Bindematerial-Applikators umfasst einen Düsenabschnitt-Grundkörper 66 und einen Abstandshalter 67. Der Düsenabschnitt-Grundkörper 66 umfasst: eine Bindematerial-Einlassöffnung 61, in die das in dem Bindematerial-Applikator vorbereitete Bindematerial eingeleitet wird; einen Bindematerial-Auslassraum 63 mit einer schlitzförmigen Bindematerial-Auslassöffnung 64 zum Auslassen des eingeleiteten Bindematerials; und einen Bindematerial-Fließweg 62 mit einem gebogenen Abschnitt 65, den das Bindematerial von der Bindematerial-Einlassöffnung 61 zum Bindematerial-Auslassraum 63 durchquert. Der Abstandshalter 67 wird in den Bindematerial-Auslassraum 63 des Düsenabschnitt-Grundkörpers 66 eingeführt.
Der Düsenabschnitt-Grundkörper 66 kann aus irgendeinem Material gebildet sein, das für eine Bindematerial-Auftragsdüse bekannt ist. Der Düsenabschnitt-Grundkörper 66 kann beispielsweise aus Aluminium, Eisen, Kupfer oder einer Legierung wie SUS oder einem Harz wie Polyethylen, Vinylchlorid, Fluorharz und Polycarbonat gebildet sein.
Querschnitte des Fließweges für das Bindematerial in der Bindematerial-Einlassöffnung 61 und des Bindematerial-Fließweges 62 können irgendeine Form haben, die beispielsweise eine Kreisform, eine elliptische Form oder eine vieleckige Form umfasst. Die Größe des Querschnitts des Fließweges für das Bindematerial kann passend entsprechend der Größe des Düsenabschnitts 60 und dergleichen gestaltet werden, und beispielsweise kann der Querschnitt kreisförmig mit einem Durchmesser von 5,0 bis 20,0 mm ausgebildet sein.
Der Bindematerial-Fließweg 62 weist den gebogenen Abschnitt 65 auf. 9 veranschaulicht eine Struktur, bei der der Bindematerial-Fließweg 62, der mit der Bindematerial-Einlassöffnung 61 verbunden ist, geradeaus verläuft, wie er ist, sich um ungefähr 90° am gebogenen Abschnitt 65 biegt und zum Bindematerial-Auslassraum 63 auf der Abströmseite des gebogenen Abschnitts 65 verläuft. Der Bindematerial-Fließweg 62 ist nicht darauf beschränkt, sich wie oben beschrieben, um ungefähr 90° am gebogenen Abschnitt 65 zu biegen, und kann sich um irgendeinen Winkel biegen. Das aus der Bindematerial-Einlassöffnung 61 in den Bindematerial-Fließweg 62 eingeleitete Bindematerial wird im Bindematerial-Auslassraum 63 dünn gestreckt, indem es den gebogenen Abschnitt 65 durchquert, und wird durch die Bindematerial-Auslassöffnung 64 ausgelassen. Der gebogene Abschnitt 65 kann eine Differenz in der Fließgeschwindigkeit zwischen beiden Enden und der Mitte der schlitzförmigen Bindematerial-Auslassöffnung 64 verhindern, wenn das Bindematerial mit Hilfe des Bindematerial-Auslassraumes 63 dünn gestreckt wird.
Die Größe der schlitzförmigen Bindematerial-Auslassöffnung 64 des Bindematerial-Auslassraumes 63 kann passend entsprechend der Größe des Düsenabschnitts 60, der Auftragungsbreite und der Auftragungsmenge des Bindematerials gestaltet werden. Beispielsweise kann die schlitzförmige Bindematerial-Auslassöffnung 64 in eine rechteckige Form mit einer Länge von 60 mm und einer Breite von 25 bis 45 mm gebracht werden. Der Bindematerial-Auslassraum 63 kann durch Einführen eines flachen Abstandshalters, wie in 10 gezeigt, in den Bindematerial-Auslassraum 63 des Düsenabschnitt-Grundkörpers 66, um diesen zu teilen, gebildet werden. In dem mit Hilfe des in 10 gezeigten flachen Abstandshalters geteilten Bindematerial-Auslassraum 63 erhöht sich die Raumbreite 70 in Richtung der Bindematerial-Auslassöffnung 64. Folglich kann der Bindematerial-Auslassraum 63 so gebildet werden, dass sich der Fließweg-Querschnitt für das Bindematerial vom Einleiten des Bindematerials aus dem Bindematerial-Fließweg 62 bis zum Auslassen durch die Bindematerial-Auslassöffnung 64 ausdehnt. Mit dieser Struktur kann eine Differenz in der Fließgeschwindigkeit zwischen beiden Enden und der Mitte der schlitzförmigen Bindematerial-Auslassöffnung 64 verhindert werden.
Der Bindematerial-Fließweg 62 umfasst einen Pufferraum 68, der an den Bindematerial-Auslassraum 63 auf der Abströmseite des gebogenen Abschnitts 65 angrenzt und der so ausgebildet ist, dass sich der Fließweg-Querschnitt stufenweise in Richtung des Bindematerial-Auslassraumes 63 ausdehnt. Bindematerial, das den Bindematerial-Fließweg 62 durchquert hat, wird in den oben beschriebenen Bindematerial-Auslassraum 63 eingeleitet und dann durch die schlitzförmige Bindematerial-Auslassöffnung 64 des Bindematerial-Auslassraumes 63 ausgelassen. In diesem Fall erhöht eine konstante Größe des Fließweg-Querschnitts des Bindematerial-Fließweges 6 den Druck im Inneren des Düsenabschnitts 60, beispielsweise wenn das Bindematerial über hohe Thixotropie und schlechte Reaktion verfügt. Im Gegensatz dazu ist gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Pufferraum 68 des Bindematerial-Fließweges 62 vorgesehen, wodurch sich der Fließweg-Querschnitt für das Bindematerial vor dem Einleiten in den Bindematerial-Auslassraum 63 ausdehnt, so dass eine Erhöhung des Druckes im Inneren des Düsenabschnitts 60 unterbunden werden kann. So kann die Auftragungsunebenheit zufriedenstellend unterbunden werden, beispielsweise beim Auftragen des Bindematerials auf die Oberflächen der porösen Wabensegmente durch den Düsenabschnitt 60 des Bindematerial-Applikators. Da ferner das Bindematerial reibungslos durch die schlitzförmige Bindematerial-Auslassöffnung 64 des Bindematerial-Auslassraumes 63 ausgelassen werden kann, wird die Auftragungsbreite des Bindematerials gleichmäßig, so dass das Tropfen des Bindematerials aus der Bindematerial-Auslassöffnung 64 des Düsenabschnitts 60 zufriedenstellend unterbunden werden kann.
Der Pufferraum 68 kann durch Teilen mit dem flachen Abstandshalter gebildet werden. Der flache Abstandshalter kann ein integraler Abstandshalter sein, der so gebildet wird, dass sich der Querschnitt des Fließweges stufenweise ausdehnt.
Der Düsenabschnitt 60 des Bindematerial-Applikators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ferner als den Pufferraum neben dem Pufferraum 68 einen Pufferraum 69, die so ausgebildet ist, dass er von dem Pufferraum 68 in den Bindematerial-Auslassraum 63 verläuft. Die Pufferräume 68 und 69 können so gebildet werden, dass mehrere flache Abstandshalter, wie in den 11(a), 11(b) und 11(c) gezeigt, der Reihe nach ausgehend von der Seite des Bindematerial-Fließweges 62 gestapelt und schließlich der in 10 gezeigte flache Abstandshalter eingeführt wird. Bei den Abstandshaltern der 11(a) bis 11(b) und 11(c) vergrößert sich ein Bereich einer Öffnung 71, die dem Fließweg-Querschnitt entspricht, stufenweise in dieser Reihenfolge. Daher ist zunächst der Abstandshalter von 11(a), der an den Bindematerial-Auslassraum 63 angrenzt und den kleinsten Bereich der Öffnung 71 aufweist, vorgesehen, dann ist der Abstandshalter von 11(b) vorgesehen und ferner ist der Abstandshalter von 11(c) mit dem größten Bereich der Öffnung 71 in dem Bindematerial-Auslassraum vorgesehen, wodurch eine Pufferstruktur gebildet wird, in der sich der Fließweg des Bindematerials stufenweise ausdehnt. Gemäß einer solchen Struktur kann sich der Fließweg des Bindematerials ausdehnen, bis er durch die Bindematerial-Auslassöffnung 64 verengt wird, so dass ein Rückhalten des Bindematerials in dem Düsenabschnitt 60 zufriedenstellen unterbunden werden kann. Ferner kann durch eine solche Struktur der Pufferraum 69 des Bindematerial-Auslassraumes 63 um 200 bis 550 % ausgedehnt werden.
Die Dicken der in den 11(a), 11(b) und 11(c) gezeigten flachen Abstandshalter sind nicht besonders eingeschränkt, und sie können beispielsweise jeweils 1,0 bis 10 mm betragen. Ferner können die Dicken der mehreren Abstandshalter gleich oder verschieden sein.
Ebenso kann mindestens einer der flachen Abstandshalter als ein Siebeinsatz dienen, indem er eine Struktur aufweist, die Trennwände 72 umfasst, die die Öffnung 71 in Form paralleler Schlitze teilen, wie in 11(b) gezeigt. Eine solche Struktur kann ermöglichen, dass in dem Bindematerial enthaltene Fremdstoffe aufgefangen werden können, so dass ein Verstopfen des Düsenabschnitts 60 unterbunden werden kann.
Das Material für den Abstandshalter, der den Pufferraum 68 teilt, ist nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise kann der Abstandshalter aus Aluminium, Eisen, Kupfer oder einer Legierung wie SUS oder einem Harz wie Polyethylen, Vinylchlorid, Fluorharz oder Polycarbonat gebildet sein.
BEISPIELE
Nachstehend werden Beispiele zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile bereitgestellt, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
(Testbeispiel 1)
Als Testbeispiel 1 wurden poröse Wabensegmente aus einem SiC-Material hergestellt. Die Länge jedes porösen Wabensegments in der Zellenverlaufsrichtung betrug 141 mm.
Separat wurde ein Bindematerial-Applikator mit einem Düsenabschnitt aus einem SUS-Material und einer Fluorharzplatte mit der in den 8 und 9 gezeigten Struktur hergestellt. Der Pufferraum des Bindematerial-Fließweges des Düsenabschnitts wurde durch Stapeln und Teilen der in den 11(a), 11(b) und 11(c) gezeigten flachen Abstandshalter gebildet. Das heißt, in dem Bindematerial-Auslassraum 63 waren ausgehend von der Seite des Bindematerial-Fließweges der Abstandshalter von 11(a) mit dem kleinsten Bereich der Öffnung 71, der Abstandshalter von 11(b) und der Abstandshalter von 11(c) mit dem größten Bereich der Öffnung 71 in dieser Reihenfolge angeordnet und schließlich wurde der in 10 gezeigte flache Abstandshalter eingeführt. Die Dicken der in den 11(a), 11(b) und 11(c) gezeigten flachen Abstandshalter betrugen 5 mm, 0,5 mm bzw. 3 mm. Die Abstandshalter der 11(a) und 11(c) waren aus Fluorharz und der Abstandshalter von 11(b) war aus SUS304. Die Dicke des in 10 gezeigten flachen Abstandshalters betrug 1 mm und das Material war Fluorharz.
Das Bindematerial enthielt anorganische Fasern und nutze eine Aufschlämmung, die hauptsächlich auf Siliciumcarbid als Keramikpulver, Wasser als ein Dispersionsmedium und kolloidalem Siliciumdioxid als ein Bindemittel basierte. Ein Scherspannungswert, der die Viskosität des Bindematerials angibt, betrug 240 Pa.
Das Bindematerial wurde mit einer konstanten Geschwindigkeit (100 mm/s) von einem Ende der Verbindungsfläche zum anderen Ende jedes porösen Wabensegments entlang der Verlaufsrichtung der Zellen des porösen Wabensegments durch den Düsenabschnitt aufgetragen. Die Auftragungsbreite betrug 37,0 cm.
Nach dem Auftragen wurden die Auftragungsflächen des Bindematerials in den porösen Wabensegmenten betrachtet und es zeigte sich, dass keine Auftragungsunebenheit festzustellen war. Ferner wurde auch das Tropfen des Bindematerials aus der Bindematerial-Auslassöffnung des Düsenabschnitts des Bindematerial-Applikators zufriedenstellend unterbunden.
Bezugszeichenliste

10,50: poröses Wabensegment
20: Haftschicht
30: Aufnahmeplatte
40, 100: Wabenstruktur
51: Zelle
52: Trennwand
53: Außenumfangswand
54: Bindematerialschicht
60: Düsenabschnitt
61: Bindematerial-Einlassöffnung
62: Bindematerial-Fließweg
63: Bindematerial-Auslassraum
64: Bindematerial-Auslassöffnung
65: Biegeabschnitt
66: Düsenabschnitt-Grundkörper
67: Abstandshalter
68,: 69 Pufferraum
70: Raumbreite
71: Öffnung
72: Trennwand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004262670 A [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur für Feinpartikelauffangfilter, wobei die Wabenstruktur mehrere poröse Wabenstruktursegmente umfasst, die über Bindematerialschichten miteinander verbunden sind, wobei jedes poröse Wabenstruktursegment: Trennwände aus einem SiC-Material, wobei die Trennwände mehrere Zellen definieren, die Fließwege für ein Fluid bilden, wobei jede der Zellen von einer Zulaufendfläche, die eine Endfläche auf der Seite des Fluidzulaufes ist, zu einer Fluid-Ablaufendfläche, die eine Endfläche auf der Seite des Fluidablaufes ist, verläuft; und eine Außenumfangswand umfasst, die sich am äußersten Umfang befindet, wobei das Verfahren: das Verbinden jedes der porösen Wabensegmente über die Bindematerialschichten durch Auftragen eines Bindematerials zwischen Verbindungsflächen jedes der porösen Wabenstruktursegmente durch einen Düsenabschnitt eines Bindematerial-Applikators umfasst, wobei der Düsenabschnitt des Bindematerial-Applikators: eine Bindematerial-Einlassöffnung; einen Bindematerial-Auslassraum mit einer schlitzförmigen Bindematerial-Auslassöffnung zum Auslassen eines eingeleiteten Bindematerials; und einen Bindematerial-Fließweg mit einem gebogenen Abschnitt, den das Bindematerial von der Bindematerial-Einlassöffnung zum Bindematerial-Auslassraum durchquert, umfasst und wobei der Bindematerial-Fließweg des Düsenabschnitts einen Pufferraum umfasst, der so ausgebildet, ist, dass sich ein Fließweg-Querschnitt in Richtung des Bindematerial-Auslassraumes auf einer Abströmseite des gebogenen Abschnitts stufenweise ausdehnt.
Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei der Pufferraum so ausgebildet ist, dass er in den Bindematerial-Auslassraum verläuft.
Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Bindematerial-Auslassraum so ausgebildet ist, dass er den Fließweg-Querschnitt des Bindematerials vom Einleiten des Bindematerials aus dem Bindematerial-Fließweg bis zum Auslassen durch die Bindematerial-Auslassöffnung ausdehnt.
Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Bindematerial-Auslassraum durch Teilen mit einem flachen Abstandshalter gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Pufferraum durch Teilen mit einem flachen Abstandshalter gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur nach Anspruch 5, wobei der Pufferraum durch Teilen mit mehreren gestapelten flachen Abstandshaltern gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur nach Anspruch 6, wobei der Querschnitt des Fließweges des Pufferraumes, der mit den mehreren flachen Abstandshaltern geteilt ist, größer wird, wenn er sich dem Bindematerial-Auslassraum nähert.
Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur nach Anspruch 6 oder 7, wobei mindestens einer der mehreren flachen Abstandshalter auch als ein Siebeinsatz dient.