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Hintergrund der Erfindung
und Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine keramische Wabenstruktur mit
einem bearbeiteten Außenumfang.
Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung eine keramische
Wabenstruktur mit einer verstärkten äußeren Umfangswand,
die den Gasstrom durch Trennwände
in einem äußeren Umfangsabschnitt
der keramischen Wabenstruktur nicht behindert und deren Temperaturwechselbeständigkeit
verbessert ist.
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Eine
keramische Wabenstruktur wird aufgrund ihres geringen Gewichts und
des geringen Widerstands beim Gasdurchtritt häufig als Substrat für einen
Katalysator zum Reinigen von Kraftfahrzeugabgasen eingesetzt. Was
die Form einer Zelle betrifft, so wird aufgrund der Einfachheit
der Herstellung einer Form zum Formen und der hohen mechanischen
Festigkeit eine quadratische Zelle eingesetzt. Als Material wird
gemeinhin ein Cordieritmaterial verwendet, dessen Temperaturwechselbeständigkeit
aufgrund des kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten
hoch ist. Weiters wird als Formverfahren im Allgemeinen ein Strangpressverfahren
verwendet, da dieses Verfahren eine Massenproduktion ermöglicht.
In den letzten Jahren wurden bedingt durch die Notwendigkeit, das
Leistungsvermögen
der Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen zu verbessern, hohe Erwartungen
an die Leistungsfähigkeit
von Katalysatoren gesetzt, wodurch man sich die Herstellung einer
keramischen Wabenstruktur von geringem Gewicht und mit einer großen Oberfläche konzentrierte.
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Es
ist jedoch allgemein schwierig, eine keramische Wabenstruktur mit
einer Trennwanddicke von 0,1 mm oder weniger und 62 Zellen/cm2 oder mit einer zu 86% oder mehr offenen
Stirnfläche
oder einer Rohdichte von 0,26 g/cm3 oder
weniger herzustellen; und Trennwände
in der Nähe
der äußeren Umfangswand
werden in erster Linie bei der Stufe des Strangpressens verformt
und durch den Druck vom Umfang und durch Temperaturwechsel leicht
beschädigt.
Deshalb stellt sich das Problem, dass so die Nützlichkeit und die Lebensdauer
als Teil zum Reinigen von Kraftfahrzeugabgasen verloren gehen.
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Die
japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 57-99340 offenbart eine
keramische Wabenstruktur, deren Wärmeausdehnungskoeffizient von
der Mitte aus zu einer Außenoberfläche hin
abnimmt. Ist jedoch der Wärmeausdehnungskoeffizient
eines inneren Abschnitts erhöht,
birgt dies den Nachteil einer leichten Beschädigung auch bei einem geringem
Temperaturwechsel.
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Außerdem offenbart
die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 57-99340 ein Verfahren
zum Aufbringen eines Keramikmaterials, wie etwa Siliciumdioxid und
Aluminiumoxid, auf die Trennwände
einer keramischen Wabenstruktur. Diesem Verfahren gemäß nimmt
aber der innere Durchmesser an den Trennwänden am äußeren Umfangsabschnitt genauso
wie auch ein Druckabfall zu, da ein Großteil des Materials, das den
Wärmeausdehnungskoeffizienten
anhebt, auf den Trennwänden
am äußeren Umfangsabschnitt
aufgebracht ist. Dadurch stellt sich das Problem, dass der Gasströmung durch
die Trennwände
im äußeren Umfangsabschnitt
hindurch deutlich abnimmt und der Katalysator als Ganzer nicht vorteilhaft
benutzt werden kann, wodurch die Reinigungsfähigkeit abnimmt.
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Ein
allgemeines Verfahren zum Aufbringen eines Katalysators auf eine
keramische Wabenstruktur ist ein Verfahren, bei dem γ-Aluminiumoxid
mit einer großen
spezifischen Oberfläche
zunächst
in eine auf eine keramische Wabenstruktur aufzubringende wässrige Lösung umgewandelt
wird, die dann mit einem Edelmetallkatalysator bestückt wird.
Wird ein Keramikmaterial, wie etwa Siliciumdioxid und Aluminiumoxid,
das den Wärmeausdehnungskoeffizienten
anhebt, zu diesem Zeitpunkt auf die Trennwände aufgebracht, nimmt das Wasserabsorptionsvermögen umso
mehr ab, je größer die
aufgebrachte Menge ist, woraus sich das Problem ergibt, dass die
keramische Wabenstruktur das γ-Aluminiumoxid
nicht gleichmäßig tragen
kann, d.h. dass der Katalysator nicht gleichmäßig verteilt werden kann.
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Weiters
offenbart die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 56-129044
eine keramische Wabenstruktur, deren innerer Trennwandabschnitt
einen großen
Wärmeausdehnungskoeffizient
aufweist, während
die Trennwände
in einem äußeren Um fangsabschnitt
einen kleine Beschichtungswärmeausdehnung
aufweisen. Eine Cordieritwabenstruktur aber, die derzeit generell
für die
Abgasreinigung in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, wird hergestellt,
indem ein Verfahren zur Anhebung der Wechseltemperaturbeständigkeit
genutzt wird, das den Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Struktur klein macht, indem das Rohmaterial durch Strangpressung
ausgerichtet wird. Da es aber kein Keramikmaterial mit einem kleineren
Wärmeausdehnungskoeffizienten
als das durch Strangpressung geformte Cordierit gibt, kann das Verfahren
nicht auf eine Wabenstruktur angewendet werden, deren Hauptbestandteil
Cordierit ist.
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Die
EP-A 554104 offenbart eine keramische Wabenstruktur mit einer Außenbeschichtung,
die die äußeren offenen
Zellen der Waben auffüllt.
Das Beschichtungs- material wird als Paste aufgetragen und getrocknet,
um die Wabenstruktur zu verstärken.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese Probleme des Stands
der Technik entwickelt und zielt auf die Bereitstellung einer keramischen
Wabenstruktur ab, deren äußere Umfangswand
verstärkt
ist, die einen Gasstrom in einem Umfangstrennwandabschnitt der keramischen
Wabenstruktur nicht behindert und deren Wechseltemperaturbeständigkeit
vorteilhaft erhöht
ist.
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Das
bedeutet, dass gemäß der vorliegenden
Erfindung eine keramische Wabenstruktur nach Anspruch 1 bereitgestellt
ist.
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In
der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Material für die äußere Umfangswand
der keramischen Wabenstruktur dasselbe wie das für die keramische Wabenstruktur
oder ein anderes Material ist.
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In
der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass eine Trennwand
der keramischen Wabenstruktur eine Dicke von weniger als 0,1 mm
aufweist und die keramische Wabenstruktur über 62 Zellen/cm2 oder
mehr verfügt.
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In
der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die äußere Umfangswand
dicker als ein innerer Trennwandabschnitt der keramischen Wabenstruktur
ist.
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Zudem
ist es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die keramische
Wabenstruktur einen offenen Stirnbereich von 86% oder mehr aufweist.
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Außerdem ist
es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die keramische
Wabenstruktur eine Rohdichte von 0,26 g/cm3 oder
weniger aufweist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die 1(a) (b) sind schematische Ansichten, die eine
Ausführungsform
der keramischen Wabenstruktur veranschaulichen, deren äußere Umfangswand
in der vorliegenden Erfindung mit einem aufgeschlämmten Rohmaterial
verstärkt
wurde, wobei 1(a) eine perspektivische Ansicht
der Gesamtstruktur ist, während 1(b) eine vergrößerte Ansicht rund um die verstärkte äußere Umfangswand
ist.
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Die 2(a) (b) zeigen eine Ausführungsform einer keramischen
Wabenstruktur, die einer Bearbeitung zur Verstärkung mit einem aufgeschlämmten Rohmaterial
unterzogen wurde, nachdem in der vorliegenden Erfindung die Trennwände des äußeren Umfangsabschnitts
und die ursprüngliche äußere Umfangswand durch
Abschleifen entfernt worden waren, wobei 2(a) eine
perspektivische Ansicht der Gesamtstruktur ist, während 2(b) eine vergrößerte Ansicht rund um die verstärkte äußere Umfangswand
ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wird hierin in Folge auf der Grundlage der
in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsformen in ihren Einzelheiten
beschrieben, die vorliegende Erfindung ist aber in keinster Weise
auf diese Ausführungsformen
eingeschränkt.
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Die 1(a) (b) sind schematische Ansichten, die eine
Ausführungsform
der keramischen Wabenstruktur veranschaulichen, deren äußere Umfangswand
in der vorliegenden Erfindung verstärkt wurde, und die 2(a) (b) zeigen eine Ausführungsform einer keramischen
Wabenstruktur, deren äußere Umfangswand
in der vorliegenden Erfindung nach dem Abtragen durch Schleifen
verstärkt
wurde. Die 1(a) und 2(a) sind
perspektivische Ansichten, und die 1(b) und 2(b) sind vergrößerte Ansichten rund um die
verstärkte äußere Umfangswand.
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Wie
den 1(a) und 1(b) zu
entnehmen ist, weist eine keramische Wabenstruktur in der vorliegenden
Erfindung eine Vielzahl von Durchgangslöchern (Zellen) 2 auf,
die von Trennwänden 1 umgeben
sind. Der Wärmeausdehnungskoeffizient
einer äußeren Umfangswand 3 wird
in einer Richtung des Durchmessers der keramischen Wabenstruktur
größer gemacht
als der eines inneren Trennwandabschnitts 5. Die keramische
Wabenstruktur befindet sich in einem Zustand, in dem von der äußeren Umfangswand 3 eine
mechanische Spannung an den inneren Trennwandabschnitt 5 aufgebracht
wird.
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In
einer keramischen Wabenstruktur mit einem derartigen Aufbau wird
nach der Herstellung einer keramischen Wabenstruktur mit einer Vielzahl
an von Trennwänden 1 umgebenen
Durchgangslöchern
(Zellen) 2 ein Rohmaterial, das später durch Brennen zu Cordierit
wird, aufgeschlämmt
und auf einen Umfangsabschnitt der keramischen Wabenstruktur zur
Bildung der äußeren Umfangswand 3 aufgebracht.
Danach wird die keramische Wabenstruktur gebrannt, um den Wärmeausdehnungskoeffizienten
der äußeren Umfangswand 3 der
keramischen Wabenstruktur in einer Richtung des Durchmessers der
keramischen Wabenstruktur größer als
der des inneren Trennwandabschnitts 5 zu machen, sodass
sich die keramische Wabenstruktur in dem Zustand befindet, in dem
von der äußeren Umfangswand 3 eine
mechanische Belastung an den inneren Trennwandabschnitt 5 angelegt
wird.
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Zudem
wird, wie den 2(a) und 2(b) zu
entnehmen ist, nach dem Entfernen eines äußeren Umfangstrennwandabschnitts 6 einer
keramischen Wabenstruktur mit einer Vielzahl an durch Trennwände 1 getrennten
Zellen 2 durch Abschleifen ein Rohmate- rial, das später durch
Brennen zu Cordierit wird, aufgeschlämmt und auf einen Umfangsabschnitt
der keramischen Wabenstruktur zur Bildung der äußeren Umfangswand 3 aufgebracht
und daraufhin gebrannt, wodurch der Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Umfangswand 3 der
keramischen Wabenstruktur in einer Richtung des. Durchmessers der
keramischen Wabenstruktur größer als
der des inneren Trennwandabschnitts 5 gemacht wird, sodass
sich die keramische Wabenstruktur in dem Zustand befindet, in dem
von der äußeren Umfangswand 3 eine
Belastung bzw. Spannung an den inneren Trennwandabschnitt 5 angelegt
wird.
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Hier
wird nun das Prinzip und die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung
beschrieben. Im Fall, dass ein zu Cordierit werdendes Rohmaterial,
das generell als Rohmaterial für
Wabenstrukturen Anwendung findet, einer Strangpressung unterzogen
wird, um eine Wabenstruktur auszubilden, wird ein Kaolinkristall
mit einer hexagonal planaren Form entlang einer Stirnfläche der
Trennwände 1 ausgerichtet,
wenn es durch einen schmalen Spalt hindurchtritt. Beim späteren Schritt
des Brennens wird senkrecht zum Kaolinkristall ein Cordieritkristall
von der Form einer hexagonalen Säule
erzeugt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient
der Cordieritkristallisation ist je nach Richtung unterschiedlich
und beträgt
in der Richtung des Durchmessers +2,9 × 10–6/°C und in
der Längsrichtung –1,1 × 10–6/°C. Demnach
weist die der Strangpressung und dem Brennen unterzogene keramische
Wabenstruktur einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
auf, der in der Richtung eines Durchgangslochs und des Durchmessers
durch Zusammenführen
von +2,9 und –1,1
(also in etwa 0,6 × 10–6/°C) erhalten
wurde und in der Richtung der Dicke einer Trennwand +2,9 × 10–6/°C beträgt.
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Wird
ein zum gleichen Cordierit werdendes Rohmaterial aufgeschlämmt und
auf die äußere Umfangswand 3 einer
keramischen Wabenstruktur so wie in 1(a) (b)
und 2(a) (b) dargestellt aufgebracht
und die keramische Wabenstruktur daraufhin unter Nutzung der Eigenschaft
der Cordieritkristallisation gebrannt, beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Umfangswand 3,
an der die Aufschlämmung
aufgebracht wurde, in etwa 2 × 10–6/°C, da kein
Kaolin an diesem Abschnitt angeordnet wurde. Beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient
1 × 10–6/°C oder mehr,
so kann weiters dieser Wärmeausdehnungskoeffizient
eingestellt werden, indem ein durch Brennen zu Cordierit werdendes
Rohmaterial mit einem anderen Rohmaterial kombiniert wird, und kann
durch ein Verhältnis
aus Zellenstruktur und Wärmeausdehnungskoeffizient
des inneren Trennwandabschnitt 5 passend eingestellt werden.
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Nebenbei
erwähnt
kann das zur Bildung der äußeren Umfangswand 3 aufzubringende
aufgeschlämmte
Rohmaterial ein durch Brennen zu Cordierit werdendes Material sein,
das das gleiche wie das Rohmaterial für die keramische Wabenstruktur
ist oder auch ein anderes sein kann. Das heißt, dass es aus Aluminiumoxid, Siliciumnitrid,
Aluminiumtitanat, Mullit und Materialien, die durch Brennen zu diesen
werden, passend ausgewählt
werden kann und ein aufgeschlämmtes
Material kann durch Kombinieren dieser hergestellt werden. Damit
kann der Wärmeausdehnungskoeffizient
der äußeren Umfangswand 3 aus
dem Verhältnis
zum Wärmeausdehnungskoeffizienten
des inneren Trennwandabschnitts 5 auf einen moderaten Wert
eingestellt werden.
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In
der Stufe, in der das Cordierit-Rohmaterial stranggepresst wird,
um eine Wabenform anzunehmen, sind die Teilchen des Materials einfach
nur nebeneinander angeordnet. Steigt aber die Temperatur an und
erreicht eine Brenntemperatur, entsteht Cordierit, und die Kristalle
schmelzen, um sich zu vereinigen. Beim späteren Kühlvorgang ist der Zustand der äußeren Umfangswand 3 mit
einem großen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
solcherart, dass er mehr als der innere Trennwandabschnitt 5 mit
einem kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten
schrumpft. Das bedeutet, dass die keramische Wabenstruktur der vorliegenden
Erfindung einen Zustand aufweist, in dem ein von außen wirkender
Druckeffekt erzielt werden kann.
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Angesichts
seiner niedrigen Wärmeausdehnungseigenschaften,
die oben beschrieben wurde, wird vorzugsweise Cordierit als das
die Wabenstruktur bildende Material aufgebracht. Letzteres ist jedoch
nicht auf Cordierit eingeschränkt,
und es kann auch je nach Verwendungszweck ein anderes Rohmaterial,
wie beispielsweise Aluminiumoxid, eingesetzt werden.
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Beim
plötzlichen
Einlassen von heißen
Abgasen in eine Abgasreinigungsvorrichtung, in der eine keramische
Wabenstruktur angeordnet ist, tritt ein Temperaturunterschied zwischen
dem Mittelabschnitt und dem äußeren Umfangsabschnitt
auf, wodurch ein Temperaturwechsel auf die keramische Wabenstruktur
einwirkt. Der Mittelabschnitt der keramischen Wabenstruktur wird
erhitzt und würde
sich zu diesem Zeitpunkt ausdehnen. Allerdings kann er sich nicht
ausdehnen, da der äußere Umfangsabschnitt
seine Normaltemperatur aufweist. Somit wird ein Innendruck angelegt,
und eine Zugbelastung wirkt auf die Außenwand. Im Fall, dass diese durch
die Temperaturverteilung bedingte Zugbeanspruchung des äußeren Umfangabschnitts
die Bruchfestigkeit der keramischen Wabenstruktur überschreitet,
reißt
die keramische Wabenstruktur. Im Gegensatz dazu ist bei der keramischen
Wabenstruktur, bei die äußere Umfangswand 3 auf
die spezifische Weise der vorliegenden Erfindung verstärkt wurde,
der Wärmeausdehnungskoeffizient
der äußeren Umfangswand 3 in
die Richtung des Durchmessers größer als
der des inneren Trennwandabschnitts 5. Mit anderen Worten
befindet sich die äußere Umfangswand 3 in
einem komprimierten Zustand und eine Druckspannung wirkt in die
Richtung des inneren Trennwandabschnitts 5. Da also keine
Zugbelastung ausgeübt
wird, bis eine Zugebelastung wirkt, die größer als diese Druckspannung
ist, wirkt auf die sich, wie in der vorliegenden Erfindung, in einem
komprimierten Zustand befindliche äußere Umfangswand eine im Vergleich
zu einer äußeren Umfangswand
einer normalen keramischen Wabenstruktur niedrigere Bruchzugbelastung,
wodurch die Temperaturwechselbeständigkeit erhöht ist und
ein Riss nur schwer verursacht werden kann.
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Weiters
kann die vorliegende Erfindung bevorzugt auf eine keramische Wabenstruktur
mit dünnen Trennwänden angewendet
werden, bei der die Dicke einer Trennwand 0,1 mm oder weniger beträgt und die 62
Zellen/cm2 oder mehr aufweist oder eine
zu 86% oder mehr offene Stirnfläche
besitzt oder deren Rohdichte 0,26 g/cm3 ausmacht.
Außerdem
wird bei der Herstellung einer keramischen Wabenstruktur mit solch
dünnen Wänden häufig eine
Verformung der äußeren Umfangswand
verursacht. Bei einer derart verformten keramischen Wabenstruktur
kann aber der äußere Umfangsabschnitt
neu geformt werden und eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit
aufweisen, indem der verformte Abschnitt abgeschliffen und entfernt
wird. Dadurch ist es möglich,
eine keramische Wabenstruktur mit einer großen Oberfläche pro Volumeneinheit und einer
Festigkeit herzustellen, durch die die Struktur der praktischen
Verwendung standhalten und ein verbessertes Produktionsergebnis
erzielt werden kann.
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Beispiele
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Ein
spezifisches Ergebnis der Anwendung der vorliegenden Erfindung ist
hier nachstehend beschrieben.
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Beispiele 1 bis 5, Vergleichsbeispiele
1 bis 10
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Ein
durch Brennen zu Cordierit werdendes Rohmaterial wurde stranggepresst
und gebrannt, um 30 Cordieritwabenstrukturen zu bilden, von denen
jede Art einen äußeren Durchmesser
von 106 mm, eine Gesamtlänge
von 114 mm, eine Trennwanddicke, die in Tabelle 1 (Probennr. 1–7) aufgeführt ist,
62 Zellen/cm2 und eine Dicke der äußeren Umfangswand
von 0,25 mm aufweist. Zehn dieser Cordieritwabenstrukturen wurden
aus jeder Probenart entnommen. Das gleiche Rohmaterial wurde, wie
in den 1(a) und 1(b) gezeigt,
aufgeschlämmt
und auf die äußere Umfangswand
aufgebracht, um eine Dicke von 1,25 mm zu ergeben. Weitere 10 Cordieritwabenstrukturen
wurden nicht behandelt und bilden die Vergleichsbeispiele 1 bis
5. Was die verbleibenden zehn betrifft, so wurde gemäß einem
in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 57-99340 geoffenbarten
Verfahren eine Lösung,
die 10 Gew.-% α-Aluminiumoxid
enthielt, von der äußeren Umfangswand
aus durch einen Abschnitt mit einer Dicke von 30 mm hindurchtreten
gelassen, die überschüssige Flüssigkeit
zum Trocknen der Struktur mit Druckluft weggeblasen, die Lösung von der äußeren Umfangswand
durch einen Abschnitt mit einer Dicke von 15 mm hindurchtreten gelassen
und gebrannt, um die Vergleichsbeispiele 6 bis 10 zu ergeben.
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Eine
Keramikmatte wurde rund um den äußeren Umfang
einer jeden der drei Arten von Cordieritwabenstrukturen gewickelt,
jede wurde eingeblecht und ein Konus an der Blechstruktur angebracht,
um einen Abgaskatalysator herzustellen. Verbrennungsgase von Propangas
wurden in den Katalysator eingeführt
und ein Temperaturwechsel ausgelöst.
An einer 10 mm von der vorderen Stirnfläche der Wabenstruktur entfernt
gelegenen Stelle betrug die Temperatur 800°C. Das Gas wurde mit einer Gasströmungsrate
von 3 Nm3/min 5 Minuten lang hindurchgeführt, bevor
Luft mit Raumtemperatur 5 Minuten lang eingeführt wurde, was als ein Zyklus
betrachtet wird. Jede Wabenstruktur wurde nach 10 Zyklen entnommen
und auf die An- bzw. Abwesenheit von Rissen untersucht. Wurde kein
Riss gefunden, wurde die Temperatur des Verbrennungsgases um 50°C angehoben
und der obige Vorgang auf die gleiche Weise so lange wiederholt,
bis ein Riss entstand. Fünf
einer jeden Art wurden so geprüft.
Das Ergebnis ist Tabelle 2 zu entnehmen. Zudem wurden Proben mit
einer Länge von
50 mm in einem rechtwinkeligen Dreiecksabschnitt von 3,5 mm und
einem 3,5-mm-Quadratabschnitt von einem Mittelabschnitt abgetrennt,
sodass die äußere Umfangswand
gegebenenfalls zu einer schrägen
Seite wird. Der Wärmeausdehnungskoeffizient
von zwei einer jeden Probenart wurde gemessen.
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Vor
der Temperaturwechselprüfung
wurde die Spitze des Konus eines jeden Abgaskatalysators an ein Gebläse angeschlossen
und, um Luft mit Raumtemperatur mit einer Rate von 6 m3/min
einzublasen, und der Druck (ein Druckabfall) zwischen der Vorderseite
und der Rückseite
der Wabenstruktur gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt. Da
die Vergleichsbeispiele 1 bis 5 den exakt gleichen Wabenabschnitt
wie die Beispiele 1 bis 5 aufweisen und deshalb zu diesem Zeitpunkt
den gleichen Druckabfall aufweisen, wurde der Test mit Ausnahme
der Probennummer 1 (Name der Zellstruktur: 3/400) nicht durchgeführt.
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Weiters
wurde bezüglich
der Probennummer 2 (Name der Zellstruktur: 3,5/400) eine Probe,
die 0,2 g/cm3 γ-Aluminiumoxid trägt, nach
dem Modell eines Katalysators vorbereitet und die Probe an einem
Abgaskatalysator angebracht. Luft mit Raumtemperatur wurde in den
Abgaskatalysator mit einer Rate von 3 m3/min hindurchgeführt. Die
Strömungsgeschwindigkeit
wurde in einem engen Abschnitt an einer 10 mm hinter einer Ausgangsendfläche der
Wabenstruktur gelegenen Stelle gemessen. Die Ergebnisse finden sich
in Tabelle 3. Bei der Messung wurde ein Hitzdrahtanemometer vom
exothermen Widerstandstyp, dessen Sondenspitze eine Breite von etwa
3 mm aufwies, verwendet.
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Beispiel 6, Vergleichsbeispiel
11
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Das
gleiche Rohmaterial, das durch Brennen zu Cordierit wird, wurde
geformt und gebrannt, um 20 Cordieritwabenstrukturen mit jeweils
einer Länge
von 114 mm, eine Trennwanddicke von 0,05 mm und 186 Zellen/cm2 zu erhalten. Zehn von diesen wurden mithilfe
einer Schleifmaschine mit einem Diamantschleifstein abgeschliffen,
sodass der äußere Durchmesser
von 118 mm nach dem Brennen auf einen äußeren Durchmesser von 105 mm
reduziert wurde. Das gleiche Rohmaterial wurde aufgeschlämmt und
auf die Cordieritwabenstrukturen aufgebracht, um die äußere Umfangswand,
so wie in den 2(a) und 2(b) dargestellt
ist, auszubilden. Die Cordieritwabenstrukturen wurden erneut gebrannt,
um das "Beispiel
6" mit einem äußeren Durchmesser
von 106 mm zu ergeben. Die Dicke der äußeren Umfangswand, die im Schnitt
etwa 1,7 mm beträgt,
war zu diesem Zeitpunkt nicht einheitlich; ein Grund dafür liegt
darin, das die Trennwand am äußeren Umfangsabschnitt
nach dem Abschleifen die Form von Zinken eines Kamms aufwies. Die
anderen zehn wurden als "Vergleichsbeispiel
11" herangezogen.
Zu diesem Zeitpunkt betrug der äußere Durchmesser
106 mm und die Dicke der äußeren Umfangswand
0,2 mm. Sieben einer jeden Art wurden der zuvor beschriebenen Temperaturwechselprüfung unterzogen,
und ihr Wärmeausdehnungskoeffizient
wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt.
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Zudem
wurde eine Aluminiumplatte an einer einzelnen Stirnfläche von
zwei Arten der obgenannten Cordieritwabenstrukturen des Beispiels
6 und des Vergleichsbeispiels 11 mithilfe einer Urethanlage mit
einer Dicke von etwa 0,5 mm anstoßen gelassen und der seitliche
Teil in ein Rohr mit einer Dicke von etwa 0,5 mm gewickelt, um versiegelt
zu werden. Diese wurden in Hydraulikbehälter eingebracht und der Wasserdruck
solang schrittweise angehoben, bis ein Reißgeräusch zu hören war und die Proben brachen.
Die Drücke
zu diesen Zeitpunkten sind in Tabelle 5 aufgeführt. Die Anzahl der geprüften Proben
betrug drei pro Beispiel.
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Studie
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Wie
aus den obigen Ergebnissen hervorgeht, zeigte jedes Beispiel der
vorliegenden Erfindung im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen
einen dominanten Wert bei der Temperaturwechselprüfung und
bei der Außendruck-Festigkeitsprüfung, und
die bessere Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung konnte bestätigt werden.
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Wie
zuvor erörtert
wurde, ist bei den keramischen Wabenstrukturen, deren äußere Umfangswand
der spezifischen Verstärkungsbehandlung
der vorliegenden Erfindung unterzogen worden war, der Druckabfall nicht
erhöht,
der Gasstrom wird nicht abnormal in der Mitte konzentriert und die
Temperaturwechselbeständigkeit
ist verbessert. Zudem kann mit der keramischen Wabenstruktur mit
dünnen
Trennwänden
und einer großen
Oberfläche
pro Volumeneinheit ein Produkt mit hervorragender Temperaturwechselbeständigkeit
bereitgestellt werden, das zur Verwendung als Vorrichtung zum Reinigen
von Abgasen in Kraftfahrzeugen oder in ähnlichen Umfeldern mit relativ
rauen Betriebsbedingungen geeignet ist.
