DE29515081U1 - Lagerungsmatte für einen Abgaskatalysator - Google Patents

Lagerungsmatte für einen Abgaskatalysator

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Description

PatentanwälteTergau & Pohl, Nürnberg .'·..·· ·· ·. .. ... Seite
2 Beschreibung
4 Lagerungsmatte für einen Abgaskatalysator
s Die Erfindung betrifft eine Lagerungsmatte für einen Abgaskatalysator. Unter
7 einem Abgaskatalysator ist dabei eine Vorrichtung zur Entgiftung von
a Abgasströmen insbesondere von Kraftfahrzeugen zu verstehen.
9 Abgaskatalysatoren bestehen aus einem Metallgehäuse, in dem ein katalytisch
&iacgr;&ogr; wirkender Katalysatorkörper gelagert ist. Kataiysatorkörper aus keramischen
11 Werkstoffen, sogenannte Monolithe, müssen aufgrund ihrer Bruchempfindiichkeit
12 besonders gut gelagert werden. Zu ihrer Lagerung werden Mineralfasermatten
13 verwendet, die expandierbare Partikel, beispielsweise Blähglimmer (z.B. Ver-
14 miculit) oder Graphitsalze enthalten. Solche, im folgenden Quellmatten genannte .15 Lagerungsmatten sind in einem zwischen Monolith und Gehäusewandung
ie vorhandenen Spaltraum angeordnet. Aufgrund ihrer elastischen Rückstellkräfte
&igr;? üben sie eine Haltekraft auf den Monolith aus.
19 Bei Abgaskatalysatoren für Kraftfahrzeuge tritt das Problem auf, daß durch die
20 heißen Abgase der gesamte Abgaskatalysator erhitzt wird. Da die Monolithe eine
21 geringere Wärmeausdehnung aufweisen als Metallgehäuse, vergrößert sich der
22 Spaltraum während des Betriebs des Fahrzeuges. Um diesem Effekt
23 entgegenzuwirken sind die expandierbaren Partikel, meist in Form von
24 Biähglimmerplättchen vorhanden. Ab etwa 300°-350 ° C spaltet sich in den
25 Zwischenschichten der Blähglimmerpartikel gebundenes Wasser irreversibel ab, 2&bgr; geht in den Dampfzustand über und bläht gewissermaßen die dicht an dicht
27 aneinanderliegenden Einzelschichten des Blähglimmers quasi zieharmonikaartig
28 auf. Durch diese Expansion der Blähglimmerpartikel wird die Lagerungsmatte im
29 heißen Betriebszustand des Abgaskatalysators expandiert. Die so Spaltraumvergrößerung wird dadurch ausgeglichen.
32 Um die Handhabbarkeit der Matten bei der Montage eines Abgaskatalysators zu
33 erleichtern, enthalten sie ein Bindemittel, das die Fasern zusammenhält. Als
34 Bindemittel werden z.B. Latex-Acryl-Binder oder vergleichbare polymere Stoffe
35 verwendet. Diese Stoffe dürfen jedenfalls bei Raumtemperatur nicht fest sondern se müssen elastisch sein, damit die Quellmatten flexibel und insbesondere noch
37 zusammendrückbar sind. Sie werden nämlich in dem zwischen Monolith und
(N:\AN\95554. DOCJ 01. September 1995
Patentanwälte Tergau & Pohl, Nürnberg ,**,,·· ·· .» ., .. Seite
&igr; Gehäuse vorhandenen Spaltraum mit Vorspannung eingebaut. Das heißt ihre
2 Dicke im nichtverbauten Zustand ist größer als das Spaltmaß des Spaltraumes.
3 Auf diese Weise wird eine durch die Rückstellkräfte der Quellmatte
4 Anfangshaiterung des Monolithen im Katalysatorgehäuse bewirkt.
6 Bei den herkömmlichen Quellmatten tritt nun folgendes Problem auf: Das aus
&tgr; Mineralfasern, expandierbaren Partikeln und einer Matrix in Form eines
a elastischen Binders bestehende System übt zwar bei Raumtemperatur eine
9 genügend große Haltekraft auf den Katalysator und die Gehäuseinnenwandung
10 aus. Wird der Abgaskatalysator aber von heißen Abgasen durchströmt erwärmt
11 sich die Quellmatte und der Binder wird bei Temperaturen von etwa 100 0C
12 zunehmend weicher. Die Quellmatte verliert also in der Anfangsphase nach dem
13 Start des Motors seine Haltekraft. Dies ändert sich erst dann, wenn im Katalysator
14 bzw. in der Quellmatte eine Temperatur von etwa 300°-350° C herrscht. Dann
is beginnt nämlich die Wasserabspaltung in den Blähglimmerpartikeln und der zuvor
ie geschilderte negative Effekt wird durch die sich ziehharmonikaartig
it expandierenden Glimmerpartikel kompensiert. Zwischen einer Temperatur von
18 etwa 100° C bis etwa 350° C ist also der Monolith nicht mehr sicher gelagert. Je
is nach Fahrweise oder Auslegung des jeweiligen Motors kann es unter Umständen
20 recht lange dauern, bis nach der Erst-lnbetriebnahme die Expansionstemperatur
21 für den Blähglimmer erreicht ist. Besonders kritisch ist dieses Problem bei
22 Dieselfahrzeugen; bei denen die Abgastemperaturen im Teiliastbereich nur
23 zwischen 150° und 300° C liegen. Dies könnte unter Umständen dazu führen, daß
24 die Expansionstemperatur erst nach sehr langem Gebrauch des Fahrzeugs oder
25 überhaupt nicht erreicht wird. Der Monolith kann sich dann wegen der
2&bgr; ungenügenden Haltekraft der Quellmatte aus seiner Verankerung lösen, was zu
27 einem Ausfall des Abgaskatalysators führen kann.
29 Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, anstelle der bisherigen, bereits ab
so 100° C erweichenden Bindemittel solche zu verwenden, die erst in dem zweiten
si Temperaturbereich der Aufheizphase, nämlich dem mit Expansionstemperatur
32 beginnenden Temperaturbereich erweichen. Als Bindemittel können
33 beispielsweise Silikone, Hochtemperatur-Eiastomere, PU-Elastomere oder
34 Epoxid-Eiastomere eingesetzt werden. Als Fasern kommen allgemein
35 Hochtemperatur-Fasern zum Einsatz, also etwa Keramikfasern,
se Aluminiumoxidfasern, Glasfasern und Quarzfasern. Es ist auch denkbar, daß
37 herkömmliche, also bei niedrigen Temperaturen erweichende Bindemittel mit
(N:\AN\95554.DOC) 01. September 1995
Patentanwälte Tergau & Pohi, Nürnberg .··.·· ·· .. . Seite
&igr; Hochtemperatur-Bindemitteln gemischt werden. Ob die erfindungsgemäß
2 vorgeschlagenen Bindemittel bei den Betriebstemperaturen des
3 Abgaskatalysator sich zersetzen oder nicht spielt keine Rolle. Wesentlich ist nur,
4 daß eine gegebenenfalls stattfindende Zersetzung in einem Temperaturbereich s stattfindet, bei dem der Blähgiimmer bereits in seinem expandierten Zustand
s vorliegt oder in diesen Zustand übergeht.
&bgr; Anhand des den Anmeldeunterlagen beigefügten Diagramms sollen die
9 Unterschiede zwischen herkömmlichen und erfindungsgemäßen Quellmatten
10 nochmal verdeutlicht werden. Um die Veränderung der elastischen Eigenschaften
11 bzw. der Haltekraft von Queilmatten im Verlauf ihrer Erwärmung und Abkühlung
12 abschätzen zu können ist es üblich, Quellmatten-Zuschnitte mit einem konstanten
13 Gewicht zu belasten und die Dickenänderung des Zuschnitts während der u Temperaturerhöhung zu messen. Im vorliegenden Beispiel wurden
15 scheibenförmige Zuschnitte von etwa 11 mm Durchmesser verwendet. Ihre Dicke
16 betrug im belasteten Zustand (Preßstempel mit 7 mm Durchmesser und 250 g &igr;? Masse) 5 mm. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, sinken herkömmliche
is Quellmatten (durchgezogene Linie) ab einer Temperatur von etwa 100° C bis
19 etwa 350° C zusammen. Dies rührt daher, daß das Bindemittel Zusehens
20 erweicht. Der Anstieg bei etwa 350° C kommt durch die beginnende Expansion
21 des Blähglimmers zustande. Die Aufheizphase einer Queilmatte läßt sich somit in
22 zwei Temperaturbereiche I und Il unterteilen. Im Temperaturbereich I kommt es
23 ab etwa 100° C zu einem dramatischen Verlust an Haltekraft, der sein Maximum
24 im Bereich zwischen 300° und 350° C erreicht. Die Dickenabnahme des
as Quellmattenzuschnittes beträgt hier zwar nur 15 %. Dies entspricht aber einer
26 Abnahme der Haltekraft der Matte von 70-80 %. Eine Haltefunktion von
27 herkömmlichen Matten ist hier praktisch nicht mehr gegeben. Wird dagegen eine
28 erfindungsgemäße Quellmatte eingesetzt, tritt der Abfall der Elastizität bzw. der
29 Haltekraft nicht auf. Im Versuch zeigt die Dickenänderung eines Zuschnittes aus so einer erfindungsgemäßen Quellmatte den durch die strichpunkierte Linie im
si Diagramm angedeuteten Verlauf. Trotz Erwärmung behält die Quellmatte ihre
32 Elastizität und Haltekraft bei. Die Elastizitäts- bzw. Haltekraftsenke im
33 Temperaturbereich I tritt dagegen nicht auf. Das Bindemittel ist so gewählt, daß es
34 frühestens im Temperaturbereich II nennenswert erweicht. In diesem
35 Temperaturbereich wird die Erweichung des Bindemittels und der dadurch as bedingte Haltekraftabfall kompensiert durch die Expansion der
37 Blähglimmerpartikel. Die erfindungsgemäßen Quellmatten gewährleisten daher
(NAANt95554.DOC) 01. September 1995
Patentanwälte Tergau & Pohl, Nürnberg #·· ·· ,, ,, #&bgr; Seite
von Anfang an, d.h. also ab der Fertigstellung des Neufahrzeuges, eine lückenlose Haltefunktion unabhängig von der Fahrweise oder der Art des Motors bzw. der Temperaturen der von ihm ausgestoßenen Abgase.
(N:\AN\95554.DOC) 01. September 1995

Claims (1)

  1. Patentanwälte Tergau & Pohl, Nürnberg * ti I ·"··"*· «*·,"·* Seite \
    &igr; 95554-3/55
    3 01. September 1995
    6 Ansprüche
    a 1. Quellmatte für einen Abgaskatalysator mit
    9 - Hochtemperaturfasern, wie Keramikfasern, Aluminiumoxidfasern, Glasfasern
    10 oder dergleichen,
    11 - einem die Fasern zusammenhaltenden Bindemittel und
    12 - Expansionspartikel, die während des Aufheizens des Abgaskatalysators durch &eegr; die Abgase in einem bei Raumtemperatur beginnenden ersten
    14 Temperaturbereich ein konstantes Volumen aufweisen und in einem sich an
    is den ersten Temperaturbereich anschließenden zweiten, höheren
    ie Temperaturbereich in einen expandierten Zustand übergehen,
    17 dadurch gekennzeichnet,
    is daß das Bindemittel erst im zweiten Temperaturbereich erweicht,
    20 2. Quelimatte nach Anspruch 1,
    21 dadurch gekennzeichnet,
    22 daß die Expansionspartikel Blähglimmer- oder Graphitsalz-Teilchen sind,
    24 3. Quellmatte nach einem der Ansprüche 1 oder
    25 dadurch gekennzeichnet;
    26 daß das Bindemittel ein Silikon ist.
    28 4. Quellmatte nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    29 dadurch gekennzeichnet,
    30 daß das Bindemittel ein Hochtemperatur-Elastomer ist.
    32 5. Quellmatte nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    33 dadurch gekennzeichnet,
    34 daß das Bindemittel ein PU-Eiastomer ist.
    36 6. Quellmatte nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    37 dadurch gekennzeichnet,
    38 daß das Bindemittel ein Epoxid-Elastomer ist.
    (N:Wi\95554.DOC) 01. September 1995
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