DE19858025A1

DE19858025A1 - Lagerungsmatte zur Lagerung eines für die Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen eingesetzten Abgaskatalysators in einem metallischen Katalysatorgehäuse

Info

Publication number: DE19858025A1
Application number: DE19858025A
Authority: DE
Inventors: Claus Schierz
Original assignee: Asglawo Stoffe Zum Daemme GmbH
Current assignee: Asglawo Stoffe Zum Daemme GmbH
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2000-06-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagerungsmatte zur Lagerung eines für die Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen eingesetzten Abgaskatalysators in einem metallischen Katalysatorgehäuse mit einem Verbund aus zerkleinerten SiO¶2¶-Filamenten, Bindemittel und partikelförmigen Einlagerungen aus Blähmaterial, das ein temperaturabhängiges Expansionsvermögen aufweist. Erfindungsgemäß enthält der Verbund thermisch vorbehandelte SiO¶2¶-Filamente, die bei der Arbeitstemperatur der Lagerungsmatte keine temperaturabhängige Schrumpfung aufweisen. Das Blähmaterial besteht aus Graphit oder aus einer Mischung aus Graphit und einem Blähstoff, der im Vergleich zu Graphit bei höheren Temperaturen expandiert. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der Lagerungsmatte.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerungsmatte zur Lagerung eines für die Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen einge setzten Abgaskatalysators in einem metallischen Kataly satorgehäuse mit einem Verbund aus zerkleinerten SiO₂-Fila menten, Bindemittel und partikelförmigen Einlagerungen aus Blähmaterial, das ein temperaturabhängiges Expansions vermögen aufweist. Das Bindemittel ist zumeist ein orga nisches Bindemittel, z. B. auf Latex-Basis (PVAC), welches die Lagerungsmatte für den Einbau flexibel macht. Als Bindemittel kommen auch Gemische aus organischen und anor ganischen Bestandteilen zur Anwendung.

Bei der aus DE-U 93 11 571 bekannten Lagerungsmatte, von der die Erfindung ausgeht, besteht das Blähmaterial aus Vermiculit. Die für eine betriebssichere Lagerung des Abgaskatalysators im Katalysatorgehäuse erforderliche Volumenzunahme der Lagerungsmatte setzt bei einer Temperatur oberhalb 350°C ein. Bei 750°C sind die gesamten Anteile an Vermiculit expandiert und beträgt die Dicke der Matte etwa das 1,5fache der Anfangsdicke. Die Lagerungs matte eignet sich zur Lagerung von Abgaskatalysatoren, die zur Reinigung von Verbrennungsabgasen aus Ottomotoren ein gesetzt werden. Die Abgastemperaturen sind hier ausreichend hoch, um die volle Expansion der Lagerungsmatte auszulösen. Nicht geeignet oder nur mit Einschränkung einsetzbar ist die Lagerungsmatte zur Halterung von Abgaskatalysatoren für die Reinigung von Verbrennungsabgasen aus Dieselmotoren. Die Abgastemperaturen sind hier wesentlich niedriger und reichen für die Initiierung einer Blähwirkung der Lagerungsmatte nicht aus. Hinzu kommt das Problem, daß die anorganischen Fasern mit der Inbetriebnahme des Abgas katalysators schrumpfen, was der Wirkung des Blähmaterials entgegenwirkt. Im Ergebnis erfüllt die Lagerungsmatte bei Abgaskatalysatoren, die mit verhältnismäßig geringen Temperaturen betrieben werden, die ihr zugedachte Funktion nicht und ist eine ordnungsgemäße Abdichtung des Ring spaltes zwischen dem keramischen Trägerkörper des Abgas katalysators und dem metallischen Katalysatorgehäuse nicht gewährleistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerungs matte für die Halterung eines Abgaskatalysators in einem metallischen Katalysatorgehäuse anzugeben, die bei nied rigen Abgastemperaturen eine signifikante Blähwirkung auf weist und insbesondere für Abgaskatalysatoren hinter Dieselmotoren geeignet ist.

Die Aufgabe wird bei einer Lagerungsmatte des eingangs beschriebenen Aufbaus erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verbund thermisch vorbehandelte SiO₂-Filamente enthält, die bei der Arbeitstemperatur der Lagerungsmatte keine temperaturabhängige Schrumpfung aufweisen, und daß das Blähmaterial zumindest teilweise aus Graphit besteht. Die Erfindung setzt ein mit der Überlegung, für Lagerungs matten, die verhältnismäßig geringen Abgastemperaturen aus gesetzt sind, SiO₂-Fasermaterial zu verwenden, das durch eine thermische Vorbehandlung im wesentlichen schrumpfungs frei ist. Die Verwendung thermisch vorbehandelter SiO₂- Filamente verhindert, daß die Lagermatte nach erstmaliger Inbetriebnahme radial geschrumpft ist. Die beim Einbau der Lagerungsmatte eingestellte Flächenpressung steht auch nach der Inbetriebnahme des Abgaskatalysators zur Verfügung, so daß eine mit der Erwärmung der Lagerungsmatte einsetzende Expansion des Blähmaterials volle Wirkung entfaltet. Über raschend zeigt Graphit bei niedrigen Temperaturen eine starke Expansion, die für die Lagerung von Abgaskataly satoren zur Behandlung von Verbrennungsabgasen aus Diesel motoren benutzt werden kann. Die Blähwirkung des Graphits und damit die Volumenausdehnung der Lagerungsmatte setzt bereits bei einer Temperatur von 180°C deutlich ein. Bei Temperaturen, die in Verbrennungsabgasen aus Dieselmotoren auftreten, ist die Expansion besonders ausgeprägt und die mit der Volumenausdehnung verbundene Kraft, die als Dicht kraft genutzt wird, sehr groß. Wird die Lagerungsmatte aus schließlich zur Lagerung von Abgaskatalysatoren hinter Dieselmotoren eingesetzt, besteht das Blähmaterial daher vorzugsweise vollständig aus Graphit.

Bei hohen Betriebstemperaturen verliert Graphit als Bläh material an Rückstellkraft. Soll die Lagerungsmatte nicht nur bei niedrigen Abgastemperaturen, wie sie bei Ver brennungsabgasen aus Dieselmotoren üblich sind, sondern auch bei höheren Temperaturen eingesetzt werden, ist es vorteilhaft, wenn das Blähmaterial aus einer Mischung aus Graphit und einem Blähstoff, der im Vergleich zu Graphit bei höheren Temperaturen expandiert, besteht. Vorzugsweise wird mit einer Mischung aus Graphit und Vermiculit gearbeitet. Es versteht sich, daß die Graphitmenge so bemessen ist, daß bei Abgastemperaturen, die beim Betrieb von Dieselmotoren auftreten, eine ausreichende Expansion vorliegt. Bei hohen Temperaturen, die in Verbrennungs abgasen aus Ottomotoren üblich sind, kompensiert der bei höheren Temperaturen expandierende Blähstoff, z. B. Ver miculit, die nachlassende Wirkung von Graphit und gewähr leistet eine ausreichend Expansion und damit eine betriebs sichere Lagerung des Abgaskatalysators im metallischen Katalysatorgehäuse. Durch die erfindungsgemäße Abstimmung ist über einen großen Temperaturbereich eine ausgezeichnete Blähwirkung der Lagerungsmatte einstellbar.

In einer weiteren Ausgestaltung lehrt die Erfindung, daß die Graphit enthaltende Matte mit beidseitigen Auflagen aus einem Nadelvlies aus SiO₂-Fasern versehen ist. Die Auf lagen, die zweckmäßig eine Dicke zwischen 2 und 5 mm besitzen, geben der Lagerungsmatte eine weiche, nachgiebige Oberfläche mit zusätzlichem Rückstellvermögen und tragen zu einer weiteren Verbesserung der Dichtwirkung bei. Im Ergebnis resultiert eine dreilagige Verbundmatte, deren Nadelvliesauflagen ein Spiel zwischen Abgaskatalysator und Katalysatorgehäuse ausgleichen, wobei die Wirkung verstärkt wird durch den mittleren Kern, der unter Temperatureinfluß einer Volumenausdehnung unterliegt. An die Verbindung zwischen den beidseitigen Auflagen und der Kernschicht werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Der Verbund muß lediglich während der Montage hergestellt sein. Die Schichten können daher unter Verwendung eines Klebstoffes, der nach Inbetriebnahme des Abgaskatalysators seine Wirkung verliert, verbunden werden.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Her stellung der Lagermatte, bei dem
ein aus SiO₂-Filamenten bestehendes Ausgangsmaterial bei einer Temperatur von mindestens 650°C thermisch vorbehandelt und in einer Schneidmühle, die ein rotierendes Schneidaggregat, Statormesser und ein am Umfang des Schneidaggregates angeordnetes Sieb auf weist, zerfasert wird,
aus dem Fasermaterial, welches die Schneidmühle ver läßt, mit Wasser unter Zugabe von Bindemittel und Blähmaterial eine Suspension erzeugt wird und
aus der Suspension durch Filtrieren und Pressen eine flächige Bahn hergestellt wird,
wobei als Blähmittel Graphit oder eine Mischung aus Graphit und einem Blähstoff, dessen Expansion bei einer im Ver gleich zu Graphit höheren Temperatur einsetzt, verwendet wird. Als Blähmaterial kann z. B. eine Mischung aus Graphit und Vermiculit verwendet werden.

Als Ausgangsmaterial wird zweckmäßig ein Fasermaterial aus nicht verzwirnten SiO₂-Filamenten eingesetzt. Vorzugsweise wird das Ausgangsmaterial auf folgende Weise hergestellt. Zunächst wird ein Bündel aus SiO₂-Filamenten auf einer Rolle zu einem Spinnkuchen aufgewickelt. Der Spinnkuchen wird in Segmente geschnitten, die zur Entfernung von alka lischen Bestandteilen in ein Säurebad gegeben werden. Die Segmente werden anschließend gespült, bei einer für die thermische Vorbehandlung erforderlichen Temperatur, vor zugsweise zwischen 700 und 800°C, getrocknet und schließ lich als Ausgangsmaterial der Schneidmühle zugeführt, in der das Material zu Faserstücken von 3 bis 10 mm Länge zer fasert wird. Vorzugsweise wird das Verfahren so geführt, daß die Fasern eine Länge zwischen 8 und 10 mm besitzen.

Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, daß als Ausgangs material Abfälle verwendet oder als Zugabe mit verwendet werden, die bei der Herstellung und Verarbeitung von tech nischen Textilstoffen aus SiO₂-Filamenten anfallen. Textilstoffe meint insbesondere Gewebe aus SiO₂-Filament garnen, Vliese aus SiO₂-Filamenten sowie mehrlagige Produkte mit Kombinationen aus Vliesen und Geweben. Bei der Herstellung von Textilstoffen aus SiO₂-Filamenten fallen als Abfälle z. B. Kantenabfälle von Gewebe und Vliesstoff bahnen, Ausschußware mit Gewebefehlern und dergleichen an, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens als Aus gangsmaterial verwendet oder mitverwendet werden können. Entsprechendes gilt für Abfälle, die beim Anwender und Weiterverarbeiter als Zuschnittverluste, Rollenanfangs- und Rollenendstücke und dergleichen anfallen.

Claims

1. Lagerungsmatte zur Lagerung eines für die Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen eingesetzten Abgaskatalysators in einem metallischen Katalysatorgehäuse mit einem Verbund aus zerkleinerten SiO₂-Filamenten, Bindemittel und partikel förmigen Einlagerungen aus Blähmaterial, das ein temperaturabhängiges Expansionsvermögen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver bund thermisch vorbehandelte SiO₂-Filamete enthält, die bei der Arbeitstemperatur der Lagerungsmatte keine temperatur abhängige Schrumpfung aufweisen, und daß das Blähmaterial zumindest teilweise aus Graphit besteht.

2. Lagerungsmatte nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Blähmaterial aus einer Mischung aus Graphit und einem Blähstoff, der im Vergleich zu Graphit bei höheren Temperaturen expandiert, besteht.

3. Lagerungsmatte nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Blähmaterial aus einer Mischung aus Graphit und Vermiculit besteht.

4. Lagerungsmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch beidseitige Auflagen aus einem Nadelvlies aus SiO₂-Fasern.

5. Verfahren zur Herstellung einer Lagermatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
ein aus SiO₂-Filamenten bestehendes Ausgangsmaterial bei einer Temperatur von mindestens 650°C thermisch vorbehandelt und in einer Schneidmühle, die ein rotierendes Schneidaggregat, Statormesser und ein am Umfang des Schneidaggregates angeordnetes Sieb auf weist, zerfasert wird,
aus dem Fasermaterial, welches die Schneidmühle ver läßt, mit Wasser unter Zugabe von Bindemittel und Blähmaterial eine Suspension erzeugt wird und
aus der Suspension durch Filtrieren und Pressen eine flächige Bahn hergestellt wird,
wobei als Blähmittel Graphit oder eine Mischung aus Graphit und einem Blähstoff, dessen Expansion bei einer im Ver gleich zu Graphit höheren Temperatur einsetzt, verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei als Blähmittel eine Mischung aus Graphit und Vermiculit verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei
ein Bündel aus SiO₂-Filamenten auf eine Rolle zu einem Spinnkuchen aufgewickelt wird,
der Spinnkuchen in Segmente geschnitten wird, die zur Entfernung von alkalischen Bestandteilen in ein Säure bad gegebenen werden,
die Segmente gespült, bei einer für die thermische Vorbehandlung erforderlichen Temperatur getrocknet und anschließend als Ausgangsmaterial der Schneidmühle zugeführt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Trocknung bei einer Temperatur zwischen 700-800°C durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei als Ausgangsmaterial Abfälle verwendet oder als Zugabe mitver wendet werden, die bei der Herstellung und Verarbeitung von technischen Textilstoffen aus SiO₂-Filamenten anfallen.