DE3872186T2 - Katalytischer konverter oder partikelfilter fuer abgasanlagen. - Google Patents

Katalytischer konverter oder partikelfilter fuer abgasanlagen.

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DE3872186T2 DE8888311395T DE3872186T DE3872186T2 DE 3872186 T2 DE3872186 T2 DE 3872186T2 DE 8888311395 T DE8888311395 T DE 8888311395T DE 3872186 T DE3872186 T DE 3872186T DE 3872186 T2 DE3872186 T2 DE 3872186T2
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgaskatalysator oder Feststoffteilchenfilter zur Verwendung in einem Abgassystem, wobei ein Abgaskatalysator oder Filter vom Typ eines Metallgehäuses mit einem monolithischen Element innerhalb des Gehäuses mit einem flexiblen, metallverstärkten sich aufblähenden Einbauverbundstoff (auch genannt Befestigungseinrichtung) sicher befestigt ist. Die metallverstärkte sich aufblähende Befestigungseinrichtung ist insbesondere als Packungsmaterial für den Einbau brüchiger Keramikmonolithe von Dieselrußfiltern verwendbar.
  • Katalysatoren werden weltweit für die Oxidation von Kohlenmonoxiden und Kohlenwasserstoffen sowie für die Reduktion der Stickoxide in Autoabgasen zur Bekämpfung der Luftverschmutzung eingesetzt. Infolge der bei diesen katalytischen Prozessen relativ hohen auftretenden Temperaturen sind Keramiken als Katalysatorträger die natürlich Wahl. Besonders verwendbare Träger sind die z. B. in der US-P-RE 27,747 beschriebenen Keramikwabenkörper.
  • Keramikkörper neigen zur Zerbrechlichkeit und haben Wärmeausdehnungskoeffizienten, die sich erheblich von den Metallgehäusen, in der Regel rostfreier Stahl, unterscheiden. Die Befestigungsmittel für den Keramikkörper in dem Gehäuse müssen daher gegenüber dem aus Schlag und Vibration resultierenden mechanischen Stoß widerstandsfähig sein. Sich aufblähendes Befestigungsmaterial, das sich für diesen Zweck als Befestigungsmaterial verwendbar erwies, wurde in den US-P-3,916,057; 4,305,992 und 4,617,176 und GB- A1,513,808.
  • Sich aufblähendes Befestigungsmaterial einsetzende Katalysatoren, wie sie in den vorgenannten Patentschriften beschrieben werden, verwenden ein Blech oder eine Matte im allgemeinen mit rechteckiger Form, die um die Seitenfläche des Monolithen herumgezogen werden. Ein Nachteil dieser Materialien besteht darin, daß sie auf die Keramikmonolithe des Abgaskatalysators außerordentliche Drücke ausüben können. Die Drücke können in Verbindung mit der axialen Ausdehnung des Gehäuses dem Reibungskoeffizienten, dem Schermodul und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der sich aufblähenden Verkleidung im Inneren des Keramikmonolithen Risse hervorrufen. Diese Risse werden als "ring-off"-Risse bezeichnet und sind periphere, in der Regel in der Mitte der Länge des Monolithen auftretende Risse. In mehreren Fällen wurde der Keramikmonolith vollständig in zwei Teile zerlegt. Derartige Materialien üben auch eine sehr geringe Kraft solange aus, bis das Befestigungsmaterial eine Temperatur im Bereich von 250 ºC ... 375 ºC in einem Moment erreicht, bei dem die Verkleidung aufgebläht wird. Vibration des Katalysators vor der Ausdehnung der Matte kann zu Bewegungen und nachfolgenden Schäden am Keramikmonolithen führen.
  • Bei der Konstruktion eines Katalysators mit den gegenwärtig verfügbaren Materialien ist eine Mindesteinbaudichte der sich aufblähenden Befestigungsmaterialien von 0,6 g/cm³ erforderlich, um den Keramikmonolithen während normaler Betriebsbedingungen an seinem Platz zu halten. Infolge der Bemessungstoleranzen des Keramikmonolithen, des Metallgehäuses und der sich aufblähenden Befestigungsmaterialien kann die Einbaudichte oftmals das 2- bis 2,5-fache der Mindesteinbaudichte betragen. Unter diesen Bedingungen der hohen Einbaudichte und mit zunehmenden Betriebstemperaturen kann das periphere Reissen des Keramikmonolithen mit großer Regelmäßigkeit auftreten. Wenn der Keramikmonolith von sich aus schon schwach ist, wie in dem Fall eines Dieselrußfilters, können periphere Risse sogar bei Einbaudichten unterhalb derer auftreten, die beim Einbau der stärkeren, konventionellen keramischen Katalysatorsubstrate verwendet werden. Das periphere Reissen in einem Dieselrußfilter macht den Filter unbrauchbar. Wird die Einbaudichte zur Eliminierung des peripheren Reissens jedoch herabgesetzt, können dann der Träger des Keramikmonolithen oder des keramischen Feststoffteilchenfilters unzureichend sein und Auswirkungen van Vibrationen und Thermoschock zu katastrophalen Schäden führen. Damit wird offensichtlich, daß ein Bedarf nach verbessertem sich aufblähendem Befestigungsmaterial besteht.
  • In der Vergangenheit wurden Versuche unternommen, das "ring-off"-Reissen von Keramikmonolithen zu reduzieren oder zu eliminieren. In der US-P-4,617,176 wurde ein solches Resultat durch einen Abgaskatalysator erzielt, der mit einer flexiblen, sich aufblähenden Verkleidung befestigt war, die allgemein sinusförmige Kanten aufwies. Es wurde jedoch über die gesamte Seitenfläche des Monolithen keine Wärmedämmung vorgesehen, die es ermöglichte, daß mehr Wärme des Abgassystems an die umgebenden Flächen abgestrahlt wurde.
  • Abgaskatalysatoren wurden ebenfalls von Befestigungsmaterialien mit Maschendraht getragen, die zwar eine gute Anfangshaltbarkeit gewährten, diese jedoch verloren, wenn die Temperaturen 600 ºC und darüber erreichten. Darüber hinaus gewährte der Maschendraht keine Dichtung, um zu verhindern, daß die Abgase durch ihn hindurch strömten und das katalytische Element umgingen. Ebenfalls wird keine Wärmedämmung geboten. Diese letztere Tatsache schafft große Temperaturgradienten und im Zusammenhang damit auftretende thermische Spannungen in dem Monolithen. Diese thermischen Spannungen können den gleichen Typ der "ring-off"-Risse erzeugen, wie sie bei Verwendung sich aufblähender Einbauverkleidungen (auch genannt "Befestigungslagen") gebildet werden. Ein Versuch zur Lösung dieser Probleme wurde in der US-P-4,269, 807 beschrieben, bei der eine hochtemperaturfeste, sich aufblähende Dichtung im Inneren der Maschendrahtumhüllung angebracht wurde. Ein derartiges Material ist jedoch sehr schwierig und zeitaufwendig einzubringen und erzeugt bei hohen Temperaturen die gleiche Ausdehnungs-Charakteristik des Abgaskatalysators wie bei Verwendung von ausschließlich sich aufblähenden Befestigungsmaterialien.
  • Die deutsche GM 8019813 offenbart sich aufblähende Befestigungsmaterialien (Quellmatte), die bei Autoabgassystemen zu verwenden sind. Sie richtet sich auf das Problem von Befestigungsmaterialien, die ihre Dichtungsfähigkeit durch "Auswaschen" verlieren. Dieses Auswaschen tritt als Folge der in die Quellmatte einströmenden Gase auf. Die Zerstörung der Matte wird gemäß dieser Schrift durch Einsatz eines gewellten Maschendrahts in die Quellmatte behoben. Es gibt weder einen Hinweis für irgendeine Methode zum Einsetzen des Maschendrahts in die Quellmatte, noch irgendeine Erkenntnis über die Notwendigkeit, einen hohen Kompressionsmodul bei hohen Temperaturen zu vermeiden, oder die Notwendigkeit eines ausreichenden Kompressionsmoduls bei niedrigen Temperaturen, um eine monolithische Keramik fest zu stützen. Das Gebrauchsmuster ist nicht auf Probleme des "ring-off"-Reissens und der Vibrationsschäden gerichtet.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft einen Katalysator und einen Dieselrußfilter mit einer flexiblen, metallverstärkten sich aufblähenden Befestigungseinrichtung, die eine Niedertemperatur(Außentemperatur oder darunter)-Volumenspannung von mindestens 20 kPa und eine Hochtemperatur- Volumenspannung von weniger als 500 kPa (750 ºC) ausübt.
  • Die Befestigungseinrichtung wird hergestellt, indem ein Schlicker aus Keramikfasern, nichtexpandierter Vermikulit und Latexbinder um ein elastisches Metallblech, perforiertes Metallblech, Metallsieb, Metalltücher oder Metallmaschen gegossen wird und diese einschließt und nachfolgend eine Trocknung des Schlickers erfolgt. Die Metallbleche, Siebe, Tücher oder Maschen sind gewellt, gekräuselt, haben Zick- Zack-Form oder sind auf andere Weise zu einer elastischen dreidimensionalen Struktur ausgebildet. Die Dichte des Schlickers wird so eingestellt, daß die getrocknete, fertige Befestigungseinrichtung einen Kompressionsmodul von nicht weniger als 20 kPa und nicht mehr als 500 kPa über einen Temperaturbereich von -40ºC ... 750 ºC hat.
    • Beschreibung der Zeichnung
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Verkleidung eines Abgaskatalysators der vorliegenden Erfindung in ausgebauter Form,
  • Fig. 2 eine schematische Ansicht des Abgaskatalysators nach Fig. 1, wobei das dreidimensionale sinusförmige Muster aus Gründen der Einfachheit nicht gezeigt wird;
  • Fig. 3 eine schematische Seitenansicht der flexiblen, metallverstärkten sich auf blähenden Befestigungseinrichtung; und
  • Fig. 4 eine graphische Darstellung eines Vergleichs des Druckes (Volumenspannung), der durch die metallverstärkte Befestigungseinrichtung der vorliegenden Erfindung und die bekannten Einbaumatten auf einen Keramikmonolithen ausgeübt wird.
    • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Bezug nehmend auf Fig. 1 und 2 wird ein Katalysator 10 mit einem Metallgehäuse 12 gezeigt, dessen Ansaug- und Austrittsenden 14 bzw. 16 im allgemeinen die Form eines Kegelstumpfes haben. Im Inneren des Gehäuses 12 ist ein monolithisches Katalysatorelement 18 angeordnet, das aus einem Feuerfestmaterial, wie beispielsweise einer Keramik, gebildet wird, worin Gasströmungskanäle enthalten sind (nicht gezeigt). Das katalytische Element 18 wird von einer metallverstärkten sich aufblähenden Befestigungseinrichtung 20 umgeben, die das katalytische Element 18 im Inneren des Gehäuses 12 trägt. Die Befestigungseinrichtung 20 hält das katalytische Element 18 in dem Gehäuse 12 sowohl bei Außentemperatur als auch bei Betriebstemperatur ortsfest und dichtet die Umfangskanten des katalytischen Elements 18 ab, wodurch verhindert wird, daß die Abgase an dem katalytischen Element 18 vorbeiströmen.
  • Die Befestigungseinrichtung 20 umfaßt ein sich aufblähendes Material, das um eine elastische Metallverstärkung, wie beispielsweise ein Metallblech, Metalltuch, Metallsieb oder Metallmaschen gebildet wird. Die elastische Metallverstärkung wird typischerweise von einer Legierung gebildet, wie beispielsweise rostfreier Stahl, Inconel, Stahl, verzinktem Stahl oder anderen Metall enthaltenden Legierungen.
  • Während des Betriebs des Katalysators 10 steigt die Temperatur der Anordnung, wobei der radiale Abstand zwischen dem Gehäuse 12 und dem Keramikelement 18 infolge des hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gehäuses 12 zunimmt. Die Ausdehnung der Befestigungseinrichtung 20 und ihre thermische Stabilität sowie ihre Elastizität kompensieren die Differenz der Wärmeausdehnung des Gehäuses und des katalytischen Elements 18 und bieten darüberhinaus Schutz gegen Vibration der zerbrechlichen Vorrichtung. Die Befestigungseinrichtung 20 kompensiert ebenfalls Unregelmäßigkeiten der Metall- oder Keramikoberflächen.
  • Die metallverstärkte Befestigungseinrichtung 20 kann nach den Standardmethoden der Papierherstellung gebildet werden. Es werden 40 bis 65 Gew.% behandelte oder unbehandelte Flocken von nichtexpandiertem Vermikulit mit einem Teilchengrößenbereich von etwa 0,1 mm bis zu 6 mm, vorzugsweise zwischen 1 mm und 2 mm in einer großen Wassermenge mit Feststoffen in Anteilen von 25 % ... 50 % anorganische Fasermaterialien und 5 % ... 15 % Bindemittel gemischt. "Behandelter Vermikulit" bedeutet, das nichtexpandierte Vermikulit-Mineral, das im wesentlichen oder voll-ständig einen Ionenaustausch mit Ammonium-Kationen unterzogen wurde, indem der Vermikulit mit Ammoniumdihydrogenphosphat, Ammoniumcarbonat, Ammoniumchlorid, Ammoniumhydroxid oder andere geeignete Ammoniumverbindungen behandelt wird. Die anorganischen Faserverbindungen können umfassen: Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Fasern (erhältlich unter der Handelsbezeichnung Fiberfax, Cerafiber und Kaowool) Chrysotil oder Amphibolasbest, Weichglasfasern, wie sie unter der Handelsbezeichnung Stapel-E-Glasfasern erhältlich sind, Feuerfestfäden einschließlich Zirkoniumdioxid- Siliziumdioxid-Fasern und kristalline Aluminiumoxidwhisker. Geeignete Bindemittel für den Keramikmonolithen der Befestigungseinrichtung der vorliegenden Erfindung können zahlreiche Polymere und Elastomere in Latexform enthalten, wie z.B. Naturgummi-Latex, Styrol-Butadien-Latex, Butadienacrylonitril-Latex, Latex der Acrylat- oder Methacrylatpolymere, Copolymere u.dgl. Anorganische Bindemittel können Bentonit oder kolloidales Siliziumdioxid enthalten. Zur Herstellung der Verkleidungsstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung können organische und anorganische Bindemittel in Kombination verwendet werden. Kleine Mengen oberflächenaktiver Substanzen, Schaumbildner und Flockungsmittel können ebenfalls vor der Ausbildung der Verkleidung zugesetzt werden. Der bereits genannte Schlicker wird sodann um, ein Verstärkungsmaterial und dieses einschließend, eingeführt, das aus rostfreiem Stahl, Inconel, Stahl, verzinktem Stahl oder anderen geeigneten Metallen oder Metallegierungen gefertigt ist.
  • Das Verstärkungsmaterial kann in Form eines Blechs, perforierten Blechs, Tuches, Siebs oder Maschen vorliegen. Das Sieb oder die Maschen können gewebt, gewirkt oder geflochten sein. Dieses Verstärkungsmaterial sollte gekräuselt oder gewellt sein, in Zick-Zack-Form vorliegen oder auf andere Weise zu einer dreidimensionalen Gestalt geformt sein, so daß sich ein elastisches, federndes Material ergibt. Die bevorzugte Form ist in Fig. 3 mit einem dreidimensionalen sinusförmigen Muster gezeigt. Das verstärkende, elastische Material sollte so gewählt werden, daß bei seiner Kombination mit dem Schlicker und nach dem Trocknen das resultierende Verbundmaterial einen Kompressionsmodul von mindestens 20 kPa und weniger als 500 kPa im gesamten Temperaturbereich von -40 ºC bis 750 ºC hat.
  • Ein derartiges verstärkendes Material 22 ist ein gewirkter Maschendraht aus Draht mit einem Durchmesser von 0,127 bis 0,762 mm, vorzugsweise 0,280 mm, und einer gewirkten Öffnungsgröße entsprechend einer Dichte von 48 bis 100. Diese in der Technik bekannte Dichtezahl bezieht sich auf den Abstand der Nadeln der Wirkmaschine. Ebenfalls hat der Maschendraht eine Kräuselung von 12 entsprechend etwa 1,2 Wellungen pro Zentimeter, wobei jede Wellung eine Amplitude von etwa 0,64 cm hat. Die korrekte Amplitude der Wellung ist entscheidend, um die in der vorliegenden Erfindung vorgegebenen Ergebnisse zu erzielen. Die Elastizität der Befestigungseinrichtung ist eine direkte Funktion der Amplitude und der Federkonstante des verstärkenden Materials. Es wurde festgestellt, daß mit dem gewirkten Maschendraht als verstärkendes Material 22 das "ring-off"- Reissen bei hohen Temperaturen vermieden werden kann, während dem Keramikmonolithen bei niedrigen Temperaturen eine ausreichende Haltekraft vermittelt wird. Die Frequenz, die Form der Wellung und die Art der Verstärkung können natürlich variiert werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
  • Die Ausflockung des Schlickers kann mühelos unter Verwendung eines Elektrolyten erzielt werden, wie beispielsweise Alaun, Alkali oder Säure. Der expandierte Vermikulit, das anorganische Fasermaterial und der organische Latexbinder werden in einer Wassermenge des 5- bis 100- fachen des Gewichts zusammengemischt und das oder die Flockungsmittel zugesetzt. Eine kleine Menge einer oberflächenaktiven Substanz oder eines Schaumbildners kann ebenfalls eingesetzt werden, um die Dispersion des sich aufblähenden Materials zu verbessern.
  • Ein Bogen des Verbundmaterials wird mühelos nach den Standardmethoden der Papierherstellung entweder in einer Handschöpfbütte oder in einer Langsiebmaschine hergestellt. Der Schlicker wird vorzugsweise so eingeführt, daß er das verstärkende Material 22 durchdringt und vollständig umgibt, wobei er unter Bildung des Materials 21 getrocknet wird. Er kann jedoch auch zu beiden Seiten eingeführt werden oder als eine Schale um das verstärkende Material gelegt werden. Der resultierende ungebrannte Bogen wird entwässert und bei etwa 90 ºC unter Bildung eines verarbeitungsfähigen, flexiblen, elastischen, sich aufblähenden Keramikmonolithen als Bogenmaterial für die Befestigungseinrichtung getrocknet.
  • Die Verwendbarkeit der metallverstärkten sich aufblähenden Befestigungseinrichtung der vorliegenden Erfindung wird durch seine Fähigkeit zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer ausreichenden Kraft zwischen dem Gehäuse und dem Substrat zum Halten der katalytischen, monolithischen Keramik oder des Keramik-Dieselrußfilters in dem Gehäuse über einen breiten Temperaturbereich demonstriert. Diese einzigartige Haltekraft ist trotz der Abmessungsänderungen möglich, die aus der unterschiedlichen Wärmeausdehnung des Keramikmonolithen und des Metallgehäuses resultieren. Die Haltekraft reagiert gut bei hohen Temperaturen und erzeugt eine nicht zu große Kraft, welche den Keramikmonolithen unter Volumenspannungen setzt, die zu Brüchen führen.
  • Die folgende detaillierte Beschreibung und durchgeführten Tests geben eine vollständigere Darstellung der Vorteile der vorliegenden Erfindung.
  • Es wurde Wasser (1.200 ml) in eine Mischkammer eines großen Mischers nach Waring gegossen und 26 g Aluminiumoxid- Siliziumdioxid-Fasern (Cerafiber erhältlich bei Johns Mansville) zugesetzt und für eine Dauer von 15 Sekunden heftig gerührt. Der Faserschlicker wurde in ein 4-1- Becherglas übertragen und mit einem pneumatischen Schaufelmischer gemischt. Zu dem Faserschlicker werden 11 g Acrylbinder HA-8 nach Rohm und Haas und 43,2 g Vermikulit- Mineral "4" (W.R. Grace Co.) zugesetzt. Unter Mischen werden 21,0 g verdünntes Papiermacheralaun (25%ige Lösung Aluminiumsulfat) und 1,2 g Natriumaluminat zum Schlicker zugesetzt und der Latexbinder in den gesamten übrigen Bestandteilen ausgefällt. Die Mischung wurde heftig gerührt und rasch auf ein Handschöpfsieb gegossen, auf dessen Oberseite ein Stück gewirkte Drahtverstärkung (Drahtdurchmesser 0,28 mm, Dichte 48, Kräuselung von rostfreien Stahl "12" erhältlich bei Metex Corp.) befestigt worden war, das zuvor in Trichlorethylen entfettet wurde. Der Ablauf wurde sodann geöffnet, um den Bogen zu entwässern. Danach wurde der Verbundstoff auf einem Bogentrockner von "Williams Apparatus Co." getrocknet.
  • Verstärkte Einbauverbundstoffe, die wie vorstehend beschrieben hergestellt wurden, jedoch mit veränderten Einbaudichten, wurden mit einer herkömmlichen sich aufblähenden Matte (Interam Serie IV von "3M Company") und ebenfalls mit dem gewirkten Maschendraht aus rostfreiem Stahl allein in einer Apparatur verglichen, die zur Messung des auf die Einbauhalterungen ausgeübten Drucks (Volumenspannung) konstruiert ist. Die Apparatur besteht aus zwei Ambossen aus rostfreiem Stahl, welche Patronenheizungen enthalten, so daß die Temperaturen simuliert werden können, wie sie in den eigentlichen Abgaskatalysatoren angetroffen werden. Der Zwischenraum oder der Abstand zwischen den Ambossen wurde entsprechend den tatsächlichen Katalysatorbedingungen eingestellt und mit steigender Temperatur vergrößert, wie es bei einem tatsächlichen Abgaskatalysator einschließlich eines 5-stündigen Sumpfens der Fall ist und in dem unterbrochenen Bereich der Grafik in Fig. 4 gezeigt wird. Fig. 4 zeigt die Kurven der Volumenspannung, die auf diese Weise für die herkömmliche Matte C, einen gewirkten Maschendraht B und die metallverstärkte sich aufblähende Befestigungseinrichtung A der vorliegenden Erfindung erzeugt wurden (die Werte sind in "psi" dargestellt). Die herkömmliche Matte hatte eine schwache Anfangshaltekraft und ein hohes Maximum der Kraft, nachdem sie expandiert war. Wenn die herkömmliche Matte zur Verbesserung der Kalthaltekraft zu Beginn stärker komprimiert wird, würde der resultierende Druck bei hoher Temperatur die Festigkeit des Monolithen überschreiten und dadurch zu einem Bruch führen. Der Maschendraht allein hatte eine gute Kalthaltekraft, die mit dem Erhitzen des Katalysators jedoch rasch abnahm. Der Abgaskatalysator der metallverstärkten sich aufblähenden Befestigungseinrichtung der vorliegenden Erfindung vereinte eine gute Kalthaltekraft mit einem geringen Maximum der Volumenspannung bei hoher Temperatur.
  • Um den sicheren Sitz des Keramikmonolithen in dem Abgaskatalysator zu bestimmen, wurde ein Test durchgeführt, indem die Kraft gemessen wurde, die zur Bewegung des Monolithen nach seinem Einbau in das Metallgehäuse erforderlich ist. Für den Test wurde ein zylindrischer Keramikmonolith (Durchmesser 11,84 cm, Länge 15,24 cm) in einen Metallgehäuse eingebaut (Innendurchmesser 12,34 cm). Das Gehäuse war um 2,54 cm länger als der Monolith, um dem Monolithen für seine Bewegung Platz zu lassen, wenn er geschoben wird. Die zur Bewegung des Monolithen erforderliche Kraft relativ zum Gehäuse wurde gemessen und zeigte so, wie fest der Monolith von dem Befestigungsmaterial gehalten wurde. Die Kraft wurde aufgebracht und mit einer MTS-Zerreißmaschine (MTS Systems Corp.) gemessen. Die maximale Schubkraft ist in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 Befestigungsmaterial Einbaudichte (g/cm3) Schubkraft bei Raumtemp. (Newton) verstärkte Befestigungseinrichtung herkömmliche Matte gewirkter Maschendraht nicht anwendbar
  • Es kann festgestellt werden, daß die metallverstärkte sich aufblähende Befestigungseinrichtung der vorliegenden Erfindung extrem niedrige oder extrem hohe Schubkräfte über einen sehr viel breiteren Einbaudichtebereich verhindert. Dieses ist sehr wichtig angesichts der sehr großen Toleranzen des Keramikmonolithen (± 2 mm), die für Abgaskatalysatoren typisch sind und zu großen Werten der Dichteschwankungen führen.
  • Befestigungsmaterialien wurden an einem Abgassimulator getestet (hergestellt von RPS Engineering), um ihre Fähigkeit zur Verhinderung des "ring-off"-Reissens von Keramikmonolithen zu bestimmen, die im Metallgehäuse eingebaut sind. Das Metallgehäuse wurden aus rostfreiem Stahl 409 mit einem Innendurchmesser von 12,34 cm hergestellt, während der Keramikmonolith eine monolithische Standardkeramik mit einem Durchmesser von 11,84 cm und einer Länge von 15,24 cm mit 62 Zellen/cm² war. Die Keramiksubstrate wurden mit verschiedenen Befestigungsmaterialien umgeben und mit dem Abgassimulator verbunden. Der Abgassimulator wurde unter Verwendung von Propan-Treibgas mit einer Ansauggastemperatur von 954 ºC und 23 SCFM betrieben. Nach 10 Minuten bei 954 ºC wurde das Propan abgeschaltet und bei 72 SCFM Raumluft eingeführt. Die Luftströmung wurde solange aufrechterhalten, bis die Gehäusetemperatur auf etwa 38 ºC abgefallen war. Die Einheit wurde auseinandergenommen und das Substrat auf Risse untersucht. Gemäß der vorliegenden Erfindung mit Maschendraht verschiedener Amplituden hergestellte verstärkte Befestigungseinrichtungen wurden verglichen mit herkömmlich hergestellten Einbaumatten und einer sich aufblähenden pastösen "Matte", die im Sinne der US-P-4,269,807 hergestellt wurde. Die Resultate dieses Vergleichs sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2 Befestigungsmaterial Einbaudichte (g/cm³) Resultate mit gewirktem Draht verstärkter Verbundstoff (a) gewellter verstärkter Verbundstoff "Hex" gewelltes mit Metalltuch verstärkter Verbundstoff herkömmliche Matte pastöse Matte kein Riß gerissen mehrere Risse (a) Gewirkter Draht 304 SS mit einem Durchmesser von 0,28 mm (0,011 inch), Dichte 48, Amplitude der Wellung 0,64 cm (0,250 inch), Wellenlänge 1,27 mm (0,5 inch). (b) Gewirkter Draht 304 55 mit einem Durchmesser von 0,28 mm (0,011 inch), Dichte 48, Amplitude der Wellung 0,64 cm (0,125 inch), Wellenlänge 1,27 cm (0,5 inch).

Claims (10)

1. Katalysator (10) umfassend ein Metallgehäuse (12), eine keramisches Katalysatorelement (18), welches in dem Gehäuse (12) angeordnet ist, und eine flexible Befestigungseinrichtung (20), welche zwischen dem Katalysatorelement (18) und dem Metallgehäuse (12) angeordnet ist, um das Katalysatorelement (18) zu positionieren, und um mechanische Stöße und Wärmestöße zu absorbieren, wobei die flexible Befestigungseinrichtung (20) eine Mischung aus einem sich aufblähenden Material (21) enthält, welches um ein elastisches Verstärkungsmaterial (22) ausgebildet ist, wobei der Katalysator (10) dadurch gekennzeichnet ist, daß die Mischung aus sich aufblähendem Material einen Kompressionsmodul von mehr als 20 kPa und weniger als 500 kPa in dem Temperaturbereich von - 40ºC bis 750 ºC besitzt.
2. Katalysator (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Befestigungseinrichtung (20) 40 bis 65 Gew.-% nichtexpandierten Vermikulit, 25 bis 50 Gew.-% anorganisches Fasermaterial und 5 bis 15 % Bindemittel enthält.
3. Katalysator (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vermikulit einem Ionenaustausch mit einer Ammoniumverbindung unterzogen wurde, und daß das anorganische Fasermaterial (21) Asbest, Weichglasfaser, Aluminiumoxid-Whisker, Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Faser oder Zirkoniumdioxid-Siliziumdioxid-Faser ist.
4. Katalysator (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein organisches oder anorganisches Material oder eine Kombination derselben ist.
5. Katalysator (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Verstärkungsmaterial (22) eine Metalltafel, ein Metalltuch, ein Metallsieb oder ein Metallgitter ist.
6. Dieselrußfilter (10) umfassend ein Metallgehäuse (12), ein einstückiges massives Keramikelement (18), welches in dem Gehäuse (12) angeordnet ist, und eine flexible Befestigungseinrichtung (20), welche zwischen dem Keramikelement (18) und dem Metallgehäuse (12) angeordnet ist, um das Keramikelement (18) zu positionieren, und um mechanische Stöße und Wärmestöße zu absorbieren, wobei die flexible Befestigungseinrichtung (20) eine Mischung aus einem sich aufblähenden Material (21) umfaßt, welches um ein elastisches Verstärkungsmaterial (22) ausgebildet ist, wobei der Dieselrußfilter (10) dadurch gekennzeichnet ist, daß die Mischung aus sich aufblähendem Material einen Kompressionsmodul von mehr als 20 kPa und weniger als 500 kPa in dem Temperaturbereich von -40 ºC bis 750 ºC besitzt.
7. Dieselrußfilter (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Befestigungseinrichtung (20) 40 bis 65 Gew.-% nichtexpandierten Vermikulit; 25 bis 50 Gew.-% anorganisches Fasermaterial und 5 bis 15 % Bindemittel enthält.
8. Dieselrußfilter (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vermikulit einem Ionenaustausch mit einer Ammoniumverbindung unterzogen wurde, und daß das anorganische Fasermaterial (20) Asbest, Weichglasfaser, Aluminiumoxidwhisker, Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Faser oder Zirkoniumdioxid-Siliziumdioxid-Faser ist.
9. Dieselrußfilter (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein organisches oder anorganisches Material oder Kombinationen derselben ist.
10. Dieselrußfilter (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Verstärkungsmaterial (22) eine Metalltafel, ein Metalltuch, ein Metallsieb oder ein Metallgitter ist.
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