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DE102019113587B4 - Verfahren zum Herstellen eines wabenförmigen, keramischen Körpers eines Katalysators oder Partikelfilters - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines wabenförmigen, keramischen Körpers eines Katalysators oder Partikelfilters Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines wabenförmigen, keramischen Körpers (1) eines Katalysators oder Partikelfilters eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, nämlich eines wabenförmigen Körpers (1) mit mehreren durch Wände (2) begrenzten Kanälen (3), die sich ausgehend von einer ersten Stirnseite (4) des Grundkörpers (1) in Richtung auf eine gegenüberliegende zweite Stirnseite (5) des Grundkörpers (1) erstrecken, mit folgenden Schritten:Bereitstellen einer pastösen, keramischen Mischung aus den wabenförmigen Körper (1) bildenden Elementen und/oder Verbindungen,lagenweises und schichtweises Aufbauen des wabenförmigen Körpers (1) durch ein additives Fertigungsverfahren, derart, dass eine Schicht aus mindestens einer Lage des wabenförmigen Körpers (1) lagenweise gedruckt wird, dass die gedruckte Lage der Schicht nach dem Drucken der Schicht schichtweise getrocknet wird, und dass nachfolgend weitere Schichten des wabenförmigen Körpers (1) lagenweise gedruckt und schichtweise getrocknet werdenwobei zum Trockenen eine Trocknungseinrichtung und der wabenförmige Körper (1) relativ zueinander bewegt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines wabenförmigen, keramischen Körpers eines Katalysators oder Partikelfilters eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine.
  • Wabenförmige, keramische Körper eines Katalysators oder Partikelfilters, die auch als Honeycombs bezeichnet werden, werden durch Strangextrusion einer keramischen Mischung durch eine Schablone hergestellt. Ein durch Strangextrusion erzeugter Körper wird zur Erzeugung eines Grünlings getrocknet, wobei der Grünling anschließend gebrannt wird. Das Brennen des Grünlings zur Kalzinierung desselben erfolgt bei Temperaturen von mehr als 500°C.
  • Das Herstellen von wabenförmigen, keramischen Körpern mithilfe von Strangextrusion verfügt über eine Vielzahl von Nachteilen. So neigt der frisch extrudierte Körper bei zu großen Durchmessern desselben vor der Trocknung zum Zusammensacken, sodass ein maximal realisierbarer Durchmesser eines durch Strangextrusion hergestellten wabenförmigen Körpers üblicherweise bei nicht mehr als 350 mm liegt.
  • Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass infolge der Strangextrusion die Kanäle des wabenförmigen Körpers immer parallel angeordnet sind, Umlenkungen oder Änderungen des Strömungsquerschnitts können nicht hergestellt werden.
  • Ferner besteht ein durch Strangextrusion hergestellter wabenförmiger, keramischer Körper über seine Abmessungen gesehen aus einer identischen Materialzusammensetzung.
  • Die Dokumente PENG, E., ZHANG, D., DING, J.: Ceramic Robocasting: Recent Achievements, Potential, and Future Developments. Advanced Materials, 30 (2018) 1802404, sowie WO 2018/052287 A1 und US 2018/0272323 A1 beschreiben Verfahren zur Herstellung keramischer Körper.
  • Insgesamt sind also die Gestaltungsmöglichkeiten für einen wabenförmigen, keramischen Körper eingeschränkt. Es besteht Bedarf daran, wabenförmige, keramische Körper mit höherer Gestaltungsfreiheit herzustellen.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Herstellen eines wabenförmigen Körpers eines Katalysators oder Partikelfilters eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines wabenförmigen Körpers eines Katalysators oder Partikelfilters eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest folgende Schritte:
    • Bereitstellen einer pastösen, keramischen Mischung aus den wabenförmigen Körper bildenden Elementen und/oder Verbindungen.
  • Lagenweises und schichtweises Aufbauen des wabenförmigen Körpers durch ein additives Fertigungsverfahren, derart, dass eine Schicht aus mindestens einer Lage des wabenförmigen Körpers lagenweise gedruckt wird, dass die oder jede gedruckte Lage der Schicht nach dem Drucken der Schicht schichtweise getrocknet wird, und dass nachfolgend weitere Schichten des wabenförmigen Körpers lagenweise gedruckt und schichtweise getrocknet werden.
  • Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, einen wabenförmigen, keramischen Körper eines Katalysators oder Partikelfilters lagenweise und schichtweise durch ein additives Fertigungsverfahren aufzubauen.
  • Zunächst wird eine erste Schicht aus mindestens einer Lage der pastösen, keramischen Mischung lagenweise gedruckt und schichtweise getrocknet. Die erste Schicht kann dabei eine einzige Lage umfassen. Vorzugsweise umfasst die erste Schicht mehrere Lagen, die nacheinander gedruckt und gemeinsam getrocknet werden.
  • Anschließend werden lagenweise und schichtweise weitere Schichten aus jeweils mindestens einer Lage auf die jeweils zuvor gedruckte und getrocknete Schicht aufgebracht, nämlich lagenweise gedruckt und schichtweise getrocknet. Jede weitere Schicht kann dabei eine einzige Lage umfassen. Vorzugsweise umfasst jede weitere Schicht mehrere Lagen, die je Schicht nacheinander gedruckt und je Schicht gemeinsam getrocknet werden.
  • Durch das lagenweise Drucken und schichtweise Trocknen der Schichten mit jeweils mindestens einer Lage wird ein Grünling schrittweise aufgebaut und schichtweise in seiner Form stabilisiert, sodass keine Gefahr besteht, dass selbst bei großen Abmessungen derselbe infolge seines Eigengewichts zusammensackt. Ein durch lagenweises Drucken und schichtweises Trocknen aufgebauter Grünling kann anschließend problemlos gebrannt werden.
  • Vorzugsweise wird die pastöse Mischung einer Zuführeinrichtung mit mehreren Düsen bereitgestellt, wobei die Düsen einen Abstand aufweisen, der dem Abstand oder einem ganzzahligen Vielfachen des Abstands der die Kanäle begrenzenden Wände entspricht. Auf diese Art und Weise können je Arbeitsgang mehrere Kanäle des wabenförmigen, keramischen Körpers parallel bzw. zeitgleich gedruckt und getrocknet werden.
  • Vorzugsweise wird beim Aufbauen des wabenförmigen Körpers jede Schicht dadurch getrocknet, dass der Schicht und damit der oder jeder Lage der Schicht durch Erwärmung auf eine Temperatur von mindestens 80°C, bevorzugt auf mindestens 100°C, äußerst bevorzugt auf mindestens 140°C, Feuchtigkeit entzogen wird. Eine derartige Temperatur zum Trocknen der jeweils gedruckten Schicht kann zum Beispiel über einen Wärmestrahler und/oder über Mikrowellenbestrahlung einfach und vorteilhaft eingestellt werden.
  • Vorzugsweise wird beim Trocken ein Luftstrom über den wabenförmigen Körper geführt und/oder ein Unterdruck erzeugt. Durch Erzeugung des Unterdrucks kann der Siedepunkt des Lösungsmittels der pastösen, keramischen Mischung herabgesetzt werden, wodurch das Trocknen mit einer geringeren Temperatur und damit geringerem Energieaufwand erfolgen kann.
  • Nach einer ersten Variante erfolgt der lagenweise und schichtweise Aufbau des wabenförmigen Körpers ausgehend von der ersten Stirnseite desselben in Richtung auf die zweite Stirnseite desselben in Längsrichtung der Kanäle. Nach einer zweiten Variante erfolgt der lagenweise und schichtweise Aufbau des wabenförmigen Körpers ausgehend von einem Randabschnitt desselben in Richtung auf einen anderen Randabschnitt desselben quer zur Längsrichtung der Kanäle. Mit beiden Varianten kann ein wabenförmiger, keramischer Körper eines Katalysators oder Partikelfilters vorteilhaft schrittweise aufgebaut werden.
  • Vorzugsweise wird beim Aufbau des wabenförmigen Körpers die Zusammensetzung der pastösen, keramischen Mischung geändert. Hiermit ist es möglich, einen wabenförmigen, keramischen Körper mit unterschiedlichen funktionalen Abschnitten bereitzustellen.
  • So ist es zum Beispiel möglich, innerhalb eines monolithischen wabenförmigen, keramischen Körpers Abschnitte mit unterschiedlichen katalytischen Eigenschaften bereitzustellen, so zum Beispiel in einem ersten Abschnitt Eigenschaften eines SCR-Katalysators (Die Abkürzung SCR entspricht der Bezeichnung „selective catalytic reduction“ also einer „Selektiven katalytischen Reduktion“) sowie in einem zweiten Abschnitt Eigenschaften eines NH3-Oxidationskatalysators.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung werden beim Aufbau des wabenförmigen Körpers Strömungsumlenkungen und/oder Strömungsdurchbrüche zwischen Kanälen und/oder variable Strömungsquerschnitte der Kanäle ausgebildet. Durch Strömungsumlenkungen und/oder Strömungsdurchbrüche zwischen Kanälen und/oder variable Strömungsquerschnitte der Kanäle kann eine gewünschte Eigenschaft des wabenförmigen, keramischen Körpers gezielt eingestellt werden.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
    • 1 eine stark schematisierte Ansicht einer Stirnseite eines wabenförmigen Körpers eines Katalysators oder Partikelfilters,
    • 2 einen stark schematisierten Querschnitt des wabenförmigen Körpers eines Katalysators oder Partikelfilters,
    • 3 eine stark schematisierte Ansicht einer Stirnseite eines zweiten wabenförmigen Körpers eines Katalysators oder Partikelfilters,
    • 4 einen stark schematisierten Querschnitt eines dritten wabenförmigen Körpers eines Katalysators oder Partikelfilters,
    • 5 einen stark schematisierten Querschnitt eines weiteren wabenförmigen Körpers eines Katalysators oder Partikelfilters.
  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet wabenförmiger keramischer Körper für Katalysatoren oder Partikelfilter eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine.
  • Derartige wabenförmige Körper werden auch als Honeycombs bezeichnet. Konkret betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen wabenförmigen, keramischen Körpers.
  • 1 und 2 zeigen unterschiedliche Ansichten eines wabenförmigen, keramischen Körpers 1 eines Katalysators. So weist der wabenförmige, keramische Körper 1 mehrere durch Wände 2 begrenzte Kanäle 3 auf, die sich ausgehend von einer ersten Stirnseite 4 in Richtung auf eine gegenüberliegende zweite Stirnseite 5 des wabenförmigen Körpers 1 erstrecken. 2 visualisiert mit Pfeilen 6 eine Strömungsrichtung des Abgases durch die Kanäle 3 des wabenförmigen, keramischen Körpers 1, die sich von der ersten Stirnseite 4 in Richtung auf die zweite Stirnseite 5 erstreckt.
  • Um einen derartigen wabenförmigen, keramischen Körper 1 herzustellen, wird eine pastöse, keramische Mischung bereitgestellt, und zwar eine pastöse, keramische Mischung aus den wabenförmigen Körper bildenden Elementen und/oder Verbindungen.
  • So ist es möglich, dass die pastöse, keramische Mischung aus einem Lösungsmittel, insbesondere aus Wasser und/oder Alkohol, sowie aus mindestens einer der folgenden Verbindungen besteht: TiO2, WO3, V2O5, SiO2, Al2O3, Zeolith, Eisenoxid, Nickel-Cobalt-Oxid, Siliziumcarbid und/oder Cordierit besteht, wobei die pastöse, keramische Mischung im Sinne dieser Schrift als Suspension zu verstehen ist.
  • Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität können in die pastöse, keramische Mischung noch Glas- und/oder Keramikfasern zugegeben werden. Deren maximaler Anteil liegt bei 10%, vorteilhaft bei maximal 15%, äußerst vorteilhaft bei maximal 20%, nämlich jeweils Gewichtsprozent, der trockenen, keramischen Mischung.
  • Soll ein wabenförmiger Körper zur Bereitstellung eines SCR-Katalysators genutzt werden, umfasst die pastöse, keramische Mischung Zeolithe, insbesondere eisenhaltige oder kupferhaltige Zeolithe, oder eine Mischung aus TiO2 und WO3 und V2O5 oder Eisenvanadat sowie gegebenenfalls SiO2. Soll Platin als katalytisch aktive Komponente genutzt werden, so umfasst die pastöse, keramische Mischung insbesondere Al2O3 und/oder TiO2 und/oder SiO2 und/oder WO3 als spätere Trägersubstanz für das Platin.
  • Eine zum Aufbauen des wabenförmigen Körpers verwendete pastöse, keramische Mischung kann z.B. eine der folgenden exemplarischen Zusammensetzung aufweisen:
  • Zusammensetzung 1:
  • 70-90% TiO2; 3-15% WO3; 1-3% V2O5; bis zu 15% SiO2; gelöst in Lösungsmittel H2O oder wässriges H2SO4 oder Alkohol und bis zu 20% Keramik- und/oder Glasfasern, wobei TiO2, WO3, V2O5 und SiO2 in Summe maximal 100% ausmachen. Bei den %-Angaben handelt es sich jeweils um Gewichtsprozent.
  • Zusammensetzung 2:
  • 11-17% MgO; 33-41% Al2O3; 46-33% SiO2; gelöst in Lösungsmittel H2O oder wässriges H2SO4 oder Alkohol, wobei MgO, Al2O3 und SiO2 in Summe maximal 100% ausmachen. Bei den %-Angaben handelt es sich jeweils um Gewichtsprozent.
  • Zusammensetzung 3:
  • Al2O3 + wässriges Ammonium Polymethacrylat (10-45%) + Polyvinylalkohol + TiO2 (2-20%) + Isopropanol (10-35%), wobei Al2O3 und TiO2 in Summe maximal 100% ausmachen. Bei den %-Angaben handelt es sich jeweils um Gewichtsprozent.
  • Zusammensetzung 4:
  • 70-90% TiO2; 3-15% WO3 bis zu 15% SiO2; gelöst in Lösungsmittel H2O oder wässriges H2SO4 oder Alkohol und bis zu 20% Keramik- und/oder Glasfasern, wobei TiO2, WO3, SiO2 und Fasern in Summe maximal 100% ausmachen. Bei den %-Angaben handelt es sich jeweils um Gewichtsprozent.
  • Nach dem Bereitstellen der pastösen, keramischen Mischung erfolgt ein lagenweises und schichtweises Aufbauen des wabenförmigen, keramischen Körpers 1 durch ein additives Fertigungsverfahren, nämlich 3D-Drucken.
  • Hierzu wird zunächst eine erste Schicht aus mindestens einer Lage der pastösen, keramischen Mischung gedruckt und getrocknet. Die erste Schicht kann dabei eine einzige Lage umfassen. Vorzugsweise umfasst die erste Schicht mehrere Lagen, die nacheinander - also lagenweise - gedruckt und gemeinsam - also schichtweise - getrocknet werden.
  • Nachfolgend werden weitere Schichten aus jeweils mindestens einer Lage der pastösen, keramischen Mischung auf die zuvor gedruckte und getrocknete Schicht aufgetragen, wobei hierzu jede Schicht gedruckt und getrocknet wird, bevor eine weitere Schicht aufgetragen wird. Jede weitere Schicht kann dabei eine einzige Lage umfassen. Vorzugsweise umfasst jede weitere Schicht mehrere Lagen, die nacheinander - also lagenweise - gedruckt und gemeinsam - also schichtweise - getrocknet werden.
  • Dann, wenn eine Schicht nur eine einzige Lage umfasst, sind ie Begriffe lagenweise und schichtweise bedeutungsgleich.
  • Dann hingegen, wenn eine Schicht mehrere Lagen umfasst, sind die Begriffe lagenweise und schichtweise nicht bedeutungsgleich.
  • Ein derartiges Aufbauen des wabenförmigen Körpers 1 ist besonders bevorzugt, um denselben herzustellen. Hierdurch ist es möglich, völlig neuartige wabenförmige, keramische Körper 2 für einen Katalysator oder Partikelfilter eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine bereitzustellen.
  • Vorzugsweise wird die pastöse, keramische Mischung einer Zuführeinrichtung bereitgestellt, welche die Schichten des wabenförmigen Körpers 1, die jeweils mindestens eine Lage aus der pastösen, keramischen Mischung umfassen, druckt. Dabei umfasst die Zuführeinrichtung vorzugsweise mehrere Düsen, um die pastöse Mischung zu drucken, wobei beim Drucken vorzugsweise die Zuführeinrichtung und der wabenförmige, aufzubauende Körper relativ zueinander bewegt werden.
  • Das Trocknen der jeweiligen gedruckten Schicht erfolgt vorzugsweise dadurch, dass der jeweiligen Schicht, die mindestens eine gedruckte Lage umfasst, Feuchtigkeit entzogen wird, vorzugsweise durch eine Erwärmung des gedruckten Körpers 1 auf eine Temperatur von mindestens 80°C, bevorzugt auf mindestens 100°C, äußerst bevorzugt auf mindestens 140°C. Hierdurch kann das Lösungsmittel dem gedruckten Körper beim Aufbauen eines Grünlings schichtweise entzogen werden. Das Erwärmen kann über einen Wärmestrahler und/oder über Mikrowellenbestrahlung erfolgen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dem Körper nur an den Stellen Wärme zuzuführen, an dem Lösungsmittel entfernt werden soll, um die eingesetzte Energie zu vermindern.
  • Vorzugsweise wird beim Trocknen zwischen der Trocknungseinrichtung und dem wabenförmigen Körper eine Relativbewegung etabliert, ebenso wie zwischen der Zuführeinrichtung und dem schichtweise aufzubauenden wabenförmigen Körper. Hierdurch kann dann eine Energieeinsparung beim Trocknen bereitgestellt werden.
  • Ferner ist es möglich, zum Trocknen einen Luftstrom über den wabenförmigen Körper 1 zu führen und/oder einen Unterdruck einzustellen. Über den Luftstrom kann das ausgetriebene Lösungsmittel sofort abgeführt und damit dessen Partialdruck abgesenkt werden, wodurch eine schnelle Verdunstung gelingt. Über einen definierten Unterdruck kann der Siedepunkt des Lösemittels abgesenkt werden, wodurch letztendlich der Trocknungsvorgang weiter verbessert werden kann, insbesondere zur Reduzierung der zum Trocknen benötigten Energie.
  • Nach dem lagenweisen und schichtweisen Aufbauen des wabenförmigen Körpers 1 durch Drucken und Trocknen, nämlich durch lagenweises Drucken und schichtweises Trocknen einzelner Schichten, die jeweils mindestens eine Lage aus der pastösen, keramischen Mischung umfassen, erfolgt ein Brennen des so bereitgestellten Grünlings, und zwar vorzugsweise bei Temperaturen von mehr als 500 °C. Durch das Brennen des Grünlings erfolgt ein sogenanntes Kalzinieren desselben.
  • Wie bereits ausgeführt, verfügt die Zuführeinrichtung, die dem Drucken der pastösen, keramischen Mischung dient, vorzugsweise über mehrere Düsen. Die Düsen verfügen dabei vorzugsweise über einen Abstand, der dem Abstand oder einem ganzzahligen Vielfachen des Abstands der die Kanäle 3 begrenzenden Wände 2 des herzustellenden wabenförmigen, keramischen Körpers 1 entspricht. Hierdurch können dann in einem Arbeitsgang mehrere Kanäle 3, nämlich mehrere die Kanäle 3 begrenzende Wände 2, zeitgleich bzw. parallel gedruckt werden.
  • Wie bereits ausgeführt, umfasst die pastöse, keramische Mischung solche Elemente und/oder Verbindungen, die die Wände 2 des wabenförmigen Grundkörpers 1 ausbilden. Dabei sind vorzugsweise bei Ausbildung eines wabenförmigen Körpers eines Katalysators katalytisch aktive Verbindungen bzw. Elemente bereits in der pastösen, keramischen Mischung enthalten.
  • Alternativ ist es auch möglich, katalytisch aktive Verbindungen bzw. Elemente in einem separaten Druckvorgang auf die Innenseite gedruckter Wände aufzubringen. Das Aufbringen der katalytisch aktiven Verbindungen bzw. Elemente kann auch durch Imprägnieren oder Besprühen oder dergleichen, bevorzugt in flüssiger, gelöster Form, erfolgen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn es sich um teure Edelmetalle handelt. Durch die Möglichkeit der gezielten, lokalen Aufbringung, kann die eingesetzte Edelmetallmenge deutlich reduziert werden. Eine weitere Möglichkeit, die sich hierdurch eröffnet, ist die zonenweise Aufbringung unterschiedlicher Aktivkomponenten entlang und/oder längs des keramischen Körpers.
  • Nach einer ersten Variante der Erfindung erfolgt das Aufbauen des wabenförmigen Körpers 1 ausgehend von der ersten Stirnseite 4 in Richtung auf die zweite Stirnseite 5 desselben in Längsrichtung der Kanäle 3 bzw. in Längsrichtung der die Kanäle 3 begrenzenden Wände 2. Nach einer zweiten Alternative ist es möglich, den wabenförmigen, keramischen Körper 1 ausgehend von einem ersten Randabschnitt desselben in Richtung auf einen anderen Randabschnitt desselben quer zur Längsrichtung der Kanäle 3 aufzubauen.
  • 3 zeigt eine Ansicht eines wabenförmigen, keramischen Körpers 1 in einer Ansicht analog zur 1, also in Blickrichtung auf die erste Stirnseite 4 des wabenförmigen, keramischen Körpers 1, wobei 3 entnommen werden kann, dass der Körper 1 unterschiedliche Wände 2a, 2b umfasst, die sich hinsichtlich ihrer Zusammensetzung unterscheiden.
  • Der in 1 gezeigte wabenförmige, keramische Körper 1 wird dabei ausgehend von einem ersten Randbereich 7 in Richtung auf einen gegenüberliegenden zweiten Randbereich 8 aufgebaut, nämlich wie oben beschrieben, durch lagenweises Drucken und schichtweises Trocknen der Wände 2, wobei zur Ausbildung der Wände 2b gegenüber den Wänden 2a beim Drucken eine pastöse, keramische Masse mit einer abweichenden Zusammensetzung verwendet wird.
  • Auch bei dem keramischen Körper 1 der 4 wird beim Aufbauen der Wände 2 des wabenförmigen Körpers 1 die Zusammensetzung der pastösen, keramischen Mischung geändert, wobei dies in 4 dann erfolgt, wenn die Wände 2 ausgehend von der ersten Stirnseite 4 in Richtung auf die zweite Stirnseite 5 sukzessive durch Drucken und Trocknen aufgebaut werden.
  • So zeigt 4, dass die Wände 2 des dort gezeigten wabenförmigen, keramischen Körpers 4 in Richtung der Kanäle 3 bzw. in Längsrichtung der Kanäle 3 gesehen aus Wandabschnitten 2c, 2d, 2e mit unterschiedlichen Zusammensetzungen bestehen bzw. aufgebaut sind. Hierdurch können dann in den Wandabschnitten 2c, 2d und 2e unterschiedliche katalytische Eigenschaften eingestellt werden. Hierdurch ist es dann möglich, in einem monolithischen wabenförmigen Körper 1 definierte Abfolgen unterschiedlicher katalytischer Eigenschaften einzustellen, so zum Beispiel in den Wandabschnitten 2c Eigenschaften eines NO-Oxidationskatalysators, in Wandabschnitten 2d Eigenschaften eines SCR-Katalysators und in dem Wandabschnitte 2e die Eigenschaft eines NH3-Oxidationskatalysators. Diese Reihenfolge der Wandabschnitte 2c, 2d und 2e ist frei variierbar, ebenso wie die katalytischen Eigenschaften der einzelnen Wandabschnitte 2c, 2d und 2e der Wände 2.
  • Beim Aufbauen des wabenförmigen Körpers 1 können Strömungsumlenkungen und/oder Strömungsdurchbrüche zwischen einzelnen Kanälen und/oder variable Strömungsquerschnitte der Kanäle 3 ausgebildet werden. Hiermit können dann die gewünschten Eigenschaften eines wabenförmigen, keramischen Körpers 1 für einen Katalysator oder Partikelfilter eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine weiter optimiert werden.
  • So zeigt 5 einen Querschnitt durch einen Grundkörper 1 analog zur Darstellung der 2 und 4, wobei gemäß 5 im Bereich einiger der Wände 2 Vorsprünge 9 ausgebildet sind, die der Strömungsumlenkung sowie Veränderung des Strömungsquerschnitts dienen.
  • Um solche Strukturen auszubilden, kann es unter Umständen erforderlich sein, diese Strukturen während des Druckens und Trocknens zu stabilisieren. Derartige Stützstrukturen können ebenfalls gedruckt werden, und zwar aus einem Material, das anschließend bei der Temperaturerhöhung und/oder beim Brennen leicht ausgetragen bzw. zersetzt werden kann, wie zum Beispiel Stützstrukturen aus Wachs, Paraffin oder Kohlenwasserstoffen.
  • Die unterschiedlichen Katalysatormaterialien und/oder das Katalysatormaterial und das Material für die Stützstrukturen können mit einer einzigen Zuführvorrichtung durchgeführt werden. Allerdings ist der dadurch notwendige Wechsel der unterschiedlichen Materialien mit Ausschuss und Zeitaufwand verbunden. Daher ist es möglich und bevorzugt, unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen Zuführvorrichtungen zu drucken, wobei diese geometrisch so verbunden sein können, dass es möglich ist, gleichzeitig mit mehreren Zuführvorrichtungen zu drucken, um die Fertigungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Für den Fall, dass z.B. ein Katalysator mit unterschiedlichen Wänden - wie in 3 dargestellt - hergestellt werden soll, ist der Abstand der einzelnen Zuführungsvorrichtungen ein ganzzahliges Vielfaches der Kanalbreite. Für den Fall, dass unterschiedliche Strukturen oder Katalysatoren entlang der Strömungsrichtung analog der 4 und 5 ausgebildet werden sollen, ist der Abstand der Zuführungsvorrichtungen der Abstand zwischen den einzelnen Katalysatormaterialien bzw. der Konturen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Körper
    2
    Wand
    2a
    Wand
    2b
    Wand
    2c
    Wandabschnitt
    2d
    Wandabschnitt
    2e
    Wandabschnitt
    3
    Kanal
    4
    Stirnseite
    5
    Stirnseite
    6
    Strömungsrichtung
    7
    Randbereich
    8
    Randbereich
    9
    Vorsprung

Claims (9)

  1. Verfahren zum Herstellen eines wabenförmigen, keramischen Körpers (1) eines Katalysators oder Partikelfilters eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, nämlich eines wabenförmigen Körpers (1) mit mehreren durch Wände (2) begrenzten Kanälen (3), die sich ausgehend von einer ersten Stirnseite (4) des Grundkörpers (1) in Richtung auf eine gegenüberliegende zweite Stirnseite (5) des Grundkörpers (1) erstrecken, mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer pastösen, keramischen Mischung aus den wabenförmigen Körper (1) bildenden Elementen und/oder Verbindungen, lagenweises und schichtweises Aufbauen des wabenförmigen Körpers (1) durch ein additives Fertigungsverfahren, derart, dass eine Schicht aus mindestens einer Lage des wabenförmigen Körpers (1) lagenweise gedruckt wird, dass die gedruckte Lage der Schicht nach dem Drucken der Schicht schichtweise getrocknet wird, und dass nachfolgend weitere Schichten des wabenförmigen Körpers (1) lagenweise gedruckt und schichtweise getrocknet werden wobei zum Trockenen eine Trocknungseinrichtung und der wabenförmige Körper (1) relativ zueinander bewegt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die pastöse Mischung einer Zuführeinrichtung bereitgestellt wird, welche die Schichten des wabenförmigen Körpers (1) lagenweise druckt, zum Drucken die Zuführeinrichtung und der wabenförmige Körper (1) relativ zueinander bewegt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die pastöse, keramische Mischung einer Zuführeinrichtung mit mehreren Düsen bereitgestellt wird, wobei die Düsen einen Abstand aufweisen, der dem Abstand oder einem Ganzzahligen Vielfachen des Abstands der die Kanäle (3) begrenzenden Wände (2) entspricht.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufbauen des wabenförmigen Körpers (1) jede Schicht dadurch getrocknet wird, dass der Schicht durch Erwärmung auf mindestens 80°C, bevorzugt auf mindestens 100°C, äußerst bevorzugt auf mindestens 140°C, Feuchtigkeit entzogen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Trocken ein Luftstrom über den wabenförmigen Körper (1) geführt und/oder ein Unterdruck erzeugt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der lagenweise und schichtweise Aufbau des wabenförmigen Körpers (1) ausgehend von der ersten Stirnseite (4) desselben in Richtung auf die zweite Stirnseite (4) desselben in Längsrichtung der Kanäle (3) erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der lagenweise und schichtweise Aufbau des wabenförmigen Körpers (1) ausgehend von einem Randbereich (7) desselben in Richtung auf einen anderen Randbereich (8) desselben quer zur Längsrichtung der Kanäle (3) erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufbau des wabenförmigen Körpers (1) die Zusammensetzung der pastösen, keramischen Mischung geändert wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufbau des wabenförmigen Körpers (1) Strömungsumlenkungen in den Kanälen (3) und/oder Strömungsdurchbrüche zwischen Kanälen (3) und/oder variable Strömungsquerschnitte der Kanäle (3) ausgebildet werden.
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