DE19921780B4

DE19921780B4 - Hexagonalzellen-Wabenstruktur und Verfahren zu ihrer Befestigung

Info

Publication number: DE19921780B4
Application number: DE19921780A
Authority: DE
Inventors: Yukihito Nagoya Ichikawa
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1998-05-12
Filing date: 1999-05-11
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2019-05-12
Also published as: FR2778598A1; DE19921780A1; JPH11320723A; JP3544471B2; US6421915B1; US6159578A; FR2778598B1

Abstract

Hexagonalzellen-Wabenstruktur mit einer Vielzahl von Zellenkanälen, wobei die Querschnittsform jeder Zelle hexagonal ist und bei der Wabenstruktur das Verhältnis (C/B) der durchschnittlichen Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse (C) und der durchschnittlichen Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse (B) 0,9 oder mehr beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wabenstruktur, die insbesondere zur Verwendung als Träger für einen Katalysator zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgas geeignet ist, sowie ein Verfahren zur Befestigung der Wabenstruktur. Genauer betrifft die Erfindung eine Hexagonalzellen-Wabenstruktur mit hoher mechanischer Festigkeit, guter Reinigungswirkung gegenüber Abgas und geringem Druckverlust sowie ein Verfahren zur Befestigung der Wabenstruktur.
In den letzten Jahren wurden aus Gründen zunehmender Bemühungen zum Schutz der globalen Umwelt usw. die Abgasverordnungen in verschiedenen Ländern verschärft. In diesem Zusammenhang wurden, um die Menge an von Motoren ausgestoßenen Schadstoffen [z.B. Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoffoxide (NOx)] zu verringern, Verbesserungen beim Motor selbst vorgenommen. Darüber hinaus gehen die Verbesserungen bei Dreiwegekatalysatoren (Dreiwegekatalysatoren stellen derzeit bei Katalysatoren zur Abgasreinigung eine Hauptentwicklung dar) weiter. Dank dieser zwei Verbesserungsansätze ist die Menge an ausgestoßenen Schadstoffen ständig verringert worden.
Bei einem normalen Fahrbetrieb ist die Gesamtmenge an ausgestoßenen Schadstoffen somit verringert. Mittlerweile wird daher der Schadstoffmenge Beachtung geschenkt, die unmittelbar nach dem Motorstart ausgestoßen wird. So wird beispielsweise bei einer Messung nach FTP-75 (gesetzlich geregelte Laufzyklen in den USA) innerhalb von 140 Sekunden nach dem Motorstart 60 bis 80% der über alle Laufzyklen ausgestoßenen Gesamtschadstoffmenge ausgestoßen, wobei dieses Niveau als Problem angesehen wird.
Ein Grund für dieses Ergebnis nach FTP-75 ist, daß unmittelbar nach dem Motorstart die Schadstoffe in dem Abgas durch den Katalysator hindurchgehen, ohne gereinigt zu werden, da die Abgastemperatur niedrig und der verwendete Katalysator nicht ausreichend aktiviert ist. Ein weiterer Grund ist, daß unmittelbar nach dem Motorstart die Verbrennung im Motor nicht stabilisiert ist und das Luft/Kraftstoffverhältnis (A/F-Verhältnis) im Abgas (das einen wichtigen Parameter zur Bestimmung der Reinigungswirkung eines Dreiwegekatalysators darstellt), d.h. der Anteil von Sauerstoff im Abgas, Schwankungen unterliegt.
Katalysatoren zeigen die größte Reinigungswirkung, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis einem theoretischen (stöchiometrischen) Verhältnis von 14,7 entspricht. Da unmittelbar nach dem Motorstart eine rasche Erhöhung der Katalysatortemperatur vorzuziehen ist, wurde daher versucht, (1) einen Katalysator an einer dichter zu dem Motor liegenden Stelle bereitzustellen, an der die Abgastemperatur höher ist, (2) die Wärmekapazität einer Wabenstruktur (die einen Katalysatorträger darstellt) herabzusetzen oder (3) die Zellendichte einer Wabenstruktur zu erhöhen, um (a) der Wabenstruktur eine schnelle Aufnahme der Abgaswärme zu erlauben und (b) den Kontaktbereich zwischen Katalysator und Abgas zu vergrößern.
Bei Motoren wurden außerdem Verbesserungen erzielt, indem ermöglicht wurde, daß das Luft/Kraftstoffverhältnis so schnell wie möglich das theoretische Luft/Kraftstoffverhältnis erreicht. Zur Minimierung der Abweichung des Luft/Kraftstoffverhältnisses wurde bei Katalysatoren mittlerweile eine Hinzugabe von sauerstoffspeichernden Stoffen (z.B. Zeroxid oder Zirkoniumoxid) zu einem katalytische Aktivität aufweisenden Edelmetall (z.B. Platin, Rhodium oder Palladium) vorgenommen, um den sauerstoffspeichernden Stoff im Abgas vorhandenen Sauerstoff adsorbieren oder desorbieren zu lassen.
Diese Edelmetalle und sauerstoffspeichernden Stoffe liegen in einem dispergierten Zustand in den Poren einer porösen γ-Aluminiumoxidschicht vor, die auf den Oberflächen der Zellentrennwände (Rippen) einer Wabenstruktur ausgebildet ist.
Als konkretes Beispiel für die obengenannten Verbesserungen kann eine Wabenstruktur genannt werden, wie sie in der JP-A-56-147 637 offenbart ist, wonach jede Zelle eine dreieckige, rechteckige oder hexagonale Querschnittsform aufweist und jede Zelle an jedem Winkelabschnitt (an jeder Ecke) eine Ausrundung aufweist. In der JP-A-62-225250 ist ebenfalls eine Wabenstruktur mit Hexagonalzellen offenbart, die an jeder Ecke eine Krümmung oder einen Radius (R: 1 mm oder mehr) aufweisen. In der JP-A-07-039760 ist des weiteren eine Hexagonalzellen-Wabenstruktur offenbart, bei der die Ober- und Untergrenze der Bulkdichte bzw. Rohdichte insofern bestimmt ist, als die Rippendicke auf 0,05 bis 0,150 mm und die Porosität auf 0,65 bis 0,95 eingestellt sind. Ferner ist in der JP-A-08-193512 eine Hexagonalzellen-Wabenstruktur offenbart (Rippendicke: 0,17 mm, Zellendichte: 62 Zellen/cm²), die nahe einem Motor angeordnet ist.
Die in der JP-A-56-147 637 offenbarte Hexagonalzellen-Wabenstruktur zielt jedoch darauf ab, die in jeder Zellenecke übermäßige Ausbildung einer (aus γ-Aluminiumoxid oder dergleichen bestehenden) Schicht zu vermeiden und des weiteren einen wirksamen Kontakt von Abgas mit dem in oder auf die γ-Aluminiumoxidschicht gebrachten Edelmetall zu erzielen. Auch die in der JP-A-62-225250 offenbarte Hexagonalzellen-Wabenstruktur zielt darauf ab, das Abplatzen der in jeder Zellenecke übermäßig ausgebildeten Schicht zu vermeiden, das aufgrund eines Stoßes oder einer Heizbedingungsänderung stattfinden kann. In den Ausführungsbeispielen ist jedoch keine Beschreibung der Rippendicke und Zellendichte der Hexagonalzellen-Wabenstruktur angegeben.
Die in der JP-A-07-039760 offenbarte Hexagonalzellen-Wabenstruktur zielt dagegen darauf ab, den Druckverlust durch eine Erhöhung der Porosität verringern und die Katalysatortemperatur durch Herabsetzen der Trägerwärmekapazität beim Motorstart schnell zu erhöhen. Außerdem ist in der JP-A-08-193512 beschrieben, daß das Aufwärmverhalten des Katalysators durch eine Anordnung einer Hexagonalzellen-Wabenstruktur (die hinsichtlich der Temperaturwechselbeständigkeit gegenüber einer Dreieck- oder Rechteckzellen-Wabenstruktur überlegen ist) an einer Stelle nahe dem Motor (an der die Abgastemperatur hoch ist) verbessert werden kann. In der Literatur ist zudem beschrieben, daß als Träger für einen Katalysator, der an einer von einem Motor entfernt liegenden Stelle anzuordnen ist, eine Dreieck- oder Rechteckzellen-Wabenstruktur vorgezogen wird, da eine derartige Wabenstruktur verglichen mit einer Hexagonalzellen-Wabenstruktur bei gleicher Zellendichte einen hohen geometrischen Oberflächenanteil (GSA) aufweist und nach der Beendigung des Aufwärmvorgangs gegenüber Abgas eine hohe Reinigungswirkung zeigt.
Die in der Vergangenheit erzielten Verbesserungen bei Katalysatoren erfolgten somit in Hinblick auf die Reinigungswirkung gegenüber Abgas oder der Beständigkeit der Katalyseleistung, wobei der Festigkeit der Wabenstruktur usw. keine Beachtung geschenkt wurde. Herkömmliche Wabenstrukturen wurden entweder aus keramischem Material oder wärmebeständigem Stahl hergestellt (siehe z.B. DE 24 50 071 C3 und die DE 44 96 684 T1 ) und bestanden vorwiegend aus drei Arten, und zwar aus Dreieckzellen-, Rechteckzellen- und Hexagonalzellenbauarten. Von diesen wird überwiegend eine Rechteckzellenbauart und insbesondere eine Viereckzellenbauart verwendet. Das liegt hauptsächlich daran, daß die Viereckzellenbauart verglichen mit anderen Bauarten in bezug auf Reinigungswirkung, Druckverlust und Festigkeit gut ausgewogen ist und die beim Strangpressen einer Viereckzellen-Wabenstruktur verwendete Düse leicht herstellbar ist. Diese drei Wabenstrukturbauarten sind wie in Tabelle 1 gezeigt einzustufen, wenn sie unter der Bedingung gleicher Rippendicke und gleicher Zellendichte verglichen werden. Tabelle 1

Zellenform Reinigungswirkung Druckverlust mechanische Festigkeit Temperaturwechsel beständigkeit Gesamtbewertung

dreieckig O X O Δ X

rechteckig ⊕ O O O O

hexagonal ⊕ ⊕ Δ ⊕ Δ

⊕: hervorragend O: gut Δ: nicht schlecht X: schlecht

Hexagonalzellen-Wabenstrukturen sind gegenüber Viereckzellen-Wabenstrukturen hinsichtlich der Reinigungswirkung etwa gleich gut und hinsichtlich des Druckverlustes überlegen. Jedoch weisen die Hexagonalzellen-Wabenstrukturen eine geringe Steifheit und eine geringe Festigkeit auf. Daher haben Hexagonalzellen-Wabenstrukturen als Träger für Katalysatoren zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgas keine praktische Anwendung gefunden und war ihre praktische Anwendung auf ortsfeste Vorrichtungen, die keine hohe Festigkeit erfordern, wie etwa als Träger für einen Katalysator zur Geruchsbeseitigung beschränkt.
Die Erfindung erfolgte in Hinblick auf die vorstehend genannten Probleme beim Stand der Technik, wobei ihr die Aufgabe zugrundeliegt, durch eine Verbesserung der Festigkeit einer Hexagonalzellen-Wabenstruktur und des weiteren durch Entwicklung eines verbesserten Verfahrens zur Befestigung einer Hexagonalzellen-Wabenstruktur, bei dem die Anisotropie der Festigkeitsverteilung genutzt wird, eine Hexagonalzellen-Wabenstruktur bereitzustellen, die als Träger für einen Katalysator zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgas geeignet ist.
Erfindungsgemäß ist eine Hexagonalzellen-Wabenstruktur mit einer Vielzahl von Zellenkanälen bereitgestellt, wobei die Querschnittsform jeder Zelle hexagonal ist und bei der Wabenstruktur das Verhältnis (C/B) der durchschnittlichen Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse (C) und der durchschnittlichen Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse (B) 0,9 oder mehr beträgt.
Erfindungsgemäß wird außerdem eine Hexagonalzellen-Wabenstruktur mit einer Vielzahl von Zellenkanälen bereitgestellt, wobei die Querschnittsform jeder Zelle hexagonal ist und der Trennwandwinkel θ jeder Zelle im Bereich von 30° < θ < 45° liegt. Bei dieser Hexagonalzellen-Wabenstruktur liegt der Trennwandwinkel θ jeder Zelle vorzugsweise im Bereich von 35° < θ < 40°.
Die Hexagonalzellen-Wabenstruktur ist vorzugsweise aus einem Keramikmaterial, das aus der aus Cordierit, Aluminiumoxid, Mullit, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid und Zirkoniumoxid bestehenden Gruppe ausgewählt ist, oder aus einem wärmebeständigen Stahl hergestellt. Der wärme beständige Stahl ist vorzugsweise ein rostfreier Stahl.
Erfindungsgemäß ist außerdem ein Verfahren zur Befestigung einer Hexagonalzellen-Wabenstruktur bereitgestellt, die eine Vielzahl von Zellenkanälen mit hexagonaler Querschnittsform aufweist, wobei das Verfahren den Schritt umfaßt, die Struktur am Umfang vorwiegend in Richtung der C-Achse zu befestigen, wenn der Trennwandwinkel jeder Zelle größer als 30° ist. Die Hexagonalzellen-Wabenstruktur weist in ihrem Querschnitt senkrecht zu der Richtung jedes Zellenkanals vorzugsweise eine Ovalform auf, wobei die Richtung der C-Achse der Struktur mit der Richtung der kleinen Achse der Ovalform identisch ist.
Erfindungsgemäß ist zudem ein Verfahren zur Befestigung einer Hexagonalzellen-Wabenstruktur bereitgestellt, die eine Vielzahl von Zellenkanälen mit hexagonaler Querschnittsform aufweist, wobei das Verfahren den Schritt umfaßt, die Struktur am Umfang vorwiegend in Richtung der B-Achse zu befestigen, wenn der Trennwandwinkel jeder Zelle 30° oder kleiner ist. Die Hexagonalzellen-Wabenstruktur weist in ihrem Querschnitt senkrecht zu der Richtung jedes Zellenkanals vorzugsweise eine Ovalform auf, wobei die Richtung der B-Achse der Struktur mit der Richtung der kleinen Achse der Ovalform identisch ist.
Diese Hexagonalzellen-Wabenstruktur wird als Träger für einen Katalysator zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgas verwendet, wobei sie durch das obengenannte Befestigungsverfahren befestigt und in dem Kraftfahrzeugauspuffrohr angeordnet wird.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Hexagonalzellen-Wabenstruktur in einer Ebene senkrecht zu den Zellenkanälen;
2 Darstellungen verschiedener Wabenstruktur-Zellenformen, der hydraulischen Durchmesser derartiger Zellen und der an den Trennwänden derartiger Zellen ausgebildeten Katalysatorschichten;
3 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse und der isostatischen Bruchfestigkeit von Beispielen und Vergleichsbeispielen;
4 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse und der isostatischen Bruchfestigkeit von Beispielen und Vergleichsbeispielen; und
5 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen (a) dem Verhältnis der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse und der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse und (b) der isostatischen Bruchfestigkeit von Beispielen und Vergleichsbeispielen.
In 1 und 2 bezeichnet die Bezugszahl 1 eine Hexagonalzellen-Wabenstruktur, die Bezugszahl 2 eine Zellentrennwand, die Bezugszahl 3 eine Hexagonalzelle, die Bezugszahl 4 eine Viereckzelle, die Bezugszahl 5 eine Dreieckzelle, die Bezugszahl 6 eine durch Beschichtung ausgebildete γ-Aluminiumoxidschicht und die Bezugszahl 7 eine Spitze.
Gemäß der Hexagonalzellen-Wabenstruktur (nachstehend als Hexagonalzellenwabe bezeichnet) und dem Verfahren zu ihrer Befestigung ist es erfindungsgemäß möglich, eine Hexagonalzellenwabe mit verbesserten mechanischen Festigkeiten stabil zu befestigen. Insbesondere dann, wenn die Hexagonalzellenwabe als Träger für einen Katalysator zur Reinigung von Automobilabgas verwendet wird, kann daher eine hervorragende Lebensdauer, eine hohe Reinigungswirkung und ein geringer Druckverlust erreicht werden.
In 1 ist eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der Hexagonalzellenwabe gezeigt. Eine Hexagonalzellenwabe 1 weist Trennwände 2 auf, die eine Vielzahl von Zellen (Durchlaß- bzw. Kanalzellen) 3 trennen, wobei jede Zelle 3 eine hexagonale Querschnittsform aufweist (bzw. jede Zelle 3 eine Hexagonalzelle ist). Die Parameter zur Bestimmung der Form jeder Hexagonalzelle 3 sind, wie in der teilweise vergrößerten Ansicht gemäß 1 gezeigt ist, der Trennwandwinkel θ, die Trennwanddicke t und die Trennwandlängen h und L. Der Trennwandwinkel θ ist der Winkel, der durch (1) eine die C-Achse der Wabe schneidende Seite der Hexagonalzelle 3 und (2) die B-Achse der Wabe gegeben ist. Wenn die Zelle 3 einen wie in 1 gezeigten regelmäßigen hexagonalen Querschnitt aufweist, beträgt θ daher 30° und beträgt das Längenverhältnis (h/L) der Trennwandlängen 1. Die Definitionen der B-Achse und der C-Achse sind nachstehend angegeben.
Bei der Hexagonalzellenwabe 1 ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die Zellenform ein regelmäßiges Sechseck darstellt. Die Zellenform kann eine derartige Hexagonalform sein, daß eine Vielzahl von Sechsecken dicht zusammengepackt werden können, d.h. die Länge h eines Paars einander zugewandter Seiten kann länger oder kürzer als die andere Seitenlänge L sein.
Bei einer derartigen Hexagonalzelle 3 weist, wie in 2 gezeigt ist, jede Spitze 7 einen stumpfen Winkel auf und hat die auf jeder Trennwand 2 durch Beschichtung ausgebildete γ-Aluminiumoxidkatalysatorschicht 6 (nachstehend als „Deckschicht 6" bezeichnet) verglichen mit einer Dreieckzelle 5 oder einer Rechteckzelle 4 eine gleichmäßige Dicke. Infolgedessen kann ein Reinigungskatalysator als Ganzes wirksam mit einem Abgas in Kontakt treten und kann der Katalysator eine große Reinigungswirkung entwickeln. Bei der Hexagonalzelle 3 wird darüber hinaus ein geringer Druckverlust erzielt, da der hydraulische Durchmesser R groß ist.
Bei der Hexagonalzelle kann des weiteren die Deckschicht 6 gleichmäßig ausgebildet werden. Infolgedessen wird die Abgaswärme gleichmäßig durch die Deckschicht 6 hindurch geleitet und erreicht jede Zellentrennwand 2, wodurch die Temperatur einer Hexagonalzelle 1 rasch und gleichmäßig erhöht und ein verbessertes Aufwärmeerhalten erzielt wird. Da die Deckschicht an sich rasch und gleichmäßig aufgewärmt wird, kann darüber hinaus der in der Deckschicht 6 in einem dispergierten Zustand vorliegende Katalysatorbestandteil seine Aktivität gleichmäßig entwickeln, wodurch das Katalysatoraufwärmverhalten verbessert und eine größere Reinigungswirkung erreicht wird.
Eine Entwicklung der letzten Jahren war, zur Verbesserung der Katalyseleistung und zur Unterdrückung einer Katalysatorschädigung eine Katalysatorschicht mit einem zwei- oder mehrlagigen Aufbau auszubilden, wobei jede Katalysatorschicht einen unterschiedlichen Katalysatorbestandteil enthalten durfte. Bei einem zwei- oder mehrlagigen Katalysatoraufbau ist davon auszugehen, daß die Dickengleichmäßigkeit jeder Katalysatorschicht stark die Katalysatoraktivität beeinflußt. Eine näher an der Trennwand 2 liegende Katalysatorschicht, d.h. eine unten liegende Katalysatorschicht, ist verglichen mit einer Katalysatorschicht, die einem Zellenkanal zugewandt ist, durch den Abgas hindurchgeht, d.h. einer oben liegenden Schicht, weiter von dem Abgas entfernt. Daher erfährt die unten liegende Katalysatorschicht einen langsameren Temperaturanstieg als die oben liegende Katalysatorschicht und benötigt eine längere Zeitdauer, bis sie beginnt, eine katalytische Aktivität zu zeigen. Die vorteilhaft Wirkung der gleichmäßigen Dicke einer Deckschicht 6 bei einer Hexagonalzellenwabe tritt nicht nur bei einem Dreiwegekatalysator, sondern auch bei verschiedenen anderen Katalysatoren wie etwa einer Zeolithbauart, einer Metallbauart und dergleichen auf. Die Hexagonalzellenwabe ist daher auch in dieser Hinsicht überlegen.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung der mechanischen Eigenschaften der Hexagonalzellenwabe 1. Im allgemeinen werden die mechanischen Festigkeiten einer Wabenstruktur anhand der Bruchfestigkeit bei einer Druckbeanspruchung in Achsenrichtung und anhand der isostatischen Festigkeit beurteilt. Dabei stellt die Druckbeanspruchungs-Bruchfestigkeit eine mechanische Eigenschaft dar, die bei einer als mechanisches Strukturbauteil genutzten Wabenstruktur benötigt wird, wobei der JASO-Standard M 505-87 (ein durch die „Society of Automobile Engineers of Japan" herausgegebener Kraftfahrzeugstandard) festlegt, daß eine Viereckzellen-Wabenstruktur jeweils hinsichtlich der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der A-Achse, B-Achse und C-Achse geprüft werden muß.
Der obengenannte JASO-Standard gibt jedoch keine Defini tion für die jeweiligen Achsen einer Hexagonalzellenwabe an. Daher werden die A-Achse, B-Achse und C-Achse der vorliegenden Hexagonalzellenwabe 1 wie folgt definiert. Die C-Achse stellt eine Achse dar, die sich daraus ergibt, daß in der Ebene einer Querschnittsansicht der Hexagonalzellenwabe 1 ein Paar einander zugewandter Spitzen der Hexagonalzelle 3 verbunden werden und jede Hexagonalzelle 3 bezüglich der Achse symmetrisch wird. Wenn als A-Achse die Richtung eines Zellenkanals 3, d.h. die Richtung senkrecht zu dem Querschnitt der Zelle 3, genommen wird, stellt die B-Achse eine Achse dar, die sowohl zu der A-Achse als auch der C-Achse senkrecht ist.
Wenn die A-Achse, B-Achse und C-Achse wie vorstehend definiert sind, stellt bei der Hexagonalzellenwabe 1 die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse einen Wert dar, der erhalten wird, wenn ein säulenförmiger Probekörper mit 25,4 mm Durchmesser und 25,4 mm Länge (dessen Ende parallel zu der A-C-Ebene und dessen Längenrichtung parallel zu der B-Achse ist) aus der Hexagonalzellenwabe 1 herausgetrennt, der Probekörper in Richtung der B-Achse zusammengedrückt und die Belastung beim Bruch durch die Druckbeanspruchungsfläche geteilt wird. Die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse stellt einen Wert dar, der erhalten wird, wenn ein säulenförmiger Probekörper mit 25,4 mm Durchmesser und 25,4 mm Länge (dessen Ende parallel zu der A-B-Ebene und dessen Längenrichtung parallel zu der C-Achse ist) aus der Hexagonalzellenwabe 1 herausgetrennt, der Probekörper in Richtung der C-Achse zusammengedrückt und die Belastung beim Bruch durch die Druckbeanspruchungsfläche geteilt wird.
Gewöhnlich wird ein Träger für einen Katalysator zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgas am Umfang befestigt und im Motorauspuffrohr verwendet. Daher stellt die isostati sche Bruchfestigkeit des Trägers eine wichtige Eigenschaft zur Bestimmung dar, ob der Träger eine ausreichende Festigkeit und Lebensdauer in Hinblick auf den Befestigungsdruck aufweist. Die isostatische Bruchfestigkeit wird beurteilt, indem ein Träger in einen aus Gummi bestehenden zylinderförmigen Behälter gesetzt, darauf eine aus Aluminium bestehende Abdeckung gesetzt und der Träger in Wasser einem isotropen Druck ausgesetzt wird. Diese Prüfung simuliert die Druckbelastung, der ein Träger für einen Katalysator unterliegt, wenn er am Umfang an einem Katalysatorgehäuse befestigt ist. Die isostatische Bruchfestigkeit eines Trägers wird als der Druck angegeben, bei dem der Träger bei der obengenannten Prüfung zum Bruch kommt, und ist durch den JASO-Standard M 505-87 festgelegt, der durch die „Society of Automotive Engineers of Japan" herausgegeben wurde.
Hinsichtlich dieser Bruchfestigkeiten besteht ein klarer Zusammenhang zwischen (a) dem Verhältnis (C/B) der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse (C) und der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse (B) und (b) der isostatischen Bruchfestigkeit, wie bei den nachstehend erläuterten Beispielen gezeigt ist. Das Druckbeanspruchungs-Bruchfestigkeitsverhältnis (C/B) beträgt in Hinblick auf die isostatische Bruchfestigkeit vorzugsweise 0,9 oder mehr.
Das Verhältnis der durchschnittlichen Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse und der durchschnittlichen Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse wird mit zunehmendem Trennwandwinkel θ größer, wobei sowohl die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse als auch die isostatische Bruchfestigkeit größer werden. Die isostatische Bruchfestigkeit zeigt jedoch die Tendenz, bei einem zu großen Trennwandwinkel θ abzu nehmen. Daher hat die Ausgewogenheit zwischen der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse und der Druckfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse einen starken Einfluß auf die Verbesserung der isostatischen Bruchfestigkeit, wobei sowohl die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse als auch die isostatische Bruchfestigkeit verbessert werden können, indem der Trennwandwinkel θ größer als 30° (regelmäßiges Sechseck) eingestellt wird. Der Trennwandwinkel θ liegt in Hinblick auf die isostatische Bruchfestigkeit vorzugsweise im Bereich von 30° < θ < 45° und besser im Bereich von 35° < θ < 40°.
Erfindungsgemäß ist die Hexagonalzellenwabe 1 vorzugsweise aus einem Keramikmaterial, das aus der aus Cordierit, Aluminiumoxid, Mullit, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid und Zirkoniumoxid bestehenden Gruppe ausgewählt ist, oder aus einem wärmebeständigen Stahl, insbesondere einem rostfreien Stahl, hergestellt. Da anzunehmen ist, daß die mechanischen Eigenschaften der Hexagonalzellenwabe 1 ihre Ursache in den geometrischen Eigenschaften der Hexagonalzelle 3 haben, ist davon auszugehen, daß ein bevorzugter Trennwandwinkel θ, ein bevorzugtes Druckbeanspruchungs-Bruchfestigkeitsverhältnis (C/B) usw. universelle Parameter für die mechanischen Festigkeiten darstellen, wobei das Verfahren oder Material, das bei der Herstellung einer Hexagonalzellenwabe verwendet wird, unerheblich ist, auch wenn sich die mechanischen Festigkeiten in Abhängigkeit von dem verwendeten Material an sich unterscheiden.
Die erfindungsgemäße Hexagonalzellenwabe ergibt einen geringen Druckverlust, ist hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften überlegen und zeigt, wenn darauf eine Deckschicht ausgebildet ist, gegenüber Abgas eine hervor ragende Reinigungswirkung. Daher ist sie insbesondere zur Verwendung als Träger für einen Katalysator zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgas geeignet. Die Hexagonalzellenwabe kann darüber hinaus auch bei anderen Anwendungen verwendet werden, bei denen die Wabenstruktur nicht durch eine geeignete äußere Kraft befestigt werden muß, wie etwa als Träger für einen Katalysator zur Reinigung verschiedener Abgase, als Filter zur Beseitigung von feinen Teilchen in verschiedenen Abgasen, als Filter zur Filtration verschiedener Flüssigkeiten, als Träger für einen Katalysator für verschiedene chemische Reaktionen und dergleichen.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung des Verfahrens zur Befestigung der genannten Hexagonalzellenwabe. Wenn die genannte Hexagonalzellenwabe als Träger für einen Katalysator zur Abgasreinigung verwendet wird, wird die Wabe am Umfang an einem Gehäuse befestigt und als Katalysator verwendet. Wenn der Zellentrennwandwinkel θ der Wabe größer als 30° ist, ist bei der Wabe die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse größer als die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse, weshalb die Hexagonalzellenwabe am Umfang vorzugsweise vorwiegend in Richtung der C-Achse befestigt wird. Wenn die Hexagonalzellenwabe in ihrer B-C-Ebene senkrecht zu der Hexagonalzellen-Kanalrichtung eine Ovalform aufweist, wird daher zugelassen, daß die Richtung der C-Achse der Hexagonalzellenwabe mit der Richtung der kleinen Achse des Ovals identisch ist, und wird die Hexagonalzellenwabe in Richtung der C-Achse befestigt, wodurch die Wabe stabil und fest befestigt werden kann und eine hohe Zuverlässigkeit zeigt.
Wenn der Zellentrennwandwinkel θ der Wabe 30° oder kleiner ist, ist bei der Wabe, wie in den nachstehend beschriebenen Beispielen gezeigt ist, die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse größer als die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse, weshalb die Hexagonalzellenwabe am Umfang vorzugsweise vorwiegend in Richtung der B-Achse befestigt wird. Wenn die Hexagonalzellenwabe in ihrer B-C-Ebene eine Ovalform aufweist, wird daher zugelassen, daß die Richtung der B-Achse der Hexagonalzellenwabe mit der Richtung der kleinen Achse des Ovals identisch ist, und wird die Hexagonalzellenwabe in Richtung der B-Achse befestigt, wodurch die Wabe stabil und fest befestigt werden kann.
Im Fall der obengenannten Befestigungen in Richtung der C-Achse und der B-Achse ist die Gestalt der Hexagonalzellenwabe in ihrer B-C-Ebene nicht auf ein Oval beschränkt und kann auch ein Kreis, ein Rechteck oder ein Polygon sein. Unabhängig von der Gestalt der Hexagonalzellenwabe läßt sich die Befestigungsrichtung in Abhängigkeit von der Form (von dem Trennwandwinkel θ) jeder Hexagonalzelle bestimmen, durch die die Wabe gebildet wird.
Die Erfindung ist nachstehend ausführlicher anhand von Beispielen beschrieben.
Ein geknetetes Ausgangsmaterial, das aus Talk, Kaolin, Aluminiumoxid usw. bestand, wurde einem Strangpreßverfahren unterzogen, worauf ein Trocknen und Brennen folgte, um verschiedene aus Cordierit bestehende Hexagonalzellenwaben herzustellen. Die Waben wurden geprüft. In Tabelle 2 sind verschiedenen Parameter zur Bestimmung der Formen dieser Hexagonalwaben gezeigt. In Tabelle 2 gibt „Zellendichte: 600 cpsi" an, daß pro Quadratzoll (1 Quadratzoll = 6,45 cm²) 600 Zellen vorhanden sind.
Wabenstrukturen, die als Träger für einen Katalysator zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgas verwendet werden, müssen eine Katalysatortragefähigkeit, d.h. eine Deckschichtausbildbarkeit, aufweisen, wobei eine derartige Struktur zudem drei wesentliche Eigenschaften besitzen muß, in denen sie überlegen ist, nämlich Druckbeanspruchungs-Bruchfestigkeit, isostatische Bruchfestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit. Jede der wie vorstehend hergestellten Hexagonalzellenwaben wurde daher mit 5 oder 10 Probekörpern hinsichtlich Druckbeanspruchungs-Bruchfestigkeit, isostatischer Bruchfestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit geprüft, wobei für jeden Prüfgegenstand ein Durchschnitt aus 5 oder 10 Messungen bestimmt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Dabei wurde die Prüfung der Druckbeanspruchungs-Bruchfestigkeit gemäß den Angaben, die in dem durch die „Society of Automotive Engineers of Japan" herausgegebenen JASO-Standard M 505-87 für Viereckzellen-Wabenstrukturen gegeben sind, jeweils für die A-Achse, B-Achse und C-Achse durchgeführt, die vorstehend für die Hexagonalzellenwabe definiert sind. Die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse einer Hexagonalzellenwabe stellt einen Wert dar, der erhalten wird, wenn ein säulenförmiger Probekörper mit 25,4 mm Durchmesser und 25,4 mm Länge (dessen Ende parallel zu der A-C-Ebene und dessen Längenrichtung parallel zu der B-Achse ist) aus der Hexagonalzellenwabe herausgetrennt, der Probekörper in Richtung der B-Achse zusammengedrückt und die Belastung beim Bruch durch die Druckbeanspruchungsfläche geteilt wird. Die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der A-Achse und die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse können auf ähnliche Weise erhalten werden.
Die Prüfung der isostatischen Bruchfestigkeit erfolgte gemäß dem durch die „Society of Automotive Engineers of Japan" herausgegebenen JASO-Standard M 505-87. Die Prüfung der Temperaturwechselbeständigkeit ist grundsätzlich durch den JASO-Standard M 505-87 festgesetzt und wurde wie folgt durchgeführt. Eine Wabenstruktur, die Zimmertemperatur aufwies, wurde für 20 Minuten in einen Elektroofen gesetzt, der bei einer vorbestimmten Temperatur gehalten wurde, die höher als Zimmertemperatur war. Dann wurde die Wabenstruktur herausgenommen und auf einen Schamottestein gesetzt, wobei die Wabenstruktur auf ihr äußeres Erscheinungsbild hin untersucht (um auf eine Rißbildung hin zu überprüfen) und am Umfang leicht mit einem Metallstab beklopft wurde. Wenn kein Riß erkannt wurde und der Klang ein metallischer Klang und kein dumpfer Klang war, entsprach das Ergebnis einer „Abnahme". Die Innentemperatur des Elektroofens wurde dann in Schritten von 50°C erhöht und der gleiche Vorgang solange wiederholt, bis sich ein „Fehler" einstellte. Wenn sich der „Fehler" bei einer Temperatur von (Zimmertemperatur + 950°C) einstellte, wurde deshalb für die Temperaturwechselbeständigkeit der überprüften Wabenstruktur eine „Differenz von 900°C" angegeben.
Als nächstes sind die Versuchsergebnisse erläutert. Es ist zunächst anzumerken, daß die bei der vorstehend erläuterten Herstellung von Hexagonalzellenwaben verwendete Strangpreßdüse einen Schlitz (zur Wabenformung) aufwies, der ein streng regelmäßiges Sechseck war und in bezug auf den Winkel mit einer Genauigkeit von kleiner als ±0,5° gearbeitet worden war.
Bei jeder der erzeugten Hexagonalzellenwaben lagen jedoch Verformungsabschnitte vor, die durch ein ganz leichtes Zusammenfallen von Zellen in Richtung der C-Achse ausge bildet wurden. Als Grund hierfür wird angenommen, daß wenn ein Ausgangsmaterial durch einen Düsenschlitz hindurchgeschickt, eine Hexagonalzellen-Wabenstruktur erzeugt und die erzeugte Wabenstruktur am Umfang durch eine Vorrichtung gestützt wird, in deren Nähe der Umfang und die Zellentrennwände bei der Wabenstruktur durch das Eigengewicht der Wabenstruktur verformt werden.
Es ist zu erwarten, daß die obengenannten Verformungsabschnitte auch dann ausgebildet werden, wenn andere Keramikmaterialien (z.B. Aluminiumoxid, Mullit, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid oder Zirkoniumoxid) oder ein gesintertes Metallmaterial (z.B. wärmebeständiger rostfreier Stahl) dem Strangpreßverfahren unterzogen werden. Das heißt, es ist zu erwarten, daß wenn ein Material, das durch Mischen und Kneten von Ausgangsmaterialpulver, Wasser und einem Bindemittel erhalten wurde, einem Strangpreßverfahren unterzogen wird, die sich ergebende Hexagonalzellenwabe eine Trennwandverformung aufweist, wobei das verwendete Material unerheblich ist.
Eine regelmäßige Hexagonalzellenwabe weist theoretisch eine isotrope Steifheit auf. Daher bestand die Erwartung, daß bei jeder erzeugten Hexagonalzellenwabe die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse und die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse gleich waren. Das Ergebnis war jedoch, daß die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse bei mehr als der Hälfte der geprüften Wabenprobekörper kleiner als die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse war. Eine Untersuchung der Wabenprobekörper nach der Prüfung der isostatischen Bruchfestigkeit ergab unterdessen, daß bei jedem Probekörper, der eine verhältnismäßig geringe isostatische Bruchfestigkeit aufwies, zahlreiche Zellen zusammengedrückt und in Richtung der C-Achse verformt waren. Es wird daher angenommen, daß das Zusammenfallen der Zellen und die Verformung in Richtung der C-Achse die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse beeinträchtigen.
Bei der Prüfung der isostatischen Bruchfestigkeit für eine Hexagonalzellenwabe wird an dem Umfang der Wabe ein Druck aufgebracht. Daraus läßt sich daher leicht schließen, daß die isostatische Bruchfestigkeit einer Wabe in einem engen Verhältnis zu sowohl der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse als auch der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse der Wabe steht. Anhand der obengenannten Prüfergebnisse ist anzunehmen, daß bei Hexagonalzellenwaben eine Verformung und ein Bruch eher aufgrund der Belastung in Richtung der C-Achse als der Belastung in Richtung der B-Achse auftreten.
Unter Verwendung der Prüfergebnisse in Tabelle 2 wurde daher eine Untersuchung bezüglich des Zusammenhangs zwischen der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse, der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse und der isostatischen Bruchfestigkeit durchgeführt. Wie in 3 bis 5 gezeigt ist, war das Ergebnis, daß zwischen der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse und der isostatischen Bruchfestigkeit kein klarer Zusammenhang bestand. Es ergaben sich jedoch (wenn auch unklare) Indizien für einen Zusammenhang zwischen der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse und der isostatischen Bruchfestigkeit. Darüber hinaus ergaben sich klare Indizien für einen Zusammenhang zwischen (a) dem Verhältnis der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse und der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse und (b) der isostatischen Bruchfestigkeit.
Träger für einen Katalysator zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgas weisen im allgemeinen eine Struktur auf, die am Umfang befestigt wird. Der darauf aufgebrachte Befestigungsdruck ist in Hinblick auf ein garantiertes Mindestniveau auf 0,5 MPa und vorzugsweise auf 1,0 MPa eingestellt. In diesem Zusammenhang beträgt das bei einem Träger für einen Katalysator zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgas erforderliche durchschnittliche Niveau der isostatischen Bruchfestigkeit 3,0 MPa oder mehr und wünschenswerterweise 4,0 MPa oder mehr. Aufgrund der Ergebnisse der obengenannten Prüfung (siehe 5) wird dementsprechend als Untergrenze für das Druckbeanspruchungs-Bruchfestigkeitsverhältnis (C/B) von 0,9 ausgegangen, wenn die isostatische Bruchfestigkeit 3 MPa überschreitet. Das heißt, daß in Hinblick die mechanischen Festigkeiten einer Hexagonalzellenwabe ein C/B-Wert von 0,9 oder mehr bevorzugt wird.
Zwar sind in Tabelle 2 die Ergebnisse der Prüfung der Temperaturwechselbeständigkeit nicht gezeigt, doch ergaben sämtliche Wabenstrukturen unterschiedlicher Zellenform Differenzen von 850 bis 900°C, wobei zwischen den Probekörpern kein deutlicher Unterschied bestand. Die Abgastemperatur wird von Jahr zu Jahr höher, wobei die Erfordernisse an die Temperaturwechselbeständigkeit der Wabenstruktur immer härter werden. Unter diesen Umständen entspricht die derzeit für praktische Zwecke erforderliche Temperaturwechselbeständigkeit einer Differenz von zumindest 750°C und wünschenswerterweise einer Differenz von zumindest 800°C. Es wurde bestätigt, daß die geprüften Hexagonalzellenwaben das obengenannte für praktische Zwecke erforderliche Niveau für die Temperaturwechselbeständigkeit erfüllten.
Aus den Ergebnissen der obengenannten Prüfung war zu entnehmen, daß bei einer Hexagonalzellenwabe die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse, die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse und die isostatische Bruchfestigkeit ihren Ursprung in geometrischen Ursachen der Hexagonalform der Zellen haben und daß diese Eigenschaften universelle Parameter für die mechanischen Festigkeiten darstellten, wobei das bei der Herstellung einer Hexagonalzellenwabe verwendete Verfahren und Material unerheblich ist. Es wurden deswegen Untersuchungen hinsichtlich der Wirkung der Zellenform auf die mechanischen Festigkeiten einer Wabenstruktur durchgeführt. Das heißt, daß durch Strangpressen verschiedene Hexagonalzellen-Cordieritwaben hergestellt wurden, die in bezug auf die Trennwanddicke, die Zellendichte und die Größe gleich waren, aber in der Hexagonalzelle verschiedene Trennwandwinkel θ aufwiesen, von denen jeder größer oder kleiner als 30° (regelmäßiges Sechseck) war (weswegen die Hexagonalzellen bei jeder Wabe eine in Richtung der C-Achse verformte Gestalt aufwiesen). Jede Wabe wurde auf die gleiche Weise wie vorstehend hinsichtlich (a) des Verhältnisses der durchschnittlichen Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse und der durchschnittlichen Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse und (b) der isostatischen Bruchfestigkeit geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Wenn der Trennwandwinkel θ größer war, war das Verhältnis der durchschnittlichen Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse und der durchschnittlichen Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse größer und waren sowohl die Bruchbelastung bei Druckbeanspruchung der C-Achse als auch die isostatische Bruchfestigkeit größer. Wenn jedoch der Trennwandwinkel θ zu groß war, zeigt die isostatische Bruchfestigkeit die Tendenz abzunehmen. Daraus folgt, daß für eine hohe isostatische Bruchfestigkeit eine Ausgewogenheit zwischen der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse und der Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse wichtig ist, wobei ein Trennwandwinkel θ von mehr als 30° (regelmäßiges Sechseck) die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse und die isostatische Bruchfestigkeit heraufsetzen kann. Ausgehend von diesen Prüfungsergebnissen liegt der Trennwandwinkel θ in Hinblick auf die isostatische Bruchfestigkeit vorzugsweise im Bereich von 30° < θ < 45° und besser im Bereich von 35° < θ < 40°.
Wenn der Trennwandwinkel θ größer als 30° ist, ist die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse größer als die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse, weshalb bei einer Befestigung der Wabenstruktur am Umfang die Befestigung vorzugsweise vorwiegend in Richtung der C-Achse erfolgt. Wenn eine Hexagonalzellenwabe in ihrer B-C-Ebene beispielsweise eine Ovalform aufweist, ist es vorzuziehen, daß die C-Achse identisch mit der Richtung der kleinen Achse des Ovals ausgerichtet wird, wobei die zur Befestigung aufgebrachte Kraft vorwiegend in Richtung der C-Achse aufgenommen wird.
Wenn der Trennwandwinkel θ 30° (regelmäßiges Sechseck) oder weniger beträgt, ist die Bruchfestigkeit bei Druck beanspruchung der B-Achse größer als die Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse, woraus sich leicht schließen läßt, daß eine Befestigung der Wabenstruktur in Richtung der B-Achse zu erfolgen hat, wobei die sich ergebende Wabenstruktur eine höhere Zuverlässigkeit aufweist.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist die erfindungsgemäße Hexagonalzellen-Wabenstruktur bezüglich der mechanischen Festigkeiten verbessert und zeigt bei einer Verwendung als Träger für einen Katalysator zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgas eine hervorragende Lebensdauer, eine hohe Reinigungswirkung und einen geringen Druckverlust. Durch den Einsatz des genannten Verfahrens zur Befestigung einer Hexagonalzellenwabe in Abhängigkeit von der Anisotropie der mechanischen Festigkeiten und dem Trennwandwinkel, die beide durch die Zellenform bestimmt sind, ist es des weiteren möglich, eine Hexagonalzellenwabe stabil und fest zu befestigen, wobei die befestigte Wabe als Katalysatorträger eine höhere Zuverlässigkeit aufweisen kann.
Die Hexagonalzellen-Wabenstruktur weist eine Vielzahl von Zellenkanälen auf, wobei die Querschnittsform jeder Zelle hexagonal ist und bei der Wabenstruktur das Verhältnis (C/B) der durchschnittlichen Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse (C) und der durchschnittlichen Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse (B) 0,9 oder mehr beträgt. Diese Hexagonalzellen-Wabenstruktur weist eine hohe mechanische Festigkeit, eine gute Reinigungswirkung gegenüber Kraftfahrzeugabgas und einen geringen Druckverlust auf, weshalb sie insbesondere zur Verwendung als Träger für einen Katalysator zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgas geeignet ist.

Claims

Hexagonalzellen-Wabenstruktur mit einer Vielzahl von Zellenkanälen, wobei die Querschnittsform jeder Zelle hexagonal ist und bei der Wabenstruktur das Verhältnis (C/B) der durchschnittlichen Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der C-Achse (C) und der durchschnittlichen Bruchfestigkeit bei Druckbeanspruchung der B-Achse (B) 0,9 oder mehr beträgt.
Hexagonalzellen-Wabenstruktur mit einer Vielzahl von Zellenkanälen, wobei die Querschnittsform jeder Zelle hexagonal ist und der Trennwandwinkel θ jeder Zelle im Bereich von 30° < θ < 45° liegt.
Hexagonalzellen-Wabenstruktur nach Anspruch 2, wobei der Trennwandwinkel θ jeder Zelle im Bereich von 35° < θ < 40° liegt.
Hexagonalzellen-Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die aus einem Keramikmaterial, das aus der aus Cordierit, Aluminiumoxid, Mullit, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid und Zirkoniumoxid bestehenden Gruppe ausgewählt ist, oder aus einem wärmebeständigen Stahl hergestellt ist.
Hexagonalzellen-Wabenstruktur nach Anspruch 4, wobei der wärmebeständige Stahl ein rostfreier Stahl ist.
Hexagonalzellen-Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die als Träger für einen Katalysator zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgas verwendet wird.
Verfahren zur Befestigung einer Hexagonalzellen-Wabenstruktur, die eine Vielzahl von Zellenkanälen mit hexagonaler Querschnittsform aufweist, an einem Gehäuse, wobei das Verfahren den Schritt umfaßt, die Struktur am Umfang vorwiegend in Richtung der C-Achse zu befestigen, wenn der Trennwandwinkel jeder Zelle größer als 30° ist.
Verfahren zur Befestigung einer Hexagonalzellen-Wabenstruktur nach Anspruch 7, wobei die Hexagonalzellen-Wabenstruktur in ihrem Querschnitt senkrecht zu der Richtung jedes Zellenkanals eine Ovalform aufweist und die Richtung der C-Achse der Struktur mit der Richtung der kleinen Achse der Ovalform identisch ist.
Verfahren zur Befestigung einer Hexagonalzellen-Wabenstruktur, die eine Vielzahl von Zellenkanälen mit hexagonaler Querschnittsform aufweist, an einem Gehäuse, wobei das Verfahren den Schritt umfaßt, die Struktur am Umfang vorwiegend in Richtung der B-Achse zu befestigen, wenn der Trennwandwinkel jeder Zelle 30° oder kleiner ist.
Verfahren zur Befestigung einer Hexagonalzellen-Wabenstruktur nach Anspruch 9, wobei die Hexagonalzellen-Wabenstruktur in ihrem Querschnitt senkrecht zu der Richtung jedes Zellenkanals eine Ovalform aufweist und die Richtung der B-Achse der Struktur mit der Richtung der kleinen Achse der Ovalform identisch ist.
Verfahren zur Befestigung einer Hexagonalzellen-Wabenstruktur an einem Gehäuse nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Befestigung erfolgt, um die Hexagonalzellen-Wabenstruktur als Träger für einen Katalysator zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgas zu verwenden.