EP2396101A1 - Verfahren zur herstellung eines keramischen filterelements und filterelement - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines keramischen filterelements und filterelement

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Publication number
EP2396101A1
EP2396101A1 EP10703854A EP10703854A EP2396101A1 EP 2396101 A1 EP2396101 A1 EP 2396101A1 EP 10703854 A EP10703854 A EP 10703854A EP 10703854 A EP10703854 A EP 10703854A EP 2396101 A1 EP2396101 A1 EP 2396101A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ceramic
filter
filter element
holes
producing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10703854A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Linhart
Holger Findeisen
Andreas Franz
Kathrin Fischer
Kathrin Lichtenwalter
Sabine Otterbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mann and Hummel GmbH
Original Assignee
Mann and Hummel GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2396101A1 publication Critical patent/EP2396101A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/52—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filters embodying folded corrugated or wound sheet material
    • B01D46/521—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filters embodying folded corrugated or wound sheet material using folded, pleated material
    • B01D46/525—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filters embodying folded corrugated or wound sheet material using folded, pleated material which comprises flutes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/008—Bodies obtained by assembling separate elements having such a configuration that the final product is porous or by spirally winding one or more corrugated sheets
    • C04B38/0083—Bodies obtained by assembling separate elements having such a configuration that the final product is porous or by spirally winding one or more corrugated sheets from one or more corrugated sheets or sheets bearing protrusions by winding or stacking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2279/00—Filters adapted for separating dispersed particles from gases or vapours specially modified for specific uses
    • B01D2279/30—Filters adapted for separating dispersed particles from gases or vapours specially modified for specific uses for treatment of exhaust gases from IC Engines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00793—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filters or diaphragms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0222—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a ceramic filter element in an exhaust filter of an internal combustion engine.
  • the invention relates to a diesel particulate filter.
  • a ceramic filter element for an exhaust filter is described in an internal combustion engine, which is constructed of a corrugated, spirally wound filter web.
  • heat-resistant, inorganic fibers are mixed with ceramic powder in an aqueous suspension and processed to form a web.
  • Several superimposed webs are rolled up to the desired shape of the filter body, wherein honeycomb flow channels are formed between adjacent filter webs. The filter body is then fired at high temperature.
  • WO 2006/005668 discloses a method for producing a ceramic filter element in an exhaust filter for internal combustion engines. In this case, first a combustible, non-ceramic carrier web is impregnated with a ceramic slurry and then dried in the desired Burned out the geometric shape until the carrier web is burned and a rigid filter body is formed.
  • a disadvantage of this method is that no specific cavities can be introduced into the component to be produced.
  • the invention relates in particular to the production of ceramic filter elements as a diesel particulate filter and particulate filter for internal combustion engines and as a ceramic support for catalyst support.
  • a non-ceramic medium for.
  • As paper in particular such comprising cellulose, first brought into shape, for. B. in the form of a wound body.
  • the winding body may comprise a flat and a corrugated layer.
  • This form, for. B. the bobbin is then filled with a ceramic material, for. B. soaked in a ceramic slip.
  • the impregnated mold is then fired or sintered.
  • organic components for.
  • As the paper z.
  • As cellulose fibers removed or converted.
  • thermal pretreatment especially of paper web material with a proportion of synthetic fibers poor to no addition of ceramic slip.
  • This can be z. B. can be achieved by heated rollers or hot pressing tools.
  • An advantage of the method according to the invention is, for example, that in order to separate parts of the component, no sawing operation has to be used, since a perforation is produced at which the parts can be selectively separated.
  • Another advantage is the fact that for the introduction of the holes / cuts no drilling on the sintered or hard ceramic component is necessary.
  • holes can be introduced in a defined position in the flow channel of a diesel particulate filter.
  • inventive method allows the introduction of holes in otherwise inaccessible places.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Filterelements in einem Abgasfilter für Brennkraftmaschinen, insbesondere eines Dieselpartikelfilters, bei dem eine brennbare, nicht-keramische Trägerbahn verwendet wird, vorgestellt. In die nicht-keramische Trägerbahn werden in definierter Lage Löcher eingebracht.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Filterelements und Filterelement
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Filterelements in einem Abgasfilter einer Brennkraftmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Dieselpartikelfilter.
Stand der Technik
[0002] In Patent Abstracts of Japan JP 63134020 A wird ein keramisches Filterelement für einen Abgasfilter in einer Brennkraftmaschine beschrieben, das aus einer gewellten, spiralförmig aufgewickelten Filterbahn aufgebaut ist. Zur Herstellung der Filterbahn werden hitzeresistente, anorganische Fasern in einer wässrigen Suspension mit Keramikpulver vermischt und zu einer Bahn verarbeitet. Mehrere übereinander liegende Bahnen werden zu der gewünschten Form des Filterkörpers zusammengerollt, wobei zwischen benachbarten Filterbahnen wabenförmige Strömungskanäle gebildet sind. Der Filterkörper wird anschließend bei hoher Temperatur gebrannt.
[0003] Die WO 2006/005668 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Filterelements in einem Abgasfilter für Brennkraftmaschinen. Hierbei wird zunächst eine brennbare, nicht-keramische Trägerbahn mit einem keramischen Schlicker getränkt und anschließend in der gewünsch- ten geometrischen Form soweit ausgebrannt, bis die Trägerbahn verbrannt und ein starrer Filterkörper gebildet ist.
[0004] Nachteilig an diesen Verfahren ist, dass keine gezielten Hohlräume in das herzustellende Bauteil eingebracht werden können.
[0005] Es besteht folglich ein Bedarf, keramische Filterelemente zu schaffen, die die geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermeiden.
[0006] Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Herstellung von keramischen Filterelementen als Dieselpartikelfilter und Partikelfilter für Brennkraftmaschinen sowie als keramische Träger für Katalysatorträger.
[0007] Im bei der Erfindung bevorzugten Verfahren wird ein nicht-keramisches Medium, z. B. Papier, insbesondere solches umfassend Cellulose, zunächst in Form gebracht, z. B. in Form eines Wickelkörpers. Der Wickelkörper kann dabei eine Flach- und eine Welllage umfassen. Diese Form, z. B. der Wickelkörper, wird dann mit einer keramischen Masse, z. B. einem keramischen Schlicker getränkt. Die getränkte Form wird dann gebrannt bzw. gesintert. Hierbei können organische Bestandteile, z. B. des Papiers, das z. B. Cellulosefasern umfasst, entfernt oder umgewandelt werden.
Offenbarung der Erfindung
[0008] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Filterelements für einen Abgasfilter einer Brennkraftmaschine und / oder einen Katalysatorträger bereitzustellen, das es erlaubt, gezielt Hohlräume oder Aussparungen, z. B. Löcher oder Schlitze, in das Filterelement einzubringen.
[0009] Diese und weitere Aufgaben werden durch das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Filterelements nach Anspruch 1 und das Filterelement nach Anspruch 2 gelöst.
Ausfϋhrungsform(en) der Erfindung
[0010] Bei einem (Diesel-)Partikelfilter oder Katalysatorträger kann sich die Notwendigkeit ergeben, dass partiell Teile vom Gesamtbauteil abgetrennt werden sollen oder später z. B. in der Abgasführung Einfluss auf die Strömung genommen werden soll.
[0011] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass während der Herstellung des Filterelements gezielt Löcher und / oder Schnitte in das Bauteil eingebracht werden. Hierzu werden zwei Möglichkeiten vorgeschlagen:
[0012] 1) Einbringen der Löcher bzw. Schnitte mit einem Messer, Stanzwerkzeug oder einem Dorn auf der Papierbahn vor oder nach dem Falten vor oder nach dem Tränken mit Keramikschlicker, insbesondere jedoch bei der gewickelten Struktur vor dem Tränken mit Keramikschlicker.
[0013] 2) Auftragen von Tinte bzw. Flüssigkeit mit einem Drucker oder einer Düse an den Stellen, an denen sich die Löcher / Schnitte später auf der Papierbahn befinden sollen. Dies kann vor oder nach dem Falten oder Wickeln durchgeführt werden. Versuche haben gezeigt, dass an den Stellen, die mit Tinte bzw. Flüssigkeit aus einem Tintenstrahldrucker getränkt wurden, eine schlechte bis keine Anlagerung von Keramikschlicker erfolgte, so dass sich dort nach dem Sintern keine Keramik befand. Flüssiges Wachs und Klebstoffe, die beim Aufbringen flüssig sind, können ebenfalls genutzt werden.
[0014] 3) Eine weitere Möglichkeit ist eine stärkere Verpressung des Papierbahn- Materials, sodass der Keramikschlicker nicht eindringen kann.
[0015] 4) Ebenfalls kann durch thermische Vorbehandlung, insbesondere von Papierbahn-Material mit einem Anteil von synthetischen Fasern eine schlechte bis keine Anlagerung von Keramikschlicker erzielt werden. Dies kann z. B. durch erhitzte Rollen oder heiße Presswerkzeuge erreicht werden.
[0016] Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt bspw. darin, dass zum Abtrennen von Teilen des Bauelements kein Sägevorgang verwendet werden muss, da eine Perforierung erzeugt wird, an der die Teile gezielt abgetrennt werden können.
[0017] Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass zum Einbringen der Löcher / Schnitte kein Bohrvorgang am gesinterten oder harten Keramikbauteil notwendig ist.
[0018] Auf diese Art und Weise können Löcher in definierter Lage im Strömungskanal eines Dieselpartikelfilters eingebracht werden. Zudem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren das Einbringen von Löchern an ansonsten unzugänglichen Stellen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Filterelements in einem Abgasfilter für Brennkraftmaschinen, insbesondere eines Dieselpartikelfilters, bei dem eine brennbare, nicht-keramische Trägerbahn verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in die nicht-keramische Trägerbahn in definierter Lage Löcher oder Aussparungen eingebracht werden.
2. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Filterelements für einen Abgasfilter für Brennkraftmaschinen, insbesondere eines Dieselpartikelfilters, und / oder einen Katalysatorträger, bei dem eine brennbare, nichtkeramische Trägerbahn verwendet wird, umfassend folgende Schritte a. Herstellen eines Wickelfilters aus der nicht keramischen Trägerbahn b. Einbringung von Löchern oder Aussparungen in den Wickelfilter c. Anschließendes Tränken des Wickelfilters mit keramischem Schlicker d. Sintern des getränkten Wickelfilters.
3. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Filterelements für einen Abgasfilter für Brennkraftmaschinen, insbesondere eines Dieselpartikelfilters, und / oder einen Katalysatorträger, bei dem eine brennbare, nichtkeramische Trägerbahn verwendet wird, umfassend folgende Schritte a. Herstellen eines Wickelfilters aus der nicht keramischen Trägerbahn b. Einbringung von Zonen, die das Aufsaugen von Flüssigkeit im Wickelfilter reduzieren oder verhindern an Stellen, an denen Löcher oder Aussparungen im keramischen Filterelement erzeugt werden sollen c. Anschließendes Tränken des Wickelfilters mit keramischem Schlicker d. Sintern des getränkten Wickelfilters, wobei die nicht mit keramischem Schlicker getränkten Bereiche ausgebrannt werden und somit Löcher oder Aussparungen entstehen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Aufsaugen von Flüssigkeit durch Auftragen von Tinte bzw. Flüssigkeit, z. B. mit einem Drucker oder einer Düse, reduziert oder verhindert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Aufsaugen von Flüssigkeit durch eine stärkere Verpressu ng des Papierba h n-Materials, sodass der Keramikschlicker nicht eindringen kann, reduziert oder verhindert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Aufsaugen von Flüssigkeit durch thermische Vorbehandlung, insbesondere von Papierbahn-Material mit einem Anteil von synthetischen Fasern, reduziert oder verhindert wird.
7. Keramisches Filterelement, insbesondere Dieselpartikelfilter, m it Strömungskanälen, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle in definierter Lage Löcher oder Aussparungen aufweisen, wobei die Löcher oder Aussparungen vor der Keramisierung eingebracht sind.
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