Die
Tragkörper
für Autoabgaskatalysatoren besitzen
in der Regel eine zylindrische Form mit zwei Stirnflächen und
einer Mantelfläche
und werden von der ersten Stirnfläche zur zweiten Stirnfläche von
einer Vielzahl von im wesentlichen parallel zur Zylinderachse liegenden
Strömungskanälen für die Abgase
der Verbrennungskraftmaschinen durchzogen. Diese Tragkörper werden
auch als Wabenkörper
bezeichnet.
Die
Querschnittsform der Tragkörper
hängt von
den Einbauerfordernissen am Kraftfahrzeug ab. Weit verbreitet sind
Tragkörper
mit rundem Querschnitt, elliptischem oder dreieckförmigem Querschnitt.
Die Strömungskanäle weisen
meist einen quadratischen Querschnitt auf und sind in einem engen
Raster über
den gesamten Querschnitt der Tragkörper angeordnet. Je nach Anwendungsfall
variiert die Kanal- beziehungsweise Zelldichte der Strömungskanäle zwischen
10 und 140 cm–2.
Wabenkörper
mit Zelldichten bis zu 250 cm–2 und mehr sind in der
Entwicklung.
Für die Reinigung
der Autoabgase werden überwiegend
Katalysator-Tragkörper
eingesetzt, die durch Extrusion keramischer Massen gewonnen werden.
Alternativ dazu stehen Katalysator-Tragkörper aus gewellten und gewickelten
Metallfolien zur Verfügung.
Für die
Abgasreinigung von Personenkraftwagen werden heute noch überwiegend
keramische Tragkörper
mit Zelldichten von 62 cm–2 eingesetzt. Die Querschnittsabmessungen
der Strömungskanäle betragen
in diesem Fall 1,27 × 1,27
mm2. Die Wandstärken solcher Tragkörper liegen
zwischen 0,1 und 0,2 mm.
Zur
Umsetzung der in Autoabgasen enthaltenen Schadstoffe wie Kohlenmonoxid,
Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in unschädliche Verbindungen werden zumeist
feinstverteilte Platingruppenmetalle eingesetzt, die durch Verbindungen
von Unedelmetallen in ihrer katalytischen Wirkung verändert sein können. Diese
katalytisch aktiven Komponenten müssen auf den Tragkörpern abgeschieden
werden. Allerdings ist es nicht möglich, die geforderte feinste Verteilung
der katalytisch aktiven Komponenten durch Abscheidung dieser Komponenten
auf den geometrischen Oberflächen
der Tragkörper
zu gewährleisten.
Dies gilt in gleicher Weise für
die unporösen metallischen
wie auch für
die porösen
keramischen Tragkörper.
Eine ausreichend große
Oberfläche
für die
katalytisch aktiven Komponenten kann nur durch Aufbringen einer
Trägerschicht
aus feinteiligen, hochoberflächigen
Materialien auf die Innenflächen der
Strömungskanäle zur Verfügung gestellt
werden. Dieser Vorgang wird im folgenden als Beschichten des Tragkörpers bezeichnet.
Die Beschichtung der äußeren Mantelfläche der
Tragkörper
ist unerwünscht
und sollte zur Vermeidung von Verlusten an wertvollen, katalytisch
aktiven Materialien vermieden werden.
Zum
Beschichten der Tragkörper
dient eine Suspension aus den feinteiligen, hochoberflächigen Materialien
in einer flüssigen
Phase, zumeist Wasser. Typische Beschichtungssuspensionen für katalytische
Anwendungen enthalten als hochoberflächige Trägermaterialien für die katalytisch
aktiven Komponenten zum Beispiel aktive Aluminiumoxide, Aluminiumsilicate,
Zeolithe, Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirkonoxid und Sauerstoff speichernde
Komponenten auf der Basis von Ceroxid. Diese Materialien bilden
den Feststoffanteil der Beschichtungssuspension. Darüber hinaus
können
der Beschichtungssuspension noch lösliche Vorstufen von Promotoren
oder katalytisch aktiven Edelmetallen der Platingruppe des periodischen
Systems der Elemente zugefügt
werden. Die Feststoffkonzentration typischer Beschichtungssuspensionen
liegt im Bereich zwischen 20 und 65 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Suspension. Sie weisen Dichten zwischen 1,1 und 1,8 kg/l auf.
Aus
dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Abscheidung
der Trägerschicht
auf den Tragkörpern
unter Verwendung der Beschichtungssuspension, beziehungsweise Aufschlämmung, bekannt.
Zur Beschichtung können
die Tragkörper
zum Beispiel in die Beschichtungssuspension getaucht oder mit der
Beschichtungssuspension übergossen
werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit,
die Beschichtungssuspension in die Kanäle der Tragkörper zu
pumpen oder einzusaugen.
In
allen Fällen
muß überschüssiges Beschichtungsmaterial
durch Absaugen oder Ausblasen mit Preßluft aus den Kanälen der
Tragkörper
entfernt werden. Hierdurch werden auch eventuell mit Beschichtungssuspension
verstopfte Kanäle
geöffnet.
Nach
dem Beschichten werden Tragkörper und
Trägerschicht
getrocknet und anschließend
zur Verfestigung und Fixierung der Trägerschicht auf dem Tragkörper calciniert.
Anschließend
werden die katalytisch aktiven Komponenten in die Beschichtung durch
Imprägnieren
mit zumeist wässrigen
Lösungen von
Vorläuferverbindungen
der katalytisch aktiven Komponenten eingebracht. Alternativ hierzu
können die
katalytisch aktiven Komponenten auch schon der Beschichtungssuspension
selbst zugefügt
werden. Ein nachträgliches
Imprägnieren
der fertiggestellten Trägerschicht
mit den katalytisch aktiven Komponenten entfällt in diesem Fall.
Ein
wesentliches Kriterium der Beschichtungsverfahren ist die mit ihnen
in einem Arbeitsgang erreichbare Beschichtungs- oder Beladungskonzentration.
Hierunter wird der Feststoffanteil verstanden, der nach Trocknen
und Calcinieren auf dem Tragkörper
zurückbleibt.
Die Beschichtungskonzentration wird in Gramm pro Liter Volumen der
Tragkörper
angegeben (g/l). In der Praxis werden Beschichtungskonzentrationen
bei Autoabgaskatalysatoren bis zu 300 g/l benötigt. Kann diese Menge mit
dem verwendeten Verfahren nicht in einem Arbeitsgang aufgebracht
werden, so muß der
Beschichtungsvorgang nach dem Trocknen und gegebenenfalls Calcinieren des
Tragkörpers
so oft wiederholt werden, bis die gewünschte Beladung erreicht ist.
Häufig
werden zwei oder mehrere Beschichtungsvorgänge mit unterschiedlich zusammengesetzten
Beschichtungssuspensionen vorgenommen. Hierdurch werden Katalysatoren
erhalten, die mehrere übereinanderliegende Schichten
mit unterschiedlichen katalytischen Funktionen aufweisen.
Die
DE 40 40 150 C2 beschreibt
ein Verfahren, mit dem Katalysator-Tragkörper in Wabenform über ihre
gesamte Länge
gleichmäßig mit
einer Trägerschicht,
beziehungsweise mit einer katalytisch aktiven Schicht, beschichtet
werden können.
Im folgenden werden Katalysator-Tragkörper in Wabenform auch als
Wabenkörper
bezeichnet. Gemäß dem Verfahren
der
DE 40 40 150 C2 wird
die Zylinderachse des Wabenkörpers
zur Beschichtung vertikal ausgerichtet. Dann wird die Beschichtungssuspension durch
die untere Stirnfläche
des Wabenkörpers
in die Kanäle
eingepumpt, bis sie an der oberen Stirnfläche austritt. Danach wird die
Beschichtungssuspension wieder nach unten abgepumpt und überschüssige Beschichtungssuspension
aus den Kanälen
durch Ausblasen oder Absaugen entfernt, um ein Verstopfen der Kanäle zu vermeiden.
Mit diesem Verfahren werden Trägerschichten
erhalten, die über
die gesamte Länge
der Wabenkörper
eine gute Gleichmäßigkeit
aufweisen.
Die
DE 198 10 260 C2 beschreibt
ein Verfahren zum Beschichten von Strömungskanälen eines Tragkörpers, der
zunächst
mit einer Beschichtungsdispersion durch die untere Stirnfläche mit
einer Füllmenge
gefüllt
wird, die um bis zu 10% größer ist
als das Leervolumen der Strömungskanäle. Sodann
wird die überschüssige Dispersion
durch Absaugen von der oberen Stirnfläche entfernt. Schließlich werden die
Strömungskanäle von unten
mit einem Saugimpuls freigesaugt.
Die
beschriebenen Beschichtungsverfahren weisen eine gewisse Schwankungsbreite
der Beschichtungsmenge von Tragkörper
zu Tragkörper auf.
Die Schwankungsbreite hängt
von der Beschaffenheit der Beschichtungssuspension und von den Eigenschaften
der zu beschichtenden Wabenkörper, wie
zum Beispiel von ihrer Porosität,
ab.
Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren
bzw. eine verbesserte Vorrichtung zum Beschichten von Tragkörpern, insbesondere
für Katalysatoren,
mit einer Beschichtungssuspension bereitzustellen, welches es ermöglicht,
die Schwankungsbreite der Beschichtungsmenge zu vermindern.
Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen gemäß den Ansprüchen gelöst.
Vor
einer eingehenden Beschreibung der Erfindung sollen hier einige
Begriffe erläutert
werden.
Unter
dem Begriff „Körper" werden im nachfolgenden
inerte Tragkörper
für katalytisch
aktive Beschichtungen verstanden.
Mit
Nass-Aufnahme, beziehungsweise Nass-Beschichtungsmenge, wird im
folgenden die Menge der Beschichtungssuspension verstanden, die
nach dem Beschichten und vor einem eventuellen Trocknungsvorgang
auf den Tragkörpern
verbleibt. Sie kann durch Wiegen des Tragkörpers vor und nach dem Beschichten
ermittelt werden kann.
Trocken-Aufnahme
ist dagegen die Menge des Beschichtungsmaterials, welche nach dem Trocknen
und Calcinieren auf den Tragkörpern
vorliegt.
Mit
Soll-Menge wird im folgenden die Nass-Aufnahme verstanden, die zur
Erreichung der geforderten katalytischen Aktivität unbedingt notwendig ist und
von keinem beschichteten Tragkörper
unterschritten werden darf.
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine entsprechende Vorrichtung
zum Beschichten von offenporigen Körpern mit mindestens einer
Beschichtungssuspension. Die Beschichtungssuspension enthält feste
und gelöste
Stoffe in einem flüssigen
Medium. Die Beschichtung erfolgt mit einer Menge im nassen Zustand,
die mindestens einer geforderten Soll-Menge entsprechen soll. Der
Beschichtungsvorgang hat eine Schwankungsbreite der aufgebrachten Nass-Beschichtungsmenge
von Körper
zu Körper. Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- a) Auf-/ bzw. Einbringen der Beschichtungssuspension in den
Körper
und anschließendes
Absaugen bzw. Auspumpen dieser, so dass sich eine Ist-Menge der Beschichtungssuspension
in dem Körper
ergibt, die unter Berücksichtigung
der Schwankungsbreite des Beschichtungsvorgangs stets größer ist
als die geforderte Soll-Menge,
- b) Bestimmen der Differenz zwischen der Ist-Menge und der geforderten
Soll-Menge und
- c) Vermindern der Differenz zwischen Ist-Menge und Soll-Menge
durch Entfernen von noch feuchter Beschichtungssuspension.
Das
Verfahren ist für
die Beschichtung von Tragkörpern
aus Metall oder Keramik geeignet. Die Tragkörper können in Form von sogenannten
Wabenkörpern
mit beidseitig offenen, parallelen Strömungskanälen vorliegen oder eine offenporige Schaum-
oder Faserstruktur aufweisen.
Für die folgenden
Erläuterungen
der Erfindung wird von Tragkörpern
mit parallelen Strömungskanälen ausgegangen,
die in großen
Stückzahlen
als Tragkörper
für Katalysatoren
zur Reinigung der Abgase von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden.
Die
Beschichtung der Tragkörper
wird in einer sogenannten Beschichtungsstation vorgenommen. Aus
dem Stand der Technik sind hierfür
vielfältige
Beispiele bekannt. Exemplarisch wird hier von einer Beschichtungsstation
ausgegangen wie sie zum Beispiel in den Schriften
DE 40 40 150 A1 ,
DE 198 10 260 C2 ,
EP 0941763 A1 ,
EP 1136462 A1 und
EP 1273344 A1 beschrieben
ist.
Die
Tragkörper
werden zur Beschichtung auf die Beschichtungsstation aufgesetzt
und von unten mittels einer Pumpe oder aus einem unter Druck stehenden
Reservoir mit der Beschichtungssuspension gefüllt. Anschließend wird
die überschüssige Beschichtungssuspension
entweder aus dem Tragkörper
herausgepumpt oder durch Anlegen eines Unterdruckes herausgesaugt.
Danach können
eventuell mit Beschichtungssuspension verschlossene Strömungskanäle zum Beispiel
mit Preßluft
freigeblasen werden.
Die
resultierende Beschichtung des Tragkörpers wird im folgenden als
Rohbeschichtung bezeichnet. Die Beschichtungsmenge der Rohbeschichtung
hängt von
der Feststoffkonzentration der Beschichtungssuspension, ihrer Viskosität und den Beschichtungsbedingungen,
insbesondere den Bedingungen beim Entfernen der überschüssigen Beschichtungssuspension
aus den Strömungs kanälen der
Tragkörper
ab. Dem Fachmann sind diese Zusammenhänge bekannt und er kann somit
unter Berücksichtigung
der Schwankungsbreite dieses Beschichtungsprozesses den Mittelwert
der Ist-Beschichungsmenge so legen, das die Soll-Menge bei keinem
Tragkörper
unterschritten wird.
Die
Schwankungsbreite dieses konventionellen Beschichtungsprozesses
hängt von
der Art der Beschichtungssuspension und weiteren Parametern des
Beschichtungsprozesses ab. Gewöhnlich liegt
die Schwankungsbreite bei ± 5
bis ± 10
%. In günstigen
Fällen
kann sie bis auf ± 2
% vermindert werden.
Zur
Verminderung der Schwankungsbreite dieses konventionellen Beschichtungsprozesses sieht
die Erfindung eine Nachabsaugung der noch feuchten Beschichtungssuspension
von einem Ende des Tragkörpers
vor, um die Ist-Menge
der Beschichtung der gewünschten
Soll-Menge anzugleichen. Intensität und/oder Dauer der Nachabsaugung
werden dabei an die ermittelte Differenzmenge, beziehungsweise an
den Überschuss,
angepasst.
Die
Anpassung von Intensität
und/oder Dauer der Nachabsaugung kann zum Beispiel darin bestehen,
daß die
entsprechenden Werte aus in Vorversuchen ermittelten Wertetabellen
für die
gemessene Ist-Menge ausgewählt
werden. Alternativ können
Intensität
und/oder Dauer der Nachabsaugung entsprechend den bei den unmittelbar
zuvor beschichteten Körpern
ermittelten Werten für
Ist-Menge, Intensität und/oder
Dauer der Nachabsaugung und die damit erzielte Verminderung der
Differenz zwischen Ist- und Soll-Menge geregelt werden, das heißt je nach Eingangsgewicht
bzw. Abweichung von der geforderten Soll-Menge wird die Nachabsaugung vorausschauend
so eingestellt, dass die Ist-Menge
dem Zielgewicht bzw. der Soll-Beschichtungsmenge im Tragkörper möglichst
weitgehend angenähert
wird.
Nach
der Nachabsaugung wird die Beschichtungsmenge vorzugsweise erneut
durch Wägung
bestimmt und die Nachabsaugung solange wiederholt bis die Ist-Beschichtungsmenge
innerhalb der Spezifikation liegt.
Erfindungsgemäß wird also
ein konventionelles Beschichtungsverfahren verwendet um eine Rohbeschichtung
auf dem Tragkörper
aufzubringen. Im Anschluß daran
erfolgt eine Nachabsaugung, in der ein etwaiges Zuviel (bezogen
auf einen Zielwert bzw. die Soll-Menge) an Beschichtungssuspension abgesaugt
wird.
Je
nach Schwankungsbreite der Rohbeschichtung wird der Zielwert für die Beschichtungskonzentration
(Mittelwert der Ist-Beschichtungsmengen) soweit nach oben verlegt,
dass alle Tragkörper, auch
solche mit Minimal-Beladung, noch innerhalb der Spezifikation liegen.
Beträgt
die Schwankungsbreite der Rohbeschichtung zum Beispiel ± 5 %,
so werden alle Tragkörper
mit einem Mittelwert der Ist-Beschichtungsmengen von 105 % beschichtet. Damit
ist sichergestellt, dass alle Teile mit 105 ± 5% beschichtet werden und
somit alle Tragkörper
mindestens die Soll-Beschichtungsmenge aufweisen. Die Tragkörper werden
also bei der Rohbeschichtung bewusst überladen. Der Mittelwert der
Ist-Beschichtungsmengen liegt in diesem beispielhaften Fall bei 105%
der geforderten Soll-Beladung.
Nun
folgt die Nachabsaugung. Hierbei wird die bewusste Überladung
der Tragkörper
mit Beschichtungssuspension durch Nachabsaugung auf die Soll-Menge
oder nahe daran abgesaugt.
Der
eventuell vorhandene Überschuss
bei der Rohbeschichtung zwischen Ist-Menge und Soll-Menge wird bevorzugt
durch Wiegen ermittelt. Besonders bevorzugt geschieht die Bestimmung
der Ist-Menge an Beschichtungssuspension durch Wiegen des bzw. jedes
Tragkörpers
vor und nach dem Beschichten mit Rohbeschichtung und Vergleichen der
Ergebnisse. Auch wird vorzugsweise die tatsächlich entfernte Differenz-Menge
durch Wiegen bestimmt. Ist das Gewicht der zur Beschichtung vorgesehenen
Tragkörper
hinreichend konstant, so kann auf das Wiegen vor dem Beschichten
verzichtet werden.
Liegt
die Ist-Menge sehr dicht oberhalb der Soll-Menge, so besteht die
Gefahr, daß durch
die Nachabsaugung die Soll-Menge unterschritten wird. Es ist daher vorteilhaft,
die Nachabsaugung nur dann vorzunehmen, wenn die Differenz zwischen
Ist-Menge und Soll-Menge einen zuvor festgelegten Schwellwert überschreitet.
Die
Differenz zwischen Eingangsgewicht der Rohbeschichtung und Soll-Beschichtungsmenge
ist Kriterium für
die Einstellung der Intensität
der Nachabsaugung. Die Intensität
der Nachabsaugung kann direkt über
den angelegten Unterdruck oder indirekt über ein „Windschott" bzw. eine Drosselklappe,
ein Falschluftventil oder ein Eichleck in der Absaugleitung eingestellt
werden. Als weiteres Regelkriterium kann die Dauer der Nachabsaugung
verändert
werden. Natürlich
können
auch beide Parameter in geeigneter Kombination geändert werden,
um die Intensität
der Nachabsaugung einzustellen.
Bevorzugt
wird jedoch eine konstante Zeit für die Nachabsaugung im Bereich
zwischen 0,1 und 5 Sekunden, insbesondere zwischen 0,5 und 2 Sekunden
verwendet und die Intensität
der Nachabsaugung durch Änderung
des Unterdruckes mit Hilfe einer Drosselklappe, ein Falschluftventil
oder ein Eichleck eingestellt. Im einfachsten Fall erfolgt die Einstellung
der Intensität
der Nachabsaugung durch eine Steuerung an Hand zuvor ermittelter
Kennlinien, welche eine Auflistung der notwendigen Einstellparameter
für die
Drosselklappe usw. in Abhängigkeit
von der Überladung,
das heißt
der Differenz zwischen Eingangsgewicht der Rohbeschichtung und Soll-Beschichtungsmenge,
enthält.
Diese
Kennlinien hängen
in der Regel von der Zusammensetzung der verwendeten Beschichtungssuspension
ab und müssen
daher für
jeden Beschichtungstyp (zum Beispiel Dreiweg-Katalysator für Benzinmotoren,
Dieseloxidationskatalysator oder Stickoxidspeicherkatalysator) separat
ermittelt werden. Es kann daher zweckmäßig sein, zum Beispiel mehrere
Falschluftventile vorzusehen, die optimal an den Steuerungsbereich
für verschiedene
Arten der Beschichtungssuspension und/oder verschieden starke Überladungen
angepaßt
sind.
Besonders
vorteilhaft ist der Aufbau eines Regelkreises aus den zu beschichtenden
Tragkörpern
als Regelstrecke, der gemessenen Überladung als Ist-Wert und
der Soll-Beladung als Soll-Wert. In einem Regler werden aus der
Abweichung zwischen Ist- und Soll-Wert Stellgrößen für die Einstellung der als Stellglied
fungierenden Drosselklappe (oder Falschluftventil etc.) ermittelt.
Durch zunehmende Kampagnendauer ergibt sich eine Regelfunktion,
die selbstlernend verfeinert und verbessert wird. Als Folge kann
die Anpassung der Nachsaugung, bei sonst konstanten Prozeßparametern,
vorausschauend für den
jeweils nächsten
Tragkörper
erfolgen. Je nach Überbeschichtung
wird die Leistung der Nachabsaugung für das spezifische Teil vorab
individuell eingestellt. Den Erfolg dieser Maßnahme bewertet das Regelsystem
selbständig,
um die Regelparameter anzupassen und zu verbessern.
Somit
wird die Beschichtung aller Tragkörper ein festgelegtes Toleranz-Fenster
(z.B. ± 1%)
oberhalb der Soll-Menge gezwungen, was mit einer einmaligen Absaugung
nicht möglich
ist.
Das
Entfernen des Überschusses
bzw. der Differenz-Menge erfolgt in besonders bevorzugter Ausführungsform
durch iteratives Entfernen einer bestimmten, relativ kleinen Menge,
Wiegen und gegebenenfalls Wiederholen dieser Schritte. Die Schritte b)
und c) des Verfahrens werden hierbei also mindestens zweimal durchlaufen
bis die Ist-Menge in einem vorher festgelegten Toleranzintervall
oberhalb der Soll-Menge liegt. Dabei kann der festgelegte Schwellwert
nach jedem Durchlauf reduziert werden, um für einen erneuten Durchlauf
die Präzision
zu erhöhen.
Beim
Wiederholen der genannten Schritte werden die relativ kleinen Mengen
bevorzugt aus jeweils entgegengesetzten Enden des Tragkörpers gesaugt.
Das hat den Vorteil, dass die Gleichmäßigkeit der Beschichtung über die
Länge der
Kanäle
im Tragkörper
verbessert wird. Zum Saugen der relativ kleinen Mengen aus jeweils
entgegengesetzten Enden des Tragkörpers wird der Tragkörper vor
dem Nachsaugen jeweils um 180 Grad gedreht und kommt damit mit seinen
entgegengesetzten Enden an einer Saugstation zum Anliegen.
Bei
der iterativen Nachabsaugung besteht allerdings die Gefahr, dass
die Beschichtungssuspension sich mit steigender Iterationsstufe
verfestigt und die Beschichtung durch die Nachabsaugung zunehmend
nur noch getrocknet wird. Dieses Verhalten kann durch ein entsprechendes
Steuer- bzw. Regelprogramm kompensiert werden. Bevorzugt wird jedoch
die Zahl der Nachabsaugungen auf maximal 2 bis 3 beschränkt.
Nach
erfolgter Nachabsaugung werden die beschichteten Tragkörper bei
erhöhter
Temperatur zwischen 80 und 200°C
für die
Dauer von 5 Minuten bis 2 Stunden getrocknet und anschließend gewöhnlich bei
Temperaturen zwischen 300 und 600°C
für die
Dauer von 10 Minuten bis 5 Stunden calciniert. Die Calcinierung
bewirkt eine gute Fixierung der Beschichtung auf dem Tragkörper und überführt eventuelle
Vorläuferverbindungen
in der Beschichtungssuspension in ihre endgültige Form.
Das
vorgestellte Verfahren liefert bei der Beschichtung von Tragkörpern mit
katalytisch aktiven Beschichtungen eine hervorragende Genauigkeit, das
heißt
eine geringe Schwankungsbreite, der Beschichtungskonzentration.
Die erhöhte
Genauigkeit wird durch die erfindungsgemäße Nachabsaugung erhalten.
Dies war zunächst überraschend,
da zu befürchten
war, daß durch
die Nachabsaugung lediglich die flüssige Phase der Beschichtungssuspension entfernt
würde,
nicht aber auch ein entsprechender Feststoffanteil. Die Untersuchungen
der Erfinder zeigten jedoch, daß dies
nicht der Fall ist. Das Verhältnis
von Trocken-Aufnahme
zu Nass-Aufnahme verändert
sich durch die Nachabsaugung nur geringfügig.
Es
ist daher möglich,
den Mittelwert der mit dem Verfahren erzielten Ist-Beschichtungsmengen dichter
an die technisch erforderliche Soll-Beschichtungsmenge heranzulegen. Dadurch
können
erhebliche Einsparungen an Edelmetall und wertvollen Rohstoffen
für die
Beschichtung erzielt werden. Bei den konventionellen Beschichtungsverfahren
muß dagegen
der Mittelwert der Ist-Beschichtungsmengen deutlich größer als
die technisch erforderliche Soll-Beschichtungsmenge gewählt werden,
um ein Unterschreiten der Soll-Beschichtungsmenge
bei einigen Tragkörpern
sicher zu vermeiden.
Besonders
vorteilhaft ist die Anwendung des Verfahrens für die Anfertigung von Mehrfachschichten
auf den Tragkörpern.
Die Schwankungsbreiten der einzelnen Beschichtungen addieren sich
hierbei, so daß bei
den konventionellen Verfahren mit erheblichen Schwankungsbreiten
der fertigen Mehrfachbeschichtung gerechnet werden muß. Durch
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
auf dieses Beschichtungsproblem können Mehrfachschichten mit
deutlich verminderten Schwankungsbreiten der Beschichtungskonzentration
gefertigt werden.
Bevorzugte
Ausführungsformen
der Vorrichtung bzw. des Verfahrens werden beispielhaft an Hand
der 1 und 2 näher erläutert. Es zeigen:
1: prinzipielle Darstellung
einer bevorzugten Beschichtungsanlage zur Durchführung des Verfahrens und
2: eine graphische Darstellung
der Beschichtungsmengen für
eine Serie von Tragkörpern bei
konventioneller Beschichtung und bei Beschichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
1 zeigt den möglichen
Aufbau einer für das
Verfahren geeigneten Beschichtungsanlage. Die Beschichtungsanlage
weist vorzugsweise eine Beschichtungsstation 20 zur Herstellung
der Rohbeschichtung auf. Zu diesem Zweck wird der zu beschichtende
Tragkörper 1 auf
den dafür
vorgesehenen Halteelementen abgesetzt, vgl. 1. Durch Aufblasen einer aufblasbaren
Gummimanschette 21 wird der Tragkörper 1 auf der Station
fixiert und abgedichtet. Weiterhin kann eine zweite Dichtungsmanschette 22 vorgesehen
sein, die auf das obere Ende des Tragkörpers 1 aufgebracht
wird, um einen Überlauf 23 dicht
zu fixieren. Vorzugsweise oberhalb ist ein Füllsensor 25 angeordnet, über den
die ausreichende Befüllung
des Tragkörpers 1 detektiert
wird und der dementsprechend ein Signal an die Vorrichtungssteuerung
bzw. Regelung der Beschichtungsanlage gibt.
Zur
Anfertigung der Rohbeschichtung wird die Beschichtungssuspension über die
Zuleitung 24 von unten in den Tragkörper eingepumpt, bis der Füllsensor das
Erreichen einer festgelegten Füllhöhe meldet.
Danach wird überschüssige Beschichtungssuspension
durch Öffnen
einer Absaug- bzw. Drosselklappe 26 aus den Kanälen des
Tragkörpers 1 durch
Absaugen (Vorabsaugung) entfernt. Hierzu ist eine Rohrleitung mit
einem hier nicht gezeigten Unterdruckgefäß und einem Demister verbunden.
Das Unterdruckgefäß ist mit
einem Gebläse
verbunden, welches einen Unterdruck zwischen vorzugsweise 50 und
500 und besonders bevorzugt 300 mbar aufrecht erhält. Intensität und Dauer
der Vorabsaugung können
mit Hilfe der Drosselklappe 26 eingestellt werden. Sie
bestimmen die auf dem Tragkörper
verbleibende Roh-Beschichtungsmenge. Außerdem dient dieser Vorgang
dazu, eventuell durch Beschichtungssuspension verstopfte Kanäle zu öffnen.
1 zeigt weiterhin eine Wiegestation 30, in
der der beschichtete Tragkörper 1 auf
einer Waage 31 gewogen wird. Auf diese Weise kann die Menge der
Beschichtungssuspension im Tragkörper 1 ermittelt
werden. Zusätzlich
kann eine der Beschichtungsstation 20 vorgeschaltete Wiegestation 10 mit
Waage 11 vorgesehen sein, die das Gewicht des Tragkörpers 1 vor
der Beschichtung bestimmt.
Sollte
sich nun in der Wiegestation 30 herausstellen, dass die
Beladung des Tragkörpers 1 mit Beschichtungssuspension
zu hoch ist, wird der Tragkörper
auf eine Nachsaugstation 40 befördert, über die die zuviel aufgebrachte
Beschichtungssuspension entfernt wird. In der Nachsaugstation 40 befindet sich, ähnlich der
Beschichtungsstation 20, eine Dichtungsmanschette 41,
die den Tragkörper 1 dicht
auf der Nachsaugstation 40 fixiert. Über eine Absaugklappe 46 wird
dabei die Menge der abgesaugten Beschichtungssuspension gesteuert
bzw. geregelt. Sollte dagegen in der Wiegestation festgestellt werden, daß die aufgebrachte
Beschichtungsmenge schon unterhalb des Schwellwertes liegt, so wird
der Tragkörper
ohne Nachsaugung aus der Beschichtungsanage ausgeschleust und einer
hier nicht dargestellten Trocknungs- und Calcinierstation zugeführt.
Nach
der Nachabsaugung erfolgt besonders bevorzugt ein weiteres Wiegen
des Tragkörpers 1 in der
Wiegestation 30 oder in einer weiteren Wiegestation 50 mit
einer Waage 51, wie in 1 dargestellt. Sollte
bei der weiteren Kontrolle der Menge der Beschichtungssuspension
im Tragkörper 1 festgestellt werden,
dass sich noch immer zuviel Beschichtungssuspension im Tragkörper 1 befindet,
kann dieser nochmals in die Nachsaugstation 40 befördert werden.
Andernfalls wird der Tragkörper
aus der Beschichtungsstation ausgeschleust und der Trocknungs- und
Calcinierstation zugeführt.
Die
Wiegestationen 30 und 50 können, wie bereits angedeutet,
zusammengelegt werden, abhängig
von der gewünschten
Flexibilität
bzw. Geschwindigkeit der gesamten Anlage. Weiterhin können die
Wiegestation 30 bzw. 50 mit der Nachsaugstation 40 oder
der Beschichtungsstation 20 kombiniert werden.