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EP2352572A1 - Vlies zur abgasbehandlung und abgasreinigungsvorrichtung - Google Patents

Vlies zur abgasbehandlung und abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number
EP2352572A1
EP2352572A1 EP09744125A EP09744125A EP2352572A1 EP 2352572 A1 EP2352572 A1 EP 2352572A1 EP 09744125 A EP09744125 A EP 09744125A EP 09744125 A EP09744125 A EP 09744125A EP 2352572 A1 EP2352572 A1 EP 2352572A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filaments
exhaust gas
filament
different
metallic filaments
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP09744125A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hubertus Kotthoff
Stefan Seeliger
Dietmar Chauchet
Ludwig Wieres
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.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH filed Critical Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Publication of EP2352572A1 publication Critical patent/EP2352572A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2027—Metallic material
    • B01D39/2041—Metallic material the material being filamentary or fibrous
    • B01D39/2044—Metallic material the material being filamentary or fibrous sintered or bonded by inorganic agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/06—Filter cloth, e.g. knitted, woven non-woven; self-supported material
    • B01D2239/0604—Arrangement of the fibres in the filtering material
    • B01D2239/064—The fibres being mixed

Definitions

  • the present invention relates to a nonwoven fabric for exhaust treatment comprising a plurality of metallic filaments.
  • an exhaust gas purification device with a channel structure is also specified.
  • the invention finds particular application in the purification of exhaust gases of mobile internal combustion engines.
  • Such exhaust gas purification devices may have different functions in exhaust systems of internal combustion engines. Thus, they are used for example as a catalyst carrier body, as a so-called adsorber, as a filter, as a flow mixer and / or as a muffler.
  • the channel structure is usually characterized by a favorable ratio of surface area to volume, thus forming a relatively large surface area and thus ensuring intensive contact with an exhaust gas flow past or through it.
  • Such exhaust gas purification devices include, for example, honeycomb bodies, which may be composed of a plurality of different components (sheets, mats, pipes, etc.), in some cases also with different materials (steel materials, ceramic substances, mixed materials, etc.). In view of the high thermal and dynamic loads in exhaust systems of mobile internal combustion engines, these individual components must be permanently connected. For this purpose, different connection techniques are known, such as brazing and / or welding.
  • a non-woven is to be specified, which is particularly suitable for the restraint or implementation of particularly small solids contained in the exhaust gas.
  • the fleece should also be inexpensive to produce and can be easily integrated into an exhaust gas purification device.
  • the nonwoven fabric for exhaust gas treatment comprises a multiplicity of metallic filaments, wherein the nonwoven has at least two types of different contours of the metallic filaments.
  • “fleece” is meant in particular a two-dimensional, continuous arrangement of the metallic filaments, wherein the metallic filaments are basically positioned in a regular but preferably in a chaotic arrangement with respect to one another , Wires, shavings and the like understood.
  • the filaments are preferably made of a material which is resistant to high temperatures and corrosion.
  • a steel is considered as the base material, with preferably high proportions of chromium (eg in a range from 18 to 21% by weight) and / or aluminum (for example at least 4.5% by weight) being used.
  • the filaments can be unambiguously assigned to the species,
  • one type of filaments may have a cross section and / or diameter varying over the length, while another type of filaments may have a substantially constant cross section
  • the different types of filaments may be spatially distributed in the web, but it is also possible that concrete zones are formed with separated areas of the filaments of only one type of contours.
  • the at least two types of metallic filaments have been produced by different production methods.
  • the manufacturing process has a considerable influence on the formed contour of the filaments, which also results in particular from the manufacturing process conclusions on the respective contour.
  • the manufacturing process and the ultimately provided contour of the metallic filament are closely related.
  • the choice of different contours of the filaments for a fleece for the exhaust gas treatment has, for example, effects on the further processing steps.
  • a nonwoven is additionally coated.
  • a washcoat is applied which further enlarges the catalytically active surface of the nonwoven material.
  • whiskers by oxide formation from the nonwoven material itself is possible. With suitable oxidation, three-dimensional oxide structures grow out of the individual filaments, which lead to a considerable enlargement of the surface and thus also to an improvement in the catalytic properties of the nonwoven.
  • the deposition of coatings and / or the formation of oxide structures and whiskers on the material can be greatly influenced by the mixture of differently produced filaments of different contour.
  • Differently made filaments have e.g. different microstructure and surface structures.
  • subregions of the filaments are optionally electrochemically or galvanically activated and / or passivated.
  • a suitable mixture of differently produced filament types in a nonwoven these properties can be adjusted so that a particularly advantageous behavior in the coating and / or in a further processing of the nonwoven is present and thus better properties of the web for the exhaust treatment arise.
  • a desired formation or concentration of sintered compounds and / or a desired formation or concentration of an oxide layer with a (uniform, common) Heat treatment can be achieved.
  • the different production methods are selected from the following group: a) separation from a metal block; b) continuous filament production from a molten metal;
  • the "cutting off of a metal block” also includes milling, drilling, turning, planing, rasping, cutting or similar, in particular chip-producing, production methods.
  • the chip represents the filament.
  • milling, planing and rasping a regular (short If a broken chip is produced, very long chips can be produced during turning or boring.
  • a block of metal is meant above all a solid body which is made of metal, whereby the explicit form of the body is taken into account in view of that used for chip or fi lament production Accordingly, the metal block can be present as a cylinder, cuboid, wire or in similar form.
  • a wire-like, very long or so-called “endless” fiber is produced from the molten metal, whereby the filaments can be extruded or pulled together in bundles individually or in a bundle
  • a continuous filament is withdrawn from a rotating cylindrical metal block where the metal block is locally melted by means of a laser and a filament is formed from this melt uniform high quality wires are produced.
  • the discontinuous removal of the filaments from a molten metal is, as it were, a mixing method between the two aforementioned methods.
  • an impeller with a structured peripheral surface is moved relative to the molten metal, whereby parts of the molten metal are removed from the bath by the temporary contact, which later Cool to the metallic filaments.
  • discontinuous filaments are repeatedly produced at high speed.
  • wire drawing a filament is worked out by plastic deformation of a solid wire blank out.
  • at least one wire blank with the help of drawing discs pulled through conically tapered dies. This reduces the diameter in each case. To achieve large diameter reductions, wire drawing can be done in multiple stages.
  • the wire drawing can be drawn as a single wire, with only one wire is pulled by a die. Alternatively, each wire bundles can be pulled through the dies. One then speaks of bundle-drawn wires. As a result, the wire drawing is considerably cheaper.
  • Filaments extracted from a melt usually have predominantly a bread-shaped or kidney-shaped contour.
  • the contours of filaments separated from a metal block are usually characterized by flat sides and / or sharp-edged transitions between these sides.
  • the contours of individually drawn wires are usually round and those of the bundle drawn wires have a round basic shape, which has indentations. These indentations arise during the drawing process by the application of adjacent wires.
  • this description is (only) trend-setting, the manufacturing processes allow so far remarkable tolerances, so that the above-mentioned features are more or less pronounced - an evaluation of the total filaments of a nonwoven but will clearly show a corresponding diversity of various contours.
  • the filaments produced by the different methods also differ in their length distribution.
  • Filament extracted from the melt and filaments produced by wire drawing typically have very uniform length distributions with a low variance in the filament lengths. These filaments are usually first made in long lengths and then cut into lengths suitable for tile making. The lengths of filaments separated from a metal block usually have a higher variance. Typically, such filaments are made by machining. In this case, the procedure is such that a desired average filament length is formed, but due to the process also arise longer and shorter filaments. The filament lengths are regularly distributed normally around a mean filament length. Thus, it is clear that, if necessary, secondary evidence of the use of such different filaments can be used.
  • the at least two types are arranged at least partially mixed with one another.
  • the nonwoven has, in particular in its main extension plane, several layers or zones, wherein the various types are mixed with one another and / or arranged separately from one another.
  • the different filaments are (partially) mixed with each other, so that a fleece having substantially the same properties is provided across the thickness and the main extension plane.
  • exactly two types of different contours are realized in the nonwoven, wherein a type of metallic filaments wire-shaped and a kind of metallic filaments is formed span-shaped.
  • filamentary filaments in particular allows the formation of a flexible basic structure, which gives the nonwoven the required support.
  • the chip-shaped filaments which are characterized in particular by a relatively thin or thin final deformation, can form needle-like structures, so that overall the surface roughness or the pore size is influenced so that here for coatings and / or the deposition of solids particularly suitable areas generate a stable bond to the fleece.
  • Such particularly suitable regions can also be produced, for example, by an uneven distribution of the different types of filaments.
  • an exhaust gas purification device which has an exhaust gas for at least partially through-flow channel structure, wherein the channel structure is at least partially executed with a non-woven of the present invention described here.
  • the channel structure is in particular a kind of honeycomb structure, which is constructed with layered and / or tortuous layers.
  • the layers can be constructed with fleece and / or metal foils.
  • the channels through which the exhaust gas can flow can be open and / or mutually closed.
  • deflections, flow restrictions and the like may be formed in the channels in order to guide or deflect the exhaust gas entering the channel structure toward the fleece or through the fleece.
  • FIGS. The invention and the technical environment will be explained in more detail with reference to FIGS. It should be noted that the figures are particularly show preferred embodiments of the invention, but this is not limited thereto. They show schematically:
  • Fig. 5 the structure of a mobile emission control system
  • Fig. 6-9 different contours of filaments.
  • FIG. 1 shows schematically a first type of metallic filament 2 with a substantially wire-like contour 3.
  • This wire-like contour 3 can be described by forming a substantially uniform filament cross section 14 perpendicular to the longitudinal direction 17 in the longitudinal direction 17. It is clear that such a filamentary filament 2 need not be incorporated in the nonwoven fabric in the stretched embodiment illustrated here, but may optionally also be bent.
  • Fig. 2 shows another type of filament 2, which is formed substantially span-shaped, so over the longitudinal direction 17 does not have a constant filament cross-section 14. Rather, the filament cross section 14 varies over the longitudinal direction 17 of the filament 2 in shape and / or size. It is preferred that the filament 2 is formed by end portions in the longitudinal direction 17, which are made different thickness.
  • the metallic filaments having a filament length in the range of 0.1 to 50 mm (in particular in the range of 1 to 10 mm) and a filament diameter in the range of 0.01 to 0.1 mm (in particular a range of 0.02 to 0.05 mm).
  • a first type of filaments 2 of a first contour is arranged centrally, while the upper and lower outer surfaces 15 are configured with filaments 2 of a second contour.
  • wire-shaped filaments 2 are used in central regions, while filaments 2 in chip form are provided close to the respective outer surface 15.
  • a transition region is provided in each case in that the filaments 2 of the different regions are connected to one another by joining technology, for example by welding and / or sintering.
  • the channel structure 5 is formed here with metal foils 6 and a web 1.
  • the metal foils 6 have a wavy structure 8, so that with the metal foils 6 and the web 1, a plurality of channels 7 are formed, through which the exhaust gas can flow.
  • the channels 7 projecting bottlenecks 9, z. B. by forming suitable projections or vanes, which cause a deflection of the exhaust gas flow to the web 1.
  • the particles contained in the exhaust gas flowing in the flow direction 13 exhaust gas are fed into or to the web 1.
  • the particles depositing there can be reacted continuously (CRT process) or discontinuously, wherein the nonwoven 1 and / or the metal foil 6 can be designed with a corresponding coating 16.
  • FIG. 5 illustrates one possible embodiment of systems for treating mobile combustion residues. Shown is an internal combustion engine 10, in which the exhaust gas is produced, the exhaust gas then through a corresponding exhaust system 11 is passed. Part of this exhaust system 11 is an exhaust gas purification device 4 with a channel structure 5, through which the exhaust gas is passed. In this exhaust gas purification device 4, a purification of the exhaust gas, in particular a conversion of pollutants in the exhaust gas, so that it can be discharged purified to the environment.
  • the internal combustion engine and the exhaust system are regularly part of a motor vehicle 12.
  • Fig. 5 illustrates only a schematic, exemplary embodiment, regularly a larger number of exhaust gas cleaning devices 4 are used.
  • the design of an exhaust gas purification device 4 in the manner of an open particle separator is proposed schematically.
  • FIGS. 6, 7, 8 and 9 show diagrammatically and categorically different contours 3 of the filament cross sections 12 of different filaments 2.
  • the respective contour shapes in the figures can typically be assigned to specific production methods.
  • Fig. 6 shows the filament cross-section 14 of a filament 3, which is formed in the manner of a single drawn wire. This is typically characterized by a round shape, as dies for wires are regularly round. Individually drawn wires are rarely used because the manufacturing process is very costly and expensive.
  • Fig. 7 shows a filament 3 pulled in the bundle.
  • a plurality of wires in parallel as a bundle through a
  • Filament cross-section 14 of a round filament shape
  • Fig. 8 shows a filament cross-section 14 of a filament 2, which consists of a
  • Melt was extracted.
  • the shape is similar to bread or kidney.
  • a rotating disk or rotating impeller is immersed in a melt and ejects a "jet.” This jet is solidified due to the shape of the immersed disk and the forces acting during the solidification process bread or kidney-like shape.
  • FIG. 9 shows a characteristic filament cross-section 14 of a filament 2 which has been produced by separation from a metal block. Separation from the billet may be done by "scraping" methods, such as turning, milling, planing, rasping, cutting and / or boring processes.
  • the contour 3 of such filaments 2 is regularly characterized by flat sides which The shape of the machining tool corresponds to the shape between these sides, which typically have sharp-edged transitions.

Landscapes

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Abstract

Vlies (1) zur Abgasbehandlung umfassend eine Vielzahl von metallischen FiIamenten (2), das mindestens zwei Arten verschiedener Konturen (3) der metallischen Filamente (2) aufweist. Weiter wird eine Abgasreinigungsvorrichtung (4) vorgeschlagen, die eine für Abgas zumindest teilweise durchströmbare Kanalstruktur (5) aufweist, wobei die Kanalstruktur (5) wenigstens teilweise mit einem solchen Vlies (1) ausgeführt ist

Description

Vlies zur Abgasbehandlung und Abgasreinigungsvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vlies zur Abgasbehandlung, umfassend eine Vielzahl von metallischen Filamenten. Darüber hinaus wird auch eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einer Kanalstruktur angegeben. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei der Reinigung von Abgasen mobiler Verbrennungskraftmaschinen.
Solche Abgasreinigungsvorrichtungen können in Abgassystemen von Verbrennungskraftmaschinen unterschiedliche Funktionen haben. So werden sie beispielsweise als Katalysator-Trägerkörper, als so genannter Adsorber, als Filter, als Strömungsmischer und/oder als Schalldämpfer eingesetzt. Die Kanalstruktur zeichnet sich üblicherweise durch ein günstiges Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aus, bildet also eine relativ große Oberfläche aus und gewährleistet somit einen intensiven Kontakt mit einem an ihr vorbei beziehungsweise durch sie hindurch strömenden Abgasstrom. Solche Abgasreinigungsvorrichtungen umfassen beispielsweise Wabenkörper, die gegebenenfalls aus einer Mehrzahl unter- schiedlicher Komponenten (Bleche, Matten, Rohre etc.) zum Teil auch mit verschiedenen Materialien (Stahlwerkstoffe, keramische Substanzen, Mischmaterialien etc.) aufgebaut sind. In Anbetracht der hohen thermischen und dynamischen Belastungen in Abgassystemen mobiler Verbrennungskraftmaschinen müssen diese einzelnen Komponenten dauerhaft miteinander verbunden werden. Hierzu sind unterschiedliche Verbindungstechniken bekannt, wie beispielsweise das Hartlöten und/oder das Schweißen.
Im Hinblick auf die Effektivität solcher Abgasreinigungsvorrichtungen ist es wünschenswert, die Träger für den Katalysator und/oder das Filtermaterial so be- reitzustellen, dass einerseits eine Herstellung im Rahmen einer mittleren Serienfertigung problemlos möglich ist, gleichzeitig aber auch unter verschiedenen Lastbedingungen der mobilen Verbrennungskraftmaschine eine signifikante Um- Setzung der Schadstoffe im Abgas erreicht wird. Im Hinblick auf das Filtermaterial wurde bereits vorgeschlagen, metallische und/oder keramische Materialien einzusetzen, um die im Abgas enthaltenen Feststoffe, wie beispielsweise Partikel, Asche, Ruß und dergleichen zurückzuhalten und gegebenenfalls in gasförmige Bestandteile umzusetzen. Hierfür werden insbesondere gasdurchlässige, poröse, Faserlagen vorgeschlagen, welche nach Art eines Gewebes, Gewirks oder dergleichen in die Abgasreinigungsvorrichtung integriert werden.
In jüngster Zeit ist gerade die Diskussion verstärkt geführt worden, wie die Effek- tivität solcher Abgasreinigungsvorrichtungen im Hinblick auf die besonders kleinen Partikel noch zu steigern ist. Die so genannte „Feinstaub"-Debatte in Europa macht klar, dass hier noch Entwicklungsbedarf besteht.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Vlies angegeben werden, das insbesondere zur Zurückhaltung beziehungsweise Umsetzung besonders kleiner im Abgas enthaltener Feststoffe geeignet ist. Das Vlies soll sich zudem kostengünstig herstellen lassen und einfach in eine Abgasreinigungsvorrichtung integrieren lassen.
Die Aufgaben werden gelöst mit einem Vlies gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, techno- logisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, erläutert die Erfindung weiter und gibt zusätzliche Ausführungsbeispiele an.
Das erfindungsgemäße Vlies zur Abgasbehandlung umfasst eine Vielzahl von metallischen Filamenten, wobei das Vlies mindestens zwei Arten verschiedener Konturen der metallischen Filamente aufweist. Mit „Vlies" ist hier insbesondere eine flächige, zusammenhängende Anordnung der metallischen Filamente gemeint, wobei die metallischen Filamente grundsätzlich in einer regelmäßig, bevorzugt aber in einer chaotischen, Anordnung zuein- ander positioniert sind. Der Begriff „Filament" wird insbesondere als Oberbegriff für Fasern, Drähte, Späne und dergleichen verstanden. Die Filamente sind dabei bevorzugt aus einem Material, das hochtemperaturfest und korrosionsbeständig ist. So kommt beispielsweise ein Stahl als Grundwerkstoff in Betracht, wobei bevorzugt hohe Anteile von Chrom (z. B. in einem Bereich von 18 bis 21 Gew.-%) und/oder Aluminium (z. B. mindestens 4,5 Gew.-%, insbesondere 5,5 Gew.-%) vorgesehen sind. Zudem wird hier vorgeschlagen, dass metallische Filamente mit verschiedenen Konturen eingesetzt werden. „Konturen" meint hierbei insbesondere verschiedenartige äußere Formen der Filamente. Dabei ist klar, dass hier nicht nur eine Änderung des Durchmessers und/oder der Länge (und/oder des Materi- als) vorliegt, sondern darüber hinaus die dreidimensionale Form signifikant voneinander abweicht. Dabei ist ganz besonders bevorzugt, dass die Filamente sich eindeutig den Arten zuordnen lassen. So kann z. B. eine Art der Filamente einen über die Länge variierenden Querschnitt und/oder Durchmesser aufweisen, während eine andere Art der Filamente einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt bzw. Durchmesser über die Länge aufweist. Die unterschiedlichen Arten von Filamenten können im Vlies räumlich verteilt zueinander angeordnet sein, es ist aber auch möglich, dass konkrete Zonen mit separierten Bereichen der Filamente jeweils nur einer Art von Konturen ausgebildet sind.
In diesem Zusammenhang wird insbesondere bevorzugt, dass die mindestens zwei Arten von metallischen Filamenten mit unterschiedlichen Herstellungsverfahren erzeugt wurden. Das Herstellungsverfahren hat erheblichen Einfluss auf die ausgebildete Kontur der Filamente, wobei sich insbesondere aus dem Herstellungsverfahren auch Rückschlüsse auf die jeweilige Kontur ergeben. Insofern stehen das Herstellungsverfahren und die letztendlich bereitgestellte Kontur des metallischen Filamentes in engem Zusammenhang. Die Wahl von verschiednen Konturen der Filamente für einen Vlies zur Abgasbehandlung hat z.B. Auswirkungen auf die weiteren Bearbeitungsschritte. Typischerweise wird ein Vlies zusätzlich beschichtet. Oft wird ein Washcoat aufgebracht, der die katalytisch wirksame Oberfläche des Vliesmaterials weiter vergrö- ßert. Auch ist die Bildung von Whiskern durch Oxidbildung aus dem Vliesmaterial selbst heraus möglich. Bei geeigneter Oxidation wachsen dreidimensionale O- xidstrukturen aus den einzelnen Filamenten heraus, die zu einer erheblichen Vergrößerung der Oberfläche und somit auch zu einer Verbesserung der katalytischen Eigenschaften des Vlieses führen.
Die Anlagerung von BeSchichtungen und/oder die Bildung von Oxidstrukturen und Whiskern auf dem Material kann durch die Mischung von verschieden hergestellten Filamenten verschiedener Kontur stark beeinflusst werden. Unterschiedlich hergestellte Filamente weisen z.B. unterschiedliche Gefüge- und Oberflä- chenstrukturen auf. Infolge der verschiedenartigen Verformungsprozesse bei den unterschiedlichen Herstellungsverfahren werden Teilbereiche der Filamente gegebenenfalls elektrochemisch bzw. galvanisch aktiviert und/oder passiviert. Durch eine geeignete Mischung verschiedenartig hergestellter Filamentarten in einem Vlies können diese Eigenschaften so angepasst werden, dass ein besonders vor- teilhaftes Verhalten bei der Beschichtung und/oder bei einer Weiterbearbeitung des Vlieses vorliegt und somit bessere Eigenschaften des Vlieses für die Abgasbehandlung entstehen. So können z.B. durch die Verwendung unterschiedlicher Konturen der Filamente gewünschte Orientierungen, Verteilungen, etc. beim Schichten der Filamente zu einem Vlies, eine gewünschte Ausbildung bzw. Kon- zentration von Sinterverbindungen und/oder eine gewünschte Ausbildung bzw. Konzentration einer Oxidschicht mit einer (einheitlichen, gemeinsamen) Wärmebehandlung erreicht werden.
So wird als besonders vorteilhaft angesehen, dass die unterschiedlichen Herstel- lungsverfahren aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: a) Abtrennen von einem Metallblock; b) kontinuierliche Filamenterzeugung aus einer Metallschmelze;
- A - c) diskontinuierliche Entnahme aus einer Metallschmelze; d) Drahtziehen.
Das „Abtrennen von einem Metallblock" umfasst insbesondere auch das Fräsen, Bohren, Drehen, Hobeln, Raspeln, Schneiden oder ähnliche, insbesondere Späne erzeugende, Fertigungsverfahren. Der Span stellt dabei das Filament dar. Während beim Fräsen, Hobeln und Raspeln regelmäßig ein (kurzer) gebrochener Span entsteht, können beim Drehen oder Bohren auch sehr lange Späne erzeugt werden. Mit einem Metallblock ist vor allem ein Festkörper gemeint, der aus Metall ist, wobei die explizite Gestalt des Körpers in Anbetracht der zur Span- bzw. FiIa- mentherstellung eingesetzten Fertigungsverfahren auszuwählen ist. Demnach kann der Metallblock als Zylinder, Quader, Draht oder in ähnlicher Form vorliegen.
Bei der kontinuierlichen Filamenterzeugung wird eine drahtähnliche, sehr lange bzw. so genannte „endlose" Faser aus der Metallschmelze hergestellt. Dabei können die Filamente einzeln, gemeinsam, in Bündeln extrudiert oder gezogen werden. Zur Veranschaulichung dieser Herstellmethode kann der Fachmann z. B. auch auf entsprechende Beschreibungen zur Drahtherstellung zurückgreifen. Bei einem weiteren, hier mit erfassten Verfahren wird ein kontinuierliches Filament von einem rotierenden zylindrischem Metallblock abgezogen, wobei der Metallblock mit Hilfe eines Lasers lokal aufgeschmolzen wird und aus dieser Schmelze heraus ein Filament entsteht. Auf diese Art können sehr gleichmäßige hochwertige Drähte hergestellt werden.
Die diskontinuierliche Entnahme der Filamente aus einer Metallschmelze stellt quasi eine Mischmethode zwischen den beiden vorstehend genannten Methoden dar. So wird beispielsweise ein Laufrad mit einer strukturierten Umfangsfläche relativ zur Metallschmelze bewegt, wobei durch den zeitweisen Kontakt Teile der Metallschmelze aus dem Bad entfernt werden, die später zu den metallischen Filamenten abkühlen. Dabei werden wiederholt mit hoher Geschwindigkeit diskontinuierliche Filamente erzeugt. Beim Drahtziehen wird ein Filament mittels plastischer Verformung aus einem festen Drahtrohling heraus gearbeitet. Dazu wird z.B. mindestens ein Drahtrohling mit Hilfe von Ziehscheiben durch sich konisch verjüngende Ziehsteine hindurch gezogen. So verringert sich jeweils der Durchmesser. Um große Durchmesserreduktionen zu erzielen, kann das Drahtziehen in mehreren Stufen erfolgen. Zwischen diesen können eventuell Kühlstufen oder Zwischenglühstufen vorgesehen sein, wodurch die Gefügeeigenschaften des Drahtmaterials beeinflusst werden. Das Drahtziehen kann als Einzeldrahtziehen, wobei nur ein Draht jeweils durch einen Ziehstein gezogen wird. Alternativ können jeweils Drahtbündel durch die Ziehsteine hindurch gezogen werden. Man spricht dann auch von bündelgezogenen Drähten. Hierdurch wird das Drahtziehen erheblich kostengünstiger.
Aus den vorstehend genannten Beschreibungen lässt sich erkennen, dass je nach dem aufgeführten Verfahren unterschiedliche Konturen der Filamente erzeugt werden, die hier zum Aufbau des Vlieses eingesetzt werden können. Die Verwendung unterschiedlicher Filamente führt dazu, dass die Eigenschaften des als Filtermedium wirkenden Vlieses gezielt ausgewählt werden können, insbesondere im Hinblick auf die Oberflächenrauhigkeit, die Porosität, das Flächengewicht etc. Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass es auch möglich ist, die verschiedenen Arten von Konturen mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren einer der oben angeführten Herstellungsverfahren zu generieren.
Aus einer Schmelze extrahierte Filamente haben gewöhnlich überwiegend eine brotförmige oder nierenförmige Kontur. Die Konturen von Filamenten, die von einem Metallblock abgetrennt wurden, zeichnen sich gewöhnlich durch flache Seiten und/oder scharfkantige Übergänge zwischen diesen Seiten aus. Die Konturen einzeln gezogene Drähte sind normalerweise rund und die der bündelweise gezogenen Drähte haben eine runde Grundform, die Einbuchtungen aufweist. Diese Einbuchtungen entstehen während des Ziehprozesses durch das Anlegen benachbarter Drähte. Selbstverständlich ist diese Beschreibung (nur) richtungsweisend anzusehen, die Herstellungsprozesse erlauben hier bislang doch beachtli- che Toleranzen, so dass die vorstehend genannten Merkmale mehr oder weniger ausgeprägt vorliegen - eine Bewertung der gesamten Filamente eines Vlieses wird aber eine entsprechende Unterschiedlichkeit diverser Konturen klar erkennen lassen.
Die mit den unterschiedlichen Verfahren hergestellten Filamente unterscheiden sich gegebenenfalls auch in ihrer Längenverteilung. Aus der Schmelze extrahierte Filamente und durch Drahtziehen hergestellte Filamente weisen typischerweise sehr gleichmäßige Längenverteilungen mit einer geringen Varianz in den FiIa- ment längen auf. Diese Filamente werden gewöhnlich zunächst in großen Längen hergestellt und anschließend auf Längen, die für die Fliesherstellung geeignet sind, zerteilt. Die Längen von Filamenten, welche von einem Metallblock abgetrennt wurden, weisen normalerweise eine höhere Varianz auf. Typischerweise werden solche Filamente spanend hergestellt. Dabei wird derart vorgegangen, dass eine gewünschte mittlere Filament länge entsteht, Verfahrensbedingt entstehen allerdings auch längere und kürzere Filamente. Die Filamentlängen sind regelmäßig um eine mittlere Filamentlänge herum normal verteilt. Damit ist klar, dass ggf, sekundäre Anzeichen für die Verwendung solcher unterschiedlicher Filamente herangezogen werden können.
Gemäß einer Weiterbildung des Vlieses wird auch vorgeschlagen, dass die mindestens zwei Arten zumindest teilweise miteinander vermischt angeordnet sind. Damit ist insbesondere gemeint, dass das Vlies insbesondere in seiner Haupt- erstreckungsebene mehrere Schichten bzw. Zonen aufweist, wobei die verschie- denen Arten miteinander vermischt und/oder voneinander getrennt angeordnet sind. Besonders bevorzugt ist, dass die unterschiedlichen Filamente (teilweise) miteinander vermischt angeordnet sind, so dass (dort) ein Vlies mit im Wesentlichen gleichen Eigenschaften über die Dicke und die Haupterstreckungsebene bereitgestellt ist.
Im Falle von zwei unterschiedlichen Arten kommen grundsätzlich alle Mischungsverhältnisse in Betracht, bei denen beide Arten im Hinblick auf ihren Zweck in signifikanter Anzahl vorliegen. Bevorzugt sind Mischungsverhältnisse, bei denen von jeder Filamentart mindestens 20 % vorliegen, also 80 : 20 bis 20 : 80. Bevorzugt ist auch, dass von jeder verarbeiteten Filamentart ein Mindestanteil vorliegt, beispielsweise 5 % bis 20 %.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind bei dem Vlies genau zwei Arten verschiedener Konturen realisiert, wobei eine Art der metallischen Filamente drahtförmig und eine Art der metallischen Filamente spanförmig ausgebildet ist. Die Verwendung von drahtförmigen Filamenten erlaubt insbesondere die Ausbildung einer flexiblen Grundstruktur, die dem Vlies den erforderlichen Halt gibt. Die spanförmigen Filamente, die sich insbesondere durch eine relativ dünne bzw. schlanke Endverformung auszeichnen, können nadelartige Strukturen ausbilden, so dass insgesamt die Oberflächenrauhigkeit bzw. die Porengröße so beeinflusst wird, dass sich hier für Beschichtungen und/oder die Ablagerung von Feststoffen besonders geeignete Bereiche mit einem stabilen Verbund zum Vlies generieren lassen. Solche besonders geeigneten Bereiche lassen sich beispielsweise auch durch eine ungleichmäßige Verteilung der verschiedenen Arten Filamente erzeugen.
Insoweit wird auch eine Abgasreinigungsvorrichtung vorgeschlagen, die eine für Abgas zumindest teilweise durchströmbare Kanalstruktur aufweist, wobei die Kanalstruktur wenigstens teilweise mit einem Vlies der hier erfindungsgemäß beschriebenen Art ausgeführt ist. Die Kanalstruktur ist insbesondere eine Art Wabenstruktur, die mit geschichteten und/oder gewundenen Lagen aufgebaut ist. Die Lagen können dabei mit Vlies und/oder Metallfolien aufgebaut sein. Die vom Abgas durchströmbaren Kanäle können offen und/oder wechselseitig verschlossen sein. In den Kanälen können insbesondere Umlenkungen, Strömungsengpässe und dergleichen ausgeformt sein, um das in die Kanalstruktur eintretende Abgas hin zum Vlies beziehungsweise durch das Vlies hindurch zu leiten bzw. umzulenken.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders be- vorzugte Ausfuhrungsvarianten der Erfindung aufzeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 : eine erste Art eines Filaments,
Fig. 2: eine zweite Art eines Filaments,
Fig. 3: eine Schnittansicht durch eine Ausführungsvariante des Vlieses,
Fig. 4: ein Detail einer Abgasreinigungsvorrichtung nach Art eines offenen Partikelabscheiders,
Fig. 5: den Aufbau einer mobilen Abgasreinigungsanlage, und
Fig. 6-9: verschiedene Konturen von Filamenten.
Die Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Art eines metallischen Filamentes 2 mit einer im Wesentlichen drahtähnlichen Kontur 3. Diese drahtähnliche Kontur 3 lässt sich dadurch beschreiben, dass diese in Längsrichtung 17 einen im Wesentlichen gleichbleibenden Filamentquerschnitt 14 senkrecht zur Längsrichtung 17 ausbildet. Klar ist, dass ein solches drahtförmiges Filament 2 nicht in der hier veranschaulichten gestreckten Ausführung im Vlies eingearbeitet sein muss, sondern gegebenenfalls auch gebogen sein kann.
Demgegenüber zeigt Fig. 2 eine andere Art eines Filamentes 2, das im Wesentlichen spanförmig ausgebildet ist, also über die Längsrichtung 17 keinen gleichbleibenden Filamentquerschnitt 14 aufweist. Vielmehr variiert der Filamentquerschnitt 14 über die Längsrichtung 17 des Filamentes 2 in der Form und/oder der Größe. Bevorzugt ist dabei, dass das Filament 2 durch Endbereiche in Längsrichtung 17 gebildet ist, die unterschiedlich dick ausgeführt sind. Üblicherweise werden die metallischen Filamente mit einer Filamentlänge im Bereich von 0,1 bis 50 mm (insbesondere im Bereich von 1 bis 10 mm) und einem Filamentdurchmesser im Bereich von 0,01 bis 0,1 mm (insbesondere einem Bereich von 0,02 bis 0,05 mm) ausgeführt.
Fig. 3 veranschaulicht nunmehr eine schichtweise aufgebaute Ausfuhrungsvariante eines Vlieses 1. Zentral angeordnet ist demnach eine erste Art von Filamenten 2 einer ersten Kontur, während die obere und untere Außenfläche 15 mit Filamenten 2 einer zweiten Kontur ausgeführt sind. Bevorzugt ist beispielsweise, dass in zent- ralen Bereichen drahtförmige Filamente 2 eingesetzt sind, während nah der jeweiligen Außenfläche 15 Filamente 2 in Spanform vorgesehen sind. Damit ein sicherer Verbund des Vlieses gewährleistet ist, ist jeweils ein Übergangsbereich vorgesehen, indem die Filamente 2 der unterschiedlichen Bereiche miteinander fügetechnisch verbunden sind, beispielsweise durch Verschweißen und/oder Versin- tern.
Fig. 4 zeigt nunmehr die Ausgestaltung einer Kanalstruktur 5 im Detail, wobei die Kanalstruktur 5 hier mit Metallfolien 6 und einem Vlies 1 ausgebildet ist. Die Metallfolien 6 weisen eine wellige Struktur 8 auf, so dass mit den Metallfolien 6 und dem Vlies 1 eine Vielzahl von Kanälen 7 gebildet sind, durch die das Abgas hindurchströmen kann. Zudem sind in die Kanäle 7 hineinragende Engstellen 9, z. B. durch Ausbilden geeigneter Vorsprünge bzw. Leitschaufeln, gebildet, die eine Umlenkung des Abgasstromes hin zum Vlies 1 bewirken. So werden die im Abgas enthaltenen Partikel des in Strömungsrichtung 13 strömenden Abgases in beziehungsweise an das Vlies 1 geführt. Die sich dort ablagernden Partikel können kontinuierlich (CRT -Verfahren) oder diskontinuierlich umgesetzt werden, wobei das Vlies 1 und/oder die Metallfolie 6 mit einer entsprechenden Beschich- tung 16 ausgeführt sein kann.
Die Fig. 5 veranschaulicht eine mögliche Ausführungsvariante für Systeme zur Behandlung mobiler Verbrennungsrückstände. Dargestellt ist eine Verbrennungskraftmaschine 10, in der das Abgas produziert wird, wobei das Abgas dann durch eine entsprechende Abgasanlage 11 hindurchgeführt wird. Teil dieser Abgasanlage 11 ist eine Abgasreinigungsvorrichtung 4 mit einer Kanalstruktur 5, durch die das Abgas hindurchgeleitet wird. In dieser Abgasreinigungsvorrichtung 4 erfolgt eine Reinigung des Abgases, insbesondere eine Umwandlung von Schadstoffen im Abgas, so dass dieses gereinigt an die Umgebung abgegeben werden kann. Die Verbrennungskraftmaschine und die Abgasanlage sind regelmäßig Teil eines Kraftfahrzeugs 12. Selbstverständlich ist sofort klar, dass die Fig. 5 lediglich eine schematische, beispielhafte Ausgestaltung veranschaulicht, regelmäßig werden eine größere Anzahl von Abgasreinigungsvorrichtungen 4 zum Einsatz gelangen. Hier sei insbesondere die Ausgestaltung einer Abgasreinigungseinrichtung 4 nach Art eines offenen Partikelabscheiders schematisch vorgeschlagen.
Fig. 6, 7, 8 und 9 zeigen schematisch und kategorisch unterschiedliche Konturen 3 der Filamentquerschnitte 12 verschiedener Filamente 2. Die jeweiligen Kontur- formen in den Figuren können typischerweise bestimmten Herstellungsverfahren zugeordnet werden.
Fig. 6 zeigt den Filamentquerschnitt 14 eines Filaments 3, das nach Art eines einzeln gezogenen Drahtes aufgebildet ist. Dieser zeichnet sich typischerweise durch eine runde Form aus, da Ziehsteine für Drähte regelmäßig rund sind. Einzeln gezogene Drähte werden selten eingesetzt, da das Herstellungsverfahren sehr kostenintensiv und aufwendig ist.
Fig. 7 zeigt ein Filament 3, das im Bündel gezogen werden. Beim bündelweisen Drahtziehen wird eine Mehrzahl von Drähten parallel als Bündel durch einen
Ziehstein hindurch gezogen. Dabei liegen die einzelnen Drähte aneinander an und verformen sich entsprechend den Anlagebereichen der umgebenden Filamente.
Somit entstehen bei der Kontur 3 Abweichungen (hier Einbuchtungen 18) im
Filamentquerschnitt 14 von einer runden Filamentform.
Fig. 8 zeigt d einen Filamentquerschnitt 14 eines Filaments 2, welches aus einer
Schmelze extrahiert wurde. Die Form ist brot- oder nierenähnlich ausgebildet. Bei einem typischen Herstellungsprozess für schmelzextrahierte Filamente wird eine rotierende Scheibe oder ein rotierendes Laufrad in eine Schmelze eingetaucht und schleudert einen „Strahl" aus dieser heraus. Dieser Strahl erstart. Aufgrund der Form der eingetauchten Scheibe und der während des Erstarrungsprozess wirken- den Kräfte bildet sich besagte brot- oder nierenähnliche Form aus.
In Fig. 9 ist ein charakteristischer Filamentquerschnitt 14 eines Filaments 2 dargestellt, welches durch Abtrennen von einem Metallblock hergestellt wurde. Die Abtrennung vom Block kann durch „schabende" bzw. spanabhebende Verfahren erfolgen. Hier kommen Verfahren wir Drehen, Fräsen, Hobeln, Raspeln, Schneiden und/oder Bohren in Betracht. Die Kontur 3 solcher Filamente 2 zeichnet sich regelmäßig durch flache Seiten aus, welche der Form des Bearbeitungswerkzeuges entsprechen. Zwischen diesen Seiten liegen typischerweise scharfkantige Ü- bergänge vor.
Bezugszeichenliste
I Vlies 2 Filament
3 Kontur
4 Abgasreinigungsvorrichtung
5 Kanalstruktur
6 Metallfolie 7 Kanal
8 Struktur
9 Engstelle
10 Verbrennungskraftmaschine
I 1 Abgasanlage 12 Kraftfahrzeug
13 Strömungsrichtung
14 Filamentquerschnitt
15 Außenfläche
16 Beschichtung 17 Längsrichtung
18 Einbuchtung

Claims

Patentansprüche
1. Vlies (1) zur Abgasbehandlung, umfassend eine Vielzahl von metallischen Filamenten (2), das mindestens zwei Arten verschiedener Konturen (3) der metallischen Filamente (2) aufweist.
2. Vlies (1) nach Patentanspruch 1, wobei die mindestens zwei Arten von metallischen Filamenten (2) mit unterschiedlichen Herstellungsverfahren erzeugt wurden.
3. Vlies (1) nach Patentanspruch 2, wobei die unterschiedlichen Herstellungsverfahren aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: a) Abtrennen von einem Metallblock; b) Kontinuierliche Filamenterzeugung aus einer Metallschmelze; c) Diskontinuierliche Entnahme aus einer Metallschmelze; d) Drahtziehen.
4. Vlies (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die mindes- tens zwei Arten zumindest teilweise miteinander vermischt angeordnet sind.
5. Vlies (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die mindestens zwei Arten von metallischen Filamenten (2) miteinander versintert sind.
6. Vlies (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine Art der metallischen Filamente (2) drahtförmig und eine Art der metallischen Filamente (2) spanförmig ausgeführt ist.
7. Abgasreinigungsvorrichtung (4), die eine für Abgas zumindest teilweise durchströmbare Kanalstruktur (5) aufweist, wobei die Kanalstruktur (5) wenigstens teilweise mit einem Vlies (1) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche ausgeführt ist.
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