Derartige Formkörper sind mit einer großen Vielfalt von Feststoffteil- chen und einer großen Vielfalt von Bindern bekannt geworden. Als ein Beispiel sei auf Formkörper hingewiesen, die aus Metallteilchen, die über Verbindungsbrücken aus einem Metall mit niedrigerem Schmelz- punkt zusammengehalten sind, bestehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Formkörper verfügbar zu machen, der sich durch herausragend einfache Herstellbarkeit aus- zeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Formkörper erfindungsgemäß da- durch gekennzeichnet, daß ein Binder auf Wasserglasbasis vorgesehen ist, der durch Kontaktie- ren des rohen Formkörpers mit einer Härtungsflüssigkeit auf Alkohol- basis gehärtet ist.

Der Einsatz von Bindern auf Wasserglasbasis ist insbesondere bei der Herstellung von Gießformkemen bekannt. Zur Härtung von Bindern auf Wasserglasbasis hat man bisher eingesetzt : -Begasen mit CO2 ; -Förderung der CO2-Aufnahme aus der Luft durch Erwärmen ; -Langzeiterhärtung bei Raumtemperatur an der Luft ; -Zumischen eines Metalloxids zu dem Wasserglas ; -Zumischen einer Säure zu dem Wasserglas ; -Zumischen eines Esters zu dem Wasserglas.

Erfindungsgemäß werden die Feststoffteilchen durch einen Binder auf Wasserglasbasis zusammengehalten, der auf grundlegend neuartige Weise gehärtet worden ist, nämlich indem der rohe Formkörper (d. h. noch nicht gehärtete Formkörper), mit der Härtungsflüssigkeit auf Alko- holbasis kontaktiert worden ist. Vorzugsweise besteht die Härtungsflüssigkeit zu einem erheblichen Teil aus Alkohol, wobei als konkrete Grenzen vorzugsweise mindestens 30% Alkohol, stärker bevorzugt mindestens 40% Alkohol, noch stärker bevorzugt mindestens 50% Alkohol, noch stärker bevorzugt mindestens 70% Alkohol, noch stärker bevorzugt ca. 100% Alkohol (wie handelsüblich erhältlich) genannt werden. Vorzugsweise ist der für den Härtungsvorgang verantwortliche Bestandteil ein einwertiger Alkohol oder auch eine Mischung mehrerer einwertiger Alkohole. Besonders brauchbare und leicht und kostengünstig erhältliche Alkohole sind Äthanol, Methanol, Isopropanol, Brennspiritus (= vergällter Äthanol). Wegen der porösen Struktur des rohen Formkörpers ist es vom technischen Ablauf her einfach, den Binder auf Wasserglasbasis in dem gesamten rohen Formkörper im erforderlichen Ausmaß mit der Härtungsflüssigkeit zu kontaktieren. Es hat sich überraschend gezeigt, daß dieses Kontaktieren zu einer spontanen, in sehr kurzer Zeit (im wesentlichen schon in weni- gen Sekunden) ablaufenden Härtung des Binders führt. Es ist ein für die Produktion immenser Vorteil, daß der Formkörper ohne den Einsatz eines Erwärmungsschritts und ohne den Einsatz einer längeren Härtungs- zeit von dem rohen, ungehärteten Zustand in den gehärteten Zustand gebracht werden kann.

Da durch die erfindungsgemäß eingesetzte, alkoholische Härtungsflüssigkeit der Härtungsvorgang sehr rasch abläuft, handelt es sich wohl nicht um eine chemische Reaktion mit dem Binder, vielmehr scheint ein physikalischer Vorgang vorzuliegen, der wahrscheinlich Wasserentzug aus dem Binder als wichtigen Effekt aufweist.

Die nachfolvencle Beschreibung wird stärker verdeutlichen, daß zu den genannten Hauptkomponenten in der Regel keine weiteren hinzutreten

müssen, um den grundsätzlichen Aufbau des Formkörpers zu schaffen.

Festigkeitserhöhende Komponenten und/oder Ergänzungskomponenten, sei es für die Rohmasse zur Bildung des rohen Formkörpers, sei es Ergänzungskomponenten am gehärteten Formkörper, können allerdings hinzutreten. Weitere Einzelheiten hierzu werden weiter unten erläutert.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung sind Feststoffteilchen vor- gesehen, die innere Leerräume haben. Solche Teilchen haben insbeson- dere den Vorteil eines vergleichsweise geringen Gewichts, so daß einer- seits Material gespart wird und andererseits der Formkörper leichter ist und deshalb besser gehandhabt und gegebenenfalls in einer Tragstruktur gehaltert werden kann. Es müssen nicht alle Teilchen Leerraum-Teilchen sein, wiewohl dies zur konsequentesten Erreichung der Vorteile bevor- zugt ist.

Vorzugsweise sind aus der folgenden Materialgruppe ausgewählte Fest- stoffteilchen vorgesehen : -Glasteilchen, vorzugsweise Schaumglasteilchen ; -Tonteilchen, vorzugsweise Blähtonteilchen.

Glasteilchen haben den Vorteil hervorragender chemischer Beständigkeit und werden häufig aus recyceltem Glas hergestellt. Schaumglasteilchen sind am Markt erhältlich und zeigen eine geschlossene, in erster Nähe- rung kugelförmige Hülle, die im Inneren von einigen Wänden durch- zogen, aber ansonsten größenteils hohl ist. Gegenüber massiven Glasteil- chen sind Schaumglasteilchen bei nicht wesentlich verringerter Festigkeit spezifisch sehr viel leichter.

Vorzugsweise sind Feststoffteilchen vorgesehen, die zum größten Teil eine Größe in den Grenzen 0,2-1 mm, vorzugsweise 0, 3-0,7 mm, haben. Die Wahl der Teilchengröße bestimmt die Porengröße in dem Formkörper."Zum größten Teil"bedeutet"zu mehr als 50 % des Volu- mens oder Gewichts der Feststoffteilchen", vorzugsweise"zu mehr als 90 %". Wenn man jedoch z. B. einen Formkörper mit sehr großer Poro-

sität zwischen den Feststoffteilchen wünscht, kann man auch Feststoff- teilchen größerer Größe einsetzen. Insbesondere bei Formkörpern als Katalysatorträger in Abgasanlagen sind Teilchen in der Größe 1,0 bis 2,0 mm als günstig bevorzugt.

Vorzugsweise ist der Binder Natronwasserglas, Kaliumwasserglas, Lithi- umwasserglas oder eine Mischung aus mindestens zwei der genannten Wassergläser. Besonders handelsüblich ist ein Gemisch aus Natronwas- serglas und Kaliumwasserglas.

Die Füllstoffe können die Geschmeidigkeit der Masse für den Formkörper erhöhen und so die Verarbeitbarkeit dieser Masse verbessern. Außerdem erhöht sich die Festigkeit und verringert sich die Schwindung bei der Härtung vom rohen Formkörper zum fertig geformten Formkörper. Die genannten Fasern werden normalerweise dem Binder hinzugemischt und liegen in der zu formenden Masse ungeordnet vor. Hier liegt der Unterschied zu den weiter vom angesprochenen Fasergelegen.

Außer den bisher angesprochenen Komponenten kann der Formkörper bzw. die Masse, aus der der rohe Formkörper besteht, noch weitere Komponenten in untergeordneter Menge enthalten, vorzugsweise aus- gewählt aus der folgenden Gruppe, und zwar entweder eine Komponente aus einer Gruppe oder mehrere Komponenten aus einer Gruppe oder mehrere Komponenten aus mehreren Gruppen : -Einen oder mehrere Füllstoffe, vorzugsweise Talkum oder Quarzmehl ; -einen oder mehrere Hilfstoffe oder Additive ; -Fasern zur Festigkeitserhöhung, vorzugsweise Glasfasern.

Insbesondere in den Fällen, in denen relativ hohe Festigkeit des Formkörpers gefordert wird, ist das Vorsehen einer Festigungskomponente, vorzugsweise in Form eines Fasergeleges, als günstig bevorzugt. Das Fasergelege kann insbesondere an einer

Oberfläche des Formkörpers vorgesehen sein, aber auch als innere Fasergelege. Es können Fasergelege üblicher Ausbildung eingesetzt werden inbesondere Gewebematten. Als Materialien kommen die üblichen Fasern in Betracht, insbesondere Glasfasern, aber auch Kohlefasern. Mineralfasern und andere.

Von den genannten, ergänzenden Komponenten zu unterscheiden sind Komponenten, die gewünschtenfalls dem Formkörper nach der Härtung hinzugefügt werden, z. B. bestimmte Oberflächenschichten, Imprägnierungen und dergleichen.

Vorzugsweise weist die Masse, aus welcher der rohe Formkörper geformt werden soll, bezogen auf das Gesamtgewicht die folgenden Gewichtsprozent-Bereiche auf : 10-50 % Wasserglas 0-5 % Füllstoff oder Füllstoffe 0-5 % Füllstoffe oder Additive 0-5 % Fasern 35-90 % Feststoffteilchen (als Rest).

Diese Gewichtsprozent-Bereiche gelten ganz besonders für Formkörper, bei denen Feststoffteilchen mit inneren Leerräumen vorgesehen sind. Bei massiven Feststoffteilchen verschiebt sich der Gewichtsprozent-Bereich der Feststoffteilchen eher zu höheren Werten (noch innerhalb oder schon teilweise nach oben außerhalb des oben angegebenen Bereichs), weil die Feststoffteilchen einen höheren Anteil des Gewichts des Formkörpers ausmachen. Beim Wasserglas bezieht sich der angegebene Gewichts- prozent-Bereich auf handelsübliches Wasserglas, das üblicherweise einen Feststoffgehalt in der Gegend von 50 %, auch etwas darunter, Rest Wasser hat. Ferner wird darauf hingewiesen, daß viele Füllstoffe, insbesondere auch das bereits genannte Talkum oder das bereits genannte Quarzmehl, viele Hilfsstoffe und/oder Additive, und auch in die Masse verteilt eingebrachte Fasern spezifisch sehr leicht sind ; trotz

der angegebenen, niedrigen Gewichtsprozent-Bereiche dieser Komponenten können diese Komponenten jeweils einen deutlich höheren Anteil des Volumens der zu dem rohen Formkörper zu formenden Masse ausmachen. Schließlich wird darauf hingewiesen, daß bei dem Bezugsgewicht von 100% der zu formenden Masse ein etwaiges Fasergelege zur Festigkeitserhöhung nicht einbezogen war.

Für den erfindungsgemäßen Formkörper gibt es eine Fülle technischer Einsatz-und Verwendungsmöglichkeiten. Einige dieser Möglichkeiten seien als besonders bevorzugt genannt und herausgestellt : -Filterelement für Gase oder Flüssigkeiten ; -Filterelement für die Rauchgase von Verbrennungsanlagen ; -Partikelfilter für Abgasanlagen von Dieselmotoren ; -Basiskörper mit katalytischer Beschichtung für katalytische Ab- gasentgiftungsanlagen (z. B. solche, wie man sie aus dem Abgas- trakt von Kraftfahrzeugen kennt) ; -Bauprodukte im umfassenden Sinn mit Schwerpunkt bei Anwendun- gen der Isolation und des Feuerschutzes, z. B. wärmedämmende Bauplatte, aber auch Baufundament ; -Absorberbauteil für Aufprallenergie ; -künstlerische Skulptur oder restaurierter Bereich einer Skulptur.

Ganz besonders sei hervorgehoben, daß der Formkörper bei der Wahl anorganischer Feststoffteilchen (was bevorzugt ist) ein auch bei erhöhter Temperatur einsetzbares technisches Element ist. Ganz besonders sei die Verwendung als Fluidbehandlungselement (z. B. filternde Behandlung, chemische Behandlung bzw. Umsetzung) für hindurchströmendes Heiß- fluid genannt. Z. B. bei Feststoffteilchen aus Glas oder Ton stellen Dauerbetriebstemperaturen von über 200 °C, aber auch noch sehr viel höhere Dauerbetriebstemperaturen überhaupt kein Problem dar. Ganz besonders sei auf die Filtration oder katalytische Behandlung von Ver- brennungsabgasen im Temperaturbereich von 200-950°C hingewiesen, einschließlich Einsatz als Partikelfilter im Abgastrakt eines Dieselmotors.

Wenn der erfindungsgemäße Formkörper ein Filterelement ist, besitzt er im einsatzfähigen Endzustand vorzugsweise an seiner Zuströmoberfläche eine Oberflächenfiltrationsschicht mit kleinerer Porengröße als im Filter- element unterhalb der Oberflächenfiltrationsschicht. Filterelemente mit Oberflächenfiltrationsschicht haben insbesondere die Vorteile, daß sich das Filterelement durch Rückströmen gut abreinigen läßt und daß sich die Poren im Inneren des Filterelements nicht zusetzen, was den Durchströmungswiderstand des Filterelements auf die Dauer immer weiter erhöhen würde. Besonders bevorzugt ist eine Oberflächenfil- trationsschicht aus Fasern, vorzugsweise Glasfasern oder Mineralfasern, oder aus insbesondere anorganischen Feststoffteilchen.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines porösen, formstabilen Formkörpers der in der vorliegenden An- meldung offenbarten Art, dadurch gekennzeichnet, (a) daß die Komponenten für den rohen Formkörper zu einer bildsamen oder fließfähigen Masse vermischt werden, (b) daß die Masse in eine Form eingebracht wird ; (c) daß die Härtungsflüssigkeit in einer derartigen Menge dem Form- inhalt zugeführt wird, daß der Binder mindestens nahezu vollständig von der Härtungsflüssigkeit kontaktiert wird ; (d) und daß der gehärtete Formkörper aus der Form entnommen wird.

Obwohl das Kontaktieren mit der Härtungsflüssigkeit zu einer so weit- gehenden, spontanen Härtung des Formkörpers führt, daß er der Form entnommen werden kann und eine gute Anfangsformstabilität hat, schließt sich häufig eine abschließende Austrocknung und Nachhärtung, insbesondere bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur von vorzugsweise 100 bis 150°C.

Die erfindungsgemäße Art der Härtung des Binders erlaubt es, den Formkörper nach kurzer Zeit, vorzugsweise nach weniger als 60 s, höchst vorzugsweise nach weniger als 30 s, der Form zu entnehmen.

Es ist günstig, aus dem Formkörper entweder vor Entnahme aus der Form oder nach Entnahme aus der Form überschüssige Härtungsflüssigkeit zu entfernen, z. B. durch Abtropfenlassen, Abschleudern, Durchblasen, Durchsaugen, Verdunstenlassen.

Die Form, in der der Formkörper hergestellt wird, kann eine sehr ein- fache Gestalt (z. B. quaderförmig für die Herstellung von plattenartigen Produkten) haben, aber auch eine kompliziertere Gestalt. Die Form kann vorzugsweise auch Formkerne enthalten, so daß ein Formkörper mit mindestens einem Innenhohlraum hergestellt wird, der nach außen abge- schlossen ist oder der eine Verbindung nach außen hat. In den meisten Fällen ist es günstig, eine einfach geteilte oder auch eine mehrfach geteilte Form vorzusehen. Je nach Konsistenz der Formmasse kann man mit Einfließen in die Form, aber auch Einbringen mit anschließender Aufbringung eines gewissen Verdichtungsdrucks, oder auch Einbringen und Unterstützen der Füllung der Form durch Vibrieren oder derglei- chen arbeiten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert, wobei der Formkörper beispielhaft konkreter als Fluidbehandlungselement beschrieben wird : Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine erste Herstellungsform ; Fig. 2 zeigt in einem horizontalen Querschnitt ein Fluidbehandlungselement nach Entnahme aus der ersten Herstellungsform ; Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine zweite Herstellungsform ; Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine dritte Herstellungsform ; Fig. 5 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch eine"liegende", vierte Herstellungsform ; Fig. 6 zeigt im Schnitt ein vergrößertes Detail eines Fluidbehandlungselements an der Stelle A in Fig. 5, hergestellt in der vierten Herstellungsform ; schließlich wird ein Zusammensetzungsbeispiel ausgeführt.

Die in Fig. 1 dargestellte, erste Herstellungsform 2 hat die Gestalt eines relativ flachen, innen hohlen Quaders, der an funf Seiten geschlossen ist und an der sechsten Seite offen ist. Von der offenen Seite her sind drei Formkerne 4, die voneinander beabstandet sind und jeweils rechteckigen Querschnitt haben, eingesetzt ; die Formkerne 4 sieht man in Fig. 1 im Schnitt, weil sie nach oben aus der offenen Form herausragen.

In Fig. 2 ist das in der ersten Herstellungsform gemäß Fig. 1 hergestellte Fluidbehandlungselement 6 nach Entnahme aus der Herstellungsform 2 dargestellt. Es läßt sich insbesondere so einsetzen, daß die Außenoberfläche 8 die Zuströmoberfläche des Fluidbehandlungselements 6 darstellt, während das Reingas oder die Reinflüssigkeit aus den Kammern 10 nach oben abgezogen wird.

Die in Fig. 3 dargestellte, zweite Herstellungsform 2 hat einen zylindrischen Formhohlraum, in dem ein zylindrischer Kern 4 kleineren Durchmessers angeordnet ist. Somit läßt sich in der Herstellungsform 2 ein Fluidbehandlungselement herstellen, das die Gestalt eines Rohrabschnitts hat.

Die in Fig. 4 dargestellte, dritte Herstellungsform 2 hat einen Formhohlraum, der in Abwandlung des Formhohlraums der zweiten Herstellungsform gewellt-zylindrisch ist. Der Kern 4 hat eine Außenkontur, die dieser Wellung beabstandet folgt. Mit der dritten Herstellungsform läßt sich somit ein Fluidbehandlungselement herstellen, das die Gestalt eines Wellrohrabschnitts hat.

Es wird darauf hingewiesen, daß die erste, die zweite und die dritte Herstellungsform 2 entweder so vorgesehen sein können, daß sich die Kerne 4 in der Herstellungsform 2 bis zu deren unterem Abschluß erstrecken ; dann ist der innere Hohlraum der hergestellten Fluidbehandlungselemente 6 am unteren Ende und am oberen Ende offen. Alternativ kann man die Kerne 4 mit ihrem unteren Stirnende mit

Abstand vom unteren Abschluß des Formhohlraums anordnen ; dann werden Fluidbehandlungselemente 6 erzeugt, deren Hohlräume unten abgeschlossen sind und nur nach oben hin offen sind.

In Fig. 5 ist eine vierte Herstellungsform 2 mit etwas komplizierterer geometrischer Gestalt dargestellt. Es gibt eine"liegende", untere Formhälfte 2a, die eine Abfolge parallel verlaufender"Wellenberge"und "Wellentäler"hat. Eine"liegende", obere Formhälfte 2b ist an ihrer unteren Seite analog mit Wellenbergen und Wellentälern profiliert.

Wenn die untere Formhälfte 2a und die obere Formhälfte 2b an der Formteilungshälfte 12 zusammengesetzt sind, wie in Fig. 5 gezeigt, begrenzen sie einen Formhohlraum 14, der wie ein dickes Wellblech gestaltet ist.

Zur Herstellung einer Fluidbehandlungselement-Hälfte 6'wird bei geöffneter Herstellungsform 2 eine dosierte Menge an aus den Komponenten gemischter Masse in die untere Formhälfte 2a eingefüllt.

Dann wird die obere Formhälfte 2b in Richtung auf die untere Formhälfte 2a abgesenkt und so stark angepreßt, daß ein Verdichtungsdruck auf den Forminhalt ausgeübt wird.

Wenn zur Festigkeitssteigerung der Fluidbehandlungselement-Hälfte 6' gewünscht, kann vor dem Einbringen der Masse in die untere Formhälfte 2a ein Fasergelege, insbesondere eine Glasfasergewebematte, eingelegt werden, alternativ auch erst ein Teil der Masse in die untere Formhälfte 2a eingefüllt und dann das Fasergelege aufgelegt werden.

In Fig. 6 ist in vergrößerter Darstellung veranschaulicht, wie die Fluidbehandlungselement-Hälfte 6'im Detail aussieht. Der poröse Aufbau aus anorganischen Feststoffteilchen mit inneren Leerräumen, die durch gehärteten Binder auf Wasserglasbasis zusammengehalten sind, ist durch Punktierung angedeutet. Das Fasergelege 16 im Bereich einer Oberfläche der Fluidbehandlungselement-Hälfte 6'ist mit doppelter Schraffur angedeutet. Außerdem ist veranschaulicht, daß man auf der

Außenseite der Fluidbehandlungselement-Hälfte 6'anschließend eine Oberflächenfiltrationsschicht 18, angedeutet durch doppelte Schraffur, aufbringen kann.

Wenn man sich eine zweite Fluidbehandlungselement-Hälfte 6" spiegelbildlich von unten her gegen die in der Herstellungsform 2 von Fig. 5 hergestellte, erste Fluidbehandlungselement-Hälfte 6'angesetzt und an den Stellen 20 mit ihr verbunden denkt (vorzugsweise mit Hilfe von Wasserglas-Binder), hat man wiederum ein, grob gesprochen, gewellt-flachquaderförmiges Fluidbehandlungselement mit Hohlräumen vor sich. Man kann wiederum entweder so arbeiten, daß die Hohlräume jeweils an ihren zwei Enden offen sind. Alternativ kann die vierte Herstellungsform 2 an einer Seite so gestaltet sein, daß die Hohlräume einseitig geschlossen sind ; dann hat man ein gewellt-flachquaderförmiges Fluidbehandlungselement 6 vor sich, das an fünf Seiten geschlossen und an der sechsten Seite zu den Hohlräumen offen ist.

Zusammensetzungsbeispiel Es wurde eine Masse folgender Zusammensetzung hergestellt : -32 Gew% handelsübliches Wasserglas (Mischung aus Natronwasserglas und Kaliumwasserglas, Feststoffgehalt 45%) ; -3 Gew% Talkum -65 Gew% Schaumglasteilchen (0,25 bis 0,5 mm).

Diese Masse hatte eine Konsistenz vergleichbar der Konsistenz feuchter Erde. Die Masse wurde in eine Form wie in Fig. 1 dargestellt eingefüllt, wobei der quaderförmige Formhohlraum (bei weggedachten Kernen) etwa die Größe 30 cm x 20 cm x 5 cm umschloß. Die Form und die Kerne bestanden aus Metall. Beim Einfüllen der beschriebenen Masse wurde mit einem Art Stempel auf den Forminhalt gedrückt, um ihn mäßig zu verdichten.

Dann wurden von oben her 100 mi Brennspiritus verteilt in den Forminhalt gegossen. Ein Heraustropfen von überschüssigem Brennspiritus unten aus der Form (bei geteilter Form aus der Teilungsebene, sonst aus dünnen Flüssigkeitsaustrittsöffnungen) zeigte an, daß der Forminhalt in erforderlicher Vollständigkeit mit dem Brennspiritus kontaktiert worden war. Nach sehr kurzer Zeit (10-20 s) konnte mit Fingerdruck auf die Oberseite des Forminhalts festgestellt werden, daß Härtung eingetreten war. Danach konnte der Formkörper entnommen werden.

Der Formkörper wurde anschließend für 1 Stunde bei 120°C in einem Ofen nachgehärtet.

Mit einer Masse gleicher Zusammensetzung konnte analog in den Herstellungsformen gemäß Fig. 3,4 und 5 gearbeitet werden.