DE3824953A1 - Verfahren zur herstellung eines monolithischen filters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines monolithischen Filters, insbesondere eines Rußfilters nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrich­ tung zur Durchführung des Verfahrens.

Keramische Filter, die unverbrannte Rußpartikel aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine herausfiltern, sind bekannt. Filter der genannten Art bestehen üblicherweise aus porösem keramischem Material und weisen zueinander parallele dünnwandige Kanäle auf, welche in Strömungsrich­ tung der Abgase gesehen über die gesamte Filterlänge durchlaufen. Diese Kanäle sind abwechselnd jeweils an ihrem stromaufwärtigen bzw. stromabwärtigen Ende ver­ schlossen bzw. offen, so daß jeder Kanal ein offenes und ein geschlossenes Ende aufweist. Das durch die eintritts­ seitig offenen Kanäle eintretende Abgas wird, da das gegenüberliegende Ende des Kanals verschlossen ist, gezwungen, durch die porösen Kanalwände hindurch in die benachbarten, austrittsseitig offenen Kanäle zu strömen.

Dabei werden die Rußpartikel, die die Kanalwände wegen ihrer Größe nicht passieren können, in den Eintrittskanä­ len zurückgehalten und derart aus den Abgasen herausge­ filtert.

Die EP-02 06 250 A1 beschreibt einen derartigen Rußfilter und ein Verfahren zu seiner Herstellung. In eine Negativ- Form des Rußfilters, die die späteren gewünschten Gaska­ näle bildenden Säulen aufweist, wird Polyurethan-Schaum gegeben, der die Hohlräume der Form in der Art eines dreidimensionalen Netzwerkskeletts füllt. Durch Erhitzen wird der Schaum ausgehärtet. In einem anschließenden je nach Bedarf mehrfach durchzuführenden Kaschierungsprozeß wird auf diese Schaumstruktur eine Keramikmasse bis zur gewünschten Dicke aufgebracht und getrocknet. Im darauf folgenden Sintervorgang verbrennt das Schaummaterial und übrig bleibt der Keramikkörper mit der gleichen Struktur wie das vorherige Schaummaterial, d.h. ein Filter mit zueinander parallelen, wechselseitig verschlossenen Gaskanälen und dazwischen liegenden porösen Kanalwänden. Wie leicht zu sehen ist, weist dieses Verfahren den Nachteil auf, daß es in einem mehrstufigen, zeitaufwendi­ gen Prozeß durchgeführt werden muß. So wechseln sich mehrmals hintereinander Beschichtungsvorgänge, Aufheiz- bzw. Trockenvorgänge und Abkühlvorgänge ab.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der oben genannten Art derart auszuführen, daß die Herstellung eines Filters in kurzer Zeit und auf möglichst einfache Weise erfolgen kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Weitere Merkmale und Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

Das formbare Ausgangsmaterial für den Keramikfilter wird in ein die äußere Form des Filters bestimmendes Werkzeug gegeben, welches an zwei gegenüberliegenden Seiten durch in Filterlängsrichtung verschiebbare Stempelplatten verschlossen wird. Diese Stempelplatten tragen auf ihrer dem Ausgangsmaterial zugewandten Seite über die Oberfläche der Stempelplatte gleichmäßig verteilte zueinander paral­ lele stabförmige Elemente, wobei die Elemente der einen Stempelplatte zu den Elementen der anderen Stempelplatte versetzt angeordnet sind.

Durch eine Bewegung der Stempelplatten aufeinander zu wird das Ausgangsmaterial gepreßt, wobei die kammartig ineinan­ dergreifenden stabförmigen Elemente der beiden gegenüber­ liegenden Stempelplatten in das Ausgangsmaterial drücken und auf diese Weise - da die Stempelplatten nur so weit einander genähert werden, daß die stabförmigen Elemente die jeweils gegenüberliegende Stempelplatte nicht berüh­ ren - die wechselseitig verschlossenen Gaskanäle im Filterkörper formen. Der sogenannte Grünling wird an­ schließend aus dem Formwerkzeug entnommen und gesintert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Formwerkzeug,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen mit Hilfe des Werkzeugs aus Fig. 1 hergestellten Filter.

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein Formwerkzeug 1 dargestellt, welches aus einem die äußere Form des Filters bestimmenden Hüllkörper 2 von z.B. kreisförmigem Quer­ schnitt und zwei in Werkzeuglängsrichtung beweglichen Stempelplatten 3, 4 besteht. Diese beiden Stempelplatten 3, 4 sind an den jeweiligen Öffnungen 5, 6 des zylinder­ förmigen Hüllkörpers 2 längsbeweglich angeordnet und verschließen den Hüllkörper 2 nach einer Längsbewegung in Pfeilrichtung, sobald sie den durch den jeweiligen An­ schlag am Hüllkörper 2 begrenzten Weg zurückgelegt haben. Die Bewegung der Stempelplatten 3, 4 kann dabei durch z.B. ölhydraulische Kolben 7, 8 erfolgen. In einer vorteilhaf­ ten Ausgestaltung der Erfindung kann die gegenläufige Bewegung der beiden Stempelplatten 3, 4 zur Vergleichmäßi­ gung gekoppelt erfolgen. Auf der dem Hüllkörper 2 des Formwerkzeugs 1 zugewandten Oberfläche jeder der Stempel­ platten 3, 4 sind stabförmige Elemente 9 gleichmäßig verteilt angebracht. Diese Elemente 9 weisen einen Quer­ schnitt auf, der den im Filter zu bildenden Gaskanälen entspricht, d.h. z.B. einen runden, rechteckigen oder prismatischen Querschnitt.

Die stabförmigen Elemente 9 auf den gegenüberliegenden Stempelplatten 3, 4 sind jeweils versetzt zueinander angeordnet, so daß sie - wenn sich die Stempelplatten 3, 4 aufeinander zubewegen - kammartig ineinandergreifen und auf diese Weise das in den Hüllkörper 2 eingebrachte Ausgangsmaterial 10 derart verformen, daß die gewünschten Gaskanäle gebildet werden. Durch den Druck der Stempel­ platten 3, 4 werden aber nicht nur - über die stabförmigen Elemente 9 - die Gaskanäle geformt, sondern der Filter erhält durch die Form des Hüllkörpers 2 und der Stempel­ platten 3, 4 selbst seine äußere Form. Durch die Druckein­ wirkung auf das Filtermaterial und durch im Ausgangsmate­ rial üblicherweise vorhandene Bindemittel behält der geformte Filter, der sog. Grünling, auch nach dem Zurück­ ziehen der Stempelplatten 3, 4 und nach seiner Entnahme aus dem Hüllkörper 2 seine Form bei und kann anschließend in einem Sinterungsprozeß endgültig fertiggestellt werden.

Fig. 2 zeigt einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Filter 11 im Längsschnitt. Mit 12 sind die von der Stempelplatte 3 und mit 13 die von der Stem­ pelplatte 4 geformten kammartig ineinandergreifenden Gaskanäle bezeichnet. Der Übersichtlichkeit halber sind in dieser Figur, wie auch in Fig. 1, nicht sämtliche Gaska­ näle 12, 13 bzw. Stabelemente 9 eingezeichnet, sondern nur eine begrenzte Anzahl. Durch die Tatsache, daß die Stem­ pelplatten 3, 4 beim Preßvorgang nicht vollständig aufein­ ander zubewegt werden bzw. die stabförmigen Elemente 9 kürzer als die Länge des Hüllkörpers 2 sind, sind die Gaskanäle 12, 13 so ausgebildet, daß sie wechselseitig offen bzw. verschlossen sind und auf diese Weise den von der Einlaßseite 14 kommenden Abgasstrom 15 zwingen, unter Abscheidung seiner Rußpartikel durch die porösen Kanal­ wände 16 von den Gaskanälen 12 in die Gaskanäle 13 der Auslaßseite 17 durchzutreten und den Filter gereinigt von Rußpartikeln zu verlassen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung eines monolithischen Filters, insbesondere eines Rußfilters, aus einem formbaren kera­ mischen Ausgangsmaterial mittels eines Formwerkzeugs, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Ausgangsmaterial (10) in einen die äußere Form des Filters (11) bestimmenden Hüllkörper (2) gegeben wird,
• - daß das Ausgangsmaterial (10) in diesem Werkzeug mittels zweier Stempelplatten (3, 4) unter Druck seine endgültige Form erhält und
• - daß der Filter (11) anschließend gesintert wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempelplatten (3, 4) an ihrer dem Ausgangsmate­ rial (10) zugewandten Oberfläche die innere Gestaltung des Filters (11) bestimmende Elemente (9) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die innere Gestaltung des Filters (11) bestim­ menden Elemente (9) stabförmig sind und mit gleichem Abstand untereinander auf der Oberfläche der Stempelplat­ ten (3, 4) verteilt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den gegenüberliegenden Stempelplatten (3, 4) angeordneten Elemente (9) jeweils versetzt zueinander angeordnet sind und bei einander angenäherten Stempel­ platten (3, 4) kammartig ineinander greifen.