DE202010005586U1

DE202010005586U1 - Keramische Wabenstrukturen

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Publication number: DE202010005586U1
Application number: DE202010005586U
Authority: DE
Original assignee: Imerys SA
Current assignee: Imertech SAS
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2020-06-09
Also published as: FR2957820B3; KR101679376B1; JP2013527025A; ES1072968U; EP2368619A1; FR2957820A3; RU2557587C2; EP2368619B1; RU2012144286A; JP5853014B2; ES1072968Y; CN102933279B; US20130055694A1; WO2011117385A1; CN102933279A; KR20130064727A; BR112012024439A2; US8888883B2

Abstract

Keramische Wabenstruktur mit einer Einlassfläche und einer Auslassfläche, umfassend eine Anzahl Einlasszellen und eine Anzahl Auslasszellen, die sich durch die Struktur von der Einlassfläche bis zur Auslassfläche erstrecken, wobei die Einlasszellen an der Einlassfläche offen sind und geschlossen sind, wo sie an die Auslassfläche grenzen, und wobei die Auslasszellen an der Auslassfläche offen sind und geschlossen sind, wo sie an die Einlassfläche grenzen, worin
die Einlass- und Auslasszellen einen rhombischen Querschnitt haben und abwechselnd angeordnet sind,
die Auslasszellen einen Querschnitt haben, der im Allgemeinen kleiner ist, als jener der Eingangszellen, und sie einen spitzen Innenwinkel haben.

Description

GEBIET DER NEUERUNG
Die vorliegende Neuerung betrifft keramische Wabenstrukturen, umfassend ein abwechselndes Muster von Einlasszellen und Auslasszellen mit bestimmter Form, zur Verwendung in Abgaspartikelfiltern, wie Dieselfiltern.
STAND DER TECHNIK
Keramische Wabenstrukturen werden im Allgemeinen in der Herstellung von Filtern für flüssige und gasförmige Medien angewandt, insbesondere in der Herstellung von Filtern zur Entfernung von feinen Partikeln aus Abgasen; die Filter werden in den Auspuffen von Dieselkraftfahrzeugmotoren angebracht, um den Rußanteil aus den Abgasen zu entfernen. Diese Filter können monolithisch sein oder segmentierte keramische Waben, welche Zellen oder Kanäle aufweisen, die im Allgemeinen eine Größe von 500 bis 2000 µm haben, mit kontrollierter Wandporosität. Die Zellen werden abwechselnd an der Eingangs- oder die Ausgangsseite gestopft, so dass die Abgase durch die porösen keramischen Wände zwischen den Kanälen gepresst werden und die Filterung erfolgt, wenn die Abgase die Wand durchfließen.
Geeignete Wabenstrukturen bieten einen Ausgleich von unterschiedlichen erwünschten Eigenschaften, wie eine ausreichende Filterwirkung, d. h. die Abgase, die durch den Filter fließen, sollen im Wesentlichen frei von Dieselpartikeln sein; einen geringen Druckabfall, d. h. der Filter muss ausreichende Fähigkeit haben, den Abgasstrom durch die Wände fließen zu lassen; und ausreichende chemische Beständigkeit über einen breiten Temperaturbereich gegen die Stoffe, die in Abgasen aus Dieselmotoren vorkommen.
Ein niedriger thermischer Expansionskoeffizient und hohe Thermoschockbeständigkeit sind auch erwünscht, da sie dazu beitragen, dass der Filter die mehreren Regenerationszyklen überlebt, die er normalerweise während seiner Lebensdauer durchlaufen muss, und wobei schnelles Erhitzen auf Temperaturen weit oberhalb der normalen Betriebstemperatur eingesetzt wird. Tatsächlich werden während des Filtervorgangs die Eingangskanäle der Wabenstrukturen nach und nach mit Ruß gefüllt, so dass die Filterfähigkeit der Strukturen abnimmt. Daher muss der Filter periodisch regeneriert werden; das Säubern des Filters erfolgt durch Erhitzen des Filters auf eine Temperatur, die ausreicht, um die angesammelten Dieselpartikel zu entzünden (normalerweise über 1000°C), so dass der Ruß verbrennt. Hat ein Filter keine ausreichende Thermoschockbeständigkeit, so können mechanische und/oder thermi sche Spannungen zu Rissen im Keramikmaterial führen, was in einer Abnahme oder einem Verlust der Filterwirkung und so der Lebensdauer des Filters endet.
Um die Lebensdauer und die Filterwirkung der Wabenfilter zu verbessern, sind verschiedene Versuche erfolgt, keramische Werkstoffe mit verbesserten Eigenschafen zu entwickeln, so wie Siliciumcarbid-(SiC), Mullit-, Tialit- oder Sillimanit-Werkstoffe.
Weitere Bemühungen zielten darauf ab, asymmetrische Anordnungen der Zellen zu entwickeln, wobei die Eingangszellen größer sind, als die Ausgangszellen; zwei wichtige Verfahren, eine solche Asymmetrie zu bilden, sind erforscht worden. Die erste Lösung umfasst die Verwendung von gewölbten Kanalwänden, wie zum Beispiel in 6 der EP-A-1 676 622 beschrieben; in diesen Anordnungen können die Zellen, die normalerweise einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt haben, teilweise verformt werden, um die Asymmetrie zu schaffen. Wie auch in 1 gezeigt, sind alle Seiten der Eingangszellen nach außen gewölbt (die Eingangskanäle sind „aufgeblasen”) während die entsprechenden Seiten der Ausgangszellen nach innen gewölbt sind, um einen verringerten Querschnitt zu ergeben; das Ergebnis ist eine Wellenform der Wände und ein gewölbtes Muster, das für die Eingangszellen eine leicht vergrößerte Oberfläche ergibt, als für die Ausgangszellen. Allerdings erfordert dieser Aufbau den Einsatz von komplizierten und kostspieligen Düsen in der Herstellung der Filter; zudem können die vielen Spannungen, die in der Struktur auflaufen, zu Problemen mit der Leistungsfähigkeit der Keramik führen. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung ist, dass angrenzende Einlasskanäle sehr nah beieinander liegen, wodurch die Filterwirkung verringert wird. Daher haben diese Bauarten nachgewiesene Nachteile bei Wabenfiltern, insbesondere bei monolithischen Filtern.
Ein zweites herkömmliches Verfahren, um eine solche Asymmetrie zu erreichen, umfasst die Verwendung von Einlasskanälen mit einem Querschnitt, der größer ist als der Querschnitt von Auslasskanälen, wie in 2 gezeigt. So offenbart zum Beispiel die WO 03/020407 eine Wabenstruktur, in welcher die Zellkanäle ungleiche quadratische Querschnitte haben. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass die Entfernung zwischen zwei angrenzenden Eingangsquadraten kleiner wird, so dass brüchige Bereiche in der Struktur entstehen, welche zu Brüchen führen können. Dieser Nachteil kann teilweise dadurch ausgeglichen werden, indem Abschrägungen auf dem Quadrat gebildet werden, wodurch achteckige Zellen gebildet werden; allerdings führt die Oberfläche der Abschrägungen zu einer Verringerung der Filterwirkung, da ein bedeutender Anteil der Eingangszellenwände näher an den angrenzenden Eingangszel len liegt, als an der nächsten Ausgangszelle, wodurch ein längerer Fließweg durch die Wand erforderlich wird.
Aus diesen Gründen besteht in diesem Fachbereich Bedürfnis für eine neue keramische Wabenstruktur mit asymmetrischem Aufbau, welche fähig ist, Wabenfilter mit verlängerter Lebensdauer und verbesserter Filtereffizienz zu bilden, während gleichzeitig die Nachteile der herkömmlichen Bauarten vermieden werden.
KURZBESCHREIBUNG DER NEUERUNG
Der Anmelder hat überraschenderweise festgestellt, dass die oben genannten Probleme gelöst werden durch keramische Wabenstrukturen mit einem bestimmten Muster von abwechselnden Einlass- und Auslasszellen, mit bestimmten Querschnittsformen. Die keramischen Wabenstrukturen gemäß der Neuerung haben eine Einlassfläche und eine Auslassfläche, umfassend eine Anzahl Einlasszellen und eine Anzahl Auslasszellen, wobei die Einlasszellen an der Einlassfläche offen sind und geschlossen, wo sie an die Auslassfläche angrenzen, und wobei die Auslasszellen an der Auslassfläche offen sind und geschlossen, wo sie an die Einlassfläche angrenzen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform betrifft die Neuerung eine keramische Wabenstruktur, wobei
die Einlass- und Auslasszellen einen rhombischen Querschnitt haben und in einem abwechselnden Muster angeordnet sind, und
die Auslasszellen einen Querschnitt haben, der im Allgemeinen kleiner ist, als jener der Einlasszellen, und einen spitzen Innenwinkel haben.
Die Auslasszellen können einen rautenförmigen Querschnitt haben, während die Einlasszellen einen rautenförmigen oder einen quadratischen Querschnitt haben können. In der keramischen Wabenstruktur gemäß dieser Ausführungsform ist vorzugsweise kein Punkt einer bestimmten Einlasszelle näher an einer angrenzenden Einlasszelle als an einer angrenzenden Auslasszelle.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform betrifft die Neuerung ein keramische Wabenstruktur, wobei
die Einlass- und Auslasszellen in einer Schachbrettanordnung angeordnet sind, die Einlasszellen einen viereckigen Querschnitt haben; und
angrenzende Einlasszellen entlang einer Diagonale der Schachbrettanordnung gegen einander rotiert sind.
Aneinander grenzende Einlasszellen entlang einer gegebenen Diagonale der Schachbrettanordnung sind gegen einander in einem Winkel von einem mehr als 1 Grad versetzt.
Die Auslasszellen können einen Querschnitt haben, der im Allgemeinen kleiner ist, als die Einlasszellen. Die Einlasszellen können einen rautenförmigen oder einen quadratischen Querschnitt haben, und haben vorzugsweise einen spitzen Innenwinkel. In einer keramischen Wabenstruktur gemäß dieser Ausführungsform ist vorzugsweise kein Punkt einer bestimmten Einlasszelle näher an einer angrenzenden Einlasszelle als an einer angrenzenden Auslasszelle.
Gemäß einer dritten Ausführungsform betrifft die Neuerung ein keramische Wabenstruktur, wobei
die Eingangs- und Ausgangszellen einen viereckigen Querschnitt haben und in einem abwechselnden Muster angeordnet sind, und
kein Punkt einer bestimmten Einlasszelle näher an einer angrenzenden Einlasszelle als an einer angrenzenden Auslasszelle ist.
In den keramischen Wabenstrukturen gemäß der Neuerung können die Einlass- und/oder Auslasszellen Querschnittsformen haben, wie rhombisch oder viereckig, wobei eine oder mehrere Ecken abgeschrägt oder abgerundet sind.
Die spezifische geometrische Anordnung der Zellen in den Wabenstrukturen der Neuerung führt zu einem verbesserten Verhältnis zwischen Auslass und Einlass, erhöhter Zellendichte, höherer Filteroberfläche und verbesserter Filterwirkung; zudem kommt, ist kein Punkt einer bestimmten Einlasszelle näher an einer benachbarten Einlasszelle als an einer benachbarten Auslasszelle, weist die Wabenstruktur weniger strukturelle Defekte durch thermischen Schock auf.
Offenbart ist zudem ein Herstellungsverfahren für keramische Wabenstrukturen, umfassend die Schritte
(a) Bereitstellen eines Wabengrünlings mit einem Muster von Einlass- und Auslasszellen, wie in irgendeiner der oben beschriebenen Ausführungsformen der Neuerung;
(b) wahlweise Trocknen des Wabengrünlings, und
(c) Sintern des Wabengrünlings.
Schritt (a) kann das Bereitstellen einer extrudierbaren keramischen Mischung und das Extrudieren dieser Mischung zu einem Wabengrünling umfassen.
Die vorliegende Neuerung stellt auch einen Dieselpartikelfilter bereit, umfassend eine oder mehrere Wabenstrukturen gemäß irgendeiner der oben beschriebenen Ausführungsformen der Neuerung.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 und 2 zeigen vergrößerte schematische Draufsichten von asymmetrischen Anordnungen der Einlass- und Auslasskanäle, die nicht gemäß der vorliegenden Neuerung sind.
3 bis 6 sind vergrößerte schematische Draufsichten der asymmetrischen Bauarten der Einlass- und Auslasskanäle gemäß der vorliegenden Neuerung.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER NEUERUNG
Gemäß einer ersten Ausführungsform betrifft die Neuerung eine keramische Wabenstruktur, wobei Einlass- und Auslasszellen einen rhombischen Querschnitt haben und in einem abwechselnden Muster angeordnet sind, worin die Auslasszellen einen Querschnitt haben, der im Allgemeinen kleiner ist, als derjenige der Einlasszellen und worin sie einen spitzen Innenwinkel haben.
Die Auslasszellen haben vorzugsweise einen rautenförmigen Querschnitt mit einem spitzen Innenwinkel (α); die Einlasszellen können einen rautenförmigen oder einen quadratischen Querschnitt haben, und haben vorzugsweise einen spitzen Innenwinkel (β). In der keramischen Wabenstruktur gemäß dieser Ausführungsform ist vorzugsweise keine Punkt einer gegebenen Einlasszelle näher an einer angrenzenden Einlasszelle als an einer angrenzenden Auslasszelle.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Neuerung sind die Einlass- und Auslasszellen in einer Schachbrettanordnung angeordnet; die Einlasszellen haben einen viereckigen Querschnitt und angrenzende Einlasszellen entlang einer gegebenen Diagonale der Schachbrettanordnung sind gegeneinander rotiert um einen Winkel, der größer als 1 Grad ist. Nebeneinander liegende Einlasszellen entlang einer gegebenen Diagonale der Schachbrettanordnung sind winkelförmig versetzt um einen Winkel der größer als 1 Grad ist; der „winkelförmige Versatz” bezeichnet die Abweichung von der Senkrechten der Diagonalen der angrenzenden Einlasszellen. Die Einlasszellen können einen quadratischen oder rautenförmigen Querschnitt haben, und haben vorzugsweise einen spitzen Innenwinkel (β). Haben die Einlasszellen einen rautenförmigen Querschnitt, bedeutet der „winkelförmige Versatz” die Abweichung von der Senkrechten zu den beiden Hauptdiagonalen der angrenzenden Einlasszellen. Die Hauptdiagonale einer Zelle bezeichnet die längere der beiden Diagonalen einer Zelle. Vorzugsweise sind die Hauptdiagonalen von angrenzenden Einlasszellen entlang einer gegebenen Diagonale der Schachbrettanordnung winkelförmig um 1 bis 30 Grad, oder um 3 bis 20 Grad versetzt.
Die Auslasszellen können eine Querschnittsfläche haben, die im Allgemeinen kleiner ist, als die der Einlasszellen. Die Auslasszellen können quadratisch, rechteckig, achteckig, mehreckig sein oder irgendeine andere Form oder Formenkombination haben, die geeignet ist für eine Anordnung in einem wiederkehrenden Muster; die Auslasszellen haben vorzugsweise einen viereckigen Querschnitt. Die Auslasszellen können einen spitzen Innenwinkel (α) haben, vorzugsweise kleiner als (β); nebeneinander liegende Einlasszellen entlang einer gegebenen Diagonale der Schachbrettanordnung können um einen Winkel von 90 – (α) winkelförmig versetzt sein. In der keramischen Wabenstruktur gemäß dieser Ausführungsform ist vorzugsweise kein Punkt einer gegebenen Einlasszelle näher an einer angrenzenden Einlasszelle, als an einer angrenzenden Auslasszelle.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der Neuerung haben Einlass- und Auslasszellen einen viereckigen Querschnitt und sind in einem abwechselnden Muster angeordnet, und kein Punkt einer gegebenen Einlasszelle ist näher an einer angrenzenden Einlasszelle, als an einer angrenzenden Auslasszelle.
In den keramischen Wabenstrukturen gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen der Neuerung können die Querschnittsformen der Einlass- und/oder Auslasszellen eine oder mehrere abgeschrägte oder abgerundete Ecken haben.
Die Querschnittsform der Zellen zum Erhalten der Anordnungen gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen der Neuerung ist nicht spezifisch abgegrenzt; Beispiele von Zellen mit Querschnittsformen umfassen Rhombus und Rechteck. Ein „Rhombus” bezeichnet ein Viereck mit gleichlangen Seiten, wie ein Quadrat oder eine Raute.
Die Einlass- und Auslasszellen haben vorzugsweise einen rautenförmigen Querschnitt, wobei die Auslasszellen einen spitzen Winkel (α) haben und die Einlasszellen einen spitzen Winkel (β) haben, welche durch gerade Wände abgetrennt sind. Die Rauten sind vorzugsweise so angeordnet, dass vier (α)-Rauten zwischen sich eine (β)-Raute abgrenzen, und umgekehrt. (β) ist vorzugsweise größer als (α). Die Auslasszellen können einen spitzen Innenwinkel (α) zwischen 50 und 85 Grad haben, vorzugsweise von 60 bis 85 Grad.
In keramischen Wabenstrukturen gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen der Neuerung, kann die Filteroberfläche pro Filtervolumen, ausgedrückt in mm²/mm³, zwischen 0,8 und 1 liegen.
Das Öffnungsverhältnis, definiert als das Verhältnis der Fläche des Querschnitts von Einlasskanälen gegenüber der Gesamtfläche von Querschnittes des Filters, kann größer als 35% sein; das Öffnungsverhältnis ist vorzugsweise kleiner als 45%. Dieses Verhältnis wird normalerweise gemessen durch Teilen der Fläche der Einlasskanäle in einer Elementarzelle des Filters (die so oft als nötig wiederholt wird, um die Gesamtfläche des Filters zu bilden) durch die Oberfläche einer solchen Elementarzelle, multipliziert mit 100.
Die keramischen Wabenstrukturen gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen der Neuerung haben einen thermischen Expansionskoeffizienten, der zwischen 0 und 9 × 10^–6K^–1, oder zwischen 4,5 × 10^–6K^–1 und 7 × 10^–6K^–1 liegt, gemessen per Dilatometrie gemäß DIN 51045.
3 und 4 zeigen Variationen im Aufbau der Einlass- und Auslasszellen gemäß der Neuerung, obwohl eine Vielzahl anderer Anordnungen benutzt werden können. Die Beschreibung der Zellmuster ist gegeben, wie sie in einer Fläche gesehen würde, die entlang der Längsachse der Wabenstruktur verläuft. Die Einlasszellen sind schraffiert, um zu zeigen, dass sie an ihren Auslassenden geschlossen sind, während die Auslasskanäle hell sind, um anzuzeigen, dass sie an ihren Auslassenden geöffnet sind. Die Wabenstruktur kann ein zylinderförmiger Körper sein mit einer kreisförmigen äußeren Abgrenzungswand; die äußere Abgrenzungswand kann jede gewünschte gekrümmte oder geometrische Form annehmen, so wie elliptisch, oval, rechteckig, dreieckig oder ähnliches.
3 zeigt schematisch einen Schnitt eines Teils der Wabenstruktur, in welcher Einlass- und Auslasszellen eine rhombische Form haben. Einlasszellen haben einen spitzen Innenwinkel (β) von 84 Grad, während Auslasszellen einen spitzen Innenwinkel (α) von 69 Grad haben; daher ist (β) größer als (α).
In der Ausführungsform aus 4 haben sowohl Einlass- als auch Auslasszellen einen rhombischen Schnitt mit abgerundeten Ecken, und sie sind in einem Schachbrettmuster angeordnet, wenn sie im Schnitt gesehen werden. Die Einlasszellen haben einen spitzen Innenwinkel (β) von 83 Grad, während die Auslasszellen einen spitzen Innenwinkel (α) von 70 Grad haben; (β) ist größer als (α). Die Einlass- und Auslasszellen sind in senkrechten und waagerechten Reihen angeordnet, wobei die Einlasszellen sich mit den Auslasszellen in einem Schachbrettmuster abwechseln. Jeder Innenwandteil der Wabenstruktur liegt zwischen einer Einlasszelle und einer Auslasszelle an jedem Punkt seiner Oberfläche, außer wo er an eine andere Wand angrenzt, wie an den Ecken der Zelle; daher sind die Einlasszellen, außer in den Ecken, voneinander durch dazwischen liegende Auslasszellen getrennt, und umgekehrt. Die Hauptdiagonalen von angrenzenden Einlasszellen, die an einer gegebenen Diagonale der Schachbrettanordnung angeordnet sind, sind gegeneinander in einem Winkel von einem mehr als 20 Grad versetzt, z. B. 90 – (α). Wie weiter oben angegeben, bezeichnet der „winkelförmige Versatz” die Abweichung von der Senkrechten der Diagonalen der angrenzenden Einlasszellen.
Die neue Zellanordnung der keramischen Wabenstrukturen gemäß der Neuerung ermöglicht mehr Freiheitsgrade und bessere Möglichkeiten, den Filter an die Erfordernisse anzupassen, die durch die Filteranwendung gegeben sind, und insbesondere die Stärke der Wände, den spitzen Innenwinkel (α) der Auslasszellen, den spitzen Innenwinkel (β) der Einlasszellen sowie die Entfernung zwischen angrenzenden Einlasszellen. Die neue Anordnung bietet auch Vorteile einer erhöhten Zellendichte (gemessen als Anzahl Zellen pro Quadratmillimeter, oder als Anzahl Zellen pro Quadratzoll, cpsi) für eine gegebene Querschnittsfläche des Zelleinlasses, und ein erhöhtes Öffnungsverhältnis. Insbesondere, je kleiner die Winkel (α) und (β) sind, desto größer ist die Zellendichte für eine gegebene Seitenlänge der Rauten. Je größer das Verhältnis von (β) zu (α), umso größer ist das Verhältnis zwischen Auslass und Einlass der Wabenstruktur.
Zudem vermeidet die Lösung gemäß der Neuerung die Verwendung von Abschrägungen, so dass ein Verlust an Filteroberfläche verhindert wird. Die gesamte Wandoberfläche steht der Filtrierung zur Verfügung, da kein Punkt eines gegebenen Einlasskanals näher an einem anderen Einlasskanal ist, als der nächste Punkt des angrenzenden Auslasskanals. Der Fluss wird trapezförmig von den Einlasskanälen zu den Auslasskanälen geleitet.
Zudem haben die keramischen Wabenstrukturen der Neuerung eine sehr homogene Wanddicke. Die Parameter der Zellkonfiguration können leicht angepasst werden, so dass die Wanddicke in der gesamten Anordnung konstant ist. Dies ermöglicht es, eine Struktur ohne Punkte mit spezifischer Wandverstärkung (höherer Dicke) zu erhalten, wodurch Unregelmäßigkeiten im Abgasstrom entstehen könnten und dadurch Rußansammlung, sowie spezifische Heißpunkte während der Regenerationsphase.
In den Wabenstrukturen gemäß der Neuerung können die nebeneinander liegenden Einlass- und Auslasszellen in einer Längsrichtung durch poröse Wände getrennt werden und abwechselnd wie oben beschrieben gestopft werden. Die Innenwänder der Wabenstruktur können porös sein, so dass der Durchfluss von Abgasen durch die Wände von den Einlass- zu den Auslasszellen ermöglicht wird. Die Porosität der Wände wird so bemessen, dass sie angemessen ist, einen wesentlichen Anteil der Partikel aus den Abgasen herauszufiltern.
Die keramische Wabenstruktur gemäß der Neuerung kann eine Gesamtporosität im Bereich von 20 bis 80% haben, oder zwischen 35 und 70%, gemessen mit Quecksilber-Porosimetrie (die Volumenanteile werden auf Basis des Gesamtvolumens der mineralischen Phase und des Porenraums ausgerechnet). Die Porosität wird bestimmt durch Quecksilberdiffusion, gemessen mit einem „Thermo Scientific Quecksilber-Porosimeter – Pascal 140, bei einem Berührungswinkel von 130 Grad. Der Porendurchmesser d₅₀, gemessen durch Quecksilber-Porosimetrie, kann im Bereich von 1 bis 60 µm liegen, oder von 5 bis 50 µm, oder von 8 und 30 µm. Abhängig von der gewünschten Verwendung der keramischen Wabenstrukturen, insbesondere die Frage betreffend, ob die keramische Wabenstruktur weiter imprägniert wird, z. B. mit einem Katalysator, können die genannten Werte abgeändert werden. Bei nicht imprägnierten keramischen Wabenstrukturen liegt der Porendurchmesser normalerweise im Bereich zwischen 10 und 20 µm, während bei imprägnierten Wabenstrukturen dieser Bereich vor dem Imprägnieren normalerweise zwischen 20 und 25 µm liegt. Das Katalysatormaterial, das sich im Porenraum ablagert, führt zu einer Verringerung des ursprünglichen Porendurchmessers.
Eine durchschnittliche Zellendichte des Wabenfilters der vorliegenden Neuerung ist nicht begrenzt. Die keramische Wabenstruktur kann eine Zellendichte zwischen 6 und 2000 Zellen pro Quadratzoll (0,9 bis 311 Zellen pro cm²) haben, oder zwischen 50 und 1000 Zellen pro Quadratzoll (7,8 bis 155 Zellen pro cm²), oder zwischen 100 und 400 Zellen pro Quadratzoll (15,5 bis 62,0 Zellen pro cm²). Zellendichte ist definiert als das Verhältnis zwischen der Oberfläche des Ein- oder Auslasses des Filters, einmal gesintert, geteilt durch die Oberfläche von zwei Einlass- und zwei Auslasskanälen und zugehörigen Wänden, und dieses Verhältnis multipliziert mit 4. Die zugehörigen Wände sind die an die Zellen angrenzenden Wände, so ausgewählt, dass die Elementarzeichnung, die durch die Einlass- und Auslasszellen und zugehörigen Wände gebildet wird, durch Translation so oft wie nötig wiederholt werden kann, um die Schachbrettanordnung zu bilden.
Die Stärke der Trennwand, die angrenzende Zellen in der vorliegenden Neuerung voneinander abgrenzt, ist nicht begrenzt. Die Stärke der Trennwand kann im Bereich von 100 bis 500 µm liegen, oder von 200 bis 450 µm.
Zudem ist die Außenwand der Struktur vorzugsweise stärker als die Trennwände, und ihre Stärke kann im Bereich von 100 bis 700 µm liegen, oder von 200 bis 400 µm. Die Außenwand muss nicht nur eine Wand sein, die bei der Herstellung integral mit der Trennwand gebildet wird, sondern auch eine zementbeschichtete Wand, die durch Abschleifen einer Außenhülle in eine vorbestimmte Form gebildet wird.
Die Zellen können eine Oberflächenrauheit Ra zwischen 1 und 100 µm, oder zwischen 10 du 50 µm haben, gemessen gemäß JIS B 0601 (1994).
In der vorliegenden Neuerung ist der Werkstoff, aus dem die Wabenstruktur besteht, nicht begrenzt; die Wabenstruktur der Neuerung kann aus irgendeinem geeigneten Werkstoff gebildet werden. Geeignete keramische Werkstoffe umfassen Siliciumcarbid (SiC), Siliciumnitrid, Mullit, Kordierit, Zirkondioxid, Titandioxid, Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Spinell, Tialit, Kyanit, Sillimanit, Andalusit, Lithiumaluminiumsilicat, Aluminiumtitanat und Mischungen davon. Der keramische Werkstoff kann Metalle enthalten, wie Fe-Cr-Al-basiertes Metall, metallisches Silicium und Ähnliches.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der keramische Werkstoff eine hohe Menge einer Mullit-Phase in Kombination mit einer niedrigen Menge Tialit (d. h. die Mullitphase ist die dominierende Phase), so wie in der WO 2009/076985 offenbart; dieser keramische Werkstoff bietet verbesserte mechanische Stärke und hohe Thermoschockbeständigkeit.
Die keramischen Wabenstrukturen können eine mineralische Phase aus Mullit und eine mineralische Phase aus Tialit enthalten, worin das Volumenverhältnis von Mullit zu Tialit ≥ 2:1, oder ≥ 4:1, oder ≥ 10:1 beträgt. Die Tialitphase kann in die Mullitphase eingeschlossen sein, und kann in der Form von im Wesentlichen parallelen Kristallen vorliegen. Die Menge Mullit im Volumen der keramischen Wabenstruktur kann größer als 50% sein, oder größer als 75%, sogar größer als 80% (berechnet auf Basis des Gesamtvolumens der mineralischen Phasen der Wabenstruktur).
Die keramischen Wabenstrukturen können eine mineralische Phase aus Andalusit enthalten; die Andalusitphase kann in einer Menge von 0,5% bis weniger als 50% vorliegen, oder 5 bis 30%, oder 0,5 bis 15% im Volumen (auf Basis des Volumens der Festphasen in der keramischen Wabenstruktur). Eine geeignete Andalusit-haltige keramische Wabenstruktur umfasst:

– 0,5 bis 15,0%, oder 5,0 bis 8,0% Andalusit;
– 60,0 bis 90,0%, oder 75,0 bis 90,0% Mullit;
– 2,5 bis 20,0%, oder 4,0 bis 7,0% Tialit;
– 0 bis 2,5% Rutil und/oder Anatas; und
– 3,0 bis 20,0% amorphe Siliciumdioxidphase;

Der Werkstoff der Dichtung die durch das Stopfen der Zellen entsteht ist nicht abgegrenzt, aber er enthält vorzugsweise eine oder mehrere Keramiken und/oder Metalle, ausgewählt aus den oben als bevorzugt für die Trennwand der Wabenstruktur beschriebenen Keramiken und Metallen.
Das Herstellungsverfahren für die oben beschriebene keramische Wabenstrukturen gemäß der Neuerung umfasst die Schritte:

(a) Bereitstellen eines Grünlings mit Wabenstruktur mit einem abwechselnden Muster von Einlass- und Auslasszellen wie oben beschrieben;
(b) wahlweise Trocknen des Grünlings mit Wabenstruktur, und
(c) Sintern des Grünlings mit Wabenstruktur.

Schritt (a) kann das Bereitstellen einer extrudierbaren Keramikmischung enthalten, sowie die Extrusion der Mischung, so dass der Grünling mit Wabenstruktur gebildet wird.
Die extrudierbare Mischung oder der Grünling mit Wabenstruktur kann ein oder mehrere Bindemittel enthalten; die Funktion des Bindemittels ist es, dem Grünling mit Wabenstruktur während der Verarbeitungsschritte vor dem Erhitzen oder Sintern ausreichend mechanische Stabilität zu verleihen. Geeignete Bindemittel können ausgewählt sein aus der Gruppe Methylcellulose, Hydroxymethylpropylcellulose, Polyvinylbutyrale, emulgierte Acrylate, Polyvinylalkohole, Polyvinylpyrrolidone, Polyacryle, Stärke, Silicium-Bindemittel, Polyacrylate, Silicate, Polyethylenimin, Lignosulfonate, Alginate und Mischungen davon. Die Bindemittel können in einer Gesamtmenge zwischen 1,5 und 15 Gew.-% vorliegen, oder zwischen 2 und 9 Gew.-% (auf der Basis des Trockengewichts der extrudierbaren Mischung oder des Grünlings mit Wabenstruktur).
Die extrudierbare Mischung oder der Grünling mit Wabenstruktur kann ein oder mehrere mineralische Bindemittel enthalten; geeignete mineralische Bindemittel können ausgewählt sein aus der Gruppe enthaltend, aber nicht begrenzt auf, Bentonit, Aluminiumphosphat, Böhmit, Natriumsilicate, Borsilicate und Mischungen davon.
Die extrudierbare Mischung oder der Grünling mit Wabenstruktur kann einen oder mehrere Zusätze enthalten, welche dem Rohmaterial vorteilhafte Eigenschaften für die Extrusion verleihen (Weichmacher, Gleitmittel, Schmiermittel usw.) Geeignete Zusätze können ausgewählt sein aus der Gruppe Polyethylenglykole (PEGs), Glycerol, Ethylenglycol, Octylphthalate, Ammoniumstearate, Wachsemulsionen, Ölsäure, Manhattan-Fischöl, Stearinsäure, Wachs, Palmsäure, Linolsäure, Myristinsäure, Laurinsäure und Mischungen davon. Die Zusätze können in einer Ge samtmenge zwischen 1,5 und 15 Gew.-% vorliegen, oder zwischen 2 und 9 Gew.-% (auf der Basis des Trockengewichts der extrudierbaren Mischung oder des Grünlings mit Wabenstruktur; werden flüssige Zusätze verwendet, so wird deren Gewicht in das Trockengewicht der extrudierbaren Mischung oder des Grünlings mit Wabenstruktur mit eingerechnet). Das „Trockengewicht” der extrudierbaren Mischung oder des Grünlings mit Wabenstruktur bezieht sich auf das Gesamtgewicht aller hier beschriebenen Komponenten und umfasst auch Zusätze, die bei normalen Umgebungsbedingungen flüssig sind, aber nicht Wasser und wässrige Lösungen von Mineralien, Bindemittel oder Zusätzen, werden solche in der Herstellung der Mischung verwendet.
Die Herstellung einer extrudierbaren Mischung aus den mineralischen Bestandteilen (wahlweise in Kombination mit Bindemitteln und/oder Zusätzen) erfolgt nach bekannten Verfahren und Techniken. Die Rohmaterialien können in einer herkömmlichen Knetmaschine vermischt werden, mit Zufügen einer ausreichenden Menge einer geeigneten flüssigen Phase, je nach Bedarf, (normalerweise Wasser) um eine Paste zu erhalten, die extrudiert werden kann. Zudem können herkömmliches Extrusionsgerät (so wie z. B. ein Schneckenextruder) und dem Fachmann bekannte Düsen für die Extrusion von Wabenstrukturen kann verwendet werden. Ein Überblick über diese Techniken wird in W. Kollenberg (Ed.), Technische Keramik, Vulkan-Verlag, Essen, Deutschland, 2004 angegeben.
Durchmesser und Anordnung des Grünlings mit Wabenstruktur können ausgewählt werden durch Auswahl von Extruderdüsen mit den gewünschten Größen und Formen. Die Wabenstruktur kann hergestellt werden mit Düsen, deren Zapfen in einer viereckigen Symmetrie angeordnet sind. Die Ecken der Zapfen könne abgerundet sein oder nicht.
Nach der Extrusion wird die extrudierte Masse in Stücke von geeigneter Länge geschnitten, so dass Grünling mit Wabenstruktur der gewünschten Form entstehen. Geeignete Mittel zum Schneiden (wie Drahtscheren) sind dem zuständigen Fachmann bekannt.
Im optionalen Schritt (b) des Herstellungsverfahrens kann der extrudierte Grünling mit Wabenstruktur nach bekannten Verfahren vor dem Sintern getrocknet werden (z. B. Mikrowellentrocknung, Heißlufttrocknung). Wahlweise kann das Trocknen erfolgen durch Aussetzen des Grünlings mit Wabenstruktur einer Atmosphäre mit kontrollierter Feuchtigkeit bei vorbestimmten Temperaturen im Bereich von 20°C bis 90°C über einen ausgedehnten Zeitraum in einer Klimakammer, wo die Feuchtigkeit der Umgebungsluft Schritt für Schritt abgesenkt wird, während die Temperatur ent sprechend erhöht wird. Zum Beispiel ist ein Trocknungsprogramm für Wabengrünlinge der Neuerung wie folgt:

• Beibehalten einer relativen Luftfeuchtigkeit von 70% bei Zimmertemperatur während 48 Stunden;
• Beibehalten einer relativen Luftfeuchtigkeit von 60% bei 50°C während 3 Stunden;
• Beibehalten einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% bei 75°C während 3 Stunden; und
• Beibehalten einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% bei 85°C während 12 Stunden.

Der getrocknete Grünling mit Wabenstruktur kann dann in einem herkömmlichen Ofen oder Brennofen für die Herstellung von Keramikmaterialien erhitzt werden. Im Allgemeinen ist jeder Ofen oder Brennofen, der geeignet ist, die erhitzten Waren zu einer vorbestimmten Temperatur zu bringen, geeignet für das hier offenbarte Verfahren.
Enthält der Grünling mit Wabenstruktur ein organisches Bindemittel und/oder organische Zusätze, so wird die Struktur normalerweise auf eine Temperatur im Bereich von 200°C bis 300°C erhitzt, bevor sie auf die endgültige Sintertemperatur erhitzt wird, und die Temperatur wird solange beibehalten, dass das organische Bindemittel oder der organische Zusatz durch Verbrennung entfernt worden ist (zum Beispiel zwischen einer und drei Stunden).
Das Sintern (c) kann bei einer Temperatur zwischen 1250°C und 1700°C erfolgen, oder zwischen 1350°C und 1600°C, oder zwischen 1400°C und 1580°C, oder zwischen 1400°C und 1500°C. Das Verfahren kann umfassen das Erhitzen des Grünlings mit Wabenstruktur vor dem Sintern auf eine Temperatur im Bereich zwischen 650°C und 950°C, oder zwischen 700°C und 900°C, oder zwischen 800°C und 850°C.
Für die Verwendung als Dieselpartikelfilter können die keramischen Wabenstrukturen der Neuerung oder die Grünlings mit eabenstruktur weiter verarbeitet werden durch Stopfen, d. h. Verschließen verschiedener offener Strukturen der Waben in vorbestimmten Positionen mit weiterer keramischer Masse. Der Stopfvorgang umfasst so die Herstellung einer geeigneten Stopfmasse, Aufbringen der Stopfmasse auf die gewünschten Positionen der keramischen Wabenstruktur oder des Grünlings mit Wabenstruktur, und Aussetzen der gestopften Wabenstruktur einem weiteren Sinterschritt oder Sintern des gestopften Grünlings mit Wabenstruktur in einem Schritt, wobei die Stopfmasse in eine keramische Stopfmasse mit geeigneten Eigenschaften zur Ver wendung in Dieselpartikelfiltern verwandelt wird. Es ist nicht erforderlich, dass die keramische Stopfmasse die gleiche Zusammensetzung hat wie die keramische Masse des Wabenkörpers. Verfahren und Materialien für das Stopfen sind im Allgemeinen dem zuständigen Fachmann bekannt und können für das Stopfen von Wabenstrukturen der Neuerung angewandt werden.
Die gestopfte keramische Wabenstruktur kann dann in einem Gehäuse befestigt werden, das geeignet ist, im Abgasrohr eines Dieselmotors installiert zu werden.
Ein weiterer Aspekt der Neuerung betrifft einen Partikelfilter aus einer oder mehreren der beschriebenen Wabenstrukturen; der Filter kann zum Beispiel ein Dieselpartikelfilter sein oder ein Filter für die selektive katalytische Reduktion für die Entfernung von NOx aus den Abgasen.
Der Partikelfilter kann monolithisch aus einer keramischen Wabenstruktur der Neuerung gebildet werden, oder kann aus einer Anzahl integrierter Strukturen zusammengesetzt sein. Bei letzterem, wo der Wabenfilter segmentiert und dann zusammengesetzt wird, sind Größe und Form jeder Struktur nicht abgegrenzt; die Querschnittsfläche jeder Struktur kann zwischen 900 und 10000 mm² liegen, oder zwischen 900 und 5000 mm², oder zwischen 900 und 3600 mm². Vorzugsweise kann die Querschnittsfläche zum Beispiel viereckig sein. Die gesamte Form des Querschnitts des Partikelfilters ist nicht konkret abgegrenzt und kann eine kreisförmige, elliptische, viereckige und mehreckige Form haben. Zum Bilden eines Partikelfilters in einer Zusammensetzung, in der eine Anzahl Strukturen integriert ist, nachdem die beschriebenen Strukturen erhalten worden sind, können die Strukturen verbunden werden mit, zum Beispiel, keramischem Zement, und getrocknet/gehärtet werden, um den Filter zu erhalten.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele sollen den Bereich der Neuerung nicht eingrenzen und dienen der Illustration ihrer Vorteile, die mit der Zellgeometrie der Wabenstrukturen der Neuerung gegenüber dem Stand der Technik ermöglicht werden.
Beispiel 1

Wabenstrukturen gemäß der Neuerung mit den Formen gemäß den Parametern in Tabelle 1 wurden ausgewertet. Die Bedeutung der Parameter α, β, a, e und f geht aus 5 hervor. Die Seitenlänge der Einlassraute beträgt (a–2f), während die Seitenlänge der Auslassraute (a–2e) beträgt. Tabelle 1

α[°]	β[°]	a[µm]	e[µm]	f[µm]	Einlass [%]	Auslass [%]	Wände [%]	Zellendichte [Zellen/cm²] (cpsi)	Auslasshydraulischer Durchmesser [μm]	Filteroberfläche [mm/mm²]
60	90	1800	305	153	36,92	20,3	42,8	33(213)	1031	0,99
60	85	1800	305	153	36,85	20,3	42,8	33(214)	1031	0,99
60	70	1800	304	150	36,11	21,0	42,9	34(221)	1032	1,03
60	65	1800	302	149	35,65	21,6	42,8	35(225)	1036	1,05
60	60	1800	301	147	35,03	22,1	42,8	36(230)	1037	1,07
65	90	1800	300	154	36,01	21,1	42,9	32(209)	1088	0,97
65	85	1800	299	154	35,99	21,2	42,8	32(209)	1089	0,97
65	70	1800	298	152	35,15	22,0	42,9	33(216)	1091	1,00
65	65	1800	297	150	34,69	22,4	42,9	34(220)	1093	1,02
70	90	1800	296	156	35,26	21,8	42,9	32(205)	1135	0,95
70	85	1800	295	155	35,24	21,9	42,8	32(206)	1137	0,95
70	70	1800	294	153	34,40	22,7	42,9	33(212)	1139	0,98
75	90	1800	292	157	34,71	22,4	42,9	31(203)	1175	0,93
75	85	1800	290	155,7	34,72	22,6	42,7	31(203)	1178	0,94

In der folgenden Tabelle 2 wurden Wabenstrukturen gemäß der Neuerung mit der herkömmlichen quadratischen Form verglichen, wo (α) und (β) 90 Grad betragen.
In Tabelle 2 wurden die Wabenanordnungen der drei ersten Zeilen mit konstanter Querschnittfläche der Wand hergestellt, während die Wabenanordnungen der drei letzten Zeilen mit konstanter Wandstärke hergestellt wurden. Wie aus der Tabelle ersichtlich, bieten die Wabenstrukturen in denen (α) 65 Grad beträgt und (β) 90 oder 80 Grad eine viel höhere Filteroberfläche, verglichen mit der herkömmlichen quadratischen Form. Zudem zeigt Tabelle 2, dass die Wabenstrukturen der Neuerung ein verbessertes Asymmetrie-Verhältnis und höhere Zellendichte haben, so dass eine verbesserte Filteroberfläche ermöglicht wird.
Die Beispiele zeigen, dass die Wabenanordnungen der vorliegenden Neuerung fähig sind, geeignete Asymmetrie-Verhältnisse zu bieten, mit einem hydraulischen Auslass-Durchmesser um 1000 µm und einer Filteroberfläche, die sogar über 0,98 liegt. Die Beispiele zeigen auch hohe Freiheitsgrade in den Anordnungen der Wabenstruktur gemäß der Neuerung; insbesondere, ist das Volumen der Wand erst bestimmt, können Einlass- und Auslassflächen leicht angepasst werden durch Variieren der Winkel (α) und (β). Im Vergleich mit den herkömmlichen abgeschrägten Formen ermöglicht die Anordnung der Wabenstruktur der vorliegenden Neuerung verbesserte Filteroberflächen und Filterwirkung, da durch die abgeschrägten Flächen kein Verlust der Filterwirkung entsteht.
Schlussendlich können Wabenanordnungen der Neuerung, bei denen kein Punkt eines gegebenen Einlasszelle näher an einer angrenzenden Einlasszelle als an einer angrenzenden Auslasszelle liegt, erhalten werden, wenn die folgenden Ungleichungen erfüllt sind: f > e(1 – cosα)/(1 + cosβ) (1)und f > e(1 + cosα)/(1 – cosβ) (2)
Beispiel 2

Wabenstrukturen der Neuerung, bei denen die Einlass- und die Auslasszellen abgerundete Winkel haben, wurden getestet; die Wabenstrukturen und die Parameter α, β, a, e und f sind in Tabelle 3 und 6 gezeigt. Diese Wabenstrukturen bieten Vorteile bei der Herstellung, da Elektroden mit veränderlichen Durchmessern A und B für die Herstellung der asymmetrischen Zellen verwendet werden können; in den Ausführungsformen der Neuerung war der Radius der Elektroden A und B jeweils 100 µm. Tabelle 3

α[°]	β[°]	a[µm]	e[µm]	f[µm]	Einlass [%]	Auslass [%]	Wände [%]	Wandstärke [µm]	Zellendichte [Zellen/cm²] (cpsi)	Auslasshydraulischer Durchmesser [µm]	Filteroberfläche [mm/mm²]
60	90	1800	339	127	39,39	17,8	42,8	420	33(213)	1027	0,99
60	85	1800	339	161	39,36	17,8	42,8	419	33(214)	1026	1,00
60	70	1800	341	119	38,98	18,2	42,8	408	34(221)	1022	1,03
60	65	1800	343	114	38,73	18,5	42,8	401	35(225)	1019	1,05
60	60	1800	345	108	38,42	18,8	42,8	392	36(230)	1016	1,08
65	90	1800	332	128	38,47	18,7	42,8	429	32(209)	1079	0,97
65	85	1800	332	127	38,46	18,7	42,8	428	32(209)	1078	0,97
65	70	1800	335	120	38,04	19,2	42,8	416	33(216)	1074	1,01
65	65	1800	336	115	37,78	19,4	42,8	409	34(220)	1072	1,03
70	90	1800	327	128	37,77	19,4	42,8	436	32(205)	1121	0,96
70	85	1800	327	128	37,72	19,5	42,8	435	32(206)	1121	0,96
70	70	1800	330	121	37,31	19,9	42,8	423	33(212)	1117	0,99
85	90	1800	320	129	36,59	20,6	42,8	448	31(200)	1194	0,93
85	85	1800	320	128,9	36,57	20,6	42,8	447	31(200)	1193	0,93

Diese Anordnungen, in denen der Raum für die Wände insgesamt konstant gehalten wurde, ermöglichte größere Einlasskanäle gegenüber den entsprechenden Strukturen mit scharfen Winkeln. Die Anordnungen, wo (α) 65 Grad betrug und (β) 70, 75 oder 85 Grad, ergaben den besten Ausgleich zwischen hoher Filteroberfläche, hoher Zellendichte und verbessertem Verhältnis zwischen Auslass und Einlass.
Diese Beschreibung betrifft bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Neuerung mit dem Ziel, diese zu illustrieren. Es wird dem zuständigen Fachmann aber klar sein, dass viele Veränderungen und Variationen der hier beschriebenen Ausführungsformen möglich sind. Alle diese Veränderungen und Variationen fallen in den Bereich der Neuerung, wie sie in den folgenden Schutzansprüchen definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1676622 A [0006]
- WO 03/020407 [0007]
- WO 2009/076985 [0047]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 51045 [0033]
- JIS B 0601 (1994) [0045]
- W. Kollenberg (Ed.), Technische Keramik, Vulkan-Verlag, Essen, Deutschland, 2004 [0056]

Claims

Keramische Wabenstruktur mit einer Einlassfläche und einer Auslassfläche, umfassend eine Anzahl Einlasszellen und eine Anzahl Auslasszellen, die sich durch die Struktur von der Einlassfläche bis zur Auslassfläche erstrecken, wobei die Einlasszellen an der Einlassfläche offen sind und geschlossen sind, wo sie an die Auslassfläche grenzen, und wobei die Auslasszellen an der Auslassfläche offen sind und geschlossen sind, wo sie an die Einlassfläche grenzen, worin die Einlass- und Auslasszellen einen rhombischen Querschnitt haben und abwechselnd angeordnet sind, die Auslasszellen einen Querschnitt haben, der im Allgemeinen kleiner ist, als jener der Eingangszellen, und sie einen spitzen Innenwinkel haben.
Keramische Wabenstruktur mit einer Einlassfläche und einer Auslassfläche, umfassend eine Anzahl Einlasszellen und eine Anzahl Auslasszellen, die sich durch die Struktur von der Einlassfläche bis zur Auslassfläche erstrecken, wobei die Einlasszellen an der Einlassfläche offen sind und geschlossen sind, wo sie an die Auslassfläche grenzen, und wobei die Auslasszellen an der Auslassfläche offen sind und geschlossen sind, wo sie an die Einlassfläche grenzen, worin die Einlass- und Auslasszellen in einer Schachbrettanordnung angeordnet sind, die Einlasszellen einen viereckigen Querschnitt haben; und aneinander grenzende Einlasszellen entlang einer gegebenen Diagonale der Schachbrettanordnung gegen einander rotiert sind.
Keramische Wabenstruktur gemäß Anspruch 2, worin aneinander grenzende Einlasszellen entlang einer Diagonale der Schachbrettanordnung um einen Winkel von mehr als 1 Grad gegen einander rotiert sind.
Keramische Wabenstruktur gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, worin sich kein Punkt einer bestimmten Einlasszelle näher an einer angrenzenden Einlasszelle als an einer angrenzenden Auslasszelle.
Keramische Wabenstruktur mit einer Einlassfläche und einer Auslassfläche, umfassend eine Anzahl Einlasszellen und eine Anzahl Auslasszellen, die sich durch die Struktur von der Einlassfläche bis zur Auslassfläche erstrecken, wobei die Einlasszellen an der Einlassfläche offen sind und geschlossen sind, wo sie an die Auslassfläche grenzen, und wobei die Auslasszellen an der Auslassfläche offen sind und geschlossen sind, wo sie an die Einlassfläche grenzen, worin die Einlass- und Auslasszellen einen viereckigen Querschnitt haben und abwechselnd angeordnet sind und worin kein Punkt einer bestimmten Einlasszelle näher an einer angrenzenden Einlasszelle liegt als an einer angrenzenden Auslasszelle.
Keramische Wabenstruktur gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, worin die Filteroberfläche im Verhältnis zum Filtervolumen zwischen 0,8 und 1 mm²/mm³ ist.
Keramische Wabenstruktur gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, worin das Öffnungsverhältnis größer als 35% ist.
Keramische Wabenstruktur gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, worin die Auslasszellen einen spitzen Innenwinkel (α) im Bereich von 50 bis 85 Grad haben.
Keramische Wabenstruktur gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, worin die Einlasszellen einen spitzen Innenwinkel (β) haben und die Auslasszellen einen spitzen Innenwinkel (α) haben, und worin (β) größer als (α) ist.
Keramische Wabenstruktur gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, worin die rhombischen oder viereckigen Zellen ein oder mehrere abgeschrägte oder abgerundete Ecken haben.
Keramische Wabenstruktur gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, worin aneinander grenzende Zellen durch Trennwände abgegrenzt sind mit einer Stärke zwischen 100 und 500 µm.
Keramische Wabenstruktur gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, unfassend ein oder mehrere Minerale, ausgewählt aus der Gruppe Siliciumcarbid (SiC), Siliciumnitrid, Mullit, Kordierit, Zirkondioxid, Titandioxid, Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Spinell, Tialit, Kyanit, Sillimanit, Andalusit, Lithiumaluminiumsilicat und Aluminiumtitanat.
Keramische Wabenstruktur gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche mit einem thermischen Expansionskoeffizienten, der zwischen 0 und 9 × 10^–6K^–1 liegt.
Keramische Wabenstruktur gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, worin die Zellen eine Oberflächenrauheit Ra zwischen 1 und 100 µm haben.
Keramische Wabenstruktur gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, mit einer Gesamtporosität zwischen 20 und 80%.
Keramische Wabenstruktur gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche mit einem Porendiameter d₅₀ zwischen 1 und 60 µm.
Partikelfilter, enthaltend eine oder mehrere keramische Wabenstrukturen aus irgendeinem der Ansprüche 1 bis 16.