DE4002649A1 - Verfahren zum verschliessen einzelner kanaele eines keramischen wabenkoerpers - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen einzelner Kanäle eines keramischen Wabenkörpers im "grünen" Zustand.

Neben ihrer bekannten, im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung keine Rolle spielenden Verwendung derartiger Körper als Träger für eine katalytische, die Abgase von insbesondere Ottomotoren von Schadstoffen reinigende Verwendung werden, ist für solche Wabenkörper, die z. B. in der US-A 37 90 654 beschrieben worden sind, der Einsatz als Filter für die Zurückhaltung des im Abgas von Dieselmotoren mitgeführten Rußes beabsichtigt. Die Rußpartikel werden dabei in den porösen, die einzelnen Waben des Körpers voneinander trennenden Stegen zurückgehalten, wenn dem Abgas der Weg durch diese Stege aufgezwungen wird. Hierzu werden die Kanäle des Wabenkörpers wechselseitig an dessen Anström- und Abströmseite verschlossen, so daß jeder derselben nur in der einen Richtung offen ist (FR-A-15 15 158). Dieses Verschließen soll nach bekannten Vorschlägen entweder dadurch geschehen, daß an die Endflächen desselben Platten oder Folien angeklebt werden, die eine entsprechend (meist auf die Hälfte) verringerte Anzahl von mit den Kanälen fluchtenden Löchern aufweisen (EP-B-00 42 301); andererseits dadurch, daß in einzelne der Kanäle Tropfen aus einem artverwandten Material eingebracht werden (EP-B-00 43 694). In beiden Fällen erfolgt das Verschließen der Kanäle erst, wenn der aus einer Cordierit bildenden Masse (DE-C 24 50 071) durch Extrusion hergestellte Wabenkörper bereits fertig gebrannt ist. Während bei den Wabenkörpern der ersten oben beschriebenen Art das Problem einer unzureichenden Temperatur- und Vibrationsfestigkeit der Verbindung zwischen dem Wabenkörper und den Endplatten besteht, führt die Tatsache, daß bei den nach der zweiten Methode vorzusehenden Stopfen durch deren unvermeidlicherweise gegenüber den Stegen erhöhte Dicke Materialanhäufungen auftreten dazu, daß insbesondere während der Aufheiz- und Abkühlphase wegen der unterschiedlichen Temperaturänderungsgeschwindigkeiten in Stegen und Stopfen Wärmespannungen auftreten, die zu einer Zerstörung des Wabenkörpers führen können. In jedem Falle erfolgt das Verschließen der Kanäle in mindestens einem zusätzlichen, kostspieligen Verfahren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Angabe eines Verfahren, das es gestattet, das Verschließen der Kanäle am "Grünling" des Körpers vorzunehmen (d. h. vor dem Brennen desselben) wobei dieser sowohl von seiner Zusammensetzung als auch von seiner Struktur, insbesondere der Wandstärken möglichst homogen sein soll.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß in den zu verschließenden Kanal ein die Wandungen desselben nach innen plastisch verformender Formgebungsdorn eingeführt wird, bis sich die Stege des Körpers an ihren Enden dicht zusammengeschlossen haben. Die Stopfen bilden dann keinen nachträglich hinzugefügten (und infolge ungenügender Anbindung womöglich undichten) Fremdkörper, sondern einen integralen Bestandteil des Wabenkörpers. Das Verfahren kann unmittelbar im Anschluß an die Ausformung des letzteren aus der Rohmasse erfolgen, die durch Aufteilen eines endlos extrudierten Stranges in Stücke der gewünschten Länge geschieht. Dieser Effekt wird noch verstärkt, wenn, wie meist angestrebt, das Cordierit eine anisotrope Kristallstruktur aufweist. Es stoßen keine Teile aneinander, deren höherer (bzw. niedrigerer) thermischer Ausdehnungskoeffizient in verschiedenen Richtungen wirkt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird in sämtliche zu verschließenden Kanäle am jeweiligen Ende des Wabenkörpers gleichzeitig ein Formgebungsdorn eingeführt, so daß mittels eines entsprechenden, die erforderliche Zahl von Formgebungsdornen aufweisenden Werkzeuges in einem Arbeitsgang eine ganze Endfläche des Wabenkörpers fertiggestellt werden kann.

In spezieller Weiterführung dieses Erfindungsgedankens erfolgt das Einführen der Formgebungsdorne gleichzeitig an beiden Enden des Wabenkörpers. Durch die gegeneinander wirkenden, als gleich anzunehmenden Kräfte, mit denen die Formgebungsdorne beider Seiten bewegt werden, kann auf eine besondere Halterung des Wabenkörpers während dieses Verfahrensschrittes verzichtet werden, die wegen des noch weichen Zustandes desselben nur schwierig zu realisieren ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Formgebungsdorne während des Einführens in die Kanäle in vibrierende Bewegung versetzt. Durch die Vibration wird erreicht, daß die sich zunächst nur lose berührenden zueinandergedrückten Flächen der Stege homogenisiert und miteinander verzahnt werden, so daß an dieser Stelle keine im späteren Betrieb bei hohen Temperaturen eine Schwachstelle bildende Diskontinuitäten verbleiben.

Um zu verhindern, daß die zu verformenden Stege unter der in Längsrichtung auf sie wirkenden Verformungskraft seitlich ausweichen, werden in die dem zu verschließenden Kanal benachbarten Kanäle gleichzeitig Führungsdorne eingeführt, die die Wabenstruktur an den nicht zu verformenden Stellen stützen.

Um eine möglichst gleichmäßige Umlenkung der thermischen Ausdehnungskräfte sicherzustellen, sollten sich die zueinander gebogenen Stege möglichst in Form eines Gewölbes zusammenschließen. Daher weisen die Formgebungsdorne nach einem weiteren Merkmal des Verfahrens an ihrer in die zu verschließenden Kanäle eindringenden Fläche eine gewölbeförmige Ausnehmung auf, insbesondere eine solche, die die Form eines Rotationsparaboloids hat.

In weiterer Verbesserung des Verfahrens wird auf die zusammenzuführenden Bereiche der Stege ein Haftverbesserer oder Kleber aufgebracht, um das Zusammenschließen der Stege zu unterstützen.

Hierzu werden die Formgebungsdorne mit in den zu verschließenden Kanälen mündenden Zufuhrleitungen versehen, durch die der Haftverbesserer oder Kleber an die gewünschten Stellen gebracht werden kann.

Die Verformung der Stege kann dazu führen, daß insbesondere in der Mitte des so hergestellten Kanalverschlusses eine Materialanhäufung erfolgt, die dann wiederum zu den oben erwähnten, unerwünschten unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der einzelnen Teile des Wabenkörpers führen kann. Daher wird in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ein Teil des Materials der zusammenzuführenden Kanalwandungen während desselben entfernt. Nur die bei der gewählten geometrischen Form des herzustellenden Kanalverschlusses für die Beibehaltung einer gleichmäßigen Wandstärke der Stege noch erforderlichen Materialmengen verbleiben dann in diesem Bereich.

Eine spezielle Art der Durchführung dieses Erfindungsgedankens besteht darin, daß Teile der Stege in ihren zusammenzuführenden Bereichen vor ihrer Verformung mit Ausnehmungen versehen werden, die für das gewünschte Materialdefizit sorgen. Die Ausnehmungen können in bekannter Weise mittels schneidender bzw. stanzender Werkzeuge hergestellt werden.

Alternativ hierzu werden Teile der Stege in ihren zusammenzuführenden Bereichen während und durch ihre Verformung verdrängt, so daß das überschüssige Material aus diesen Bereichen entfernt wird.

In spezieller Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens fließen die zu verdrängenden Teile der Stege durch Lücken zwischen den Formgebungs- und gegebenenfalls den Führungsdornen.

In weiterer Ausgestaltung dieses Gedankens fließen die zu verdrängenden Teile der Stege durch in den Formgebungs- und/oder Führungsdornen vorhandene Abfuhrleitungen. Diese Abfuhrleitungen können identisch mit den weiter oben erwähnten Zufuhrleitungen sein, durch die die Zufuhr der Haftverbesserer oder Kleber an den gewünschten Ort stattfindet.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren auf den Grünling eines zu einer Keramik zu brennenden Wabenkörpers angewandt, insbesondere eines solchen, der für den Einsatz als Dieselrußfilter bestimmt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Wabenkörper im Längsschnitt sowie schematisch die zur Durchführung des Verfahrens eingesetzten Werkzeuge,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch den Wabenkörper entsprechend der Linie II-II der Fig. 1, die

Fig. 3 einen Längsschnitt entsprechend der Linie III-III der Fig. 2 und die

Fig. 4 eine Ansicht des Werkzeuges entsprechend der Richtung IV der Fig. 1.

Ein aus einer zu Cordierit zu brennenden Masse geformter Wabenkörper 1 hat in einem zumeist viereckigen Raster angeordnete Stege 11, die zwischen sich Kanäle 12 einschließen. Abwechselnd das eine oder andere Ende der Kanäle 12 wird durch Stopfen 13 verschlossen, so daß im späteren Gebrauch des Wabenkörpers 1 als Dieselrußfilter das zu reinigende Abgas die durch die gestrichelten Pfeile angedeuteten Wege nehmen muß, wobei es die porösen Stege 11 durchdringt, so daß die im Abgas mitgeführten Rußpartikel zurückgehalten werden. An seiner Außenseite ist der Wabenkörper mit einem dichten Mantel 14 versehen, der aus Gründen einer besseren Handhabbarkeit eine gegenüber den Stegen 11 erhöhte Wandstärke aufweisen kann. Hergestellt werden die Stopfen 13 dadurch, daß möglichst von beiden Seiten her Werkzeuge 2 entsprechend den durch die dicken Pfeile angedeuteten Richtungen zunächst in den Wabenkörper 1 eingedrückt und danach wieder aus ihm herausgezogen werden. Die Werkzeuge 2 setzen sich aus einer Vielzahl von Formgebungsdornen 21 und Führungsdornen 22 zusammen. Die Formgebungsdorne 21 sind mit gewölbeförmigen Ausnehmungen 23 versehen, bevorzugt in der Form eines Rotationsparaboloides. Durch ihr Eindringen in den Wabenkörper 1 werden einzelne Stege 11 verformt und schließlich zu den die entsprechenden Kanäle abschließenden Stopfen 13 zusammengeführt. Der Vorgang wird unterstützt dadurch, daß die Werkzeuge 2 derweil in Vibrationen versetzt werden; und zwar so, daß die übrigen Teile der Wabenstruktur 1 nicht in Mitleidenschaft gezogen werden. Die anzuwendende Vibrationsfrequenz und -amplitude hängt selbstverständlich von einer Vielzahl von Faktoren ab, so von der Konsistenz der "grünen" Keramikmasse, der Dicke der Stege 11 usw. Bei einem Wabenkörper 1 aus einer Cordierit bildenden Rohmasse, mit einer Stärke der Stege 11 von 0,2 bis 1,5 mm und einem Abstand derselben von 1 bis 4 mm ergab eine Frequenz von größenordnungsmäßig 50 Hz gute Resultate. Um ein unerwünschtes seitliches Ausknicken der Stege 11 unter der durch die Werkzeuge 2 aufgebrachten Belastung zu verhindern, weisen letztere darüber hinaus Führungsdorne 22 auf, die in die nicht zu verschließenden Kanäle 12 eingeführt werden und deren benachbarte Stege 11 stützen.

Die Fig. 2 läßt erkennen, daß von den Kanälen 12 jeder zweite verschlossen werden soll, wobei diese Kanäle im Beispiel schachbrettförmig verteilt sind. Die in diese Kanäle einzuführenden Formgebungsdorne 21 (s. Fig. 4) haben einen z. B. achteckigen Querschnitt und weisen am unteren Ende Ausnehmungen 23 auf, die die annähernd (negative) Form eines Rotationsparaboloides haben. Eng verbunden mit ihnen sind die Führungsdorne 22, die in diejenigen Kanäle 12 eingeführt werden, die offen bleiben sollen. Durch die Druckwirkung der Formgebungsdorne 21 werden die Stege 11 bis zu einer gewissen Tiefe verformt, und zwar zu einem gewölbeförmigen Stopfen 13. Ein Ausknicken der ja noch weichen Stege 11 wird durch die Wirkung der Führungsdorne 22 verhindert. In der Spitze des Stopfens 13 kann es leicht zu einer unerwünschten Materialanhäufung kommen, wenn die gesamte Masse der Stege 12 in diesem Bereich zusammengedrückt wird. Um dies zu vermeiden, können z. B. in den Führungsdornen 22 Schlitze 25 angelegt sein, durch die verdrängtes Material nach außen abfließen kann. Zusätzlich oder auch alternativ hierzu können die Stege 11 in diesem Bereich Ausnehmungen 26 aufweisen, durch die die zu verformende Materialmenge verringert wird. Als dritte Möglichkeit können in den Formgebungsdornen 21 Kanäle 24 angelegt sein, durch die das überschüssige Material abfließen kann. Durch die Kanäle 24 kann zu Beginn des Verformungsprozesses ein Kleber oder Haftvermittler zwischen die miteinander zu verbindenden Stege 11 gebracht werden.

Claims (15)

1. Verfahren zum Verschließen einzelner Kanäle (12) eines keramischen Wabenkörpers (1) im grünen Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß in den zu verschließenden Kanal (12) ein die Stege (11) desselben nach innen plastisch verformender Formgebungsdorn (21) eingeführt wird, bis sich die Stege (11) des Körpers (1) an ihren Enden zu einem Stopfen (13) dicht zusammengeschlossen haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in sämtliche zu verschließende Kanäle (12) am jeweiligen Ende des Wabenkörpers (1) gleichzeitig ein Formgebungsdorn (21) eingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführen der Formgebungsdorne (21) gleichzeitig an beiden Enden des Wabenkörpers (1) erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebungsdorne (21) während des Einführungsvorganges in die Kanäle (12) in vibrierende Bewegung versetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die den zu verschließenden Kanal (12) benachbarten Kanäle gleichzeitig Führungsdorne (22) eingeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebungsdorne (21) an ihrer in die zu verschließenden Kanäle (12) eindringenden Fläche eine gewölbeförmige Ausnehmung (23) aufweisen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebungsdorne (21) eine Ausnehmung (23) aufweisen, die die Form eines Rotationsparaboloids hat.

8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf die zusammenzuführenden Bereich der Stege (12) ein Haftverbesserer oder Kleber aufgebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebungsdorne (21) mit in den zu verschließenden Kanälen (12) mündenden Zufuhrleitungen (24) versehen sind.

10. Verfahren nach Anspruch 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Materials der zusammenzuführenden Stege (11) während desselben entfernt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Stege (11) in ihren zusammenzuführenden Bereichen vor ihrer Verformung mit Ausnehmungen (26) versehen werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Stege (11) in ihren zusammenzuführenden Bereichen während und durch ihre Verformung verdrängt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verdrängenden Teile der Stege (11) durch Lücken (25) zwischen den Formgebungs- (21) und den Führungsdornen (22) fließen.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verdrängenden Teile der Stege (11) durch in den Formgebungsdornen (21) vorhandene Abfuhrleitungen (24) fließen.

15. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche auf den Grünling eines zu einer Keramik zu brennenden Wabenkörpers.