DE4002649A1 - Blank ceramic honeycomb body - has spikes to distort webs to seal separate channels before the body is fired - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen einzelner Kanäle eines keramischen Wabenkörpers im "grünen" Zustand.The present invention relates to a method for Closing individual channels of a ceramic honeycomb body in the "green" condition.
Neben ihrer bekannten, im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung keine Rolle spielenden Verwendung derartiger Körper als Träger für eine katalytische, die Abgase von insbesondere Ottomotoren von Schadstoffen reinigende Verwendung werden, ist für solche Wabenkörper, die z. B. in der US-A 37 90 654 beschrieben worden sind, der Einsatz als Filter für die Zurückhaltung des im Abgas von Dieselmotoren mitgeführten Rußes beabsichtigt. Die Rußpartikel werden dabei in den porösen, die einzelnen Waben des Körpers voneinander trennenden Stegen zurückgehalten, wenn dem Abgas der Weg durch diese Stege aufgezwungen wird. Hierzu werden die Kanäle des Wabenkörpers wechselseitig an dessen Anström- und Abströmseite verschlossen, so daß jeder derselben nur in der einen Richtung offen ist (FR-A-15 15 158). Dieses Verschließen soll nach bekannten Vorschlägen entweder dadurch geschehen, daß an die Endflächen desselben Platten oder Folien angeklebt werden, die eine entsprechend (meist auf die Hälfte) verringerte Anzahl von mit den Kanälen fluchtenden Löchern aufweisen (EP-B-00 42 301); andererseits dadurch, daß in einzelne der Kanäle Tropfen aus einem artverwandten Material eingebracht werden (EP-B-00 43 694). In beiden Fällen erfolgt das Verschließen der Kanäle erst, wenn der aus einer Cordierit bildenden Masse (DE-C 24 50 071) durch Extrusion hergestellte Wabenkörper bereits fertig gebrannt ist. Während bei den Wabenkörpern der ersten oben beschriebenen Art das Problem einer unzureichenden Temperatur- und Vibrationsfestigkeit der Verbindung zwischen dem Wabenkörper und den Endplatten besteht, führt die Tatsache, daß bei den nach der zweiten Methode vorzusehenden Stopfen durch deren unvermeidlicherweise gegenüber den Stegen erhöhte Dicke Materialanhäufungen auftreten dazu, daß insbesondere während der Aufheiz- und Abkühlphase wegen der unterschiedlichen Temperaturänderungsgeschwindigkeiten in Stegen und Stopfen Wärmespannungen auftreten, die zu einer Zerstörung des Wabenkörpers führen können. In jedem Falle erfolgt das Verschließen der Kanäle in mindestens einem zusätzlichen, kostspieligen Verfahren.In addition to their well-known, in connection with the present Invention does not matter using such bodies as a carrier for a catalytic, the exhaust gases of in particular Gasoline engines are used to purify pollutants for such honeycomb bodies, the z. B. in US-A 37 90 654 have been described, the use as a filter for the Restraint of the soot contained in the exhaust gas of diesel engines intended. The soot particles are in the porous, the webs separating individual honeycombs of the body held back when the exhaust gas made its way through these webs is imposed. For this purpose, the channels of the honeycomb body mutually closed on the inflow and outflow side, so that each of them is only open in one direction (FR-A-15 15 158). This closure is said to be known Proposals happen either by going to the end faces the same plates or foils are glued, the one correspondingly (usually halved) number of with the channels have aligned holes (EP-B-00 42 301); on the other hand, that drops from individual channels a related material can be introduced (EP-B-00 43 694). In both cases, the channels are closed only when the mass forming from a cordierite (DE-C 24 50 071) Honeycomb bodies produced by extrusion are already finished is burned. While the first honeycomb bodies above described the problem of insufficient temperature and vibration resistance of the connection between the Honeycomb body and the end plates, the fact that for the plugs to be provided according to the second method their inevitably increased thickness compared to the webs Accumulations of material occur particularly during the heating and cooling phase because of the different Velocity of temperature change in bars and plugs Thermal stresses occur which lead to the destruction of the Can lead honeycomb body. In any case, this is done Closing the channels in at least one additional, costly procedure.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Angabe eines Verfahren, das es gestattet, das Verschließen der Kanäle am "Grünling" des Körpers vorzunehmen (d. h. vor dem Brennen desselben) wobei dieser sowohl von seiner Zusammensetzung als auch von seiner Struktur, insbesondere der Wandstärken möglichst homogen sein soll.The object of the present invention is to provide a Procedure that allows the channels to be closed on "Greening" the body (i.e., before burning the same), which is both of its composition and also of its structure, especially the wall thickness should be as homogeneous as possible.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß in den zu verschließenden Kanal ein die Wandungen desselben nach innen plastisch verformender Formgebungsdorn eingeführt wird, bis sich die Stege des Körpers an ihren Enden dicht zusammengeschlossen haben. Die Stopfen bilden dann keinen nachträglich hinzugefügten (und infolge ungenügender Anbindung womöglich undichten) Fremdkörper, sondern einen integralen Bestandteil des Wabenkörpers. Das Verfahren kann unmittelbar im Anschluß an die Ausformung des letzteren aus der Rohmasse erfolgen, die durch Aufteilen eines endlos extrudierten Stranges in Stücke der gewünschten Länge geschieht. Dieser Effekt wird noch verstärkt, wenn, wie meist angestrebt, das Cordierit eine anisotrope Kristallstruktur aufweist. Es stoßen keine Teile aneinander, deren höherer (bzw. niedrigerer) thermischer Ausdehnungskoeffizient in verschiedenen Richtungen wirkt. This problem is solved in that in the occluding channel into the walls of the same plastically deforming shaping mandrel is introduced until the webs of the body close at their ends have merged. The plugs then do not form added later (and due to insufficient connection possibly leaky) foreign body, but an integral Part of the honeycomb body. The procedure can be carried out immediately in Connection to the formation of the latter from the raw mass done by dividing an endless extruded Stranges into pieces of the desired length happens. This The effect is enhanced if, as is usually the aim, the Cordierite has an anisotropic crystal structure. Bump it no parts together, their higher (or lower) coefficient of thermal expansion in different directions works.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird in sämtliche zu verschließenden Kanäle am jeweiligen Ende des Wabenkörpers gleichzeitig ein Formgebungsdorn eingeführt, so daß mittels eines entsprechenden, die erforderliche Zahl von Formgebungsdornen aufweisenden Werkzeuges in einem Arbeitsgang eine ganze Endfläche des Wabenkörpers fertiggestellt werden kann.In a further embodiment of the invention is in all closing channels at the respective end of the honeycomb body at the same time a shaping mandrel is introduced so that by means of a corresponding, the required number of Tool having shaping mandrels in one operation an entire end face of the honeycomb body can be completed can.
In spezieller Weiterführung dieses Erfindungsgedankens erfolgt das Einführen der Formgebungsdorne gleichzeitig an beiden Enden des Wabenkörpers. Durch die gegeneinander wirkenden, als gleich anzunehmenden Kräfte, mit denen die Formgebungsdorne beider Seiten bewegt werden, kann auf eine besondere Halterung des Wabenkörpers während dieses Verfahrensschrittes verzichtet werden, die wegen des noch weichen Zustandes desselben nur schwierig zu realisieren ist.In a special continuation of this inventive idea the insertion of the shaping mandrels at both ends simultaneously of the honeycomb body. By acting against each other as the same assumed forces with which the shaping mandrels of both Pages can be moved to a special bracket of the Honeycomb body waived during this step only because of the still soft state of the same is difficult to implement.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Formgebungsdorne während des Einführens in die Kanäle in vibrierende Bewegung versetzt. Durch die Vibration wird erreicht, daß die sich zunächst nur lose berührenden zueinandergedrückten Flächen der Stege homogenisiert und miteinander verzahnt werden, so daß an dieser Stelle keine im späteren Betrieb bei hohen Temperaturen eine Schwachstelle bildende Diskontinuitäten verbleiben.According to a further feature of the invention, the Shaping mandrels during insertion into the channels vibrating movement offset. Due to the vibration achieved that initially only loosely touching homogenized surfaces of the webs and be interlocked with each other, so that no a vulnerability later in operation at high temperatures forming discontinuities remain.
Um zu verhindern, daß die zu verformenden Stege unter der in Längsrichtung auf sie wirkenden Verformungskraft seitlich ausweichen, werden in die dem zu verschließenden Kanal benachbarten Kanäle gleichzeitig Führungsdorne eingeführt, die die Wabenstruktur an den nicht zu verformenden Stellen stützen.To prevent the webs to be deformed under the in Longitudinal deformation force acting on them laterally dodge, are in the channel to be closed adjacent channels simultaneously introduced guide pins that support the honeycomb structure at the points that are not to be deformed.
Um eine möglichst gleichmäßige Umlenkung der thermischen Ausdehnungskräfte sicherzustellen, sollten sich die zueinander gebogenen Stege möglichst in Form eines Gewölbes zusammenschließen. Daher weisen die Formgebungsdorne nach einem weiteren Merkmal des Verfahrens an ihrer in die zu verschließenden Kanäle eindringenden Fläche eine gewölbeförmige Ausnehmung auf, insbesondere eine solche, die die Form eines Rotationsparaboloids hat.To deflect the thermal as evenly as possible To ensure expansion forces, they should face each other curved webs if possible in the form of a vault join together. Therefore, the shaping mandrels have one another feature of the process at their in the too occluding channels penetrating a vaulted surface Recess on, especially one that has the shape of a Has rotational paraboloids.
In weiterer Verbesserung des Verfahrens wird auf die zusammenzuführenden Bereiche der Stege ein Haftverbesserer oder Kleber aufgebracht, um das Zusammenschließen der Stege zu unterstützen.In a further improvement of the process, the areas of the webs to be brought together are an adhesion promoter or Adhesive applied to join the webs together support.
Hierzu werden die Formgebungsdorne mit in den zu verschließenden Kanälen mündenden Zufuhrleitungen versehen, durch die der Haftverbesserer oder Kleber an die gewünschten Stellen gebracht werden kann.For this purpose, the shaping mandrels are inserted into the provide sealing ducts opening supply lines, through which the adhesion promoter or adhesive to the desired Places can be brought.
Die Verformung der Stege kann dazu führen, daß insbesondere in der Mitte des so hergestellten Kanalverschlusses eine Materialanhäufung erfolgt, die dann wiederum zu den oben erwähnten, unerwünschten unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der einzelnen Teile des Wabenkörpers führen kann. Daher wird in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ein Teil des Materials der zusammenzuführenden Kanalwandungen während desselben entfernt. Nur die bei der gewählten geometrischen Form des herzustellenden Kanalverschlusses für die Beibehaltung einer gleichmäßigen Wandstärke der Stege noch erforderlichen Materialmengen verbleiben dann in diesem Bereich.The deformation of the webs can lead in particular to the middle of the sewer closure thus produced Material accumulation takes place, which then turns to the above mentioned, undesirable different thermal Expansion of the individual parts of the honeycomb body can result. Therefore, in a further embodiment of the method, it becomes a part the material of the channel walls to be brought together during removed from it. Only those for the chosen geometric Shape of the duct closure to be manufactured for retention a uniform wall thickness of the webs still required Material quantities then remain in this area.
Eine spezielle Art der Durchführung dieses Erfindungsgedankens besteht darin, daß Teile der Stege in ihren zusammenzuführenden Bereichen vor ihrer Verformung mit Ausnehmungen versehen werden, die für das gewünschte Materialdefizit sorgen. Die Ausnehmungen können in bekannter Weise mittels schneidender bzw. stanzender Werkzeuge hergestellt werden.A special way of carrying out this inventive idea is that parts of the webs in their to be brought together Provide recesses in areas before they are deformed that ensure the desired material deficit. The Recesses can be made in a known manner by means of cutting or punching tools.
Alternativ hierzu werden Teile der Stege in ihren zusammenzuführenden Bereichen während und durch ihre Verformung verdrängt, so daß das überschüssige Material aus diesen Bereichen entfernt wird.Alternatively, parts of the webs are in their areas to be brought together during and by their deformation displaced so that the excess material from these Areas is removed.
In spezieller Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens fließen die zu verdrängenden Teile der Stege durch Lücken zwischen den Formgebungs- und gegebenenfalls den Führungsdornen.Flow in a special embodiment of this inventive concept the parts of the webs to be displaced by gaps between the Shaping and if necessary the guide mandrels.
In weiterer Ausgestaltung dieses Gedankens fließen die zu verdrängenden Teile der Stege durch in den Formgebungs- und/oder Führungsdornen vorhandene Abfuhrleitungen. Diese Abfuhrleitungen können identisch mit den weiter oben erwähnten Zufuhrleitungen sein, durch die die Zufuhr der Haftverbesserer oder Kleber an den gewünschten Ort stattfindet.In a further embodiment of this idea they flow to displacing parts of the webs through in the shaping and / or Guide arbor existing discharge lines. These Discharge lines can be identical to those mentioned above Be supply lines through which the supply of the adhesion improver or adhesive takes place at the desired location.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren auf den Grünling eines zu einer Keramik zu brennenden Wabenkörpers angewandt, insbesondere eines solchen, der für den Einsatz als Dieselrußfilter bestimmt ist.The method according to the invention is preferred on the green compact a honeycomb body to be fired into a ceramic, especially one that is designed for use as Diesel soot filter is determined.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigtAn embodiment of the invention is in the drawing shown, namely shows
Fig. 1 einen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Wabenkörper im Längsschnitt sowie schematisch die zur Durchführung des Verfahrens eingesetzten Werkzeuge, Fig. 1 a honeycomb body produced by the method according to the invention in longitudinal section and schematically illustrates the tools used for performing the process,
Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch den Wabenkörper entsprechend der Linie II-II der Fig. 1, die Fig. 2 in an enlarged scale a section through the honeycomb body along the line II-II of Fig. 1, the
Fig. 3 einen Längsschnitt entsprechend der Linie III-III der Fig. 2 und die Fig. 3 shows a longitudinal section along the line III-III of Fig. 2 and the
Fig. 4 eine Ansicht des Werkzeuges entsprechend der Richtung IV der Fig. 1. Fig. 4 is a view of the tool according to the direction IV in FIG. 1.
Ein aus einer zu Cordierit zu brennenden Masse geformter Wabenkörper 1 hat in einem zumeist viereckigen Raster angeordnete Stege 11, die zwischen sich Kanäle 12 einschließen. Abwechselnd das eine oder andere Ende der Kanäle 12 wird durch Stopfen 13 verschlossen, so daß im späteren Gebrauch des Wabenkörpers 1 als Dieselrußfilter das zu reinigende Abgas die durch die gestrichelten Pfeile angedeuteten Wege nehmen muß, wobei es die porösen Stege 11 durchdringt, so daß die im Abgas mitgeführten Rußpartikel zurückgehalten werden. An seiner Außenseite ist der Wabenkörper mit einem dichten Mantel 14 versehen, der aus Gründen einer besseren Handhabbarkeit eine gegenüber den Stegen 11 erhöhte Wandstärke aufweisen kann. Hergestellt werden die Stopfen 13 dadurch, daß möglichst von beiden Seiten her Werkzeuge 2 entsprechend den durch die dicken Pfeile angedeuteten Richtungen zunächst in den Wabenkörper 1 eingedrückt und danach wieder aus ihm herausgezogen werden. Die Werkzeuge 2 setzen sich aus einer Vielzahl von Formgebungsdornen 21 und Führungsdornen 22 zusammen. Die Formgebungsdorne 21 sind mit gewölbeförmigen Ausnehmungen 23 versehen, bevorzugt in der Form eines Rotationsparaboloides. Durch ihr Eindringen in den Wabenkörper 1 werden einzelne Stege 11 verformt und schließlich zu den die entsprechenden Kanäle abschließenden Stopfen 13 zusammengeführt. Der Vorgang wird unterstützt dadurch, daß die Werkzeuge 2 derweil in Vibrationen versetzt werden; und zwar so, daß die übrigen Teile der Wabenstruktur 1 nicht in Mitleidenschaft gezogen werden. Die anzuwendende Vibrationsfrequenz und -amplitude hängt selbstverständlich von einer Vielzahl von Faktoren ab, so von der Konsistenz der "grünen" Keramikmasse, der Dicke der Stege 11 usw. Bei einem Wabenkörper 1 aus einer Cordierit bildenden Rohmasse, mit einer Stärke der Stege 11 von 0,2 bis 1,5 mm und einem Abstand derselben von 1 bis 4 mm ergab eine Frequenz von größenordnungsmäßig 50 Hz gute Resultate. Um ein unerwünschtes seitliches Ausknicken der Stege 11 unter der durch die Werkzeuge 2 aufgebrachten Belastung zu verhindern, weisen letztere darüber hinaus Führungsdorne 22 auf, die in die nicht zu verschließenden Kanäle 12 eingeführt werden und deren benachbarte Stege 11 stützen.A honeycomb body 1 formed from a mass to be burned to cordierite has webs 11 arranged in a mostly square grid, which enclose channels 12 between them. Alternately one or the other end of the channels 12 is closed by plugs 13 , so that in later use of the honeycomb body 1 as a diesel soot filter, the exhaust gas to be cleaned must take the paths indicated by the dashed arrows, whereby it penetrates the porous webs 11 so that the soot particles carried in the exhaust gas are retained. On the outside, the honeycomb body is provided with a tight jacket 14 which, for reasons of better handling, can have an increased wall thickness compared to the webs 11 . The plugs 13 are manufactured by first pressing tools 2 from both sides in accordance with the directions indicated by the thick arrows into the honeycomb body 1 and then pulling them out again. The tools 2 are composed of a large number of shaping mandrels 21 and guide mandrels 22 . The shaping mandrels 21 are provided with arched recesses 23 , preferably in the form of a paraboloid of revolution. As a result of their penetration into the honeycomb body 1 , individual webs 11 are deformed and finally brought together to form the plugs 13 which close off the corresponding channels. The process is supported by the fact that the tools 2 are vibrated in the meantime; in such a way that the remaining parts of the honeycomb structure 1 are not affected. The vibration frequency and amplitude to be used naturally depend on a number of factors, such as the consistency of the "green" ceramic mass, the thickness of the webs 11 , etc. In the case of a honeycomb body 1 made of a cordierite-forming raw material, with a web 11 thickness of 0 , 2 to 1.5 mm and a distance of 1 to 4 mm between them gave a frequency of the order of 50 Hz good results. In order to prevent undesired lateral buckling of the webs 11 under the load applied by the tools 2 , the latter furthermore have guide mandrels 22 which are inserted into the channels 12 which are not to be closed and which support their adjacent webs 11 .
Die Fig. 2 läßt erkennen, daß von den Kanälen 12 jeder zweite verschlossen werden soll, wobei diese Kanäle im Beispiel schachbrettförmig verteilt sind. Die in diese Kanäle einzuführenden Formgebungsdorne 21 (s. Fig. 4) haben einen z. B. achteckigen Querschnitt und weisen am unteren Ende Ausnehmungen 23 auf, die die annähernd (negative) Form eines Rotationsparaboloides haben. Eng verbunden mit ihnen sind die Führungsdorne 22, die in diejenigen Kanäle 12 eingeführt werden, die offen bleiben sollen. Durch die Druckwirkung der Formgebungsdorne 21 werden die Stege 11 bis zu einer gewissen Tiefe verformt, und zwar zu einem gewölbeförmigen Stopfen 13. Ein Ausknicken der ja noch weichen Stege 11 wird durch die Wirkung der Führungsdorne 22 verhindert. In der Spitze des Stopfens 13 kann es leicht zu einer unerwünschten Materialanhäufung kommen, wenn die gesamte Masse der Stege 12 in diesem Bereich zusammengedrückt wird. Um dies zu vermeiden, können z. B. in den Führungsdornen 22 Schlitze 25 angelegt sein, durch die verdrängtes Material nach außen abfließen kann. Zusätzlich oder auch alternativ hierzu können die Stege 11 in diesem Bereich Ausnehmungen 26 aufweisen, durch die die zu verformende Materialmenge verringert wird. Als dritte Möglichkeit können in den Formgebungsdornen 21 Kanäle 24 angelegt sein, durch die das überschüssige Material abfließen kann. Durch die Kanäle 24 kann zu Beginn des Verformungsprozesses ein Kleber oder Haftvermittler zwischen die miteinander zu verbindenden Stege 11 gebracht werden. FIG. 2 shows that every second channel 12 is to be closed, these channels being distributed in the manner of a checkerboard in the example. The shaping mandrels 21 to be introduced into these channels (see FIG. 4) have a z. B. octagonal cross section and have recesses 23 at the lower end, which have the approximately (negative) shape of a paraboloid of revolution. Closely connected to them are the guide mandrels 22 which are inserted into those channels 12 which are to remain open. Due to the pressure effect of the shaping mandrels 21 , the webs 11 are deformed to a certain depth, specifically to an arch-shaped plug 13 . The action of the guide pins 22 prevents the webs 11 , which are still soft, from buckling. An undesired accumulation of material can easily occur in the tip of the plug 13 if the entire mass of the webs 12 is compressed in this area. To avoid this, e.g. B. 22 slots 25 are created in the guide pins through which displaced material can flow to the outside. In addition or alternatively to this, the webs 11 can have recesses 26 in this area, by means of which the amount of material to be deformed is reduced. The third possibility is 21 channels 24 may be applied by the can drain off the excess material into the forming mandrels. At the beginning of the deformation process, an adhesive or adhesion promoter can be brought through the channels 24 between the webs 11 to be connected to one another.
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Legal Events
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |