DE8914914U1

DE8914914U1 - Ceramic honeycomb body with pressure jacket

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Publication number: DE8914914U1
Application number: DE8914914U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-12-19
Filing date: 1989-12-19
Publication date: 1991-05-23
Anticipated expiration: 1999-12-20

Description

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Interatom GmbHInteratom GmbH D-5060 Bergisch Gladbach 1D-5060 Bergisch Gladbach 1 Keramischer Wabenkörper mit DruckmantelCeramic honeycomb body with pressure jacket

Die vorliegende Erfindung betrifft einen keramischer*, mit einem Mantel versehenen Wabenkörper.The present invention relates to a ceramic* honeycomb body provided with a casing.

Derartige Wabenkörper, die einschließlich eines geeigneten Herstellungsverfahrens z. B. in der EP-S-O 042 302 beschrieber werden, werden vielfach als Filter eingesetzt, um aus dem Abgas von nieseifiiGtore?? die doit mit-«führten, auf eine unvollkommene ⁽ ^] Verbrennung in den Motoren zu:- ''^«zuführenden RußpartikelSuch honeycomb bodies, which are described in EP-SO 042 302, for example, including a suitable manufacturing process, are often used as filters to remove soot particles from the exhaust gases of diesel engines, ^which lead to ^incomplete combustion in the engines. auszsjfiltcrn. Hierzu sind die einzelne;-. Kanäle der Wabenkörper abwechselnd am An,- und Abströmende verschlossen, so daß das Abgas gezwungen wird, den Weg durch die porösen, die einzelnen Kanäle voneinander trennenden Stege zu nehmen. Die Rußpartikel werden in den Por.en zurückgehalten und wurden diese bereitsTo do this, the individual channels of the honeycomb body are alternately closed at the inflow and outflow ends, so that the exhaust gas is forced to take the path through the porous webs separating the individual channels from each other. The soot particles are retained in the pores and if these have already been nach kurzer Betriebsdauer verstopfen, wenn nicht durch zusätzliche Maßnahmen (z. B. die zusätzliche Verbrennung von Brennstoff) unmittelbar vor dem Filter (z. B. US-A-4 571 93Z) und/ oder die Beschichtung des Wabenkörpers mit einer katalytisch wirkenden Substanz (z. B. DE-A-36 23 600) eine Erhöhung derclog after a short period of operation, unless additional measures (e.g. additional combustion of fuel) immediately before the filter (e.g. US-A-4 571 93Z) and/or coating the honeycomb body with a catalytically active substance (e.g. DE-A-36 23 600) increase the Abgastemperatur über die Zündtemperatur des Rußes bzw. eine Herabsetzung derselben erreicht und somit ein intermittierendes Abbrennen des Rußes erfolgen würde. Ein an sich erwünschtes kontinuierliches Abbrennen des Rußes in dem gleichen Maße, in dem er sich absetzt, läßt sich nur schwer durchführen. DasExhaust gas temperature would rise above the ignition temperature of the soot or a reduction of the latter would be achieved and thus an intermittent burning of the soot would take place. A continuous burning of the soot at the same rate as it settles, which is desirable in itself, is difficult to achieve. dadurch unvermeidlicherweise schubweise stattfindende Abbrennen des Rußes führt zu beträchtlichen periodischen Temperaturerhöhungen des Wabenkörpers, die eine abwechselnde thermische Ausdehnung und Schrumpfung desselben zur Folge haben. Diese thermische Wechselbelastung setzt die Lebensdauer desThe inevitable burning off of the soot in batches leads to considerable periodic temperature increases in the honeycomb body, which results in alternating thermal expansion and shrinkage. This alternating thermal stress puts a strain on the service life of the Wabenkörpers merklich herab, obwohl zu seiner Herstellung bereits keramische Massen verwendet werden, die im fertighoneycomb body, although ceramic masses are already used for its production, which in the finished

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• · · I· I l-fr I · &igr; , I I ■ ■ gebrannten Zustand nur einen äußerst geringen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, üblicherweise auf der Basis von Cordierit (US-A-3 958 058). Besonderen Belastungen sind dabei die Enden des Wabenkörpers ausgesetzt, da die die Kanäle an ihren Enden verschließenden Stopfen die thermische Ausdehnung der benachbarten Stege behindern - u. a. dadurch, daß sie infolge ihres im Vergleich zu den biegen größeren Verhältnisses von Masse zu Oberfläche bei Temperaturtransienten ein trägeres veihalten an den Tag legen. • · · I· I l-fr I · &igr; , II ■ ■ have only an extremely low coefficient of expansion in the fired state, usually based on cordierite (US-A-3 958 058). The ends of the honeycomb body are subject to particular stresses, since the plugs closing the channels at their ends hinder the thermal expansion of the adjacent webs - among other things because they exhibit a more sluggish behavior during temperature transients due to their larger mass-to-surface ratio compared to the bends.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Angabe ei,.sr Verbesserung des oben r.äher beschriebenen keramischen Wabenkörpers dahingehend, daß durch eine Behinderung der thermischen Ausdehnung eine größere Haltbarkeit, insbesondere des vor allem gefährdeten Mantels erreicht wird.The object of the present invention is to provide an improvement to the ceramic honeycomb body described above in such a way that greater durability, in particular of the casing which is particularly at risk, is achieved by hindering thermal expansion.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäQ dadurch, daß der Mantel auf mindestens einem Teil seiner Außenseite mit einer Schicht aus einem Material überzogen ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient geringer ist als derjenige des Werkstoffes des Wabenkörpers. Bei einer Erwärmung desselben wird in der Schicht eine (im wesentlichen tangential gerichtete) Druckspannung aufgebaut, die der auf den Mantel wirkenden Zugspannung entgegengesetzt ist, die durch die Ausdehnung des Wabenkörpers hervorgerufen wird. Diese im Prinzip auch aus cnderen Gebieten der Technik bekannte '-Bandagenwirkung" verhindert ein Überschreiten der Zugfestigkeit des Materials des Mantels.This object is achieved according to the invention in that the casing is coated on at least part of its outside with a layer of a material whose coefficient of thermal expansion is lower than that of the material of the honeycomb body. When the latter is heated, a (essentially tangentially directed) compressive stress is built up in the layer, which is opposite to the tensile stress acting on the casing, which is caused by the expansion of the honeycomb body. This "bandage effect", which is also known in principle from other areas of technology, prevents the tensile strength of the casing material from being exceeded.

Da die Wabenkörper wie oben bereits gesagt üblicherweise aus einer Keramik mit sehr geringem thermischem Ausdehnungskoeffizienten bestehen, ist die Auswahl der zur Herstellung der den Mantel bedeckenden Schicht zur Verfügung stehenden Stoffe verhältnismäßig gering. Für Wabenkörper, die aus Cordierit und dessen Abwandlungen öder aus einer Keramik mit ähnlich niedrigem Ausdehnungskoeffizienten bestehen, besteht dieSince, as mentioned above, honeycomb bodies are usually made of a ceramic with a very low coefficient of thermal expansion, the choice of materials available for producing the layer covering the shell is relatively small. For honeycomb bodies made of cordierite and its modifications or of a ceramic with a similarly low coefficient of expansion, the

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erfindungsgemäße Lösung darin, den Mantel mit einer lithiumhaltigen Glasur zu überziehen. Eine solche Glasur kann Z₄ B₄ durch Tauchen (wobei durch Abdecken der übrigen Bereiche dafür zu sorgen ist, daß nur die äußere Oberfläche des Mantels benetzt wird) oder durch Aufspritzen erfolgen. Zweckmäßigerweise erfolgt das Aufbringen der Glasur bereits auf den Grünling des Wabenkörpers, sr daß deren Einbrennen .In einem Arbeitsgang mit dem Brennen des Wabenkörpers selbst erfolgen kann.The solution according to the invention is to coat the casing with a glaze containing lithium. Such a glaze can be _applied by _dipping (whereby covering the other areas ensures that only the outer surface of the casing is wetted) or by spraying. The glaze is expediently applied to the green part of the honeycomb body so that it can be fired in one operation with the firing of the honeycomb body itself.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, wenn nicht die gesamte Oberfläche des Mantels mit der geforderten Schicht bedeckt wird, sondern nur diejenigen Bereiche, die besonderen thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Dies ist insbesondere an den Enden des Wabenkörpers im Bereiche der Stopfen derIt is within the scope of the invention if not the entire surface of the casing is covered with the required layer, but only those areas that are exposed to particular thermal stress. This is particularly the case at the ends of the honeycomb body in the area of the plugs of the

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar im Längsaxialschnitt. Ein aus Cordierit hergestellter keramischer Wabenkörper 1 besteht aus einer Vielzahl von z. B. in einem quadratischen Raster angeordneten porösen Stegen 2, die zwischen ihnen Kanäle 3 bilden. Die Kanäle "5 sind jeweils am einen oder anderen Ende mit Stopfen 4 verschlossen, die das z. B. in Pfeilrichtung fließende Abgas eines Dieselmotores zwingen, durch die porösen Stege hindurchzutreten, wobei die im Abgas mitgeführten, hier nicht dargestellten Rußpartikel zurückgehalten werden. Der Wabenkörper 1 wird von einem einstückig damit hergestellten Mantel 5 umgeben, um ihm seine (meist kreisförmige) Außengestalt, zu geben und um ihm die nötige Festigkeit für die Handhabung und seinen Einbau in die Abgasleitung eines Dieselmotors zu verleihen. Entweder über die gesamte Länge des Mantels 5 (obere Hälfte der Zeichnung) oder aber nur über ausgewählte Bereiche desselben (in der Nachbarschaft der Stopfen 4, untere Hälfte der Zeichnung) erstreckt sich eine hier übertrieben dick dargestellte Schicht 6 aus einem Stoff, der einen geringeren Ausdehnungskoeffizienten hat als derjenige, aus dem der Waben-An embodiment of the invention is shown in the drawing, in longitudinal axial section. A ceramic honeycomb body 1 made of cordierite consists of a large number of porous webs 2 arranged, for example, in a square grid, which form channels 3 between them. The channels "5 are each closed at one or the other end with plugs 4 which force the exhaust gas of a diesel engine, for example flowing in the direction of the arrow, to pass through the porous webs, whereby the soot particles carried in the exhaust gas, not shown here, are held back. The honeycomb body 1 is surrounded by a casing 5 made in one piece with it, in order to give it its (usually circular) external shape, and to give it the necessary strength for handling and installation in the exhaust line of a diesel engine. Either over the entire length of the casing 5 (upper half of the drawing) or only over selected areas of it (in the vicinity of the plugs 4, lower half of the drawing) extends a layer 6, shown here as exaggeratedly thick, made of a material that has a lower coefficient of expansion than that from which the honeycomb

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körper .1. hergestellt ist. Der Stoff, aus dem die Schicht hergestellt wird, muG mit dem Mantel k eine innige Verbindung eingehen können und auch sonst mit dem vorgesehenen Verwendungszweck des Wabenkörpers, vorzugsweise als Dieselrußfilter, kompatibel, d. h. möglichst ebenfalls keramischer Natur sein. Für Wabenkörper, die aus Cordierit hergestellt sind, eignet sich eine Schicht aus einer 1ithiumhaltigen Glasur. Die Dicke dieser Schicht richtet sich naturgemäß nach der aufzubringenden Spannung, die der Ausdehnung des Wabenkörpers entgegengesetzt wp.rrip.n soll; Dies? «i^pd^pruüi ist unter anderen) 3bhänⁿiⁿ von der Größe des Wabenkörpers und von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Werkstoffes, aus dem er hergestellt ist.body .1. is made. The material from which the layer is made must be able to form an intimate bond with the casing and must also be compatible with the intended use of the honeycomb body, preferably as a diesel particulate filter, ie if possible it must also be of a ceramic nature. For honeycomb bodies made of cordierite, a layer of a glaze containing lithium is suitable. The thickness of this layer naturally depends on the tension to be applied, which must be opposite to the expansion of the honeycomb body; ^this ^depends ^, among other things ^, on the size of the honeycomb body and on the thermal expansion coefficient of the material from which it is made.

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Claims

89G673 7OE ■ ■-■. &igr; Ii >>>■ Protection claims

1. Ceramic honeycomb body (1) provided with a casing (5), characterized in that the casing (5) is coated on at least part of its outside with a layer (6) made of a material whose thermal expansion coefficient is lower than that of the material of the honeycomb body (1).

2-. Wahpnknrppr nanh Ansnninh 1 from Hnrdifiri t. da U &Ggr; C h characterized in that the jacket (5) is coated on at least part of its outside with a lithium-containing glaze (6").

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