DE19608302A1 - Stabilisierungsmittel und damit hergestellte Lagerungsmatte für Abgaskatalysatoren - Google Patents
Stabilisierungsmittel und damit hergestellte Lagerungsmatte für AbgaskatalysatorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Stabilisierungsmittel für Lagerungsmatten von
Abgaskatalysatoren und damit hergestellte Lagerungsmatten. Die Erfindung ist
vor folgendem Hintergrund zu sehen: In der Kraftfahrzeugtechnik werden
Abgaskatalysatoren eingesetzt, die im wesentlichen aus einem üblicherweise
metallischen Gehäuse und wenigstens einem keramischen Katalysatorkörper oder
Monolithen bestehen. Die Monolithe sind mit Radialabstand zentral im Gehäuse
gelagert. Zwischen Monolith und Gehäuse ist eine Lagerungsmatte eingelegt, um
die Monolithen vor Beschädigungen während des Betriebes des Fahrzeuges zu
schützen. Die Lagerungsmatten bestehen üblicherweise im wesentlichen aus
temperaturbeständigen Fasern, etwa aus Glas- oder Keramikfasern.
Die Mattenfasern sind durch einen elastischen polymeren Binder
zusammengehalten. Dieser Binder verbrennt bzw. zersetzt sich bei den im
Abgaskatalysator vorherrschenden Betriebstemperaturen, so daß bereits nach
kurzer Betriebsdauer der vorher durch den Binder gewährleistete Zusammenhalt
der Fasern verloren geht. In jenen Bereichen der Lagerungsmatten, die vor dem
Zutritt von heißen und pulsierenden Abgasströmen geschützt sind, spielt dies
praktisch keine Rolle. In den dem Abgasstrom zugewandten Stirnkantenbereichen
der Matte, oder im Falle von mehreren hintereinander angeordneten Monolithen,
im Bereich des Spaltraumes zwischen den Monolithen sind die Lagerungsmatten
aber vom Abgas beaufschlagt. Würde man diese Bereiche dem Abgasstrom
schutzlos aussetzen, wäre eine stetig fortschreitende Erosion der
Lagerungsmatten die Folge. Die einzelnen Fasern würden dabei aus dem
Faserverband herausgelöst und mit dem Abgasstrom nach außen getragen
werden. Dadurch würde die Lagerungsmatte ihre Lagerungsfunktion verlieren.
Außerdem könnten die Abgase über den Spalt zwischen Monolith und Gehäuse
den Katalysator unentgiftet umströmen.
Um eine solche Mattenerosion zu verhindern, wurde vorgeschlagen, die dem
Abgasstrom ausgesetzten Bereiche der Lagerungsmatte, etwa die ihm
zugewandten Stirnflächen, mit einem Glas- oder Mineralfasergewebe zu
umgeben. Diese Verfahren sind aber sehr montageaufwendig und verteuern die
Herstellung von Abgaskatalysatoren. Es sind auch sogenannte
Kantenstabilisierungsmittel für Lagerungsmatten bekannt, die eine wäßrige
Dispersion oder kolloidale Lösung von Siliziumdioxidpartikeln sind. Die dem
Abgasstrom ausgesetzten Bereiche, insbesondere die Kantenbereiche der
Lagerungsmatte sind mit diesen Mitteln durchtränkt. Spätestens bei den
vorherrschenden Betriebstemperaturen im Abgaskatalysator verdampft das
Wasser, die Siliziumdioxidteilchen agglomerieren zu einem mehr oder weniger
festen Netz- oder Haufwerk und binden die Fasern der Lagerungsmatte. In DE
35 14 150 ist ein Abgaskatalysator beschrieben, bei dem die Lagerungsmatten mit
einem ähnlichen Stabilisierungsmittel getränkt sind. Allerdings sind hier Teilchen
verwendet, die bei den vorherrschenden Betriebstemperaturen erweichen und mit
den Fasern der Lagerungsmatte gewissermaßen zusammensintern. Die Teilchen
bilden zwischen den Fasern quasi brückenartige Verbindungsstellen.
Ein Hauptnachteil der bekannten Stabilisierungsmittel besteht darin, daß die damit
präparierten Lagerungsmatten praktisch sofort verarbeitet werden müssen. Dies
liegt daran, daß das Wasser bei Raumtemperatur relativ schnell verdunstet und
die Bindemittelteilchen agglomerieren. Die Folge ist eine vorzeitige Verhärtung der
mit dem Stabilierungsmittel behandelten Mattenbereiche. Solche ausgehärteten
Lagermattenzuschnitte können praktisch nicht mehr verarbeitet werden. Zum
einen, weil sich verhärtete und versteifte Kantenbereiche nur schwer um einen
Monolithen herumwickeln lassen. Zum anderen liegt dies daran, daß der
Spaltraum zwischen dem Monolithen und dem Gehäuse wesentlich kleiner ist als
die Dicke der Lagerungsmatte im Vormontagezustand. Die Lagerungsmatten
müssen also bei der Montage auf das Spaltmaß des Spaltraums komprimiert
werden. Während dies bei unbehandelten Bereichen der Lagerungsmatten
problemlos möglich ist, bereitet dies vor allen bei den verhärteten
Stirnkantenbereichen Probleme. Die beim Komprimieren der Stirnkantenbereiche
auftretenden Kräfte bzw. Flächenpressungen übersteigen nämlich in vielen Fällen
die Festigkeit der keramischen Monolithen, so daß diese zerstört werden. Bisher
wird eine Abhilfe dadurch geschaffen, daß die mit dem Stabilisierungsmittel
vorbehandelten Lagermattenzuschnitte in einem geschlossenen Behälter
aufbewahrt werden. Aber selbst dann kann das vorzeitige Aushärten nur einige
Stunden hinausgezögert werden.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Stabilisierungsmittel bzw.
eine Lagerungsmatte zu schaffen, bei der dieser Nachteil umgangen ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Stabilisierungsmittel vorgeschlagen, dessen
Trägerflüssigkeit, also jene Flüssigkeit, in der die genannten Bindemittelteilchen
dispergiert oder kolloidal gelöst sind, als Additiv wenigstens eine Flüssigkeit mit
einem höheren Dampfdruck als Wasser enthält oder die selbst aus einem solchen
Additiv besteht.
Durch diese Maßnahme bleiben die mit dem Stabilisierungsmittel behandelten
Bereiche jedenfalls länger feucht und elastisch, als dies mit bloßem Wasser als
Trägerflüssigkeit der Fall ist. Falls als Trägerflüssigkeit eine Mischung aus Wasser
und dem genannten Additiv verwendet wird, verdampft das Wasser mit seinem
höheren Dampfdruck zuerst. Übrig bleibt letztlich die Flüssigkeit mit dem
niedrigeren Dampfdruck, was zur Folge hat, daß das Stabilisierungsmittel
aufgrund der Gegenwart dieses Additivs erst später verhärtet und bzw. die
behandelten Mattenbereiche länger elastisch und komprimierbar bleiben und die
Lagerungsmatten daher problemlos in den Spaltraum eines Katalysators
einbaubar sind. Je höher der Anteil des Additivs ist, desto länger kann eine mit
dem erfindungsgemäßen Stabilisierungsmittel getränkte Lagerungsmatte
aufbewahrt werden, ohne daß die behandelten Mattenbereiche aushärten. Neben
der Verwendung des genannten Additivs in Mischung mit Wasser kann es auch in
reiner Form verwendet werden. Die Trägerflüssigkeit besteht in diesem Falle
vollständig aus dem Additiv, nämlich einer Flüssigkeit oder einer Mischung von
mehreren Flüssigkeiten mit einem niedrigeren Dampfdruck als Wasser.
Bei den im Abgaskatalysator vorherrschenden Betriebstemperaturen verdampft
die Trägerflüssigkeit bzw. das Additiv. Die Bindemittelteilchen sind danach in den
kapillaren Zwischenräumen der Lagerungsmatte eingelagert. Dadurch ist die
Dichte der Lagerungsmatte erhöht; in dem Spaltraum zwischen Gehäuse und
Monolith sind daher weniger Hohlräume vorhanden. Die behandelten
Mattenbereiche halten ohne zusätzliche Bewehrungen, etwa in Form von Draht-
oder Mineralfasergeweben, den Einwirkungen der heißen und pulsierenden
Abgase stand. Sie dichten den Spaltraum zwischen Monolith und Gehäuse sicher
ab und verhindern, daß Abgase die Monolithen unentgiftet umströmen können.
Beim Einbau der erfindungsgemäß behandelten Lagermatten und der dabei
stattfindenden Kompression auf das Spaltmaß des Spaltraumes wird
überschüssige Trägerflüssigkeit bzw. überschüssiges Additiv aus den
behandelten Mattenbereichen, etwa aus der Stirnfläche der Lagerungsmatte
heraus oder in benachbarte Mattenbereiche hinein verdrängt.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des
Erfindungsgegenstandes angegeben. Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn eine
Flüssigkeit als Additiv verwendet wird, die neben einem geringeren Dampfdruck
eine höhere Viskosität als Wasser aufweist. Beim Tränken von Lagerungsmatten
mit einem Stabilisierungsmittel der genannten Art tritt folgendes Problem auf: Das
Wasser wird von der Lagerungsmatte infolge kapillarer Effekte sehr schnell
aufgesaugt. Die darin dispergierten Teilchen werden vom Flüssigkeitsstrom
anfänglich zwar mitgenommen, lagern sich dann aber nach Art eines
Filterkuchens an der Mattenoberfläche ab. Im Matteninneren, wo sie eigentlich
ihre Wirkung entfalten sollen, sind dann zu wenig dieser Teilchen vorhanden. Es
hat sich gezeigt, daß bei Verwendung von höher viskosen Flüssigkeiten als
Trägerflüssigkeit bzw. als Additiv dieser Effekt verringert oder ganz unterdrückt
werden kann. Dies mag daran liegen, daß Flüssigkeiten mit höherer Viskosität
nicht so schnell von der Matte aufgesaugt werden und daß aufgrund der höheren
Viskosität eine größere Reibung zwischen den Teilchen und der Flüssigkeit
vorhanden ist. Die Teilchen werden dadurch quasi mit einer größeren
"Mitnahmekraft" beim Eindringen der Trägerflüssigkeit in die Lagerungsmatte
mitgezogen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von höher viskosen
Flüssigkeiten besteht darin, daß die Flüssigkeit aus den behandelten
Mattenbereichen aufgrund eines geringeren kapillaren Saugeffektes nicht so leicht
in benachbarte, unbehandelte Mattenbereiche abfließen kann.
Als Material für die Bindemittelteilchen kommen in vorteilhafter Weise kolloidal
gelöste SiO2--Partikel oder auch Keramik-, Glas- oder Kunststoffpartikel in
Betracht. Die Korngröße der pulver- oder auch faserförmigen Partikel kann in
weiten Bereichen in Abhängigkeit von der Struktur und von dem Ausmaß der
gewünschten Stabilisierung variieren. So sind Partikelgrößen im
Nanometerbereich denkbar. Die Bindemittelpartikel können aber auch Größen von
einigen 100 Mikrometern aufweisen. Vorzugsweise werden Teilchen
unterschiedlicher Korngröße verwendet, um deren Packungsdichte in den
kapillaren Zwischenräumen der Lagerungsmatten zu erhöhen. Vorzugsweise
werden solche Bindemittelteilchen eingesetzt, die bei den Betriebstemperaturen
des Abgaskatalysators erweichen.
Die erfindungsgemäßen Lagermatten können entweder bei der Herstellung eines
Abgaskatalysators oder bereits im Zuge ihrer Herstellung mit dem
erfindungsgemäßen Stabiliserungsmittel getränkt werden. Die Tränkung muß sich
dabei nicht unbedingt auf die den Abgasstrom ausgesetzten Bereiche
beschränken, es kann vielmehr der gesamte in einem Abgaskatalysator zu
verbauende Lagermattenzuschnitt getränkt werden.
Bevorzugte Stabilisierungsmittel weisen folgende Zusammensetzung auf:
| Beispiel 1 | |
| Silica-Sol: | |
| 80 Gew.-% | |
| Glycerin: | 20 Gew.-% |
| Beispiel 2 | ||
| niedrig schmelzendes Glaspulver: | ||
| 16 Gew.-% | ||
| (z. B. Borat-Glaspulver) @ | Silica-Sol: | 64 Gew.-% |
| Glycerin: | 20 Gew.-% |
| Beispiel 3 | |
| Glycerin: | |
| 50 Gew.-% | |
| Ethylen-Glycol: | 20 Gew.-% |
| niedrig schmelzendes Glaspulver: | 30 Gew.-% |
| (z. B. Borat-Glaspulver) |
Die Konzentration der Additive liegt bezogen auf den Anteil an Bindemittelteilchen
allgemein zwischen 5 Gew.-% und einigen 100 Gew.-%.
Als Additive kommen allgemein die verschiedensten Stoffe bzw. Flüssigkeiten in
Frage, z.B: Polyethylenglycol, Polypropylenglycol, Butandiol, Hexandiol,
Neopentylglycol, Sorbitol, Mannit, Pentaerythrit, Cellulosederivate, z. B. Cellulose-
Ether, Stärke und Stärkederivate (in gelöster Form) und Mischungen davon.
Claims (8)
1. Stabilisierungsmittel zur Stabilisierung von zur Lagerung von Monolithen in
Fahrzeug-Abgaskatalysatoren dienenden Lagerungsmatten auf der Basis von
hitzebeständigen Fasern, mit
- - einer Trägerflüssigkeit und
- - darin dispergierten oder kolloidal gelösten Bindemittelteilchen, wobei die Trägerflüssigkeit
- - Wasser ist, das als Additiv wenigstens eine Flüssigkeit mit einem niedrigeren Dampfdruck als Wasser enthält, oder
- - selbst aus einem solchen Additiv besteht.
2. Stabilisierungsmittel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bindemittelteilchen Siliziumdioxidpartikel in insbesondere kolloidaler
Form sind.
3. Stabilisierungsmittel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bindemittelteilchen Glas-, Keramik- oder Kunststoffpartikel sind.
4. Stabilisierungsmittel nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bindemittelteilchen einen unterhalb der Betriebstemperatur von
Abgaskatalysatoren liegenden Erweichungspunkt oder -bereich haben.
5. Stabilisierungsmittel nach einem der Ansprüche 1-4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Additiv eine höhere Viskosität aufweist als Wasser.
6. Stabilisierungsmittel nach Anspruch 5,
gekennzeichnet durch
eine relative Viskosität von mindestens 5.
7. Stabilisierungsmittel nach einem der Ansprüche 1-6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Additiv ein mehrwertiger Alkohol oder eine Mischung solcher Alkohole
ist.
8. Lagerungsmatte für Abgaskatalysatoren mit hitzebeständigen Fasern, wobei
zumindest im späteren Einbauzustand vom Abgasstrom beaufschlagte
Mattenbereiche von einem Stabilisierungsmittel gemäß einem der Ansprüche
1-7 durchsetzt bzw. durchtränkt sind.
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|---|---|---|---|
| DE19608302A DE19608302A1 (de) | 1995-02-25 | 1996-02-26 | Stabilisierungsmittel und damit hergestellte Lagerungsmatte für Abgaskatalysatoren |
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| DE19608302A Withdrawn DE19608302A1 (de) | 1995-02-25 | 1996-02-26 | Stabilisierungsmittel und damit hergestellte Lagerungsmatte für Abgaskatalysatoren |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19608302A1 (de) |
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-
1996
- 1996-02-26 DE DE19608302A patent/DE19608302A1/de not_active Withdrawn
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