DE202023100970U1

DE202023100970U1 - Beschichtungsvorrichtung

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Publication number: DE202023100970U1
Application number: DE202023100970.0U
Authority: DE
Original assignee: Umicore AG and Co KG
Current assignee: Umicore AG and Co KG
Priority date: 2023-03-01
Filing date: 2023-03-01
Publication date: 2023-03-16
Anticipated expiration: 2033-03-02
Also published as: CN220126706U

Abstract

Beschichtungsvorrichtung (1) zum Beschichten eines Substrats (2) mit einer Beschichtungssuspension für die Abgasnachbehandlung aufweisend:
- eine erste Einheit (3) zur Aufnahme und Arretierung des Substrats (2) in einer vertikalen Ausrichtung;
- eine zweite Einheit (8) unter der ersten Einheit (3), die mit letzterer gasdicht verbunden ist und einen Auslass (6) aufweist,
- eine dritte Einheit (4) zur Bereitstellung eines Unterdrucks, die zumindest die zweite Einheit (8) gasdicht umfasst,
wobei die zweite Einheit (8) so ausgestaltet ist, dass ein durch die dritte Einheit (4) bereitgestellter Unterdruck nur durch einen geöffneten Auslass (6) an das Substrat weitergegeben werden kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schließen und Öffnen des Auslasses (6) durch mindestens ein Kolbenventil (5) erfolgt.

Description

Die vorliegende Vorrichtung ist zum Beschichten von Katalysatoren für die Abgasnachbehandlung, insbesondere in Fahrzeugen gerichtet. Hierin werden Substrate mit einer Beschichtungssuspension versehen, die in der Regel Bestandteile enthält, die in der Abgasnachbehandlung katalytisch aktiv sind. Die Beschichtungsvorrichtung besteht aus mehreren Einheiten zum Aufnehmen des Substrats und seinem anschließenden Beschichten.
Substrate oder Substratmonolithe werden in der chemischen Industrie als Katalysatorträger eingesetzt. Auch für die Behandlung von Autoabgasen spielen sie eine wichtige Rolle. Zur Entfernung der für Umwelt und Gesundheit schädlichen Emissionen aus den Abgasen von Kraftfahrzeugen sind eine Vielzahl katalytischer Abgasreinigungstechnologien entwickelt worden, deren Grundprinzip üblicherweise darauf beruht, dass das zu reinigende Abgas über ein Substrat, z.B. einen Durchfluss- (flow-through) oder einen Wandflusswabenkörper oder -monolithen (wall-flow) mit einer darauf aufgebrachten katalytisch aktiven Beschichtung geleitet wird. Der Katalysator fördert die chemische Reaktion verschiedener Abgaskomponenten unter Bildung unschädlicher Produkte wie beispielsweise Kohlendioxid und Wasser.
Die eben beschriebenen Durchfluss- oder Wandflussmonolithen werden auch als Katalysatorträger, Träger oder eben auch als Substratmonolithe bezeichnet, tragen sie doch die katalytisch aktive Beschichtung auf ihrer Oberfläche bzw. in den diese Oberfläche bildenden Poren der Wand. Die katalytisch aktive Beschichtung wird im Allgemeinen in einem Beschichtungsvorgang in Form einer Suspension (bei Katalysatoren für die Abgasreinigung oft als „Washcoat“ bezeichnet) auf den Katalysatorträger aufgebracht. Viele derartige Prozesse sind in der Vergangenheit von Autoabgaskatalysatorherstellern hierzu veröffentlicht worden ( WO9947260A1 , EP2521618B1 , EP1136462B1 , EP1900442A1 ).
Trotz dieser im Stand der Technik bekannten Verfahren ist es immer noch eine Herausforderung, Substratmonolithe gleichmäßig zu beschichten. Unterschiedliche Beschichtungsmenge sind z.B. aufgrund der hohen Kosten für Edelmetalle und seltene Erden nach Möglichkeit zu vermeiden. Gleichförmige Beschichtungen sind auch aus katalytischer Sicht zu bevorzugen. Auch das Nachtropfen des Beschichtungsmediums nach der Applikation desselben auf das Substrat stellt eine Herausforderung für die Herstellung von Substraten dar.
Ein wichtiger Aspekt bei solchen Verfahren ist das präzise und gleichmäßige Beschichten der Innenseiten der Kanäle solcher Katalysatorträger mit dem Beschichtungsmedium (Washcoat), insbesondere im Hinblick auf z.B. Beschichtungslänge in den Öffnungen des Substrates, die aufgebrachte Beschichtungsmenge, die Gleichmäßigkeit der Beschichtungsdicke, die Gleichmäßigkeit der Beschichtungslänge oder von Beschichtungsgradienten entlang der Längsachse des Katalysatorträgers, sowie bei der Herstellung von geschichteten oder zonierten Beschichtungsdesigns.
Die Herstellung einer präzisen und gleichmäßigen Beschichtung ist besonders herausfordernd, weil die Kanäle der Katalysatorträger, in welche die Beschichtung gleichmäßig eingebracht wird, sehr eng sind. So weisen typische Katalysatorträger für Abgasnachbehandlungen ungefähr 31 und 140 Zellen/cm² (200 und 900 Zellen pro Quadrat inch, cpsi) auf, so dass die Öffnungen der Katalysatorkanäle im Allgemeinen im zehntel Millimeterbereich liegen. Die gleichmäßige Beschichtung ist zusätzlich erschwert, weil die Beschichtungsmedien Suspensionen von anorganischen Partikeln sind, die im Allgemeinen eine relativ hohe Viskosität aufweisen. Daher besteht grundsätzlich und insbesondere bei geringfügigen Prozessvariationen die Gefahr, dass die einzelnen Kanäle ungleichmäßig mit Beschichtungsmedium beladen werden. Dies hat zur Folge, dass die Eindringtiefe des Beschichtungsmediums in den Katalysatorträger in lokalen Bereichen erheblich variieren kann. Eine ungleiche Verteilung der katalytischen Beschichtung kann verschlechterte Eigenschaften des beschichteten Katalysators beim bestimmungsgemä-ßen Gebrauch zur Folge haben. Da die Beschichtungen Edelmetalle, wie Platin und Palladium, und seltene Erden enthalten, ist ein effizienter Einsatz auch aus Kostengründen notwendig.
Die EP2415522A1 zeigt ein solches Beschichtungsverfahren für Katalysatorträger, bei dem das Beschichtungsmedium von oben auf ein Substrat appliziert wird. Über einen Stempel wird das Beschichtungsmedium über eine Zuleitung in einen Hohlraum geführt und anschließend durch die Düsen einer Abschlussplatte auf das Substrat aufgebracht. Dabei wird zunächst die gesamte Menge Beschichtungsmedium für den Katalysatorträger in einen Bereich oberhalb des Substrates eingebracht und anschließend durch Anlegen eines Unterdruckes in die Kanäle eingesaugt. Der Bereich über dem Katalysatorträger kann seitlich durch einen Mantel begrenzt werden. Um bei der industriellen Produktion eine Vielzahl gleichmäßig beschichteter Substrate zu erhalten, ist es erforderlich, dass in dem Bereich über dem Substrat immer genau die gleiche Menge Beschichtungsmedium gleichmäßig verteilt aufgetragen wird.
In der EP2533901 B1 wird eine Beschichtungstechnik für Substratmonolithe vorgestellt, welche es gestattet, eine besonders genaue, zonierte Beschichtung zu erzielen. Hierbei wird mittels einer speziellen Beschichtungsanlage in einen aufrecht stehenden Substratmonolithen von unten eine Menge an Beschichtungssuspension im Überschuss hineingepumpt. Anschließend erfolgt eine Absaugung der überschüssigen, sich in den Kanälen befindlichen Beschichtungssuspension nach unten. Dabei ist es besonders wichtig, dass eine genau vorgegebene Menge an Beschichtungsmedium auf den Substratmonolithen verbleibt. Da die Beschichtungssuspensionen häufig teure Edelmetall wie Platin, Palladium und/oder Rhodium enthalten, würde ein Zuviel an Suspension die Verschwendung an teurem Edelmetall bedeuten. Ein Zuwenig hingegen kann dazu führen, dass die notwendige katalytische Aktivität des Katalysators nicht mehr gegeben ist.
Trotz dieser im Stand der Technik bekannten Verfahren ist es immer noch eine Herausforderung, Substratmonolithe ausreichend gleichmäßig zu beschichten. Insbesondere das Saugen des Beschichtungsmediums nach der Applikation desselben aus dem Substrat stellt eine Herausforderung für die Herstellung von entsprechend beschichteten Substraten dar. Unterschiedliche Beschichtungsmenge in den Katalysatoren sind z.B. aufgrund der hohen Edelmetallpreise nach Möglichkeit zu vermeiden. Gleichförmige Beschichtungen sind auch aus katalytischer Sicht zu bevorzugen.
Diese und weitere sich für den Fachmann in naheliegender Weise ergebende Aufgaben werden durch einen Applikator gemäß vorliegendem Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Applikators werden in den von Anspruch 1 abhängigen Unteransprüchen adressiert.
Dadurch, dass man eine Beschichtungsvorrichtung (1) zum Beschichten eines Substrats (2) mit einer Beschichtungssuspension für die Abgasnachbehandlung aufweisend:

- eine erste Einheit (3) zur Aufnahme und Arretierung des Substrats (2) in einer vertikalen Ausrichtung;
- eine zweite Einheit (8) unter der ersten Einheit (3), die mit letzterer gasdicht verbunden ist und einen Auslass (6) aufweist,
- eine dritte Einheit (4) zur Bereitstellung eines Unterdrucks, die zumindest die zweite Einheit (8) gasdicht umfasst,

In einer bevorzugten ersten Ausführungsform erfolgt die Vorgehensweise bei der Beschichtung eines Substratmonolithen dergestalt, dass die Beschichtungssuspension von unten in das Substrat gepumpt werden kann (1). Demzufolge ist eine Beschichtungsvorrichtung (1) bevorzugt, bei der die zweite Einheit (8) befähigt ist, in einem ersten Schritt bei geschlossenem Auslass (6) die Beschichtungssuspension durch den Einlass (7) aufzunehmen und in das Substrats (2) zu leiten, und in einem zweiten Schritt überschüssige Beschichtungssuspension mittels eines durch die dritte Einheit (4) bereitgestellten Unterdrucks durch den offenen Auslass (6) aus dem Substrat zu entfernen, wobei Einlass (7) und Auslass (6) verschieden sind. Bzgl. dieser Beschichtungsvorrichtung kann für die weitere Ausführung auf umfangreiche Veröffentlichungen verwiesen werden ( DE102010007499A1 , EP3200932A1 , EP3285936A1 , EP1273344A1 , US20090130294A1 ).
In einer ebenfalls bevorzugten zweiten Ausführungsform erfolgt die Vorgehensweise bei der Beschichtung eines Substratmonolithen dergestalt, dass die Beschichtungssuspension von oben auf das Substrat aufgegeben wird (3). Demzufolge ist eine Beschichtungsvorrichtung (1) bevorzugt, bei der diese eine vierte Einheit (10) aufweist, welche oberhalb des Substrats (2) angeordnet ist, wobei die vierte Einheit (10) so ausgebildet ist, dass durch den Einlass (7') in einem ersten Schritt Beschichtungssuspension von oben auf das Substrat (2) dosiert werden kann, und wobei in einem zweiten Schritt ein Unterdruck durch die dritte Einheit (4) bereitgestellt wird und ggf. überschüssige Beschichtungssuspension mittels eines durch die dritte Einheit (4) bereitgestellten Unterdrucks durch den geöffneten Auslass (6) aus dem Substrat entfernt werden kann. Bzgl. dieser Beschichtungsvorrichtung kann für die weitere Ausführung auf umfangreiche Veröffentlichungen verwiesen werden ( WO9947260A1 , WO2015145122A2 , US6627257B1 , US20120021896A1 , JP2008302304A ). Vorzugsweise befindet sich hierbei auf dem Substrat (2) ein Coathütchen (11), welches das Herunterlaufen der Beschichtungssuspension außen am Substrat (2) verhindern hilft.
In Bezug auf eine erste bevorzugte Ausführungsform (1) verschließt der Kolben des Kolbenventils (5) den Auslass (6) während Beschichtungssuspension durch den Einlass (7) in die zweite Einheit (8) gepumpt wird. Die Beschichtungssuspension füllt die zweite Einheit auf und dringt durch den Diffusor hindurch in das Substrat (2) ein. Je nach gewünschter Beschichtungshöhe des Substrats wird die Beschichtungssuspension in das Substrat gepumpt. Der Einlass (7) schließt dann. Anschließend wird die Suspension aus dem Substrat nach unten in die dritte Einheit entfernt. Dazu wird der Kolben des Kolbenventils nach unten gefahren und der in der dritten Einheit (4) befindliche Unterdruck saugt die überschüssige Beschichtungssuspension aus dem Substrat und aus der zweiten Einheit (8) heraus. Die Bewegung des Kolbens des Kolbenventils (5) wird dabei über Sensoren, z.B. ein oder mehrere Drucksensoren in der Einheit (8) gesteuert. Deuten die Sensoren eine ausreichende Füllhöhe des Substrats (2) mit Beschichtungssuspension an, dann wird ein entsprechendes Signal an die Steueranlage der Beschichtungsvorrichtung (1) gesendet und das Kolbenventil (5) wird geöffnet. Das Öffnen und Schließen des Kolbenventils (5) kann extrem schnell erfolgen, so dass die Zyklenzeit für einen Beschichtungsvorgang entsprechend minimiert werde kann. In der Regel dauert das Schließen und Öffnen nur Bruchteile einer Sekunde.
In der alternativen zweiten bevorzugte Ausführungsform (3) der Beschichtungsvorrichtung wird in einem ersten Schritt Beschichtungssuspension von oben durch die Einheit (10) auf das obere Ende des Substrats (2) aufgegeben. Gleichzeitig oder anschließend erfolgt dann ggf. ein Nivellierungsschritt der Beschichtungssuspension auf dem Substrat ( EP3648884A1 sowie dort zitierte Literatur) und/oder das Einsaugen der Beschichtungssuspension in das Substrat (2). Dazu wird der Kolben des Kolbenventils nach unten gefahren und der in der dritten Einheit (4) befindliche Unterdruck saugt die ggf. überschüssige Beschichtungssuspension in das Substrat und ggf. aus dem Substrat und aus der zweiten Einheit (8) heraus. Ggf. wird nur sowenig Beschichtungssuspension auf das Substrat (2) gegeben, dass die komplette Beschichtungssuspension im Substrat (2) verbleibt. Das Öffnen und Schließen des Kolbenventils (5) kann extrem schnell erfolgen, so dass die Zyklenzeit für einen Beschichtungsvorgang entsprechend minimiert werde kann. In der Regel dauert das Schließen und Öffnen nur Bruchteile einer Sekunde.
Der Kolben des Kolbenventils (5) verschließt den Auslass (6) gasdicht. Hierzu sollte der Kolben des Kolbenventils (5) mit der zweiten Einheit (8) eine gut abgedichtete Verbindung eingehen können. Vorteilhaft ist, wenn der Kolbendurchmesser des Kolbens des Kolbenventils (5) einen größeren Durchmesser als der Auslass (6) aufweist, um eine entsprechend gute Abdichtung verwirklichen zu können. In der Regel ist der Durchmesser des Kolbens des Kolbenventils (5) am Kopf im Bereich von 5 - 25 cm, vorzugsweise 6 - 20 cm und ganz bevorzugt 7 - 15 cm. Allerdings hängt die Größe des Kolbendurchmessers auch von dem Durchmesser des zu beschichtenden Substrats (2) ab. Je größer der Durchmesser bzw. die Grundfläche des Substrats, desto größer sollte auch der Kolbendurchmesser sein. Bei großen Substraten (2) für Lastwagen oder Schiffe kann es von Vorteil sein, wenn nicht nur ein Kolbenventil (5) einen Auslass (6) verschließt. Es kann auch sein, dass man dann vorteilhafter Weise bis zu 3 oder gar 4 Kolbenventile (5) für eine entsprechende Anzahl von Auslässen (6) vorsieht (2).
Wie schon angedeutet kann der Kolben des Kolbenventils (5) sehr rasch den Auslass (6) verschließen und öffnen. Der Antrieb des Kolbens kann durch dem Fachmann geläufige Mechanismen erfolgen. Es sind dies insbesondere solche ausgewählt aus der Gruppe mechanischer Antriebe, elektronischer Antriebe, pneumatischer Antriebe, magnetischer Antriebe. Bevorzugt ist, wenn das Kolbenventil (5) pneumatisch oder elektrisch gesteuert wird. Ganz bevorzugt ist ein elektrischer Antrieb in diesem Zusammenhang.
Wie eben schon angedeutet erscheint es sinnvoll, dass das Kolbenventil (5) mit dem Auslass (6) eine dichte Verbindung eingehen kann. Dies kann nach dem Fachmann geläufigen Maßnahmen erfolgen. Bevorzugt ist, wenn das Kolbenventil (5) den Auslass (6) der zweiten Einheit (8) über eine flexible Dichtung gasdicht verschließen kann. Solche flexiblen Dichtungen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Sie können ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus EPDM, NBR, Silicone or PTFE (EPDM rubber (ethylene propylene diene monomer rubber: https://en.wikipedia.org/wiki/EPDM_rubber; NBR nitrile butadiene rubber: https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrile_rubber; Silicone rubber: https://en.wikipedia.org/wiki/Silicone_rubber; Polytetrafluoroethylene (PTFE) : https://en.wikipedia.org/wiki/Polytetrafluoroethylene).
Die zweite Einheit (8) wird im üblichen Sprachgebrauch als Beschichtungskammer bezeichnet. Diese kann gemäß der ersten Beschichtungsvorrichtung den zu beschichtenden Washcoat aus einer Zuleitung oder Einlass (7) aufnehmen und leitet ihn bei weiterer Zufuhr des Washcoats in das darüber senkrecht ausgerichtete Substrat (2). Bevorzugt ist eine Ausführungsform, in der die zweite Einheit (8) unter dem Substrat (2) einen Diffusor aufweist, durch den die Beschichtungssuspension in das Substrat (2) geleitet wird. Dies erfolgt, um einen möglichst homogenen Fluss des Washcoats in das Substrat (2) zu gewährleisten. Der Diffusor besteht üblicherweise aus einem Teil, welches mit in bestimmter Weise geformten Kanälen durchzogen ist. Eine mögliche Ausgestaltung eines solchen Diffusors ist in EP2921230A1 dargestellt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Einlass (7) seitlich an der zweiten Einheit (8) unterhalb des Diffusors angebracht ist. Hierüber gelangt - wie gesagt - der Washcoat in die Beschichtungskammer oder Einheit (8) und anschließend in das Substrat (2). Dies ist deshalb von Vorteil, weil der Washcoat in zur Substratausrichtung rechtwinkliger Weise in die Einheit (8) geleitet wird bevor er durch den Diffusor in das Substrat (2) gelangt. Dies hilft, die Entstehung eines seitlichen Gradiente des Washcoats im Substrat (2) zu unterdrücken.
Für die Beschichtungsvorrichtung können als Substrat vorzugsweise solche vom Wandfluss-Typ (Wandflussfilter) oder vom Durchfluss-Typ in Frage kommen. Durchflussmonolithe sind im Stand der Technik übliche Katalysatorträger, die aus Metall (corrugated carrier, z.B. WO17153239A1 , WO16057285A1 , WO15121910A1 und darin zitierte Literatur) oder keramischen Materialien bestehen können. Bevorzugt werden feuerfeste Keramiken wie zum Beispiel Corderit, Siliziumcarbit oder Aluminiumtitanat etc. eingesetzt. Die Anzahl der Kanäle pro Fläche wird durch die Zelldichte charakterisiert, welche üblicher Weise zwischen 200 und 900 Zellen pro Quadrat inch (cells per square inch, cpsi) liegt. Die Wanddicke der Kanalwände beträgt bei Keramiken zwischen 0,5 - 0,05 mm.
Als Wandflussmonolithe oder Wandflussfilter können alle im Stand der Technik üblichen keramischen Materialien eingesetzt werden. Bevorzugt werden poröse Wandflussfiltersubstrate aus Corderit, Siliziumcarbid oder Aluminiumtitanat eingesetzt. Diese Wandflussfiltersubstrate weisen An- und Abströmkanäle auf, wobei jeweils die abströmseitigen Enden der Anströmkanäle und die anströmseitigen Enden der Abströmkanäle gegeneinander versetzt mit gasdichten „Stopfen“ verschlossen sind. Hierbei wird das zu reinigende Abgas, das das Filtersubstrat durchströmt, zum Durchtritt durch die poröse Wand zwischen An- und Abströmkanal gezwungen, was eine exzellente Partikelfilterwirkung bedingt. Durch die Porosität, Poren-/Radienverteilung, und Dicke der Wand kann die Filtrationseigenschaft für Partikel ausgelegt werden. Die Porosität der unbeschichteten Wandflussfilter beträgt in der Regel mehr als 40 %, generell von 40 % bis 75 %, besonders von 50 % bis 70 % [gemessen nach DIN 66133 - neueste Fassung am Anmeldetag]. Die durchschnittliche Porengröße (Durchmesser) der unbeschichteten Filter beträgt wenigstens 7 µm, z. B. von 7 µm bis 34 µm, bevorzugt mehr als 10 µm, insbesondere mehr bevorzugt von 10 µm bis 25 µm oder ganz bevorzugt von 15 µm bis 20 µm [gemessen nach DIN 66134 neueste Fassung am Anmeldetag].
Vorzugsweise sind die hier betrachteten Beschichtungssuspensionen strukturviskos (https://de.wikipedia.org/wiki/Strukturviskosit%C3%A4t). Sie haben eine Viskosität von 1,0087 - 1000 mPas, vorzugsweise 100 - 780 mPas bei einer Scherrate von 100 1/s. Sie weisen Festkörper auf und enthalten die katalytisch aktiven Komponenten oder deren Precursor sowie anorganische Oxide wie Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkonoxid, Ceroxid oder deren Kombinationen, wobei die Oxide mit z.B. Silizium oder Lanthan dotiert sein können. Als katalytisch aktive Komponenten können Oxide von Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Kupfer, Zink, Nickel oder Seltenerdmetalle wie Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium oder deren Kombinationen eingesetzt werden. Als katalytisch aktive Komponenten können außerdem Edelmetalle wie Platin, Palladium, Gold, Rhodium, Iridium, Osmium, Ruthenium sowie deren Kombinationen eingesetzt werden. Diese Metalle können auch als Legierungen miteinander oder anderen Metallen oder als Oxide vorliegen. Im flüssigen Beschichtungsmedium können die Metalle auch als Precursor vorliegen, wie Nitrate, Sulfite oder Organyle der genannten Edelmetalle sowie deren Mischungen, insbesondere können Palladiumnitrat, Palladiumsulfit, Platinnitrat, Platinsulfit oder Pt(NH₃)₄(NO₃)₂ eingesetzt werden. Durch Kalzinierung bei etwa 400°C bis etwa 700°C kann dann die katalytisch aktive Komponente aus dem Precursor erhalten werden.
Als für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen geeignet haben sich beispielsweise Metallionen aus der Gruppe der Platinmetalle, insbesondere Platin, Palladium und Rhodium herauskristallisiert, während z.B. sich die SCR-Reaktion am effektivsten mit Zeolithen bzw. Zeotypen (Molekularsiebe mit anderen oder weiteren Elementen als Kationen im Framework verglichen mit Zeolithen) gezeigt hat, die mit Eisen- und/oder Kupferionen ausgetauscht sind. Die Zugabe der entsprechenden Ionen zur Beschichtungsmischung wird so gesteuert, dass die Gesamtmenge an Metallionen, insbesondere Fe- und/oder Cu-Ionen im finalen Gesamtkatalysator bei 0,5 - 10 Gew.-%, bevorzugt 1 - 5 Gew.-% der Beschichtungsmenge liegt.
Neben den eben diskutierten Komponenten kann das Beschichtungsmedium auch weitere Bestandteile enthalten. Diese Komponenten können die katalytische Funktion des katalytisch aktiven Materials weiter unterstützen, greifen selbst jedoch nicht aktiv in die Reaktion ein. Hier zum Einsatz kommende Materialien sind z.B. sogenannte Binder. Letztere sorgen unter anderem dafür, dass die an der Reaktion beteiligten Materialien und Komponenten ausreichend fest auf dem entsprechenden Substrat haften können. Als vorteilhafte Komponenten haben sich in diesem Zusammenhang Binder ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkondioxid, Siliziumdioxid oder deren Oxid-Hydroxiden (beispielsweise Boehmit) oder Mischungen derselben erwiesen. Vorteilhaft kommen vorliegend hochoberflächige Aluminiumoxide zum Einsatz. Der Binder wird in einer bestimmten Menge in der Beschichtung verwendet. Bezogen auf das in der Beschichtungssuspension eingesetzte feste Material wird der weitere Bestandteil, z.B. der Binder in einer Menge von max. 25 Gew.-%, vorzugsweise max. 20 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt in einer Menge von 5 Gew.-% - 15 Gew.-% verwendet.
Die derart hergestellten katalytisch in der Abgasnachbehandlung aktiven Substratmonolithe können im Prinzip in allen dem Fachmann für den Autoabgasbereich bekannten Abgasnachbehandlungen eingesetzt werden. Bevorzugt kann die katalytische Beschichtung des Substratmonolithen ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Dreiwegkatalysator, SCR-Katalysator, Stickoxidspeicherkatalysator, Oxidationskatalysator, Rußzündbeschichtung. Hinsichtlich der einzelnen in Frage kommenden katalytischen Aktivitäten und deren Erklärung wird auf die Ausführungen in der WO2011151711A1 verwiesen.
Das hier vorgestellte Design eines Teils einer Beschichtungsanlage kann äußerst bevorzugt in Beschichtungsanlagen eingesetzt werden, die z.B. entsprechend denen aus dem zitierten Stand der Technik (siehe vorne) aufgebaut sind. Andere sind ebenfalls denkbar. In dem man ein Kolbenventil als Verschlussmechanismus der zweiten Einheit (8) zur dritten Einheit (4) etabliert, erreicht man eine Herabsetzung der Zyklenzeit beim Beschichten von Substraten, sowohl nach der ersten als auch der zweiten Ausführungsform. Dies ist dadurch bedingt, dass die Beschichtungskammer ob dieses Mechanismus relativ klein ausgestaltet werden kann. Aufgrund des geringen Totvolumens erfolgt die Unterdruckabsaugung entsprechend schneller als bei Beschichtungskammern mit anderen Ventilen. Gleichfalls ist zu verzeichnen, dass die Beschichtungsgenauigkeit insbesondere was die einheitliche Zonenlänge im Substrat betrifft, weiter gesteigert werden kann. Während bei anderen Ventilen (z.B. beim Klappenventil) ein ungleicher Unterdruck beim Öffnungsvorgang des Ventils erfolgt, wird hier eine 360°-Öffnung erreicht, was eine gleichmäßige Verteilung des in der dritten Einheit (4) vorhandenen Unterdrucks über den gesamten Querschnitt des Substrats erlaubt. Das Absaugen des überschüssigen Washcoats aus dem Substrat erfolgt daher in jedem beschichteten Kanal relativ gleichmäßig. Ein weiterer überraschender Effekt ist, dass in der kleineren zweiten Einheit (8) weniger Rückstände von Washcoat aus dem vorhergehenden Beschichtungsvorgang zurückbleiben. Dies führt zumindest für die erste Ausführungsform der Beschichtungsvorrichtung im Endeffekt auch zu einer einheitlicheren Beschichtung von Substrat zu Substrat, was sich besonders vorteilhaft im Hinblick auf den im Substrat vorhandenen relativ konstanten Edelmetallgehalt auswirkt. Auf jeden Fall verdreckt die zweite Einheit (8) weniger als ohne die Erfindung. Alle diese Vorteile waren zum Prioritätstag mitnichten erwartbar.
Bezugszeichenliste

1: Beschichtungsvorrichtung
2: Substrat
3: erste Einheit
4: dritte Einheit
5: Kolbenventil
6: Auslass
7, 7': Einlass für Beschichtung
8: zweite Einheit mit Diffusor
9: Leitung zum Unterdruckerzeuger
10: Beschichtungsaufgabeeinheit
11: Coathütchen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 9947260 A1 [0003, 0013]
EP 2521618 B1 [0003]
EP 1136462 B1 [0003]
EP 1900442 A1 [0003]
EP 2415522 A1 [0007]
EP 2533901 B1 [0008]
DE 102010007499 A1 [0012]
EP 3200932 A1 [0012]
EP 3285936 A1 [0012]
EP 1273344 A1 [0012]
US 20090130294 A1 [0012]
WO 2015145122 A2 [0013]
US 6627257 B1 [0013]
US 20120021896 A1 [0013]
JP 2008302304 A [0013]
EP 3648884 A1 [0015]
EP 2921230 A1 [0019]
WO 17153239 A1 [0020]
WO 16057285 A1 [0020]
WO 15121910 A1 [0020]
WO 2011151711 A1 [0025]

Claims

Beschichtungsvorrichtung (1) zum Beschichten eines Substrats (2) mit einer Beschichtungssuspension für die Abgasnachbehandlung aufweisend: - eine erste Einheit (3) zur Aufnahme und Arretierung des Substrats (2) in einer vertikalen Ausrichtung; - eine zweite Einheit (8) unter der ersten Einheit (3), die mit letzterer gasdicht verbunden ist und einen Auslass (6) aufweist, - eine dritte Einheit (4) zur Bereitstellung eines Unterdrucks, die zumindest die zweite Einheit (8) gasdicht umfasst, wobei die zweite Einheit (8) so ausgestaltet ist, dass ein durch die dritte Einheit (4) bereitgestellter Unterdruck nur durch einen geöffneten Auslass (6) an das Substrat weitergegeben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließen und Öffnen des Auslasses (6) durch mindestens ein Kolbenventil (5) erfolgt.
Beschichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einheit (8) befähigt ist, in einem ersten Schritt bei geschlossenem Auslass (6) die Beschichtungssuspension durch den Einlass (7) aufzunehmen und in das Substrats (2) zu leiten, und in einem zweiten Schritt überschüssige Beschichtungssuspension mittels eines durch die dritte Einheit (4) bereitgestellten Unterdrucks durch den offenen Auslass (6) aus dem Substrat zu entfernen, wobei Einlass (7) und Auslass (6) verschieden sind.
Beschichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsvorrichtung eine vierte Einheit (10) aufweist, welche oberhalb des Substrats (2) angeordnet ist, wobei die vierte Einheit (10) so ausgebildet ist, dass durch den Einlass (7') in einem ersten Schritt Beschichtungssuspension von oben auf das Substrat (2) dosiert werden kann, und wobei in einem zweiten Schritt ein Unterdruck durch die dritte Einheit (4) bereitgestellt wird und ggf. überschüssige Beschichtungssuspension mittels eines durch den geöffneten Auslass (6) aus dem Substrat entfernt werden kann.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben des Kolbenventils (5) am Kopf einen Durchmesser von 5 - 25 cm aufweist.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenventil (5) pneumatisch oder elektrisch gesteuert wird.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenventil (5) den Auslass (6) der zweiten Einheit (8) über eine flexible Dichtung gasdicht verschließen kann.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einheit (8) unter dem Substrat (2) einen Diffusor aufweist, durch den die Beschichtungssuspension in das Substrat (2) geleitet wird.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (7) seitlich an der zweiten Einheit (8) unterhalb des Diffusors angebracht ist.