DE102004035311A1 - Method for producing at least one region of a filter structure, in particular for a particle filter in the exhaust system of an internal combustion engine - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen mindestens eines Bereichs einer Filterstruktur, insbesondere für einen Partikelfilter im Abgassystem einer Brennkraftmaschine, vorgestellt, das folgende Schritte umfasst: DOLLAR A a. Herstellen eines Gemisches aus einem Sintermetallpulver und einem organischen Binder; DOLLAR A b. Herstellen einer Folie aus dem Gemisch; DOLLAR A c. Strukturieren der Folie aus dem Gemisch und DOLLAR A d. Sintern.A method is presented for producing at least one region of a filter structure, in particular for a particle filter in the exhaust system of an internal combustion engine, comprising the following steps: DOLLAR A a. Preparing a mixture of a sintered metal powder and an organic binder; DOLLAR A b. Producing a film from the mixture; DOLLAR A c. Structuring the film from the mixture and DOLLAR A d. Sintering.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen mindestens eines Bereichs einer Filterstruktur, insbesondere für einen Partikelfilter im Abgassystem einer Brennkraftmaschine.The The invention relates to a method for producing at least one Area of a filter structure, in particular for a particulate filter in the exhaust system an internal combustion engine.

Zur Herstellung von metallischen Filtermatten eignet sich Sintermetall. Insbesondere die Verarbeitung von pulverförmigem Metall ist vorteilhaft, da sich über die Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung des eingesetzten Pulvers sowie über die Sinterbedingungen eine definierte Dichte und Porengröße des Sintermetalls einstellen lässt.to Production of metallic filter mats is suitable sintered metal. In particular, the processing of powdered metal is advantageous since over the particle size and particle size distribution of the powder used and over the sintering conditions a defined density and pore size of the sintered metal can be set.

Zur Herstellung von Filtermatten aus Sintermetall wird derzeit ein Trägermaterial (z.B. ein Streckmetall oder ein Metallgewebe) mit Sintermetallpulver beschichtet und gemeinsam versintert. Das Träger- oder Gerüstmaterial erfüllt dabei zwei Aufgaben: es hilft, das Sintermetallpulver zu fixieren und stabilisiert später die Filtertasche.to Production of filter mats from sintered metal is currently a carrier material (e.g., an expanded metal or a metal mesh) with sintered metal powder coated and sintered together. The carrier or scaffold material Fulfills doing two things: it helps to fix the sintered metal powder and stabilized later the filter bag.

Eine solche Filtereinrichtung ist aus der DE 101 28 936 A1 bekannt. Der dort gezeigte Partikelfilter ist in das Abgassystem einer Diesel-Brennkraftmaschine eingebaut. Die Filterwände bei der bekannten Filtereinrichtung sind aus Sintermetall hergestellt und so angeordnet, dass keilförmige Filtertaschen gebildet werden. Die spitz zulaufenden Keilkanten der Filtertaschen zeigen entgegen die Strömungsrichtung des Abgases, die in Strömungsrichtung gesehen hintere Schmalseite einer Filtertasche ist offen. Die Filtertaschen sind nebeneinander derart angeordnet, dass eine insgesamt rotationssymmetrische, ringartige Filterstruktur gebildet wird.Such a filter device is known from DE 101 28 936 A1 known. The particle filter shown there is installed in the exhaust system of a diesel internal combustion engine. The filter walls in the known filter device are made of sintered metal and arranged so that wedge-shaped filter bags are formed. The tapered wedge edges of the filter pockets show against the flow direction of the exhaust gas, the rear narrow side of a filter pocket seen in the flow direction is open. The filter bags are arranged side by side in such a way that an overall rotationally symmetrical, annular filter structure is formed.

Bei dem bekannten Partikelfilter sind die Filterwände durch labile Sintermetallfolien oder Sintermetallmatten gebildet, die mit gesonderten Trag- beziehungsweise Stützstrukturen, beispielsweise Lochblechen, Metallgeweben oder dergleichen, verbunden sind.at the known particle filter are the filter walls by labile sintered metal foils or sintered metal mats formed with separate support or Support structures For example, perforated plates, metal fabrics or the like, connected are.

Vom Markt her bekannt ist es auch, aus einem Sintermetall und einem möglichst geringen Anteil an einem organischen Binder eine streichfähige, mörtelartige Masse herzustellen. Diese wird nach dem Zellradprinzip in Metallgewebe oder Streckmetall eingerakelt. Damit entsteht eine glatte und damit relativ geringe Filteroberfläche.from It is also known from a sintered metal and a market preferably small proportion of an organic binder spreadable, mortar-like To produce mass. This becomes after the cellular wheel principle in metal fabric or expanded metal. This creates a smooth and thus relative low filter surface.

Ferner kann aus Sintermetallpulver und einem organischen Binder sowie mittels Lösemitteln eine fließfähige Paste oder ein Schlicker hergestellt werden. Das auf diese Weise aufbereitete Pulver kann dann entweder durch Eintauchen des Metallgewebes oder des Streckmetalls in die Paste beziehungsweise den Schlicker aufgebracht werden, oder das Metallgewebe beziehungsweise das Streckmetall kann in einem Gießverfahren mit dem Schlicker übergossen beziehungsweise mit der Paste überdruckt werden (beispielsweise in Siebdrucktechnik). Bei allen Varianten dieses Prozesses ist ein anschließender Trocknungsschritt erforderlich, bei dem Lösemittel abgedampft und das Sintermetallpulver auf dem Metallgerüst fixiert wird.Further Can be made of sintered metal powder and an organic binder and by means Solvents one flowable paste or a slip can be made. That processed in this way Powder can then either by dipping the metal fabric or of the expanded metal in the paste or the slip applied be, or the metal mesh or the expanded metal can in a casting process doused with the slip or overprinted with the paste (for example in screen printing technique). For all variants This process requires a subsequent drying step at the solvent evaporated and fixed the sintered metal powder on the metal frame becomes.

Schließlich ist noch bekannt, Sintermetallpulver mit Wachsperlen zu vermischen und dieses Gemisch auf das Streckmetall beziehungsweise das Metallgewebe aufzublasen. Durch Erwärmen sorgen die aufschmelzenden Wachsperlen für eine Fixierung des Pulvers auf dem Metallgerüst.Finally is still known to mix sintered metal powder with wax beads and this mixture on the expanded metal or the metal fabric inflate. By heating The melting wax beads ensure a fixation of the powder on the metal framework.

Je nach eingesetztem Beschichtungsverfahren bleibt dabei aber die Schwierigkeit bestehen, Schichtdicke und Schichtdichte der Sintermetalllage exakt einzustellen und zu beherrschen. Gleichzeitig erhöht ein Gerüstmaterial Gewicht und Kosten für eine Filtermatte deutlich. Es ist daher wünschenswert, auf ein Gerüstmaterial verzichten zu können und trotzdem definierte, stabile Sintermetallfolien zu erzeugen.ever but after the coating process used remains the difficulty Exist, layer thickness and layer density of the sintered metal layer exactly to adjust and control. At the same time, a framework material increases Weight and cost of one Filter mat clear. It is therefore desirable to use a scaffold material to be able to do without and nevertheless defined to produce stable sintered metal foils.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine Filtereinrichtung mit exakt definierten Eigenschaften ohne die Verwendung einer Stützstruktur preiswert hergestellt werden kann.task The present invention is therefore a method of the initially so-called type so that a filter device with exactly defined properties without the use of a support structure can be produced inexpensively.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:

• a. Herstellen eines Gemisches aus einem Sintermetallpulver und einem organischen Binder;
• b. Herstellen einer Folie aus dem Gemisch;
• c. Strukturieren der Folie; und
• d. Sintern.

This object is achieved in a method of the type mentioned above in that the method comprises the following steps:

• a. Preparing a mixture of a sintered metal powder and an organic binder;
• b. Producing a film from the mixture;
• c. Structuring the film; and
• d. Sintering.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Die Verwendung einer Folie hat den Vorteil, dass deren Dicke, Dichte und die Strukturierung der Sintermetallbefüllung sehr exakt definiert werden können. Durch diese Parameter kann die Permeabilität des Sintermetallfilters exakt vordefiniert werden.The Use of a film has the advantage that its thickness, density and the structuring of the sintered metal filling defined very precisely can be. These parameters allow the permeability of the sintered metal filter to be exact be predefined.

Darüber hinaus kann eine solche Folie prozesstechnisch einfach und preiswert und in reproduzierbarer Qualität hergestellt werden. Auch eine ständige Qualitätskontrolle sowie eine Lagerung einer solchen Folie ist möglich, was ebenfalls den Herstellungsprozess erleichtert und die Herstellkosten senkt.Furthermore can such a film process technology simple and inexpensive and in reproducible quality getting produced. Also a permanent one quality control as well as a storage of such a film is possible, which is also the manufacturing process facilitates and lowers the production costs.

Das Strukturieren der Folie ermöglicht die Erzeugung einer definierten Oberflächenstruktur und damit das gezielte Vergrößern der aktiven Filteroberfläche.The Structuring the slide allows the generation of a defined surface structure and thus the targeted enlargement of the active filter surface.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.advantageous Further developments of the invention will become apparent from the mentioned in the dependent claims Activities.

In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass im Schritt b die Folie durch Folienrakeln, Foliengießen oder Folienextrusion hergestellt wird. Alle genannten Verfahren gestatten eine exakte Einstellung der Foliendicke und die Herstellung einer homogenen, glatten und von Luftblasen freien Sintermetallfolie.In In a first development, it is proposed that in step b the film is produced by film knife coating, film casting or film extrusion. All these methods allow an exact adjustment of the film thickness and the production of a homogeneous, smooth and of air bubbles free sintered metal foil.

Es ist auch möglich, nach dem Herstellen der Folien im Schritt b (Grünfolien) und vor dem Strukturieren aus diesen Einzelfolien sogenannte Multilayergrünfolien herzustellen.It is possible, too, after producing the films in step b (green films) and before structuring to produce so-called multilayer green films from these individual films.

Das Strukturieren erfolgt im Schritt c vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 80–150° Celsius, vorzugsweise im Bereich von 80–90° Celsius. Die Strukturierungstemperatur, bei der die Sintermetallfolie plastisch verformbar ist, kann sehr gut durch eine entsprechende Auswahl und Menge des organischen Binders eingestellt werden. Der angegebene Temperaturbereich ist deshalb besonders vorteilhaft, da der erforderliche Energieeinsatz begrenzt ist und dennoch mit üblichen organischen und thermoplastischen Bindern bereits eine gute Wirkung erzielt wird. Dies gilt besonders für den Bereich von 80–90 ° Celsius.The Structuring takes place in step c, preferably at a temperature in the range of 80-150 ° Celsius, preferably in the range of 80-90 ° Celsius. The structuring temperature at which the sintered metal foil is plastic deformable, can very well by an appropriate selection and Amount of organic binder to be set. The specified Temperature range is therefore particularly advantageous because the required Energy use is limited and yet with conventional organic and thermoplastic Binder already achieved a good effect. This is especially true for the area from 80-90 ° Celsius.

Die Strukturierung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe von Prägeplatten, die auf die Folie aufgelegt und eingedrückt werden. Es kann aber auch eine strukturierte Laminierwalze verwendet werden, oder es können mehrere Walzen hintereinander angeordnet werden. Auch eine beidseitige Anordnung der Walzen ist möglich.The Structuring is preferably carried out by means of embossing plates, which are placed on the film and pressed. But it can too a structured laminating roller can be used, or several Rollers are arranged one behind the other. Also a two-sided arrangement the rollers is possible.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden beide Seiten der Folie einem Strukturierungsschritt unterworfen. Es ist auf diese Weise bspw. möglich, eine beidseitige Waffelstruktur der Folie zu erhalten, was den Vorteil hat, dass nicht nur Oberfläche erzeugt wird, sondern auch die mechanische Stabilität der Folie über geeignete Geometrien (Waffelstrukturen, Wabenstrukturen, vgl. weiter unten) verbessert wird.at a further advantageous embodiment of the method according to the invention both sides of the film are subjected to a structuring step. It is possible in this way, for example., One to obtain double-sided waffle structure of the film, which has the advantage that has not just surface is produced, but also the mechanical stability of the film via suitable Geometries (wafer structures, honeycomb structures, see below) is improved.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können mehrere, auch unterschiedlich strukturierte Folien zusammenlaminiert werden, um die Schichtdicke insgesamt oder lokal zu vergrößern. Dies kann vor oder nach dem Prägevorgang stattfinden, vorteilhafterweise werden aber zunächst mehrere Grünfolien zusammenlaminiert, um die gewünschte Schichtdicke oder auch einen gewünschten Gradienten bzgl.In a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention can have several, also differently structured films are laminated together, to increase the total layer thickness or locally. This can be before or after the embossing process take place, but advantageously first several green sheets laminated together to the desired Layer thickness or a desired Gradients with respect.

Pulvergrößenverteilung und/oder Dichteverteilung einzustellen, und anschließend eine oder beide Oberflächen geprägt. Es ist aber auch denkbar, vorstrukturierte, z.B. perforierte, Folien zusammenzulaminierenPowder size distribution and / or density distribution, and then one or both surfaces embossed. However, it is also conceivable to use prestructured, e.g. perforated, foils zusammenzulaminieren

Des weiteren können Folien, die unterschiedlich feines oder grobes Sintermetallpulver enthalten, miteinander kombiniert werden, um Einfluss auf die Porenstruktur des fertigen Filtersheets zu nehmen. Beim Sintern zeigen grobe und feine Pulver unterschiedliche Neigung, sich zu binden. Einen ebenso großen Einfluss hat die sogenannte Gründichte der Folien, d.h., es ist wichtig, wie dicht die Partikel aneinander liegen und wie schnell und wie gut sie sich miteinander verbinden. Es ist auch möglich, zwei Folien miteinander zu laminieren, von denen eine sich aufgrund ihrer Zusammensetzung besonders gut strukturieren lässt, während die andere mechanisch besonders stabil ist, um auf diese Weise ein sicheres Handling im Produktionsprozess zu ermöglichen. Dies wird durch die bei der Folienherstellung verwendete Organik, d.h., den verwendeten Polymerbinder, die weichmachenden Additive, etc., bestimmt.Of others can Films containing different fine or coarse sintered metal powder contained, combined with each other to affect the pore structure of the finished filter sheet. When sintering show rough and fine powders have different tendency to bind. One as well huge Influence has the so-called green density It is important how close the particles are to each other lie and how fast and how well they connect. It is also possible, to laminate two sheets together, one of which is due to their composition is particularly well structured, while the other mechanically is particularly stable, thus ensuring a safe To enable handling in the production process. This is done by the organics used in film production, i.e., the one used Polymer binder, the plasticizing additives, etc., determined.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die Folie zusätzlich mit einer Stützstruktur zu verbinden. Vorteilhafterweise wird als Stützstruktur ein metallisches Gewebe, ein Streckmetall oder ein Lochblech verwendet. Diese sind preiswert, verdecken nur eine geringe Fläche und gestatten somit im Betrieb einen hohen Gasdurchsatz.In In a further embodiment of the method according to the invention, it is possible to Foil in addition with a support structure connect to. Advantageously, as a support structure, a metallic fabric, used an expanded metal or a perforated plate. These are cheap, cover only a small area and thus allow in operation a high gas flow rate.

Optimale Filtereigenschaften, insbesondere bei dem Einsatz der Filtereinrichtung als Partikelfilter im Abgassystem einer Brennkraftmaschine, werden erreicht, wenn das Sintermetallpulver eine Körnung von ungefähr 1–150 μm, bevorzugt 40–70 μm, noch mehr bevorzugt 50–60 μmm aufweist.optimal Filtering properties, especially when using the filter device as a particle filter in the exhaust system of an internal combustion engine, are achieved when the sintered metal powder has a grain size of about 1-150 μm, preferred 40-70 μm, even more preferably 50-60 μmm.

Günstige Herstellkosten werden erzielt, wenn im Schritt a das Sintermetallpulver mit ungefähr 8 Gew.-% Acrylatbinder und Butylacetat als Lösemittel zu einem rakelfähigen Schlicker verarbeitet wird.Cheap production costs are achieved if in step a the sintered metal powder contains about 8% by weight Acrylate binder and butyl acetate as solvent to form a sacable slip is processed.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of drawings

Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:following become particularly preferred embodiments the present invention with reference to the accompanying Drawing closer explained. In the drawing show:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Partikelfilter mit einer Filterstruktur; 1 a schematic representation of an internal combustion engine with a particulate filter with a filter structure;

2 eine perspektivische Darstellung der Filterstruktur von 1; 2 a perspective view of the filter structure of 1 ;

3 zwei Filtertaschen der Filterstruktur von 1; 3 two filter bags of the filter structure of 1 ;

4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Filterwand der Filterstruktur von 1; 4 a flowchart of a method for producing a filter wall of the filter structure of 1 ;

5 einen Schnitt durch eine Sintermetallfolie vor dem Strukturierungsschritt; 5 a section through a sintered metal foil before the patterning step;

6 einen Schnitt durch die Sintermetallfolie aus 5 nach der Strukturierung mit einer ersten Prägeplatte; 6 a section through the sintered metal foil 5 after structuring with a first embossing plate;

7 einen Schnitt durch die Sintermetallfolie aus 5 nach der Strukturierung mit einer zweiten Prägeplatte; 7 a section through the sintered metal foil 5 after structuring with a second embossing plate;

8 eine Ausgestaltung der Strukturierung mittels waffelförmiger Prägeplatten; und 8th an embodiment of the structuring by means of waffle-shaped embossing plates; and

9 verschiedene Ausgestaltungen von erfindungsgemäßen Multilayergrünfolien. 9 Various embodiments of multilayer green sheets according to the invention.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments

In 1 trägt eine Brennkraftmaschine das Bezugszeichen 10. Zu ihr gehört ein Abgassystem 12, in dem ein Partikelfilter 14 angeordnet ist. Durch diesen können beispielsweise Rußpartikel aus dem Abgas der Brennkraftmaschine 10 herausgefiltert werden.In 1 an internal combustion engine carries the reference number 10 , To her belongs an exhaust system 12 in which a particle filter 14 is arranged. Through this, for example, soot particles from the exhaust gas of the internal combustion engine 10 be filtered out.

Der Partikelfilter 14 umfasst ein Gehäuse 16 und eine in dem Gehäuse 16 angeordnete Filterstruktur 18.The particle filter 14 includes a housing 16 and one in the housing 16 arranged filter structure 18 ,

Die Filterstruktur 18 ist in 2 genauer dargestellt: Sie umfasst eine Vielzahl von keilförmigen Filtertaschen 20, die mit ihrer spitz zulaufenden Keilkante entgegen der Strömungsrichtung des Abgases angeordnet sind. Die Filtertaschen 20 sind nebeneinander um eine Gesamt-Längsachse angeordnet, so dass eine insgesamt rotationssymmetrische Filterstruktur 18 gebildet wird. Die radial innen und außen liegenden Schmalseiten der Filtertaschen 20 sind geschlossen. Die in Strömungsrichtung hinten liegenden Schmalseiten der Filtertaschen 20 sind offen. Im Bereich ihrer in Strömungsrichtung hinteren Enden sind die Filtertaschen miteinander verbunden.The filter structure 18 is in 2 More specifically, it includes a variety of wedge-shaped filter bags 20 , Which are arranged with their tapered wedge edge opposite to the flow direction of the exhaust gas. The filter bags 20 are arranged side by side about an overall longitudinal axis, so that an overall rotationally symmetric filter structure 18 is formed. The radially inside and outside narrow sides of the filter bags 20 are closed. The downstream in the flow direction narrow sides of the filter bags 20 are open. In the area of their rear ends in the flow direction, the filter bags are interconnected.

In 3 sind zwei nebeneinander liegende Filtertaschen 20a und 20b dargestellt: Das Abgas tritt im Betrieb in einen Bereich zwischen den beiden Filtertaschen 20a und 20b, tritt durch eine seitliche Filterwand 22 hindurch und gelangt so in das Innere der jeweiligen Filtertasche 20a und 20b. Der Abgasstrom ist durch einen Pfeil 24 dargestellt. Beim Durchtritt durch die Seitenwand 22 werden die Partikel aus dem Abgas abgeschieden und an der stromaufwärtigen Oberfläche der Seitenwand 22 abgelagert.In 3 are two side-by-side filter bags 20a and 20b During operation, the exhaust gas enters an area between the two filter pockets 20a and 20b , passes through a side filter wall 22 through and thus enters the interior of the respective filter bag 20a and 20b , The exhaust gas flow is indicated by an arrow 24 shown. When passing through the side wall 22 The particles are separated from the exhaust gas and at the upstream surface of the sidewall 22 deposited.

Die Wände, und insbesondere die Seitenwände 22 der Filtertaschen 20, sind aus einem porösen Sintermetall hergestellt. Ein Verfahren zum Herstellen beispielsweise der Seitenwände 22 der Filtertaschen 20 ist in 4 angegeben: Zunächst wird Sintermetallpulver 26 mit einer Körnung von ungefähr 50–60 μm, vorzugsweise 53 μm, mit ungefähr 2–8 Gew.-% Acrylatbinder 28 sowie einem leichtflüchtigen organischen Lösemittel, bspw. Butylacetat oder Alkohol 30 mittels einer Einrichtung 32 zu einem rakelfähigen Schlicker 34 verarbeitet. Dieser wird mit einem Filmrakelgerät 36 zu einer 100–500 μm dicken Sintermetallfolie 38 (Grünfolie) verarbeitet. Werden aus diesen Einzelfolien sogenannte Multilayergrünfolien 39 hergestellt, beträgt die Dicke vorzugsweise > 450 μm.The walls, and in particular the side walls 22 the filter bags 20 , are made of a porous sintered metal. A method of making, for example, the sidewalls 22 the filter bags 20 is in 4 indicated: First, sintered metal powder 26 with a grain size of about 50-60 microns, preferably 53 microns, with about 2-8 wt .-% acrylate binder 28 and a volatile organic solvent, for example. Butyl acetate or alcohol 30 by means of a device 32 to a sac-capable slip 34 processed. This one comes with a film squeegee 36 to a 100-500 μm thick sintered metal foil 38 (Green foil) processed. Become from these individual films so-called multilayer green sheets 39 produced, the thickness is preferably> 450 microns.

Diese Metallfolie oder die Multilayergrünfolien werden anschließend mittels einer Vorrichtung 40 strukturiert, wobei entweder Prägeplatten oder eine strukturierte Laminierwalze verwendet werden können. Hierzu werden die Sinterfolien auf eine Temperatur von ca. 80°C erwärmt, es werden verschiedene Prägeplatten aufgelegt und eingedrückt. Die Struktur der Prägeplatten zeichnete sich nach dem Andrücken deutlich auf dem entsprechenden Rohling 42 ab. In einem Ofen 44 wird der Rohling 42 anschließend gesintert, wobei ein quasi einstückiger Verbund 46 entsteht. Aus der Sintermetallfolie werden anschließend durch Stanzen, Falten und Schweissen 48 Filtertaschen 22 hergestellt.This metal foil or the multilayer green sheets are then by means of a device 40 structured using either embossing plates or a structured laminating roller can be used. For this purpose, the sintered films are heated to a temperature of about 80 ° C, it is placed different stamping plates and pressed. The structure of the embossing plates was clearly visible after pressing on the corresponding blank 42 from. In an oven 44 becomes the blank 42 then sintered, with a quasi one-piece composite 46 arises. From the sintered metal foil are then by punching, folding and welding 48 filter bags 22 produced.

Die 5, 6 und 7 zeigen Schnitte durch einen erfindungsgemäß verwendeten Rohling 42. In 5 ist ein Rohling 42 mit definierter Schichtdicke und Gründichte dargestellt, der mittels einer vergleichsweise dicken Sintermetallfolie 38 hergestellt wurde. Insgesamt ist die Oberfläche 52 der Sintermetallfolie 38 glatt. Der in 6 gezeichnete Rohling 42 entspricht jenem, wie er unter Verwendung des in 4 beschriebenen Verfahrens hergestellt wird: Man erkennt, dass sich die Oberflächenstruktur der Prägeplatte 40 auf der Oberfläche 52 der Sintermetallfolie 38 abbildet. In 7 ist ein Rohling 42 gezeigt, der mit einer anders strukturierten Prägeplatte 40 hergestellt wurde und dessen Oberfläche 52 ein entsprechend eingeprägtes Muster 54 aufweist.The 5 . 6 and 7 show sections through a blank used in the invention 42 , In 5 is a blank 42 shown with a defined layer thickness and green density, by means of a comparatively thick sintered metal foil 38 was produced. Overall, the surface 52 the sintered metal foil 38 smooth. The in 6 drawn blank 42 corresponds to that, as he using the in 4 It can be seen that the surface structure of the stamping plate 40 on the surface 52 the sintered metal foil 38 maps. In 7 is a blank 42 shown with a differently structured stamping plate 40 was produced and its surface 52 a correspondingly embossed pattern 54 having.

Wie bereits vorstehend erwähnt, kann die mechanische Stabilität der Folie über geeignete Geometrien verbessert werden. So ist bspw. eine Sintermetallfolie mit hoher Oberfläche bei gleichzeitig hoher mechanischer Stabilität über die im folgenden beschriebene Herstellung einer „Waffeleisenstruktur" herstellbar.As already mentioned above, the mechanical stability of the film can be improved by means of suitable geometries. So is, for example, a sinter metal foil with a high surface area and at the same time high mechanical stability can be produced by the production of a "waffle iron structure" described below.

Zunächst wird Sintermetallpulver 26 mit einer Körnung von ungefähr 50–60 μm, vorzugsweise 53 μm, mit ungefähr 2–8 Gew.-% Acrylatbinder sowie einem leichtflüchtigen organischen Lösemittel, bspw. Butylacetat oder Alkohol 30 mittels einer Einrichtung 32 zu einem rakelfähigen Schlicker 34 verarbeitet. Dieser wird mit einem Filmrakelgerät 36 zu einer 100–500 μm, vorzugsweise > 450 μm dicken Sintermetall-Grünfolie 38 verarbeitet. Diese Folie wird anschließend, bspw. mittels der in 8 gezeigten Prägeplatten 56 strukturiert. Hierzu wird das Werkzeug auf eine Temperatur von ca. 80°C erwärmt, die Grünfolie 38 eingelegt und das Werkzeug unter Druck geschlossen. Nach dem Öffnen des Werkzeugs wird die Grünfolie 38 wieder entnommen und hat nun die Struktur der Prägeplatten angenommen. In einem Ofen 44 wird der Rohling anschließend gesintert, wobei die Geometrie der dreidimensional strukturierten Folie 38 vollständig erhalten bleibt. Möglich ist bei bei diesem Werkzeug auch, das Sintermetallpulver an Stelle einer definierten Folie 38 auch in anderen Geometrien (Tabletten, grob abgeteilte Platten, Fladen, etc) in Form einer thermoplastischer Verbindung 58 einzusetzen (vgl. 8).First, sintered metal powder 26 with a grain size of about 50-60 microns, preferably 53 microns, with about 2-8 wt .-% acrylate binder and a volatile organic solvent, for example. Butyl acetate or alcohol 30 by means of a device 32 to a sac-capable slip 34 processed. This one comes with a film squeegee 36 to a 100-500 microns, preferably> 450 microns thick sintered metal green sheet 38 processed. This film is then, for example. By means of in 8th shown embossing plates 56 structured. For this purpose, the tool is heated to a temperature of about 80 ° C, the green sheet 38 inserted and closed the tool under pressure. After opening the tool becomes the green sheet 38 taken again and has now adopted the structure of the stamping plates. In an oven 44 The blank is then sintered, the geometry of the three-dimensionally structured film 38 is completely preserved. It is also possible with this tool, the sintered metal powder instead of a defined film 38 also in other geometries (tablets, roughly divided plates, flat bread, etc) in the form of a thermoplastic compound 58 to use (cf. 8th ).

Das folgende Beispiel zeigt die Herstellung von Sintermetallfolien mit hoher Oberfläche durch die Verwendung gradierter Grünfolien bzw. Multilayerfolien.The The following example shows the production of sintered metal foils with high surface through the use of graded green films or multilayer films.

Zunächst wird Sintermetallpulver 26 mit einer Körnung von zum Beispiel 50 μm, mit ungefähr 2–8 Gew.-% Acrylatbinder sowie einem leichtflüchtigen organischen Lösemittel, bspw. Butylacetat oder Alkohol 30 mittels einer Einrichtung 32 zu einem rakelfähigen Schlicker 34 verarbeitet. Dieser wird mit einem Filmrakelgerät 36 zu einer 100–500 μm, vorzugsweise < 200 μm dicken Sintermetall-Grünfolie 38 verarbeitet. Genauso wird mit Pulver, beispielweise der Körnung 30 μm und 80 μm, verfahren.First, sintered metal powder 26 with a grain size of, for example, 50 μm, with about 2-8% by weight of acrylate binder and a volatile organic solvent, for example butyl acetate or alcohol 30 by means of a device 32 to a sac-capable slip 34 processed. This one comes with a film squeegee 36 to a 100-500 .mu.m, preferably <200 .mu.m thick sintered metal green sheet 38 processed. Likewise, with powder, for example, the grain size of 30 microns and 80 microns, process.

Weitere Grünfolien-Varianten sind Folienzusammensetzungen mit höherem Organikanteil (z.B. 6–20 Gew.%-Acrylbinder), oder Folien mit porenbildenen Zusätzen, die sich im Sinterprozeß vollständig verflüchtigen. Folien mit unterschiedlichen Schichtdicken stellen ebenfalls mögliche Varianten dar, wie das Einsetzen von definierten Pulvermischungen (enge monomodale, bi- oder trimodale Korngrößenverteilungen) oder verschiedenen Pulvertypen (z.B. sphärische, runde Pulvertypen, unregelmäßig tropfenförmige Pulvertypen, flakeartige Pulvertypen, etc.) bei der Folienherstellung.Further Green sheets variants are higher organic content film compositions (e.g., 6-20 wt% acrylic binders), or films with pore-forming additives that completely volatilize in the sintering process. Films with different layer thicknesses are also possible variants such as the use of defined powder mixtures (narrow monomodal, bi- or trimodal grain size distributions) or different powder types (e.g., spherical, round powder types, irregular drop-shaped powder types, flakeartige powder types, etc.) in the film production.

Diese Folienvarianten 38 können in unterschiedlicher Weise miteinander zu Multilayergrünfolien 39 kombiniert werden. Durch geeignete Sinterprofile können so gezielt die Porosität und die Oberflächeneigenschaften der gesinterten Filterfolien 46 eingestellt bzw. definiert werden. So kann bspw. durch Laminieren verschiedener Folienvarianten nach dem Sintern eine Filterfolie mit einer grobporigen und einer feinporigen Seite erzielt werden, oder es wird bei Verwendung von Folien unterschiedlicher Gründichte nach dem Sintern eine Filterfolie mit sehr starker Oberflächenrauhigkeit erhalten, da die Seite mit der geringeren Gründichte beim Sintern inhomogen schrumpft, und sich poröse Oberflächenstrukturen ausbilden. In beiden Fällen erhält man Sintermetallfilter mit gradierter Porosität und hoher Oberfläche.These foil variants 38 can in different ways with each other to multilayer green sheets 39 be combined. By means of suitable sintered profiles, the porosity and the surface properties of the sintered filter films can be targeted 46 be set or defined. For example, by laminating different film variants after sintering, a filter film with a coarse-pored and a fine-pored side can be obtained, or it is obtained when using films of different green density after sintering a filter film with very strong surface roughness, since the side with the lower green density shrinks inhomogeneously during sintering, and forms porous surface structures. In both cases sintered metal filters with graded porosity and high surface area are obtained.

Die vorstehend erwähnten, durch Zusammenlaminieren von Einzelfolien 38 hergestellten Multilayergrünfolien 39 werden wie die Grünfolien 38 verarbeitet und können bei Bedarf, wie auch die Folien 38 selbst, auf ein Stützgerüst wie z.B. ein Streckmetall 62 auflaminiert werden und/oder zusätzlich mechanisch durch Prägen strukturiert werden.The above-mentioned, by laminating single sheets together 38 produced multilayer green films 39 become like the green films 38 processed and can if necessary, as well as the slides 38 itself, on a scaffold such as an expanded metal 62 be laminated and / or additionally structured mechanically by embossing.

Die 9 zeigt verschiedene Möglichkeiten der Ausgestaltung von Multilyergrünfolien 39. In 9A ist ein Dreifachlaminat 60 aus drei gleichartigen Grünfolien 38 mit auflaminiertem Streckmetall 62 als Stützstruktur dargestellt. 9B zeigt ein Zweifachlaminat 64 aus zwei verschiedenen Grünfolien 38 mit jeweils einem feinen und einem groben Pulver (66, 68). Die Oberfläche der Folie mit grobem Pulver 68 wird noch zusätzlich durch Prägen strukturiert, um die Filteroberfläche zu erhöhen. 9C zeigt eine Grünfolie mit sogenannter „Waffelstruktur", hergestellt unter Verwendung einer Multilayergrünfolie 39 bestehend aus drei Lagen (70, 72, 74) mit unterschiedlicher Pulverfüllung, und 9D zeigt schließlich ein Zweifachlaminat 76 aus zwei verschiedenen Grünfolien 78, 80, wobei eine Folie hochgefüllt ist, und die andere einen niedrigeren Füllgrad an Metallpulver aufweist und ggf. auch noch porenbildende Additive enthält. In 9D ist wiederum ein auflaminiertes Streckmetall 62 dargestellt.The 9 shows various possibilities of the design of Multilyergrünfolien 39 , In 9A is a triple laminate 60 from three similar green sheets 38 with laminated expanded metal 62 shown as a support structure. 9B shows a double laminate 64 from two different green sheets 38 each with a fine and a coarse powder ( 66 . 68 ). The surface of the film with coarse powder 68 is additionally structured by embossing to increase the filter surface. 9C shows a green sheet with so-called "waffle structure" made using a multilayer green sheet 39 consisting of three layers ( 70 . 72 . 74 ) with different powder filling, and 9D finally shows a double laminate 76 from two different green sheets 78 . 80 , wherein one film is highly filled, and the other has a lower degree of filling of metal powder and optionally also contains pore-forming additives. In 9D is again a laminated expanded metal 62 shown.

Claims (14)

Verfahren zum Herstellen mindestens eines Bereichs (22) einer Filterstruktur (18), insbesondere für einen Partikelfilter (14) im Abgassystem (12) einer Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst: a. Herstellen (32) eines Gemisches (34) aus einem Sintermetallpulver (26) und einem organischen Binder (28); b. Herstellen (36) einer Folie (38) aus dem Gemisch (34); c. Strukturieren (40) der Folie (38); und d. Sintern (44).Method for producing at least one area ( 22 ) a filter structure ( 18 ), in particular for a particle filter ( 14 ) in the exhaust system ( 12 ) an internal combustion engine ( 10 ), characterized in that it comprises the following steps: a. Produce ( 32 ) of a mixture ( 34 ) from a sintered metal powder ( 26 ) and an organic binder ( 28 ); b. Produce ( 36 ) of a film ( 38 ) from the mixture ( 34 ); c. Structuring ( 40 ) of the film ( 38 ); and d. Sintering ( 44 ). Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt des Herstellens von Multilayergrünfolien (39) aus den in Schritt b) hergestellten Folien (38) vor dem Strukturierschritt c) und Strukturieren der so hergestellten Multilayergrünfolien (39).Method according to claim 1, characterized by the additional step of producing multilayer green sheets ( 39 ) from the films produced in step b) ( 38 ) before the structuring step c) and structuring of the multilayer green sheets ( 39 ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien (38) und/oder die Multilayergrünolien (39) einen Gradienten bzgl. der Pulvergrößenverteilung und/oder der Dichteverteilung des Sintermetallpulvers (26) aufweisen.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the films ( 38 ) and / or the multilayer green sheets ( 39 ) a gradient with respect to the powder size distribution and / or the density distribution of the sintered metal powder ( 26 ) exhibit. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b die Folie (38) durch Folienrakeln (36), Foliengießen, oder Folienextrusion hergestellt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in step b, the film ( 38 ) by film knives ( 36 ), Film casting, or film extrusion. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturieren (40) im Schritt c bei einer Temperatur im Bereich von 80 bis 150°C, vorzugsweise im Bereich von 80 bis 90°C, erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the structuring ( 40 ) in step c at a temperature in the range of 80 to 150 ° C, preferably in the range of 80 to 90 ° C, takes place. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturieren (40) im Schritt c mittels Prägen erreicht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the structuring ( 40 ) is achieved in step c by embossing. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Prägen Prägeplatten und/oder strukturierte Laminierwalzen verwendet werden, deren Oberflächenstruktur auf der Folie (38) oder der Multilayergrünfolie (39) abgebildet wird.A method according to claim 6, characterized in that embossing plates and / or structured laminating rollers are used for embossing whose surface structure on the film ( 38 ) or the multilayer green film ( 39 ) is displayed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sintermetallpulver (26) mit einer Körnung von ungefähr 1 bis 150 μm, bevorzugt 40 bis 70 μm, noch mehr bevorzugt 50 bis 60 μm verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a sintered metal powder ( 26 ) having a grain size of about 1 to 150 μm, preferably 40 to 70 μm, more preferably 50 to 60 μm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a das Sintermetallpulver (26) mit ungefähr 2–8 Gew.-% Acrylatbinder (28) und einem leichtflüchtigen organischen Lösemittel (30) zu einem rakelfähigen Schlicker (34) verarbeitet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step a the sintered metal powder ( 26 ) with about 2-8% by weight of acrylate binder ( 28 ) and a volatile organic solvent ( 30 ) to a slaky slip ( 34 ) is processed. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das leichtflüchtige organische Lösemittel Butylacetat oder Alkohol ist.Method according to claim 9, characterized in that that the volatile organic solvents Butyl acetate or alcohol. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadaurch gekennzeichnet, dass eine beidseitige Strukturierung (40) der Folie (38) oder der Multilayergrünfolie (39) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that bilateral structuring ( 40 ) of the film ( 38 ) or the multilayer green film ( 39 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Folie (38) oder der Multilayergrünfolie (39) eine beidseitige Waffelstruktur aufgegeben wird.Method according to claim 11, characterized in that the film ( 38 ) or the multilayer green film ( 39 ) a two-sided waffle structure is abandoned. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (38) oder die Multilayergrünfolie (39) zusätzlich mit einer Stützstruktur (62) verbunden ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the film ( 38 ) or the multilayer green sheet ( 39 ) additionally with a supporting structure ( 62 ) connected is. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Stützstruktur (62) ein metallisches Gewebe, ein Streckmetall oder ein Lochblech verwendet wird.Method according to claim 13, characterized in that as supporting structure ( 62 ) a metallic fabric, an expanded metal or a perforated plate is used.