DE19638542C2 - Storage mat for an exhaust gas catalytic converter - Google Patents
Storage mat for an exhaust gas catalytic converterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Lagerungsmatte für einen Abgaskatalysator. Unter einem Abgaskatalysator ist da bei eine Vorrichtung zur Entgiftung von Abgasströmen insbesondere von Kraftfahrzeugen zu verstehen. Sie umfassen u. a. ein Gehäuse, in dem ein katalytisch wir kender Katalysatorkörper gelagert ist. Katalysatorkör per aus keramischen Werkstoffen, sogenannte Monolit he, müssen aufgrund ihrer Bruchempfindlichkeit beson ders gut im Gehäuse gelagert werden. Zu ihrer Lage rung werden Mineralfasermatten verwendet, die expan dierbare Partikel, beispielsweise Blähglimmer (z. B. Ver miculit) oder Graphitsalze enthalten. Solche, im folgen den Quellmatten genannte Lagerungsmatten sind in ei nem zwischen Monolith und Gehäusewandung vorhan denen Spaltraum verpreßt angeordnet. Aufgrund ihrer elastischen Rückstellkräfte üben sie eine Haltekraft auf den Monolith aus.The invention relates to a storage mat for one Catalytic converter. Under a catalytic converter is there in a device for the detoxification of exhaust gas flows to understand especially of motor vehicles. she include u. a. a housing in which we are catalytic kender catalyst body is stored. Catalyst body per made of ceramic materials, so-called monolith hey, because of their sensitivity to breakage be stored well in the housing. About their location Mineral fiber mats are used, the expan dable particles, for example expanded mica (e.g. Ver miculite) or graphite salts. Such, in the following the storage mats called swell mats are in egg between the monolith and the housing wall which gap space arranged arranged. Because of your elastic restoring forces exert a holding force the monolith.
Bei Abgaskatalysatoren für Kraftfahrzeuge tritt das Problem auf, daß durch die heißen Abgase der gesamte Abgaskatalysator erhitzt wird. Da die Monolithe eine geringere Wärmeausdehnung aufweisen als Metallge häuse, vergrößert sich der Spaltraum während des Be triebs des Fahrzeuges. Diesem Effekt wirken die in einer Quellmatte vorhandenen expandierbaren Partikel, meist Blähglimmerplättchen entgegen. Ab einer Expan sionstemperatur etwa von 300°-350°C spaltet sich in den Zwischenschichten der Blähglimmerpartikel gebun denes Wasser irreversibel ab, geht in den Dampfzustand über und bläht gewissermaßen die dicht an dicht anein anderliegenden Einzelschichten des Blähglimmers zieh harmonikaartig auf. Durch diese Expansion der Bläh glimmerpartikel wird die Lagerungsmatte im heißen Be triebszustand des Abgaskatalysators expandiert. Die Spaltraumvergrößerung wird dadurch ausgeglichen.This occurs with exhaust gas catalysts for motor vehicles Problem on that through the hot exhaust gases the whole Exhaust gas catalyst is heated. Since the monoliths are one have less thermal expansion than Metallge housing, the gap increases during loading drive of the vehicle. This effect works in one Swell mat existing expandable particles, mostly expanded mica platelets. From an expan sion temperature of around 300 ° -350 ° C splits the intermediate layers of the expanded mica particles the irreversible water goes off into the vapor state over and inflates them to each other, so to speak pull the other individual layers of expanded mica like a harmonica. Due to this expansion the bloat The bed mat becomes mica particles in the hot Be driving state of the catalytic converter expanded. The This will compensate for the enlargement of the gap.
Um die Handhabbarkeit der Matten bei der Montage eines Abgaskatalysators zu erleichtern, enthalten sie ein Bindemittel, das die Fasern zusammenhält. Als Binde mittel werden z. B. Latex-Acryl-Binder oder vergleich bare polymere Stoffe verwendet. Diese Stoffe dürfen jedenfalls bei Raumtemperatur nicht fest sondern müs sen elastisch sein, damit die Quellmatten flexibel und insbesondere noch komprimierbar sind. Sie werden nämlich in dem zwischen Monolith und Gehäuse vor handenen Spaltraum unter Verpressung und dement sprechend unter elastischer Verformung eingebaut. D. h. ihre Dicke im nichtverbauten Zustand ist größer als das Spaltmaß des Spaltraumes. Auf diese Weise wird eine durch die Rückstellkräfte der Quellmatte hervorgerufe ne Anfangshalterung des Monolithen im Katalysatorge häuse bewirkt.The manageability of the mats during assembly to facilitate a catalytic converter, they contain a Binder that holds the fibers together. As a bandage mean z. B. latex acrylic binder or comparison bare polymeric materials used. These substances are allowed at least not at room temperature but must must be elastic so that the swelling mats are flexible and in particular are still compressible. you will be namely in the one between the monolith and the housing existing gap under compression and demented speaking built under elastic deformation. That is, their thickness when not installed is greater than that Gap size of the gap. In this way, one caused by the restoring forces of the swelling mat ne initial mounting of the monolith in the catalytic converter housing causes.
Bei den herkömmlichen Quellmatten tritt nun folgen des Problem auf: Das aus Mineralfasern, expandierba ren Partikeln und einer Matrix in Form eines elastischen Binders bestehende System übt zwar bei Raumtempera tur eine genügend große Haltekraft auf den Katalysator und die Gehäuseinnenwandung aus. Wird der Abgaska talysator aber von heißen Abgasen durchströmt, er wärmt sich die Quellmatte und die elastischen Rückstell kräfte des Binders verringern sich bei Temperaturen von etwa ab 100°C zusehends. Erst wenn im Katalysator bzw. in der Quellmatte eine Temperatur beispielsweise von etwa 300°-350°C herrscht, expandieren die Bläh glimmerpartikeln und der zuvor geschilderte negative Effekt wird kompensiert. Zwischen einer Temperatur von etwa 100°C bis etwa 350°C ist also der Monolith nicht mehr sicher gelagert. Je nach Fahrweise oder Aus legung des jeweiligen Motors kann es unter Umständen recht lange dauern, bis nach der Erst-Inbetriebnahme die Expansionstemperatur für den Blähglimmer erreicht ist. Besonders kritisch ist dieses Problem bei Dieselfahr zeugen, bei denen die Abgastemperaturen im Teillast bereich nur zwischen 150° und 300°C liegen. Dies könn te unter Umständen dazu führen, daß die Expansion stemperatur erst nach sehr langem Gebrauch des Fahr zeugs oder überhaupt nicht erreicht wird. Der Monolith kann sich dann wegen der ungenügenden Haltekraft der Quellmatte aus seiner Verankerung lösen, was zu einem Ausfall des Abgaskatalysators führen kann.With the conventional swelling mats now follows of the problem: The mineral fiber, expandable ren particles and a matrix in the form of an elastic Binder's existing system practices at room temperature a sufficient holding force on the catalyst and the inside of the housing. Will the Abgaska but through hot exhaust gases, he warms the swelling mat and the elastic return Forces of the binder decrease at temperatures from around 100 ° C. Only when in the catalytic converter or a temperature in the swelling mat, for example of about 300 ° -350 ° C, the swell expand mica particles and the previously described negative Effect is compensated. Between a temperature from about 100 ° C to about 350 ° C is the monolith no longer stored safely. Depending on driving style or off Under certain circumstances, the engine can be laid take a long time until after the initial start-up the expansion temperature for the expanded mica is reached is. This problem is particularly critical for diesel vehicles testify at which the exhaust gas temperatures at partial load range only between 150 ° and 300 ° C. You can te may lead to expansion temperature only after very long use of the vehicle stuff or not at all. The monolith can then due to the insufficient holding force of the Detach the swelling mat from its anchoring, resulting in a Failure of the catalytic converter can result.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, anstelle der bisherigen, bereits ab 100°C ihre elastischen Rück stelleigenschaften verlierenden Bindemittel solche Bin demittel, nämlich Hochtemperaturbindemittel zu ver wenden, bei denen eine Elastizitätsverringerung erst in einem mit der Expansionstemperatur beginnenden Temperaturbereich auftritt. Als Bindemittel können bei spielsweise Silikone, Hochtemperatur-Elastomere, PU- Elastomere oder Epoxid-Elastomere eingesetzt werden. Als Fasern kommen allgemein Hochtemperatur-Fasern zum Einsatz, also etwa Keramikfasern, Aluminiumoxid fasern, Glasfasern und Quarzfasern. Es ist auch denkbar, daß herkömmliche Bindemittel mit Hochtemperatur bindemitteln gemischt werden. Ob die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bindemittel sich später bei den Be triebstemperaturen des Abgaskatalysators zersetzen oder nicht spielt keine Rolle. Wesentlich ist nur, daß eine gegebenenfalls stattfindende Zersetzung in einem Tem peraturbereich stattfindet, bei dem der Blähglimmer be reits in seinem expandierten Zustand vorliegt oder in diesen Zustand übergeht.According to the invention, it is now proposed instead the previous, already from 100 ° C their elastic back Binding properties lose such Bin demittel, namely high temperature binders to ver turn, where a reduction in elasticity only in one beginning with the expansion temperature Temperature range occurs. As a binder can for example silicones, high-temperature elastomers, PU Elastomers or epoxy elastomers are used. Generally, high-temperature fibers come as fibers used, such as ceramic fibers, aluminum oxide fibers, glass fibers and quartz fibers. It is also conceivable that conventional binders with high temperature binders are mixed. Whether the invention proposed binders later in the Be decompose drive temperatures of the catalytic converter or not doesn't matter. It is only essential that one decomposition, if any, in a tem temperature range takes place, in which the expanded mica be is already in its expanded state or in passes this state.
Anhand des den Anmeldeunterlagen beigefügten Diagramms sollen die Unterschiede zwischen her kömmlichen und erfindungsgemäßen Quellmatten nochmal verdeutlicht werden. Um die Veränderung der elastischen Eigenschaften bzw. der Haltekraft von Quellmatten im Verlauf ihrer Erwärmung und Abküh lung abschätzen zu können ist es üblich, Quellmatten- Zuschnitte mit einem konstanten Gewicht zu belasten und deren Dickenänderung Δd in Abhängigkeit von der Temperatur zu messen. Im vorliegenden Beispiel wur den scheibenförmige Zuschnitte von etwa 11 mm Durchmesser verwendet. Ihre Dicke betrug im belaste ten Zustand (Preßstempel mit 7 mm Durchmesser und 250 g Masse) 5 mm. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, halten herkömmliche Quellmatten (durchgezogene Li nie) ab einer Temperatur von etwa 100°C bis etwa 350°C dem Druck des Preßstempels nicht mehr stand und sinken in sich zusammen. Dies rührt daher, daß das Bindemittel zusehends seine elastischen Rückstelleigen schaften verliert. Der Anstieg von Δd bei etwa 350°C kommt durch die beginnende Expansion des Blähglim mers zustande. Die Aufheizphase einer Quellmatte läßt sich somit in zwei Temperaturbereiche I und II untertei len. Im Temperaturbereich I kommt es ab etwa 100°C zu einem dramatischen Verlust an Haltekraft, der sein Maximum im Bereich zwischen 300° und 350°C er reicht. Die Dickenabnahme des Quellmattenzuschnittes beträgt hier zwar nur 15%. Dies entspricht aber einer Abnahme der Haltekraft der Matte von 70-80%. Eine Haltefunktion von herkömmlichen Matten ist hier prak tisch nicht mehr gegeben. Wird dagegen eine erfin dungsgemäße Quellmatte mit einem Hochtemperatur binder eingesetzt, tritt keine Verringerung der elasti schen Rückstelleigenschaften bzw. der Haltekraft auf. Im Versuch zeigt die Dickenänderung Δd eines Zuschnittes aus einer erfindungsgemäßen Quellmatte den durch die strichpunkierte Linie im Diagramm angedeu teten Verlauf. Trotz Erwärmung behält die Quellmatte ihre Haltekraft im Temperaturbereich I bei. Eine Halte kraftsenke im Temperaturbereich I wie bei herkömmli chen Quellmatten tritt dagegen nicht auf. Das Bindemit tel ist 50 gewählt, daß frühestens im Temperaturbereich II nennenswerte Rückstellkraft- bzw. Haltekrafteinbu ßen auftreten. In diesem Temperaturbereich wird näm lich dieser negative Effekt durch die Expansion der Blähglimmerpartikel überkompensiert. Die erfindungs gemäßen Quellmatten gewährleisten daher von Anfang an eine lückenlose und von der Fahrweise oder der Art des Motors bzw. der Abgastemperaturen unabhängige Haltefunktion.On the basis of the enclosed application documents The diagram should show the differences between conventional swelling mats according to the invention be clarified again. To change the elastic properties or the holding force of Swell mats as they warm and cool It is common to be able to estimate To load blanks with a constant weight and their change in thickness Δd as a function of Measure temperature. In the present example the disc-shaped blanks of about 11 mm Diameter used. Their thickness was in the load condition (press stamp with 7 mm diameter and 250 g mass) 5 mm. As the diagram shows hold conventional swelling mats (solid Li never) from a temperature of about 100 ° C to about 350 ° C the pressure of the ram no longer stood and sink together. This is because the Binder increasingly its elastic resets loses. The increase in Δd at about 350 ° C comes from the beginning expansion of the Blähglim mers. The heating phase of a swelling mat leaves thus divided into two temperature ranges I and II len. In temperature range I it comes from about 100 ° C to a dramatic loss in holding power that Maximum in the range between 300 ° and 350 ° C enough. The decrease in thickness of the source mat blank is only 15% here. But this corresponds to one Decrease in the holding force of the mat by 70-80%. A The holding function of conventional mats is practical here no longer given table. On the other hand, if an invented swelling mat according to the invention with a high temperature used binder, there is no reduction in elasticity resetting properties or the holding force. In the experiment, the change in thickness Δd of a blank shows from a swelling mat according to the invention indicated by the dash-dotted line in the diagram course. The swelling mat retains despite warming their holding force in the temperature range I at. A stop force sink in temperature range I as with conventional Chen source mats, however, does not occur. The bindemite tel is chosen 50 that at the earliest in the temperature range II significant restoring force or holding force build-in occur. In this temperature range näm Lich this negative effect through the expansion of the Expanded mica particles overcompensated. The fiction Appropriate swelling mats therefore guarantee from the start of a complete and depending on the driving style or the type of the engine or the exhaust gas temperatures independent Hold function.
Claims (6)
- - Hochtemperaturfasern, wie Keramikfasern, Aluminiumoxidfasern, Glasfasern oder der gleichen,
- - einem die Fasern zusammen haltenden Bin demittel und
- - Expansionspartikel, die während des Auf heizens des Abgaskatalysators durch die Ab gase in einem bei Raumtemperatur beginnen den ersten Temperaturbereich (I) ein konstan tes Volumen aufweisen und in einem sich an den ersten Temperaturbereich anschließenden zweiten, höheren Temperaturbereich (II) in ei nen expandierten Zustand übergehen,
- High-temperature fibers, such as ceramic fibers, aluminum oxide fibers, glass fibers or the like,
- - A binder holding the fibers together
- - Expansion particles, which during the heating up of the exhaust gas catalyst by the exhaust gases in a room temperature, the first temperature range (I) have a constant volume and expanded in a second, higher temperature range (II) adjoining the first temperature range Change state,
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Also Published As
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DE19638542A1 (en) | 1997-03-27 |
DE29515081U1 (en) | 1997-01-23 |
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