DE69735618T2

DE69735618T2 - Keramische wabenstruktur und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE69735618T2
Application number: DE69735618T
Authority: DE
Inventors: Yosiyasu c/o Denso Corp. Kariya-shi ANDOU; Yasunao c/o Denso Corp. Kariya-shi MIURA; Kazuyuki c/o Denso Corp. Kariya-shi ITO
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2017-08-08
Also published as: DE69735618D1; EP0854123B1; US5952079A; JP3060539B2; WO1998005602A1; EP0854123A4; EP0854123A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine keramische Wabenstruktur (nachfolgend der Einfachheit halber als Wabenstruktur bezeichnet) und ein Herstellungsverfahren derselben. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine keramische Wabenstruktur und ein Herstellungsverfahren derselben, die in Katalysatorträgern für Verbrennungsmotoren, Filter und dergleichen verwendet wird.
Für Wabenstrukturen, die als Katalysatorträger für Verbrennungsmotoren verwendet werden, wurde in den vergangenen Jahren in Verbindung mit der erhöhten Leistung von Verbrennungsmotoren ein niedriger Druckabfall sowie unter Berücksichtigung von Umweltaspekten eine hohe Reinigungsleistung benötigt.
US-A-4810554 offenbart eine solche keramische Wabenstruktur, die Unterteilungswände umfasst, welche gegenseitig benachbarte Strömungspfade mit einem polygonalen Querschnitt bilden, sowie eine Unterteilungswand, die um die äußersten Umfänge der Unterteilungswände bereitgestellt wird, wodurch die Unterteilungswände in einer einzigen Einheit integriert gehalten werden. Die Unterteilungswände haben eine Dicke von 0,13 mm, in der die isostatische Festigkeit, d.h. die kompressive Bruchfestigkeit beim Anlegen von isostatischem Druck, berücksichtigt wird.
Wie aus der ungeprüften japanischen Patentschrift (Kokai) Nr. 7-39761 ersichtlich ist, wurden im Stand der Technik Versuche unternommen, die Druckfestigkeit aufrecht zu erhalten unter Beibehaltung einer geringen Dicke der Unterteilungswände, die die Wabenstruktur bilden, indem vorbestimmte Werte für die numerische Apertur, die Dichte und dergleichen verwendet wurden.
Es war jedoch weiterhin schwierig, im Stand der Technik eine Wabenstruktur zu erhalten, die frei ist von Absplitterung bzw. Abbröckeln bzw. Abschuppung (sog. Chipping).
Die vorliegende Erfindung wurde daher unter Berücksichtigung der oben erwähnten Probleme erhalten und ist gekennzeichnet durch den Erhalt einer Wabenstruktur mit dünnen Unterteilungswänden, die das Auftreten der Absplitterung bzw. des Abbröckelns verhindert.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben den Mechanismus des Absplitterns in Wabenstrukturen untersucht, in denen die Unterteilungswanddicke 0,13 mm oder weniger beträgt.
Als Resultat dieser Untersuchungen wurde Folgendes gefunden.
Auf die Wabenstruktur gemäß dem Stand der Technik wird während des Trocknens des aus dem Extrusionsformkörpers extrudierten Wabenträgers eine äußere Kraft ausgeübt, wenn er zum Zeitpunkt der Handhabung und des Transports gezogen bzw. geschleppt wird (z.B. wenn die Wabenstruktur während der Entfernung des Arbeitsstücks aus dem Trockner an dessen Ausgang aufgehängt wird oder wenn die Wabenstruktur während des Ziehens bzw. Schleppens vom Trocknungsband genommen wird), wenn während des Schneidens beide Enden eingespannt werden und wenn der Wabenträger während des Brennens zur Erzeugung der Wabenstruktur in den Brennofen gegeben oder aus diesem entfernt wird.
Zu diesen Zeitpunkten gibt es Situationen, in denen eine Kraft innerhalb der Wabenstruktur von der Innenseite zu der Außenseite der Unterteilungswände und der Außenwand erzeugt wird, was zu der Einwirkung einer Punktberührungskraft auf die Außenwand der Wabenstruktur führt. In den Wabenstrukturen gemäß dem Stand der Technik verteilt in einem solchen Fall der Umfang der Außenwand die Kraft durch Mikroabsplitterung (sog. Mikrochipping), was zu einer Struktur führt, die in der Lage ist, äußeren Krafteinwirkungen zu widerstehen.
Wenn jedoch eine Kraft von der Innenseite zur Außenseite relativ zu den Unterteilungswänden und der Außenwand erzeugt wird, wurde für eine Wabenstruktur 80 mit einer extrem geringen Wanddicke, wie sie in 1 gezeigt wird, herausgefunden, dass eine große Kantenabsplitterung 82 durch die resultierende Mikroabsplitterung der Außenwand induziert wird.
Im Falle von dicken Unterteilungswänden, wie sie im Stand der Technik verwendet werden, wird das Auftreten der Kantenabsplitterung durch die ausreichende Bindungsfestigkeit verhindert, die ein Resultat der Berührungsbreite zwischen der Außenwand und den Unterteilungswänden ist und relativ groß ist gegenüber einer Kraft, z.B. der Kraft, die versucht, die äußere Außenwand auseinander zu ziehen. Es wurde herausgefunden, dass in den Fällen, in denen die Unterteilungswände extrem dünn sind, insbesondere in den Fällen, in denen die Unterteilungswände eine Dicke von 0,13 mm oder weniger aufweisen, die Wabenstruktur aufgrund der geringen Berührungsbreite zwischen der Außenwand und den Unterteilungswänden sehr schwach ist bezüglich einer Kraft, die von der Innenseite zu der Außenseite der Wabenstruktur wirkt, was zum Auftreten von Kantenabsplitterung führt.
Die Beziehung von Unterteilungswanddicke und dem Auftreten von Kantenabsplitterung wird in 2 gezeigt.
Aus 2 ist ersichtlich, dass bei einer Unterteilungswanddicke von 0,13 mm oder weniger eine plötzliche Zunahme in dem Auftreten der Kantenabsplitterung zu beobachten ist.
Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung offenbart eine Wabenstruktur mit einer mittleren Unterteilungswanddicke von 0,05 mm bis 0,13 mm, wobei die mittlere Dicke der Unterteilungswand größer ist als die mittlere Unterteilungswanddicke T (mm) und die mittlere Berührungsbreite w der Beziehung zwischen mittlerer Unterteilungswanddicke T und der mittleren Berührungsbreite w (mm) zwischen den Unterteilungswänden und der Außenwand genügt, wobei w > T und 0,7 ≥ w ≥ (T/4) + 0,18.
Die Verwendung dieser Struktur führt dazu, dass die Berührungsbreite zwischen der Außenwand und den Unterteilungswänden ausreichend groß ist und die Wabenstruktur kann gegenüber Kräften, die von der Innenseite zur Außenseite der Wabenstruktur wirken, sehr widerstandsfähig gemacht werden, wodurch es möglich ist, das Auftreten von Kantenabsplitterung zu unterbinden.
Gemäß Anspruch 2 ist die Ausbildung von abgerundeten Ecken an den Berührungsstellen zwischen den oben erwähnten Unterteilungswänden und der Außenwand für die oben erwähnten Unterteilungswände bevorzugt.
Die Ausbildung von abgerundeten Ecken ermöglicht es auf diese Weise, die Kontaktfläche zu erhöhen, ohne den Druckabfall zu senken, während das Auftreten von Absplitterung (Chipping) und insbesondere von Kantenabsplitterung vermieden wird.
Wenn eine Kraft von der Innenseite zu der Außenseite entlang einer Richtung senkrecht zu den Strömungspfaden der Wabenstruktur wirkt, liegt in der Wabenstruktur aus dem Stand der Technik eine Zugkraft in der Außenwand und in den Unterteilungswänden vor, wodurch verursacht wird, dass sich Spannungen in den Verbindungen bzw. Berührungsbereichen zwischen der Außenwand und den Unterteilungswänden ansammeln, was zu einer erhöhten Bruchanfälligkeit führt. Aufgrund der Ausbildung von abgerundeten Ecken kann die Spannungskonzentration jedoch verhindert werden, wodurch es möglich ist, die Kantenabsplitterung zu verhindern.
Als Resultat der Ausbildung von abgerundeten Ecken kann nicht nur die Kantenabsplitterung verhindert werden, sondern auch die Absplitterung der Außenwand und der Unterteilungswände kann vermieden werden, ohne das Gesamtgewicht der keramischen Wabenstruktur, in der die Unterteilungswände und die Außenwand insgesamt breiter gemacht werden können, zu erhöhen.
Selbst in den Fällen, in denen Absplitterung aufgrund einer Kraft stattfindet, die in Richtung von der Außenseite zur Innenseite wirkt, kommt es leicht zu einer Absplitterung, wenn eine Biegekraft auf die Unterteilungswände einwirkt, die die Außenwand in der oben beschriebenen Weise stützen. Werden jedoch abgerundete Ecken ausgebildet, ist es einfacher, die äußere Kraft durch Ausbildung einer künstlichen, gewölbten Form zu tragen, indem die abgerundeten Ecken der Berührungsbereiche kombiniert werden, wodurch es ermöglicht wird, das Auftreten von Absplitterung zu verhindern.
Gemäß Anspruch 3 ermöglicht ein mittlerer Radius von 0,06 bis 0,30 mm für die abgerundeten Ecken, das Auftreten von Kantenabsplitterung weiter zu verhindern.
Gemäß Anspruch 4 ist es bevorzugt, dass die Porosität der Wabenstruktur größer als 30 % ist.
Wenn versucht wird, dünnwandige Wabenstrukturen zu erhalten, wird im Stand der Technik, z.B. der geprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4-70053, eine niedrige Porosität gewählt, um die Festigkeit der Unterteilungswände selbst zu verbessern.
Beträgt die Porosität jedoch weniger als 30 %, ist es nicht möglich, eine ausreichende Menge an geträgertem Katalysator für die keramische Wabenstruktur zu sichern bzw. anzubringen.
Durch Anwendung von Anspruch 4 ist es jedoch möglich, eine keramische Wabenstruktur zu erhalten, die das Auftreten von Absplitterung verhindert, während eine geeignete Menge an geträgertem Katalysator aufrechterhalten wird.
Gemäß Anspruch 5 ist es bevorzugt, dass Unterteilungswandverstärkungsabschnitte mit einer mittleren Dicke von 0,1 mm bis 0,3 mm bereitgestellt werden in dem Bereich, der sich in der Richtung zu der Mitte der keramischen Wabenstruktur von der Außenwand um 1,2 % bis 15 % des Abstands von der Außenwand bis zu der Mitte der keramischen Wabenstruktur erstreckt. Aus der Verwendung dieses Strukturtyps resultiert nicht nur, dass das Auftreten von Kantenabsplitterung verhindert werden kann, sondern auch, dass die Formbeständigkeit des geformten Produkts vor dem Trocknen erhöht werden kann.
Gemäß Anspruch 6 ist es bevorzugt, einen verjüngenden Abschnitt am Grenzbereich zwischen den Unterteilungswänden und den Unterteilungswandverstärkungsabschnitten auszubilden. Obwohl die Unterteilungswände und die Unterteilungswandverstärkungsabschnitte unterschiedliche Dicken aufweisen, resultiert aus der Verwendung dieses Strukturtyps, dass der Unterschied in der thermischen Ausdehnung relativ zu einem Abkühl- und Aufheizzyklus entspannt bzw. vermindert werden kann, wodurch es ermöglicht wird, das Auftreten von Rissen zu verhindern.
Gemäß Anspruch 9 können zusätzlich zu der Bildung von Unterteilungswandverstärkungsabschnitten abgerundete Ecken zwischen der Außenwand und den Unterteilungswandverstärkungsabschnitten ausgebildet werden. Die Verwendung dieses Strukturtyps führt dazu, dass das Auftreten von Kantenabsplitterung weiter verhindert werden kann.
Der Grund hierfür wurde zuvor beschrieben.
Gemäß Anspruch 10 ist es bevorzugt, dass der mittlere Radius dieser abgerundeten Ecken 0,06 mm bis 0,30 mm beträgt.
Gemäß Anspruch 11 ist es bevorzugt, dass die Porosität der Wabenstruktur größer als 30 % ist.
Der Grund hierfür wurde zuvor bereits beschrieben.
Gemäß Anspruch 12 ist es bevorzugt, dass die Dicke der Außenwand der Wabenstruktur 1,1 mm oder weniger beträgt.
Beträgt die Dicke der Außenwand mehr als 1,1 mm, so ist es nicht möglich, eine Wabenstruktur mit einer guten Wärmeschockbeständigkeit zu erhalten.
Gemäß Anspruch 13 ist es bevorzugt, dass die Breite des Bereichs der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte von der Außenwand annähernd einheitlich ist.
Die Verwendung dieses Strukturtyps ermöglicht es, dass der Druckabfall in der gesamten Wabenstruktur ausgeglichen werden kann.
Gemäß Anspruch 14 wird nach der Ausbildung von Anfangsschlitzen mit einer Breite, die kleiner ist als eine vorbestimmte Breite in einem Formkörper, ein Schleifmittel in Schlitzen, die den Verbindungsstellen zwischen der Außenwand und der Unterteilungswände entsprechen, durch die Anfangsschlitze hindurchgeführt, während eine Maske allmählich von der Außenwand zur Mitte verschoben wird und abgerundete Ecken an den Verbindungsstellen zwischen der Außenwand und den Unterteilungswänden in dem Formkörper ausgebildet werden. Eine keramische Wabenstruktur, in der abgerundete Ecken an den Verbindungsstellen zwischen Unterteilungswänden und einer Außenwand ausgebildet werden, kann problemlos durch das Hindurchführen der Schlitze des obigen Extrusionsformkörpers erhalten werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts wird nach der Ausbildung von Anfangsschlitzen, die eine geringere Breite aufweisen als eine vorbestimmte Breite in einem Formkörper, ein Schleifmittel in Schlitzen, die den Grenzbereichen zwischen den Unterteilungswandverstärkungsabschnitten und den Unterteilungswänden entsprechen, durch die Anfangsschlitze hindurchgeführt, während eine Maske allmählich von den Unterteilungswandverstärkungsabschnitten zur Mitte verschoben wird und verjüngende Abschnitte in den Grenzbereichen zwischen den Unterteilungswandverstärkungsabschnitten und den Unterteilungswänden im Formkörper ausgebildet werden können. Eine keramische Wabenstruktur mit Unterteilungswandverstärkungsabschnitten kann problemlos durch das Hindurchführen durch die Schlitze des Extrusionsformkörpers erhalten werden, in dem die Schlitze in der oben beschriebenen Weise gebildet werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts wird nach der Ausbildung von Anfangsschlitzen, die eine Breite aufweisen, die größer ist als eine vorbestimmte Breite in einem Formkörper, eine Beschichtungsflüssigkeit bzw. ein Vorstreichmittel durch die Anfangsschlitze des Formkörpers hindurchgeleitet zur Bereitstellung von Zwischenräumen zumindest zwischen den Schlitzen, die den Verbindungsstellen bzw. Grenzbereichen zwischen der Außenwand und den Unterteilungswänden entsprechen, und einer Maske, um eine Beschichtung auf der Oberfläche der Anfangsschlitze auszubilden, so dass die Schlitze mit einer gewünschten Breite gebildet werden und sich in den Schlitzen, in denen Zwischenräume zwischen den Schlitzen und einer Maske bereit gestellt werden, die Beschichtungsdicke ändert als Resultat der eingeschränkten Zirkulation der Beschichtungsflüssigkeit und sich damit einhergehend die Schlitzbreite allmählich ändert. Eine keramische Wabenstruktur, in der die Verbindungsstellen zwischen der Außenwand und den Unterteilungswänden verstärkt sind, kann problemlos erhalten werden durch das Hindurchführen durch die Schlitze des erhaltenen Extrusionsformkörpers, in dem die Schlitzbreite allmählich geändert wird.
Gemäß eines weiteren Aspekts wird nach der Ausbildung von Anfangsschlitzen, die eine Breite aufweisen, die größer ist als eine vorbestimmte Breite in einem Formkörper, eine Beschichtungsflüssigkeit bzw. ein Vorstreichmittel durch die Anfangsschlitze des Formkörpers hindurchgeleitet unter Bereitstellung von Zwischenräumen zumindest zwischen Schlitzen, die den Grenzbereichen zwischen der Außenwand und den Unterteilungswandverstärkungsabschnitten entsprechen, und einer Maske, um eine Beschichtung auf der Oberfläche der Anfangsschlitze auszubilden, so dass die Schlitze mit einer gewünschten Breite gebildet werden und sich in den Schlitzen, in denen Zwischenräume zwischen den Schlitzen und einer Maske bereitgestellt werden, die Schichtdicke verändert als Resultat einer eingeschränkten Zirkulation der Beschichtungsflüssigkeit und sich damit einhergehend die Schlitzbreite allmählich ändert. Eine keramische Wabenstruktur, in der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte vorliegen, kann problemlos erhalten werden durch das Hindurchführen durch die Schlitze des resultierenden Extrusionsformkörpers, in dem sich die Schlitzbreite allmählich ändert.
1 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Kantenabsplitterung (sog. Kanten-Chipping) von Wabenstrukturen aus dem Stand der Technik erklärt.
2 ist ein Graph, der die Beziehung der Häufigkeit der Kantenabsplitterung zur Unterteilungswanddicke zeigt.
3A zeigt eine allgemeine Ansicht einer Wabenstruktur einer ersten Ausführungsform, während 3B die vergrößerte Ansicht eines Teils der Stirnfläche der Wabenstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist ein Graph, der die Häufigkeitsverteilung der Kantenabsplitterung zeigt, wenn Unterteilungswanddicke und mittlere Berührungsbreite verändert werden.
5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem mittleren Radius der abgerundeten Ecken und der Häufigkeit der Kantenabsplitterung zeigt.
6 ist eine erläuternde Zeichnung, die den Effekt zeigt, wenn abgerundete Ecken ausgebildet werden.
7 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen Porosität und der Menge an geträgertem Katalysator zeigt.
8 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen Außenwanddicke und thermischer Schockbeständigkeit zeigt.
9 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Stirnfläche einer Wabenstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform.
10 ist ein Graph, der die Beziehung der Häufigkeit der Kantenabsplitterung zur Breite der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte zeigt.
11 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Breite der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte erklärt.
12 ist ein Graph, der die Beziehung von Druckabfall zur Breite der Unterteilungswand-verstärkungsabschnitte zeigt.
13–15 sind erläuternde Zeichnungen, die weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen.
16 ist eine erläuternde Zeichnung, die das Formkörperherstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung erklärt.
17 ist eine schematische Zeichnung des Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine erläuternde Zeichnung, die das Formkörperherstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt.
Erste Ausführungsform
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Wabenstruktur wird in den 3A und 3B gezeigt. 3A ist eine allgemeine Ansicht der Wabenstruktur 1 der vorliegenden Erfindung, während 3B eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Stirnseite der erfindungsgemäßen Wabenstruktur darstellt.
Die Wabenstruktur 1 der vorliegenden Erfindung hat eine zylindrische Form und ist aus einem Cordierit-Material gefertigt, welches durch Brennen von Kaolin, Talk oder Aluminiumoxid und dergleichen erhalten wurde.
Wie später erläutert wird, werden die Unterteilungswände 3 und die Außenwand 5 durch Extrusionsformung in eine einzige Einheit integriert. Eine Wabenstruktur 1 hat eine Porosität von 35 %.
Diese Wabenstruktur umfasst Unterteilungswände 3 und eine Außenwand 5, welche die Peripherie der Unterteilungswände 3 umschließt.
Diese Unterteilungswände 3 bilden gegenseitig benachbarte Strömungspfade 7 mit einem quadratischen Querschnitt und weisen eine mittlere Dicke von 0,104 mm auf.
Die Außenwand 5, die integriert mit den Unterteilungswänden 3 zu einer einzigen bzw. zusammenhängenden Einheit ausgebildet wird, hält die Unterteilungswände 3 in Form einer einzigen Einheit von der Außenseite und weist eine mittlere Dicke von 0,65 mm auf.
Die vorliegende Ausführungsform ist insbesondere gekennzeichnet durch eine Berührungsbreite w an Berührungsstellen 9 der Unterteilungswände 3 mit der Außenwand 5, wobei die Berührungsbreite w mindestens 0,3 mm beträgt und größer ist als die mittlere Dicke der Unterteilungswände 3 als Resultat der Ausbildung abgerundeter Ecken mit einem mittleren Radius von 0,1 mm an Berührungsstellen 9 zwischen den Unterteilungswänden 3 und der Außenwand 5.
Auf diese Weise kann die Berührungsfläche der Unterteilungswände 3 und der Außenwand 5 vergrößert werden, indem die Berührungsbreite w der Berührungsstellen 9 der Unterteilungswände 3 größer gemacht wird als die mittlere Dicke der Unterteilungswände 3.
Da die Wabenstruktur hinsichtlich einer Kraft, die in einer Richtung von der Innenseite zur Außenseite der Wabenstruktur wirkt, stabiler gemacht werden kann, ist es möglich, eine Wabenstruktur zu erhalten, in der das Auftreten von Kantenabsplitterung verhindert wird.
Da der Aufbau der Wabenstruktur 1 dieser ersten Ausführungsform lediglich beinhaltet, die Berührungsbreite w zwischen den Unterteilungswänden 3 und der Außenwand 5 zu vergrößern, kann der Druckabfall in der Wabenstruktur selbst minimiert werden und es gibt kaum eine Zunahme der Wärmekapazität, so dass im Falle der Trägerung eines Katalysators eine vorteilhafte frühe Aktivität erhalten werden kann.
Da die Porosität 35 % beträgt, kann in der Wabenstruktur 1 dieser ersten Ausführungsform das Auftreten von Kantenabsplitterung vermieden werden, während die Katalysatorträgereigenschaften der Wabenstruktur 1 aufrecht erhalten werden.
Nachfolgend wird das Herstellungsverfahren der oben beschriebenen Wabenstruktur 1 offenbart.
Zu Beginn wird eine geeignete Teilchengrößenverteilung durch Sieben von Kaolin, Talk, Aluminiumoxid, etc. erhalten.
Anschließend werden 44-50 % einer Kombination von Kaolin mit einer mittleren Teilchengröße von 5 μm und Kaolin mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 μm, 35-41 % Talk mit einer mittleren Teilchengröße von 8 μm, 13-19 % Aluminiumhydroxid mit einer mittleren Teilchengröße von 1,2 μm, die verbleibende Menge Aluminiumoxid darstellend, gemischt und gebrannt, so dass eine chemische Cordierit-Zusammensetzung erhalten wird. Da üblicherweise natürliche Produkte für diese Rohmaterialien verwendet werden und Unterschiede in der Zusammensetzung von Kaolin, Talk und Aluminiumoxid in Abhängigkeit von ihrer Herkunft variieren können, werden die Mischungsverhältnisse geändert, so dass die benötigte Cordierit-Zusammensetzung durch Analyse der Zusammensetzung der Rohmaterialien bzw. Ausgangsmaterialien erhalten wird.
Nach dem gründlichen Mischen der Ausgangsmaterialien unter Erhalt einer gleichförmigen Mischung werden Wasser, Bindemittel und dergleichen zugegeben, gefolgt von einem Knetvorgang, um Ton zu erhalten.
Nach dem Formen des Tons zu Stäben unter Verwendung einer Schneckenformgebungsvorrichtung oder einer sonstigen Formgebungsvorrichtung wird der Wabenträger geformt, indem die Stäbe durch einen Extrusionsformkörper mittels einer Kolbenspritzgussmaschine hindurchgeführt werden, wobei es sich bei dem Wabenträger um die Wabenstruktur vor dem Brennen handelt.
Der gebildete Wabenträger wird in einen Trockner gegeben und gleichmäßig erwärmt, um die Feuchtigkeit zu verdampfen. Anschließend wird er in gleich große, vorbestimmte Teile geschnitten und in einen kontinuierlichen Ofen gegeben. Er wird dann für 5 Stunden bei 1350°C-1450°C gebrannt, um die erfindungsgemäße Wabenstruktur 1 zu erhalten.
Die Unterteilungswände 35 mit einer Porosität von 35 % werden in dieser Wabenstruktur 1 ausgebildet und weisen Strömungspfade 7 mit einer Maschenzahl 400, einem Durchmesser von 103 mm und einer Länge von 150 mm auf.
Nachfolgend werden die Ergebnisse der Messung des optimalen Bereichs der Berührungsbreite der Wabenstruktur 1 wiedergegeben.
4 zeigt die Beziehung zwischen Dicke T jeder Unterteilungswand 3 und der mittleren Berührungsbreite w.
Kreise (o) zeigen solche Bedingungen an, bei denen die Häufigkeit der Kantenabsplitterung bei Wabenstrukturen, die durch Brennen von 70 Grünwabenträgern bzw. ungebrannten Wabenträgern erhalten wurden, 5 % oder weniger beträgt, während X solche Bedingungen anzeigt, bei denen die Häufigkeit der Kantenabsplitterung 5 % überschreitet.
Für das Verfahren zur Bestimmung der Häufigkeit der Kantenabsplitterung wurden diejenigen Wabenträger, in denen Defekte von 10 mm oder mehr in umfänglicher Richtung oder länglicher Richtung auftraten, dahingehend bewertet und gezählt, dass sie ein Kantenabsplittern zeigen.
Wie aus dem Graph der 4 hervorgeht, kann eine gerade Linie erhalten werden, indem die Grenze bzw. der Grenzbereich zwischen den Kreisen und den X der 4 in Form einer geraden Linie verbunden wird.
Aus 4 geht hervor, dass die optimale mittlere Berührungsbreite zwischen den Unterteilungswänden 3 und der Außenwand 5 bevorzugt oberhalb der in 4 gezeigten geraden Linie ist.
Die folgende Bedingung konnte aus 4 erhalten werden: w ≥ – (T/4) + 0,18
Da die Unterteilungswanddicke stets größer ist als die mittlere Berührungsbreite, muss in 2 die Bedingung w > T ebenfalls erfüllt sein.
Obwohl es richtig ist, dass die Häufigkeit der Kantenabsplitterung reduziert werden kann, wenn die mittlere Berührungsbreite w relativ zu den Unterteilungswänden erhöht wird, hat eine Erhöhung der mittleren Berührungsbreite von 0,7 mm oder mehr kaum einen Einfluss auf die Reduzierung der Häufigkeit der Kantenabsplitterung, während umgekehrt nur das Problem des zunehmenden Gewichts der Wabenstruktur belassen wird. Folglich ist eine mittlere Berührungsbreite von 0,7 mm oder mehr bevorzugt.
Nachfolgend wird in 5 das Verhältnis zwischen dem mittleren Radius und der Häufigkeit der Kantenabsplitterung gezeigt.
Die Häufigkeit der Kantenabsplitterung zu diesem Zeitpunkt wurde gemäß derselben Methode bestimmt, wie sie auch für die Häufigkeit der Kantenabsplitterung gemäß 4 verwendet wurde.
Die Häufigkeit der Kantenabsplitterung wurde weiterhin für den Fall bestimmt, dass nur der Radius der entsprechenden abgerundeten Ecken in einer Wabenstruktur mit einer Unterteilungswanddicke von 0,104 mm, einer Außenwanddicke von 0,65 mm und einer Porosität von 35 % geändert wurde.
Wie aus diesem Graph deutlich hervorgeht, kann die Häufigkeit der Kantenabsplitterung ausreichend reduziert werden, indem der mittlere Radius der abgerundeten Ecken auf 0,06 mm oder größer festgesetzt wird. Folglich ist es bevorzugt, dass der mittlere Radius der abgerundeten Ecken 0,06 mm oder mehr beträgt.
Obwohl es richtig ist, dass die Häufigkeit der Kantenabsplitterung durch Zunahme des mittleren Radius der abgerundeten Ecken gemäß 5 reduziert werden kann, hat die Erhöhung des mittleren Radius der abgerundeten Ecken auf einen Wert von mehr als 0,30 mm kaum einen Einfluss auf die Reduzierung der Häufigkeit der Kantenabsplitterung, während umgekehrt nur das Problem des zunehmenden Gewichts der Wabenstruktur belassen wird. Folglich ist ein Wert von 0,06 mm bis 0,30 mm bevorzugt für den mittleren Radius der abgerundeten Ecken.
Die Absplitterung der Wabenstruktur, der Gegenstand der vorliegenden Erfindung, kann durch die Ausbildung dieser abgerundeten Ecken verhindert werden.
Selbst in Fällen, in denen Absplitterung aufgrund der Einwirkung einer Kraft von der Außenseite zur Innenseite stattfindet, kommt es üblicherweise leicht zu einer Absplitterung aufgrund der Erzeugung einer Biegekraft in den Unterteilungswänden, die die Außenwand stützen, in der gleichen Weise, wie es oben für die Wabenstrukturen beschrieben wurde.
Wie in 6 gezeigt wird, kann das Auftreten von Absplitterung jedoch verhindert werden, was daraus resultiert, dass es einfacher ist, die äußere Kraft durch Ausbildung einer künstlichen, gewölbten Form zu tragen, zusätzlich zu der Form der abgerundeten Ecken derjenigen Bereiche, die Kontakt haben.
Die Beziehung zwischen Porosität der Wabenstruktur und der Menge an geträgertem Katalysator wird in 7 gezeigt.
Die zu diesem Zeitpunkt verwendete Wabenstruktur hat eine Unterteilungswanddicke von 0,104 mm und eine Außenwanddicke von 0,65 mm.
Wie 7 zu entnehmen ist, kann mit zunehmender Porosität der Wabenstruktur auch die Menge des geträgerten Katalysators erhöht werden und durch Erhöhung der Porosität auf 30 % oder mehr kann die erwünschte Menge von 14 Gew.-% an geträgertem Katalysator erhalten werden.
Die Beziehung zwischen Außenwanddicke und thermischer Schockbeständigkeit wird in 8 gezeigt.
Der thermische Schock wurde erzeugt, indem für 1 Stunde auf die festgelegte Temperatur erwärmt wurde und anschließend innerhalb einer Minute auf Raumtemperatur abgekühlt wurde. Die Anwesenheit von Rissbildungen wurde untersucht, nachdem man die Struktur an Luft abkühlen ließ.
Die Struktur wurde unter diesen Bedingungen untersucht und wenn die Temperaturdifferenz der thermischen Schockbeständigkeit 650°C oder mehr betrug, wurde sie als thermisch schockbeständig eingestuft.
Weiterhin hatte die verwendete Wabenstruktur eine Unterteilungswanddicke von 0,104 mm und eine Porosität von 35 %.
Eine thermische Schockbeständigkeit von 650°C oder mehr ermöglicht es, Schäden durch thermische Beanspruchung, verursacht durch schnelles Aufheizen und schnelles Abkühlen durch Verbrennungsgase und Ausgangsgase bzw. Rohgase eines Motors, zu verhindern.
Aus 8 ist ersichtlich, dass Strukturen mit einer thermischen Schockbeständigkeit eine Unterteilungswanddicke von 1,1 nun oder weniger aufweisen.
Dies liegt daran, dass bei einer Unterteilungswanddicke von mehr als 1,1 mm eine Temperaturdifferenz zwischen der Innenseite und der Oberfläche der Unterteilungswand auftritt, die auf einen Aufheiz- und Abkühlzyklus zurückzuführen ist. Folglich nehmen Beanspruchung und Deformation in der Unterteilungswand zu, wodurch verhindert wird, dass die Struktur eine thermische Schockbeständigkeit ausbildet.
Zweite Ausführungsform
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Anstatt einfach die Berührungsbreite w der Berührungsstellen der Unterteilungswände 3 und der Außenwand 5 größer zu machen als die Dicke der Unterteilungswände 3, wie dies in der ersten Ausführungsform geschieht, ist die zweite Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsfläche zwischen den Unterteilungswänden 3 und der Außenwand 5 erhöht wird, indem die Dicke der Unterteilungswände 3 über einen festgelegten Bereich erhöht wird.
Nachfolgend wird die zweite Ausführungsform erläutert. Es werden für übereinstimmende Bereiche bzw. Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet und die Erklärung konzentriert sich nur auf diejenigen Bereiche der Struktur, die sich von denjenigen der ersten Ausführungsform unterscheiden.
Eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Stirnfläche der Wabenstruktur 10 der zweiten Ausführungsform wird in 9 gezeigt.
Die Wabenstruktur 10 der zweiten Ausführungsform hat einen annähernd kreisförmigen Querschnitt in einer Richtung, die senkrecht zur Richtung des Strömungspfades liegt.
Insbesondere in dieser zweiten Ausführungsform werden Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 12 mit einer Dicke von 0,2 mm, die größer ist als die mittlere Dicke der Unterteilungswände 3, ausgebildet in Bereichen, die sich in der Richtung vor der Mitte der Wabenstruktur durch zwei Zellen in der Richtung von der Außenwand 5 zur Mitte der Wabenstruktur erstrecken. Weiterhin ist der Grenzbereich A, welcher die Breite der Grenze zwischen diesen Unterteilungswandverstärkungsabschnitten 12 und den Unterteilungswänden 3 darstellt, um den gesamten Umfang nahezu einheitlich.
Weiterhin wird der Grenzbereich A zwischen den Unterteilungswänden 3 und den Unterteilungswandverstärkungsabschnitten 12 durch verjüngende Abschnitte 14, die innerhalb einer Zelle gebildet werden, in eine einzelne Zelle integriert ausgebildet.
Weiterhin werden wie in der Wabenstruktur der ersten Ausführungsform abgerundete Ecken mit einem mittleren Radius von 0,1 mm an den Berührungsstellen der Außenwand 5 und der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 12 ausgebildet.
Die folgenden Effekte können durch Verwendung einer Wabenstruktur gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform erhalten werden.
Da die Wabenstruktur stärker bzw. widerstandsfähiger ausgestaltet werden kann hinsichtlich einer Kraft, die in einer Richtung von der Innenseite zur Außenseite der Wabenstruktur wirkt, indem eine große Kontaktfläche zwischen den Unterteilungswänden 3 und der Außenwand 5 aufgrund der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 12 sichergestellt wird, kann eine Wabenstruktur erhalten werden, in der das Auftreten von Kantenabsplitterung verhindert wird.
Da die Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 12 neu ausgebildet werden, kann das Auftreten der Kantenabsplitterung in einem größeren Ausmaß verhindert werden, als dies mit der ersten Ausführungsform der Fall ist.
Weiterhin kann die Formstabilität der geformten Wabenstruktur vor dem Trocknen verbessert werden und die Beibehaltung der Formgenauigkeit kann ebenso verbessert werden.
Da verjüngende Abschnitte 14 in den Grenzbereichen zwischen den Unterteilungswänden 3 und den Unterteilungswandverstärkungsabschnitten 12 bereitgestellt werden, können bei der Verwendung der Wabenstruktur zur Trägerung eines Katalysators für einen Verbrennungsmotor, bei der die Wabenstruktur aufgrund der Verbrennungsgase des Motors einer hohen Temperatur ausgesetzt ist und dies zu einer Rissbildung aufgrund der thermischen Ausdehnung, verursacht durch unterschiedliche Dicken, führt, diese verjüngenden Abschnitte 14 die durch thermische Ausdehnung verursachte Rissbildung verhindern.
Weiterhin kann das Auftreten von Gleiten und Deformationen in den Unterteilungswänden, was durch Unterschiede in der Strömungsgeschwindigkeit des Tons verursacht wird und die stattfinden, wenn die Unterteilungswände 3, die sehr dünn sind, und die Unterteilungswandverstärkungsabschnitten 12, die dicker sind als die Unterteilungswände 3, kontinuierlich geformt und zu einer einzigen Einheit integriert werden, verhindert werden, was aus den verjüngenden Abschnitten 14 resultiert, die die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit abmildern, indem sie die Unterteilungswände 3 und die Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 12 durch verjüngende Abschnitte 14 kontinuierlich ausgestalten.
Wenn die verjüngenden Abschnitte 14 über einen Bereich bereitgestellt werden, der annähernd einem einzelnen Strömungspfad entspricht, wird die Strömungsgeschwindigkeit des Tons während des Formens abgemildert, wodurch es ermöglicht wird, das Auftreten von Deformationen in den Unterteilungswänden zu verhindern.
In dieser zweiten Ausführungsform können die verjüngenden Bereiche 14 mit der Breite der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte bereitgestellt werden, was 2 % bis 3 % des Abstandes der Außenwand 5 zur Mitte der Wabenstruktur entspricht.
Verjüngende Abschnitte können auch über einen Bereich mit einer Vielzahl von Strömungspfaden bereitgestellt werden. Die Strömungsgeschwindigkeit wird sogar einheitlicher, wenn verjüngende Abschnitte über einen Bereich mit einer Vielzahl von Strömungspfaden ausgebildet werden.
Weiterhin wird durch die Ausbildung von abgerundeten Bereichen an den Berührungsstellen der Außenwand und der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 12 die Kontaktfläche zwischen der äußeren Wand und der Zellenplatte bzw. dem Zellenboden erhöht, wodurch das Auftreten der Kantenabsplitterung erschwert wird.
Die Einstellung der Berührungsbreite w zwischen den Unterteilungswandverstärkungsabschnitten 12 und der Außenwand 5 auf einen Wert, der gleich der oder größer als die Länge einer Seite der Öffnung ist, ist hier nicht wünschenswert, da dies zu einem großen Verlust an effektiver Querschnittsfläche der Zelle führt. Nachfolgend wird in 10 die Beziehung zwischen der Länge der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 12 und der Häufigkeit der Kantenabsplitterung gezeigt.
In 10 wird eine Wabenstruktur verwendet, in der zusätzlich zu der Fixierung der Dicke der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 12 auf einen Wert von 0,15 mm die Dicke der Unterteilungswände auf 0,104 mm, der Radius der abgerundeten Ecken auf 0,1 mm und die Porosität auf 35 % festgesetzt wird.
Weiterhin wird die Breite der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 12 als Verhältnis der Breite 1 der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 12 zum Abstand L der Außenwand 5 zur Mitte der Wabenstruktur 10 gezeigt, wie in 11 dargestellt.
Indem die Breite 1 der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 12 auf 1,2 % oder mehr des Abstandes L der Außenwand 5 zur Mitte der Wabenstruktur 10 festgesetzt wird, kann die Häufigkeit der Kantenabsplitterung dramatisch verringert werden, wie das Ergebnis aus 10 deutlich zeigt.
Obwohl es richtig ist, dass die Häufigkeit der Kantenabsplitterung weiter verringert werden kann, wenn die Breite 1 der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 12 größer ist, kann die Breite 1 der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 12 nicht soweit erhöht werden, wie es erforderlich wäre, da der Druckabfall der Wabenstruktur aufhört zuzunehmen.
12 zeigt die Beziehung des Druckabfalls zur Breite der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 12.
Die zu diesem Zeitpunkt verwendete Wabenstruktur hatte eine Dicke der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 12 von 0,3 mm, eine Unterteilungswanddicke von 0,104 mm, einen Radius der abgerundeten Ecken von 0,1 mm, eine Porosität von 35 %, eine Maschenzahl von 400 und einen Durchmesser von 103 mm.
Weiterhin wurde die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors auf 4000 U/min festgesetzt.
Weiterhin wurde die Breite der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte als das Verhältnis der Breite 1 der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 12 zum Abstand L der Unterteilungswand 5 zur Mitte der Wabenstruktur 10 angegeben, wie in 11 gezeigt wird.
Wenn die Breite 1 der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 12 15 % oder mehr beträgt, relativ zum Abstand L der Außenwand 5 zur Mitte der Wabenstruktur, beträgt der Druckabfall 7,8 kPa oder mehr, wie aus 12 deutlich erkennbar ist.
Hier tritt das Problem auf, dass die Arbeitsleistung des Verbrennungsmotors rasch abnimmt, wenn der Druckabfall 7,8 kPa oder mehr beträgt.
Aus den 10 und 12 kann abgeleitet werden, dass es bevorzugt ist, dass die Breite der Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 1.2 % bis 15 % beträgt, relativ zum Abstand der Außenwand 5 zur Mitte der Wabenstruktur, wie oben bereits beschrieben wurde.
Allerdings ist in den Wabenstrukturen, wie sie in der ersten und zweiten Ausführungsform offenbart werden, die Form durch eine Aufschlämmung bestimmt, die durch in einem Extrusionsformkörper gebildete Schlitze hindurchgeleitet wird.
Die Wabenstrukturen 20 und 30 können Strömungspfade in einer Form aufweisen, die derjenigen entspricht, die in den 13 und 14 gezeigt wurde.
Die Wirkungen und Effekte der vorliegenden Erfindung können selbst dann erreicht werden, wenn die Strömungspfade 22 und 32 eine hexagonale Querschnittsfläche aufweisen.
Obwohl die Unterteilungswanddicke T 0,15 mm beträgt und die mittlere Berührungsbreite w 0,25 mm beträgt, kann eine Struktur erreicht werden, die Unterteilungswandverstärkungsabschnitte 31 (Dicke t) beinhaltet, wie in 14 gezeigt wird.
Weiterhin kann der Strömungspfad der vorliegenden Erfindung in einer Wabenstruktur mit kommunizierenden Bereichen 42 zwischen gegenseitig benachbarten Strömungspfaden und fehlenden bzw. ausgesparten Bereichen 46 an Bereichen der Außenwand 44 vorliegen, wie in 15 gezeigt wird.
Nachfolgend werden die Herstellungsverfahren von Matrizenformkörpern für den Erhalt der Wabenstrukturen 1 und 10, die in der ersten und zweiten Ausführungsform offenbart wurden, beschrieben.
Die folgenden zwei Verfahren werden bevorzugt verwendet als ein Herstellungsverfahren für einen Matrizenformkörper für den Erhalt einer Wabenstruktur mit Unterteilungswänden und einer Außenwand und wobei, wie insbesondere in der Erfindung vorgesehen, abgerundete Ecken an Berührungsbereichen oder Unterteilungswandverstärkungsabschnitten ausgebildet werden.
Diese zwei Verfahren bestehen aus einem Verfahren, das eine gewünschte Schlitzbreite bereitstellt, indem ein Schleifmittelton durch Schlitze hindurchgeführt wird, und aus einem Verfahren, das eine gewünschte Schlitzbreite bereitstellt, indem eine Oberflächenbehandlung wie zum Beispiel elektrochemische Beschichtung durchgeführt wird.
Unter Verwendung von 16 wird eine ausführliche Erläuterung des ersten Verfahrens bereitgestellt.
In diesem ersten Verfahren werden Anfangsschlitze 52, ausgebildet mit einer Dicke, die kleiner ist als die erwünschte Dicke, im Voraus geformt, beispielsweise durch Abschleifen oder elektrische Entladung in dem Schlitzbereich des Formkörpers, den Stellen entsprechend, an denen die Unterteilungswände, die Unterteilungswandverstärkungsabschnitte und dergleichen des Pressformkörpers 50 gebildet werden.
Nachfolgend wird der Schleifmittelton (nicht gezeigt) durch Schlitze 56 in dem Zustand hindurchgeführt, in dem eine Maske auf den Bereich angelegt wird, der sich ein wenig auf der Innenseite des Grenzbereichs befindet, wie in 16 gezeigt wird.
Dieser Schleifmittelton enthält ein Schleifmittel in einem Harz hoher Viskosität.
Dann wird der maskierte Bereich zu einem bestimmten Zeitpunkt ein wenig in die Richtung verschoben, die in 16 mit einem Pfeil α versehen ist, und zwar jeweils um ½ bis ¼ eines Schlitzes. Jedes mal, wenn der maskierte Bereich verschoben wird, wird der Schleifmittelton durch die Anfangschlitze 52 und die Strömungspfade 56 hindurchgeleitet, die zuvor nicht maskiert wurden, was dazu führt, dass die Schlitzbreite der Anfangsschlitze 52 und der Schlitze 56 allmählich größer wird.
Gemäß dieser Verfahrensvariante werden größere Schlitze für solche Schlitze gebildet, die anfänglich nicht maskiert waren, während kleinere Schlitze für solche Schlitze gebildet werden, von denen die Maske in späteren Schritten entfernt wurde. Diese Variation der Schlitzbreite ermöglicht es, einen Körper 60 zu erhalten, der Schlitzbereiche 58 aufweist, die Schlitzbreiten haben, die sich als Resultat des leichten Verschiebens der Maske um jeweils ½ bis ¼ der Breite eines einzelnen Schlitzes kontinuierlich verändern, wie in 17 gezeigt wird.
Des Weiteren wird dies dann an Schlitzen ausgeführt, die dem Grenzbereich A der Unterteilungswände 3 und den Unterteilungswandverstärkungsabschnitten 12 sowie den Berührungsbereichen zwischen den Unterteilungswandverstärkungsabschnitten 12 und der Außenwand 5 entsprechen. Schließlich werden durch das Hindurchführen des Schleifmitteltons durch die Schlitze 52 und 56 über die gesamte Schlitzoberfläche Schlitze der gewünschten Breite und Form gebildet.
In diesem Verarbeitungsverfahren werden zuerst Schlitze verarbeitet, die den Grenzbereichen zwischen der Außenwand und den Unterteilungswandverstärkungsabschnitten des Formkörpers entsprechen, und anschließend werden die Schlitze verarbeitet, die dem Grenzbereich A zwischen den Unterteilungswänden 3 und den Unterteilungswandverstärkungsabschnitten 12 entsprechen.
Gemäß eines auf diese Weise erhaltenen Matrizenformkörpers können Matrizenformkörper problemlos erhalten werden, die den Wabenstrukturen 1 und 10 mit abgerundeten Ecken und verjüngenden Bereichen entsprechen, wie in der ersten und zweiten Ausführungsform.
Da die Schlitze durch nahezu identischen Schleifmittelton abgeschliffen werden, kann die Oberflächenrauhigkeit innerhalb der Schlitze, in denen verjüngende Abschnitte ausgebildet werden, nahezu einheitlich sein, wodurch es ermöglicht wird, den Unterschied in den Tonströmungsgeschwindigkeiten zwischen Schlitzen, die den Unterteilungswänden 3 entsprechen, und Schlitzen, die Unterteilungswandverstärkungsabschnitten 12 entsprechen, zu reduzieren.
Nachfolgend wird unter Bezug auf 18 ein zweites Verfahren für den Erhalt eines Matrizenformkörpers mit gewünschter Form durch Ausführung einer Oberflächenbehandlung wie elektrochemische Beschichtung erläutert.
Wie aus 18 ersichtlich, wird eine Oberflächenbehandlung in einem Zustand durchgeführt, in dem von Schlitz 72a, entsprechend den Unterteilungswänden, bis Schlitz 72b, entsprechend den Unterteilungswandverstärkungsabschnitten, mit einer Maske in der Form eines Teflonbandes 74 maskiert wird.
Zu diesem Zeitpunkt wird ein Raum bzw. Zwischenraum 78 zwischen Teilen des Teflonbandes 74 und dem Bereich 76a bereitgestellt, der dem Grenzbereich zwischen Schlitzen, die den Unterteilungswänden entsprechen, und den Schlitzen, die Unterteilungswandverstärkungsabschnitten entsprechen, entspricht.
Anschließend wird eine nicht gezeigte Beschichtungsflüssigkeit durch die Schlitze 76a und 76b hindurchgeführt.
Als Resultat dieses Hindurchleitens der Beschichtungsflüssigkeit wird eine nicht gezeigte Beschichtung nur an Schlitzen 76b gebildet, durch die Beschichtungsflüssigkeit hindurchgeleitet wird und die Breite des Schlitzes 76b wird auf Grund der Bildung dieser Beschichtung schmaler.
An Schlitzen 76a, versehen mit einem Zwischenraum 78 mit einem Stück Teflonband 74, behindert der Zwischenraum 78 den Fluss der Beschichtungsflüssigkeit, was zu einer ungenügenden Zirkulation der Beschichtungsflüssigkeit führt.
Folglich kann hinsichtlich der resultierenden Schlitzbreiten ein Matrizenformkörper erhalten werden, in dem die Breite des Schlitzes 76a, entsprechend dem Zwischenraum 78 des Teflonbandes 74, allmählich größer gemacht werden kann, relativ zu der Breite der Schlitze 76b, die nicht durch das Teflonband 74 bedeckt sind.
Weiterhin kann durch die Bereitstellung eines Zwischenraumes 78 zwischen den Teilen des Teflonbandes 74 und den Schlitzen, die den Berührungsbereichen zwischen den Unterteilungswänden und den Unterteilungswandverstärkungsabschnitten entsprechen, in ähnlicher Weise ein Matrizenformkörper erhalten werden, bei dem die Schlitzbreite allmählich kleiner wird.
Im Übrigen wird bei dieser Verfahrensmethode die Oberflächenbehandlung, die die Grenze zwischen den äußeren Verstärkungszellen und den inneren Zellen beinhaltet, zuerst ausgeführt, gefolgt von der Oberflächenbehandlung, die die Grenze zwischen der Außenwand und den äußeren Zellen beinhaltet.
Um die Oberflächenrauhigkeit der oberflächenbehandelten Schicht der Oberflächenrauhigkeit des darunter liegenden Metalls anzugleichen, ist es bevorzugt, nach dem Abschluss der Oberflächenbehandlung in gleichförmiger Weise Schleifmittelton durch jeden Schlitz des Pressformkörpers hindurchzuleiten.
Obwohl ein Teflonband für die Maske in der oben erwähnten Ausführungsform verwendet wird, ist die Maske nicht auf Teflonband in der oben beschrieben Ausführungsform beschränkt, und so können beispielsweise auch Bänder auf Polypropylenbasis oder Vinylchloridbasis verwendet werden.
Weiterhin erfordert das erste der beiden oben erwähnten Verfahren eine lange Zeit bis zur Fertigstellung, führt jedoch zu einer langen Formkörperlebensdauer, wodurch es für eine Massenproduktion mit hohem Volumendurchsatz geeignet ist. Das zweite Verfahren ermöglicht es andererseits, dass der Pressformkörper in einer kurzen Zeitspanne hergestellt wird, obwohl der resultierende Formkörper eine kurze Lebensdauer aufweist, was es geeignet macht für Probe- bzw. Testherstellungen mit niedrigem Volumendurchsatz.
Wie oben beschrieben wurde, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, eine Wabenstruktur zu erhalten, die in geeigneter Weise das Auftreten von Kantenabsplitterung verhindern kann, obwohl die Unterteilungswände sehr dünn sind.
Obwohl die in den Wabenstrukturen verwendeten Strömungspfade quadratische Querschnitte aufwiesen, ist die Querschnittsflächenform der erfindungsgemäßen Strömungspfade nicht auf quadratische Querschnittsflächen begrenzt.

Claims

Keramische Wabenstruktur umfassend Unterteilungswände, welche gegenseitig benachbarte Strömungspfade mit einem polygonalen Querschnitt bilden, und eine Außenwand, die um die äußersten Umfänge der Unterteilungswände vorgesehen ist, welche die Unterteilungswände in einer einzelnen Einheit integriert hält; wobei die mittlere Dicke T der Unterteilungswände 0,05 mm bis 0,13 mm ist, die mittlere Dicke der Außenwand größer als die mittlere Dicke T (mm) der Unterteilungswände ist, und die Beziehung zwischen der mittleren Dicke T der Unterteilungswände und der mittleren Berührungsbreite w (mm) zwischen den Unterteilungswänden und der Außenwand die Beziehung von w > t und 0,7 ≥ w ≥ – (T/4) + 0,18 erfüllt.
Keramische Wabenstruktur gemäß Anspruch 1, wobei abgerundete Ecken in den Unterteilungswänden an den Verbindungsstellen der Unterteilungswände und der Außenwand ausgebildet sind.
Keramische Wabenstruktur gemäß Anspruch 2, wobei der mittlere Radius der abgerundeten Ecken 0,06 bis 0,30 mm ist.
Keramische Wabenstruktur gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Porosität der Wabenstruktur 30 % oder mehr ist.
Keramische Wabenstruktur gemäß Anspruch 1, welche Unterteilungswand-Verstärkungsabschnitte aufweist, die eine mittlere Dicke von 0,1 bis 0,3 mm aufweisen und gegenseitig benachbarte Strömungspfade mit polygonalem Querschnitt ausbilden in dem Bereich, der sich in der Richtung zu der Mitte der keramischen Wabenstruktur von der Außenwand um 1,2 % bis 15 % des Abstands von der Außenwand zu der Mitte der keramischen Wabenstruktur erstreckt.
Keramische Wabenstruktur gemäß Anspruch 5, wobei sich verjüngende Abschnitte an den Grenzbereichen der Unterteilungswände und der Unterteilungswand-Verstärkungsabschnitte ausgebildet sind.
Keramische Wabenstruktur gemäß Anspruch 6, wobei die sich verjüngenden Abschnitte eine Länge gleich der Breite eines einzelnen Strömungspfads aufweisen.
Keramische Wabenstruktur gemäß Anspruch 6, wobei die sich verjüngenden Abschnitte eine Länge gleich der Breite einer Mehrzahl von Strömungspfaden aufweisen.
Keramische Wabenstruktur gemäß Anspruch 5, wobei abgerundete Ecken zwischen der Außenwand und den Unterteilungswand-Verstärkungsabschnitten ausgebildet sind.
Keramische Wabenstruktur gemäß Anspruch 9, wobei der mittlere Radius der abgerundeten Ecken 0,06 bis 0,30 mm ist.
Keramische Wabenstruktur gemäß irgendeinem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die Porosität der Wabenstruktur 30 % oder mehr ist.
Keramische Wabenstruktur gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Dicke der Unterteilungswand der keramischen Struktur 1,1 mm oder weniger ist.
Keramische Wabenstruktur gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, welche eine annähernd kreisförmige Querschnittsform in einer Richtung senkrecht zu der Richtung der Strömungspfade und eine annähernd gleichmäßige Breite des Bereichs der Unterteilungswand-Verstärkungsabschnitte von der Umfangswand über ihren gesamten Umfang aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer keramischen Wabenstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: Ausbilden von Anfangsschlitzen mit einer Breite kleiner als eine vorbestimmte Breite in einem Formkörper; Hindurchführen eines Schleifmittels durch die Anfangsschlitze, während eine Maske allmählich von der Außenwand zu der Mitte in Schlitzen verschoben wird, die Verbindungsstellen zwischen der Außenwand und den Unterteilungswänden entsprechen, um abgerundete Abschnitte an den Verbindungsstellen zwischen der Außenwand und den Abschnittswänden auszubilden; und Extrudieren der keramischen Wabenstruktur gemäß Anspruch 2 oder 3 durch die Schlitze des entstehenden Formkörpers.