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.