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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Schadstoff-
oder Abgasemissionssteuervorrichtungen werden in Kraftfahrzeugen
verwendet, um eine Luftverunreinigung zu steuern. Zwei Typen von Vorrichtungen
sind derzeit weit verbreitet in Verwendung – Katalysatoren und Dieselpartikelfilter
oder -abscheider. Beide Vorrichtungstypen enthalten ein Behandlungselement,
um die Verunreinigung zu steuern. Das Behandlungselement in einem
Katalysator ist typischerweise ein katalytisches Element, ein Substrat
oder eine monolithische Struktur, das/die mit einem Katalysator
beschichtet und in einem Gehäuse
montiert ist. Die monolithischen Strukturen sind typischerweise
keramisch, obwohl Metallmonolithen und Folien verwendet worden sind.
Der Katalysator oxidiert Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffe
und reduziert die Oxide des Stickstoffs in Autoabgasen, um eine
Luftverunreinigung zu steuern. Das Behandlungselement in einem Dieselpartikelfilter
oder -abscheider ist oft ein Wall-Flow-Filter mit einer wabenartigen
monolithischen Struktur und besteht typischerweise aus porösen kristallinen
Keramikmaterialien.
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Üblicherweise
besitzen Abgasemissionssteuervorrichtungen ein Metallgehäuse, welches
in sich das Behandlungselement hält.
Das Behandlungselement weist im Allgemeinen sehr dünne Wände auf,
um einen großen
Oberflächenbereich
bereitzustellen, und ist oft fragil und zerbrechlich. Um eine Beschädigung durch
Fahrbahnstöße und Vibration zu
vermeiden, um Unterschiede der Wärmeausdehnung
zu kompensieren und um zu verhindern, dass Abgase zwischen den Behandlungselement
und dem Metallgehäuse
strömen
können,
anstatt durch das Behandlungselement selbst, ist typischerweise
eine Rückhaltematte
zwischen dem Behandlungsele ment und dem Metallgehäuse angeordnet,
um eine Rückhaltematte-/Behandlungselement-Unterbaugruppe zu
bilden.
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Die
Rückhaltematte-/Behandlungselement-Unterbaugruppe
wird dann unter Druck mit Hilfe von Verfahren wie z. B. dem „Stopf"-Verfahren und dem „Tourniquet"-Verfahren in die
Schale oder das Gehäuse
eingesetzt. Sowohl das Wickeln der Rückhaltematte um das Behandlungselement
herum und das Stopfen der Rückhaltematte-/Behandlungselement-Unterbaugruppe in
die Schale bewirken, dass Druck auf das Behandlungselement ausgeübt wird. Im
Fall fragiler Behandlungselemente besitzt solch ein Druck das Potential,
dass er ein Zerbrechen des Behandlungselements zur Folge hat.
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Die
US 5 869 010 (3M) offenbart
ein quellendes blattförmiges
Material mit 20 bis 80 Gew.-% an zumindest einem nicht expandierten
quellenden Material zur Verwendung in Katalysatoren und Dieselpartikelfiltern.
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Die
US-A-5 686 039 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines Katalysators
für Autoabgase,
das die Schritte umfasst:
- (a) Anordnen eines
Katalysatorelements in einer Form;
- (b) Einspritzen einer ausreichenden Menge eines fließfähigen Montagematerials
in die Form, um eine nahtlose durchgehende Beschichtung um einen
Abschnitt des Elements herum zu bilden;
- und (c) Entnehmen des Katalysatorelements aus der Form.
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Nach
Schritt (c) wird das katalytische Element in einem Gehäuse angeordnet.
Es werden auch analoge Verfahren zum Herstellen von Dieselpartikelfiltern
und starren Hochtemperaturfiltern beschrieben.
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Somit
verbleibt ein Bedarf an verbesserten Verfahren zum Herstellen von
Abgasemissionsvorrichtungen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
vorliegende Erfindung und ihre verschiedenen Aspekte lauten wie
in den beiliegenden Ansprüchen
dargelegt.
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Abgasemissionsvorrichtungen,
die ein pelletisiertes Rückhaltematerial
verwenden und Verfahren zum Herstellen derselben sind hierin offen
gelegt. In einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren, dass: ein Behandlungselement in einer Schale
angeordnet wird, ein pelletisiertes Rückhaltematerial zwischen der
Schale und dem Behandlungselement abgegeben wird und das pelletisierte
Rückhaltematerial
zwischen der Schale und dem Behandlungselement eingeschlossen wird.
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In
einer Ausführungsform
umfasst die Abgasemissionssteuervorrichtung: eine Schale, ein in
der Schale angeordnetes Behandlungselement und ein zwischen dem
Behandlungselement und der Schale angeordnetes pelletisiertes Rückhaltematerial.
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Die
oben erläuterten
und weitere Merkmale und Vorteile werden für den Fachmann aus der folgenden
detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen offensichtlich und
verständlich.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
folgenden Zeichnungen sind als beispielhaft und nicht als einschränkend zu
verstehen.
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Abgasemissionssteuervorrichtung
mit einem fertig gestellten und einem nicht fertig gestellten Ende.
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2 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Abgasemissionssteuervorrichtung
mit Endkegeln an beiden Enden.
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3 ist
eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Abgasemissionssteuervorrichtung
mit einem fertig gestellten und einem nicht fertig gestellten Ende.
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4 ist
eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Abgasemissionssteuervorrichtung
mit Endkegeln an beiden Enden.
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5 ist
eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Abgasemissionssteuervorrichtung
mit Doppelendkegeln an beiden Enden.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Abgasemissionssteuervorrichtungen
können umfassen:
Katalysatoren, Kraftstoffverdunstungsvorrichtungen, Waschvorrichtungen
(z. B. solche, die ausgebildet sind, um Kohlenwasserstoffe, Schwefel und
dergleichen zu entfernen), Partikelfilter/-abscheider, Adsorber/Absorber,
nicht thermische Plasmareaktoren und dergleichen sowie Kombinationen,
die zumindest eine der vorhergehenden Vorrichtungen umfassen.
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Eine
typische Abgasemissionssteuervorrichtung umfasst ein/e äußere/s Metallgehäuse oder -schale,
ein Behandlungselement und ein Rückhalteelement.
Das Behandlungselement wandelt eine oder mehrere Emission/en aus
einem Abgas um und/oder eliminiert diese. Das Rückhalteelement füllt zumindest
teilweise den Raum zwischen dem Behandlungselement und der Schale.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 wird eine
Abgasemissionssteuervorrichtung 110 in geeigneter Weise
aus einer Schale 112 mit einem/r Endkegel, Endplatte oder
Krümmer
(im Folgenden Endkegel 122) an einem ersten Ende 124 der
Vorrichtung gebildet. Das Behandlungselement ist vorzugsweise konzentrisch
in der Schale 112 angeordnet und stellt einen Raum 120 zwischen
dem Behandlungselement 114 und der Schale 112 bereit.
Ein pelletisiertes Rückhaltematerial
wird dann in den Raum 120 zwischen dem Behandlungselement 114 und
der Schale 112 geschüttet,
fließen
gelassen, platziert, abgegeben oder sonst wie angeordnet, um das
Stützelement 115 zu
bilden. Eine optionale Sperre 119, z. B. ein Drahtseil,
kann an dem ersten Ende 124 vorgesehen sein, um das pelletisierte
Rückhaltematerial
zwischen dem Behandlungselement 114 und der Schale 112 zurückzuhalten.
Alternativ, wie in 3 gezeigt, kann das Behandlungselement 114 optional
in der Schale 112 angeordnet sein, so dass der Raum 120 sich
an einem Ende ausreichend verkleinert, um zu vermeiden, dass das
pelletisierte Rückhaltematerial
hinter das Behandlungselement 114 gelangt. Nachdem das
pelletisierte Rückhaltematerial
in dem Raum 120 angeordnet worden ist, wird es in dem Raum 120 eingeschlossen.
In einer in 4 gezeigten Ausführungsform
schließt
ein Spinformen oder anderweitiges Zusammenbauen eines Endkegels 122 an
dem zweiten Ende 126 das pelletisierte Rückhaltematerial
ein. Wie in 2 gezeigt, besteht ein anderes
Verfahren des Einschließens
der pelletisierten Mattenstütze
darin, eine zweite Sperre 117, z. B. ein Drahtseil, an
dem offenen Ende der Schale vorzusehen, bevor ein Endkegel 122 an
dem zweiten Ende 126 zusammengebaut wird.
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Die
Schale oder das Gehäuse 112 umfasst typischerweise
eine/n Endkegel, -platte oder Krümmer 122 (im
Folgenden „Endkegel") an einem ersten Ende 124 und
an einem zweiten Ende 126 der Abgasemissionssteuervorrichtung 110.
Die Endkegel sind für
eine Verbindung mit einem Auspuff rohr (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs
ausgebildet. Demgemäß können die
Endkegel fluidmäßig mit
dem Auspuffrohr verbunden sein, so dass das Abgas durch die Abgasemissionssteuervorrichtung 110 und
daher durch das Behandlungselement 114 strömt.
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Die
Auswahl des Materials für
die Schale oder das Gehäuse 112 und
die Endkegel 122 ist abhängig von der Art des Abgases,
der maximalen von der Abgasemissionssteuervorrichtung 110 erreichten Temperatur,
der Maximaltemperatur des Abgasstroms und dergleichen. Geeignete
Materialien umfassen Materialen, die in der Lage sind, Salz unter
einem Auto, Temperatur und Korrosion zu widerstehen. Typischerweise
werden Eisenwerkstoffe wie z. B. ferritische Edelstähle verwendet.
Ferritische Edelstähle
umfassen Edelstähle
wie z. B. die 400-Serie wie z. B. SS-409, SS-439 und SS-441.
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Die
Endkegelanordnungen 122 an dem ersten Ende 124 und
dem zweiten Ende 126 können
alternativ, unabhängig
Endkegel, Endplatten, Krümmer und
Kombinationen der vorhergehenden Anordnungen sein. Diese Anordnungen
können
durch z. B. Schweißen
oder andere Verfahren, bei denen ein separater Endkegel an dem Ende 124 oder 126 der Schale 112 angebracht
wird, oder durch Spinformungsverfahren, bei denen ein Endkegel in
einer einstückigen
Einheit mit der Schale gebildet wird, gebildet oder angeordnet werden.
Alternativ kann eine Doppelendkegelanordnung verwendet werden, in
der ein innerer Endkegel 123 innerhalb eines äußeren Endkegels 125 angebracht
und dann die gesamte Anordnung auf die Öffnung einer Schale geschweißt wird.
Der innere Endkegel 123 verringert die Wahrscheinlichkeit
einer thermischen Beschädigung
des Stützelements
während
eines Betriebs der Abgasemissionssteuervorrichtung. Im Fall eines
Doppelendkegels kann der innere Endkegel 123 um ein Ende des
Behandlungselements 114 herum montiert werden, bevor das
Be handlungselement 114 in der Schale 112 angeordnet
wird. Vorzugsweise kann der innere Endkegel einen Innendurchmesser
aufweisen, der größer als
ein Außendurchmesser
des Behandlungselements 114 ist, wobei die Differenz zwischen
diesen Durchmessern vorzugsweise geringer als der oder gleich dem
Nebenachsendurchmesser des pelletisierten Rückhaltematerials ist.
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Das
Behandlungselement 114 umfasst jedes beliebige Material,
das für
eine Verwendung in einer Fremdzündungs-
oder Dieselmotorumgebung entworfen ist und die folgenden Eigenschaften
aufweist: (1) Es muss in der Lage sein, bei Temperaturen von bis
zu etwa 600°C
und für
einige Anwendungen bis zu etwa oder sogar mehr als etwa 1000°C zu arbeiten,
abhängig
von der Anordnung der Vorrichtung innerhalb des Abgassystems (an
dem Krümmer
montiert, motornah oder im Unterboden eingebaut) und der Art des
Systems (z. B. Benzin oder Diesel); (2) es muss in der Lage sein,
einer Exposition gegenüber Kohlenwasserstoffen,
Stickoxiden, Kohlenstoffmonoxid, Partikelmaterial (z. B. Ruß und dergleichen), Kohlenstoffdioxid
und/oder Schwefel zu widerstehen; und, falls ein Katalysator verwendet
wird, (3) es muss eine/n ausreichende/n Oberflächenbereich und strukturelle
Integrität
aufweisen, um einen Katalysator zu tragen. Einige mögliche Materialien
umfassen Cordierit, Siliziumkarbid, Metall, Metalloxide (z. B. Aluminiumoxid
und dergleichen), Gläser
und dergleichen, sowie Mischungen, die zumindest eines der vorhergehenden
Materialien umfassen. Einige Keramikmaterialien umfassen „HoneyCeram", im Handel erhältlich von
NGK-Locke Inc., Southfield, Michigan, und „Celcor", im Handel erhältlich von Corning Inc., Corning,
New York. Diese Materialien können
in Form von Folien, Vorformen, Matten, Fasermaterialien, Monolithen
(z. B. eine Wabenstruktur und dergleichen), anderen porösen Strukturen
(z. B. poröse
Gläser,
Schwämme),
Schaumstoffen, Pellets, Partikeln, Molekularsieben und dergleichen
(abhängig
von der besonderen Vorrich tung) und Kombinationen, die zumindest
eine/s der vorhergehenden Materialien und Formen z. B. Metallfolien,
offenporige Aluminiumschwämme
und poröse
Gläser
mit extrem niedriger Ausdehnung umfassen, vorliegen.
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Obwohl
das Behandlungselement 114 jede beliebige Größe oder
Geometrie aufweisen kann, werden die Größe und Geometrie vorzugsweise
ausgewählt,
um den Oberflächenbereich
für die
vorhandenen Katalysatorkonstruktionsparameter zu optimieren. Typischerweise
weist das Substrat eine Wabengeometrie auf, wobei der Kanal durch
die Wabe eine beliebige vielseitige oder abgerundete Form mit im
Wesentlichen viereckigen, dreieckigen, fünfeckigen, sechseckigen, siebeneckigen
oder achteckigen oder ähnlichen
Geometrien, die auf Grund der Einfachheit der Herstellung und des
vergrößerten Oberflächenbereichs
bevorzugt sind, aufweist. Die hohen Zelldichten (z. B. mit einer
Höhe von
etwa 600, etwa 800 und sogar etwa 1200 oder mehr Zellen pro Quadratzoll)
und geringen Zellwanddicken (wobei z. B. weniger als oder gleich
etwa 4,3 Mil (etwa 0,109 mm), etwa 2,5 Mil (etwa 0,064 mm) bevorzugt
sind) können
in relativ zerbrechlichen Behandlungselementen mit isostatischen
Druckfestigkeiten von weniger als oder gleich etwa 150 Pfund pro
Quadratzoll (psi) oder sogar weniger als oder gleich etwa 100 psi resultieren.
Andere Substratmedien wie z. B. Schaumstoffe, Dieselkatalysatoren
und Dieselpartikelfilter können
ebenfalls isostatische Druckfestigkeiten von weniger als oder gleich
etwa 150 psi oder sogar weniger als oder gleich etwa 100 psi aufweisen.
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In
der Ausführungsform,
in der die Abgasemissionssteuervorrichtung 110 ein Dieselpartikelabscheider
ist, kann das Behandlungselement 114 ein durchlässiges Substrat
wie z. B. Siliziumkarbid und dergleichen sein. Das Behandlungselement
weist typischerweise eine Zell- oder Wabenstruktur auf, die eine
Vielzahl von Zellen oder Durchgängen
für das Abgas
umfasst und den Oberflächenbereich
des Behandlungselements vergrößert. In
Die selpartikelabscheidern sind alternativ Zellen an den Einlass-
und Auslassenden vorzugsweise verstopft, um sicherzustellen, dass
Abgas durch die Wände
des Elements strömt.
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In
einer Abgasemissionssteuervorrichtung 110 ist ein Katalysator
typischerweise auf und/oder über
dem gesamten Behandlungselement 114 angeordnet, um Abgase
zu akzeptablen Emissionswerten umzuwandeln. Der Katalysator ist
in der Lage, die Konzentration von zumindest einer Komponente in dem
Gas zu verringern. Der Katalysator kann ein oder mehrere Katalysatormaterial/ien
umfassen, das/die beschichtet, aufgesaugt, imprägniert, physisorbiert, chemisorbiert,
abgeschieden oder sonst wie auf dem Substrat aufgebracht ist/sind.
Mögliche
Katalysatormaterialien umfassen Metalle wie z. B. Platin, Palladium,
Rhodium, Iridium, Osmium, Ruthenium, Tantal, Zirkonium, Yttrium,
Cer, Nickel, Kupfer und dergleichen, sowie Oxide, Legierungen und Kombinationen,
die zumindest eines der vorhergehenden Katalysatormaterialien enthalten,
sowie andere Katalysatoren.
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Das
Katalysatormaterial kann mit zusätzlichen
Materialien kombiniert werden oder nacheinander auf dem Substrat
mit zusätzlichen
Materialien angeordnet werden. Die zusätzlichen Materialien können Oxide
(z. B. Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid und dergleichen),
Aluminide, Hexaaluminate und dergleichen und Kombinationen mit zumindest einem
der vorhergehenden Materialien umfassen. Wenn ein Aluminid verwendet
wird, umfasst das Aluminid vorzugsweise Aluminium in Kombination
mit zumindest einem zusätzlichen
Metall wie z. B. Nickel, Eisen, Titan, Kupfer, Barium, Strontium,
Kalzium, Silber, Gold, Platin und Oxide, Legierungen und Kombinationen
mit zumindest einem der vorhergehenden Materialien mit Nickel, Eisen,
Titan und Oxiden, Legierungen und Kombinationen mit zumindest einem der
vorhergehenden Metallen, die besonders be vorzugt sind. Wenn ein
Hexaaluminat verwendet wird, umfasst das Hexaaluminat vorzugsweise
eine kristalline Struktur aus Aluminium und Sauerstoff.
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Die
zusätzlichen
Materialien können
ferner vorzugsweise Stabilisatoren wie z. B. Metalle aus der zweiten
Gruppe, Seltenerdmetalle, Metalle aus der achten Gruppe und dergleichen
sowie Oxide, Legierungen und Kombinationen mit zumindest einem der vorhergehenden
Mittel umfassen. Bevorzugte Stabilisatoren umfassen Barium, Platin,
Palladium, Osmium, Strontium, Lanthan, Ruthenium, Iridium, Praseodym,
Rhodium, Gold, Mangan, Kobalt und dergleichen wie auch Oxide, Legierungen
und Kombinationen mit zumindest einem der vorhergehenden Mittel, wobei
Barium, Lanthan und Kombinationen mit zumindest einem der vorhergehenden
Mittel besonders bevorzugt sind.
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Ein
Stützelement 115 ist
z. B. konzentrisch um das Behandlungselement 114 herum
angeordnet. Das Stützelement 115 isoliert
die Schale sowohl von hohen Abgastemperaturen wie auch der exothermen katalytischen
Reaktion, die innerhalb des Katalysatorsubstrats abläuft. Das
Stützelement 115 erhöht ferner
die strukturelle Integrität
des Behandlungselements 114, indem es komprimierende radiale
Kräfte darauf
aufbringt, seine axiale Bewegung verringert und es in Position hält.
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Das
Stützelement 115 umfasst
eine Vielzahl von Pellets, Perlen, Partikeln, Kugeln und andere
Geometrien wie auch Kombinationen mit einer oder mehreren der vorhergehenden
Geometrien (nachfolgend als Pellets bezeichnet). Das pelletisierte
Rückhaltematerial
weist einen Hauptachsendurchmesser von weniger als dem Abstand 120 zwischen
dem Behandlungselement 114 und der Schale auf. Die Pellets
können
eine beliebige Geometrie umfassen wie z. B. rund, kugelförmig, zylindrisch,
länglich,
po lygonal, unregelmäßig, anders
geformte Partikel wie auch Kombinationen mit einer oder mehreren
der vorhergehenden Formen oder anders geformte Partikel.
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Das
pelletisierte Rückhaltematerial
kann aus einem Blatt oder einer Matte durch Schneiden, Zerreißen oder
anderweitiges Bilden kleinerer Stücke gebildet werden. Das pelletisierte
Rückhaltematerial kann
auch durch Extrudieren, Aushärten
und Pelletisieren der Rückhaltematerialien
gebildet werden. Das Endresultat besteht darin, dass das pelletisierte Rückhaltematerial
fließfähig ist,
d. h. in den Raum zwischen dem Behandlungselement und der Schale geschüttet, fließen gelassen
oder abgegeben werden kann.
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Das
Rückhaltematerial
kann entweder ein quellendes Material (z. B. ein Material, das eine
Vermiculitkomponente, d. h. eine Komponente, die sich bei der Anwendung
von Wärme
ausdehnt), ein nicht quellendes Material oder eine Kombination davon sein.
Die Rückhaltematerialien
können
Keramikmaterialien und andere Materialien wie z. B. organische und
anorganische Bindemittel und dergleichen oder Kombinationen mit
zumindest einem der vorhergehenden Materialien umfassen.
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Die
Wahl der quellenden Materialien kann in Abhängigkeit von dem gewünschten
Endverbrauch variieren. Z. B. sind für höhere Temperaturen, d. h. über etwa
500°C nicht
expandierte Vermiculitmaterialien geeignet, da sie bei einer Temperatur
von etwa 300°C
bis etwa 340°C
beginnen, sich auszudehnen, um den Raum zwischen dem Behandlungselement und
der Schale zu füllen.
Für eine
Verwendung bei niedrigeren Temperaturen, d. h., Temperaturen unterhalb
von etwa 500°C
wie z. B. in Dieselpartikelfiltern können in geeigneter Weise expandierbare
Graphit- und nicht expandierte Vermiculitmaterialien verwendet werden,
da Graphit bei etwa 210°C
beginnt, sich auszudehnen. Auch behandelte Vermiculite sind nützlich und
dehnen sich bei einer Temperatur von etwa 290°C aus.
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Geeignete
organische Bindemittelmaterialien für das Rückhaltematerial umfassen wässrige Polymeremulsionen,
lösemittelbasierte
Polymerlösungen,
Polymere, Polymerharze (d. h., 100 Prozent Feststoffe) und dergleichen.
Wässrige
Polymeremulsionen sind organische Bindemittelpolymere und Elastomere
in Latexform, z. B. Naturkautschukgitter, Styrolbutadiengitter,
Butadienacrylnitrilgitter, Ethylenvinylacrylatgitter, Gitter aus
Acrylat- und Methacrylatpolymeren und Copolymeren und dergleichen.
Polymere und Polymerharze umfassen Rohkautschuk, Styrolbutadienkautschuk
und andere elastomere Polymerharze. Organische Bindemittel aus Acryllatex
und Polyvinylacetat sind ebenfalls geeignet.
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In
dem hierin offenbarten Verfahren wird das pelletisierte Rückhaltematerial
in den Raum 120 zwischen dem Behandlungselement 114 und
der Schale 112 (1) abgegeben. Der Raum 120 kann
je nach Art und Konstruktion der Vorrichtung, z. B. ein Katalysator
oder ein Dieselpartikelfilter, variieren. Der Raum 120 besitzt
eine solche Größe, die
ausreicht, um eine thermische Isolierung bereitzustellen, die Unterschiede
in der Wärmeausdehnung
zwischen dem Element und der Schale zu überwinden und um die Größenunterschiede
zwischen dem Katalysator und der Schale während des Zusammenbaus wie auch
des Betriebes auszugleichen. Der Raum 120 kann in Abhängigkeit
von der Gesamtgröße der Abgasemissionssteuervorrichtung
etwa 2 Millimeter (mm) bis etwa 20 mm oder ähnlich betragen. Vorzugsweise
beträgt
der Raum 120 zwischen etwa 4 mm und etwa 8 mm. Der Raum 120 kann
von im Wesentlichen gleichförmiger
Größe entlang
der Länge der
Behandlungselement 114-/Schalen 112-Anordnung
sein, kann variierende Größen entlang
der Länge
aufwei sen und/oder kann an den Enden schmaler als an der Mitte sein,
um die pelletisierte Mattenstütze
zurückzuhalten.
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Die
Abgasemissionssteuervorrichtung 110 kann auf mehrere verschiedene
Arten zusammengebaut werden. In einem Verfahren wird eine Sperre 119 verwendet,
um das pelletisierte Rückhaltematerial
zwischen dem Behandlungselement und der Schale zurückzuhalten.
Die Sperre 119 kann ein beliebiges Material sein, das in
der Lage ist, das pelletisierte Rückhaltematerial zwischen dem
Behandlungselement und der Schale zurückzuhalten, und das auch den
Betriebstemperaturen einer Kraftfahrzeugabgasemissionssteuervorrichtung
standhalten kann. Die Sperre kann z. B. die Form eines Seils, eines
Gitters, einer geflochtenen Struktur, eines Blattes, Drähten, oder
andere Formen, wie auch Kombinationen mit einer oder mehreren der
vorhergehenden Formen umfassen. Das Material der Sperre kann z.
B. Stahl, Keramik, andere Materialien wie auch Kombinationen mit
einem oder mehreren der vorhergehenden Materialien sein. Eine bevorzugte
Sperre ist ein Pelletrückhalteelement
aus einem Edelstahldrahtseil. Die Sperre kann mit einem Band oder
Kleber oder durch ein mechanisches Mittel wie z. B. Heften, Vernieten, Crimpen,
Schweißen,
Kleben oder Kombinationen mit einem oder mehreren der vorher gehenden
Befestigungsverfahren an dem Behandlungselement 114 befestigt
oder eingeschlossen werden. Alternativ kann die Sperre durch Druck
oder ein anderes nicht äußeres Mittel
in Position gehalten werden.
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Die
Sperre kann eine Größe und Form
aufweisen, die geeignet ist, das pelletisierte Rückhaltematerial innerhalb des
Raumes 120 zwischen dem Behandlungselement 114 und
der Schale 112 zu halten. Der Durchmesser der Sperre 119 weist
eine derartige Größe auf,
dass die Differenz zwischen dem Raum 120 und dem Durchmesser
der Sperre nicht größer als
der Nebenachsendurchmesser des pelletisierten Rückhaltematerials ist. Mit anderen
Worten, die Sperre 119 weist einen Durchmesser auf, der ausreicht,
um das pelletisierte Rückhaltematerial
innerhalb des Raumes 120 zu halten.
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In
einem weiteren Zusammenbauverfahren wird ein/e Endkegel, Endplatte
oder Krümmer 122 an einem
ersten Ende 124 der Schale 112 angebracht oder
geformt. Dann wird ein Behandlungselement 114 im Inneren
der Schale 112 angeordnet, so dass der Raum 120,
falls vorhanden, zwischen dem Behandlungselement 114 und
der Schale 112 an dem ersten Ende 124 eine Größe aufweist,
die das pelletisierte Rückhaltematerial
zurückhält (3).
Dann wird pelletisiertes Rückhaltematerial
in dem Raum 120 zwischen dem Behandlungselement 114 und
der Schale 112 angeordnet, um ein Stützelement 115 zu bilden.
Dann wird das zweite Ende 126 der Schale 112 gebildet,
indem ein/e Endkegel, Endplatte oder Krümmer angebracht (z. B. durch
Schweißen)
oder geformt (z. B. Spinformen) wird, so dass das Stützelement 115 zwischen
dem Behandlungselement 114 und der Schale 112 zurückgehalten
wird. In dieser Ausführungsform
sind keine Sperren erforderlich, um das pelletisierte Rückhaltematerial
zwischen der Schale und dem Behandlungselement zurückzuhalten.
Eine durch dieses Verfahren zusammengebaute Abgasemissionssteuervorrichtung
ist in 4 veranschaulicht.
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In
einem weiteren Verfahren wird ein Doppelendkegelaufbau verwendet
(5). Ein innerer Endkegel 123 kann um
ein Ende des Behandlungselements 114 herum montiert werden
und ein äußerer Endkegel 125 kann
an der Schale 112 angebracht werden. Das Behandlungselement 114 mit
dem inneren Endkegel 123 wird dann in der Schale 112,
die den äußeren Endkegel 125 enthält, angeordnet,
so dass der innere Endkegel 123 sich innerhalb des äußeren Endkegels
befindet. Eine optionale Sperre 119 kann in dem Raum 120 zwischen
dem Behandlungselement 114 und der Schale 112 angeordnet
werden. Das pelletisierte Rückhaltematerial
wird dann in dem Raum 120 zwischen dem Behandlungselement 114 und
der Schale 112 abgegeben, um das Stützelement 115 zu bilden.
Das zweite Ende 126 wird dann durch ein beliebiges Standardverfahren
geschlossen.
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Beispiele:
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Ein
Cordieritwaben-Behandlungselement mit etwa 900 Zellen pro Quadratzoll
kann mit einem Katalysator beschichtet werden, der etwa 300 Gramm pro
Kubikfuß (1067
Gramm pro Kubikmeter g/m3) bis etwa 50 Gramm
pro Kubikfuß g/ft3 (1780 Gramm pro Kubikmeter) Platin und
etwa 100 Gramm pro Kubikfuß (3560
Gramm pro Kubikmeter) bis etwa 300 Gramm pro Kubikfuß (10680
Gramm pro Kubikmeter) Palladium umfasst. Das beschichtete Behandlungselement
kann dann innerhalb einer Edelstahlschale mit einem Endkegel an
einem Ende angeordnet werden, so dass der Raum zwischen dem Behandlungselement
und der Schale etwa 8 mm beträgt.
Ein Edelstahldrahtseil kann zwischen der Schale und dem Behandlungselement
an dem Ende mit dem Endkegel angeordnet werden, um das Rückhaltematerial zwischen
dem Behandlungselement und der Schale zurückzuhalten. Pelletisiertes
Rückhaltematerial
mit etwa 45 Gew.-% bis etwa 65 Gew.-% Vermiculit und etwa 30 Gew.-%
bis etwa 45 Gew.-% feuerfesten Keramikfasern (bezogen auf das Gesamtgewicht
des Rückhaltematerials)
kann in Stücke
mit einer 2 mm-Nebenachse und einer etwa 2 bis etwa 8 mm-Hauptachse
geschnitten werden. Das Rückhaltematerial
kann dann in den Raum zwischen dem Behandlungselement und der Schale
geschüttet
werden. Sobald der Raum von dem Drahtseil zu dem entgegengesetzten
Ende des Behandlungselements mit dem Rückhaltematerial gefüllt worden
ist, kann ein zweites Drahtseil um den Umfang des Behandlungselements
herum angeordnet werden, um das Rückhaltematerial in Position
zurückzuhalten.
Das offene Ende der Schale kann dann durch Spinformen eines Endkegels
auf das zweite Ende der Schale oder durch Anbringen einer/s vorgeformten
Endkegels, Endplatte, Krümmers
oder dergleichen geschlossen werden. Der zusammengebaute Katalysator
kann dann auf eine Temperatur von etwa 500°C erhitzt werden, damit die
Matte sich ausdehnt.
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Das
hierin offen gelegte Verfahren zum Herstellen einer Abgasemissionssteuervorrichtung
minimiert den während
des Zusammenbaus auf das Behandlungselement aufgebrachten Druck.
Die Pellets des Rückhalteelements
können
sich bewegen, so dass die durch ein sich ausdehnendes, quellendes Stützmaterial
ausgeübten
Kräfte
einfacher im Wesentlichen verteilt werden können. Die Verwendung eines
pelletisierten Stützelements
beseitigt den Schritt des Umwickelns des Stützelements um das Behandlungselement
und resultiert somit in wesentlich weniger Bruch des Behandlungselements.
Das pelletisierte Rückhaltematerial
kann ein quellendes Material sein, das sich beim Erhitzen ausdehnt,
um den Spalt zwischen dem Behandlungselement und der Schale im Wesentlichen
vollständig
zu füllen.
Das pelletisierte Rückhaltematerial
fixiert das Behandlungselement in Position, was eine Vibration und
andere Bewegung des Behandlungselements verringert. Dieses verbesserte
Verfahren besitzt die Vorteile von weniger Abfall von Behandlungselementen
auf Grund von weniger Bruch und auch eines vereinfachten Zusammenbaus
auf Grund der Beseitigung des Schritts des Wickelns einer Stützmatte
um das Behandlungselement herum.
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Während die
Offenlegung mit Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform
beschrieben wurde, wird es für
den Fachmann verständlich
sein, dass verschiedene Änderungen
vorgenommen und dass Elemente durch Äquivalente davon ersetzt werden können, ohne
von dem Umfang der Offenlegung abzuweichen. Darüber hinaus können viele
Abwandlungen vor genommen werden, um ein/e bestimmte/s Situation
oder Material an die Lehre der Offenlegung anzupassen, ohne von
ihrem wesentlichen Umfang abzuweichen. Daher soll die Offenlegung
nicht auf die Ausführungsform
beschränkt
sein, die als die beste in Betracht gezogene Art zum Ausführen dieser Offenlegung
offenbart wurde, sondern die Offenlegung wird alle Ausführungsformen
umfassen, die in den Umfang der angefügten Ansprüche fallen.