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Dokumentenidentifikation DE69027532T2 19.12.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0484593
Titel Verfahren zur Herstellung von porösem Metall und daraus hergestellte Formkörper, wie Katalysatorträger
Anmelder Asahi Tec Corp., Shizuoka, JP
Erfinder Nakai, Kiyoshi, Fujieda-shi, Shizuoka-ken, JP;
Ikki, Tokuhiko, Shizuoka-ken, JP
Vertreter Wächtershäuser, G., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 80331 München
DE-Aktenzeichen 69027532
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 19.12.1990
EP-Aktenzeichen 901247916
EP-Offenlegungsdatum 13.05.1992
EP date of grant 19.06.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.12.1996
IPC-Hauptklasse B22F 3/10
IPC-Nebenklasse B22F 7/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von porösem Metall und ein Metallerzeugnis unter Verwendung desselben, wie einen Katalysatorträger und ein Filterelement.

Herkömmlicherweise wird zum Entgiften von NOx oder dergleichen, wie im Abgas von Motoren enthalten, von katalytischen Umsetzern unter Verwendung von Platin als Katalysator Gebrauch gemacht. Als Träger zum Festhalten des Katalysators sind zu einer Wabenstruktur geformte Keramik- und Metallplatten bekannt.

Keramische Katalysatorträger werden dadurch erhalten, daß ein Ausgangsmaterial zu Wabenstruktur geformt wird und gebrannt wird. Auch werden Katalysatorträger aus Metallplatten dadurch aufgebaut, daß ein gewelltes Metallband und ein ebenes Metallband übereinandergelegt werden und sie gerollt werden, wie es z. B. in der Veröffentlichung Nr. 71547/1987 zu einem ungeprüften japanischen Patent offenbart ist.

Auch hat in jüngerer Zeit der Wunsch betreffend eine reinere Umwelt zugenommen, und es ist sogar erwünscht, von Motoren, speziell von Dieselmotoren, die Lichtöl als Kraftstoff verwenden, ausgegebenen schwarzen Rauch zu beseitigen. Der schwarze Rauch besteht aus verkohlten feinen Teilchen. Daher ist es möglich, diese durch ein Filterelement mit Öffnungen zu beseitigen, die kleiner als der Teilchendurchmesser sind.

Da jedoch der oben angegebene Katalysatorumsetzer keinerlei Filterfunktion hat, kann er nicht dazu verwendet werden, schwarzen Rauch gleichzeitig mit der Behandlung von Gasen wie NOx zu behandeln. Wenn der Katalysatorumsetzer so ausgebildet wird, daß er Filterfunktion aufweist, tritt sofort Verstopfung auf und im Ergebnis nimmt nicht nur die Funktion des Katalysatorumsetzers selbst ab, sondern es wird auch das Abgassystem des Motors zugesetzt, wodurch das Funktionsvermögen des Motors selbst abnimmt.

Als Filterelemente mit Öffnungen, die kleiner als die oben genannten verkohlten feinen Teilchen sind, sind solche bekannt, die aus porösem Sinter material oder Keramik bestehen. Die bekannten Filterelemente werden bei Nahrungsmittel-Herstellprozessen und anderen Herstellprozessen verwendet. Jedoch ist der oben angegebene keramische Katalysatorträger dahingehend mit Nachteilen verbunden, daß er nicht schlagfest ist und zum Zerbrechen neigt. Der oben angegebene Metallplatten-Katalysatorträger hat den Nachteil, daß seine Kosten hoch sind, da die aneinandergrenzenden Teile der zwei Metallplatten verschweißt werden müssen und zum welligen Ausbilden eines Metallbands eine große Preßvorrichtung erforderlich ist. Ferner besteht bei dem als Katalysatorträger verwendeten Fe-Al-Metall ein Herstellproblem dahingehend, daß es schwierig zu rollen ist.

Es ist unmöglich, das oben angegebene, bekannte Filterelement in begrenztem Raum, wie dem Abgassystem eines Motors, bei großer Filterfläche anzuordnen. Dies, da das bekannte Filterelement nur über eine flache Filterfläche verfügt und höchstens die Form eines einzelnen Zylinders aufweist.

Ferner muß ein im Abgassystem eines Motors verwendetes Filterelement ein solches sein, das leicht regeneriert werden kann. Wenn das Filterelement nicht regeneriert werden kann und jedesmal dann, wenn es verstopft, ausgetauscht werden muß, werden nicht nur die Kosten so hoch, daß es nicht verwendet werden kann, sondern es entsteht auch die Schwierigkeit, daß Austauscharbeiten erforderlich sind.

Die Erfindung erfolgte, um die oben angegebenen Probleme zu überwinden, und es ist eine erste Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines porösen Metalls zu schaffen, das für Katalysatorträger und Filterelemente erforderlich ist, ohne daß eine große Herstellvorrichtung wie eine Walzwerk-Anordnung erforderlich ist.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen billigen und stabilen Katalysatorträger und ein Filterelement aus porösem Metall zu schaffen. Eine noch andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filterelement zu schaffen, das leicht regeneriert werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines porösen Metalls ist im Anspruch 1 angegeben.

Die im Anspruch 1 angegebene Fasersubstanz kann Zellstoff enthalten.

Die im Anspruch 1 angegebene Mischung umfaßt eine solche, die dadurch erhalten wird, daß ein Metallpulver und eine Fasersubstanz in Wasser vermischt und gerührt werden und das Gemisch einer Entwässerungs- und Trocknungsbehandlung unterworfen wird.

Dieses Gemisch enthält eine getrocknete Lage, die dadurch erhalten wird, daß ein Metallpulver und eine Fasersubstanz in Wasser vermischt und gerührt werden, das Wasser mittels eines Siebs aus dem Gemisch entfernt wird, um eine Lage herzustellen, und die Lage einer Trocknungsbehandlung unterzogen wird.

Diese getrocknete Lage wird in die Form eines Katalysatorträgers, eines Filterelements oder dergleichen bearbeitet und das bearbeitete Einzelteil wird einer Sinterbehandlung unterzogen.

Die Bearbeitung des bearbeiteten Einzelteils in die Form eines Katalysatorträgers, eines Filterelements oder dergleichen wird unter Verwendung eines ein Metallpulver enthaltenden Klebers ausgeführt.

Der Katalysatorträger, wie er im Anspruch 4 angegeben ist, wird dadurch erhalten, daß eine getrocknete Lage, in der ein Metallpulver von einer Fasersubstanz gehalten wird, auf eine getrocknete Lage laminiert wird, die dadurch erhalten wurde, daß eine der erstgenannten Lage ähnliche getrocknete Lage gewellt wird, um eine Anordnung aus einer Anzahl von Zellen auszubilden, deren beide entgegengesetzte Enden offen sind, und die Zellenanordnung einer Sinterbehandlung unterzogen wird.

Die Zellenanordnung wird dadurch hergestellt, daß eine getrocknete Lage auf eine gewellte, getrocknete Lage laminiert werden und das Laminat aufgerollt wird.

Das Filterelement, wie es im Anspruch 6 angegeben ist, wird dadurch erhalten, daß eine getrocknete Lage, in der ein Metallpulver in einer Fasersubstanz gehalten wird, auf eine getrocknete Lage laminiert wird, die dadurch erhalten wird, daß eine getrocknete, der erstgenannten Lage ähnliche Lage gewellt wird, um eine Anordnung aus einer Anzahl von Zellen herzustellen, deren eines Ende offen ist und deren anderes Ende verschlossen ist, und die Anordnung einer Sinterbehandlung unterzogen wird.

Diese Zellenanordnung umfaßt eine solche, die dadurch erhalten wurde, daß eine getrocknete Lage auf eine gewellte, getrocknete Lage laminiert wurde und das Laminat gerollt wurde.

Diese Filterelement ist mit einer elektrischen Stromanlegeeinichtung versehen.

Als Metallpulver kann jedes beliebige Pulver eines Eisen-oder Nichteisenmetalls wie Eisen, Kupfer, Aluminium, Gold und Silber oder eine Legierung verwendet werden, und für den Typ des Metallpulvers besteht keine Beschränkung, wenn es einer Sinterbehandlung unterzogen werden kann. Ferner kann ein Gemisch aus zwei oder mehr Metallpulvern verwendet werden.

Der Typ des zu verwendenden Metallpulvers wird abhängig von der Anwendung des Enderzeugnisses festgelegt. Wenn z. B. das Enderzeugnis ein Ziergegenstand aus Edelmetall ist, wird ein Edelmetallpulver wie Goldpulver oder Silberpulver verwendet, während dann, wenn das Enderzeugnis als Filterelement oder Katalysatorträger zum Behandeln von Abgas von Motoren verwendet wird, ein Pulver vom Fe-Al-Typ verwendet wird.

Als Fasersubstanz kann jede beliebige Naturfaser oder Kunstfaser verwendet werden, wenn sie das Metallpulver halten kann und dann ausgebrannt werden kann, wenn sie einer Sinterbehandlung unterzogen wird. Zellstoff ist besonders bevorzugt, da er billig ist und leicht verfübar ist.

Zur Sinterbehandlung kann ein bekannter Sinterofen verwendet werden, wie er bei der Pulvermetallurgie oder dergleichen verwendet wird. Es ist nicht speziell erforderlich, das Material wie bei der bekannten Pulvermetallurgie zu pressen.

Die Sintertemperatur wird abhängig von der Art des Metallpulvers und vom Teilchendurchmesser desselben festgelegt. Zum Beispiel liegt die Sintertemperatur für ein FE-Pulver zwischen 1100 und 1250 ºC.

Das Gemisch aus einem Metallpulver und einer Fasersubstanz wird in Gegenwart von Wasser erhalten. Das heißt, daß das Gemisch dadurch erhalten wird, daß ein Metallpulver, eine Fasersubstanz und Wasser in einen Behälter gegeben werden und sie durch einen Rührer vermischt und gerührt werden. Das Mischungsverhältnis des so erhaltenen Gemischs (Aufschlämmung) wird abhängig von der Verwendung des Enderzeugnisses bestimmt, d.h. abhängig von der Dicke des Enderzeugnisses und dem Anteil von Öffnungen im porösen Metall.

Wenn die Aufschlämmung hergestellt wird, wird ein polymeres Flockungsmittel hinzugefügt, durch das das Metallpulver gleichmäßig an der Fasersubstanz gehalten werden kann.

Wenn das polymere Flockungsmittel hinzugefügt wird, wird ein kationisches oder anionisches Flockungsmittel abhängig vom Typ des Metallpulvers und dem Typ der Fasersubstanz ausgewählt, und die Menge des zuzugebenden polymeren Flockungsmittels wird geeignet abhängig z. B. vom Typ der Fasersubstanz und des Metallpulvers ausgewählt. Wenn die Fasersubstanz eine Kunstfasersubstanz ist, erfordern einige Arten von Fasersubstanzen keine Zugabe eines polymeren Flockungsmittels. Daher ist die Zugabe eines polymeren Flockungsmittels kein wesentliches Erfordernis.

Die Aufschlämmung wird mittels eines Siebs entwässert. Das heißt, daß die Aufschlämmung gemäß dem bei der Papierherstellung bekannten Prinzip entwässert und zu einer Lage ausgebildet wird. Was die Öffnungen des verwendeten Siebs betrifft, reicht es aus, daß sie den größten Anteil der Fasersubstanz festhalten können, und demgemäß können Siebe mit einer Größe von 60 bis 100 Maschen pro Zoll verwendet werden. Die Lage kann dadurch in der Form eines Bands hergestellt werden, daß das Sieb als Endlosband ausgebildet wird, wie es von Papierherstellmaschinen bekannt ist.

Die auf einem Sieb hergestellte Lage wird durch Trocknen an der Sonne oder durch erzwungenes Trocknen entwässert. Da die Lage, die getrocknet wurde (getrocknete Lage) eine Form und Eigenschaften ähnlich denen üblichen Papiers aufweist, kann die Lage wie gewöhnliches Papier bearbeitet werden, z. B. geschnitten, gefalzt, gebogen oder geheftet werden.

Die Dicke der getrockneten Lage wird unter Berücksichtigung der Dicke des Enderzeugnisses festgelegt. Das heißt, daß die Dicke der getrockneten Lage unter Berücksichtigung eines Schrumpfmaßes festgelegt wird, da die getrocknete Lage in gewissem Ausmaß schrumpft, wenn sie einer Sinterbehandlung unterzogen wird, und zwar abhängig von der Art der Fasersubstanz, der Art des Metallpulvers, dem Mischungsverhältnis derselben sowie der Sintertemperatur. Auf ähnliche Weise wird auch die Außenform der getrockneten Lage unter Berücksichtigung des Schrumpfungsmaßes festgelegt.

Fig. 1 ist ein Flußdiagramm, das ein Beispiel zum Ausführen des vorliegenden Verfahrens veranschaulicht.

Fig. 2 ist ein Flußdiagramm, das ein Beispiel zum Herstellen eines Katalysatorträgers veranschaulicht.

Fig. 3 bis 5 sind Diagramme, die die Wirkung eines Klebers veranschaulichen.

Fig. 6 bis 8 zeigen ein erstes Filterelement: Fig. 6 ist eine Vorderansicht desselben; Fig. 7(a) ist eine Ansicht desselben von links; Fig. 7(b) ist eine Ansicht desselben von rechts und Fig. 8 ist ein Längsschnitt durch dasselbe.

Fig. 9 und 10 zeigen ein zweites Filterelement: Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht desselben und Fig. 10 ist eine perspektivische Explosionsansicht desselben.

BEISPIEL 1

(1) Ein poröses Metallerzeugnis wurde dadurch erhalten, daß dem in Fig. 1 dargestellten Flußdiagramm gefolgt wurde.

Als erstes wurden 1163 ml Wasser in den Behälter 1 gegeben, dann wurden diesem 6,25 g eines Metallpulvers aus reinem Eisen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 2,3 µm sowie 3,125 g Zellstoff (Mischung aus NBKP und LBKP im Verhältnis 8 : 2) zugegeben, und danach wurden 0,94 x 10&supmin;² g eines polymeren Flockungsmittels (Hiholder 936, hergestellt von Kurita Kogyo KK) hinzugegeben, und diese Stoffe wurden durch einen Rührer 2 vermischt und gerührt, um dadurch eine Aufschlämmung zu erhalten.

Die Aufschlämmung wurde in einen Behälter 3 übertragen und auf dieselbe Weise wie bei der Papierherstellung mittels eines 80-Maschen-Siebs 4 gesiebt, um eine Lage 5a zu erhalten.

Die Lage 5a wurde durch warme Luft zwangsgetrocknet. Die getrocknete Lage 5b wies eine Dicke von 120 bis 130 µm auf.

In Fig. 1 zeigt (a) den auf das Tausendfache vergrößerten Zustand der getrockneten Lage 5b, woraus ersichtlich ist, daß das Metallpulver 7 gleichmäßig im Zellstoff 6 gehalten wird.

Wenn das polymere Flockungsmittel nicht zugesetzt wurde, wurde das durch den Zellstoff 6 gehaltene Metallpulver 7 ungleichmäßig verteilt und durch die Sinterbehandlung konnte kein gewünschtes Erzeugnis aus porösem Metall in Form einer Lage erhalten werden.

Die getrocknete Lage 5b wurde durch Erhitzen derselben in einem Sinterofen 8 bei 1100 ºC für 120 Min. gesintert. So wurde ein Erzeugnis 5c aus porösem Metall in Form einer Lage mit einer Dicke von 50 µm erhalten.

Wenn die Sintertemperatur 1200 ºC betrug, verschwand die Porosität und es wurde ein ebenes, plattenähnliches Metallerzeugnis erhalten.

(2) Die auf die obige Weise erhaltene getrocknete Lage 5b wurde zu Quadraten zerschnitten, eine quadratische Lage wurde so gefalzt, daß ein gefalzter Kranich erzeugt wurde, und wenn der gefalzte Kranich im Sinterofen 8 einer Sinterbehandlung für 120 Min. unterzogen wurde, wurde ein poröses Metallerzeugnis erhalten, bei dem die Ursprungsform des gefalteten Kranichs beinahe erhalten war. Das Erzeugnis aus porösem Metall, d.h. der gefaltete Kranich, hatte eine für einen Ziergegenstand ausreichende Wertigkeit.

BEISPIEL 2

Ein Katalysatorträger wurde unter Verwendung langgestreckter, getrockneter Folien 5b mit einer Breite von 15 cm, wie beim obigen Beispiel 1 erhalten, hergestellt. Der Herstellprozeß ist in Fig. 2 dargestellt. Das heißt, daß eine der Lagen 5b mittels Zahnpressen 9a, 9b zu einer gewellten Lage 5d mit Sinusform mit einer Höhe von 3 mm gewellt wurde, die gewellte Lage 5d und eine andere, ebene Lage 5b mit einem Kleber miteinander verbunden wurden, um ein Laminat 10a herzustellen, und das Laminat 10a gerollt wurde, um eine Anordnung 10b mit einem Durchmesser von 14 cm herzustellen. Der verwendete Kleber war ein solcher, der dadurch erhalten wurde, daß dasselbe Metallpulver, wie oben angegeben, im Volumenverhältnis 0,1 zu 1 zu einem käuflich erhältlichen Kleber hinzugefügt wurde.

Die gerollte Anordnung 10b wurde im Sinterofen 8 bei 1100 ºC für 120 Min. gesintert. So wurde ein Katalysatorträger 10c aus porösem Material mit Zylinderform mit einer Länge von 10 cm und einem Durchmesser von 10 cm und einer Dicke von 50 pm erhalten. In Fig. 2 ist ein Ende des Zylinders des Katalysatorträgers 10c dargestellt.

Es ist wichtig, daß ein ein Metallpulver enthaltender Kleber verwendet wird, wenn das getrocknete Lagenteil 5b zu einem gewünschten Erzeugnis aus porösem Metall geformt wird.

Die Fig. 3 bis 5 sind Ansichten, die Unterschiede des Klebeeffekts für den Fall veranschaulichen, daß ein Metallpulver im Kleber enthalten war, und für den Fall, daß kein Metallpulver im Kleber enthalten war.

Das in Fig. 3 dargestellte, bearbeitete Einzelteil 11a wurde dadurch erhalten, daß das oben angegebene Element 5b in Form einer ebenen, getrockneten Lage und das Element 5d in Form einer getrockneten Lage, das durch Wellen einer ähnlichen ebenen, getrockneten Lage 5b erhalten wurde, mittels eines Klebers 12 zusammengefügt wurden. Der Kleber 12 wurde dadurch hergestellt, daß ein Metallpulver ähnlich dem im Element 5a (5b) in Form einer getrockneten Lage enthaltenen im Volumenverhältnis 0,1 zu 1 mit einem Stärkekleber vermischt wurde.

Fig. 4 zeigt ein poröses Sintermetall 11b, das dadurch erhalten wurde, daß das oben angegebene, bearbeitete Einzelteil ha in einem Sinterofen einer Sinterbehandlung bei 1200 ºC für 120 Min. unterzogen wurde. In den verbundenen Abschnitten des erhaltenen porösen Sintermetalls waren das getrocknete Lagenelement 5b, das durchgehend gleichmäßig verbunden war, und das gewellte, getrocknete Lagenelement 5d integriert.

Dagegen ergaben die verbundenen Abschnitte nach einer Sinterbehandlung keinen zufriedenstellenden Verbindungszustand, wie in Fig. 5 dargestellt, wenn ein bearbeitetes Einzelteil 11c unter Verwendung eines Klebers hergestellt wurde, der kein Metallpulver in einem Stärkekleber enthielt, und dieses einer Sinterbehandlung bei denselben Bedingungen wie oben angegeben unterzogen wurde.

Der Anteil des Metallpulvers, der in Kleber enthalten sein soll, ist nicht auf das obige Verhältnis beschränkt, sondern er kann im Bereich von 0,003 bis 0,5 (Volumenverhältnis) zu 1 für den Kleber liegen. Das Ausmaß des Mischungsanteils wird abhängig vom gewünschten Erzeugnis aus porösem Metall oder dergleichen bestimmt.

BEISPIEL 3

Nun wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 10 ein erfindungsgemäßes Filterelement beschrieben.

Die Fig. 6 bis 9 zeigen ein Filterelement 12a gemäß einem ersten Beispiel eines Filterelements: Fig. 6 ist dessen Vorderansicht; Fig. 7(a) ist dessen Seitenansicht von links; Fig. 7(b) ist dessen Seitenansicht von rechts und Fig. 8 ist dessen Längsschnitt.

Das Filterelement 12a verfügt dem Aussehen nach über Zylinderform und es weist eine Anordnung 14a mit einer Anzahl poröser Metallzellen 13a, 13a... auf, deren eines Ende offen und deren anderes Ende geschlossen ist. Die Anordnung 14a wird dadurch hergestellt, daß ein Element 5b in Form einer getrockneten Lage, wie in der obigen Fig. 2 dargestellt, in dem ein Metallpulver festgehalten ist und ein Element 5d in Form einer getrockneten, gewellten Lage, das durch Wellen einer getrockneten Lage ähnlich der ersten getrockneten Lage 5b hergestellt wurde, zusammengesetzt werden und sie zu einem Zylinder gerollt werden, und jede zweite, abwechselnde Wabenöffnung an den entgegengesetzten Endflächen des Zylinders mittels einer Schere abgeschnitten wird und Verschließen dadurch erfolgt, daß ein ein Metallpulver enthaltender Kleber aufgetragen wird. In den Fig. 7(a) und 7(b) zeigen die schraffierten Teile die verschlossenen Endwandflächen. Das Verschließen wird auf solche Weise herbeigeführt, daß die beiden entgegengesetzten Enden jeder Zelle 13 nicht gleichzeitig verschlossen sind. Dann wird das so ausgebildete, zylindrische, bearbeitete Einzelteil einem Sintervorgang unterzogen, um ein Filterelement 12 zu erhalten.

Die Größe der Öffnungen und das Verhältnis der Öffnungen des Filterelements werden wahlfrei abhängig von Bedingungen wie der Sinterbehandlungstemperatur, der Heizzeit und dem Teilchendurchmesser des Metallpulvers bestimmt. Zum Beispiel kann sogar leicht ein Porendurchmesser von 30 µm erzielt werden, wie er dazu erforderlich ist, verkohlte feine Teilchen aus dem oben genannten Abgas zu beseitigen.

Wenn das Filterelement 12a für eine Behandlung des Abgases aus einem Motor verwendet wird, wird dieses Filterelement 12a in den Abgaspfad 15 eines Motors eingesetzt, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. Daher tritt das durch den Abgaspfad 15 strömende Abgas von der Endfläche her, in der die Zellen 13 offen sind, in das Innere ein, wie durch Pfeile dargestellt, es strömt durch die Seitenwände der speziellen Zellen 13a in die benachbarten Zellen 13a ein, und es tritt aus den Öffnungen der letztgenannten Zellen 13a aus. Selbstverständlich läuft das Abgas durch die geschlossenen Enden der Zellen 13a, 13a... da diese geschlossenen Enden porös sind.

Wenn das Abgas durch die Wandflächen der Zellen 13a läuft, werden verkohlte feine Teilchen im Abgas an den Wandflächen festgehalten und das gereinigte Abgas wird an die Atmosphäre ausgegeben. Da es möglich ist, daß das Filterelement 12a einen Katalysator wie Platin trägt, ist es möglich, daß das Filterelement 12a auch als Katalysatorumsetzer dient.

Wenn die Behandlung des Abgases fortgesetzt wird, werden die Wandflächen der Zellen 13a durch verkohlte feine Teilchen verstopft. Diese Verstopfung kann durch Erhitzen des Filterelements 12a zum Ausbrennen der verkohlten feinen Teilchen beseitigt werden. Das heißt, daß, da das Filterelement 12a metallisch und leitend ist, dieses Filterelement 12a Wärme proportional zu seinem elektrischen Widerstand erzeugt, wenn ein elektrischer Strom von einer Spannungsquelle 16 durch Einschalten eines Schalters 17 durch das Filterelement 12a geführt wird. Anders gesagt, wirkt das Filterelement 12a als elektrischer Heizer zum Ausbrennen der verkohlten feinen Teilchen.

Der elektrische Widerstand des Filterelements 12a wird wahlfrei dadurch festgelegt, daß die Art des im getrockneten Lagenelement enthaltenen Metallpulvers gewählt wird. Im Fall eines Metallpulvers mit hohem elektrischen Widerstand wie Nickel oder Chrompulver kann Wärme wirkungsvoll erzeugt werden.

Da das Filterelement 12a gemäß diesem Beispiel eine Anordnung aus Zellen aus porösem Metall ist, deren benachbarte Enden abwechselnd offen und geschlossen sind, kann die Filterfläche groß gemacht werden, und wenn das Filterelement 12a im Abgassystem eines Motors angebracht wird, können verkohlte feine Teilchen wirkungsvoll entfernt werden.

Die durch das Filterelement 12a festgehaltenen verkohlten feinen Teilchen werden dadurch verbrannt, daß dafür gesorgt wird, daß das Filterelement 12a als elektrischer Heizer wirkt, wodurch das Filterelement regeneriert werden kann.

Die Fig. 9 und 10 zeigen das Filterelement 12b gemäß dem zweiten Beispiel eines Filterelements; Fig. 9 zeigt dessen perspektivische Ansicht und Fig. 10 zeigt dessen perspektivische Explosionsansicht.

Das Filterelement 12b umfaßt einen zusammengebauten Körper 14b aus Zellen 13b, 13b,... aus porösem Metall in der Form eines Polygonrohrs, und es hat im wesentlichen die Form eines Prismas. Die schraffierten Abschnitte in Fig. 9 sind geschlossene Endwände der Zellen 13b, und auf dieselbe Weise wie beim ersten Filterelement 12a, sind die Enden benachbarter Zellen abwechselnd verschlossen und offen.

Das Filterelement 12b dieses Beispiels wird dadurch hergestellt, daß vier Arten getrockneter, ein Metallpulver enthaltender Lagen, wie in den Fig. 10(a) bis (d) dargestellt, einander zugeordnet werden, um eine Anordnung 14b aufzubauen, die einer Sinterbehandlung unterzogen wird.

Das heißt, daß ebene, getrocknete Lagenelemente 20a mit derselben Form wie der der Oberseite der Anordnung 14b, wie in Fig. 10(a) dargestellt und gewellte Lagen 20b, die dadurch erhalten werden, daß ebene, getrocknete Lagenelemente ähnlich den Lagenelementen 20a, deren Längen- und Breitenabmessungen in Übereinstimmung mit denen der getrockneten Lagenelemente 20a stehen, gewellt werden, abwechselnd aufeinandergelegt und mittels eines ein Metallpulver enthaltenden Klebers miteinander verbunden werden. Getrocknete Lagenelemente 20a werden auch an die oberen und unteren gewellten Lagen 20b angeklebt.

Seitenplatten 20c und 20d aus getrockneten Lagenelementen, die den obigen getrockneten Lagen ähnlich sind und Öffnungen mit einem vorgegebenen Intervall zwischen diesen aufweisen, wie in den Fig. 10(c) und (d) dargestellt, werden mittels des ein Metallpulver enthaltenden Klebers an das linke und rechte Ende des oben angegebenen Laminats angeklebt. Die Positionsbeziehung der Öffnungen der Seitenplatten 20c und 20d ist dergestalt, daß die Öffnungen der Zellen 13b an einer Seite der Anordnung 14b abwechselnd offen und geschlossen sind, und die Öffnungen der speziellen Zellen 13b an der anderen Seite der Anordnung 14b abwechselnd geschlossen und offen sind, so daß ein Ende der Zellen 13b offen ist und das entgegengesetzte Ende der Zellen 13b geschlossen ist.

Die so erhaltene Anordnung 14b wird einer Sinterbehandlung unterzogen, und die Fasersubstanz wird durch diese Sinterbehandlung abgebrannt, und aus dem verbliebenen Metallpulver wird ein Sintermetall gebildet. Dieses Sintermetallerzeugnis ist ein Erzeugnis aus porösem Metall, dessen ursprüngliche Form erhalten ist, und es hat die Funktion eines Filterelements. Daher kann dieses Filterelement 12b verkohlte feine Teilchen in Abgas auf dieselbe Weise wie das obige, erste Filterelement 12a ausfiltern, und die verkohlten feinen Teilchen können dadurch abgebrannt und entfernt werden, daß das Filterelement 12b als elektrischer Heizer arbeiten kann.

In diesem Zusammenhang sei angemerkt, daß die Öffnungen der Zellen nicht immer völlig abwechselnd verschlossen und offen sein müssen, sondern daß sie auf verteilte Weise angeordnet sein können, wenn dieselbe Filterwirkung erzielt wird.

Im obigen Fall wird das Filterelement zwar zum Behandeln von Gasen verwendet, jedoch kann es selbstverständlich zur Behandlung von Flüssigkeiten verwendet werden.

Ferner sind, wenn die Anordnung 14b ohne die Seitenplatten 20c und 20d hergestellt wird und diese Anordnung 14b einer Sinterbehandlung unterzogen wird, die beiden entgegengesetzten Enden der Zellen 13b offen, und sie kann als Katalysatorträger verwendet werden.

Da ein Metallpulver in einer Fasersubstanz festgehalten wird und es einer Sinterbehandlung zum Formen des Metalls unterzogen wird, können Einzelteile aus porösem Material ziemlich einfach erhalten werden.

Wenn die Fasersubstanz Zellstoff ist, kann das Einzelteil aus porösem Material ziemlich billig erhalten werden.

Ferner kann dann, wenn eine ein Metall haltende Fasersubstanz auf diejenige Weise zu einer Lage ausgebildet wird, wie sie bei der Papierherstellung verwendet wird, und die Lage einer Sinterbehandlung unterzogen wird, ein Formeinzelteil aus porösem Material, das in der Form einer ziemlich dünnen Lage oder eines Bands vorliegt, erhalten werden.

Vor der Sinterbehandlung kann durch Bearbeiten der Form einer getrockneten Lage in die Form des Enderzeugnisses, z. B. eine komplizierte Form wie die eines gefalteten Kranichs, eines Katalysatorträgers oder eines Filterelements, ein Erzeugnis aus porösem Material mit dieser Form erhalten werden.

Wenn getrocknete Lagen miteinander verdrillt werden, kann ein garnähnliches Erzeugnis aus porösem Material erhalten werden.

Da der bei der Herstellung eines Einzelteils verwendete Kleber dasselbe Metallpulver enthält, wie es im Lagenelement enthalten ist, können selbst dann, wenn die Lagenteile nicht fest miteinander verbunden sind, die mit dem Kleber verbundenen Abschnitte nach der Sinterbehandlung gleichmäßig miteinander verbunden sein.

Da der Katalysatorträger dadurch erhalten wird, daß ein Gemisch aus einem Metallpulver und einer Fasersubstanz einer Sinterbehandlung unterzogen wird, kann der Katalysatorträger als solcher aus porösem Metall mit ziemlich großer Oberfläche geformt werden. Ferner kann der Katalysatorträger als stabiler Katalysatorträger mit Wabenstruktur ausgebildet werden. Da das Filterelement eine Anordnung mit Zellen aus porösem Metall aufweist, deren Enden abwechselnd offen und geschlossen oder auf verstreute Weise offen und geschlossen sind, kann die Filterfläche groß gemacht werden und wenn das Filterelement im Abgassystem eines Motors angeordnet wird, können verkohlte feine Teilchen im Abgas wirkungsvoll beseitigt werden.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Herstellen eines Erzeugnisses aus porösem Metall, mit den folgenden Schritten:

- Herstellen eines Gemischs aus einem Metallpulver und einer Fasersubstanz in Wasser;

- Entfernen des Wassers aus dem Gemisch mittels eines Siebs, um eine erste und eine zweite Lage herzustellen;

- Unterziehen der Lagen einer Trocknungsbehandlung;

- Verbinden der ersten getrockneten Lage aus dem Trocknungsschritt mit der zweiten getrockneten Lage aus dem Trocknungsschritt, um eine Laminatlage unter Verwendung eines Klebers herzustellen, der ein Metallpulver enthält, das mit dem zum Herstellen des Gemischs verwendeten Metallpulver übereinstimmt;

- Bearbeiten der Laminatlage in die Form eines Enderzeugnisses, das ein Ziergegenstand, ein Katalysatorträger oder ein Filterelement ist; und

- Unterziehen der bearbeiteten Laminatlage einer Sinterbehandlung.

2. Verfahren zum Herstellen eines Erzeugnisses aus porösem Metall nach Anspruch 1, bei dem die Fasersubstanz Zellstoff enthält.

3. Verfahren zum Herstellen eines Erzeugnisses aus porösem Metall nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die getrocknete Lage in die Form eines Katalysatorträgers oder eines Filterelements bearbeitet wird und das bearbeitete Einzelteil einer Sinterbehandlung unterzogen wird.

4. Katalysatorträger mit einer Anordnung aus einer Anzahl von Zellen, deren beide Enden offen sind, wobei die Anordnung von Zellen dadurch erhalten wurde, daß eine getrocknete Lage, in der ein Metallpulver in einer Fasersubstanz gehalten wird, unter Verwendung eines ein Metallpulver enthaltenden Klebers auf eine getrocknete Lage laminiert wurde, die dadurch erhalten wurde, daß eine getrocknete Lage ähnlich der erstgenannten getrockneten Lage gewellt wurde, und die Laminatanordnung einer Sinterbehandlung unterzogen wurde, um die Fasersubstanz auszubrennen und das in den getrockneten Lagen und dem Kleber enthaltene Metallpulver zu sintern.

5. Katalysatorträger nach Anspruch 4, bei dem die Anordnung der Zellen dadurch erhalten wurde, daß eine getrocknete Lage auf eine gewellte getrocknete Lage laminiert wurde, um ein einschichtiges Laminat unter Verwendung eines ein Metallpulver enthaltenden Klebers auszubilden, das Laminat zu Spiralzylinderforn gerollt wurde und das gerollte Laminat einer Sinterbehandlung unterzogen wurde.

6. Filterelement mit einer Anordnung aus einer Anzahl von Zellen, deren eines Ende offen und deren anderes Ende geschlossen ist, wobei die Anordnung von Zellen dadurch erhalten wurde, daß eine getrocknete Lage, in der ein Metallpulver in einer Fasersubstanz gehalten wird, unter Verwendung eines ein Metallpulver enthaltenden Klebers auf eine getrocknete Lage laminiert wurde, die dadurch erhalten wurde, daß eine getrocknete Lage ähnlich der erstgenannten getrockneten Lage gewellt wurde, und die Laminatanordnung einer Sinterbehandlung unterzogen wurde, um die Fasersubstanz auszubrennen und das in den getrockneten Lagen und dem Kleber enthaltene Metallpulver zu sintern.

7. Filterelemen nach Anspruch 6, bei dem die Anordnung der Zellen dadurch erhalten wurde, daß eine getrocknete Lage auf eine gewellte getrocknete Lage laminiert wurde, um ein einschichtiges Laminat unter Verwendung eines ein Metallpulver enthaltenden Klebers auszubilden, das Laminat zu Spiralzylinderform gerollt wurde und das gerollte Laminat einer Sinterbehandlung unterzogen wurde.

8. Filterelement nach einem der Ansprüche 6 oder 7, das mit einer Einrichtung zum Anlegen elektrischen Stroms versehen ist.







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