DE19858025A1 - Expandable mats for holding vehicle exhaust gas purification catalyst in metal housing, especially suitable with diesel engine contains chopped silica filaments heated to prevent shrinkage and expandable graphite - Google Patents

Abstract

In a mat for holding a vehicle exhaust gas purification catalyst in a metal housing, which consists of a composite of comminuted silica filaments, binder and embedded particles of material (partly graphite) undergoing temperature-dependent expansion, the silica filaments are thermally pretreated so that they have no temperature-dependent shrinkage at the operating temperature of the mat. In a mat for holding a vehicle exhaust gas purification catalyst in a metal housing, which consists of a composite of comminuted silica filaments, binder and embedded particles of material undergoing temperature-dependent expansion, the silica filaments are thermally pretreated so that they have no temperature-dependent shrinkage at the operating temperature of the mat and the expandable material consists (partly) of graphite. An Independent claim is also included for the production of the mat.

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft eine Lagerungsmatte zur Lagerung eines für die Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen einge­setzten Abgaskatalysators in einem metallischen Kataly­satorgehäuse mit einem Verbund aus zerkleinerten SiO₂-Fila­menten, Bindemittel und partikelförmigen Einlagerungen aus Blähmaterial, das ein temperaturabhängiges Expansions­vermögen aufweist. Das Bindemittel ist zumeist ein orga­nisches Bindemittel, z. B. auf Latex-Basis (PVAC), welches die Lagerungsmatte für den Einbau flexibel macht. Als Bindemittel kommen auch Gemische aus organischen und anor­ganischen Bestandteilen zur Anwendung.The invention relates to a storage mat for storing an exhaust gas catalyst used for the cleaning of motor vehicle exhaust gases in a metallic catalyst housing with a composite of comminuted SiO₂ filaments, binders and particulate inclusions made of expanding material which has a temperature-dependent expansion capacity. The binder is usually an organic binder, z. B. based on latex (PVAC), which makes the storage mat flexible for installation. Mixtures of organic and inorganic components are also used as binders.

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 Lagerungs­matte eignet sich zur Lagerung von Abgaskatalysatoren, die zur Reinigung von Verbrennungsabgasen aus Ottomotoren ein­gesetzt 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 Abgas­katalysators 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 Ring­spaltes zwischen dem keramischen Trägerkörper des Abgas­katalysators und dem metallischen Katalysatorgehäuse nicht gewährleistet.In the storage mat known from DE-U 93 11 571, fromthe invention is based, the expanding material consists ofVermiculite. The for reliable storage of theExhaust gas catalytic converter required in the catalytic converter housingVolume increase of the storage mat continues with oneTemperature above 350 ° C. The whole are at 750 ° CProportions of vermiculite expands and is the thickness of theMat about 1.5 times the initial thickness. The storagematte is suitable for the storage of catalytic converters thatfor cleaning combustion exhaust gases from gasoline enginesbe set. The exhaust gas temperatures are sufficient herehigh to trigger the full expansion of the storage mat.Not suitable or can only be used with restrictionsthe storage mat for holding catalytic converters forthe cleaning of combustion gases from diesel engines.The exhaust gas temperatures are much lower andare sufficient for the initiation of a swelling effect Storage mat not out. Added to this is the problem that theinorganic fibers with the start-up of the exhaust gascatalyst shrink, which is the effect of the expanding materialcounteracts. As a result, the storage mat metCatalytic converters with relatively lowTemperatures are operated, the intended functionnot and is a proper seal of the ringgap between the ceramic carrier body of the exhaust gascatalyst and the metallic catalyst housing notguaranteed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerungs­matte für die Halterung eines Abgaskatalysators in einem metallischen Katalysatorgehäuse anzugeben, die bei nied­rigen Abgastemperaturen eine signifikante Blähwirkung auf­weist und insbesondere für Abgaskatalysatoren hinter Dieselmotoren geeignet ist.The invention has for its object a storagemat for holding an exhaust gas catalytic converter in onespecify metallic catalyst housing, which at lowsignificant exhaust gas temperaturespoints and in particular for exhaust gas catalysts behindDiesel engines is suitable.

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 Lagerungs­matten, die verhältnismäßig geringen Abgastemperaturen aus­gesetzt sind, SiO₂-Fasermaterial zu verwenden, das durch eine thermische Vorbehandlung im wesentlichen schrumpfungs­frei 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. Über­raschend zeigt Graphit bei niedrigen Temperaturen eine starke Expansion, die für die Lagerung von Abgaskataly­satoren zur Behandlung von Verbrennungsabgasen aus Diesel­motoren 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 Dicht­kraft genutzt wird, sehr groß. Wird die Lagerungsmatte aus­schließlich zur Lagerung von Abgaskatalysatoren hinter Dieselmotoren eingesetzt, besteht das Blähmaterial daher vorzugsweise vollständig aus Graphit.The object is achieved according to the invention in a storage mat of the structure described at the outset in that the composite contains thermally pretreated SiO₂ filaments which have no temperature-dependent shrinkage at the working temperature of the storage mat, and in that the expansion material consists at least partially of graphite. The invention sets in with the consideration, for storage mats, which are set at relatively low exhaust gas temperatures, to use SiO₂ fiber material which is essentially shrinkage-free by thermal pretreatment. The use of thermally pretreated SiO₂ filaments prevents the bearing mat from shrinking radially after the initial start-up. The surface pressure set when the storage mat is installed is also available after the exhaust gas catalytic converter has been put into operation, so that an expansion of the expanding material which begins with the heating of the storage mat has a full effect. Surprisingly, graphite shows a strong expansion at low temperatures, which can be used for the storage of exhaust gas catalysts for the treatment of combustion gases from diesel engines. The expansion effect of the graphite, and thus the volume expansion of the storage mat, sets in clearly at a temperature of 180 ° C. At temperatures that occur in combustion exhaust gases from diesel engines, the expansion is particularly pronounced and the force associated with the volume expansion, which is used as a sealing force, is very large. If the storage mat is finally used for storing exhaust gas catalysts behind diesel engines, the expanding material is therefore preferably made entirely of graphite.

Bei hohen Betriebstemperaturen verliert Graphit als Bläh­material an Rückstellkraft. Soll die Lagerungsmatte nicht nur bei niedrigen Abgastemperaturen, wie sie bei Ver­brennungsabgasen 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. Ver­miculit, die nachlassende Wirkung von Graphit und gewähr­leistet eine ausreichend Expansion und damit eine betriebs­sichere Lagerung des Abgaskatalysators im metallischen Katalysatorgehäuse. Durch die erfindungsgemäße Abstimmung ist über einen großen Temperaturbereich eine ausgezeichnete Blähwirkung der Lagerungsmatte einstellbar.At high operating temperatures, graphite loses as swellmaterial at restoring force. The storage mat should notonly at low exhaust gas temperatures, as is the case with Vercombustion exhaust gases from diesel engines are common, butcan also be used at higher temperaturesadvantageous if the intumescent material consists of a mixtureGraphite and a bulking agent compared to graphiteexpanded at higher temperatures. Preferablycomes with a mixture of graphite and vermiculiteworked. It is understood that the amount of graphite is sois dimensioned that at exhaust gas temperatures during operationof diesel engines occur, sufficient expansionis present. At high temperatures in combustion Exhaust gases from gasoline engines are common, which compensates forExpanding material expanding at higher temperatures, e.g. B. Vermiculite, the waning effect of graphite and guaranteeachieves sufficient expansion and thus operationalsafe storage of the catalytic converter in the metallicCatalytic converter housing. Through the vote according to the inventionis an excellent one over a wide temperature rangeInflatable effect of the storage mat adjustable.

In einer weiteren Ausgestaltung lehrt die Erfindung, daß die Graphit enthaltende Matte mit beidseitigen Auflagen aus einem Nadelvlies aus SiO₂-Fasern versehen ist. Die Auf­lagen, 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.In a further embodiment, the invention teaches that the graphite-containing mat is provided on both sides with a needle fleece made of SiO₂ fibers. On the layers, which suitably have a thickness between 2 and 5 mm, give the storage mat a soft, flexible surface with additional resilience and contribute to a further improvement of the sealing effect. The result is a three-layer composite mat, the needle fleece layers of which compensate for any play between the exhaust gas catalytic converter and the catalytic converter housing, the effect being enhanced by the central core, which is subject to volume expansion under the influence of temperature. There are no special requirements for the connection between the two-sided layers and the core layer. The composite must only be made during assembly. The layers can therefore be connected using an adhesive which loses its effectiveness after the exhaust gas catalytic converter has been started up.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Her­stellung 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 auf­weist, zerfasert wird,
aus dem Fasermaterial, welches die Schneidmühle ver­läßt, 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 Ver­gleich zu Graphit höheren Temperatur einsetzt, verwendet wird. Als Blähmaterial kann z. B. eine Mischung aus Graphit und Vermiculit verwendet werden.The invention also relates to a method for the manufacture of the bearing mat, in which
a starting material consisting of SiO₂ filaments is thermally pretreated at a temperature of at least 650 ° C. and is fiberized in a cutting mill which has a rotating cutting unit, stator knife and a sieve arranged on the circumference of the cutting unit,
from the fiber material, which leaves the cutting mill ver, a suspension is produced with water with the addition of binder and blowing material and
a flat sheet is produced from the suspension by filtration and pressing,
wherein graphite or a mixture of graphite and a blowing agent whose expansion begins at a higher temperature than that of graphite is used as blowing agent. As an expanding material such. B. a mixture of graphite and vermiculite can be used.

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 alka­lischen Bestandteilen in ein Säurebad gegeben werden. Die Segmente werden anschließend gespült, bei einer für die thermische Vorbehandlung erforderlichen Temperatur, vor­zugsweise zwischen 700 und 800°C, getrocknet und schließ­lich als Ausgangsmaterial der Schneidmühle zugeführt, in der das Material zu Faserstücken von 3 bis 10 mm Länge zer­fasert wird. Vorzugsweise wird das Verfahren so geführt, daß die Fasern eine Länge zwischen 8 und 10 mm besitzen.A fiber material made of non-twisted SiO₂ filaments is expediently used as the starting material. Preferably, the starting material is made in the following manner. First, a bundle of SiO₂ filaments is wound up on a roll to form a spin cake. The spin cake is cut into segments, which are placed in an acid bath to remove alkali components. The segments are then rinsed, dried at a temperature required for the thermal pretreatment, preferably between 700 and 800 ° C., and finally fed to the cutting mill as the starting material, in which the material is fiberized into fiber pieces of 3 to 10 mm in length. The process is preferably carried out in such a way that the fibers have a length of between 8 and 10 mm.

Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, daß als Ausgangs­material Abfälle verwendet oder als Zugabe mit verwendet werden, die bei der Herstellung und Verarbeitung von tech­nischen Textilstoffen aus SiO₂-Filamenten anfallen. Textilstoffe meint insbesondere Gewebe aus SiO₂-Filament­garnen, 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 Vliesstoff­bahnen, Ausschußware mit Gewebefehlern und dergleichen an, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens als Aus­gangsmaterial verwendet oder mitverwendet werden können. Entsprechendes gilt für Abfälle, die beim Anwender und Weiterverarbeiter als Zuschnittverluste, Rollenanfangs- und Rollenendstücke und dergleichen anfallen.It is also within the scope of the invention that waste is used as the starting material or is used as an additive that is produced in the manufacture and processing of technical textiles made of SiO₂ filaments. Textile fabrics means in particular fabrics made of SiO₂ filament yarns, nonwovens made of SiO₂ filaments and multi-layer products with combinations of nonwovens and fabrics. In the manufacture of textiles from SiO₂ filaments fall as waste z. B. Edge waste of fabric and nonwoven web, rejects with fabric defects and the like, which can be used as a starting material or used in the process of the invention. The same applies to waste that accrues to the user and processor as cutting losses, roll start and roll end pieces and the like.

Claims (9)

Translated fromGerman

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 partikel­förmigen Einlagerungen aus Blähmaterial, das ein temperaturabhängiges Expansionsvermögen aufweist,dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­bund thermisch vorbehandelte SiO₂-Filamete enthält, die bei der Arbeitstemperatur der Lagerungsmatte keine temperatur­abhängige Schrumpfung aufweisen, und daß das Blähmaterial zumindest teilweise aus Graphit besteht.1. Storage mat for storing an exhaust gas catalytic converter used for the cleaning of motor vehicle exhaust gases in a metallic catalyst housing with a composite of comminuted SiO₂ filaments, binders and particle-shaped inclusions made of expanding material, which has a temperature-dependent expansion capacity,characterized in that the bonded bund is thermally pretreated Contains SiO₂ filaments that have no temperature-dependent shrinkage at the working temperature of the storage mat, and that the expanding material consists at least partially of graphite.2. Lagerungsmatte nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Blähmaterial aus einer Mischung aus Graphit und einem Blähstoff, der im Vergleich zu Graphit bei höheren Temperaturen expandiert, besteht.2. Storage mat according to claim 1, characterizedis characterized in that the intumescent material consists of a mixtureGraphite and a bulking agent compared to graphiteexpanded at higher temperatures.3. Lagerungsmatte nach Anspruch 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Blähmaterial aus einer Mischung aus Graphit und Vermiculit besteht.3. Storage mat according to claim 2, characterizedis characterized in that the intumescent material consists of a mixtureGraphite and vermiculite exist.4. Lagerungsmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch beidseitige Auflagen aus einem Nadelvlies aus SiO₂-Fasern.4. Storage mat according to one of claims 1 to 3, characterized by bilateral supports made of a needle felt made of SiO₂ fibers.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 auf­weist, zerfasert wird,
aus dem Fasermaterial, welches die Schneidmühle ver­läßt, 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 Ver­gleich zu Graphit höheren Temperatur einsetzt, verwendet wird.5. A method for producing a bearing mat according to one of claims 1 to 4, wherein
a starting material consisting of SiO₂ filaments is thermally pretreated at a temperature of at least 650 ° C. and is fiberized in a cutting mill which has a rotating cutting unit, stator knife and a sieve arranged on the circumference of the cutting unit,
from the fiber material, which leaves the cutting mill ver, a suspension is produced with water with the addition of binder and blowing material and
a flat sheet is produced from the suspension by filtration and pressing,
wherein graphite or a mixture of graphite and a blowing agent whose expansion begins at a higher temperature than that of graphite is used as blowing agent.6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei als Blähmittel eine Mischung aus Graphit und Vermiculit verwendet wird.6. The method according to claim 5, wherein as a blowing agentMixture of graphite and vermiculite is used.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 Säure­bad gegebenen werden,
die Segmente gespült, bei einer für die thermische Vorbehandlung erforderlichen Temperatur getrocknet und anschließend als Ausgangsmaterial der Schneidmühle zugeführt werden.7. The method according to claim 5 or 6, wherein
a bundle of SiO₂ filaments is wound on a roll to form a spin cake,
the spin cake is cut into segments which are placed in an acid bath to remove alkaline components,
the segments are rinsed, dried at a temperature required for the thermal pretreatment and then fed to the cutting mill as the starting material.8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Trocknung bei einer Temperatur zwischen 700-800°C durchgeführt wird.8. The method according to claim 7, wherein the drying ata temperature between 700-800 ° C is carried out.9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei als Ausgangsmaterial Abfälle verwendet oder als Zugabe mitver­wendet werden, die bei der Herstellung und Verarbeitung von technischen Textilstoffen aus SiO₂-Filamenten anfallen.9. The method according to any one of claims 5 to 7, wherein waste is used as a starting material or mitver used as an addition, which are incurred in the manufacture and processing of technical textiles from SiO₂ filaments.