AT4039U2

AT4039U2 - Abgas-probenbeutel

Info

Publication number: AT4039U2
Application number: AT0072300U
Authority: AT
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2000-10-03
Filing date: 2000-10-03
Publication date: 2000-12-27
Also published as: AT4039U3; DE20115936U1

Abstract

Ein flexibler Agbas-Probenbeutel für die Aufnahme, Aufbewahrung und Auswertung von Abgasproben, insbesonders Abgasproben von Brennkraftmaschinen, weist zumindest teilweise aus Kunststoff bestehendes, schichtweise aufgebautes Wandmaterial auf, wobei zumindest eine Schicht aus zumindest weitgehend inertem und gasdichtem Metall besteht. Damit können derartige Probenbeutel auch für die Messung niedrigster Emissionswerte im Bereich von wenigen ppm verwendet werden, ohne daß durch das Wandmaterial negative Auswirkungen auf die Meßergebnisse zu befürchten sind.

Description


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   Die Erfindung betrifft einen flexiblen Abgas-Probenbeutel für die Aufnahme, Aufbewahrung und Auswertung von Abgasproben, insbesonders Abgasproben von Brennkraftmaschinen 
Heutzutage werden beispielsweise bei für Typ-Zulassungen und Zertifizierun- gen von Motoren und Fahrzeugen, aber auch für andere ähnliche Aufgaben, erforderli- chen Messungen der Konzentration von Abgasbestandteilen aus verdünnten Abgasen diese in Probenbeuteln gesammelt und erst nach den zumeist bei verschiedenen Be- triebspunkten der Motoren erforderlichen Probennahmen entsprechend analysiert. Die Probenbeutel bestehen in den bekannten Ausführungen aus Kunststoffen wie etwa TEDLAR (PVF, Polyvinylfluorid), welche kostengünstig, leicht handhabbar und zumin- dest bis zu einem gewissen, bisher ausreichenden Mass gasdicht und inert sind.

   Bei den bisher vorhandenen bzw. zu messenden Konzentrationen von Abgasbestandteilen in Bereichen von etwa 10 bis grösser 100 ppm (beispielsweise für HC und NOx) sind die durch das Beutelmaterial hervorgerufenen Verfälschungseffekte (durch Ausgasen, Lös- lichkeit von Abgaskomponenten im Material, Gasdiffusion aus der Umgebungsluft in das Beutelinnere, oder dergleichen) relativ klein und zumeist vemachlässigbar.

   Aller- dings zeigt sich bereits, dass bei den zukünftig angestrebten, niedereren Emissions- messwerten, wie beispielsweise nach den Vorschlägen der Europäischen Union (Richt- linien EURO 3, EURO 4, EURO 5) bzw in den USA für ULEV (Ultra Low Emission Ve- hicles) und SULEV (Super Ultra Low Emission Vehicles) Emissionen beispielsweise von HC und NOX in Bereichen um etwa 1 bis 3 ppm zu erwarten sind, wobei bereits aus den bisherigen Messerfahrungen darauf zu schliessen ist, dass derartige sekundäre Einflüsse des Beutelmaterials nicht mehr vemachlässigbar sein werden. 



   Insbesonders sind durch die Eigenschaften der verwendeten Polymere Einflüs- se auf die Kohlenwasserstoffe (HC) durch Ausgasen, Löslichkeit im Beutelmaterial bzw. Gasdiffusion aus der Umgebungsluft, zu erwarten. Darüber hinaus können vorü- bergehende hohe Schadstoffkonzentrationen, wie beispielsweise im Testbetrieb frei 

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 werdende Kraftstoffe, auch im Polymermaterial gelöst und erst zu viel späteren Zeit- punkten durch Ausgasen wieder freigesetzt werden, womit sich weitere unerwünschte Einflüsse auf die Messwerte ergeben können. Reaktive Gaskomponenten, wie etwa Aldehyde oder NO können weitere, das Polymermaterial verändernde und deshalb langzeitig nicht zu kontrollierende Effekte ergeben. 



   Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Abgas-Probenbeutel der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die erwähnten Nachteile der bekannten derarti- gen Beutel vermieden werden und dass insbesonders damit auch zukünftige niedrigere 
Emissionsmesswerte möglichst unverfälscht bestimmbar sind. 



   Diese Aufgabe wird gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass die 
Probenbeutel zumindest teilweise aus Kunststoff bestehendes, schichtweise aufgebau- tes Wandmaterial aufweisen, wobei zumindest eine Schicht aus zumindest weitgehend inertem und gasdichtem Metall besteht. Es hat sich bei entsprechenden Versuchen gezeigt, dass die erwähnten Probleme durch Vorsehen von zumindest einer Schicht aus inertem und gasdichtem Metall einfach behoben werden können, wobei die sonstigen 
Vorteile dieses Messsystems und auch die bestehende zugehörige Infrastruktur unver- ändert bleiben. 



   In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die dem Inne- ren des Probenbeutels zugewandte innerste Schicht des Wandmaterials aus zumin- dest weitgehend inertem und gasdichtem Metall besteht, was den Vorteil hat, dass das 
Probengas überhaupt nur mit dieser unproblematischen Schicht in Berührung kommt, so dass die Zusammensetzung der weiter aussen liegenden Schichten unkritisch wird. 



   Aus Gründen der Herstellung und Handhabung des Wandmaterials kann aber gemäss einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass dieses zumindest eine metallische Mittelschicht und beidseits davon aussen zu- mindest je eine Polymerschicht aufweist. Zumindest eine dieser Mittelschichten kann nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung aus Aluminiumfolie als 

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 Trägerschicht bestehen, was einfach herzustellen ist und auf kostengünstige Weise eine trotzdem ausreichend stabile und flexible Struktur ergibt. 



   Auf diese mittlere Trägerschicht kann nach einer besonders bevorzugten weite- ren Ausgestaltung der Erfindung auf der dem Inneren des Probenbeutels zugewandten Seite eine separate Beschichtung aus inertem und gasdichtem Metall aufgebracht sein, was einerseits die Aufbringung dieser inerten Schichte erleichtert und andererseits die Eigenschaften des Aluminiums verbessert - reines Aluminium, wie derzeit technisch möglich und auch für Folien verwendet, ist gegen einige im Abgas zu messende Kom- ponenten zu reaktiv und muss zur Sicherstellung aussagekräftiger Messungen im er- wähnten Bereich der niederen Emissionswerte zumindest auf der Innenseite separat mit inertem Metall beschichtet werden. 



   In besonders bevorzugter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Gold als innerste, inerte und gasdichte Metallschicht auf zumindest eine, auf einer äusseren Kunststoff-Trägerschicht zur Haftvermittlung angebrachte Zwischenschicht, vorzugsweise aus einem zumindest teilweise inerten Material, wie z. B. Cr-Ni oder AI aufgebracht ist. Dies ermöglicht eine relativ einfache Herstellung von ausreichend fle- xiblem Schichtmaterial. 



   Das zumindest weitgehend inerte und gasdichte Metall stammt in besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung aus der Gruppe: Gold, Titan, Zirkon, Nickel, Ni-Cr-Legierungen, hochlegierte Edelstähle. Diese Materialien sind relativ leicht hand- habbar und ermöglichen eine ausreichende Sicherheit vor unerwünschten Einflüssen der eingangs beschriebenen Art auf die Messergebnisse. 



   Die Schicht aus zumindest weitgehend interem und gasdichtem Metall weist gemäss der Erfindung bevorzugt eine Dicke im Bereich von 50 bis 500 nm, vorzugswei- se im Bereich von 100 bis 200 nm auf. 



   Speziell die angesprochene Beschichtung mit Gold weist gleichzeitig mehrere Vorteile auf : Sie ist chemisch inert und damit werden durch das Material keine zusätzli- 

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 chen unerwünschten Reaktionen in den gespeicherten Abgasproben initiiert. Die Schichten sind gasdicht und verhindern damit die Gasdiffusion von Schadstoffkompo- nenten bzw. Störkomponenten aus der Umgebungsluft in das Beutelinnere, insbeson- ders von Umgebungsluft-Methan oder anderen gasförmigen Luftbestandteilen. Ande- rerseits wird damit auch ein Verlust von Abgasproben durch Gasdiffusion aus dem Beutelinneren in die Umgebungsluft vermieden. Durch die gute chemische Inertheit des Goldes werden weiters auch Oberflächenadsorptionsverluste oder Verluste durch chemische Reaktionen mit Gaskomponenten verhindert bzw. zumindest wesentlich vermindert.

   Durch die Gasdichtheit dieser metallischen Sperrschicht sind die diversen zu messenden Abgaskomponenten auch nicht im Wandmaterial löslich und es werden damit auch derartige unerwünschte Einflüsse auf die Messung ausgeschaltet. Weiters für Gold spricht noch seine Korrosionsfestigkeit gegen die zu messenden Abgaskom- ponenten. 



   Da bei der verwendeten Messtechnik auch die Kondensation von Wasserdampf (aus der Verbrennung) oder auch von Kohlenwasserstoffen vermieden werden muss, wird bisher das zu messende Abgas mit entsprechend hohen Mengen von Luft ver- dünnt, um den Taupunkt sicher zu unterschreiten. Bei Verwendung der erfindungsge- mässen Beutelmaterialien kann diese Taupunktsunterschreitung auch durch eine Erhö- hung der Temperatur des Sammelbeutels auf Temperaturen in Bereiche grösser 50  C erreicht werden, ohne dass dadurch die Messgenauigkeit beeinflusst wird. Bei den bisher verwendeten Beutelmaterialien ist dies nicht möglich, da einerseits die Gasdiffusion (und auch die Löslichkeit und Permeabilität) verschiedener Abgaskomponenten bei diesen hohen Temperaturen gravierend, bis um einige Grössenordnungen, ansteigt. 



   Andererseits steigt auch die Reaktivität diverser Abgaskomponenten mit den Polymer- materialien selbst und mit konventionellen Diffusionsbarrieren aus Aluminium gravie- rend an, sodass dadurch starke Verfälschungen der Gaszusammensetzung und Kon- zentrationswerte auftreten können. Durch die Verwendung der erfindungsgemässen 

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 Beutel können alle diese Einflüsse auch bei hohen Temperaturen (beispielsweise grö- &num;er 60  C) wesentlich minimiert oder sogar verhindert werden, da weder die Gasdiffu- sion durch das Gold noch die Reaktivität von Gaskomponenten mit dem inerten Mate- rial Gold bei diesem Temperaturanstieg wesentlich ansteigt.

   Durch komplette Thermo- statisierungen eines Messsystems, welches mit derartigen Beuteln arbeitet, auf eine Temperatur grösser 50  C oder 60  C können damit komplexe Regelmechanismen bei der Verdünnung des Abgases mit Luft, wie sie beispielsweise in PCT WO 98/44332 oder EP 0 971 211 beschrieben sind, vermieden bzw. diese Prozeduren zumindest wesentlich vereinfacht werden. 



   Prinzipiell ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, mehrere   Metallschich-   ten aus unterschiedlichen Materialien nacheinander auf einem Substratmaterial (Poly- mer oder beispielsweise flexible Aluminiumfolie mit Dicken bis zu 50 um oder Kombina- tionen davon, beispielsweise ein bereits vorbeschichtetes Polymermaterial) aufzubrin- gen. Dies ist insbesonders vorteilhaft, da die erwähnten inerten Materialien, wie etwa Gold, auf manchen Polymermaterialien direkt nur schlecht haften, so dass eine zusätzli- che, zumeist metallische Haftschicht erforderlich ist. Andererseits kann die Gasdiffusi- on durch das Verwenden einer ebenfalls gasdichten Mittel- bzw. Zwischenschicht aus einem anderen Material noch weiters vermindert werden.

   Vorzugsweise ist das für die- se haftvermittelnde Zwischenschicht verwendete Material damit ebenfalls bereits ein relativ gut inertes Material, wie etwa Cr-Ni. Es ist natürlich darauf zu achten, dass durch diese Zwischen- bzw. Trägerschicht die erforderliche Flexibilität des Probenbeutels insgesamt nicht massgeblich verringert werden darf. 



   Das erwähnte Aufbringen einer inerten Goldschicht auf ein metallisches Sub- strat ergibt ausserdem die Möglichkeit, die Goldschicht durch tempern zu verdichten und damit einerseits die Haftfähigkeit und andererseits die Dichtheit weiters zu verbes-   sern.   Der gesamte Beutel wird allerdings in den meisten Fällen aussen mit einem flexi- blen Polymermaterial beschichtet sein, um mechanische Beschädigungen der metalli- 

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 schen Schichten zu vermeiden. Diese äussere Polymerbeschichtung sollte zumindest für einen Temperaturbereich von -10  C bis etwa 60  C geeignet sein - vorzugsweise sollte dieser Temperaturbereich von -20  C bis etwa 200  C reichen. Verwendbar für eine äussere (bzw. auch innere) flexible Polymerschicht sind insbesonders PVF, PVC, PVF2, PVC2, Teflon FEP, Teflon PFA, ETFE oder ECTFE.

Claims

Ansprüche: 1. Flexibler Abgas-Probenbeutel für die Aufnahme, Aufbewahrung und Auswer- tung von Abgasproben, insbesonders Abgasproben von Brennkraftmaschinen, mit zumindest teilweise aus Kunststoff bestehendem schichtweise aufgebautem Wandmaterial, wobei zumindest eine Schicht aus zumindest weitgehend iner- tem und gasdichtem Metall besteht.
2 Probenbeutel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Inneren des Probenbeutels zugewandte innerste Schicht des Wandmaterials aus zu- mindest weitgehend inertem und gasdichtem Metall besteht.
3. Probenbeutel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandmate- rial zumindest eine metallische Mittelschicht und beidseits davon aussen zumin- dest je eine Polymerschicht aufweist
4. Probenbeutel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Mittelschicht aus Aluminiumfolie als Trägerschicht besteht.
5. Probenbeutel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht auf der dem Inneren des Probenbeutels zugewandten Seite eine Beschichtung aus inertem Metall aufweist.
6. Probenbeutel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Gold als inner- ste, inerte und gasdichte Metallschicht auf zumindest eine, auf einer äusseren Kunststoff-Trägerschicht zur Haftvermittlung aufgebrachte Zwischenschicht, vorzugsweise aus einem zumindest teilweise inerten Material, wie z. B. Cr-Ni oder AI, aufgebracht ist.
7. Probenbeutel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass das zumindest weitgehend inerte und gasdichte Metall aus der Gruppe: Gold, Titan, Zirkon, Nickel, Ni-Cr-Legierungen, hochlegierte Edel- stähle, stammt. <Desc/Clms Page number 8>
8. Probenbeutel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Schicht aus zumindest weitgehend inertem und gasdich- tem Metall eine Dicke im Bereich von 50 - 500 nm, vorzugsweise im Bereich von 100 - 200 nm, aufweist.